JP2004311675A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に半導体基板の一主面にアノード電極とカソード電極が形成されている半導体装置およびその製造方法に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のダイオードにおいては、まず、半導体チップ(以下、単にチップという)の表面に表面電極を形成するとともに半導体チップの裏面に裏面電極を形成する。そして、リードフレームの一方のリードにチップの裏面を接着することにより、このリードと裏面電極を電気接続する。一方、表面電極と他方のリードは、Au(金)ワイヤを使用したワイヤボンディングにより電気接続する。そして、チップ、ワイヤおよびリードをレジン材料で樹脂封止することにより、ダイオードのパッケージングが行われている。
【0003】
しかし、近年ダイオードのコスト削減および小型化の観点から、アノード電極とカソード電極を半導体チップの同一表面に形成し、このアノード電極とカソード電極をワイヤおよびリードを用いることなく基板に実装する、いわゆるフェイスダウンボンディングが行われている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
このフェイスダウンボンディングは、チップの同一表面に形成されたアノード電極とカソード電極上にバンプ電極を形成し、このバンプ電極を形成した面を下向きにして基板上の配線パターンに半導体チップを直接接続するものである。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−150918号公報(第3頁〜第4頁、図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記したフェイスダウンボンディングによって、ダイオードを形成したチップを基板に実装する場合、以下に示すような問題点がある。
【0007】
アノード電極上に形成されたバンプ電極の面積とカソード電極上に形成されたバンプ電極の面積は、通常同じ大きさをしている。したがって、チップをフェイスダウンボンディングによって基板に実装する場合、アノード電極とカソード電極の実装位置を間違わないようにするため、カソード電極を示すための刻印(カソードバンド)がなされており、この刻印を元にした実装確認が行われている。しかし、チップサイズが0.6mm×0.3mm程度以下になると刻印および刻印を使用した実装確認が極めて困難になる。このため、チップを収納する収納テープへの逆挿入や実装時の逆装着が生じるという問題点がある。ダイオードは、ある方向へは電流が流れるが、それと逆方向には電流が流れないという特性を持っているため、逆装着されると正常な回路として動作しなくなり、製品不良となってしまう問題点がある。
【0008】
本発明の目的は、フェイスダウンボンディングによってチップを基板に実装する場合に、逆装着を防止することができる半導体装置を提供することにある。
【0009】
また、本発明の他の目的は、逆装着を防止することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0010】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0012】
本発明は、(a)半導体基板と、(b)前記半導体基板の一主面上に形成された1つのアノード電極と、(c)前記アノード電極上に形成された第1バンプ電極と、(d)前記半導体基板の一主面上に形成された一対のカソード電極と、(e)一対の前記カソード電極上に形成された一対の第2バンプ電極とを備え、前記第1バンプ電極を離間して挟むような位置に一対の前記第2バンプ電極が形成されていることを特徴とするものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。また、実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0014】
(実施の形態1)
本実施の形態1は、例えば移動体通信機器や高速データ通信機器などのアンテナスイッチモジュールに使用されるPINダイオードに本発明を適用したものである。
【0015】
図1は、図2のA−A断面で切断した断面図を示したものであり、図2は、本実施の形態1におけるPINダイオードの素子形成面を上にした平面図である。
【0016】
図1において、n型(第1導電型)の不純物を導入した半導体基板1の主面(素子形成面)上には、イントリンシックなエピタキシャル層(第1半導体層)2が形成されており、このエピタキシャル層2内には、p型不純物を導入したp++型半導体層(第2半導体層)5およびn型不純物を導入したn++型半導体層(第3半導体層)7が形成されている。
【0017】
n++型半導体層7は、エピタキシャル層2を介してp++型半導体層5の周囲を囲むように形成されており、p++型半導体層5、イントリンシックなエピタキシャル層2、n++型半導体層7により本実施の形態1におけるPINダイオードのpin接合を形成している。
【0018】
p++型半導体層5上には、アノード電極10が形成されており、このアノード電極10上にはバンプ電極用下地膜14を介してバンプ電極(第1バンプ電極)15が形成されている。一方、n++型半導体層7上には、一対のカソード電極11、12が形成されており、それぞれのカソード電極11、12上には、バンプ電極用下地膜14を介して一対のバンプ電極(第2バンプ電極)16、17が形成されている。このバンプ電極15、16、17の形状および配置位置を上部から見ると図2のようになる。
【0019】
図2において、本実施の形態1におけるPINダイオードは、素子形成面の大部分を最終保護膜13によって覆われており、中心部にアノード電極10と電気接続するバンプ電極15が形成されている。このバンプ電極15の面積は、PINダイオードの容量を小さくする観点からなるべく小さくすることが望ましい。
【0020】
バンプ電極15を中心とした両側には、最終保護膜13を挟んでバンプ電極16、17が対称に形成されており、バンプ電極16、17の面積は、バンプ電極15の面積に比べて大きくなっている。また、半導体基板1の裏面からバンプ電極15、16、17の上面までの高さは、すべて同一である。なお、ここでいう同一とは、バンプ電極15、16、17の形成に用いる半導体製造装置による製造誤差などを含むものとする。
【0021】
このように、アノード電極10に電気接続するバンプ電極15の離間した両側に、カソード電極11、12に電気接続するバンプ電極16、17を設けて左右対称にすることで、PINダイオードの逆装着を防止することができる。すなわち、従来のPINダイオードでは、チップ上にアノード電極とカソード電極を1つずつしか設けていなかったため、逆装着する可能性があったが、本実施の形態1におけるPINダイオードでは、一つのアノード電極10の離間した両側に、電気的に同等なカソード電極11、12を設けたため、PINダイオードが形成されたチップを基板に実装する際の方向性の管理をする必要がない効果が得られる。したがって、チップを収納テープへ収納する際の方向管理が必要なくなるとともに、カソードの位置を示すためのチップへの刻印も不要となる。
【0022】
また、チップ上にアノード電極とカソード電極が一つずつ形成された従来のダイオードにおいて、アノード電極上に形成されたバンプ電極の面積に比べてカソード電極上に形成されたバンプ電極の面積を大きくすると、半田を使用してチップを実装する場合、半田による単位面積あたりの表面張力の違いにより、チップが傾き、一方のバンプ電極が基板より離れてしまういわゆるマンハッタン現象が生じる。つまり、アノード電極に接続された面積の小さいバンプ電極が基板から離れてしまい、チップを完全に実装できなくなる事態が生ずる。このため、従来のダイオードでは、カソード電極上に形成されたバンプ電極の面積をアノード電極上に形成されたバンプ電極の面積と同じ大きさしていた。
【0023】
しかし、本実施の形態1におけるPINダイオードでは、バンプ電極15の両側にバンプ電極16、17を設けた構造をしている。このため、はんだを使用してチップを基板に実装する際、バンプ電極15とバンプ電極16との関係ではなく、バンプ電極16とバンプ電極17の関係でマンハッタン現象が生じるかどうか決定される。したがって、バンプ電極16の面積とバンプ電極17の面積を同じにすれば、バンプ電極15の面積とバンプ電極16、17の面積を同じにしなくてもいわゆるマンハッタン現象を生じなくすることができる。以上のことから、バンプ電極16、17の面積をバンプ電極15より大きくすることができ、チップの基板への実装を安定して行うことができる。
【0024】
また、バンプ電極15以外に一対のバンプ電極16、17を形成するとともにバンプ電極16、17の面積を大きくすることができるため、従来のダイオードでは使用されていなかった未使用部分を実装するための有効領域に変えることができる。
【0025】
さらに、本実施の形態1におけるPINダイオードは、実装する際の有効面積が従来のダイオードに比べて大きくなるため、塗布された半田量のばらつきを吸収することができる。つまり、塗布された半田量が多少多めであってもチップ本体が半田上に浮かず、チップ実装時の高さ変動やダイオードの容量特性の変動を防止することができる。
【0026】
なお、バンプ電極15を中心として左右対称の位置にバンプ電極16、17が形成される場合について説明したが、左右対称の位置に形成されていなくてもバンプ電極15を離間して挟むような位置にバンプ電極16、17が形成されている場合でも上記した様々な効果が得られる。
【0027】
次に、本実施の形態1におけるPINダイオードの製造方法の一例について図面を参照しながら説明する。
【0028】
まず、n型不純物を高濃度に導入した半導体基板1を用意する。続いて、図3に示すように、この半導体基板1の主面(素子形成面)上に気相成長法を使用してイントリンシックなエピタキシャル層(第1半導体層)2を形成する。なお、このイントリンシックなエピタキシャル層2を成長する際、わずかにn型不純物であるリンなどを導入する。
【0029】
次に、図4に示すように、エピタキシャル層2上に熱酸化法を使用して酸化シリコン膜3を形成した後、この酸化シリコン膜3上に感光性のレジスト膜4を塗布する。そして、露光・現像することによりパターニングする。パターニングは、後述するp++型半導体層5を形成するエピタキシャル層2の第1領域を開口するように行われる。その後、開口した第1領域に存在する酸化シリコン膜3をエッチングで除去する。
【0030】
続いて、開口した第1領域からエピタキシャル層2へポリボロンフィルム(Polyboron Film;PBF)を使用してボロン(B)を導入した後、半導体基板1に対して熱処理を施すことにより、導入したボロンをエピタキシャル層2内へ拡散させp++半導体層(第2半導体層)5を形成する。
【0031】
次に、図5に示すようにp++半導体層5の形成に使用したレジスト膜4を除去した後、半導体基板1上に新たなレジスト膜6を塗布する。そして、このレジスト膜6に対して露光・現像することによりパターニングする。パターニングは、後述するn++半導体層7を形成するエピタキシャル層2の第2領域を開口するように行う。この開口領域は、p++半導体層5の周囲を離間して囲むように形成される。その後、パターニングしたレジスト膜6をマスクにして酸化シリコン膜3のエッチングを行い、エピタキシャル層2の表面を露出させる。
【0032】
続いて、パターニングしたレジスト膜6をマスクとしたイオン注入法を使用して、露出したエピタキシャル層2の第2領域内にn型不純物であるリンなどを注入し、n++半導体層(第3半導体層)7を形成する。ここで、n++半導体層7は、イントリンシックなエピタキシャル層2を介してp++半導体層5の周囲を囲むように形成される。このようにして、p++半導体層5、エピタキシャル層2、n++半導体層7よりなるpin接合を形成することができる。
【0033】
次に、図6に示すように、半導体基板1上に熱酸化法を使用した酸化シリコン膜8を形成した後、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法を使用してPSG(Phospho Silicate Glass)膜9を堆積することにより、酸化シリコン膜8およびPSG膜9よりなる中間保護膜を形成する。
【0034】
続いて、図7に示すように、中間保護膜上にレジスト膜(図示せず)を塗布してパターニングし、このパターニングしたレジスト膜をマスクとしたエッチングにより、中間保護膜に開口領域を形成する。開口領域には、p++半導体層5の表面を露出する領域と、n++半導体層7の表面を露出する領域があり、n++半導体層7の表面を露出する領域には、p++半導体層5の表面を露出する領域を離間して挟む位置に形成された2領域がある。
【0035】
次に、レジスト膜(図示せず)を除去した後、例えばスパッタリング法を使用して、半導体基板1上にアルミニウム膜やタングステン膜などのメタル膜を形成する。そして、形成したメタル膜をパターニングすることにより、図7に示すようにアノード電極10、カソード電極11、12を形成する。アノード電極10は、p++半導体層5と電気的に接続されている一方、カソード電極11、12は、n++半導体層7と電気的に接続されている。また、カソード電極11、12は、アノード電極10を離間して挟むような位置に形成されている。つまり、アノード電極を中心として両側にそれぞれカソード電極11、カソード電極12が形成されている。
【0036】
続いて、例えばCVD法を使用して、半導体基板1上に窒化シリコン(Si3N4)膜を形成した後、レジスト膜(図示せず)を塗布してパターニングする。そして、パターニングしたレジスト膜(図示せず)をマスクにしたエッチングにより、図8に示すように、最終保護膜13を形成する。
【0037】
次に、図9に示すように、例えばTi−Pd膜を半導体基板1上に蒸着することにより、バンプ電極用下地膜14を形成する。続いて、このバンプ電極用下地膜14上にレジスト膜(図示せず)を塗布した後、フォトリソグラフィ技術を使用して、このレジスト膜に選択的な開口を施す。そして、選択的な開口を施した領域上に図1に示すようなバンプ電極15、16、17を形成する。ここで、バンプ電極16、17の面積は、バンプ電極15の面積に比べて大きくなるように形成されている。また、バンプ電極15を離間して挟むようにそれぞれバンプ電極16、バンプ電極17が形成されている。
【0038】
このバンプ電極15、16、17の材質は、本実施の形態1におけるPINダイオードを実装する箇所に形成された電極の材質に合わせて選択される。例えば、実装する箇所の電極の材質が金(Au)の場合は、バンプ電極15、16、17の形成領域にめっき法を使用して銅(Cu)膜を形成した後、その銅膜の表面にめっき法を使用して金膜を形成することによりバンプ電極15、16、17を形成することができる。また、めっき法を使用してニッケル(Ni)膜を形成した後、このニッケル膜の表面にめっき法を使用して金膜を形成することによってバンプ電極15、16、17を形成してもよい。また、実装する箇所の電極の材質が半田から形成されている場合には、バンプ電極15、16、17を半田から形成することができる。
【0039】
次に、バンプ電極15、16、17が形成された領域以外のレジスト膜およびバンプ電極用下地膜14を除去した後、ダイシングにより半導体基板1を個々のチップに分離する。そして、この分離したチップをフェイスダウンボンディングにより基板に実装することにより、例えばアンテナスイッチモジュールなどPINダイオードを実装した基板を形成することができる。
【0040】
(実施の形態2)
本実施の形態2は、例えば移動体通信機器や高速データ通信機器などのアンテナスイッチモジュールや電圧制御発振器モジュールなどの高周波モジュールに使用される可変容量ダイオードに本発明を適用したものである。
【0041】
図10は、図11のA−A断面で切断した断面図であり、図11は、本実施の形態2における可変容量ダイオードの素子形成面を上にした平面図である。
【0042】
図10において、n型(第1導電型)の不純物を導入した半導体基板20の主面(素子形成面)上には、n型の不純物を導入したn−型エピタキシャル層(第4半導体層)21が形成されている。このn−型エピタキシャル層21の第1領域には、半導体基板20に達するn++半導体層(第5半導体層)24が形成されており、n++半導体層24には、n−型エピタキシャル層21に導入されている不純物の量に比べて相対的に高濃度になるように不純物が導入されている。言い換えれば、n−型エピタキシャル層21には、n++半導体層24に比べて相対的に低濃度になるように不純物が導入されている。
【0043】
また、n−型エピタキシャル層21の第2領域には、n型の不純物を導入したn++半導体層(第6半導体層)27が形成されており、このn++半導体層27に導入されている不純物の量は、n−型エピタキシャル層21に導入されている不純物の量に比べて相対的に高濃度である。
【0044】
n++半導体層27上には、p++半導体層(第7半導体層)29が形成されており、p型の不純物が導入されている。これにより、p++半導体層29とn++半導体層27の間でpn接合が形成される。
【0045】
n++半導体層24上には、n型の不純物を導入したn++半導体層(第8半導体層)32が形成されており、このn++半導体層32は、前述したp++半導体層29の周囲を離間して囲むように形成されている。n++半導体層32に導入されている不純物の量は、n−型エピタキシャル層21に導入されている不純物の量に比べて相対的に高濃度である。
【0046】
p++型半導体層29上には、アノード電極36が形成されており、このアノード電極36上にはバンプ電極用下地膜40を介してバンプ電極(第1バンプ電極)41が形成されている。一方、p++型半導体層29を離間して囲むn++型半導体層32上には、一対のカソード電極37、38が形成されており、それぞれのカソード電極37、38上には、バンプ電極用下地膜40を介して一対のバンプ電極(第2バンプ電極)42、43が形成されている。このバンプ電極42、43の形状および配置位置を上部から見ると図11のようになる。
【0047】
図10および図11において、半導体基板20のチップ領域の大部分は、最終保護膜39で覆われており、中心部には、アノード電極36に電気接続するバンプ電極41が形成されている。このバンプ電極41を離間して挟むようにバンプ電極42、43が形成されており、このバンプ電極42、43はそれぞれカソード電極37、38に電気接続されている。
【0048】
このように、アノード電極36に接続したバンプ電極41を離間して挟むように、カソード電極37、38に接続したバンプ電極42、43を設けることにより、可変容量ダイオードの基板への逆装着を防止することができる。すなわち、半導体基板20のチップ領域にはバンプ電極41を中心とした両側にバンプ電極42、43が形成されているため、チップ領域を180度回転させた場合であってもバンプ電極42、43が入れ替わるだけでその構成には変わりがない。そして、バンプ電極42とバンプ電極43は、図10に示すように、カソード電極37、38を介してn++半導体層32に接続されている。つまり、バンプ電極37、38は電気的に同等であるため、回転させる前の構成と同じである。このため、半導体基板20のチップ領域から切り出されたチップを180度回転させた状態で実装基板に実装したとしても逆装着にならず、方向性の管理が不要となる。
【0049】
また、同様にチップを収納テープへ収納する際の方向管理が必要なくなるとともに、カソードの位置を示すためのチップへの刻印も不要となる。
【0050】
次に、本実施の形態2における可変容量ダイオードの製造方法の一例を、図面を参照しながら説明する。
【0051】
まず、例えばリン(P)などのn型(第1導電型)不純物を導入した半導体基板20を用意する。そして、図12に示すように、この半導体基板20の主面(素子形成面)上に、気相成長法を使用して、n−エピタキシャル層(第4半導体層)21を形成する。
【0052】
続いて、図13に示すように、n−エピタキシャル層21上に熱酸化法を使用して酸化シリコン膜22を形成した後、この酸化シリコン膜22上に感光性のレジスト膜23を塗布する。そして、レジスト膜23に対して露光・現像することによりパターニングし、パターニングしたレジスト膜23をマスクにして酸化シリコン膜22をエッチングする。このエッチングにより、n−エピタキシャル層21の第1領域を開口する。
【0053】
その後、パターニングしたレジスト膜23をマスクとしたイオン注入法により、リンなどのn型不純物をn−エピタキシャル層21の第1領域内に導入してn++半導体層(第5半導体層)24を形成する。このn++半導体層24は、半導体基板20の表面まで達するように形成される。そして、n++半導体層24の表面に熱酸化法を使用して酸化シリコン膜25を形成する。
【0054】
次に、図14に示すように、n++半導体層24の形成に使用したレジスト膜23を除去した後、半導体基板20上にレジスト膜26を塗布する。そして、この塗布したレジスト膜26に対して露光・現像することによりパターニングし、パターニングしたレジスト膜26をマスクにして酸化シリコン膜22をエッチングする。このエッチングにより、n−エピタキシャル層21の第2領域を開口する。
【0055】
続いて、パターニングしたレジスト膜26をマスクとしたイオン注入法により、リンなどのn型不純物をn−エピタキシャル層21の第2領域内に導入して、n++半導体層(第6半導体層)27を形成する。
【0056】
そして、図15に示すようにn++半導体層27を形成する際に使用したレジスト膜26を除去した後、新たに半導体基板20の主面上にレジスト膜28を塗布する。その後、塗布したレジスト膜28に対して露光・現像することによりパターニングし、パターニングしたレジスト膜28をマスクにして酸化シリコン膜22をエッチングする。
【0057】
続いて、パターニングしたレジスト膜28をマスクとしたイオン注入法により、ボロン(B)などのp型不純物を導入してp++半導体層(第7半導体層)29をn++半導体層27上に形成する。その後、p++半導体層29の表面に熱酸化法を使用して酸化シリコン膜30を形成する。
【0058】
次に、図16に示すようにp++半導体層29を形成する際に使用したレジスト膜28を除去した後、半導体基板20上にレジスト膜31を塗布する。そして、塗布したレジスト膜31に対して露光・現像することによりパターニングし、パターニングしたレジスト膜31をマスクにして酸化シリコン膜22をエッチングする。
【0059】
続いて、パターニングしたレジスト膜31をマスクにしたイオン注入法により、リンなどのn型不純物を導入してn++半導体層(第8半導体層)32を形成する。ここで形成されるn++半導体層32は、p++半導体層29の周囲を離間して囲むように形成される。その後、n++半導体層32の表面に熱酸化法を使用して酸化シリコン膜33を形成する。
【0060】
そして、図17に示すようにn++半導体層32を形成したレジスト膜31を除去した後、半導体基板20の主面上に熱酸化法を使用して酸化シリコン膜34を形成する。その後、酸化シリコン膜34上に、CVD法を使用してPSG膜35を形成する。このようにして、酸化シリコン膜34とPSG膜35よりなる中間保護膜を形成することができる。
【0061】
次に、図18に示すように中間保護膜上にレジスト膜(図示せず)を塗布した後、露光・現像することによりパターニングし、このパターニングしたレジスト膜をマスクとして中間保護膜をエッチングする。このエッチングにより、p++半導体層29に達する開口部およびn++半導体層32に達する開口部を形成する。ここで、n++半導体層32に達する開口部は2箇所形成され、p++半導体層29に達する開口部を離間して挟むような位置に形成される。
【0062】
そして、レジスト膜(図示せず)を除去した後、スパッタリング法を使用してアルミニウム膜を半導体基板20上に形成する。さらに続いて形成したアルミニウム膜のパターニングを行うことにより、アノード電極36、カソード電極37、38を形成する。ここで、アノード電極36を離間して挟むようにカソード電極37、38が形成される。
【0063】
続いて、図19に示すように半導体基板20上にCVD法を使用して窒化シリコン(Si3N4)膜を形成した後、レジスト膜(図示せず)をマスクとしたエッチングにより最終保護膜39を形成する。
【0064】
次に、図20に示すようにTi−Pd膜を半導体基板20上に蒸着することにより、バンプ電極用下地膜40を形成する。続いて、このバンプ電極用下地膜40上にレジスト膜(図示せず)を塗布した後、フォトリソグラフィ技術を使用して、このレジスト膜に選択的な開口を施す。そして、選択的な開口を施した領域上に図10に示すようなバンプ電極41、42、43を形成する。ここで、バンプ電極41を離間して挟むようにバンプ電極42、43が形成される。
【0065】
バンプ電極41、42、43の材質であるが、前記実施の形態1で述べたのと同様に、可変容量ダイオードを実装する箇所に形成された電極の材質に合わせて選択される。
【0066】
続いて、バンプ電極41、42、43が形成された領域以外のレジスト膜およびバンプ電極用下地膜40を除去した後、ダイシングにより半導体基板20を個々のチップに分離する。そして、この分離したチップをフェイスダウンボンディングにより基板に実装することにより、例えば高周波モジュールなど可変容量ダイオードを実装した基板を形成することができる。
【0067】
以上、本発明者によってなされた発明を前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0068】
前記実施の形態で述べたダイオードと極性を変えたダイオードにも本発明を適用することができる。すなわち、前記実施の形態でn型不純物を導入した層にp型不純物を導入する一方、前記実施の形態でp型不純物を導入した層にn型不純物を導入することにより形成したダイオードにも本発明を適用することができる。
【0069】
また、前記実施の形態ではPINダイオードと可変容量ダイオードに本発明を適用する例を示したがこれに限らず、チップの同一面にアノード電極とカソード電極を有し、フェイスダウンボンディングにより基板に実装するフリップチップ型のダイオードに適用することができる。例えば、ツェナーダイオード、スイッチングダイオード、ショットキーダイオードなどにも本発明を適用することができる。
【0070】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【0071】
アノード電極を離間して挟むように一対のカソード電極を形成したので、フェイスダウンボンディングによってチップを基板に実装する場合に逆装着になることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1である半導体装置の断面を示した断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1である半導体装置の素子形成面を示した平面図である。
【図3】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図4】図3に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図5】図4に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図6】図5に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図7】図6に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図8】図7に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図9】図8に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図10】本発明の実施の形態2である半導体装置の断面を示した断面図である。
【図11】本発明の実施の形態2である半導体装置の素子形成面を示した平面図である。
【図12】本発明の実施の形態2である半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図13】図12に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図14】図13に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図15】図14に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図16】図15に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図17】図16に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図18】図17に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図19】図18に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図20】図19に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板
2 エピタキシャル層(第1半導体層)
3 酸化シリコン膜
4 レジスト膜
5 p++半導体層(第2半導体層)
6 レジスト膜
7 n++半導体層(第3半導体層)
8 酸化シリコン膜
9 PSG膜
10 アノード電極
11 カソード電極
12 カソード電極
13 最終保護膜
14 バンプ電極用下地膜
15 バンプ電極(第1バンプ電極)
16 バンプ電極(第2バンプ電極)
17 バンプ電極(第2バンプ電極)
20 半導体基板
21 n−エピタキシャル層(第4半導体層)
22 酸化シリコン膜
23 レジスト膜
24 n++半導体層(第5半導体層)
25 酸化シリコン膜
26 レジスト膜
27 n++半導体層(第6半導体層)
28 レジスト膜
29 p++半導体層(第7半導体層)
30 酸化シリコン膜
31 レジスト膜
32 n++半導体層(第8半導体層)
33 酸化シリコン膜
34 酸化シリコン膜
35 PSG膜
36 アノード電極
37 カソード電極
38 カソード電極
39 最終保護膜
40 バンプ電極用下地膜
41 バンプ電極(第1バンプ電極)
42 バンプ電極(第2バンプ電極)
43 バンプ電極(第2バンプ電極)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a technology for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device in which an anode electrode and a cathode electrode are formed on one main surface of a semiconductor substrate, and a technology effective when applied to a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In a conventional diode, first, a front electrode is formed on a surface of a semiconductor chip (hereinafter, simply referred to as a chip), and a back electrode is formed on a back surface of the semiconductor chip. Then, by bonding the back surface of the chip to one lead of the lead frame, the lead and the back surface electrode are electrically connected. On the other hand, the surface electrode and the other lead are electrically connected by wire bonding using an Au (gold) wire. Then, packaging of the diode is performed by sealing the chip, the wire, and the lead with a resin material.
[0003]
However, in recent years, from the viewpoint of cost reduction and miniaturization of diodes, an anode electrode and a cathode electrode are formed on the same surface of a semiconductor chip, and the anode electrode and the cathode electrode are mounted on a substrate without using wires and leads. Down bonding is performed (for example, see Patent Document 1).
[0004]
In this face-down bonding, a bump electrode is formed on an anode electrode and a cathode electrode formed on the same surface of a chip, and the semiconductor chip is directly connected to a wiring pattern on a substrate with the surface on which the bump electrodes are formed facing downward. Things.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-150918 (
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a chip on which a diode is formed is mounted on a substrate by the face-down bonding described above, there are the following problems.
[0007]
The area of the bump electrode formed on the anode electrode is usually the same as the area of the bump electrode formed on the cathode electrode. Therefore, when the chip is mounted on the substrate by face-down bonding, a mark (cathode band) indicating the cathode electrode is made to prevent the mounting positions of the anode electrode and the cathode electrode from being mistaken. Has been confirmed. However, when the chip size is about 0.6 mm × 0.3 mm or less, it is extremely difficult to perform engraving and mounting confirmation using the engraving. For this reason, there is a problem that reverse insertion into the storage tape for storing the chips or reverse mounting at the time of mounting occurs. Diodes have the characteristic that current flows in one direction but does not flow in the opposite direction, so if they are mounted in reverse, they will not operate as a normal circuit, resulting in product failure. There is.
[0008]
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of preventing reverse mounting when a chip is mounted on a substrate by face-down bonding.
[0009]
It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can prevent reverse mounting.
[0010]
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
[0012]
The present invention provides: (a) a semiconductor substrate; (b) one anode electrode formed on one main surface of the semiconductor substrate; (c) a first bump electrode formed on the anode electrode; d) a pair of cathode electrodes formed on one main surface of the semiconductor substrate, and (e) a pair of second bump electrodes formed on the pair of cathode electrodes, wherein the first bump electrodes are separated from each other. A pair of the second bump electrodes are formed at positions where the second bump electrodes are sandwiched.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.
[0014]
(Embodiment 1)
In the first embodiment, the present invention is applied to a PIN diode used for an antenna switch module of a mobile communication device or a high-speed data communication device, for example.
[0015]
FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2, and FIG. 2 is a plan view of the PIN diode according to the first embodiment with the element formation surface thereof facing upward.
[0016]
In FIG. 1, an intrinsic epitaxial layer (first semiconductor layer) 2 is formed on a main surface (element formation surface) of a
[0017]
n ++
[0018]
p ++ An
[0019]
In FIG. 2, the PIN diode according to the first embodiment has most of the element formation surface covered with the final
[0020]
On both sides of the
[0021]
As described above, the
[0022]
Also, in a conventional diode in which one anode electrode and one cathode electrode are formed on a chip, if the area of the bump electrode formed on the cathode electrode is made larger than the area of the bump electrode formed on the anode electrode, When a chip is mounted using solder, a so-called Manhattan phenomenon occurs in which the chip is tilted and one of the bump electrodes is separated from the substrate due to a difference in surface tension per unit area due to the solder. That is, the bump electrode having a small area connected to the anode electrode is separated from the substrate, and a chip cannot be completely mounted. For this reason, in the conventional diode, the area of the bump electrode formed on the cathode electrode is equal to the area of the bump electrode formed on the anode electrode.
[0023]
However, the PIN diode according to the first embodiment has a structure in which bump
[0024]
In addition, since a pair of
[0025]
Furthermore, since the PIN diode according to the first embodiment has a larger effective area when mounted than the conventional diode, it is possible to absorb variations in the amount of solder applied. In other words, even if the amount of solder applied is somewhat large, the chip body does not float on the solder, and it is possible to prevent a change in height and a change in capacitance characteristics of the diode during chip mounting.
[0026]
The case where the
[0027]
Next, an example of a method for manufacturing the PIN diode according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
[0028]
First, a
[0029]
Next, as shown in FIG. 4, after forming a
[0030]
Subsequently, after boron (B) is introduced from the opened first region to the
[0031]
Next, as shown in FIG. ++ After removing the resist
[0032]
Subsequently, phosphorus or the like, which is an n-type impurity, is implanted into the exposed second region of the
[0033]
Next, as shown in FIG. 6, after a
[0034]
Subsequently, as shown in FIG. 7, a resist film (not shown) is applied on the intermediate protective film and patterned, and an opening region is formed in the intermediate protective film by etching using the patterned resist film as a mask. . In the open area, p ++ A region exposing the surface of the
[0035]
Next, after removing the resist film (not shown), a metal film such as an aluminum film or a tungsten film is formed on the
[0036]
Subsequently, silicon nitride (Si) is formed on the
[0037]
Next, as shown in FIG. 9, for example, a Ti—Pd film is deposited on the
[0038]
The material of the
[0039]
Next, after removing the resist film and the bump
[0040]
(Embodiment 2)
In the second embodiment, for example, the present invention is applied to a variable capacitance diode used for a high-frequency module such as an antenna switch module or a voltage-controlled oscillator module of a mobile communication device or a high-speed data communication device.
[0041]
FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 11, and FIG. 11 is a plan view of the variable capacitance diode according to the second embodiment with the element formation surface facing upward.
[0042]
In FIG. 10, the n-type (first conductivity type) doped
[0043]
Also, n − In the second region of the n-
[0044]
n ++ On the
[0045]
n ++ On the
[0046]
p ++ An
[0047]
10 and 11, most of the chip area of the
[0048]
In this manner, the
[0049]
Similarly, it is not necessary to manage the direction when the chip is stored in the storage tape, and it is not necessary to mark the chip to indicate the position of the cathode.
[0050]
Next, an example of a method of manufacturing the variable capacitance diode according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.
[0051]
First, a
[0052]
Subsequently, as shown in FIG. − After a
[0053]
Thereafter, an n-type impurity such as phosphorus is n-doped by ion implantation using the patterned resist
[0054]
Next, as shown in FIG. ++ After removing the resist
[0055]
Subsequently, an n-type impurity such as phosphorus is n-doped by ion implantation using the patterned resist
[0056]
Then, as shown in FIG. ++ After removing the resist
[0057]
Subsequently, a p-type impurity such as boron (B) is introduced by an ion implantation method using the patterned resist
[0058]
Next, as shown in FIG. ++ After removing the resist
[0059]
Subsequently, an n-type impurity such as phosphorus is introduced by an ion implantation method using the patterned resist
[0060]
Then, as shown in FIG. ++ After removing the resist
[0061]
Next, as shown in FIG. 18, a resist film (not shown) is applied on the intermediate protective film, and then patterned by exposing and developing, and the intermediate protective film is etched using the patterned resist film as a mask. By this etching, p ++ Opening reaching
[0062]
Then, after removing the resist film (not shown), an aluminum film is formed on the
[0063]
Subsequently, as shown in FIG. 19, silicon nitride (Si) is 3 N 4 After the film is formed, a final
[0064]
Next, as shown in FIG. 20, a Ti—Pd film is deposited on the
[0065]
The material of the
[0066]
Subsequently, after removing the resist film and the bump
[0067]
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say.
[0068]
The present invention can be applied to a diode whose polarity is changed from that of the diode described in the above embodiment. That is, while the p-type impurity is introduced into the layer into which the n-type impurity is introduced in the above-described embodiment, the diode formed by introducing the n-type impurity into the layer into which the p-type impurity is introduced in the embodiment is also used. The invention can be applied.
[0069]
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a PIN diode and a variable capacitance diode has been described. However, the present invention is not limited to this. The present invention can be applied to a flip-chip type diode. For example, the present invention can be applied to a Zener diode, a switching diode, a Schottky diode, and the like.
[0070]
【The invention's effect】
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0071]
Since the pair of cathode electrodes are formed so as to sandwich the anode electrode at a distance, it is possible to prevent reverse mounting when the chip is mounted on the substrate by face-down bonding.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a section of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a plan view showing an element formation surface of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 3;
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 4;
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 5;
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 6;
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 7;
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 8;
FIG. 10 is a sectional view showing a section of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 11 is a plan view showing an element formation surface of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 12;
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 13;
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 14;
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 15;
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 16;
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 17;
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 18;
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 19;
[Explanation of symbols]
1 semiconductor substrate
2 Epitaxial layer (first semiconductor layer)
3 Silicon oxide film
4 Resist film
5 p ++ Semiconductor layer (second semiconductor layer)
6 Resist film
7 n ++ Semiconductor layer (third semiconductor layer)
8 Silicon oxide film
9 PSG film
10 Anode electrode
11 Cathode electrode
12 Cathode electrode
13 Final protective film
14 Underlayer for bump electrode
15 Bump electrode (first bump electrode)
16 Bump electrode (second bump electrode)
17 Bump electrode (second bump electrode)
20 Semiconductor substrate
21 n − Epitaxial layer (fourth semiconductor layer)
22 Silicon oxide film
23 Resist film
24 n ++ Semiconductor layer (fifth semiconductor layer)
25 Silicon oxide film
26 Resist film
27 n ++ Semiconductor layer (sixth semiconductor layer)
28 Resist film
29p ++ Semiconductor layer (seventh semiconductor layer)
30 silicon oxide film
31 Resist film
32 n ++ Semiconductor layer (eighth semiconductor layer)
33 silicon oxide film
34 silicon oxide film
35 PSG film
36 Anode electrode
37 Cathode electrode
38 Cathode electrode
39 Final protective film
40 Underlayer for bump electrode
41 Bump electrode (first bump electrode)
42 Bump electrode (second bump electrode)
43 Bump electrode (second bump electrode)
Claims (5)
前記アノード電極を離間して挟むように、一対の前記カソード電極が形成されていることを特徴とする半導体装置。A semiconductor device having an anode electrode and a cathode electrode on a main surface of a semiconductor substrate,
A semiconductor device, wherein a pair of the cathode electrodes is formed so as to sandwich the anode electrode at a distance.
前記アノード電極を離間して挟むように形成された一対の前記カソード電極を備え、
一対の前記カソード電極は、前記アノード電極を中心として対称になるように形成されていることを特徴とする半導体装置。A semiconductor device having an anode electrode and a cathode electrode on a main surface of a semiconductor substrate,
Comprising a pair of the cathode electrodes formed so as to sandwich the anode electrode at a distance,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the pair of cathode electrodes are formed symmetrically with respect to the anode electrode.
(b)前記半導体基板の主面上に形成された1つのアノード電極と、
(c)前記アノード電極上に形成された第1バンプ電極と、
(d)前記半導体基板の主面上に形成された一対のカソード電極と、
(e)一対の前記カソード電極上に形成された一対の第2バンプ電極とを備え、
前記第1バンプ電極を離間して挟むように、一対の前記第2バンプ電極が形成されていることを特徴とする半導体装置。(A) a semiconductor substrate;
(B) one anode electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate;
(C) a first bump electrode formed on the anode electrode;
(D) a pair of cathode electrodes formed on the main surface of the semiconductor substrate;
(E) a pair of second bump electrodes formed on the pair of cathode electrodes,
A semiconductor device, wherein a pair of the second bump electrodes is formed so as to sandwich the first bump electrode at a distance.
(b)前記半導体基板上にイントリンシックな第1半導体層を形成する工程と、
(c)前記第1半導体層の第1領域に第1導電型とは異なる導電型の不純物を導入して第2半導体層を形成する工程と、
(d)前記第1半導体層の第2領域内に第1導電型の不純物を導入して、前記第2半導体層を離間して囲む第3半導体層を形成する工程と、
(e)前記第2半導体層上にアノード電極を形成する工程と、
(f)前記第3半導体層上に、前記アノード電極を離間して挟むように一対のカソード電極を形成する工程と、
(g)前記アノード電極上に第1バンプ電極を形成し、一対の前記カソード電極上に一対の第2バンプ電極を形成する工程とを備え、
前記第1バンプ電極を離間して挟むように、一対の前記第2バンプ電極が形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。(A) preparing a semiconductor substrate into which impurities of the first conductivity type are introduced;
(B) forming an intrinsic first semiconductor layer on the semiconductor substrate;
(C) introducing an impurity of a conductivity type different from the first conductivity type into the first region of the first semiconductor layer to form a second semiconductor layer;
(D) introducing a first conductivity type impurity into a second region of the first semiconductor layer to form a third semiconductor layer surrounding the second semiconductor layer at a distance;
(E) forming an anode electrode on the second semiconductor layer;
(F) forming a pair of cathode electrodes on the third semiconductor layer so as to sandwich the anode electrode at a distance;
(G) forming a first bump electrode on the anode electrode and forming a pair of second bump electrodes on the pair of cathode electrodes;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a pair of the second bump electrodes is formed so as to sandwich the first bump electrode at a distance.
(b)前記半導体基板上に第1導電型の不純物を導入した第4半導体層を形成する工程と、
(c)前記第4半導体層の第1領域内に第1導電型の不純物を導入した層であって、前記半導体基板に達する第5半導体層を形成する工程と、
(d)前記第4半導体層の第2領域内に第1導電型の不純物を導入した第6半導体層を形成する工程と、
(e)前記第4半導体層内であって、前記第6半導体層上に、第1導電型とは異なる導電型の不純物を導入して第7半導体層を形成する工程と、
(f)前記第4半導体層内に第1導電型の不純物を導入することにより、前記第5半導体層に電気接続するように形成された層であって、前記第7半導体層を離間して囲む第8半導体層を形成する工程と、
(g)前記第7半導体層上にアノード電極を形成する工程と、
(h)前記第8半導体層上に、前記アノード電極を離間して挟むように一対のカソード電極を形成する工程と、
(i)前記アノード電極上に第1バンプ電極を形成し、一対の前記カソード電極上に第2バンプ電極を形成する工程とを備え、
前記第1バンプ電極を離間して挟むように一対の前記第2バンプ電極が形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。(A) preparing a semiconductor substrate into which impurities of the first conductivity type are introduced;
(B) forming a fourth semiconductor layer doped with a first conductivity type impurity on the semiconductor substrate;
(C) forming a fifth semiconductor layer, which is a layer in which a first conductivity type impurity is introduced into the first region of the fourth semiconductor layer and reaches the semiconductor substrate;
(D) forming a sixth semiconductor layer into which impurities of the first conductivity type are introduced in the second region of the fourth semiconductor layer;
(E) forming a seventh semiconductor layer in the fourth semiconductor layer by introducing impurities of a conductivity type different from the first conductivity type on the sixth semiconductor layer;
(F) a layer formed so as to be electrically connected to the fifth semiconductor layer by introducing a first conductivity type impurity into the fourth semiconductor layer, wherein the seventh semiconductor layer is separated from the fifth semiconductor layer; Forming an surrounding eighth semiconductor layer;
(G) forming an anode electrode on the seventh semiconductor layer;
(H) forming a pair of cathode electrodes on the eighth semiconductor layer so as to sandwich the anode electrode apart from each other;
(I) forming a first bump electrode on the anode electrode and forming a second bump electrode on the pair of cathode electrodes;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a pair of the second bump electrodes is formed so as to sandwich the first bump electrode at a distance.
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