JP2010212524A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method of the same Download PDF

Info

Publication number
JP2010212524A
JP2010212524A JP2009058643A JP2009058643A JP2010212524A JP 2010212524 A JP2010212524 A JP 2010212524A JP 2009058643 A JP2009058643 A JP 2009058643A JP 2009058643 A JP2009058643 A JP 2009058643A JP 2010212524 A JP2010212524 A JP 2010212524A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
integrated circuit
semiconductor device
film
substrate
wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009058643A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomohiro Murata
智洋 村田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2009058643A priority Critical patent/JP2010212524A/en
Publication of JP2010212524A publication Critical patent/JP2010212524A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/93Batch processes
    • H01L2224/94Batch processes at wafer-level, i.e. with connecting carried out on a wafer comprising a plurality of undiced individual devices

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor device in which resin sealing is carried out for a chip size package and the high-frequency characteristic of an integrated circuit is hardly deteriorated. <P>SOLUTION: The semiconductor device is equipped with a substrate 101, an integrated circuit 105 which is formed on an element forming surface of the substrate 101 and contains an active element, rear face wiring 108 which is formed at an opposite side of the element forming surface of the substrate 101, a penetration via 106 which penetrates the substrate 101 and electrically connects the integrated circuit 105 and the rear face wiring 108, a film 109 which covers the integrated circuit 105 so as to form a hollow region 114 above the integrated circuit 105, and sealing resin 110 formed on the film 109. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に高周波用途に用いる半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device used for high frequency applications and a manufacturing method thereof.

近年、半導体チップは小型化及び集積化が進んでおり、チップサイズと同等又はチップ自体がパッケージとなる超小型サイズのチップサイズパッケージ(CSP)の研究開発が盛んに行われている(例えば、特許文献1を参照。)。   In recent years, semiconductor chips have been miniaturized and integrated, and research and development of a chip size package (CSP) having a chip size package (CSP) that is equivalent to the chip size or the chip itself is a package (for example, patents). See reference 1.)

CSPは、半導体チップのパッケージの組み立て費用の削減及び部品点数の大幅な削減が実現できる、非常に安価なパッケージング方法である。例えば、ウエハ上に絶縁膜と、再配線と、封止樹脂膜と、形成ポストとを形成した後、形成ポストにバンプ(ハンダボール)を接合し、ウェハをチップ状にダイシングすることによりCSPを実現できる。特に、ウエハ状態でパッケージ化を行うことができるウエハレベル・パッケージングは究極のパッケージング方法である。   CSP is a very inexpensive packaging method that can reduce the assembly cost of a semiconductor chip package and greatly reduce the number of components. For example, after forming an insulating film, a rewiring, a sealing resin film, and a forming post on a wafer, a bump (solder ball) is bonded to the forming post, and the wafer is diced into chips to form a CSP. realizable. In particular, wafer level packaging, which can be packaged in a wafer state, is the ultimate packaging method.

CSPは、フリップチップ実装によりプリント基板等の実装基板に実装することを想定している。フリップチップ実装の場合、チップと実装基板との接続距離は非常に短くなる。このため、チップ特性が端子接続状態に大きく影響するような高周波用チップにおいて、不確定なワイヤ接続を回避できたり、端子接続損失を最小限にできたりするため、フリップチップ実装は高周波領域において非常に有効な実装方法である。   The CSP is assumed to be mounted on a mounting board such as a printed board by flip chip mounting. In the case of flip chip mounting, the connection distance between the chip and the mounting substrate is very short. For this reason, in high-frequency chips where the chip characteristics greatly affect the terminal connection state, indeterminate wire connection can be avoided and terminal connection loss can be minimized. This is an effective implementation method.

フリップチップ実装用のチップは、信号配線とグランドとが同一平面上に形成されたコプレーナ配線構造とすることが一般的である。しかし、コプレーナ配線はチップ表面に大きなグランド領域を必要とするため、チップ面積活用率の観点からは好ましくない。一方、チップ裏面にグランドを形成するマイクロストリップ線路構造の半導体チップは、チップ面積活用率を大きく向上させることができる。しかし、フリップチップ実装した場合に、実装基板のグランドと半導体チップのグランド面との距離が長くなる。このためグランドが浮遊状態となり易く不安定となるため、高周波特性が非常に悪くなる。   A chip for flip chip mounting generally has a coplanar wiring structure in which signal wiring and ground are formed on the same plane. However, the coplanar wiring requires a large ground area on the chip surface, which is not preferable from the viewpoint of chip area utilization. On the other hand, a semiconductor chip having a microstrip line structure in which a ground is formed on the back surface of the chip can greatly improve the chip area utilization rate. However, when flip chip mounting is performed, the distance between the ground of the mounting substrate and the ground surface of the semiconductor chip becomes long. For this reason, since the ground is likely to be in a floating state and becomes unstable, the high frequency characteristics are extremely deteriorated.

マイクロストリップ線路構造の半導体チップにおいて高周波特性を改善するために、チップを貫通する貫通ビアを用いて回路の端子をチップ裏面に出力させたチップ構造が提案されている(例えば、特許文献2を参照。)。また、封止樹脂層を2層化し、高周波回路の埋め込みに誘電率の低い封止樹脂を用いることにより、高周波特性の劣化を防ぐ方法も提案されている(例えば、特許文献3を参照。)。   In order to improve high frequency characteristics in a semiconductor chip having a microstrip line structure, a chip structure in which a circuit terminal is output to the back surface of a chip using a through via penetrating the chip has been proposed (see, for example, Patent Document 2). .) In addition, a method has been proposed in which the sealing resin layer is made into two layers and a sealing resin having a low dielectric constant is used for embedding the high-frequency circuit to prevent deterioration of the high-frequency characteristics (see, for example, Patent Document 3). .

一方、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)及び窒化インジウム(InN)並びに一般式が(InxAl1-xyGa1-yN(0≦x≦1、0≦y≦1)で表される混晶物である窒化物半導体は、その物理的特長である広いバンドギャップ及び直接遷移型バンド構造を利用した光学素子への応用のみならず、破壊電界及び飽和電子速度が大きいという特長を利用した電子デバイスへの応用も検討されている。特に、半絶縁性基板の上にエピタキシャル成長したAlxGa1-xNとGaNとの界面に現れる二次元電子ガス(2 Dimensional Electron Gas; 以下2DEGと略す)を利用するヘテロ接合電界効果トランジスタ(Heterojunction Field Effect Transistor; 以下HFETと略す)は、高出力高周波デバイスとして開発が進められている。窒化物半導体を用いたHFETを高速通信等の高周波アプリケーション用デバイスとして利用するため、サファイア基板上にマイクロストリップ線路を用いて形成した整合回路及びバイアス回路と共にHFETを集積化したモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)が開示されている(例えば、非特許文献1を参照。)。
特開9-64236号公報 特開2002-9193号公報 特開平6−29430号公報 2008 IEEE MTT-S Int. Microwave Symp, Dig. p.1293-1296
On the other hand, gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN) and indium nitride (InN) and the general formula is (In x Al 1-x ) y Ga 1-y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) Nitride semiconductors, which are mixed crystals represented by the above, are not only applied to optical elements utilizing their wide band gap and direct transition type band structure, which are their physical characteristics, but also have a high breakdown electric field and saturated electron velocity. Applications to electronic devices using the features are also being studied. In particular, a heterojunction field effect transistor (Heterojunction) using a two-dimensional electron gas (2DEG) appearing at the interface between Al x Ga 1-x N and GaN epitaxially grown on a semi-insulating substrate. Field Effect Transistor (hereinafter abbreviated as HFET) is being developed as a high-power high-frequency device. Monolithic microwave integrated circuit in which HFET is integrated with matching circuit and bias circuit formed on sapphire substrate using microstrip line to use HFET using nitride semiconductor as a device for high frequency applications such as high-speed communication. MMIC) is disclosed (for example, see Non-Patent Document 1).
JP 9-64236 A JP 2002-9193 A JP-A-6-29430 2008 IEEE MTT-S Int. Microwave Symp, Dig. P.1293-1296

しかしながら、従来の技術では高周波において動作する集積回路を、樹脂により封止する必要がある。このため、集積回路を構成する能動素子である、例えば電界効果トランジスタのゲート電極の周辺部にも樹脂が充填され、ゲート電極及びその周辺部において寄生容量が増加する。寄生容量の増加により、電界効果トランジスタの高周波特性が劣化したり、入出力インピーダンスが変動したりする。また、集積回路内で素子同士を接続する伝送線路においても、信号線及びその周辺が樹脂で覆われるため、伝送損失が増加するおそれがある。   However, in the conventional technique, it is necessary to seal an integrated circuit that operates at a high frequency with a resin. For this reason, for example, the peripheral portion of the gate electrode of the field effect transistor, which is an active element constituting the integrated circuit, is filled with resin, and the parasitic capacitance increases in the gate electrode and the peripheral portion thereof. Due to the increase in parasitic capacitance, the high frequency characteristics of the field effect transistor are deteriorated, and the input / output impedance fluctuates. In addition, even in a transmission line that connects elements in an integrated circuit, the signal line and its periphery are covered with resin, so that transmission loss may increase.

本発明は集積回路の高周波特性を劣化させることなく、チップサイズパッケージとして樹脂封止した半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。   An object of the present invention is to realize a resin-encapsulated semiconductor device as a chip size package without deteriorating the high-frequency characteristics of an integrated circuit.

前記の目的を達成するため、本発明は半導体装置を、集積回路と封止樹脂との間に空洞部を形成するための膜を備えた構成とする。   In order to achieve the above object, according to the present invention, a semiconductor device is provided with a film for forming a cavity between an integrated circuit and a sealing resin.

具体的に、本発明に係る半導体装置は、基板と、基板の素子形成面に形成され、能動素子を含む集積回路と、基板の素子形成面と反対側の面に形成された裏面配線と、基板を貫通し、集積回路と裏面配線とを電気的に接続する貫通ビアと、集積回路の上に中空領域を形成するように集積回路を覆う膜と、膜の上に形成された封止樹脂とを備えていることを特徴とする。   Specifically, a semiconductor device according to the present invention includes a substrate, an integrated circuit formed on an element formation surface of the substrate and including an active element, a backside wiring formed on a surface opposite to the element formation surface of the substrate, A through via that penetrates the substrate and electrically connects the integrated circuit and the backside wiring, a film that covers the integrated circuit so as to form a hollow region on the integrated circuit, and a sealing resin that is formed on the film It is characterized by having.

本発明の半導体装置は、集積回路の上に中空領域を形成するように集積回路を覆う膜を備えている。このため、封止樹脂と集積回路との間に間隔を設けることができ、封止樹脂による寄生容量の増加等を抑えることができる。従って、封止樹脂による高周波特性の劣化が生じにくい半導体装置を実現できる。また、集積回路と貫通ビアを介して電気的に接続された裏面配線を備えている。このため、マイクロストリップ線路構造とした場合に、チップのグランドと実装基板のグランドとを接近させることができるという利点も有している。   The semiconductor device of the present invention includes a film covering the integrated circuit so as to form a hollow region on the integrated circuit. For this reason, an interval can be provided between the sealing resin and the integrated circuit, and an increase in parasitic capacitance due to the sealing resin can be suppressed. Therefore, it is possible to realize a semiconductor device in which high-frequency characteristics are hardly deteriorated by the sealing resin. In addition, a back surface wiring electrically connected to the integrated circuit through the through via is provided. For this reason, in the case of the microstrip line structure, there is an advantage that the ground of the chip and the ground of the mounting substrate can be brought close to each other.

本発明の半導体装置において、能動素子はゲート電極を有する電界効果トランジスタであり、ゲート電極と膜との間には中空領域が形成されている構成とすればよい。   In the semiconductor device of the present invention, the active element is a field effect transistor having a gate electrode, and a hollow region may be formed between the gate electrode and the film.

本発明の半導体装置において、集積回路は配線を有し、配線の少なくとも一部はゲート電極よりも高さが高い構成としてもよい。   In the semiconductor device of the present invention, the integrated circuit may include a wiring, and at least a part of the wiring may be higher than the gate electrode.

本発明の半導体装置は、基板の素子形成面に形成され、膜を支える支柱をさらに備えていてもよい。また、基板の素子形成面に集積回路を囲むように形成され、膜を支える枠体をさらに備えていてもよい。   The semiconductor device of the present invention may further include a support column that is formed on the element formation surface of the substrate and supports the film. In addition, a frame body that surrounds the integrated circuit and supports the film may be further provided on the element formation surface of the substrate.

本発明の半導体装置において、中空領域は不活性ガス又は窒素が充填されていてもよい。   In the semiconductor device of the present invention, the hollow region may be filled with an inert gas or nitrogen.

本発明の半導体装置において、能動素子はIII族窒化物半導体により形成されていてもよい。   In the semiconductor device of the present invention, the active element may be formed of a group III nitride semiconductor.

本発明の半導体装置において、基板は、サファイア、シリコンカーバイト、シリコン、窒化アルミニウム若しくは窒化ガリウムであるか又はこれらの2つ以上からなる積層体とすればよい。   In the semiconductor device of the present invention, the substrate may be sapphire, silicon carbide, silicon, aluminum nitride, gallium nitride, or a laminate including two or more thereof.

本発明の半導体装置において、膜は基材と該基材の一の面に形成された粘着層とを有する樹脂フィルムとすればよい。   In the semiconductor device of the present invention, the film may be a resin film having a base material and an adhesive layer formed on one surface of the base material.

本発明の半導体装置において、封止樹脂は導電性であってもよい。   In the semiconductor device of the present invention, the sealing resin may be conductive.

本発明の半導体装置は、封止樹脂と膜との間に形成された金属膜又は封止樹脂の上に形成された金属膜をさらに備えていてもよい。   The semiconductor device of the present invention may further include a metal film formed between the sealing resin and the film or a metal film formed on the sealing resin.

本発明の半導体装置において、集積回路は動作周波数帯域が準ミリ波帯以上であってもよい。   In the semiconductor device of the present invention, the operating frequency band of the integrated circuit may be a quasi-millimeter wave band or higher.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板の主面に集積回路を形成する工程(a)と、基板にビアホールを形成する工程(b)と、基板の全機種面と反対側の面に、集積回路とビアホールを介して電気的に接続された裏面配線を形成する工程(c)と、集積回路の上に中空領域を形成するように集積回路を膜により覆う工程(d)と、膜の上に封止樹脂を形成する工程(e)と、工程(e)よりも後に、基板をチップに分割する工程(f)とを含むことを特徴とする。   The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step (a) of forming an integrated circuit on a main surface of a substrate, a step (b) of forming a via hole in the substrate, and a surface on the opposite side to the entire model surface of the substrate. A step (c) of forming a back surface wiring electrically connected to the integrated circuit through a via hole; a step (d) of covering the integrated circuit with a film so as to form a hollow region on the integrated circuit; A step (e) of forming a sealing resin on the substrate and a step (f) of dividing the substrate into chips after the step (e).

本発明の半導体装置の製造方法は、集積回路の上に中空領域を形成するように集積回路を膜により覆う工程を備え、膜の上に封止樹脂を形成する。このため、封止樹脂と集積回路との間に間隔を設けることができる。従って、封止樹脂による高周波特性の劣化が少ない半導体装置を実現することができる。また、封止樹脂を形成した後、基板をチップに分割する。このため、パッケージングにかかる工数を大きく低減することができる。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of covering the integrated circuit with a film so as to form a hollow region on the integrated circuit, and forming a sealing resin on the film. For this reason, a space | interval can be provided between sealing resin and an integrated circuit. Therefore, it is possible to realize a semiconductor device in which high-frequency characteristics are hardly deteriorated by the sealing resin. Further, after forming the sealing resin, the substrate is divided into chips. For this reason, the man-hour concerning packaging can be reduced significantly.

本発明に係る半導体装置は、チップサイズパッケージとして樹脂封止され且つ集積回路の高周波特性の劣化が少ない半導体装置を実現できる。   The semiconductor device according to the present invention can realize a semiconductor device that is resin-sealed as a chip size package and has little deterioration in high-frequency characteristics of an integrated circuit.

(一実施形態)
図1は、一実施形態に係る半導体装置の断面構造を示している。本実施形態の半導体装置は、基板の素子形成面に形成された能動素子と配線とを含む集積回路と、基板を貫通する貫通ビアと、貫通ビアにより集積回路と接続された裏面電極とを有している。具体的には、サファイア基板101と、サファイア基板101の素子形成面に形成された能動素子であるヘテロ接合電界効果トランジスタ(HFET)103及び配線104を含む集積回路105とを有している。本実施形態の集積回路105は高周波用途の集積回路であり、配線104は伝送線路を含む。サファイア基板101の上には、GaN層及びAlGaN層等をエピタキシャル成長させた半導体層102が形成されている。HFET103は、例えばGaN層とAlGaN層との界面に生じる導電層を電流経路(チャネル)とし、ゲート電極103Aを有している。また、半導体層102の上面及びゲート電極103A等を覆う層間絶縁膜107が形成されている。なお、ゲート電極103Aの上部は層間絶縁膜107に覆われている必要はない。
(One embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a semiconductor device according to an embodiment. The semiconductor device of this embodiment has an integrated circuit including active elements and wirings formed on an element formation surface of a substrate, a through via that penetrates the substrate, and a back electrode that is connected to the integrated circuit by the through via. is doing. Specifically, it includes a sapphire substrate 101 and an integrated circuit 105 including a heterojunction field effect transistor (HFET) 103 and a wiring 104 which are active elements formed on an element formation surface of the sapphire substrate 101. The integrated circuit 105 of this embodiment is an integrated circuit for high frequency applications, and the wiring 104 includes a transmission line. On the sapphire substrate 101, a semiconductor layer 102 is formed by epitaxially growing a GaN layer, an AlGaN layer, or the like. The HFET 103 has a gate electrode 103A using, for example, a conductive layer generated at the interface between the GaN layer and the AlGaN layer as a current path (channel). An interlayer insulating film 107 is formed to cover the upper surface of the semiconductor layer 102 and the gate electrode 103A. Note that the upper portion of the gate electrode 103A does not need to be covered with the interlayer insulating film 107.

サファイア基板101の素子形成面と反対側の面(裏面)には、裏面配線108が形成されている。裏面配線108は、裏面信号配線108A及び裏面接地配線108B等を含む。裏面配線108と配線104とは、サファイア基板101を貫通する貫通ビア106により電気的に接続されている。配線104及び裏面配線108の少なくとも一部によりマイクロストリップ線路が形成されていてもよい。   A back surface wiring 108 is formed on the surface (back surface) opposite to the element formation surface of the sapphire substrate 101. The back surface wiring 108 includes a back surface signal wiring 108A, a back surface ground wiring 108B, and the like. The back wiring 108 and the wiring 104 are electrically connected by a through via 106 that penetrates the sapphire substrate 101. A microstrip line may be formed by at least a part of the wiring 104 and the back surface wiring 108.

半導体装置100は、実装基板200の上に実装されており、裏面配線108は、実装基板配線202と接続されている。実装基板配線202は、信号配線202A及び接地配線202B等を含み、裏面接地配線108Bは接地配線202Bと接続されている。   The semiconductor device 100 is mounted on the mounting substrate 200, and the back surface wiring 108 is connected to the mounting substrate wiring 202. The mounting board wiring 202 includes a signal wiring 202A, a ground wiring 202B, and the like, and the back surface ground wiring 108B is connected to the ground wiring 202B.

サファイア基板101の素子形成面には、集積回路105を覆うように膜109が形成されている。ゲート電極103Aの高さを配線104よりも低くなるように形成することで、膜109が配線104により支えられる構成とすることができる。このため、ゲート電極103Aの近傍においては、集積回路105と膜109との間に中空領域114が形成されている。膜109の上は封止樹脂110が形成されており、半導体装置100は樹脂封止されている。   A film 109 is formed on the element formation surface of the sapphire substrate 101 so as to cover the integrated circuit 105. By forming the gate electrode 103 </ b> A to be lower than the wiring 104, the film 109 can be supported by the wiring 104. Therefore, a hollow region 114 is formed between the integrated circuit 105 and the film 109 in the vicinity of the gate electrode 103A. A sealing resin 110 is formed on the film 109, and the semiconductor device 100 is resin-sealed.

集積回路が形成された素子形成面を封止樹脂により直接封止すると、集積回路と封止樹脂とが接触し、集積回路の寄生容量が増大してしまう。しかし、本実施形態の半導体装置100は、集積回路105を覆う膜109の上に封止樹脂110を形成している。また、膜109と集積回路105との間に中空領域114を形成している。このため、寄生容量の増大を抑制でき、高周波特性の劣化を抑えることができる。特に、ゲート電極103Aと封止樹脂110とが接近すると寄生容量が著しく増大してしまう。このため、中空領域114はゲート電極103Aが形成された領域に形成されることが好ましい。このような構成とするために、ゲート電極103Aの高さよりも配線104の膜厚を厚くすることが望ましい。このようにすれば、ゲート電極103Aの近傍において、配線104により膜109が支えられ、中空領域114を形成することができる。   If the element formation surface on which the integrated circuit is formed is directly sealed with a sealing resin, the integrated circuit and the sealing resin come into contact with each other, and the parasitic capacitance of the integrated circuit increases. However, in the semiconductor device 100 of this embodiment, the sealing resin 110 is formed on the film 109 that covers the integrated circuit 105. In addition, a hollow region 114 is formed between the film 109 and the integrated circuit 105. For this reason, an increase in parasitic capacitance can be suppressed, and deterioration in high-frequency characteristics can be suppressed. In particular, when the gate electrode 103A and the sealing resin 110 are close to each other, the parasitic capacitance is remarkably increased. For this reason, the hollow region 114 is preferably formed in the region where the gate electrode 103A is formed. In order to obtain such a structure, it is preferable that the thickness of the wiring 104 be larger than the height of the gate electrode 103A. In this way, the film 109 is supported by the wiring 104 in the vicinity of the gate electrode 103A, and the hollow region 114 can be formed.

以下に、本実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。図2は、本実施形態の半導体装置の製造工程を工程順に示している。まず、図2(a)に示すように有機金属気層化学成長(MO−CVD)法等によりサファイア基板101の上にGaN層及びAlGaN層等をエピタキシャル成長させる。これにより、AlGaNとGaNとのヘテロ接合を有する半導体層102を形成する。続いて、半導体層102の上にゲート電極103Aを有するHFET103及び伝送線路を含む配線104等を形成する。これにより、集積回路105が形成される。また、サファイア基板101の裏面には裏面配線108を形成し、配線104と裏面配線108とを接続する貫通ビア106を形成する。   Below, the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment is demonstrated. FIG. 2 shows the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment in the order of steps. First, as shown in FIG. 2A, a GaN layer, an AlGaN layer, and the like are epitaxially grown on the sapphire substrate 101 by a metal organic chemical vapor deposition (MO-CVD) method or the like. Thereby, the semiconductor layer 102 having a heterojunction of AlGaN and GaN is formed. Subsequently, an HFET 103 having a gate electrode 103A, a wiring 104 including a transmission line, and the like are formed on the semiconductor layer 102. Thereby, the integrated circuit 105 is formed. Further, the back surface wiring 108 is formed on the back surface of the sapphire substrate 101, and the through via 106 that connects the wiring 104 and the back surface wiring 108 is formed.

次に、図2(b)に示すように膜109により集積回路105を被覆する。膜109は、例えばポリオレフィン基材と粘着層とを有する樹脂フィルムとすればよい。膜109の厚さは1μm〜100μm程度とすればよい。粘着層は、ゴム系、アクリル系、シリコン系又はウレタン系とすればよい。また、粘着層は、紫外線又は熱を加えることにより接着可能なエポキシ樹脂等の樹脂としてもよい。   Next, as shown in FIG. 2B, the integrated circuit 105 is covered with a film 109. The film 109 may be a resin film having a polyolefin base material and an adhesive layer, for example. The thickness of the film 109 may be about 1 μm to 100 μm. The adhesive layer may be rubber, acrylic, silicon or urethane. The adhesive layer may be a resin such as an epoxy resin that can be bonded by applying ultraviolet rays or heat.

集積回路105を膜109により被覆する工程は、窒素又はヘリウム、アルゴン若しくはネオン等の化学的に不活性で且つ水分を含まないガス雰囲気で行ってもよい。このようにすれば、中空領域114が窒素ガス等で充填されるため、集積回路105に含まれる半導体及び電極材料等の酸化等による変質を抑えることができる。また、集積回路105が形成された領域の外側においては、膜109と層間絶縁膜107とが密着していることが好ましい。このため、集積回路105が形成された領域の外側において、膜109に圧力、熱若しくは紫外線又はこれらを組み合わせて加え、膜109と層間絶縁膜107との密着性を向上させてもよい。なお、半導体装置の種類によっては、膜109が半導体層102と密着している場合又は膜109が基板101と直接密着している場合等もあり得る。また、膜109を紫外線又は熱により硬化する膜としてもよい。この場合、集積回路105を被覆した後、紫外線照射又は熱処理を行い膜109を硬化させれば、後の工程において封止樹脂110を形成した際に、膜109が変形しにくくなる。   The step of covering the integrated circuit 105 with the film 109 may be performed in a gas atmosphere that is chemically inert and does not contain moisture, such as nitrogen or helium, argon, or neon. In this way, since the hollow region 114 is filled with nitrogen gas or the like, it is possible to suppress deterioration due to oxidation or the like of the semiconductor and electrode material included in the integrated circuit 105. In addition, the film 109 and the interlayer insulating film 107 are preferably in close contact with each other outside the region where the integrated circuit 105 is formed. Therefore, the adhesion between the film 109 and the interlayer insulating film 107 may be improved by applying pressure, heat, ultraviolet light, or a combination thereof to the film 109 outside the region where the integrated circuit 105 is formed. Note that depending on the type of the semiconductor device, the film 109 may be in close contact with the semiconductor layer 102 or the film 109 may be in direct contact with the substrate 101. Alternatively, the film 109 may be a film that is cured by ultraviolet rays or heat. In this case, if the film 109 is cured by ultraviolet irradiation or heat treatment after the integrated circuit 105 is coated, the film 109 is hardly deformed when the sealing resin 110 is formed in a later step.

次に、図2(c)に示すように、膜109の上に封止樹脂110を充填し、ダイシングを行いチップごとに分割する。   Next, as shown in FIG. 2C, a sealing resin 110 is filled on the film 109, and dicing is performed to divide each chip.

本実施形態の半導体装置は、集積回路の寸法に合わせたフタ等を作成する必要がない上に、封止作業において位置合わせ等の必要もないことから、パッケージ化を簡便且つ低コストで行うことができる。   The semiconductor device according to the present embodiment does not require a lid or the like that matches the dimensions of the integrated circuit and does not require alignment in the sealing operation, so that packaging can be performed easily and at low cost. Can do.

(一実施形態の変形例)
図3は、一実施形態の変形例に係る半導体装置の断面構造を示している。図3において図1と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。本変形例の半導体装置100Aは、一実施形態の半導体装置100に膜109を支える支柱301を加えた構成である。支柱301の高さは、配線104よりも高くすることが好ましく、例えばAu又はCu等のメッキにより形成することができる金属とすればよい。
(Modification of one embodiment)
FIG. 3 shows a cross-sectional structure of a semiconductor device according to a modification of the embodiment. In FIG. 3, the same components as those in FIG. The semiconductor device 100A of this modification has a configuration in which a support column 301 that supports the film 109 is added to the semiconductor device 100 of one embodiment. The height of the column 301 is preferably higher than that of the wiring 104. For example, a metal that can be formed by plating such as Au or Cu may be used.

配線104よりも高い支柱301を形成することにより、能動素子の高周波特性を決定付ける主要部であるHFET103のゲート電極と封止樹脂110との間隔だけでなく、伝送線路である配線104と封止樹脂110との間隔を広げることができる。このため、能動素子の高周波特性の劣化を抑えるだけでなく、伝送線路の高周波損失を低減することができる。   By forming the pillars 301 higher than the wiring 104, not only the distance between the gate electrode of the HFET 103 and the sealing resin 110, which is the main part that determines the high-frequency characteristics of the active element, but also the wiring 104 that is a transmission line and the sealing The distance from the resin 110 can be increased. For this reason, not only can the deterioration of the high frequency characteristics of the active element be suppressed, but also the high frequency loss of the transmission line can be reduced.

図4は、封止樹脂110と集積回路105との間隔と、伝送線路の挿入損失との関係をシミュレーションにより求めた結果を示す。なお、伝送線路の長さは6mmとし、周波数は30GHz及び60GHzとした。図4に示すように、挿入損失は封止樹脂と伝送線路との間隔が30μm程度までは大きく低下し、その後ほぼ一定となった。このことから、封止樹脂による損失を低減するためには、支柱301の高さを30μm以上とすることが好ましいことがわかる。また、封止樹脂と伝送線路との間隔を広くすることによる挿入損失の低減効果は周波数が高いほど大きくなる。   FIG. 4 shows a result obtained by simulation of the relationship between the distance between the sealing resin 110 and the integrated circuit 105 and the insertion loss of the transmission line. The length of the transmission line was 6 mm, and the frequencies were 30 GHz and 60 GHz. As shown in FIG. 4, the insertion loss greatly decreased until the distance between the sealing resin and the transmission line was about 30 μm, and became substantially constant thereafter. From this, it can be seen that in order to reduce the loss due to the sealing resin, it is preferable to set the height of the column 301 to 30 μm or more. Moreover, the effect of reducing the insertion loss by widening the interval between the sealing resin and the transmission line increases as the frequency increases.

支柱301は、膜109と集積回路105との間に中空領域114が確保できればよい。従って、図5(a)に示すように集積回路105が形成された領域に配置してもよく、図5(b)に示すように集積回路105の周囲を囲む枠体302としてもよい。また、連続した枠体でなく、集積回路105の周囲を囲むように複数の支柱を形成してもよい。集積回路105が形成された領域に配置された支柱と、集積回路105の周囲を囲む枠体等とを組み合わせてもよい。   The support column 301 only needs to ensure the hollow region 114 between the film 109 and the integrated circuit 105. Therefore, it may be arranged in a region where the integrated circuit 105 is formed as shown in FIG. 5A, or may be a frame 302 surrounding the integrated circuit 105 as shown in FIG. Further, a plurality of support columns may be formed so as to surround the integrated circuit 105 instead of a continuous frame. You may combine the support | pillar arrange | positioned in the area | region in which the integrated circuit 105 was formed, the frame surrounding the periphery of the integrated circuit 105, etc. FIG.

一実施形態及びその変形例において封止樹脂110は、絶縁性であっても導電性であってもよい。封止樹脂110を導電性とすることにより、集積回路105からの不要電磁輻射を吸収し、集積回路105の誤動作を防ぐ効果が得られる。封止樹脂110に導電性を与える場合には、例えば封止樹脂110に導電性のフィラー等を分散させることにより導電性を持たせればよい。また、封止樹脂110自体を導電性とするのではなく、膜109と封止樹脂110との間又は封止樹脂110の上に金属膜を形成する方法等により集積回路105からの不要電磁輻射の吸収を行ってもよい。   In one embodiment and its modification, the sealing resin 110 may be insulative or conductive. By making the sealing resin 110 conductive, an effect of absorbing unnecessary electromagnetic radiation from the integrated circuit 105 and preventing malfunction of the integrated circuit 105 can be obtained. In order to impart conductivity to the sealing resin 110, the conductivity may be imparted by, for example, dispersing conductive filler or the like in the sealing resin 110. In addition, instead of making the sealing resin 110 conductive, unnecessary electromagnetic radiation from the integrated circuit 105 is formed by a method of forming a metal film between the film 109 and the sealing resin 110 or on the sealing resin 110. May be absorbed.

膜109は、集積回路105の動作に影響を与えることなく、封止樹脂110を形成した際に中空領域114を確保できればどのようなものであってもよい。例えば、ポリオレフィンを基材とするものだけでなくポリエチレンテレフタレート(PET)系樹脂等のプラスチック材料を基材とするものであってもよい。   The film 109 may be any film as long as the hollow region 114 can be secured when the sealing resin 110 is formed without affecting the operation of the integrated circuit 105. For example, not only those based on polyolefin but also those based on plastic materials such as polyethylene terephthalate (PET) resin may be used.

基板はサファイアとしたが、これに限定されるものではなく、サファイア、シリコンカーバイト、シリコン、窒化アルミニウム又は窒化ガリウムからなる基板とすればよい。また、これらを2つ以上積層した積層体基板であってもよい。   Although the substrate is sapphire, it is not limited to this, and may be a substrate made of sapphire, silicon carbide, silicon, aluminum nitride, or gallium nitride. Moreover, the laminated substrate which laminated | stacked two or more of these may be sufficient.

集積回路の能動素子が窒化物系のHFETである例を示したが、GaAs系又はSi系材料からなる素子を有する集積回路であってもよい。また、HFET以外の半導体素子であってもよい。なお、集積回路105は動作周波数帯域が、準ミリ波帯以上の集積回路である場合に特に大きな効果が得られる。   Although an example in which the active element of the integrated circuit is a nitride-based HFET has been shown, an integrated circuit having an element made of a GaAs-based or Si-based material may be used. Also, a semiconductor element other than HFET may be used. The integrated circuit 105 is particularly effective when the operating frequency band is an integrated circuit having a quasi-millimeter wave band or higher.

本発明に係る半導体装置は、チップサイズパッケージとして樹脂封止され且つ集積回路の高周波特性の劣化が少ない半導体装置を実現でき、高出力及び高周波の無線通信装置に用いる半導体装置等として非常に有効である。   The semiconductor device according to the present invention can realize a semiconductor device that is resin-sealed as a chip size package and has little deterioration in high-frequency characteristics of an integrated circuit, and is very effective as a semiconductor device used for a high-power and high-frequency wireless communication device. is there.

本発明の一実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention to process order. 本発明の一実施形態の一変形例に係る半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on the modification of one Embodiment of this invention. 封止樹脂と伝送線路との間隔と、伝送線路の挿入損失との関係を電磁界シミュレーションにより求めた結果を表すグラフである。It is a graph showing the result of having calculated | required the relationship between the space | interval of sealing resin and a transmission line, and the insertion loss of a transmission line by the electromagnetic field simulation. (a)及び(b)は本発明の一実施形態の一変形例に係る半導体装置を示す平面図である。(A) And (b) is a top view which shows the semiconductor device which concerns on the modification of one Embodiment of this invention.

100 半導体装置
100A 半導体装置
101 サファイア基板
102 半導体層
103 ヘテロ接合電界効果トランジスタ
103A ゲート電極
104 配線
105 集積回路
106 貫通ビア
107 層間絶縁膜
108 裏面配線
108A 裏面信号配線
108B 裏面接地配線
109 膜
110 封止樹脂
114 中空領域
200 実装基板
202 実装基板配線
202A 信号配線
202B 接地配線
301 支柱
302 枠体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor device 100A Semiconductor device 101 Sapphire substrate 102 Semiconductor layer 103 Heterojunction field effect transistor 103A Gate electrode 104 Wiring 105 Integrated circuit 106 Through-via 107 Interlayer insulating film 108 Back surface wiring 108A Back surface signal wiring 108B Back surface ground wiring 109 Film 110 Sealing resin 114 Hollow region 200 Mounting substrate 202 Mounting substrate wiring 202A Signal wiring 202B Ground wiring 301 Support column 302 Frame body

Claims (13)

基板と、
前記基板の素子形成面に形成され、能動素子を含む集積回路と、
前記基板の前記素子形成面と反対側の面に形成された裏面配線と、
前記基板を貫通し、前記集積回路と前記裏面配線とを電気的に接続する貫通ビアと、
前記集積回路の上に中空領域を形成するように前記集積回路を覆う膜と、
前記膜の上に形成された封止樹脂とを備えていることを特徴とする半導体装置。
A substrate,
An integrated circuit formed on an element forming surface of the substrate and including an active element;
A backside wiring formed on a surface opposite to the element forming surface of the substrate;
A through via that penetrates the substrate and electrically connects the integrated circuit and the backside wiring;
A film covering the integrated circuit to form a hollow region on the integrated circuit;
And a sealing resin formed on the film.
前記能動素子はゲート電極を有する電界効果トランジスタであり、
前記ゲート電極と前記膜との間には前記中空領域が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The active element is a field effect transistor having a gate electrode;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the hollow region is formed between the gate electrode and the film.
前記集積回路は配線を有し、
前記配線の少なくとも一部は前記ゲート電極よりも高さが高いことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
The integrated circuit has wiring;
The semiconductor device according to claim 2, wherein at least a part of the wiring is higher than the gate electrode.
前記基板の素子形成面に形成され、前記膜を支える支柱をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a support column formed on an element formation surface of the substrate and supporting the film. 前記基板の素子形成面に前記集積回路を囲むように形成され、前記膜を支える枠体をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a frame body that is formed on an element formation surface of the substrate so as to surround the integrated circuit and supports the film. 前記中空領域は、不活性ガス又は窒素が充填されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the hollow region is filled with an inert gas or nitrogen. 前記能動素子はIII族窒化物半導体により形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the active element is formed of a group III nitride semiconductor. 前記基板は、サファイア、シリコンカーバイト、シリコン、窒化アルミニウム若しくは窒化ガリウムであるか又はこれらの2つ以上からなる積層体であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置。   The said board | substrate is a laminated body which consists of sapphire, silicon carbide, silicon, aluminum nitride, or gallium nitride, or consists of two or more thereof. Semiconductor device. 前記膜は、基材と該基材の一の面に形成された粘着層とを有する樹脂フィルムであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the film is a resin film having a base material and an adhesive layer formed on one surface of the base material. 前記封止樹脂は、導電性であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the sealing resin is conductive. 前記封止樹脂と前記膜との間に形成された金属膜又は前記封止樹脂の上に形成された金属膜をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体装置。   The metal film formed between the sealing resin and the film or the metal film formed on the sealing resin is further provided. The semiconductor device described. 前記集積回路は、動作周波数帯域が準ミリ波帯以上であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the integrated circuit has an operating frequency band equal to or higher than a quasi-millimeter wave band. 基板の素子形成面に集積回路を形成する工程(a)と、
前記基板にビアホールを形成する工程(b)と、
前記基板の素子形成面と反対側の面に、前記集積回路と前記ビアホールを介して電気的に接続された裏面配線を形成する工程(c)と、
前記集積回路を膜により覆う工程(d)と、
前記膜の上に封止樹脂を形成する工程(e)と、
前記工程(e)よりも後に、前記基板をチップに分割する工程(f)とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an integrated circuit on the element forming surface of the substrate;
Forming a via hole in the substrate (b);
Forming a back surface wiring electrically connected to the integrated circuit via the via hole on the surface opposite to the element forming surface of the substrate;
Covering the integrated circuit with a film (d);
Forming a sealing resin on the film (e);
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step (f) of dividing the substrate into chips after the step (e).
JP2009058643A 2009-03-11 2009-03-11 Semiconductor device and manufacturing method of the same Pending JP2010212524A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009058643A JP2010212524A (en) 2009-03-11 2009-03-11 Semiconductor device and manufacturing method of the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009058643A JP2010212524A (en) 2009-03-11 2009-03-11 Semiconductor device and manufacturing method of the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010212524A true JP2010212524A (en) 2010-09-24

Family

ID=42972384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009058643A Pending JP2010212524A (en) 2009-03-11 2009-03-11 Semiconductor device and manufacturing method of the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010212524A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4293815A1 (en) * 2022-06-15 2023-12-20 Krohne Messtechnik GmbH Radar assembly

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4293815A1 (en) * 2022-06-15 2023-12-20 Krohne Messtechnik GmbH Radar assembly

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7605451B2 (en) RF power transistor having an encapsulated chip package
US7706756B2 (en) RF power module
JP5407667B2 (en) Semiconductor device
US7511315B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
US20210313293A1 (en) Rf amplifier devices and methods of manufacturing
US11837457B2 (en) Packaging for RF transistor amplifiers
US12113490B2 (en) Group III nitride-based radio frequency transistor amplifiers having source, gate and/or drain conductive vias
US11356070B2 (en) RF amplifiers having shielded transmission line structures
US20210313282A1 (en) Rf amplifier devices and methods of manufacturing
US11837559B2 (en) Group III nitride-based radio frequency amplifiers having back side source, gate and/or drain terminals
JP2007220790A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
US20230327624A1 (en) Rf amplifier devices and methods of manufacturing including modularized designs with flip chip interconnections and integration into packaging
US20210408976A1 (en) Multi-zone radio frequency transistor amplifiers
WO2023249863A1 (en) Packages with backside mounted die and exposed die interconnects and methods of fabricating the same
US20230421119A1 (en) Semiconductor device packages with exposed heat dissipating surfaces and methods of fabricating the same
US20220321071A1 (en) Rf amplifier devices and methods of manufacturing including modularized designs with flip chip interconnections
JP2008235759A (en) Electronic device
JP5734727B2 (en) Semiconductor device
JP5562898B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2010212524A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2010182741A (en) Semiconductor device
US20240105692A1 (en) Packaged flip chip radio frequency transistor amplifier circuits
US20230420430A1 (en) Modular power transistor component assemblies with flip chip interconnections