JP2998838B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2998838B2 JP9329811A JP32981197A JP2998838B2 JP 2998838 B2 JP2998838 B2 JP 2998838B2 JP 9329811 A JP9329811 A JP 9329811A JP 32981197 A JP32981197 A JP 32981197A JP 2998838 B2 JP2998838 B2 JP 2998838B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し、
特に、FET(電界効果トランジスタ)ペレットにプレ
ーテッド・ヒートシンク(以下、PHSと記す)を施し
てなる高出力半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高出力FETは、同一構成の複数の素F
ETを並列に接続することによって実現されている。す
なわち、図5に示されるように、ソースパッド4から延
びるソース電極フィンガーSとドレインパッド5から延
びるドレイン電極フィンガーDとが交互に並べられ、そ
の間にゲートバスバー6aから延びるゲート電極フィン
ガーGが配置されている。ゲートバスバー6aはゲート
パッド6に接続されている。ソース電極フィンガーSと
ゲートバスバー6aとの交差部では、ソース電極フィン
ガー上にシリコン酸化膜等の絶縁膜あるいはエアギャッ
プを介してゲートバスバー6aが形成されている。
【0003】高出力FETの出力を増加させるには、ゲ
ート幅の増加が必要となるが、ゲート電極フィンガーの
長さ(ゲート幅)は高周波特性の劣化を避けるために4
00μm程度以下とする必要があり、そのためトータル
のゲート幅を増加させるにはゲート電極フィンガーの本
数を増やすことが必要となる。その結果、ペレットサイ
ズが例えば0.8×4.0mm2 となり、縦横のアスペ
クト比が5ないしそれ以上になってきている。高出力F
ETでは、放熱性を高めるために基板厚を薄く(例えば
30μm)し、基板裏面にPHSを呼ばれる厚い(例え
ば20〜30μm)金メッキ層を形成することが行われ
ているが、上記のように縦横アスペクト比が大きくなる
と、FETペレットを銅製のケース(パッケージ)にA
uSnソルダーを用いて半田付けするとGaAsとPH
S(Au)やソルダーとの熱膨張係数の違いからGaA
s基板が反って固着されることになる。そのため、FE
Tペレットのマウント後の行われるワイヤボンディング
の際のカメラによる画像認識が不正確なものになってし
まう。また、実使用時にGaAs基板に生じる熱応力が
縦横方向で大きな偏差があることから、結晶に歪みが生
じ、FETの特性劣化、クラックの発生などの原因とな
っていた。
【0004】この種の問題に対処する方法としてPHS
にスリットを入れることが提案されている。図6
(a)、(b)、(c)は、特開平7−288299号
公報にて提案された半導体装置の上面図、正面図および
下面図である。同図において、図5の部分と同等の部分
には同一の参照番号が付せられているので、重複する説
明は省略するが、この従来例ではFETチップ100に
は、4個のFETユニット8が形成されており、FET
チップの裏面側にはPHS2が形成されている。そし
て、PHS2には、隣接するFETユニット8間に、細
いスリット12a、12b、12cが、FETユニット
8の配列方向に互い違いに形成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図6に示した従来例で
は、FETペレットをケース内に半田付けした際に、ソ
ルダーがPHS2のスリット内に充填される。そのた
め、実使用時にGaAs基板が受ける熱応力はPHSに
スリットを形成しない場合とほとんど差はなく、したが
って、PHSにスリットを入れる対策では、熱応力に基
づくFET特性の劣化やクラックの発生を防止する効果
を期待することはできない。また、図6の従来例では、
スリットが形成されている領域では、半導体基板(Ga
As基板)のみによって機械的な強度を確保しなければ
ならないため、GaAs基板の厚さを一定以下にするこ
とができず、熱抵抗を十分に低減化することができなか
った。よって、本発明の課題は、これら従来例の問題点
を解決することであり、その目的は、第1に、ペレット
の縦横アスペクト比が大きくなっても、GaAs基板に
生じる熱応力が軽減されるようにすることであり、第2
に、機械的な強度を低下させることなく基板厚を薄くで
きるようにすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明によれば、長辺と短辺および第1主面と第2
主面を有する半導体基板の第1主面上に、素FETが複
数個並列接続されてなるユニットが長辺に沿って複数個
形成されており、前記半導体基板の第2主面上にPHS
が形成されている半導体装置において、各ユニット間に
は短辺に平行で、かつ、長辺に到達していない、前記半
導体基板を貫通するスリットが形成され、該スリットの
内壁には前記PHSに接続された金属膜が形成されてい
ることを特徴とする半導体装置、が提供される。そし
て、好ましくは、上記スリット上は、半導体基板表面に
形成されるソースパッドを構成する金属膜によって被覆
される。
【0007】[作用]本発明による半導体装置において
は、半導体基板にスリットが開設されるが、このスリッ
トは基板を横断しておらず、かつ、スリットから基板の
長辺に至るまでの領域の基板表・裏面はソースパッドか
ら延びる金属膜およびPHSによって被覆されるため、
スリットを設けたことによって機械的な強度が低下する
ことはなく、FETチップの実装組立に対して必要な機
械的強度を確保することができる。
【0008】そして、このスリットにより半導体基板が
実質的に分割されることになるため、基板の実効的な縦
横アスペクト比を低減することができる。そのため、F
ETチップをマウントした際の反りを少なくすることが
できるとともに、実装後に基板に加えられる熱応力の縦
横偏差を低くすることができ、特性劣化やクラックの発
生を抑制することができる。このような効果を享受でき
るようにするするためには、スリットによって分割され
た基板の平面形状ができるだけ正方形に近いことが好ま
しい。実験結果によれば、スリット間およびスリットと
基板短辺間での基板形状の縦横アスペクト比は、2/3
以上3/2以下が望ましく、より好ましくは0.85以
上1.2以下である。
【0009】而して、実装組立後、温度サイクル等によ
りGaAs基板に大きな応力を加わった場合には、スリ
ットと基板長辺間の基板部分に応力を集中させることが
できるため、クラックをこの領域に限定して発生させる
ことができる。従って、スリット間に形成された各素子
能動部およびパッド部の領域にはクラックを発生させな
いようにすることができ、全体のFETの動作・特性に
影響を与えないようにすることができる。クラックの発
生をこの領域に集中させるには、スリットと基板長辺間
の距離は短い方が好ましいが、基板強度を確保するには
この距離を一定以上確保しておくことが好ましい。本発
明者の試作では、 スリットの長さ/基板短辺の長さ=0.6〜0.8 とすることにより良好な結果を得ることができた。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。 [第1の実施の形態]図1は、本発明の第1の実施の形
態を説明するための図であって、図1(a)は、FET
チップ100の平面図、図1(b)、(c)は、それぞ
れ図1(a)のA−A′線とB−B′線での断面図であ
る。また、図1(d)は、FETチップ100の底面図
である。図1に示すように、半導体基板1上には、ソー
スパッド4、ドレインパッド5、ゲートパッド6が形成
され、これらのパッド間に挟まれた能動領域7には各パ
ッドに接続されたソース電極フィンガー、ドレイン電極
フィンガー、ゲート電極フィンガーが多数形成されてい
る。そして、FETチップ100は、それぞれ独立した
4個のFETユニット8により構成されている。各FE
Tユニット8間には、基板の長辺側に達することのない
スリット3a、3b、3cが基板の短辺に平行に形成さ
れている。スリット3a、3b、3c上はソースパッド
4の延長部によって覆われている。基板裏面およびスリ
ットの側面はPHS2によって覆われている。PHS2
およびソースパッド4は金(Au)または白金(Pt)
などの貴金属によって形成されることが好ましい。
【0011】また、スリットによって区画される領域で
の半導体基板の縦横アスペクト比は2/3以上3/2以
下であることが望ましく、また、スリットの長さ/基板
短辺の長さは、0.6〜0.8であることが望ましい。
このようにすることにより、FETチップ100をケー
ス内にマウントした際に、反りを少なくすることができ
るとともに応力の縦横偏差を少なくすることができる。
また、基板の機械的強度を確保しつつ、クラックの発生
個所をスリットの延長部にのみ特定することが可能にな
る。
【0012】[第2の実施の形態]図2は、本発明の第
2の実施の形態を説明するための図であって、図2
(a)、(b)は、FETチップ100の平面図と底面
図であり、図2(c)は、図2(a)のC−C′線での
断面図である。図2において、第1の実施の形態を示す
図1の部分と同等の部分には同一の参照番号が付せられ
ているので、重複する説明は省略するが、本実施の形態
では、FETチップ100に形成されたスリット9a、
9b、9cの形状が第1の実施の形態の場合と異なって
いる。すなわち、本実施の形態においては、スリット9
a、9b、9cの平面形状は長六角形をなしている。そ
して、各スリットの中心線の延長部と半導体基板の長辺
とが交わる部分の基板側面に側面ノッチ10が刻まれて
いる。このようなスリット形状とし、さらにスリットの
延長線上に側面ノッチ10を形成することにより、応力
が生じた際のクラックの発生個所をより確実にスリット
と側面ノッチとの間の領域に限定させることができる。
スリットの平面形状は長六角形の外にも、長方形の二つ
の短辺に半円を付加した形状などであってもよい。
【0013】
【実施例】次に、本発明の一実施例を図1、図3を参照
して説明する。図3は、図1のA−A′線断面での工程
順の断面図である。半導体基板1として縦1.0mm横
4.0mmの半絶縁性GaAs基板を用意し〔図3
(a)〕、その表面部に選択的にイオン注入を行って能
動領域7(フィンガーの形成領域:一点鎖線で囲まれた
領域からスリット周辺部を除いた領域)を設け、能動領
域7に各電極フィンガーを形成してFETを形成し、非
能動領域上に、ソースパッド4、ドレインパッド5、ゲ
ートパッド6を形成する。これにより、基板上に4つの
FETユニット8が形成される。各電極パッドはAuメ
ッキにより、膜厚10μmに形成されている。ソースパ
ッドはスリット形成予定領域上を被覆するように形成さ
れる〔図3(b)〕。
【0014】FETの形成後、基板裏面の研磨を行って
基板厚を30μmにする。続いて、基板裏面側より選択
的にエッチングを行って、幅0.3mm、長さ0.7m
mのスリット3a、3b、3cを形成する〔図3
(c)〕。その後、Auメッキにより、膜厚20μmの
PHS2を形成する〔図3(d)〕。このようにして形
成されたFETチップ100は、スリット3a、3b、
3cによって切り離されておらず、全体として連続して
つながっており、そして、本チップのハンドリングに対
して十分な強度を保持している。
【0015】また、FETユニット8はFETチップ1
00内にて構造的にも電気的にも独立しており、ケース
等にFETチップ100が実装組立された後、温度サイ
クル等により応力が加わった場合、スリット間では、ス
リット形成部で応力が解放されるため、素子能動部およ
びパッド部に加わる応力は軽減される。また、スリット
と基板長辺間の基板領域においては、この領域に応力が
集中することとなり、かつこの部分における機械的な強
度が低いため、図4(a)、(b)に示すように、この
領域を特定してクラック11を発生させることができ
る。従って、能動領域7が受ける温度サイクル等による
応力の影響を軽減することができ、FETの素子特性の
劣化を抑制して信頼性を向上させることができる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、FET
チップ上に複数のFETユニットを構成し、その間をス
リットにて分離したものであるので、FETチップマウ
ント時に起こる基板の反りを抑制することができる。ま
た、能動領域に生じる応力を抑制することができるとと
もに、応力の作用する部分をスリットと基板長辺間の基
板領域に限定して、クラックの発生をこの領域に限定す
ることが可能になる。よって、本発明によれば、素子特
性の劣化を抑制してFETチップの信頼性を向上させる
ことができる。
【0017】さらに、機械的な強度を低下させることな
くスリットを形成することができるため、半導体基板厚
を薄くすることができFETチップの熱抵抗を低減する
ことができる。また、本発明によれば、ソースパッドを
スリットを介して直接PHSに接続することができるた
め、ソース抵抗の低減化という副次的な効果も期待でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態および一実施例を説
明するためのFETチップの平面図と断面図。
【図2】本発明の第2の実施の形態を説明するためのF
ETチップの平面図と断面図。
【図3】本発明の一実施例の製造方法を説明するための
工程順の断面図。
【図4】本発明の効果を説明するための平面図。
【図5】一般的な高出力FETの構成を説明するための
平面図。
【図6】従来例の上面図、正面図および下面図。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 PHS(プレーテッド・ヒートシンク) 3a、3b、3c、スリット 4 ソースパッド 5 ドレインパッド 6 ゲートパッド 6a ゲートバスバー 7 能動領域 8 FETユニット 9a、9b、9c、スリット 10 側面ノッチ 11 クラック 100 FETチップ D ドレイン電極フィンガー G ゲート電極フィンガー S ソース電極フィンガー

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 長辺と短辺および第1主面と第2主面を
    有する半導体基板の第1主面上に、素FETが複数個並
    列接続されてなるFETユニットが長辺に沿って複数個
    形成されており、前記半導体基板の第2主面上にPHS
    が形成されている半導体装置において、各FETユニッ
    ト間には基板の短辺に平行で、かつ、基板の長辺にまで
    は到達していない、前記半導体基板を貫通するスリット
    が形成され、該スリットの内壁には前記PHSに接続さ
    れた金属膜が形成されていることを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 前記スリットの上面はソース電極に接続
    された金属膜に覆われていることを特徴とする請求項1
    記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記スリットの平面形状は、長方形、ま
    たは、長方形の短辺に半円を付加した形状、または、長
    方形の短辺に二等辺三角形を付加した形状、の中のいず
    れかであることを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置。
  4. 【請求項4】 前記スリットの中心線の延長部が前記半
    導体基板の長辺と交わる個所には基板の第1主面から第
    2主面に至るノッチが形成されていることを特徴とする
    請求項1記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記スリットによって区画される領域で
    の半導体基板の縦横アスペクト比は2/3以上3/2以
    下であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記スリットの長さと前記半導体基板の
    短辺の長さとの関係が、 スリットの長さ/基板短辺の長さ=0.6〜0.8 を満たしていることを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置。
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