JP2018137287A - 化合物半導体基板及び電力増幅モジュール - Google Patents

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recess
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Isao Obe
功 大部
梅本　康成
Yasunari Umemoto
康成 梅本
雅博 柴田
Masahiro Shibata
雅博 柴田
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Abstract

【課題】 耐剥離性が向上する化合物半導体基板を提供する。【解決手段】 化合物半導体基板は、第１方向及び第１方向に直交する第２方向に平行な第１主面と、第１主面に対向する第２主面と、第１主面から第２主面に向かって形成された凹部と、を有し、凹部は、第１主面に形成された開口部と、開口部に対向する底面と、開口部と底面との間において凹部を形成する複数の側面と、を有し、複数の側面は、第１方向に沿って延在する少なくとも１つの第１側面であって、凹部の内部において底面との成す角が略θ（０＜θ＜９０）度である少なくとも１つの第１側面と、第２方向に沿って延在する少なくとも１つの第２側面であって、凹部の内部において底面との成す角が略φ（９０＜φ＜１８０）度である少なくとも１つの第２側面と、を含み、第１主面と少なくとも１つの第１側面との接線の長さの合計は、第１主面と少なくとも１つの第２側面との接線の長さの合計より長い。【選択図】図２

Description

本発明は、化合物半導体基板及び電力増幅モジュールに関する。
携帯電話等の移動体通信機に搭載される電力増幅モジュールにおいては、一般的に化合物半導体デバイスが用いられる。化合物半導体デバイスにおいては、例えば高温・高湿環境下における吸湿後の高温リフローにおける特性変動の抑制が要求される等、信頼性に対する要求が厳しくなっている。かかる高温・高湿環境下においては、化合物半導体チップがモジュール基板から剥離するという問題がある。当該問題に対し、例えば特許文献１には、シリコン半導体チップの裏面に凹部が形成され、当該凹部に接着剤が充填されることにより収容容器のステージに接着される構成が開示されている。当該構成においては、凹部の形状が開口部よりも内部の方が広い壺形であるため、基板との接合強度が向上する。
実開昭６１−４４３０号公報
しかし、特許文献１に開示される構成は、シリコン半導体チップに関するものであり、化合物半導体の性質を考慮した構成については検討がなされていない。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、耐剥離性が向上する化合物半導体基板を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するため、本発明の一側面に係る化合物半導体基板は、第１方向及び第１方向に直交する第２方向に平行な第１主面と、第１主面に対向する第２主面と、第１主面から第２主面に向かって形成された凹部と、を有し、凹部は、第１主面に形成された開口部と、開口部に対向する底面と、開口部と底面との間において凹部を形成する複数の側面と、を有し、複数の側面は、第１方向に沿って延在する少なくとも１つの第１側面であって、凹部の内部において底面との成す角が略θ（０＜θ＜９０）度である少なくとも１つの第１側面と、第２方向に沿って延在する少なくとも１つの第２側面であって、凹部の内部において底面との成す角が略φ（９０＜φ＜１８０）度である少なくとも１つの第２側面と、を含み、第１主面と少なくとも１つの第１側面との接線の長さの合計は、第１主面と少なくとも１つの第２側面との接線の長さの合計より長い。
本発明によれば、耐剥離性が向上する化合物半導体基板を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る化合物半導体チップの平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 凹部３の製造過程を説明するための図である。 凹部３の製造過程を説明するための図である。 凹部３の製造過程を説明するための図である。 凹部３の製造過程を説明するための図である。 凹部３の製造過程を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る化合物半導体チップが実装されたモジュールの断面図である。 本発明の第１実施形態に係る化合物半導体チップが実装されたモジュールの断面図である。 凹部（比較例Ａ）が形成された化合物半導体チップが実装されたモジュールの断面図である。 凹部（比較例Ａ）が形成された化合物半導体チップが実装されたモジュールの断面図である。 凹部（比較例Ｂ）が形成された化合物半導体チップが実装されたモジュールの断面図である。 凹部（比較例Ｂ）が形成された化合物半導体チップが実装されたモジュールの断面図である。 本発明の第１実施形態に係る化合物半導体チップが実装されたモジュールの断面図である。 ＨＢＴが形成された化合物半導体チップが実装されたモジュールの断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る化合物半導体チップの平面図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの平面図である。 図１０のＥ−Ｅ線断面図である。 図１０のＦ−Ｆ線断面図である。 図１０のＧ−Ｇ線断面図である。 バイアホールの機能を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る化合物半導体チップの平面図である。 本発明の第２実施形態の変形例に係る化合物半導体チップの平面図である。 本発明の第２実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの平面図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの製造方法の手順を示す図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの製造方法の手順を示す図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの製造方法の手順を示す図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの製造方法の手順を示す図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの製造方法の手順を示す図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの製造方法の手順を示す図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの製造方法の手順を示す図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの製造方法の手順を示す図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの製造方法の手順を示す図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの製造方法の手順を示す図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの製造方法の手順を示す図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの製造方法の手順を示す図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップが実装された電力増幅モジュールの断面図である。
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。
まず、図１〜図８Ｂを参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る化合物半導体チップについて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る化合物半導体チップの平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。本実施形態に係る化合物半導体チップ１００Ａは、化合物半導体基板１と回路形成領域２を含む。なお、図１〜図３においては、化合物半導体基板１の結晶方位が併記されている。本明細書においては表記の便宜上、結晶方位のマイナス方向の座標についてオーバーラインの代わりに「−１」と示す。また、結晶方位の表記において、［０１１］方向は［０−１−１］方向と平行であるが向きが反対であり、［０１−１］方向は［０−１１］方向と平行であるが向きが反対である。
化合物半導体基板１は、例えばＧａＡｓで構成されており、ＧａＡｓの結晶方位に応じて、［０１１］方向（第１方向）に平行な長辺と、［０１１］方向に直交する［０１−１］方向（第２方向）に平行な短辺と、［１００］方向に平行な厚さと、を有している。また、面方位（１００）と平行であって、略矩形状を有する第１主面１０、及び第１主面１０と対向する第２主面１２を有している。以下、当該結晶方位を基準として化合物半導体チップの各構成を説明する。なお、化合物半導体基板１の第１主面１０及び第２主面１２の面方位は（１００）±４度の範囲内にあってもよい。また、化合物半導体基板１の材料はＧａＡｓに限られず、ＩｎＰ等の他の化合物半導体であってもよい。
化合物半導体基板１の第２主面１２側（［１００］方向）には、回路形成領域２が設けられている。回路形成領域２には、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、レーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）等の能動素子、又は抵抗素子、容量素子、インダクタンス素子等の受動素子、若しくは配線、層間絶縁膜又はパッシベーション膜等が形成される。これらの能動素子、受動素子、配線、絶縁膜又はパッシベーション膜等の組み合わせにより電気回路が形成される。
化合物半導体基板１には、第１主面１０から第２主面１２に向かって（すなわち、［１００］方向に向かって）凹部３が形成されている。凹部３は、化合物半導体基板１の第１主面１０に形成された開口部３１と、開口部に対向する底面３２と、開口部と底面との間において凹部３を形成する複数の側面３３と、を有する。また、複数の側面３３は、［０１１］方向（第１方向）に沿って延在する、対向する１組の側面３３ａ（第１側面）と、［０１−１］方向（第２方向）に沿って延在する、対向する１組の側面３３ｂ（第２側面）と、を有する。なお、図１に示される破線は、化合物半導体基板１の第１主面１０と凹部３の側面３３ａ，３３ｂとの接線３４（すなわち、開口部３１の形状）を示している。
図１に示されるように、接線３４は略矩形状であり、［０１−１］方向に平行な接線の長さ（Ｗｖａ）に比べて［０１１］方向に平行な接線の長さ（Ｗｈａ）の方が長い（図１参照）。例えば、本実施形態においては、Ｗｖａは２００μｍであり、Ｗｈａは１０００μｍである。従って、凹部３においては、第１主面１０と側面３３ａとの接線の長さの合計（２×Ｗｈａ）は、第１主面１０と側面３３ｂとの接線の長さの合計（２×Ｗｖａ）より長い。
凹部３の断面形状はＡ−Ａ線断面とＢ−Ｂ線断面において異なっている。具体的には、Ａ−Ａ線断面の断面形状においては、凹部３の内部における底面３２と側面３３ａの成す角θが鋭角（すなわち、０＜θ＜９０）である（図２参照）。すなわち、凹部３の開口部３１の［０１−１］方向の長さＷｖａに比べて、底面３２の［０１−１］方向の長さＷｖｂの長さの方が長い。以下、当該凹部の断面形状を成す側面を「逆メサ型」とも呼ぶ。
一方、Ｂ−Ｂ線断面の断面形状においては、凹部３の内部における底面３２と側面３３ｂの成す角φは鈍角（すなわち、９０＜φ＜１８０）である（図３参照）。すなわち、凹部３の開口部３１の［０−１−１］方向の長さＷｈａに比べて、底面３２の［０−１−１］方向の長さＷｈｂの長さの方が短い。以下、当該凹部の断面形状を成す側面を「順メサ型」とも呼ぶ。
なお、凹部３の深さ（開口部３１から底面３２までの［１００］方向の距離）Ｄは、化合物半導体基板１の厚さ以下であるように設定されている。例えば、本実施形態における化合物半導体基板１の厚さは７５μｍであり、凹部３の深さＤは２０μｍである。次に、図４Ａ〜図４Ｅを参照しつつ、凹部３の逆メサ型及び順メサ型の側面の製造過程について説明する。
図４Ａ〜図４Ｅは、凹部３の製造過程を説明するための図である。なお、図４Ｂは図４ＡのＣ−Ｃ線断面図を示し、図４Ｃは図４ＡのＤ−Ｄ線断面図を示す。また、説明の便宜上、凹部については図１〜図３における符号と同様の符号を用いる。
まず、図４Ａ〜図４Ｃに示されるように、化合物半導体基板２１の上に開口部２２を有するフォトレジスト２３が形成される。フォトレジスト２３の開口部２２は、［０１１］方向に平行な長辺と、［０１−１］方向に平行な短辺とを有する略矩形状である。当該フォトレジスト２３をマスクとしたウエットエッチングにより、開口部２２の下に凹部３が形成される。
図４Ｄ及び図４Ｅは、ウエットエッチングを施した後のＣ−Ｃ線断面図及びＤ−Ｄ線断面図を示している。ウエットエッチングにより、フォトレジスト２３の開口部２２の下の化合物半導体基板２１がエッチング除去される。ここで、化合物半導体は２種類以上の原子種によって構成された材料であり、結晶方位依存性を持つ。例えば、結晶方位によって電気化学的性質が異なるため、エッチング除去の速度が異なる。これにより、化合物半導体基板２１にウエットエッチングを施すと、当該化合物半導体基板２１はフォトレジスト２３の開口部２２に沿って垂直には除去されず、結晶方位に応じた傾斜を構成しつつ除去される。具体的には、面方位（０−１−１）と平行な断面においては、凹部の底面３２と側面３３ａの成す角θが鋭角である逆メサ型となる（図４Ｄ参照）。θの角度は、例えばθ＝５４．７±４度である。一方、面方位（０−１１）と平行な断面においては、凹部の底面３２と側面３３ｂの成す角φが鈍角である順メサ型となる（図４Ｅ参照）。φの角度は、例えばφ＝１８０−θ＝１２５．３±４度である。ここで、上述の通りフォトレジスト２３の開口部２２は［０１１］方向に平行な長辺を有するため、逆メサ型の側面３３ａが順メサ型の側面３３ｂよりも長く形成されることとなる。
このように、化合物半導体の結晶方位依存性を利用すれば、煩雑な作業工程を経ることなく、逆メサ型の側面３３ａを形成することができる。また、フォトレジスト２３の開口部２２の形状に応じて、逆メサ型の側面３３ａが順メサ型の側面３３ｂよりも長くなるように凹部３を形成することができる。
次に、図５Ａ〜図７Ｂを参照しつつ、本実施形態に係る化合物半導体チップの接着力について説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の第１実施形態に係る化合物半導体チップが実装されたモジュールの断面図である。図６Ａ及び図６Ｂは、凹部（比較例Ａ）が形成された化合物半導体チップが実装されたモジュールの断面図である。図７Ａ及び図７Ｂは、凹部（比較例Ｂ）が形成された化合物半導体チップが実装されたモジュールの断面図である。なお、図５Ａ〜図７Ｂに示される断面図は、いずれも図１における化合物半導体チップ１００ＡのＡ−Ａ線断面図と同様の方向を示している。
図５Ａ及び図５Ｂに示されるモジュールにおいては、モジュール基板２００の主面上に接着剤２１０により化合物半導体チップ１００Ａが接着されている。接着剤２１０は化合物半導体チップ１００Ａとモジュール基板２００との間に介在し、さらに化合物半導体基板１に形成された凹部３の内部に充填されている。また、化合物半導体チップ１００Ａは硬化樹脂２２０により覆われている。
図６Ａ及び図６Ｂには、化合物半導体基板に形成された凹部が順メサ型である構成（以下、比較例Ａとも呼ぶ。）が示されている。また、図７Ａ及び図７Ｂには、化合物半導体基板に形成された凹部が底面と垂直な側面を有する構成（以下、比較例Ｂとも呼ぶ。）が示されている。なお、図６Ａ〜図７Ｂに示される凹部を除くモジュールの構成については、図５Ａ及び図５Ｂに示されるモジュールと同様であるため、図５Ａ及び図５Ｂにおける符号と同様の符号を用い詳細な説明を省略する。
また、図５Ａ、図６Ａ及び図７Ａは、化合物半導体チップの剥離を引き起こす主な応力が引っ張り応力（すなわち、化合物半導体基板１の第１主面１０側から第２主面１２側に引っ張られる力）である場合が想定されている。一方、図５Ｂ、図６Ｂ及び図７Ｂは、化合物半導体チップの剥離を引き起こす主な応力がせん断応力（すなわち、上述の引っ張り応力と垂直方向の力）である場合が想定されている。
まず、図５Ａに示される凹部３においては、化合物半導体チップ１００Ａに引っ張り応力２３０が作用すると、凹部３の幾何学的形状により物理的な楔効果（又はアンカー効果）が働く。これにより、凹部３の側面３３ａと接着剤２１０との界面に、引張り応力２３０と反対方向の反力２３０Ｒが発生する。一方、図６Ａに示される比較例Ａ又は図７Ａに示される比較例Ｂにおいては、化合物半導体チップに引っ張り応力２３０が作用しても物理的な楔効果（又はアンカー効果）が働かず、凹部の側面４０，４１と接着剤２１０との界面に反力が発生しない。以上より、引っ張り応力に対して、逆メサ型の凹部３は、比較例Ａ又は比較例Ｂの構成に比べて化合物半導体基板とモジュール基板との接着を強固にし、耐剥離性を向上させることが分かる。
次に、図５Ｂに示される凹部３においては、化合物半導体チップ１００Ａにせん断応力２４０が作用すると、凹部３の幾何学的形状により物理的な楔効果（又はアンカー効果）が働く。これにより、凹部３の側面３３ａと接着剤２１０との界面に、せん断応力２４０と反対方向の反力２４０Ｒが発生する。また、図６Ｂに示される比較例Ａ又は図７Ｂに示される比較例Ｂにおいても、化合物半導体チップにせん断応力２４０が作用すると、凹部３と同様に凹部の側面４０，４１と接着剤２１０との界面に反力２４０Ｒが発生する。以上より、せん断応力に対して、逆メサ型の凹部３は、比較例Ａ又は比較例Ｂの構成と同様の接着力を有することが分かる。
以上より、逆メサ型の凹部３は引っ張り応力及びせん断応力の双方に対して接着力が強固であり、耐剥離性に優れていると言える。この点、化合物半導体チップ１００Ａにおいては、上述の通り逆メサ型の側面３３ａが順メサ型の側面３３ｂよりも長くなるように凹部３が形成される。これにより、化合物半導体チップ１００Ａは、比較例Ａ又は比較例Ｂに比べて化合物半導体基板とモジュール基板との接着が強固となり、耐剥離性が向上する。
次に、図８Ａ及び図８Ｂを参照しつつ、本実施形態に係る化合物半導体チップの放熱性について説明する。図８Ａは、本発明の第１実施形態に係る化合物半導体チップが実装されたモジュールの断面図であり、図８Ｂは、ＨＢＴが形成された化合物半導体チップが実装されたモジュールの断面図である。なお、図８Ａ及び図８Ｂに示される断面図は、図１における化合物半導体チップ１００ＡのＡ−Ａ線断面図と同様の方向を示している。
図８Ａにおいては、凹部３の側面３３ａ（実線）の他に、比較例Ａの側面４０（破線）及び比較例Ｂの側面４１（破線）が示されている。凹部３、比較例Ａ及び比較例Ｂの開口部の幅Ｗｖａが等しいとすると、凹部の内部の体積（すなわち、凹部内部に充填された接着剤２１０の体積）は、凹部３＞比較例Ｂ＞比較例Ａの順となる。
接着剤２１０は、化合物半導体基板１の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するものとする。例えば、化合物半導体基板がＧａＡｓ（熱伝導率：４６Ｗ／ｍＫ程度）である場合、接着剤２１０は熱伝導率が４６Ｗ／ｍＫより高いものが用いられる。接着剤２１０の材質は特に限定されないが、例えば銀ペースト等であってもよい。また、接着剤２１０は導電性であってもよく、又は絶縁性であってもよい。
化合物半導体チップ１００Ａの回路形成領域２は、電気回路に起因する発熱領域Ｒｘを伴う。当該発熱領域Ｒｘからモジュール基板２００に向かって熱が伝導する。従って、発熱領域Ｒｘの下（［−１００］方向）に設けられる材質の熱伝導率が高ければ、熱がモジュール基板２００側に伝わりやすく、電気回路に起因する熱の放熱性が向上する。言い換えると、接着剤２１０の熱伝導率が化合物半導体基板１の熱伝導率よりも高い場合、化合物半導体基板における接着剤２１０の占める体積が大きい方が放熱性に優れると言える。従って、凹部の内部の体積の順に応じて、凹部３＞比較例Ｂ＞比較例Ａの順に放熱性が優れることとなる。すなわち、化合物半導体チップ１００Ａは、比較例Ａ又は比較例Ｂに比べて、モジュール基板２００に実装された場合の放熱性が向上する。
なお、凹部３の形成位置は、回路形成領域２に形成される電気回路の配置に応じて調整されてもよい。例えば、図８Ｂに示されるように回路形成領域２にＨＢＴ３００（増幅素子）が形成される場合、ＨＢＴ３００は［０１−１］方向の中心付近において最も発熱量が大きくなる。従って、化合物半導体基板１の第２主面１２上において、凹部３の開口部３１に対向する領域にＨＢＴ３００の略中心が配置されることにより、化合物半導体チップの放熱性がさらに向上する。
以上説明した通り、化合物半導体基板１においては、結晶方位依存性を利用して、逆メサ型の側面３３ａが順メサ型の側面３３ｂよりも長くなるように凹部３を形成することができる。これにより、化合物半導体基板１は、煩雑な作業工程を経ることなく、比較例Ａ又は比較例Ｂに比べて化合物半導体基板とモジュール基板との接着を強固とし、耐剥離性を向上することができる。また、化合物半導体基板１は、比較例Ａ又は比較例Ｂに比べて凹部３に充填される接着剤の体積が増大することにより、モジュール基板に実装された場合の放熱性が向上する。
次に、図９を参照しつつ、本実施形態の変形例について説明する。図９は、本発明の第１実施形態の変形例に係る化合物半導体チップの平面図である。なお、以下に示す他の実施形態及び変形例においては、化合物半導体チップ１００Ａと同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
図９に示される化合物半導体チップ１００Ｂは、複数（本変形例においては６つ）の凹部３を備える。具体的には、例えば［０１−１］方向に３つの凹部３が配列され、［０１１］方向に２つの凹部３が配列されている。各凹部３の寸法は特に限定されないが、例えば本実施形態においては、開口部の短辺が１００μｍであり、長辺が４００μｍである。なお、凹部３の構成については化合物半導体チップ１００Ａにおける凹部３と同様であるため、詳細な説明は省略する。
このような構成によっても、化合物半導体チップ１００Ｂは、化合物半導体チップ１００Ａと同様の効果を得ることができる。なお、凹部３の総数及び配列の構成はこれに限られない。また、複数の凹部の寸法は全てが同一であってもよく、凹部ごとに異なっていてもよい。
次に、図１０〜図１４を参照しつつ、本実施形態の他の変形例について説明する。図１０は、本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの平面図であり、図１１は、図１０のＥ−Ｅ線断面図であり、図１２は、図１０のＦ−Ｆ線断面図であり、図１３は、図１０のＧ−Ｇ線断面図である。
図１０に示される化合物半導体チップ１００Ｃは、化合物半導体チップ１００Ｂの構成に加えて、複数のバイアホールを有する。具体的には、例えば、化合物半導体基板１の周辺領域及び［０１１］方向の中央領域に複数のバイアホール１３０，１３１が設けられ、凹部３の領域内に複数のバイアホール１３２，１３３が設けられている。バイアホール１３０〜１３３は、化合物半導体基板１の第１主面１０から第２主面１２側に向かって、化合物半導体基板１を貫通して回路形成領域２に到達するように形成されている。また、化合物半導体基板１の第１主面１０側には電極層１４０，１４１が順に積層されている。具体的には、電極層１４０，１４１は、化合物半導体基板１の第１主面と、凹部３の内表面及びバイアホール１３０〜１３３の内表面に形成されている。これにより、電極層１４０，１４１を経由して、回路形成領域２に形成された各々の電気回路と化合物半導体チップ１００Ｃの外部との電気的導通を図ることができる。
図１４は、バイアホールの機能を説明するための図である。図１４においては、一例として回路形成領域２にＨＢＴが形成され、当該ＨＢＴのエミッタがバイアホール１３３の内表面に形成された電極層１４０，１４１と電気的に接続される場合が例示されている。具体的には、化合物半導体基板１上に、バッファー層１５０（アンドープＧａＡｓ）、サブコレクタ層１５１（ｎ型ＧａＡｓ）、コレクタ層１５２（ｎ型ＧａＡｓ）、ベース層１５３（ｐ型ＧａＡｓ）、エミッタ層１５４（ｎ型ＩｎＧａＰ）、コンタクト層１５５（ｎ型ＧａＡｓ）、コンタクト層１５６（ｎ型ＩｎＧａＡｓ）が順に形成されている。また、サブコレクタ層１５１上にコレクタ電極１５７及びコレクタ配線１５８が形成され、ベース層１５３上にベース電極１５９及びベース配線１６０が形成され、コンタクト層１５６上にエミッタ電極１６１及びエミッタ配線１６２が形成されている。さらに、バイアホール１３３の内表面に形成された電極層１４０上には接続用電極１６３が形成される。なお、ＨＢＴが形成されない領域は絶縁注入領域１７０であり、電気回路は絶縁膜１７１（ＳｉＮ）及びパッシベーション膜１７２（ＳｉＮ）により被覆される。
エミッタ配線１６２は、バイアホール１３３側に延出され、接続用電極１６３に電気的に接続される。これにより、エミッタ層１５４は、コンタクト層１５５、コンタクト層１５６、エミッタ電極１６１、エミッタ配線１６２及び接続用電極１６３を経由して、バイアホール１３３の内表面に形成された電極層１４０及び電極層１４１に電気的に接続される。
なお、図１４に示される構成は一例であり、バイアホール内の電極層と電気的に接続される電極はＨＢＴのエミッタに限られない。また、上述のＨＢＴの各材料は一例であり、これに限定されない。
また、バイアホールの形状は特に限定されない。例えばバイアホールの開口部は、バイアホール１３０，１３２のように真円形であってもよく、バイアホール１３１，１３３のように楕円形であってもよい。また、本実施形態においては、化合物半導体基板に凹部３が形成された領域と、凹部３が形成されていない領域の双方にバイアホールが形成されているが、バイアホールの形成位置は特に限定されない。
次に、図１５〜図１７を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る化合物半導体チップについて説明する。図１５は、本発明の第２実施形態に係る化合物半導体チップの平面図であり、図１６は、本発明の第２実施形態の変形例に係る化合物半導体チップの平面図であり、図１７は、本発明の第２実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの平面図である。なお、図１５〜図１７に示される図は、化合物半導体基板１を第１主面１０側から平面視したときの平面図である。また、図１５〜図１７においては、化合物半導体基板１の第１主面１０と、化合物半導体基板１に形成されたそれぞれの凹部４ａ〜４ｃの開口部との接線が実線により示されている。
図１５〜図１７に示される化合物半導体チップ１００Ｄ〜１００Ｆにおける凹部４ａ〜４ｃは、化合物半導体チップ１００Ａ〜１００Ｃにおける凹部３に比べて、開口部の形状が異なる。具体的には、凹部４ａの開口部は、化合物半導体基板１の［０−１−１］方向の両端部に至るように形成された略矩形状である。すなわち、凹部４ａは［０−１−１］方向に貫通した溝状となる。また、凹部４ｂの開口部は多角形（図１６に示される例においては八角形）状である。また、凹部４ｃの開口部は十字型である。このような構成によっても、凹部４ａ〜４ｃにおいて［０−１−１］方向に平行な接線に対応する側面は逆メサ型となり、［０１−１］方向に平行な接線に対応する側面は順メサ型となる。また、凹部４ａ〜４ｃの開口部においても、凹部３の開口部と同様に、［０−１−１］方向に平行な接線の長さの合計は、［０１−１］方向に平行な接線の長さの合計より長い。従って、化合物半導体チップ１００Ｄ〜１００Ｆは、化合物半導体チップ１００Ａと同様の効果を得ることができる。
なお、凹部の開口部の形状はこれに限られない。また、図１５〜図１７に示される例は化合物半導体基板内に一種類かつ１つの凹部が形成されているが、化合物半導体基板に複数種類又は複数の凹部が形成されてもよい。
次に、図１８Ａ〜図１８Ｌを参照しつつ、本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップ１００Ｃの製造方法について説明する。ここで、図１８Ａ〜図１８Ｌは、本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップの製造方法の手順を示す図である。図１８Ａ〜図１８Ｌに示される図は、図１におけるＡ−Ａ線断面図と同様の方向を示したものである。なお、以下の説明においては、電気回路の一例としてＨＢＴが回路形成領域に形成された場合を示す。また、説明の便宜上、図４Ａ〜図４Ｅ又は図１４に示される要素と対応する要素については、当該図面において用いた符号と同様の符号を用い、説明を省略する。
まず、図１８Ａに示されるように、一般的な半導体プロセスにより、化合物半導体基板１上の回路形成領域にＨＢＴを形成する。
次に、図１８Ｂに示されるように、ワックス１８０を介在させてパッシベーション膜１７２をサファイヤ基板１８１に貼り付ける。また、化合物半導体基板１を研削して、化合物半導体基板１の第１主面１０を露出させる。化合物半導体基板１の厚さは、例えば７５μｍ程度である。
次に、図１８Ｃに示されるように、化合物半導体基板１の第１主面１０上に開口部２２ａ，２２ｂを有するフォトレジスト２３を形成する。フォトレジスト２３は凹部形成工程におけるマスクの役割を果たす。
次に、図１８Ｄに示されるように、フォトレジスト２３をマスクとして、ウエットエッチングにより開口部２２ａ，２２ｂの下に凹部３ａ，３ｂを形成する。ウエットエッチング液の組性は、例えばリン酸：過酸化水素水：水＝１：２：４０（体積比）である。なお、化合物半導体の結晶方位依存性については、図４Ａ〜図４Ｅにおける説明と同様であるため省略する。
次に、図１８Ｅに示されるように、フォトレジスト２３を除去する。
次に、図１８Ｆに示されるように、化合物半導体基板１の第１主面１０上に開口部１９０を有するフォトレジスト１９１を形成する。フォトレジスト１９１はバイアホール形成工程におけるマスクの役割を果たす。
次に、図１８Ｇに示されるように、フォトレジスト１９１をマスクとして、異方性ドライエッチングにより開口部１９０の下にバイアホール１３０を形成する。バイアホール１３０は化合物半導体基板１及び絶縁注入領域１７０を貫通して、接続用電極１６３まで延在する。
次に、図１８Ｈに示されるように、フォトレジスト１９１を除去する。
次に、図１８Ｉに示されるように、化合物半導体基板１の第１主面１０、凹部３ａ，３ｂの内表面及びバイアホール１３０の内表面の全面に電極層１４０を形成する。電極層１４０は、例えば無電解めっき法により形成され、例えば厚さ０．０５μｍ程度のＰｄにより構成される。
次に、図１８Ｊに示されるように、電極層１４０の上に電極層１４１を積層する。電極層１４１は、例えば電解めっき法により形成され、例えば厚さ４．５μｍ程度のＡｕにより構成される。
次に、図１８Ｋに示されるように、ワックス１８０及びサファイヤ基板１８１を取り外す。
次に、図１８Ｌに示されるように、ウエハを上下反転させ、ダイシング等により化合物半導体チップを得る。
上述の製造方法により、化合物半導体基板１に凹部及びバイアホールを備える化合物半導体チップ１００Ｃを製造することができる。なお、化合物半導体チップの製造方法はこれに限られない。
次に、図１９を参照しつつ、化合物半導体チップが実装された電力増幅モジュールについて説明する。図１９は、本発明の第１実施形態の他の変形例に係る化合物半導体チップが実装された電力増幅モジュールの断面図である。なお、化合物半導体チップ１００Ａ〜１００Ｆが実装されるモジュールの用途は特に限定されないが、例えば携帯電話等の移動体通信機に搭載され、送信信号を増幅する電力増幅モジュールとして用いられてもよい。図１９に示される電力増幅モジュール１０００は、図１０におけるＦ−Ｆ線断面図と同様の方向を示したものである。なお、図１９は、化合物半導体チップの一例として化合物半導体チップ１００Ｃが示されているが、他の変形例及び他の実施形態についても同様に実装され得る。また、図１９においては図示が省略されているが、電力増幅モジュール１０００には、電気的信号を伝達するボンデイングワイヤーや、キャパシタ、インダクタ又はレジスタ等の表面実装デバイス（ＳＭＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）や、シリコンＩＣ等が実装されていてもよい。
電力増幅モジュール１０００において、化合物半導体チップ１００Ｃはモジュール基板１１００上に実装される。モジュール基板１１００は、絶縁体基板１１１０及び導体層１１２０が交互に［１００］方向に積層されて構成される。絶縁体基板１１１０は例えばガラスエポキシ樹脂により構成され、導体層１１２０は例えばＣｕにより構成される。また、モジュール基板１１００には、［１００］方向に貫通するバイアホール１１３０が形成される。バイアホール１１３０には、例えばＣｕが充填される。
モジュール基板１１００の主面上に、化合物半導体チップ１００Ｃが接着剤１１４０により接着される。接着剤１１４０は、化合物半導体チップ１００Ｃにおける化合物半導体基板１の第１主面１０とモジュール基板１１００との間に介在し、さらに化合物半導体基板１に形成された凹部３及びバイアホール１３２，１３３の中に充填されている。また、化合物半導体チップ１００Ｃは硬化樹脂１１５０により覆われている。
接着剤１１４０は、化合物半導体基板１の熱伝導率（例えば、４６Ｗ／ｍＫ程度）よりも高い熱伝導率（例えば、１４０Ｗ／ｍＫ程度）を有するとする。これにより、図８Ａにおいて説明した通り、電気回路に起因する熱がモジュール基板１１００側に伝わりやすくなる。従って、化合物半導体チップ１００Ｃが実装された電力増幅モジュール１０００の放熱性が向上する。
なお、化合物半導体チップ１００Ａ〜１００Ｆが実装されるモジュールは電力増幅モジュールに限らず、他のいかなる電子部品モジュールに実装されてもよい。
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。化合物半導体チップ１００Ａ〜１００Ｆにおいて、化合物半導体基板１に形成された凹部３は、底面３２との成す角が鋭角である側面３３ａと、底面３２との成す角が鈍角である側面３３ｂと、を有し、化合物半導体基板１の第１主面１０と側面３３ａとの接線の長さの合計は、当該第１主面１０と側面３３ｂとの接線の長さの合計より長い。これにより、逆メサ型の側面３３ａが順メサ型の側面３３ｂよりも長くなるように凹部３が形成される。従って、化合物半導体基板１は、比較例Ａ又は比較例Ｂが形成された基板に比べて化合物半導体基板とモジュール基板との接着が強固となり、耐剥離性が向上する。
また、側面３３ａは化合物半導体基板１の結晶方位［０１１］方向に沿って延在し、側面３３ｂは結晶方位［０１−１］方向に沿って延在する。これにより、化合物半導体基板１の結晶方位依存性を利用して、逆メサ型の側面３３ａ及び順メサ型の側面３３ｂを形成することができる。従って、化合物半導体基板１は、煩雑な作業工程を経ることなく、比較例Ａ又は比較例Ｂが形成された基板に比べて耐剥離性を向上することができる。
また、凹部３の内部において、底面３２と側面３３ａとの成す角θはθ＝５４．７±４度であり、底面３２と側面３３ｂとの成す角φはφ＝１８０−θ度であってもよい。
また、凹部３の深さＤは、化合物半導体基板１の厚さ以下であってもよい。
また、化合物半導体基板１の材料は特に限定されないが、例えばＧａＡｓ又はＩｎＰにより構成されていてもよい。
また、化合物半導体チップ１００Ｃにおいて、化合物半導体基板１は、第１主面１０から第２主面１２に貫通したバイアホール１３０〜１３３を有する。これにより、バイアホール１３０〜１３３の内表面に形成された電極層１４０，１４１を経由して、電気回路と化合物半導体チップ１００Ｃの外部との電気的導通を図ることができる。
また、化合物半導体チップ１００Ａ〜１００Ｆがモジュール基板に実装された電力増幅モジュールにおいて、化合物半導体基板１とモジュール基板との間に介在した接着剤の熱伝導率は、化合物半導体基板１の熱伝導率より高い。これにより、電気回路に起因する熱がモジュール基板側に伝わりやすくなる。従って、当該電力増幅モジュールは、比較例Ａ又は比較例Ｂが形成された基板に比べて放熱性が向上する。
また、回路形成領域２に形成される増幅素子の配置は特に限定されないが、例えば増幅素子の［０１−１］方向の略中心が凹部３の開口部３１に対向する領域に配置されるように増幅素子が形成されてもよい。これにより、電力増幅モジュールの放熱性がさらに向上する。
以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
１，２１…化合物半導体基板、２…回路形成領域、３，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，４ｃ…凹部、１０…第１主面、１２…第２主面、２２，２２ａ，２２ｂ，３１，１９０…開口部、２３，１９１…フォトレジスト、３２…底面、３３，３３ａ，３３ｂ，４０，４１…側面、３４…接線、１００Ａ〜１００Ｆ…化合物半導体チップ、１３０〜１３３，１１３０…バイアホール、１４０，１４１…電極層、１５０…バッファー層、１５１…サブコレクタ層、１５２…コレクタ層、１５３…ベース層、１５４…エミッタ層、１５５…コンタクト層、１５６…コンタクト層、１５７…コレクタ電極、１５８…コレクタ配線、１５９…ベース電極、１６０…ベース配線、１６１…エミッタ電極、１６２…エミッタ配線、１６３…接続用電極、１７０…絶縁注入領域、１７１…絶縁膜、１７２…パッシベーション膜、１８０…ワックス、１８１…サファイヤ基板、２００，１１００…モジュール基板、２１０，１１４０…接着剤、２２０，１１５０…硬化樹脂、１０００…電力増幅モジュール、１１１０…絶縁体基板、１１２０…導体層

Claims (8)

  1. 第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に平行な第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面と、前記第１主面から前記第２主面に向かって形成された凹部と、を有し、
    前記凹部は、前記第１主面に形成された開口部と、前記開口部に対向する底面と、前記開口部と前記底面との間において前記凹部を形成する複数の側面と、を有し、
    前記複数の側面は、
    前記第１方向に沿って延在する少なくとも１つの第１側面であって、前記凹部の内部において前記底面との成す角が略θ（０＜θ＜９０）度である少なくとも１つの第１側面と、
    前記第２方向に沿って延在する少なくとも１つの第２側面であって、前記凹部の内部において前記底面との成す角が略φ（９０＜φ＜１８０）度である少なくとも１つの第２側面と、を含み、
    前記第１主面と前記少なくとも１つの第１側面との接線の長さの合計は、前記第１主面と前記少なくとも１つの第２側面との接線の長さの合計より長い、
    化合物半導体基板。
  2. 前記第１方向は、前記化合物半導体基板の結晶方位における［０１１］方向又は［０−１−１］方向に平行であり、
    前記第２方向は、前記化合物半導体基板の結晶方位における［０１−１］方向又は［０−１１］方向に平行である、
    請求項１に記載の化合物半導体基板。
  3. 前記θは５４．７±４であり、前記φは１８０−θである、
    請求項１又は２に記載の化合物半導体基板。
  4. 前記凹部の前記開口部から前記底面までの距離が、前記化合物半導体基板の厚さ以下である、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の化合物半導体基板。
  5. 前記化合物半導体基板は、ＧａＡｓ又はＩｎＰにより構成される、
    請求項１から４のいずれか一項に記載の化合物半導体基板。
  6. 前記化合物半導体基板は、前記第１主面から前記第２主面に貫通したバイアホールを有する、
    請求項１から５のいずれか一項に記載の化合物半導体基板。
  7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の化合物半導体基板と、
    前記化合物半導体基板の前記第２主面上に形成された増幅素子と、
    前記化合物半導体基板が実装されたモジュール基板と、
    前記化合物半導体基板と前記モジュール基板との間に介在し、前記凹部に充填された接着剤と、を有し、
    前記接着剤の熱伝導率は、前記化合物半導体基板の熱伝導率より高い、
    電力増幅モジュール。
  8. 前記増幅素子は、前記第２主面上において前記凹部の前記開口部に対向する領域に前記増幅素子の略中心が配置されるように形成された、
    請求項７に記載の電力増幅モジュール。
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