JP2009147366A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の電極を有するトランジスタが形成された半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a transistor having a plurality of electrodes is formed.
従来、複数の電極を有するトランジスタが形成された半導体装置は、例えば、特許文献1に開示されているようなものが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor device in which a transistor having a plurality of electrodes is formed is known as disclosed in
図14は、電界効果トランジスタ(FET)が複数形成された従来の半導体チップの平面図であり、半導体チップ上に形成されたFETの電極配置を示した図である。図15はその半導体チップを横側から見た断面図である。 FIG. 14 is a plan view of a conventional semiconductor chip in which a plurality of field effect transistors (FETs) are formed, and is a diagram showing the electrode arrangement of the FET formed on the semiconductor chip. FIG. 15 is a cross-sectional view of the semiconductor chip as viewed from the side.
図14に示すように、半導体基板1上において、FETのゲート電極5、ドレイン電極6、ソース電極7が複数並べて配置されている。ゲート電極5、ドレイン電極6、ソース電極7はそれぞれゲートパッド2、ドレインパッド3、ソースパッド4に接続されている。ゲートパッド2とソースパッド4とは同図に示すように交互に配置されている。ソースパッド4にバイアホール9が設けられている。
As shown in FIG. 14, a plurality of
図15に示すように、バイアホール9はソースパッド4下側の半導体基板1中に設けられている。バイアホール9は、接地された裏面のヒートシンク10と接続されており、これによりソース電極7はソースパッド4、バイアホール9を介して接地されることになる。
As shown in FIG. 15, the
そのような半導体チップはパッケージの基板にAuSnハンダ等でダイボンドされる。ゲートパッド2及びドレインパッド3はワイヤボンドによりプリント基板等を介してパッケージのリード部と接続され、これにより、DC信号線路、RF信号線路が形成される。
Such a semiconductor chip is die-bonded to the substrate of the package with AuSn solder or the like. The
以上のような従来の半導体チップでは、ソース電極4の接地を裏面ヒートシンク10を用いて行なうため、図15に示すように半導体基板1内にソース電極とヒートシンク10とを電気的に接続するためのバイアホール9が設ける必要があり、半導体チップの構造及び製造工程が複雑となっていた。
In the conventional semiconductor chip as described above, since the source electrode 4 is grounded by using the back
また、半導体チップ上面にバイアホール9形成のためのソースパッド4を設ける必要があるため、ゲートパッド2とソースパッド4が交互に並んだ構造になり、ゲートパッド2毎にワイヤボンドする必要があり、アセンブリ工程の複雑さ、ワイヤボンド長のばらつきによる特性の劣化を招いていた。
Further, since it is necessary to provide the source pad 4 for forming the
また、図14に示すように、FET動作領域8のソース電極を10〜20個まとめて1つのバイアホール9で接地するため、10GHzを超える高周波帯域ではソースインダクタンス(Ls)の増大に伴う利得低下を招いていた。
Further, as shown in FIG. 14, since 10 to 20 source electrodes of the
さらに、図16に示すように、素子の組み立て時に半導体チップをAuSnハンダ等でパッケージの基板にダイボンドする際に、半導体基板1と裏面ヒートシンク10の熱膨張率の違いにより反りが発生し、半導体チップ両端でのハンダの厚さが増し、素子の熱抵抗値が増加するという問題があった。
Further, as shown in FIG. 16, when the semiconductor chip is die-bonded to the package substrate with AuSn solder or the like when the element is assembled, warpage occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between the
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、半導体装置の構造を簡単化し、製造工程の容易化を実現する半導体装置を提供することにある。本発明はまた、半導体チップのダイボンド時の反りの発生を抑制する半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device that simplifies the structure of the semiconductor device and facilitates the manufacturing process. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device that suppresses the occurrence of warpage during die bonding of a semiconductor chip.
本発明に係る第1の半導体装置は、第1及び第2の主電極と制御電極とを有する半導体素子が複数設けられた半導体装置である。半導体装置は、第1及び第2の主電極及び制御電極が一の主面上に形成された半導体基板と、第1の主電極及び制御電極を第2の主電極と絶縁するとともに、第2の主電極を覆わないように第1の主電極及び制御電極上に形成された、低誘電率高分子材料からなる膜と、その膜及び第2の主電極上に形成され、接地電位に接続されたチップ表面電極とを有する。第2の主電極はチップ表面電極を介して接地電位が与えられる。 A first semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device provided with a plurality of semiconductor elements having first and second main electrodes and a control electrode. The semiconductor device includes a semiconductor substrate in which the first and second main electrodes and the control electrode are formed on one main surface, the first main electrode and the control electrode being insulated from the second main electrode, and the second main electrode. A film made of a low dielectric constant polymer material formed on the first main electrode and the control electrode so as not to cover the main electrode, and a film formed on the film and the second main electrode and connected to the ground potential Chip surface electrode. The second main electrode is given a ground potential via the chip surface electrode.
第1の半導体装置において、半導体基板の各電極が設けられた主面と反対側の主面上に、第1の電極に接続する第1のパッド及び第2の電極に接続する第2のパッドが設けられてもよい。 In the first semiconductor device, a first pad connected to the first electrode and a second pad connected to the second electrode on the main surface opposite to the main surface on which each electrode of the semiconductor substrate is provided. May be provided.
また、第1の半導体装置において、半導体基板はSiCまたはサファイアで形成されてもよい。 In the first semiconductor device, the semiconductor substrate may be formed of SiC or sapphire.
本発明に係る第2の半導体装置は、第1及び第2の主電極と制御電極とを有する半導体素子が複数設けられた半導体装置であって、第1及び第2の主電極及び制御電極が一の主面上に形成された半導体基板と、第1及び第2の主電極及び制御電極上に形成された、低誘電率高分子材料からなる保護膜とを有する。 A second semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device provided with a plurality of semiconductor elements each having first and second main electrodes and a control electrode, wherein the first and second main electrodes and the control electrode are provided. A semiconductor substrate formed on one main surface; and a protective film made of a low dielectric constant polymer material formed on the first and second main electrodes and the control electrode.
本発明に係る第3の半導体装置は、第1及び第2の主電極と制御電極とを有する半導体素子が複数設けられた半導体装置であって、第1及び第2の主電極及び制御電極が一の主面上に形成された半導体基板と、半導体基板の一の主面と反対側の主面に設けられ接地された金属層と、第1及び第2の主電極及び制御電極上に形成された低誘電率高分子材料からなる膜と、その低誘電率高分子材料からなる膜上に形成され且つ接地された金属層と同じ材料からなる表面層とを有する。 A third semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device in which a plurality of semiconductor elements having first and second main electrodes and a control electrode are provided, wherein the first and second main electrodes and the control electrode are provided. A semiconductor substrate formed on one main surface, a metal layer provided on the main surface opposite to the one main surface of the semiconductor substrate and grounded, and formed on the first and second main electrodes and the control electrode And a surface layer made of the same material as the grounded metal layer formed on the film made of the low dielectric constant polymer material and grounded.
第3の半導体装置において、表面層を接地された金属層と電気的に接続してもよい。 In the third semiconductor device, the surface layer may be electrically connected to the grounded metal layer.
本発明によれば、従来のように半導体基板中にバイアホールを設ける必要がなくなるため、半導体チップ構造を簡略化でき、チップの形成工程が容易となる。また、本発明によれば、半導体装置のダイボンド時の反りを低減できるため、チップ裏面のヒートシンクとパッケージ間のAuSnハンダの厚さが薄く均一に形成され、素子の熱抵抗値を低減できる。 According to the present invention, since there is no need to provide a via hole in a semiconductor substrate as in the prior art, the semiconductor chip structure can be simplified and the chip formation process is facilitated. Further, according to the present invention, since warpage during die bonding of the semiconductor device can be reduced, the thickness of the AuSn solder between the heat sink on the back surface of the chip and the package is formed thin and uniform, and the thermal resistance value of the element can be reduced.
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る半導体装置の実施の形態を詳細に説明する。 Embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
実施の形態1.
本発明の半導体装置には複数の電界効果トランジスタ(FET)が形成されている。図1(a)に本発明の半導体装置の横側から見たときの構造を示す断面図を示す。図1(b)に、半導体装置の断面の一部を拡大して示す。図2は、本発明の半導体装置の上側から見たときの構造を示す図である。
In the semiconductor device of the present invention, a plurality of field effect transistors (FETs) are formed. FIG. 1A is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device of the present invention as viewed from the side. FIG. 1B shows an enlarged part of a cross section of the semiconductor device. FIG. 2 is a diagram showing a structure when viewed from the upper side of the semiconductor device of the present invention.
図1、2に示すように、半導体基板1上にFETの制御電極であるゲート電極5、FETの主電極であるドレイン電極6及びソース電極7が複数並べて配置されている。ドレイン電極6とソース電極7は交互に配置され、それらの電極6、7間にゲート電極5が配置されている。なお、図1(a)においては、視認性の点からゲート電極5の表示は省略しているが(図8、図11等において同じ)、図1(b)に電極配置の理解の容易化のために半導体装置の断面の一部を拡大して示している。
As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of
半導体基板1の下面にはヒートシンク10が設けられ、上面にはチップ表面接地電極12が設けられている。ヒートシンク10及びチップ表面接地電極12ともにAuメッキにより形成される。ヒートシンク10は接地されており、チップ表面接地電極12はこのヒートシンク10を介して接地される。チップ表面接地電極12は支柱部13によりソース電極7と電気的に接続される。これにより、ソース電極7はチップ表面接地電極12を介してヒートシンク10と接続され、接地されることになる。
A
図1(b)に拡大して示すように、ゲート電極5はドレイン電極6とソース電極7の間に配置されている。隣あうソース電極7間には、ゲート電極5とドレイン電極6を覆うように低誘電率高分子材料からなる膜(以下「低誘電率高分子膜」という。)11が形成されている。ここで、低誘電率高分子材料は、比誘電率が4以下(より好ましくは、3以下)の高分子材料であり、例えば、BCB(ベンゾシクロブテン)や、ポリイミド系の材料を含む。この低誘電率高分子膜11により、チップ表面接地電極12が、ゲート電極5及びドレイン電極6と絶縁され、ソース電極7に対してのみ電気的に接続されるようになる。
As enlarged in FIG. 1B, the
以上のように、ソース電極7をヒートシンク10に接続されたチップ表面接地電極12を介して接地するため、従来のように半導体基板1中にバイアホールを設ける必要がなくなる。バイアホールを設ける必要がないため、半導体チップ構造を簡略化でき、チップの形成工程が容易となる。また、半導体基板1上すなわちチップ表面にソースパッドを設ける必要もなくなる。
As described above, since the
図2に示すように、半導体基板1上には、ゲート電極5に接続されるゲートパッド2及びドレイン電極6に接続されるドレインパッド3が設けられている。図14に示した従来例では、ゲートパッド2は、ソースパッド4を間に挟んで複数設けられていた。しかし、本実施形態によれば、ソースパッド4をチップ表面上に設ける必要がなくなったことから、図2に示すよう、横長の1つのゲートパッド2を設けることが可能となり、ゲートパッドの形状を簡単化できる。
As shown in FIG. 2, a
また、従来は、複数のゲートパッドのそれぞれにワイヤボンドする必要があったが、本実施形態では、ゲートパッドが1つであるため、その必要がなくなり、1つのゲートパッドをタグテープ等を用いて整合用基板と簡便に接続することが可能となる。これにより、製造工程の簡略化、ワイヤボンド長のばらつきによる特性劣化を抑制できる。また、トランジスタの動作領域8のソース電極7をチップ表面接地電極12に直接に接続して、接地することができるため、従来のバイアホールを介した接地の場合に比して、ソースインダクタンスを低減できる。これにより、特に100GHzを超えるような高周波帯域での高い利得を実現できる。
Conventionally, it has been necessary to wire bond to each of a plurality of gate pads. However, in this embodiment, since there is only one gate pad, this is not necessary, and one gate pad is used using a tag tape or the like. Thus, it is possible to easily connect to the matching substrate. Thereby, it is possible to simplify the manufacturing process and suppress characteristic deterioration due to variations in wire bond length. Further, since the
なお、半導体基板1の材料にはSiCまたはサファイアを用いるのが好ましい。これにより高出力用半導体装置を容易に製造することができる。これらの材料はGaN系デバイスを形成するときに用いられる材料であるが、非常に堅い材料であるため、エッチングにより半導体基板内にバイアホールを形成する必要がある従来の半導体装置に適用するのは困難であった。しかし、本発明の図1、2に示す半導体装置の構造によれば、バイアホールが不要となるため、半導体基板の材料としてSiCまたはサファイアを用いることが可能となる。
Note that it is preferable to use SiC or sapphire as the material of the
実施の形態2.
図3〜図6を用いて本発明に係る半導体装置の別の実施形態を説明する。図3は本実施形態の半導体装置を上から見たときのパターンを示す。図4は下側から見たときのパターンを示す。図5は、図3においてA−A'線に沿ってカットしたときの半導体装置の断面図である。図6は、図3においてB−B'線に沿ってカットしたときの半導体装置の断面図である。
Another embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows a pattern when the semiconductor device of this embodiment is viewed from above. FIG. 4 shows a pattern when viewed from below. FIG. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device when cut along the line AA ′ in FIG. 3. FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor device when cut along the line BB ′ in FIG. 3.
本実施形態では、実施の形態1の場合と同様、図5に示すように、半導体基板1上に設けたソース電極7を、チップ表面接地電極12と支柱部13を介して接続している。これにより、実施の形態1と同様の効果が得られる。
In the present embodiment, as in the case of the first embodiment, as shown in FIG. 5, the
また、図3に示すように、半導体基板1の上部にゲートパッド2、ドレインパッド3が設けられているが、ゲートパッド2、ドレインパッド3は半導体基板1の上面のみならず、図4、図6に示すように、半導体基板1の上面から側面に沿って下面側の一部まで回り込むよう拡張して形成されている。
As shown in FIG. 3, a
図4はまた、半導体基板1の一方の主面側に設けられたゲート電極5、ドレイン電極6及びソース電極7を示している。同図のように、本実施形態では、各電極5、6、7は、ゲートパッド2、ドレインパッド3が主に設けられている半導体基板1の上面(図6において半導体基板1の上側の主面)と反対側の面(図6において半導体基板1の下側の主面)上に設けられている。
FIG. 4 also shows a
このように、ゲートパッド2、ドレインパッド3を、各電極5〜7が設けられた動作領域8のある主面と別の主面に設けることにより、ゲートパッド2、ドレインパッド3の必要な面積を十分に確保しつつ、半導体基板1の主面全体の面積を小さくでき、チップ面積を小さくできる。すなわち、動作領域8と各パッド2、3を半導体基板1の同じ主面上に設けた場合は、半導体基板1の面積は少なくとも、動作領域8の面積と、各パッド2、3の面積とを加えた面積以上に大きくする必要があるが、これに対し、本実施形態では、動作領域8と各パッド2、3を別の主面に設けることにより、その面積を小さくできる。
As described above, the
本実施形態の半導体装置において、動作領域8を下側にしてチップ表面接地電極12を介して放熱させるようにする。これにより、半導体基板1を薄板化する必要がなく、半導体基板1の裏面形成工程をさらに容易にすることができる。
In the semiconductor device of this embodiment, heat is radiated through the chip
なお、本実施形態においても、半導体基板の材料としてSiCまたはサファイアを用いてもよい。 Also in this embodiment, SiC or sapphire may be used as the material of the semiconductor substrate.
実施の形態3.
本実施形態では、ダイボンド時の反りを防止する半導体装置を図7、図8を用いて説明する。図7は本実施形態の半導体装置のパターンを示す図である。図8は横側から見た半導体装置の断面図である。図8に示すように、本実施形態では、半導体基板1上の各電極5、6、7が設けられた主面上に低誘電率高分子材料による保護膜11aを形成している。
In this embodiment, a semiconductor device for preventing warpage during die bonding will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram showing a pattern of the semiconductor device of this embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view of the semiconductor device viewed from the side. As shown in FIG. 8, in this embodiment, a
このように、低誘電率高分子材料による保護膜11aが形成されることにより、ダイボンド時に、図9に示すようにチップハンドリング用コレット16等によりチップ上面を押圧することが可能となり、ダイボンド時の反りを低減できる。反りの低減によりチップ裏面のヒートシンク10とパッケージ15間のAuSnハンダの厚さが薄く均一に形成され、素子の熱抵抗値を低減できる。
Thus, by forming the
実施の形態4.
図10、図11を用いてダイボンド時の反りを防止する半導体装置の別の構成を説明する。図10は本実施形態の半導体装置の上から見たパターン図であり、図11は半導体装置の横から見た断面図である。
Embodiment 4 FIG.
Another structure of the semiconductor device for preventing warpage during die bonding will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a pattern diagram seen from above the semiconductor device of this embodiment, and FIG. 11 is a cross-sectional view seen from the side of the semiconductor device.
本実施形態の半導体装置では、図11に示すように、ゲート電極5とドレイン電極6を覆うように低誘電率高分子膜11が形成され、さらに、その低誘電率高分子膜11及びソース電極7の上面にAuメッキによる金属層であるチップ表面メッキ層12aが形成されている。また、半導体基板1の下面にはAuメッキによる金属層であるヒートシンク10が形成されている。
In the semiconductor device of this embodiment, as shown in FIG. 11, a low dielectric
以上のように、本実施形態の半導体装置では、半導体基板1の上面においてチップ表面メッキ層12aが形成され、その下面において同じAuメッキにより形成されたヒートシンク10が形成されており、半導体基板1が2つのAuメッキ層により挟まれた構造となっている。これにより、ダイボンド時に、熱膨張率の違いによる応力が緩和されるため、反りを低減することができる。なお、Auメッキ層は他の金属材料でもよい。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the chip
実施の形態5.
図12、図13を用いてダイボンド時の反りを防止する半導体装置のさらに別の構成を説明する。図12は本実施形態の半導体装置の上から見たパターン図であり、図13は半導体装置の横から見た断面図である。
Still another structure of the semiconductor device for preventing warpage during die bonding will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a pattern diagram seen from above the semiconductor device of this embodiment, and FIG. 13 is a sectional view seen from the side of the semiconductor device.
図13に示すように、本実施形態の半導体装置は、半導体基板1の上面においてAuメッキによるチップ表面メッキ層12bが設けられ、半導体基板1の下面にAuメッキによるヒートシンク10が設けられている。さらに、チップ表面メッキ層12bは半導体基板1の側壁まで延在し、下面のヒートシンク10と接続するように形成されている。これによりヒートシンク10とチップ表面メッキ層12bの電気的な接続が得られるため、実施の形態4の半導体装置の効果に加えて、さらに、ソースインダクタンスの低減及び熱抵抗の低減が可能となる。
As shown in FIG. 13, in the semiconductor device of this embodiment, a chip
今回、開示した実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は、上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein are illustrative and not limiting. The present invention is defined by the terms of the claims, rather than the scope described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 半導体基板、2 ゲートパッド、3 ドレインパッド、4 ソースパッド、5 ゲート電極、6 ドレイン電極、7 ソース電極、8 動作領域、10 ヒートシンク、 11 低誘電率高分子膜、11a 低誘電率高分子材料による保護膜、12 チップ表面接地電極、12a Auメッキ層、12b チップ表面メッキ層、13 チップ表面接地電極の支柱部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1及び第2の主電極及び前記制御電極が一の主面上に形成された半導体基板と、
前記第1の主電極及び前記制御電極を前記第2の主電極と絶縁するとともに、前記第2の主電極を覆わないように第1の主電極及び制御電極上に形成された、低誘電率高分子材料からなる膜と、
該膜及び前記第2の主電極上に形成され、接地電位に接続されたチップ表面電極とを有し、
前記第2の主電極は前記チップ表面電極を介して接地電位が与えられることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device provided with a plurality of semiconductor elements each having first and second main electrodes and a control electrode,
A semiconductor substrate in which the first and second main electrodes and the control electrode are formed on one main surface;
A low dielectric constant formed on the first main electrode and the control electrode so as to insulate the first main electrode and the control electrode from the second main electrode and not cover the second main electrode A film made of a polymer material;
A chip surface electrode formed on the membrane and the second main electrode and connected to a ground potential;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a ground potential is applied to the second main electrode through the chip surface electrode.
前記第1及び第2の主電極及び前記制御電極が一の主面上に形成された半導体基板と、
前記第1及び第2の主電極及び前記制御電極上に形成された、低誘電率高分子材料からなる保護膜とを有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device provided with a plurality of semiconductor elements each having first and second main electrodes and a control electrode,
A semiconductor substrate in which the first and second main electrodes and the control electrode are formed on one main surface;
A semiconductor device comprising: a protective film made of a low dielectric constant polymer material formed on the first and second main electrodes and the control electrode.
前記第1及び第2の主電極及び前記制御電極が一の主面上に形成された半導体基板と、
前記半導体基板の前記一の主面と反対側の主面に設けられ、接地された金属層と、
前記第1及び第2の主電極及び前記制御電極上に形成された、低誘電率高分子材料からなる膜と、
該低誘電率高分子材料からなる膜上に形成された、前記接地された金属層と同じ材料からなる表面層とを有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device provided with a plurality of semiconductor elements each having first and second main electrodes and a control electrode,
A semiconductor substrate in which the first and second main electrodes and the control electrode are formed on one main surface;
A metal layer provided on the main surface opposite to the one main surface of the semiconductor substrate and grounded;
A film made of a low dielectric constant polymer material formed on the first and second main electrodes and the control electrode;
A semiconductor device comprising: a surface layer made of the same material as the grounded metal layer, formed on the film made of the low dielectric constant polymer material.
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A02 | Decision of refusal |
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