JP2005353725A - 基板上への能動素子の形成方法および基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】 基板にトランジスタ等の能動素子を一体的に作り込むことを可能とし、高機能を備えた基板を提供する。
【解決手段】 基板１０上に素子のベースとなる半導体層１２を形成する工程と、基板上に形成された半導体層１２の表面に、ソース電極とドレイン電極となる電極１４を各々形成する工程と、該電極１４が形成された基板１０の表面を電気的絶縁性を有する樹脂により被覆して絶縁層１６を形成する工程と、前記絶縁層１６を金型を用いて型押し、前記半導体層１２のチャネル上に絶縁樹脂膜層１６ａを成形する工程と、前記絶縁樹脂膜層１６ａにゲート電極１８を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は基板上への能動素子の形成方法および基板に関し、より詳細には、ＭＯＳ型トランジスタ等の能動素子を基板上に作り込む能動素子の形成方法および能動素子を基板と一体的に作り込んだ基板に関する。
半導体装置には、マルチチップモジュールのように一つのパッケージ内に複数の半導体チップを搭載した製品や、基板上に抵抗やキャパシタンス等の回路部品を搭載した製品がある。これらの製品は、パッケージ内で接近させて半導体チップを搭載することにより、システムの高速化を図ることが可能であり、回路部品と組み合わせることにより一つのパッケージでスイッチング機能や増幅機能などの種々の複合機能を発揮することが可能である。
ところで、従来のマルチチップモジュール等のモジュール製品は、半導体チップや抵抗、キャパシタといった回路部品を基板上に搭載したもので、基板自体に抵抗やキャパシタといった受動部品を作り込んで搭載することは可能であるが、トランジスタ等の能動部品を基板自体に作り込むことはなされていない。このようなトランジスタ等の能動部品を基板に作り込むことができれば、より高機能を備えた半導体装置として提供することが可能となる。
本発明は、このようなトランジスタ等の能動素子を基板自体に作り込むことを可能にする基板への能動素子の形成方法および能動素子を作り込んだ基板を提供することを特徴とする。
本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、基板への能動素子の形成方法として、基板上に素子のベースとなる半導体層を形成する工程と、基板上に形成された半導体層の表面に、ソース電極とドレイン電極となる電極を各々形成する工程と、該電極が形成された基板の表面を電気的絶縁性を有する樹脂により被覆して絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層を金型を用いて型押し、前記半導体層のチャネル上に適切な厚さを有する絶縁樹脂膜層を形成する工程と、前記絶縁樹脂膜層にゲート電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。
また、絶縁層を金型を用いて型押しする際に、ソース電極とドレイン電極となる電極を金型の型押し位置を規制するストッパとして、絶縁樹脂膜層の厚さを規定することを特徴とする。これにより、金型を用いて絶縁層を型押しする際に、絶縁樹脂膜層の厚さを容易に規定することが可能となる。
また、絶縁層を金型を用いて型押しする際に、前記ソース電極とドレイン電極となる電極が形成されている部位に、電極の表面が底面に露出する電極穴を成形し、前記絶縁樹脂膜層の表面上と前記電極穴とにめっきにより導体金属を盛り上げ、ゲート電極とソース電極、ドレイン電極を形成することを特徴とする。
また、前記半導体層を、１００℃〜５００℃で良好な結晶が形成できる化合半導体によって形成することを特徴とする。
また、能動素子を作り込んだ基板として、基板上に素子のベースとなる化合物半導体層が形成され、化合物半導体層の表面上に、ゲート電極を挟んでソース電極とドレイン電極とが設けられ、化合物半導体層のチャネル部とゲート電極との間に電気的絶縁性を有する絶縁樹脂膜層が介在して設けられた能動素子が、基板に一体的に作り込まれてなることを特徴とする。
また、前記化合物半導体層が、ｎ型の化合物半導体層であり、該化合物半導体層の表面に接して、化合物半導体層を構成する元素のうち価数の小さい元素からなる表面電極が設けられていることを特徴とする。
本発明に係る基板への能動素子の形成方法によれば、基板自体に能動素子を作り込むことが可能となり、これによって高機能を備えた基板として提供することが可能になる。
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面にしたがって詳細に説明する。
図１は本発明に係る基板への能動素子の形成方法を利用して基板上にＭＯＳ型のトランジスタを作り込む工程を示す。図２は処理工程のフロー図を示す。
図１(a)は、トランジスタを形成する基板１０を示す。基板１０としては、金属板、有機基板、セラミック基板等を使用することができる。基板１０に金属板を使用する場合は、基板１０上に作り込むトランジスタや、基板１０上に搭載する抵抗等の回路部品が電気的に短絡しないよう電気的絶縁性を有する樹脂等を用いて基板１０の表面に絶縁層を形成するのがよい。
図１(b)は、基板１０の表面に化合物半導体層１２を形成した状態を示す。化合物半導体層１２は、たとえばAlSb等のIII−Ｖ族化合物を蒸着法によって形成することができる。化合物半導体層１２として、AlSbを使用する場合、Ｓｂの組成比をＡｌよりも大きくすることによって化合物半導体層１２をｎ型の半導体とすることができる。この化合物半導体層１２は基板１０に作り込む能動素子（トランジスタ）のベースとなる。
なお、化合物半導体層１２を基板１０上に蒸着法によって形成する際に、基板１０の表面にスズ等の化合物半導体層１２の格子定数に近い金属層を設けて化合物半導体の結晶性を向上させることができる。化合物半導体層１２を基板１０上に形成する方法としては、蒸着法による他、あらかじめフィルム状に形成した化合物半導体を基板１０の表面に貼着する方法、あるいはフィルム上に層状に形成された化合物半導体を基板１０上に貼着する方法によることもできる。
図１(c)は、化合物半導体層１２の表面に表面電極としてアルミニウム電極１４を形成した状態を示す。アルミニウム電極１４は本実施形態で形成しようとしているＭＯＳ型トランジスタのソース電極とドレイン電極の一部を構成するものとなる。化合物半導体層１２に接触させてアルミニウム電極１４を形成しているのは、本実施形態では化合物半導体層１２をAlSbを用いてｎ型に形成しているから、電極をアルミニウムによって形成することにより、化合物半導体層１２の電極の近傍領域をｐ型にするためである。
アルミニウム電極１４は蒸着法あるいはスパッタリング法によって、１μｍ程度の厚さに形成する。アルミニウム電極１４は、中間にゲート電極を形成する間隔をあけて対向させた配置に形成する。
図１(d)は、次に、化合物半導体層１２の表面に絶縁層１６を形成した状態を示す。絶縁層１６はエポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂を使用して、化合物半導体層１２およびアルミニウム電極１４が形成された基板１０の表面を被覆するように設ける。この絶縁層１６は化合物半導体層１２とゲート電極との間に薄い電気的絶縁層を形成するためのものである。絶縁層１６はピンホール等のない均一な電気的絶縁層として形成する必要があり、したがってガラスクロスが含まれていない樹脂材を使用する。
図１(e)は、絶縁層１６に対して金型を型押しし、アルミニウム電極１４、１４によって挟まれた絶縁層１６の部位（化合物半導体層１２のチャネル部に対向する領域）を薄い絶縁樹脂膜層１６ａに形成し、アルミニウム電極１４が形成された部位については、絶縁層１６にアルミニウム電極１４が底面で露出する電極穴１６ｂ、１６ｃを厚さ方向に開口させた状態を示す。
絶縁樹脂膜層１６ａは、金型によって絶縁層１６を型押しした際に、アルミニウム電極１４に金型の型押し面が当接することで、アルミニウム電極１４が型押し時の金型のストッパとして作用してアルミニウム電極１４と同厚に成形することができる。本実施形態ではアルミニウム電極１４の厚さを１μｍとしているから、絶縁樹脂膜層１６ａの厚さも１μｍとなる。
本実施形態において、絶縁層１６に熱可塑性樹脂を使用しているのは、金型を用いて絶縁層１６を型押しして成形する際に、金型を加熱しながら絶縁層１６を加圧することによって絶縁層１６を所定形状に容易に成形できるようにするためである。
図１(f)は、絶縁層１６の表面に無電解銅めっきおよび電解銅めっきを施し、絶縁樹脂膜層１６ａの表面に所定のパターンに銅めっきを盛り上げてゲート電極１８を形成し、同様に電極穴１６ｂ、１６ｃに銅めっきを盛り上げてドレイン電極２０とソース電極２１を形成した状態を示す。ドレイン電極２０とソース電極２１はともに電極穴１６ｂ、１６ｃの底部で各々、アルミニウム電極１４と電気的に接続する。ドレイン電極２０とソース電極２１とは、電極穴１６ｂ、１６ｃに充填された銅めっきとアルミニウム電極１４とを合わせて構成される。
なお、ゲート電極１８およびドレイン電極２０、ソース電極２１を形成する方法としては、上記例のように、絶縁層１６の表面に、セミアディティブ法等の所定パターンにめっきを付着させる方法による他、ダマシン法のように、絶縁層１６の表面全体に、絶縁層１６を完全に覆う厚さに銅めっきを盛り上げて形成し、表面の不要な銅めっきを研磨により除去して、ゲート電極１８、ドレイン電極２０およびソース電極２１となる部分を残すようにする方法等を利用することもできる。
こうして、基板１０上に化合物半導体層１２が形成され、化合物半導体層１２と電気的絶縁層である絶縁樹脂膜層１６ａを挟んでゲート電極１８が形成され、ゲート電極１８の両側に化合物半導体層１２と電気的に接続するアルミニウム電極１４を介して化合物半導体層１２と電気的に接続されるドレイン電極２０とソース電極２１が形成されたＭＯＳ型のトランジスタが形成される。
図３は、上記方法によって基板１０上に形成された実施形態のＭＯＳ型トランジスタの構成を拡大して示している。
基板１０上に形成された化合物半導体層１２はAlSbからなり、Sbリッチとしたことによりｎ型半導体として形成されている。また、ドレイン電極２０およびソース電極２１はアルミニウム電極１４を介して化合物半導体層１２と電気的に接続することにより、化合物半導体層１２の各電極の近傍部分はｐ型の半導体となる。化合物半導体層１２とゲート電極１８との間には、電気的絶縁性を有する樹脂からなる絶縁樹脂膜層１６ａが形成されている。絶縁樹脂膜層１６ａの厚さは、アルミニウム電極１４と略同厚の１μｍ程度である。
このトランジスタは、ゲート電極１８に加える電圧を制御することにより、化合物半導体層１２における伝導チャネルが制御され、これによってドレイン電流が制御されるように作用する。すなわち、ゲート電極１８に負電圧を印加すると、絶縁樹脂膜層１６ａを介して対向する化合物半導体層１２の界面に正の誘導電荷が発生するから、ゲート電極１８に印加する電圧を制御して化合物半導体層１２に生じる誘導電荷を制御することにより、ドレイン電流を制御することができる。
本発明に係る基板上への能動素子の形成方法は、従来の配線基板の製造工程で使用する加工技術と、化合物半導体を生成する方法を利用して基板上に能動素子を形成するものであり、これによって基板に能動素子を作り込むことを可能にしたものである。この能動素子の形成方法は、大判の基板に対して所要の処理を施し、多数個のパッケージを量産する方法としても適している。
能動素子は基板上に適宜配置に形成することが可能であり、基板上に他の回路部品等と複合配置して、高機能化された半導体装置として提供することが可能となる。また、能動素子を基板上で集積して配置することにより、基板自体が所要の機能を備えた製品として提供することが可能となる。
なお、上記実施形態では、半導体層として化合物半導体を使用してＭＯＳ型のトランジスタを形成した例を示したが、基板上に形成する能動素子として、ＭＯＳ型のトランジスタ以外の素子を形成することもできる。また、上記実施形態では、基板１０上に化合物半導体を用いて半導体層を形成したが、化合物半導体のかわりにシリコンを用いて半導体層を形成することもできる。また、化合物半導体も上記実施形態で使用したAlSbに限らず、他の化合物半導体を使用することができる。
本発明に係る基板への能動素子の形成方法の工程を示す説明図である。 基板への能動素子の形成方法の工程を示すフロー図である。 基板上に形成された能動素子の構成を示す説明図である。
符号の説明
１０ 基板
１２ 化合物半導体層
１４ アルミニウム電極
１６ 絶縁層
１６ａ 絶縁樹脂膜層
１６ｂ、１６ｃ 電極穴
１８ ゲート電極
２０ ドレイン電極
２１ ソース電極

Claims (6)

  1. 基板上に素子のベースとなる半導体層を形成する工程と、
    基板上に形成された半導体層の表面に、ソース電極とドレイン電極となる電極を各々形成する工程と、
    該電極が形成された基板の表面を電気的絶縁性を有する樹脂により被覆して絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層を金型を用いて型押し、前記半導体層のチャネル上に絶縁樹脂膜層を形成する工程と、
    前記絶縁樹脂膜層にゲート電極を形成する工程とを備えることを特徴とする基板への能動素子の形成方法。
  2. 絶縁層を金型を用いて型押しする際に、ソース電極とドレイン電極となる電極を金型の型押し位置を規制するストッパとして、絶縁樹脂膜層の厚さを規定することを特徴とする請求項１記載の能動素子の形成方法。
  3. 絶縁層を金型を用いて型押しする際に、前記ソース電極とドレイン電極となる電極が形成されている部位に、電極の表面が底面に露出する電極穴を成形し、
    前記絶縁樹脂膜層の表面上と前記電極穴とにめっきにより導体金属を盛り上げ、ゲート電極とソース電極、ドレイン電極を形成することを特徴とする請求項１または２記載の能動素子の形成方法。
  4. 前記半導体層を、１００℃〜５００℃で良好な結晶が形成できる化合半導体によって形成することを特徴とする請求項１記載の能動素子の形成方法。
  5. 基板上に素子のベースとなる化合物半導体層が形成され、
    化合物半導体層の表面上に、ゲート電極を挟んでソース電極とドレイン電極とが設けられ、
    化合物半導体層のチャネル部とゲート電極との間に電気的絶縁性を有する絶縁樹脂膜層が介在して設けられた能動素子が、基板に一体的に作り込まれてなることを特徴とする基板。
  6. 前記化合物半導体層が、ｎ型の化合物半導体層であり、
    該化合物半導体層の表面に接して、化合物半導体層を構成する元素のうち価数の小さい元素からなる表面電極が設けられていることを特徴とする請求項５記載の基板。
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