JP3229185B2 - Semiconductor chip, manufacturing method thereof, semiconductor element, and semiconductor device - Google Patents
Semiconductor chip, manufacturing method thereof, semiconductor element, and semiconductor deviceInfo
- Publication number
- JP3229185B2 JP3229185B2 JP33961095A JP33961095A JP3229185B2 JP 3229185 B2 JP3229185 B2 JP 3229185B2 JP 33961095 A JP33961095 A JP 33961095A JP 33961095 A JP33961095 A JP 33961095A JP 3229185 B2 JP3229185 B2 JP 3229185B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bump electrode
- wiring
- semiconductor
- input
- output terminal
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/11—Manufacturing methods
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/0401—Bonding areas specifically adapted for bump connectors, e.g. under bump metallisation [UBM]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
- H01L2224/061—Disposition
- H01L2224/06102—Disposition the bonding areas being at different heights
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/11—Manufacturing methods
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/14—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of a plurality of bump connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/14—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of a plurality of bump connectors
- H01L2224/1401—Structure
- H01L2224/1403—Bump connectors having different sizes, e.g. different diameters, heights or widths
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/14—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of a plurality of bump connectors
- H01L2224/1405—Shape
- H01L2224/14051—Bump connectors having different shapes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
- H01L2224/73203—Bump and layer connectors
- H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
- H01L2224/92—Specific sequence of method steps
- H01L2224/921—Connecting a surface with connectors of different types
- H01L2224/9212—Sequential connecting processes
- H01L2224/92122—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector
- H01L2224/92125—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector the second connecting process involving a layer connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1301—Thyristor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/14—Integrated circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/35—Mechanical effects
- H01L2924/351—Thermal stress
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、トランジスタ素子
などの半導体素子、半導体素子を含む半導体チップおよ
びその製造方法、ならびにそれらを用いるマイクロ波や
ミリ波用モノリシックICなどの半導体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device such as a transistor device, a semiconductor chip including the semiconductor device, a method of manufacturing the same, and a semiconductor device such as a microwave or millimeter-wave monolithic IC using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、高周波用、特にマイクロ波やミリ
波帯での電力増幅用半導体として、トランジスタチップ
やこれを用いたマイクロ波用モノリシック集積回路(Mo
nolithic Microwave IC。以下「MMIC」と略称す
る)チップへの需要が高まっている。中でもマイクロ波
帯域において、現在実用化されているGaAs電界効果
トランジスタ(Field Effect Transistor。以下「FE
T」と略称する)に比較して、高い利得と低いアウトプ
ットコンダクタンスとを有するヘテロジャンクションバ
イポーラトランジスタ素子(以下「HBT」と略称す
る)は、高効率増幅器を実現する手段として注目されて
いる。2. Description of the Related Art In recent years, a transistor chip or a microwave monolithic integrated circuit (Mo
nolithic Microwave IC. There is a growing demand for chips (hereinafter abbreviated as “MMIC”). Above all, in the microwave band, a GaAs field effect transistor (Field Effect Transistor), which is currently in practical use.
Heterojunction bipolar transistor elements (hereinafter abbreviated as “HBTs”) having higher gain and lower output conductance as compared with “T” (hereinafter abbreviated as “T”) have attracted attention as means for realizing a high-efficiency amplifier.
【0003】一般に知られているように、HBTは、高
電流密度で動作するため、必然的に発熱密度が高くな
る。したがって、HBTを適正に動作させるためには、
半導体チップの主面上に形成されるpn接合部からの発
熱を効率よく半導体チップの外へ逃がす必要がある。[0003] As is generally known, HBTs operate at a high current density, so that the heat generation density inevitably increases. Therefore, in order to operate the HBT properly,
It is necessary to efficiently release heat generated from a pn junction formed on the main surface of the semiconductor chip to the outside of the semiconductor chip.
【0004】半導体チップの主面上に形成された接合部
の発熱を効率よく逃がすことができる上に、引き出し配
線のインダクタンスや寄生容量等を低減することがで
き、マイクロ波帯での電力増幅用として実用に供するこ
とができるトランジスタ素子や、それらを複数個有する
トランジスタチップやMMICチップ、さらにはこれら
を用いた半導体装置を製造するための方法、バンプ電極
の構造などについて、本件発明者他は、次に示すような
文献等で開示している。 H. Sato et al.,"Bump Heat Sink technology" 15th
Annual GaAs ICSymposium Technical Digest p337-34
0。 K. Yamamura et al.,"Flip-Chip Bonding Technology
for GaAs-MMIC PowerDevices" ISHM '93 p433-438。 特開平6−104274号公報(特願平4−2493
98)。[0004] In addition to efficiently dissipating the heat generated at the junction formed on the main surface of the semiconductor chip, it is also possible to reduce the inductance and parasitic capacitance of the lead-out wiring, and to amplify the power in the microwave band. As for the transistor element that can be put to practical use, a transistor chip or MMIC chip having a plurality of them, a method for manufacturing a semiconductor device using them, a structure of a bump electrode, etc. It is disclosed in the following documents and the like. H. Sato et al., "Bump Heat Sink technology" 15th
Annual GaAs ICSymposium Technical Digest p337-34
0. K. Yamamura et al., "Flip-Chip Bonding Technology
for GaAs-MMIC PowerDevices "ISHM '93 p433-438. JP-A-6-104274 (Japanese Patent Application No. 4-2493)
98).
【0005】図25は、特開平6−104274号公報
の「半導体装置」として開示している「電気的接続を目
的としない複数個のダミーバンプ電極」を形成する構成
を示す。この公開特許公報の第0057および第005
8段落では、半導体基板500上に形成される縦型トラ
ンジスタ600のメサ層611の最上層のエミッタに接
続される素子バンプ電極810と、ダミーバンプ電極8
31,832との高さの差をなくすため、ダミーバンプ
電極831,832の下に金属構造物612を形成する
構成を開示している。FIG. 25 shows a structure for forming "a plurality of dummy bump electrodes not intended for electrical connection" disclosed as "semiconductor device" in JP-A-6-104274. Nos. 0057 and 005 of this published patent publication
In paragraph 8, the element bump electrode 810 connected to the uppermost emitter of the mesa layer 611 of the vertical transistor 600 formed on the semiconductor substrate 500, and the dummy bump electrode 8
A configuration in which a metal structure 612 is formed below the dummy bump electrodes 831 and 832 in order to eliminate a difference in height between the dummy bump electrodes 31 and 832 is disclosed.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た先行技術では、次のような問題を有する。すなわち、
異なる複数の電位のチップ配線、たとえばトランジスタ
チップの場合はベース配線やコレクタ配線と、MMIC
チップの場合はコントロール電圧端子や電源電圧端子等
に接続されてチップの周辺部に配置される入出力バンプ
電極と、フリップチップボンディングを行う上でチップ
にかかる荷重のバランスを取ること等を目的として配置
されるダミー電極とが、配線基板との接合部、すなわち
バンプ電極と配線基板内配線用電極部との間の接合部で
剥がれることがある。特に、入出端子バンプ電極が剥が
れると、オープン不良に至ることがあり、非常に問題と
なる。However, the above-mentioned prior art has the following problems. That is,
A chip wiring having a plurality of different potentials, for example, a base wiring and a collector wiring in the case of a transistor chip;
In the case of a chip, the purpose is to balance the load applied to the chip in performing flip chip bonding with the input / output bump electrodes connected to the control voltage terminal and the power supply voltage terminal etc. The dummy electrode to be arranged may be peeled off at a joint portion with the wiring board, that is, at a joint portion between the bump electrode and the wiring electrode portion in the wiring board. In particular, if the input / output terminal bump electrode is peeled off, an open failure may occur, which is a serious problem.
【0007】この不良原因として次のようなものが考え
られる。 これらのバンプ電極の半導体チップ基材からの高さ
は、半導体層の積層厚み等の影響でトランジスタ素子の
上方に存在する素子バンプ電極の高さより低くなってし
まい、その結果、素子バンプ電極に比較して入出力端子
バンプ電極のボンディング強度が弱くなるためである。 入出力端子バンプ電極はチップの比較的周辺部に位置
し、素子バンプ電極はチップの比較的中央部に位置す
る。一般的に、応力中立点からの距離が大きい周辺部ほ
ど、熱膨張や熱収縮によって大きな応力を受けやすくな
る。The following can be considered as the cause of this failure. The height of these bump electrodes from the semiconductor chip substrate is lower than the height of the device bump electrodes existing above the transistor device due to the thickness of the semiconductor layer and other factors. This is because the bonding strength of the input / output terminal bump electrode is reduced. The input / output terminal bump electrodes are located relatively at the periphery of the chip, and the element bump electrodes are located relatively at the center of the chip. In general, the greater the distance from the stress neutral point, the more likely it is to receive a large stress due to thermal expansion or thermal contraction.
【0008】したがって、チップの比較的周辺部に位置
する入出力端子バンプ電極に、より大きな応力がかかる
ことが避けられない。しかしながら、特開平6−104
274号公報の先行技術では、電気的接続を目的としな
い複数のダミーバンプ電極の高さを素子バンプ電極の高
さと同一に調整すること等を開示しているけれども、入
出力端子バンプ電極の高さについては対策を講じていな
い。周辺部の入出力端子バンプ電極が剥がれやすい現象
は、多数のトラジスタ素子を有するチップでは、必然的
に数多く密集して配置される素子バンプ電極群に比較し
て、入出力端子バンプ電極の数が少なくまばらな配置に
なりがちとなるために顕著となる。Therefore, it is inevitable that a greater stress is applied to the input / output terminal bump electrodes located relatively at the periphery of the chip. However, JP-A-6-104
Although the prior art of Japanese Patent No. 274 discloses that the height of a plurality of dummy bump electrodes not intended for electrical connection is adjusted to be equal to the height of an element bump electrode, the height of an input / output terminal bump electrode is adjusted. No measures have been taken. The phenomenon that the input / output terminal bump electrodes in the peripheral area are easily peeled off is that the number of input / output terminal bump electrodes in a chip having a large number of transistor elements is inevitably greater than that of a group of element bump electrodes that are inevitably densely arranged. This is noticeable because the arrangement tends to be small and sparse.
【0009】入出力端子バンプ電極に接続されたチップ
配線の下方に、チップ配線が半導体チップの主面上で外
部へ連なる方向を横切るように、なんらかの構造層が設
けられる場合もある。しかしながら、構造層に横切られ
る部分で、チップ配線が段切れを起こし、オープン不良
に至るおそれがある。こうした現象は、その構造層の厚
みが厚く、構造層の側面が急峻な形状であるほど顕著と
なる。In some cases, some structural layer is provided below the chip wiring connected to the input / output terminal bump electrode so as to cross the direction in which the chip wiring extends to the outside on the main surface of the semiconductor chip. However, there is a possibility that the chip wiring may be disconnected at a portion traversed by the structural layer, resulting in an open defect. Such a phenomenon becomes more remarkable as the thickness of the structure layer is larger and the side surface of the structure layer is steeper.
【0010】トランジスタ素子の近傍に設けられる素子
バンプ電極においては、トランジスタ素子としての真性
動作部の直上方にあたる部分にも素子バンプ電極の一部
が形成される場合がある。1つの素子バンプ電極の中で
も、真性動作部の直上方を中心とする部分の高さが、半
導体層の積層高さの影響で高くなる。こうしたチップを
フリップチップ実装すると、この素子バンプ電極に加わ
る熱応力や外的応力、特にフリップチップボンディング
時の荷重が間接的にトランジスタ素子の真性動作部にも
伝わってしまい、トランジスタ素子がダメージを受ける
おそれがある。こうした現象は、素子バンプ電極が少な
く小さい場合、トランジスタ素子の真性動作部の上方の
バンプ電極等の厚さが薄い場合、あるいはフリップチッ
プ実装時に真性動作部のバンプ電極等のつぶれ量が多い
場合等に顕著となる。In an element bump electrode provided in the vicinity of a transistor element, a part of the element bump electrode may be formed also in a portion directly above an intrinsic operation portion as a transistor element. In one element bump electrode, the height of a portion centered immediately above the intrinsic operation portion is increased by the influence of the stacked height of the semiconductor layers. When such a chip is flip-chip mounted, thermal stress and external stress applied to the element bump electrode, in particular, the load at the time of flip-chip bonding are indirectly transmitted to the intrinsic operation part of the transistor element, and the transistor element is damaged. There is a risk. Such phenomena are when the number of element bump electrodes is small and small, when the thickness of the bump electrode etc. above the intrinsic operation part of the transistor element is thin, or when the amount of collapse of the bump electrode etc. of the intrinsic operation part during flip chip mounting is large. It becomes remarkable.
【0011】本発明の目的は、比較的チップ周辺部に存
在する入出力端子バンプ電極等が、配線基板への接合時
に剥がれなどを起こしにくい構造を有し、真性動作部に
応力を受けにくい構造を有する半導体チップ、その製造
方法、半導体素子、および半導体装置を提供することで
ある。An object of the present invention is to provide a structure in which an input / output terminal bump electrode or the like which is relatively present in the peripheral portion of a chip is unlikely to be peeled off at the time of bonding to a wiring board, and is hardly subjected to stress in an intrinsic operation portion. It is an object of the present invention to provide a semiconductor chip having the above, a manufacturing method thereof, a semiconductor element, and a semiconductor device.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明は、半絶縁性基板
の主面上への順次的な半導体層の積層によって構成さ
れ、メサエッチングによって各オーミック電極間が絶縁
され、少なくとも1つのオーミック電極に接続される素
子バンプ電極を具備する半導体素子を、単一個または並
列に接続した複数個有し、素子バンプ電極とは異なる電
位のチップ配線に接続される複数の入出力端子バンプ電
極を具備する半導体チップにおいて、該入出力端子バン
プ電極の下方と半絶縁性基板との間に設けられ、金属も
しくは半導体層と同一物質から成り、半絶縁性基板の主
面を基準として、入出力端子バンプ電極の高さが素子バ
ンプ電極の高さ以上となるように調整する下部構造物を
含むことを特徴とする半導体チップである。本発明に従
えば、入出力端子バンプ電極は、下部構造物が下方に設
けられて、半絶縁性基板の表面からの高さが素子バンプ
電極の高さ以上となっているので、フリップチップボン
ディング時のバンプ電極等のつぶれ量が大きくなり、ボ
ンディング強度を高めて、剥がれなどの発生するおそれ
を解消することができる。素子バンプ電極の高さは入出
力端子バンプ電極の高さ以下となるので、半導体素子の
真性動作部の直上方に存在する部分では、フリップチッ
プボンディング時にバンプ電極等のつぶれ量が相対的あ
るいは絶対的に減少し、半導体素子としての真性動作部
へ応力がかかることはなく、間接的ダメージの低減を図
ることができる。また、動作時に半導体チップから発生
する熱を、より大きな素子バンプ電極を介して配線基板
に放熱させることになり、熱的だけでなく電気的にもつ
ながっている素子バンプ電極は、たとえばトップ層がエ
ミッタで素子バンプ電極を通して配線基板の接地電極に
接続される場合、グランドとしての安定性が増すことに
なる。これらは、いずれもマイクロ波でのパワーアンプ
などへの応用に関して、より好適な形態を提供する。According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising a semi-insulating substrate and a semiconductor layer formed on the main surface of the semi-insulating substrate. A plurality of semiconductor elements each having a single element or a plurality of semiconductor elements each having a plurality of input / output terminal bump electrodes connected to a chip wiring having a different potential from the element bump electrodes. In the semiconductor chip, the input / output terminal bump electrode is provided between the lower side of the input / output terminal bump electrode and the semi-insulating substrate, is made of the same material as the metal or the semiconductor layer, and is based on the main surface of the semi-insulating substrate. The height of the semiconductor chip is lower than the height of the element bump electrode. According to the present invention, the input / output terminal bump electrode has the lower structure provided below, and the height from the surface of the semi-insulating substrate is equal to or higher than the height of the element bump electrode. In this case, the amount of crushing of the bump electrode or the like at the time increases, and the bonding strength can be increased, thereby eliminating the possibility of peeling or the like. Since the height of the device bump electrode is less than the height of the input / output terminal bump electrode, the crush amount of the bump electrode etc. during flip chip bonding may be relative or absolute in the portion directly above the intrinsically operating part of the semiconductor device. Therefore, stress is not applied to the intrinsic operation portion as a semiconductor element, and indirect damage can be reduced. In addition, the heat generated from the semiconductor chip during operation is radiated to the wiring board through the larger element bump electrode, and the element bump electrode which is not only thermally but also electrically connected has, for example, a top layer. When the emitter is connected to the ground electrode of the wiring board through the element bump electrode, the stability as ground increases. Each of these provides a more preferable form for application to a power amplifier or the like using microwaves.
【0013】また本発明は、前記入出力端子バンプ電極
の下方で、かつ入出力端子バンプ電極の前記下部構造物
の上方に、下部構造物から半絶縁性基板の主面上で下部
構造物の外部へ連なるチップ配線を有し、下部構造物の
厚さは、該チップ配線の厚さよりも薄いことを特徴とす
る。本発明に従えば、入出力端子バンプ電極から半絶縁
性基板の主面上に連なるチップ配線が設けられるので、
半絶縁性基板上にトランジスタ、抵抗、スパイラルイン
ダクタ、キャパシタ等のMMICを構成する種々の素子
を搭載したときに、容易に電気的に結合することができ
る。下部構造物を設けることによって下部構造物から半
絶縁性基板の主面上に連なる部分でチップ配線を下部構
造物が横切ることがあっても、チップ配線の厚さが下部
構造物の厚さよりも厚いので、チップ配線が段切れして
オープン不良を発生する危険を回避することができる。Further, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a lower structure on a main surface of a semi-insulating substrate from a lower structure below the input / output terminal bump electrode and above the lower structure of the input / output terminal bump electrode. It has a chip wiring connected to the outside, and the thickness of the lower structure is smaller than the thickness of the chip wiring. According to the present invention, since chip wiring is provided from the input / output terminal bump electrode to the main surface of the semi-insulating substrate,
When various elements constituting the MMIC, such as a transistor, a resistor, a spiral inductor, and a capacitor, are mounted on a semi-insulating substrate, they can be easily electrically connected. By providing the lower structure, even if the lower structure may cross the chip wiring in a portion connected from the lower structure to the main surface of the semi-insulating substrate, the thickness of the chip wiring is larger than the thickness of the lower structure. Since it is thick, it is possible to avoid a risk that an open defect occurs due to disconnection of the chip wiring.
【0014】また本発明は、前記入出力端子バンプ電極
の下方で、かつ入出力端子バンプ電極の前記下部構造物
の上方に、下部構造物から半絶縁性基板の主面上で下部
構造物の外部へ連なるチップ配線を有し、該チップ配線
が下部構造物から外部に引き出される部分の直下に、電
気絶縁性樹脂層を具備することを特徴とする。本発明に
従えば、入出力端子バンプ電極の下方の下部構造物の上
方には、チップ配線が設けられ、下部構造物から半絶縁
性基板主面上に連なる引き出し部では電気絶縁性樹脂層
が具備されるので、チップ配線をなだらかに引き出すこ
とができ、段切れのためにオープン不良が発生する危険
をさらに減少させることができる。またチップ配線がな
だらかに引き出されるので、その上方に形成するパッシ
ベーションとしてのSiNx等のカバレージを向上さ
せ、ひいては半導体チップの耐湿性の向上を図ることが
できる。Further, according to the present invention, the lower structure may be provided on the main surface of the semi-insulating substrate from the lower structure below the input / output terminal bump electrode and above the lower structure of the input / output terminal bump electrode. It is characterized by having a chip wiring connected to the outside, and including an electrically insulating resin layer immediately below a portion where the chip wiring is drawn out from the lower structure to the outside. According to the present invention, a chip wiring is provided above the lower structure below the input / output terminal bump electrode, and an electrically insulating resin layer is provided at a lead portion extending from the lower structure to the semi-insulating substrate main surface. As a result, the chip wiring can be smoothly drawn out, and the risk of occurrence of open failure due to disconnection of the chip can be further reduced. In addition, since the chip wiring is smoothly drawn out, the coverage of SiNx or the like as a passivation formed thereabove can be improved, and the moisture resistance of the semiconductor chip can be improved.
【0015】また本発明は、前記入出力端子バンプ電極
の下方で、かつ入出力端子バンプ電極の前記下部構造物
の上方に、下部構造物から半絶縁性基板の主面上で下部
構造物の外部へ連なるチップ配線を有し、該下部構造物
は、メサ状に形成されることを特徴とする。本発明に従
えば、下部構造物は多段のメサ状に形成される。下部構
造物の厚さが分割されて一段分の厚さが薄くなるので、
メサ状にしない場合に比べて段差がチップ配線の厚さに
対して小さくなることからチップ配線の段切れが起こり
にくくなり、これによるオープン不良の発生を防ぐこと
ができる。Further, according to the present invention, the lower structure may be formed on the main surface of the semi-insulating substrate from the lower structure below the input / output terminal bump electrode and above the lower structure of the input / output terminal bump electrode. It has a chip wiring connected to the outside, and the lower structure is formed in a mesa shape. According to the present invention, the substructure is formed in a multi-stage mesa shape. Since the thickness of the lower structure is divided and the thickness of one step becomes thinner,
Since the step is smaller than the thickness of the chip wiring as compared with the case where it is not formed in a mesa shape, disconnection of the chip wiring is less likely to occur, and the occurrence of an open defect due to this can be prevented.
【0016】さらに本発明は、半絶縁性基板の主面上
に、半導体素子の構成要素となる複数の半導体層を、順
次積層する工程と、半導体素子の真性動作部、および入
出力端子バンプが形成される入出力部を除く半導体層の
大部分を、半絶縁性基板に達するまでエッチングによっ
て除去する工程と、周辺を含む真性動作部および入出力
部の半導体層上に、素子バンプ電極および入出力端子バ
ンプ電極をそれぞれ含むバンプ電極を形成する工程とを
含むことを特徴とする半導体チップの製造方法である。
本発明に従えば、バンプ電極を形成する工程の前に、半
導体層を順次積層する工程と、積層された半導体層の大
部分を半絶縁性基板に達するまで除去する工程とを含
み、除去する工程において半導体素子の真性動作部だけ
でなく入出力端子バンプが形成される入出力部も残すの
で、入出力端子バンプ電極の下部構造物を半導体層と同
一物質から形成する場合は、エッチング除去の工程で同
時に下部構造物を形成することができる。このようにし
てバンプ電極を形成する際には、入出力バンプ電極の半
絶縁性基板主面からの高さを、素子バンプ電極高さ以上
に形成することが容易である。また本発明に従えば、下
部構造物(特にメサ状の下部構造物)や、半導体素子の
真性動作部へのダメージを一層防止する形状の素子バン
プ電極を具備した半導体素子などを、ホトリソグラフィ
での開口パターンの変更だけで形成することができ、さ
らには下部構造物よりも厚いチップ配線、下部構造物に
接したチップ配線直下の電気絶縁性樹脂層なども、上記
工程やその間に経る通常のいくつかの工程において、ホ
トリソグラフィでの開口パターンの変更だけで同時に形
成することができ、新たな工程を加える必要が無い。す
なわち、極小の工程で課題を解決する半導体チップを作
成する手段を提供することができる。Further, the present invention provides a step of sequentially laminating a plurality of semiconductor layers, which are constituent elements of a semiconductor element, on a main surface of a semi-insulating substrate, wherein an intrinsic operation portion of the semiconductor element and an input / output terminal bump are formed. A step of etching most of the semiconductor layer excluding the formed input / output section until the semiconductor layer reaches the semi-insulating substrate; and forming an element bump electrode and an input electrode on the intrinsic operation section including the periphery and the semiconductor layer of the input / output section. Forming a bump electrode including each of the output terminal bump electrodes.
According to the present invention, prior to the step of forming a bump electrode, a step of sequentially stacking semiconductor layers and a step of removing most of the stacked semiconductor layers until the semiconductor layers reach the semi-insulating substrate are removed. In the process, not only the intrinsic operation portion of the semiconductor element but also the input / output portion where the input / output terminal bumps are formed are left. Therefore, when the lower structure of the input / output terminal bump electrode is formed of the same material as the semiconductor layer, the etching removal is required. Substructures can be simultaneously formed in the process. When forming the bump electrodes in this manner, it is easy to make the height of the input / output bump electrodes from the main surface of the semi-insulating substrate equal to or higher than the height of the element bump electrodes. According to the invention, a lower structure (particularly, a mesa-shaped lower structure) or a semiconductor device having a device bump electrode shaped to further prevent damage to an intrinsically operating portion of the semiconductor device can be formed by photolithography. It can be formed only by changing the opening pattern of the chip structure, and furthermore, the chip wiring thicker than the lower structure, the electrically insulating resin layer immediately below the chip wiring in contact with the lower structure, etc. In some steps, they can be formed simultaneously only by changing the opening pattern in photolithography, and there is no need to add a new step. That is, it is possible to provide a means for producing a semiconductor chip that solves the problem in a very small process.
【0017】さらに本発明は、半絶縁性基板の主面上へ
の順次的な半導体層の積層による縦型構造を有し、メサ
エッチングによって各オーミック電極間が絶縁され、少
なくとも1つのオーミック電極に接続される素子バンプ
電極を具備する半導体素子において、該素子バンプ電極
は、半導体素子の少なくとも真性動作部の直上方には存
在せず、該真性動作部の周囲に存在する非真性動作部の
少なくとも一部の直上方に存在するような形状に形成さ
れ、該非真性動作部の少なくとも一部の直上方に存在す
る素子バンプ電極と、真性動作部の縦型構造の最上層と
を接続する引き出し配線を含むことを特徴とする半導体
素子である。本発明に従えば、縦型構造の半導体素子の
真性動作部の直上方には素子バンプ電極が存在しないの
で、半導体素子をフリップチップボンディングするよう
な場合に、充分なつぶれ量となるように押圧して接合強
度を高めて剥がれを防ぎ、かつ真性動作部に間接的なダ
メージを与えるおそれを解消することができる。Further, the present invention has a vertical structure in which semiconductor layers are sequentially laminated on a main surface of a semi-insulating substrate, and between ohmic electrodes is insulated by mesa etching, and at least one ohmic electrode is formed. In a semiconductor element having an element bump electrode to be connected, the element bump electrode does not exist immediately above at least the intrinsic operation part of the semiconductor element, and at least a non-intrinsic operation part existing around the intrinsic operation part. Lead wiring formed in a shape that exists directly above a part of the non-intrinsic operation part, and connecting the element bump electrode that exists directly above at least a part of the non-intrinsic operation part and the uppermost layer of the vertical structure of the intrinsic operation part A semiconductor element characterized by including: According to the present invention, since the element bump electrode does not exist directly above the intrinsic operation portion of the semiconductor element having the vertical structure, when the semiconductor element is flip-chip bonded, the semiconductor element is pressed so as to have a sufficient crush amount. As a result, it is possible to increase the bonding strength, prevent peeling, and eliminate the possibility of indirectly damaging the intrinsically operating portion.
【0018】[0018]
【0019】さらに本発明は、素子バンプ電極と、半絶
縁性基板の主面からの高さが素子バンプ電極よりも高い
入出力バンプ電極とを具備する半導体チップを実装する
半導体装置であって、半導体チップの素子バンプ電極を
接合すべき位置に接地電極を具備し、入出力端子バンプ
電極を接合すべき位置に配線用電極を具備する配線基板
を有し、該配線基板の主面上に、該素子バンプ電極およ
び該入出力端子バンプ電極を介して、半導体チップが接
続されていることを特徴とする半導体装置である。本発
明に従えば、フリップチップボンディング時に入出力バ
ンプ電極接合強度を充分に得ることができ、素子バンプ
電極を介して半導体チップの真性動作部に応力によるダ
メージを与えるおそれを解消することができる。素子バ
ンプ電極によって半導体チップからの放熱を良好にする
だけでなく、接地されていることによって素子の動作特
性の向上を図るとともに、また半導体チップの周辺部に
配置される入出力バンプ電極によって信号の入出力を行
うことができるので、マイクロ波用などに好適な実装形
態の半導体装置を低コストで実現することができる。Further, the present invention is a semiconductor device for mounting a semiconductor chip having an element bump electrode and an input / output bump electrode whose height from the main surface of the semi-insulating substrate is higher than the element bump electrode, A ground electrode is provided at a position where an element bump electrode of a semiconductor chip is to be bonded, and a wiring board having a wiring electrode is provided at a position where an input / output terminal bump electrode is to be bonded. On a main surface of the wiring substrate, A semiconductor device wherein a semiconductor chip is connected via the element bump electrode and the input / output terminal bump electrode. According to the present invention, sufficient input / output bump electrode bonding strength can be obtained at the time of flip chip bonding, and the possibility of damaging the intrinsic operation portion of the semiconductor chip through stress via the element bump electrodes can be eliminated. The device bump electrodes not only improve the heat dissipation from the semiconductor chip, but also improve the operating characteristics of the device by being grounded. Since input and output can be performed, a semiconductor device in a mounted form suitable for microwaves or the like can be realized at low cost.
【0020】さらにまた本発明は、接続されている前記
半導体チップと前記配線基板とのギャップが、電気絶縁
性樹脂材料で封止されていることを特徴とする。本発明
に従えば、接続部分にバンプ電極があることによって作
られる半導体チップ主面と配線基板の主面とのすきまで
あるギャップを電気絶縁性樹脂で封止することによっ
て、耐湿性や耐衝撃性などの信頼性の向上を図ることが
できる。Further, the present invention is characterized in that a gap between the connected semiconductor chip and the wiring board is sealed with an electrically insulating resin material. According to the present invention, the gap between the main surface of the semiconductor chip and the main surface of the wiring board, which is formed by the presence of the bump electrode at the connection portion, is sealed with an electrically insulating resin to provide moisture resistance and shock resistance. Reliability such as reliability can be improved.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の第1形態
の基本的な構成を示す。半導体チップ400では、半絶
縁性基板である半導体チップ基材500の表面に、半導
体素子である縦型のトランジスタ素子600が形成され
ている。トランジスタ素子600には素子バンプ電極8
10が配置され、半導体チップ基材500の表面の周辺
部には入出力端子バンプ電極820が配置される。入出
力端子バンプ電極820と半導体チップ基材500との
間には、下部構造物612が設けられる。下部構造物6
12を介在させることによって、半導体チップ基材50
0の主面である表面からの入出力端子バンプ電極820
の高さhs は、素子バンプ電極810の半導体チップ基
材500の表面からの高さht に対して、hs≧htとな
るように調整される。FIG. 1 shows a basic configuration of a first embodiment of the present invention. In the semiconductor chip 400, a vertical transistor element 600 as a semiconductor element is formed on a surface of a semiconductor chip base 500 as a semi-insulating substrate. The transistor element 600 has an element bump electrode 8
10 are arranged, and input / output terminal bump electrodes 820 are arranged on the periphery of the surface of the semiconductor chip substrate 500. A lower structure 612 is provided between the input / output terminal bump electrode 820 and the semiconductor chip base 500. Substructure 6
12, the semiconductor chip substrate 50
Input / output terminal bump electrode 820 from the surface which is the main surface
The height h s, relative to the height h t from the surface of the semiconductor chip substrate 500 of the element bump electrodes 810 are adjusted such that h s ≧ h t.
【0022】図2は、図1に示すトランジスタ素子60
0の能動部を簡略化した外形を示す。トランジスタ素子
600は、たとえばnpnエミッタアップ型の縦型構造
を有している。コレクタ、ベースおよびエミッタに対応
する半導体層が順次積層され、メサエッチングによって
メサ層611C,611B,611Eがそれぞれ形成さ
れる。縦型構造としては、たとえば図2(a)に示すよ
うに、積層された各半導体層の一方向についての長さが
揃っているタイプや、図2(b)に示すように各半導体
層が同心状に積み重なっているタイプなどがある。FIG. 2 shows the transistor element 60 shown in FIG.
0 shows the simplified outline of the active part. Transistor element 600 has, for example, an npn emitter-up vertical structure. Semiconductor layers corresponding to the collector, the base, and the emitter are sequentially stacked, and mesa layers 611C, 611B, and 611E are formed by mesa etching. As the vertical structure, for example, as shown in FIG. 2A, the stacked semiconductor layers have a uniform length in one direction, or as shown in FIG. There are types that are stacked concentrically.
【0023】図3は、図2のトランジスタ素子600の
能動部を含む主要部の断面構成を示す。トランジスタ素
子600の縦型構造には、図3(1a)および(1b)
に示す電極両側タイプや、図3(2a)および(2b)
に示す電極片側タイプなどがある。図3(1a)および
(2a)は縦断面図、図3(1b)および(2b)は平
面図をそれぞれ示す。半導体チップ基材500は、たと
えば半絶縁性GaAs(ガリウム砒素)基板によって形
成される。その基板の主面上に半導体層を順次積層して
メサエッチングを施し、メサ層611C,611B,6
11E(以下、総称するときは参照符611で示す)を
形成する。メサ層611C,611B,611Eはそれ
ぞれコレクタ、ベース、エミッタ電極となるオーミック
電極620C,620B,620Eを有する。コレクタ
およびベースに対応するオーミック電極620C,62
0Bは、引き出し電極部711C,711Bを介してコ
レクタ配線710Cおよびベース配線710Bにそれぞ
れ電気的に接続されている。なお、図3(1a)および
(2a)は、図3(1b)および(2b)の切断面線X
−Yから見た断面図にそれぞれ対応する。FIG. 3 shows a sectional structure of a main part including an active part of the transistor element 600 of FIG. The vertical structure of the transistor element 600 includes FIGS.
3 (2a) and (2b)
The one-sided electrode type shown in FIG. FIGS. 3A and 3B are longitudinal sectional views, and FIGS. 3A and 3B are plan views. The semiconductor chip base 500 is formed of, for example, a semi-insulating GaAs (gallium arsenide) substrate. Semiconductor layers are sequentially stacked on the main surface of the substrate and subjected to mesa etching to form mesa layers 611C, 611B, 6
11E (hereinafter generically indicated by reference numeral 611). The mesa layers 611C, 611B, and 611E have ohmic electrodes 620C, 620B, and 620E serving as collector, base, and emitter electrodes, respectively. Ohmic electrodes 620C, 62 corresponding to collector and base
OB is electrically connected to the collector wiring 710C and the base wiring 710B via the extraction electrode portions 711C and 711B. 3 (1a) and (2a) are cross-sectional lines X of FIGS. 3 (1b) and (2b).
Each corresponds to a cross-sectional view seen from -Y.
【0024】図4は、図3(1a)および(1b)に示
される電極両側タイプのトランジスタ素子600を複数
個含有する半導体チップ400の構成を示す。図4
(a)は縦断面図であり、図4(b)の平面図の切断面
線X−Yから見た状態に対応する。半導体チップ400
の中央部には、素子バンプ電極810を具備する縦型構
造のトランジスタ素子600が並列に形成される。各ト
ランジスタ素子600のコレクタのオーミック電極は、
引き出し電極部711Cを通じてコレクタ配線710C
に電気的に接続される。コレクタ配線710Cは、コレ
クタ信号用の入出力端子電極部712Cに接続される。
各トランジスタ素子600のベースのオーミック電極
は、引き出し電極部711Bを通じてベース配線710
Bに接続され、さらにベース配線710Bから入出力端
子電極部712Bに接続される。各入出力端子電極部7
12C,712Bの上方には、各信号の入出力端子バン
プ電極820が形成される。前述のように、入出力バン
プ電極820の下方には下部構造物612が設けられて
いる。素子バンプ電極810の近傍には、トランジスタ
素子600からの放熱を目的とするダミーバンプ電極8
31も設けられる。半導体チップ基材500の4隅部に
は、フリップチップボンディング時の傾き防止などを目
的とするためのダミーバンプ電極832も設けられてい
る。FIG. 4 shows a configuration of a semiconductor chip 400 including a plurality of transistor elements 600 of both electrode types shown in FIGS. 3A and 3B. FIG.
(A) is a longitudinal sectional view, and corresponds to a state viewed from a cutting plane line XY in the plan view of FIG. 4 (b). Semiconductor chip 400
The transistor element 600 having a vertical structure including the element bump electrode 810 is formed in parallel at the center of the substrate. The ohmic electrode of the collector of each transistor element 600 is
Collector wiring 710C through extraction electrode section 711C
Is electrically connected to The collector wiring 710C is connected to an input / output terminal electrode portion 712C for a collector signal.
The ohmic electrode at the base of each transistor element 600 is connected to the base wiring 710 through the extraction electrode portion 711B.
B, and further connected from the base wiring 710B to the input / output terminal electrode portion 712B. Each input / output terminal electrode section 7
Above 12C and 712B, an input / output terminal bump electrode 820 for each signal is formed. As described above, the lower structure 612 is provided below the input / output bump electrode 820. In the vicinity of the device bump electrode 810, a dummy bump electrode 8 for heat radiation from the transistor device 600 is provided.
31 is also provided. Dummy bump electrodes 832 are also provided at the four corners of the semiconductor chip substrate 500 for the purpose of preventing inclination during flip chip bonding.
【0025】図5は、図1のトランジスタ素子600に
おいて、エミッタが電気的に接続されている素子バンプ
電極810の構成を示す。図5(a)は断面図であり、
図5(b)に示す平面図の切断面線X−Yから見た状態
に対応する。図5(c)は同じく平面図であるが、真性
動作部630の特に近接した区域の真性動作部近接域6
40、その周囲の非真性動作部650について示した図
である。トランジスタ素子600の能動部は、図2に示
したように細長い矩形状立体で、ある程度の厚みを有
し、図5(a)では紙面に垂直な方向に長手方向が延び
るような形状に形成される。トランジスタ素子600と
しての真性動作部630の直上方と、真性動作部630
の形状の長手方向と直交する方向に位置する非真性動作
部650とに、またがるように素子バンプ電極810が
形成されている。真性動作部630と両側の非真性動作
部650とには、またがるように、引き出し配線720
が形成される。その引き出し配線720の上には、詳し
くは、非真性動作部650の上方ではさらに上層配線7
50を介して、真性動作部630の上方を含む真性動作
部近接域640の上方では上層配線750を介さずに、
平面形状で大略的にH型の素子バンプ電極810が金め
っきによって形成されている。FIG. 5 shows the structure of the element bump electrode 810 to which the emitter is electrically connected in the transistor element 600 of FIG. FIG. 5A is a sectional view,
This corresponds to a state viewed from the cutting plane line XY in the plan view shown in FIG. FIG. 5 (c) is a plan view of the same, but the intrinsic operation part adjacent area 6 in a particularly close area of the intrinsic operation part 630.
FIG. 40 is a diagram illustrating a non-intrinsic operation unit 650 around the device 40; The active portion of the transistor element 600 is an elongated rectangular solid as shown in FIG. 2 and has a certain thickness, and is formed in a shape such that the longitudinal direction extends in a direction perpendicular to the paper of FIG. 5A. You. The portion immediately above the intrinsic operation section 630 as the transistor element 600 and the section of the intrinsic operation section 630
The element bump electrode 810 is formed so as to straddle the non-intrinsic operation part 650 located in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the shape of the shape. The lead-out wiring 720 extends between the intrinsic operation part 630 and the non-intrinsic operation parts 650 on both sides.
Is formed. Specifically, on the lead wiring 720, more specifically, above the non-intrinsic operation part 650, the upper wiring 7
50, above the intrinsic operation unit proximity area 640 including above the intrinsic operation unit 630, without passing through the upper layer wiring 750,
A substantially H-shaped element bump electrode 810 having a planar shape is formed by gold plating.
【0026】さらに、素子バンプ電極810と引き出し
配線720とは、電気的に接続されている。引き出し配
線720の引き出し電極部721と電気的に接合されて
いるオーミック電極620Eを除いて、真性動作部63
0を含む真性動作部近接域640では、引き出し配線7
20の直下にポリイミドなどの電気絶縁性樹脂層920
が形成され、他のオーミック電極620C,620Bと
は電気的に絶縁される。Further, the element bump electrode 810 and the lead wiring 720 are electrically connected. Except for the ohmic electrode 620E electrically connected to the extraction electrode section 721 of the extraction wiring 720, the intrinsic operation section 63
In the intrinsic operation portion proximity region 640 including 0, the extraction wiring 7
20, an electrically insulating resin layer 920 such as polyimide
Is formed, and is electrically insulated from the other ohmic electrodes 620C and 620B.
【0027】次に、ここでいう「H」型について説明を
付け加える。トランジスタ素子600の細長い形状の長
手方向と、同方向に延びて非真性動作部650の上方に
位置する素子バンプ電極810の一部とは、平面形状が
「H」の字の2本の平行なステムを形成する。トランジ
スタ素子600の長手方向と直交する方向に延びて、非
真性動作部650〜真性動作部630を含む真性動作部
近接域640〜非真性動作部630の上方に位置する素
子バンプ電極810の一部が「H」のうちの横のバーに
対応する。Next, the "H" type here will be explained. The longitudinal direction of the elongated shape of the transistor element 600 and a part of the element bump electrode 810 extending in the same direction and located above the non-intrinsic operation section 650 are two parallel plane-shaped “H” characters. Form a stem. A part of the element bump electrode 810 extending in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the transistor element 600 and located above the intrinsic operation part proximity region 640 including the non-intrinsic operation part 650 to the intrinsic operation part 630 to the non-intrinsic operation part 630 Corresponds to the horizontal bar of “H”.
【0028】図5に示す各部の高さのうち、トランジス
タ素子600の真性動作部630の直上方を含む真性動
作部近接域640の上方の部分における素子バンプ電極
810の高さht r は、半絶縁性基板である半導体チッ
プ基材500から22〜25μm程度に形成される。そ
れ以外の部分、すなわち非真性動作部650の上方にお
ける素子バンプ電極810の高さht n は、約29μm
に形成される。したがってht r はht n よりも低くな
っている。すなわち、図5(a)に示すように、真性動
作部630ではその周囲の非真性動作部650よりもバ
ンプが低くなっている。なお後述する入出力端子バンプ
電極820の高さhs は約32μmに形成され、半導体
チップ基材500の表面からの高さが最も高くなってい
る。このため、半導体チップ400をフリップチップ実
装するとき、入出力端子バンプ電極820のボンディン
グ強度が相対的に高くなる。また素子バンプ電極810
の部分でも、トランジスタ素子600の真性動作部63
0の直上方にあたる部分は、高さht r が他の部分の高
さht n よりも低くなるので、たとえばボンディング時
の荷重が間接的にも真性動作部630にかかりにくくな
って、トランジスタ素子600の受けるダメージを回避
することができる。[0028] Among the height of the units shown in FIG. 5, the height h t r of the element bump electrodes 810 in the upper portion of the intrinsic operation unit close vicinity 640 including right above the intrinsic operation portion 630 of the transistor element 600, The semiconductor chip substrate 500 which is a semi-insulating substrate is formed to have a thickness of about 22 to 25 μm. Other parts, i.e. the height h t n of the element bump electrodes 810 above the non-intrinsic operation unit 650, about 29μm
Formed. Therefore h t r is lower than h t n. That is, as shown in FIG. 5A, the bumps of the intrinsic operation section 630 are lower than those of the surrounding non-intrinsic operation section 650. The height h s of the input / output terminal bump electrodes 820 described later is formed to be about 32 μm, and the height from the surface of the semiconductor chip substrate 500 is the highest. Therefore, when the semiconductor chip 400 is flip-chip mounted, the bonding strength of the input / output terminal bump electrodes 820 becomes relatively high. Also, the element bump electrode 810
In the intrinsic operation part 63 of the transistor element 600.
Straight upper portion corresponding to 0, the height h t r is lower than the height h t n of the other portion, for example load during bonding becomes difficult to apply to the intrinsic operation unit 630 also indirectly, transistor Damage to the element 600 can be avoided.
【0029】図6および図7は、図4に示すような半導
体チップ400を製造する工程の一例について示す。図
6(a)に示すように、半導体チップ基材500の主面
上に、縦型構造のトランジスタ素子600の構成要素と
なる半導体層610を順次的に積層する。次に図6
(b)に示すように、トランジスタ素子600の構成要
部であるメサ層611C,611B,611Eおよび少
なくとも入出力端子バンプ電極820の下部構造物61
2となる部分を除く大部分を、半導体チップ基材500
に達するまでエッチング除去する。エッチング除去の方
法は、たとえば電子通信学会技術研究報告ED90−1
35などに紹介され、よく知られている方法を採用する
ことができる。このとき、AlGaAs/GaAsのn
pnエミッタアップ型のトランジスタ素子600のメサ
層611C,611B,611Eと、バンプ電極、特に
入出力端子バンプ電極820の下方の下部構造物612
とを同時に形成する。さらに下部構造物612の形状
は、後述するように、その周囲が多段のメサ状となるよ
うに形成される。入出力端子バンプ電極の下方の下部構
造物612を形成するためには、積層された半導体層の
選択的除去のためのエッチングパターンを改造するだけ
でよく、新たな工程を追加する必要はない。またこの状
態で、エミッタ、ベースおよびコレクタのオーミック電
極620E,620B,620Cも形成される。FIGS. 6 and 7 show an example of a process for manufacturing the semiconductor chip 400 as shown in FIG. As shown in FIG. 6A, a semiconductor layer 610 which is a component of the transistor element 600 having a vertical structure is sequentially stacked on the main surface of the semiconductor chip base 500. Next, FIG.
As shown in (b), the lower structure 61 of the mesa layers 611C, 611B, 611E and at least the input / output terminal bump electrode 820, which are the main components of the transistor element 600,
Most of the semiconductor chip substrate 500 except for the portion that becomes 2
Etching until it reaches. The method of etching removal is described in, for example, IEICE Technical Report ED90-1.
35 and other well-known methods can be employed. At this time, n of AlGaAs / GaAs
The mesa layers 611C, 611B, 611E of the pn emitter-up type transistor element 600 and the lower structure 612 below the bump electrode, especially the input / output terminal bump electrode 820.
Are simultaneously formed. Further, the shape of the lower structure 612 is formed so that the periphery thereof has a multi-stage mesa shape, as described later. In order to form the lower structure 612 below the input / output terminal bump electrode, it is only necessary to modify the etching pattern for selectively removing the stacked semiconductor layers, and it is not necessary to add a new process. In this state, ohmic electrodes 620E, 620B, and 620C for the emitter, base, and collector are also formed.
【0030】図6(c)は、その後、層間絶縁膜として
ポリイミドを用い、ベースおよびコレクタのオーミック
電極620B,620C上をカバーするように電気絶縁
性樹脂層920を形成する状態を示す。エミッタのオー
ミック電極620Eの部分は開口し、同時に入出力端子
バンプ電極のチップ配線が下部構造物612の外部に出
る部分の直下にあたる部分にもポリイミドを用いて電気
絶縁性樹脂層920を形成した状態を示す。したがって
下部構造物612の周縁での配線の段切れを防止する電
気絶縁性樹脂層920を形成するためには、開口パター
ンを変えるだけでよく、新たな工程を追加する必要はな
い。なお入出力端子バンプ電極付近の電気絶縁性樹脂層
920の形状の説明について付け加えると、下部構造物
612がメサ状に形成される場合はその部分を覆い、入
出力端子バンプ電極の付近は開口された形状とする。FIG. 6C shows a state in which polyimide is used as the interlayer insulating film and the electrically insulating resin layer 920 is formed so as to cover the base and collector ohmic electrodes 620B and 620C. A state in which the ohmic electrode 620E of the emitter is opened, and at the same time, an electrically insulating resin layer 920 is formed using polyimide also on a part immediately below the part where the chip wiring of the input / output terminal bump electrode is exposed to the outside of the lower structure 612. Is shown. Therefore, in order to form the electrically insulating resin layer 920 for preventing disconnection of the wiring at the periphery of the lower structure 612, it is only necessary to change the opening pattern, and it is not necessary to add a new process. In addition, the description of the shape of the electrically insulating resin layer 920 in the vicinity of the input / output terminal bump electrode is added. When the lower structure 612 is formed in a mesa shape, the lower structure 612 is covered, and the vicinity of the input / output terminal bump electrode is opened. Shape.
【0031】図6(d)は、その後、チタン(Ti)/
白金(Pt)/金(Au)を用い、H型のエミッタ引き
出し配線720を形成し、同時に入出力端子バンプ電極
820のチップ配線700も形成した状態を示す。なお
このチップ配線700には、各ベースのオーミック電極
620Bから各ベースの引き出し電極部711Bを通じ
て、ベース信号の入出力端子電極部712Bへ接続され
るベース配線710B、すなわち各ベース配線引き出し
電極部とベース信号の入出力端子部との間の配線が含ま
れる。また、各コレクタのオーミック電極から各コレク
タ引き出し電極部を通じてコレクタ信号の入出力端子電
極部へ接続されるコレクタ配線、すなわち各コレクタ引
き出し電極部とコレクタ信号の入出力端子電極部との間
の配線なども含まれる。FIG. 6 (d) shows that titanium (Ti) /
An H-type emitter lead-out wiring 720 is formed using platinum (Pt) / gold (Au), and a chip wiring 700 of the input / output terminal bump electrode 820 is formed at the same time. Note that the chip wiring 700 includes a base wiring 710B connected from the ohmic electrode 620B of each base to the input / output terminal electrode part 712B of the base signal through the lead electrode part 711B of each base, ie, each base wiring lead electrode part and the base. Wiring between the signal input and output terminals is included. Also, a collector wiring connected from the ohmic electrode of each collector to the collector signal input / output terminal electrode through each collector lead electrode, that is, a wiring between each collector lead electrode and the collector signal input / output terminal electrode. Is also included.
【0032】図6(e)では、この後、SiNxを用い
て、パッシベーション膜910として堆積させた状態を
示す。パッシベーション膜910は、半導体チップ上に
形成されたスパイラルインダクタ等とともに、インピー
ダンス整合回路を形成するための絶縁層として形成さ
れ、MIM(Metal-Insulator-Metal Capacitor)膜と
しても機能する。ホトリソグラフィと緩衝フッ酸エッチ
ングとによって、バンプ電極を設ける部分および上層配
線750とのコンタクト部等が開口される。なお、パッ
シベーション膜910の図示は、以降の工程に対する説
明では省略する。FIG. 6E shows a state in which SiNx is then used to deposit a passivation film 910. The passivation film 910 is formed as an insulating layer for forming an impedance matching circuit together with a spiral inductor and the like formed on the semiconductor chip, and also functions as an MIM (Metal-Insulator-Metal Capacitor) film. By photolithography and buffered hydrofluoric acid etching, a portion where a bump electrode is provided, a contact portion with the upper layer wiring 750, and the like are opened. The illustration of the passivation film 910 is omitted in the description of the subsequent steps.
【0033】図7(f)では、この後保護用レジスト9
30を塗布して、所定部を開口した後、全面に上層配線
めっき用メタル740を形成する。引き続き、上層配線
めっき用レジスト932を塗布して所定部分を開口した
状態を示す。保護用レジスト930のホトリソグラフィ
による開口部は、上層配線750を設けるべき領域に相
当する。トランジスタ素子600の真性動作部630の
直上方を含む真性動作部近接域640の上方にあたる部
分には上層配線を設けないで、その直近の非真性動作部
650の上方にあたる部分650aには、上層配線が設
けられるようなパターンとして、本実施形態では上層配
線めっき用レジスト932を平面視で略H型となるよう
に開口させる。これと同時に、入出力端子バンプ電極の
上層配線を形成する部分では、少なくとも入出力端子バ
ンプ電極へのチップ配線が下部構造物612の外部に出
る部分612a付近の上層配線めっき用レジスト932
を開口させる。In FIG. 7F, the protection resist 9 is thereafter formed.
After application of No. 30 and opening of a predetermined portion, a metal 740 for upper layer wiring plating is formed on the entire surface. Subsequently, a state is shown in which an upper layer wiring plating resist 932 is applied and a predetermined portion is opened. The opening of the protective resist 930 by photolithography corresponds to a region where the upper wiring 750 is to be provided. An upper layer wiring is not provided in a portion above the intrinsic operation portion proximity region 640 including immediately above the intrinsic operation portion 630 of the transistor element 600, and an upper layer wiring is provided in a portion 650 a above the non-intrinsic operation portion 650 in the immediate vicinity. In this embodiment, the resist 932 for plating the upper layer wiring is opened so as to be substantially H-shaped in plan view. At the same time, in the portion where the upper layer wiring of the input / output terminal bump electrode is formed, at least the chip 932 for plating the upper layer wiring near the portion 612 a where the chip wiring to the input / output terminal bump electrode goes out of the lower structure 612.
To open.
【0034】なお上層配線めっき用メタル740として
は、Ti/Auを用いる。上層配線めっき用レジスト9
32のホトリソグラフィによる開口部は、上層配線を設
ける部分である。したがって、配線の段切れを防止する
ために下部構造物612よりも厚い上層配線を形成する
としても、開口パターンを変えるだけでよく、新たな工
程を追加する必要はない。またトランジスタ素子600
のダメージ防止等を目的として、真性動作部630の直
上にあたる部分の高さ、すなわち半絶縁性基板である半
導体チップ基材500の表面からの高さを低くするため
にも、開口パターンの変更のみを行えばよい。As the metal 740 for plating the upper wiring, Ti / Au is used. Upper layer wiring plating resist 9
An opening 32 by photolithography is a portion where an upper layer wiring is provided. Therefore, even if an upper layer wiring thicker than the lower structure 612 is formed in order to prevent disconnection of the wiring, it is only necessary to change the opening pattern, and it is not necessary to add a new process. Also, the transistor element 600
In order to reduce the height of the portion directly above the intrinsic operation portion 630, that is, the height from the surface of the semiconductor chip substrate 500 which is a semi-insulating substrate, for the purpose of preventing damage to the semiconductor device, only the opening pattern is changed. Should be performed.
【0035】図7(g)は、めっきによって上層配線7
50を形成した後、図7(f)に示す上層配線めっき用
レジスト932を除去し、引き続いて引き出し配線72
0やチップ配線700以外の金(Au)をエッチング除
去し、さらにチップ配線700以外のチタン(Ti)を
図7(f)に示す保護用レジスト930によるリフトオ
フによって除去した状態を示す。なおこの実施形態で
は、上層配線750の厚さは9μmであり、この工程に
よってトランジスタ素子600の真性動作部630の直
上方を含む真性動作部近接域640の上方の半導体チッ
プ基材500の表面からの高さは、トランジスタ素子6
00のメサ高さである0〜3μm+ポリイミド厚さ0〜
2μm=0〜5μm程度になる。トランジスタ素子60
0の非真性動作部の上方の高さは、上層配線750の厚
さが約9μmとなるので、真性動作部近接域640の上
方とは4〜9μm程度の差が生じる。また入出力端子電
極部の高さは、半導体層である下部構造物612の厚さ
3μm+上層配線9μm=約12μmとなる。なお、下
部構造物612のメサ状の部分の上方には、後述するよ
うに入出力端子バンプ電極を形成しないので、高さの比
較からは除外する。FIG. 7 (g) shows the upper wiring 7 by plating.
After the formation of the wiring 50, the resist 932 for plating the upper layer wiring shown in FIG.
7 shows a state in which gold (Au) other than the chip wiring 700 is removed by etching, and titanium (Ti) other than the chip wiring 700 is removed by lift-off using a protective resist 930 shown in FIG. In this embodiment, the thickness of the upper layer wiring 750 is 9 μm, and the thickness of the upper layer wiring 750 is 9 μm. Of the transistor element 6
00 mesa height of 0 to 3 μm + polyimide thickness of 0
2 μm = 0 to about 5 μm. Transistor element 60
Since the thickness above the non-intrinsic operation portion 0 is about 9 μm in the thickness of the upper layer wiring 750, a difference of about 4 to 9 μm from above the region near the intrinsic operation portion 640 occurs. In addition, the height of the input / output terminal electrode portion is about 12 μm = thickness of the lower structure 612 which is a semiconductor layer + 9 μm of upper wiring = 12 μm. In addition, since the input / output terminal bump electrode is not formed above the mesa-shaped portion of the lower structure 612 as described later, it is excluded from the height comparison.
【0036】図7(h)は、保護用レジスト933の塗
布および開口処理後、全面にバンプめっき用メタル76
0を形成し、引き続きバンプめっき用レジスト934を
塗布して開口した状態を示す。保護用レジスト933の
ホトリソグラフィによる開口部は、素子バンプ電極と入
出端子バンプ電極とを含むバンプ電極を設けるべき領域
に相当する。本実施形態では、素子バンプ電極のために
トランジスタ素子の真性動作部の直上と非真性動作部の
上方とにまたがるようにH型に開口させる。同時に、入
出力端子バンプ電極のためには円形に開口させる。な
お、素子バンプ電極および入出力端子バンプ電極以外の
ダミーバンプ電極のための開口も行う。バンプめっき用
メタル760としては、Ti/Auを用いる。バンプめ
っき用レジスト934のホトリソグラフィによる開口部
も、バンプ電極を設ける部分に対応する。FIG. 7 (h) shows that after the application of the protective resist 933 and the opening treatment, the bump plating metal 76 is formed on the entire surface.
0 is formed, and subsequently, a resist 934 for bump plating is applied and opened. The opening of the protective resist 933 by photolithography corresponds to a region where a bump electrode including an element bump electrode and an input / output terminal bump electrode is to be provided. In the present embodiment, an H-shaped opening is formed so as to extend directly above the intrinsic operation part and above the non-intrinsic operation part of the transistor element for the element bump electrode. At the same time, a circular opening is formed for the input / output terminal bump electrode. An opening for a dummy bump electrode other than the element bump electrode and the input / output terminal bump electrode is also formed. Ti / Au is used as the metal 760 for bump plating. The opening of the bump plating resist 934 by photolithography also corresponds to the portion where the bump electrode is provided.
【0037】図7(i)は、めっきによってバンプ電極
を形成した後、図7(h)のバンプめっき用レジスト9
34を除去し、バンプ電極直下以外のAuをエッチング
除去し、さらにバンプ電極直下以外のTiを、保護用レ
ジスト933によるリフトオフによって除去した状態を
示す。本実施形態では、平面形状を、素子バンプ電極8
10はH型、入出力端子バンプ電極820とダミーバン
プ電極は円形にしている。バンプ電極のみの厚さ、すな
わち金めっきの厚さは、形成される部分の基準面からの
高さが高い低いに拘わらず基本的に一様であるが、段差
部分ではなだらかにめっきされるため、多少の厚い薄い
は生じる。なおこの実施形態では、バンプ電極のみの厚
さは基本的に20μmであり、図7(g)の説明で述べ
た「4〜9μm程度の差」を反映して、素子バンプ電極
810については上層配線750のない真性動作部近接
域640の付近と、上層配線750のある非真性動作部
650の上方とでは、半導体チップ基材500からの高
さも4〜9μm程度の差が生じる。もっとも、段差部分
であるため、めっき仕上がり後は、めっき形成前に比べ
て若干なだらかになっている。この工程によって、トラ
ンジスタ素子600の真性動作部630直上方を含む真
性動作部近接域640の上方の素子バンプ電極810の
厚さは、トランジスタ素子600のメサ厚さ3μm+ポ
リイミド厚さ0〜2μm+バンプ電極厚さ20μm=2
0〜25μm程度になる。トランジスタ素子600の非
真性動作部650の上方の素子バンプ電極810の厚さ
は、上層配線750の厚さ9μm+バンプ電極厚さ20
μm=約29μmになる。また入出力端子バンプ電極8
20の厚さは、半導体層である下部構造物612の厚さ
3μm+上層配線750の厚さ9μm+バンプ電極厚さ
20μm=約32μmとなる。なお、この後、通常の方
法により、ラッピング、ダイシングなどを行い、半導体
チップを完成させる。FIG. 7 (i) shows that after the bump electrodes are formed by plating, the bump plating resist 9 shown in FIG.
34 shows a state in which Au is removed by etching other than immediately below the bump electrode, and Ti other than immediately below the bump electrode is removed by lift-off using the protective resist 933. In the present embodiment, the planar shape is changed to the element bump electrode 8.
Reference numeral 10 denotes an H type, and the input / output terminal bump electrode 820 and the dummy bump electrode are circular. The thickness of the bump electrode only, that is, the thickness of the gold plating is basically uniform irrespective of the height of the part to be formed from the reference plane is high or low, but the step part is plated gently. , A little thick thin results. In this embodiment, the thickness of only the bump electrode is basically 20 μm, reflecting the “difference of about 4 to 9 μm” described in the description of FIG. A difference of about 4 to 9 μm in height from the semiconductor chip substrate 500 occurs in the vicinity of the intrinsic operation part proximity region 640 without the wiring 750 and above the non-intrinsic operation part 650 with the upper wiring 750. However, due to the stepped portion, the finish after plating is slightly gentler than before plating. By this process, the thickness of the element bump electrode 810 above the intrinsic operation part proximity area 640 including immediately above the intrinsic operation part 630 of the transistor element 600 is: the mesa thickness of the transistor element 600 + the polyimide thickness 0-2 μm + the bump electrode Thickness 20 μm = 2
It becomes about 0 to 25 μm. The thickness of the element bump electrode 810 above the non-intrinsic operation part 650 of the transistor element 600 is 9 μm of the thickness of the upper wiring 750 + 20 μm of the bump electrode thickness.
μm = about 29 μm. Also, the input / output terminal bump electrode 8
The thickness of 20 is about 32 μm = thickness of lower structure 612 as a semiconductor layer + thickness of upper wiring 750 9 μm + bump electrode thickness 20 μm. After that, lapping, dicing, and the like are performed by a normal method to complete the semiconductor chip.
【0038】以上のように、図4に示すような半導体チ
ップ400は、すなわち、下部構造612を設けるだけ
でなくトランジスタ素子600の形状も工夫した特徴を
持つ半導体チップ400は、図6および図7に示す各工
程で作製される。各工程の個々の説明で明らかにしたよ
うに、従来の工程に対して新たな工程を追加することな
く、本実施形態の半導体チップ400を作成することが
できる。もし、下部構造物612を設けないで、入出力
バンプ電極820の高さをバンプ電極形成の際に特に高
くしようとすれば、パターニング工程も含めてバンプの
めっきを2回は行う必要が生じ、追加の工程が発生して
しまう。As described above, the semiconductor chip 400 as shown in FIG. 4, that is, the semiconductor chip 400 having the feature that not only the lower structure 612 is provided but also the shape of the transistor element 600 is devised, is shown in FIGS. It is manufactured in each step shown in FIG. As apparent from the individual description of each step, the semiconductor chip 400 of the present embodiment can be manufactured without adding a new step to the conventional step. If the height of the input / output bump electrode 820 is particularly increased in forming the bump electrode without providing the lower structure 612, it is necessary to perform the plating of the bump twice including the patterning step. Additional steps occur.
【0039】図8および図9は、本発明の第2および第
3実施形態によるトランジスタ素子600の構成を示
す。図8に示す第2実施形態では、図5の第1実施形態
のように上層配線750を形成せずに、引き出し配線7
20の上に直接素子バンプ電極810を形成する。図9
に示す第3実施形態では、引き出し配線720上に、真
性動作部630と両側の非真性動作部650とにまたが
る上層配線750を形成し、その上に素子バンプ電極8
10を形成する。引き出し配線720、上層配線750
および素子バンプ電極810の平面形状は、好ましい形
状の一例としてH型をあげたが、他の形状であってもよ
い。これらの素子バンプ電極810の形状では、図5に
示したような場合(つまり、真性動作部630を含む真
性動作部近接域640には上層配線750を形成しない
パターンを用いることにより、素子バンプ電極810の
内でもその部分の高さが低い)に比べて、フリップチッ
プボンディング時に真性動作部630に大きな応力が加
わる可能性がある。しかしながら、図6および図7に示
したように下部構造物612を設けて、半導体チップと
して入出力バンプ電極の高さの方を高くしておけば、素
子バンプ電極810にかかる応力は軽減される。FIGS. 8 and 9 show the structure of a transistor element 600 according to the second and third embodiments of the present invention. In the second embodiment shown in FIG. 8, the upper wiring 750 is not formed as in the first embodiment shown in FIG.
The device bump electrode 810 is formed directly on the substrate 20. FIG.
In the third embodiment, an upper layer wiring 750 is formed on a lead wiring 720 over an intrinsic operation section 630 and non-intrinsic operation sections 650 on both sides, and an element bump electrode 8 is formed thereon.
Form 10. Lead wiring 720, upper wiring 750
The planar shape of the element bump electrode 810 is H-shaped as an example of a preferable shape, but may be another shape. In the shape of these element bump electrodes 810, the case shown in FIG. 5 (that is, by using a pattern in which the upper layer wiring 750 is not formed in the intrinsic operation part proximity area 640 including the intrinsic operation part 630, 810 may have a higher stress at the time of flip chip bonding. However, if the lower structure 612 is provided as shown in FIGS. 6 and 7 and the height of the input / output bump electrodes is made higher as a semiconductor chip, the stress applied to the element bump electrodes 810 is reduced. .
【0040】図10は、本発明の第4実施形態のトラン
ジスタ素子600の構成を示す。図10(a)は縦断面
図であり、図10(b)の平面図の切断面線X−Yから
見た状態に対応する。第1〜第3実施形態では、素子バ
ンプ電極810を、トランジスタ素子600の真性動作
部630と両側の非真性動作部650とにまたがって形
成しているのに対し、本実施形態ではトップ層であるエ
ミッタのオーミック電極620Eの上面の引き出し電極
部721から、トップ層の長手方向と直交する方向の両
側へアーチ状に引き出し配線720を引き出し、引き出
し配線720の一部、すなわち両側の非真性動作部65
0の上方に相当する部分に素子バンプ電極810を形成
している。本実施形態では、真性動作部630と両側の
非真性動作部650とにまたがって引き出し配線720
を形成している。その引き出し配線720の上には、真
性動作部630と両側の非真性動作部650とにまたが
って上層配線750が形成される。上層配線750上に
は、素子バンプ電極810が両側の非真性動作部650
の上方に金めっきによって大略的にH型に形成される。
さらに素子バンプ電極810と引き出し配線720とは
電気的に接続されている。引き出し配線720の引き出
し電極部721と接合されたエミッタのオーミック電極
620Eを除いて、真性動作部630を含む真性動作部
近接域640にあたる引き出し配線720の直下の部分
は、ポリイミドによる電気絶縁性樹脂層920が形成さ
れ、他のオーミック電極620C,620Bとは絶縁さ
れている。FIG. 10 shows the structure of a transistor element 600 according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 10A is a longitudinal sectional view, and corresponds to a state viewed from a cutting plane line XY in the plan view of FIG. In the first to third embodiments, the element bump electrode 810 is formed over the intrinsic operation section 630 of the transistor element 600 and the non-intrinsic operation sections 650 on both sides. From the extraction electrode portion 721 on the upper surface of the ohmic electrode 620E of a certain emitter, the extraction wiring 720 is extracted in an arch shape to both sides in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the top layer, and a part of the extraction wiring 720, that is, the non-intrinsic operating portions on both sides 65
An element bump electrode 810 is formed in a portion corresponding to an area above zero. In the present embodiment, the lead wiring 720 extends over the intrinsic operation unit 630 and the non-intrinsic operation units 650 on both sides.
Is formed. An upper layer wiring 750 is formed on the lead wiring 720 over the intrinsic operation section 630 and the non-intrinsic operation sections 650 on both sides. On the upper layer wiring 750, the device bump electrodes 810 are provided on both sides of the non-intrinsic operation section 650.
Is formed substantially in an H-shape by gold plating.
Further, the element bump electrode 810 and the lead wiring 720 are electrically connected. Except for the ohmic electrode 620E of the emitter joined to the extraction electrode section 721 of the extraction wiring 720, the portion immediately below the extraction wiring 720 corresponding to the intrinsic operation section proximity area 640 including the intrinsic operation section 630 is an electrically insulating resin layer of polyimide. 920 are formed, and are insulated from the other ohmic electrodes 620C and 620B.
【0041】図10に示す各部の高さについて説明を加
えると、素子バンプ電極810の存在する非真性動作部
650の半導体チップ基材500の表面からの高さht
n は約29μmに形成される。素子バンプ電極810の
存在しない真性動作部630の直上方を含む真性動作部
近接域640の上方にあたる部分の高さht r は11〜
14μm程度に形成されている。なお後述する入出力端
子バンプ電極820の高さは約32μmに形成され、最
も高くなっている。このためフリップチップボンディン
グされた状態では、入出力端子バンプ電極820のボン
ディングによるつぶれ量は素子バンプ電極810のつぶ
れ量よりも大きくなるので、入出力端子バンプ電極81
0のボンディング強度が相対的に高くなる。またトラン
ジスタ素子600の真性動作部630の直上方にあたる
部分は、素子バンプ電極810が存在せず高さが一番低
くなる。たとえばボンディングによって接続高さが約2
1μmになるボンディング条件の場合には、入出力端子
バンプ電極のボンディングによるつぶれ量は約11μ
m、非真性動作部650に存在する素子バンプ電極81
0のつぶれ量は約8μmとなる。一方トランジスタ素子
600の真性動作部630にはボンディング荷重は基本
的には伝わらず、トランジスタ素子600の受けるダメ
ージは発生しない。[0041] The addition of description the height of the portions shown in FIG. 10, the height h t from the surface of the semiconductor chip substrate 500 of the non-intrinsic operation unit 650 in the presence of the element bump electrode 810
n is formed to be about 29 μm. The height h t r of the upper portion corresponding intrinsic operation unit close vicinity 640 including right above the existent intrinsic operation unit 630 of the device bump electrodes 810 11
It is formed to about 14 μm. The height of an input / output terminal bump electrode 820 described later is formed to be about 32 μm, which is the highest. For this reason, in the state where the flip-chip bonding is performed, the crushing amount of the input / output terminal bump electrode 820 due to the bonding becomes larger than the crushing amount of the element bump electrode 810, so that the input / output terminal bump electrode 81 is formed.
The bonding strength of 0 becomes relatively high. In addition, the portion immediately above the intrinsic operation section 630 of the transistor element 600 has the lowest height without the element bump electrode 810. For example, the connection height is about 2 by bonding.
In the case of the bonding condition of 1 μm, the crushing amount of the input / output terminal bump electrode by bonding is about 11 μm.
m, the element bump electrode 81 existing in the non-intrinsic operation section 650
The crush amount of 0 is about 8 μm. On the other hand, the bonding load is basically not transmitted to the intrinsic operation part 630 of the transistor element 600, and the transistor element 600 is not damaged.
【0042】図11および図12は、本発明の第5およ
び第6実施形態によるトランジスタ素子600の構成を
それぞれ示す。図11および図12(a)は、それぞれ
のトランジスタ素子600の縦断面図を示す。図12
(b)はトランジスタ素子600の平面図を示す。図1
2(a)は図12(b)の切断面線X−Yから見た断面
図に対応する。図11に示すトランジスタ素子600の
平面図も、図12(b)と同様に表れる。図11の第5
実施形態では、上層配線を形成せずに、真性動作部近接
域640の上方を除いた部分に素子バンプ電極810を
形成する。図12に示す第6実施形態では、真性動作部
近接域640の上方を除いた非真性動作部650の上方
の部分に一旦上層配線750を形成した後、素子バンプ
電極810を形成する。なお第5および第6実施形態で
は、引き出し配線720について、引き出し電極部72
1と接合されたエミッタのオーミック電極620Eを除
いて、真性動作部630を含む真性動作部近接域640
に存在する引き出し配線720の直下に空隙を設けてエ
アブリッジ730を形成する。したがって第4実施形態
のようなポリイミド等の電気絶縁性樹脂層920は設け
られない。また引き出し配線720、上層配線750、
および素子バンプ電極810の形状は、図示した形状に
限らず他の形状とすることもできる。FIGS. 11 and 12 show the structure of a transistor element 600 according to the fifth and sixth embodiments of the present invention, respectively. FIGS. 11 and 12A are longitudinal sectional views of the respective transistor elements 600. FIG. FIG.
(B) is a plan view of the transistor element 600. FIG.
FIG. 2A corresponds to a cross-sectional view taken along line XY of FIG. 12B. A plan view of the transistor element 600 shown in FIG. 11 also appears as in FIG. Fifth of FIG.
In the embodiment, the element bump electrode 810 is formed in a portion excluding the region above the intrinsic operation portion proximity region 640 without forming the upper layer wiring. In the sixth embodiment shown in FIG. 12, after the upper layer wiring 750 is formed once on the portion above the non-intrinsic operation portion 650 except above the region near the intrinsic operation portion 640, the element bump electrode 810 is formed. In the fifth and sixth embodiments, the lead-out electrode 720 is used for the lead-out wiring 720.
1 except for the ohmic electrode 620E of the emitter joined to the intrinsic operation part 630 including the intrinsic operation part 630.
The air bridge 730 is formed by providing a gap immediately below the lead wire 720 existing in the above. Therefore, the electrically insulating resin layer 920 made of polyimide or the like as in the fourth embodiment is not provided. Also, the lead wiring 720, the upper wiring 750,
In addition, the shape of the element bump electrode 810 is not limited to the illustrated shape, and may be another shape.
【0043】図13は本発明の第7実施形態として、両
側電極タイプのnpnエミッタアップ型トランジスタ素
子600からなるトランジスタ素子群を有する半導体チ
ップ400を示す。本実施形態では、半導体チップ40
0の中央部に、素子バンプ電極810を具備する縦型構
造のトランジスタ素子600を複数個並列に形成する。
これまでに説明してきた第1〜第6実施形態とは異な
り、細長い形状のトランジスタ素子600の真性動作部
から長手方向片側へ、詳しくはトップ層であるエミッタ
のオーミック電極620Eから並列したトランジスタ素
子600の群の配列方向に平行なベース配線710Bに
関して対称となる側へ、アーチ状に引き出し配線720
を引き出す。その引き出し配線720の上方には素子バ
ンプ電極810が形成される。各コレクタのオーミック
電極620Cから各コレクタ引き出し電極部711Cを
通じてコレクタ配線710Cがコレクタ信号の入出力端
子電極部712Cに接続される。同様に各ベースのオー
ミック電極620Bから各ベース引き出し電極部711
Bを通じてベース配線710Bがベース信号の入出力端
子電極部712Bに接続される。各入出力端子電極部7
12C,712Bの上方には、入出力端子バンプ電極8
20が設けられ、その下方には下部構造物612が介在
される。素子バンプ電極810の近傍には、トランジス
タ素子600からの放熱等を目的とし、電気的には接続
されていないダミーバンプ電極831が設けられてい
る。FIG. 13 shows, as a seventh embodiment of the present invention, a semiconductor chip 400 having a transistor element group including a double-sided electrode type npn emitter-up transistor element 600. In the present embodiment, the semiconductor chip 40
A plurality of transistor elements 600 each having a vertical structure and having an element bump electrode 810 are formed in parallel at the center of the zero.
Unlike the first to sixth embodiments described so far, the transistor element 600 in parallel from the intrinsic operation portion of the elongated transistor element 600 to one side in the longitudinal direction, more specifically, from the ohmic electrode 620E of the emitter as the top layer. To the side symmetric with respect to the base wiring 710B parallel to the arrangement direction of the group
Pull out. An element bump electrode 810 is formed above the lead wiring 720. The collector wiring 710C is connected to the collector signal input / output terminal electrode portion 712C from the ohmic electrode 620C of each collector through each collector extraction electrode portion 711C. Similarly, from each ohmic electrode 620B of each base to each base lead-out electrode portion 711
Through B, a base wiring 710B is connected to an input / output terminal electrode portion 712B of a base signal. Each input / output terminal electrode section 7
Above 12C and 712B, the input / output terminal bump electrode 8
20 is provided, and a lower structure 612 is interposed below it. In the vicinity of the element bump electrode 810, a dummy bump electrode 831 that is not electrically connected is provided for heat radiation from the transistor element 600 or the like.
【0044】図14は、図13に示すトランジスタ素子
群の構成について示す。各トランジスタ素子600のコ
レクタのオーミック電極620Cは、隣接するコレクタ
のオーミック電極620Cと電気的に接続される。コレ
クタのオーミック電極620Cに接続されるコレクタ配
線710Cは、コレクタ引き出し電極部711Cを除い
てエアブリッジ730を形成する。FIG. 14 shows the structure of the transistor element group shown in FIG. The ohmic electrode 620C of the collector of each transistor element 600 is electrically connected to the ohmic electrode 620C of the adjacent collector. The collector wiring 710C connected to the ohmic electrode 620C of the collector forms an air bridge 730 except for the collector extraction electrode portion 711C.
【0045】図15は、第7実施形態のトランジスタ素
子600の構成を示す。図15(a)は縦断面図、図1
5(b)は平面図を示し、図15(b)の切断面線X−
Yから見た断面図が図15(a)に相当する。細長い形
状のトランジスタ素子600の真性動作部630から、
長手方向片側へ、詳しくはトップ層であるエミッタのオ
ーミック電極620Eからベース配線710Bの延びる
方向に垂直な方向へアーチ状に引き出し配線720を引
き出す。その引き出し配線720の一部の上に上層配線
750を形成し、さらに上層配線750の一部の上にめ
っきによる素子バンプ電極810が形成する。素子バン
プ電極810と引き出し配線720とは電気的に接続さ
れている。引き出し配線720の引き出し電極部721
と接合されたエミッタのオーミック電極620Eを除
き、素子バンプ電極810が存在する側の引き出し配線
720の直下は、ポリイミドによる電気絶縁性樹脂層9
20で他のオーミック電極やチップ配線などと電気的に
絶縁されている。本実施形態では、トランジスタ素子6
00の真性動作部630の直上方にあたる部分は、エア
ブリッジ730を形成するコレクタ配線710Cが通
り、素子バンプ電極810が存在しない。このため、コ
レクタ配線710Cが配線基板配線に接触しない条件で
フリップチップボンディングすれば、トランジスタ素子
600の真性動作部630にはボンディング荷重が基本
的にかからなくなり、トランジスタ素子600はダメー
ジを受けない。FIG. 15 shows the structure of a transistor element 600 according to the seventh embodiment. FIG. 15A is a longitudinal sectional view, and FIG.
5 (b) shows a plan view, and FIG.
A cross-sectional view as viewed from Y corresponds to FIG. From the intrinsic operation part 630 of the elongated transistor element 600,
The lead-out wiring 720 is drawn out to one side in the longitudinal direction, specifically, from the ohmic electrode 620E of the emitter as the top layer in a direction perpendicular to the direction in which the base wiring 710B extends. An upper layer wiring 750 is formed on a part of the lead wiring 720, and an element bump electrode 810 by plating is formed on a part of the upper layer wiring 750. The element bump electrode 810 and the lead wiring 720 are electrically connected. Extraction electrode portion 721 of extraction wiring 720
Except for the ohmic electrode 620E of the emitter joined to the substrate, immediately below the lead wire 720 on the side where the element bump electrode 810 exists, the electrically insulating resin layer 9 made of polyimide is used.
At 20, it is electrically insulated from other ohmic electrodes and chip wiring. In the present embodiment, the transistor element 6
In a portion directly above the intrinsic operation portion 630 of 00, the collector wiring 710C forming the air bridge 730 passes, and the element bump electrode 810 does not exist. Therefore, if the flip-chip bonding is performed under the condition that the collector wiring 710C does not contact the wiring board wiring, the bonding load is basically not applied to the intrinsic operation part 630 of the transistor element 600, and the transistor element 600 is not damaged.
【0046】図16および図17は、本発明の第8およ
び第9実施形態によるトランジスタ素子600の構成を
それぞれ示す。図16および図17(a)は縦断面図、
図17(b)は平面図をそれぞれ示す。図17(a)は
図17(b)の切断面線X−Yから見た状態に相当す
る。図16の第8実施形態では、上層配線750を形成
せずに、素子バンプ電極810を非真性動作部650上
の引き出し配線720上に形成する。図17に示す第9
実施形態では、厚い引き出し配線720を全体的に形成
し、その上に素子バンプ電極810を形成する。これら
の実施形態の場合、コレクタ配線710Cの上方の部分
で引き出し配線720によるエアブリッジ730を形成
するので、高さ関係や形成時およびボンディング時につ
いての考慮が必要である。たとえば、コレクタ配線71
0Cを、エアブリッジさせずにベース配線710Bの対
称側をアーチ状の引き出し配線720として形成するよ
うにすることもできる。なお素子バンプ電極810と引
き出し配線720とは電気的に接続されているけれど
も、引き出し配線720の直下にポリイミド等の絶縁物
を介さず、この部分の引き出し配線720をエアブリッ
ジ730として形成することもできる。また引き出し配
線720および素子バンプ電極810の形状は、図示し
た形状に限らず自由に選定することができる。FIGS. 16 and 17 show the structure of a transistor element 600 according to the eighth and ninth embodiments of the present invention, respectively. 16 and 17 (a) are longitudinal sectional views,
FIG. 17B is a plan view. FIG. 17A corresponds to a state viewed from the section line XY of FIG. 17B. In the eighth embodiment shown in FIG. 16, the element bump electrode 810 is formed on the lead-out wiring 720 on the non-intrinsic operation part 650 without forming the upper-layer wiring 750. The ninth shown in FIG.
In the embodiment, the thick lead wiring 720 is formed entirely, and the element bump electrode 810 is formed thereon. In the case of these embodiments, since the air bridge 730 is formed by the lead-out wiring 720 at a portion above the collector wiring 710C, it is necessary to consider the height relationship and the time of formation and bonding. For example, the collector wiring 71
0C may be formed as an arched lead-out wiring 720 on the symmetrical side of the base wiring 710B without air bridging. Although the element bump electrode 810 and the lead wire 720 are electrically connected, the lead wire 720 in this portion may be formed as an air bridge 730 directly under the lead wire 720 without using an insulator such as polyimide. it can. Further, the shapes of the lead wiring 720 and the element bump electrode 810 are not limited to the shapes shown in the figure, and can be freely selected.
【0047】図18および図19は、本発明の第10お
よび第11実施形態による入出端子バンプ電極820に
関連する構成を示す。図18および図19の(a)は縦
断面図、図18および図19の(b)は平面図をそれぞ
れ示し、各図の(a)は各図の(b)の切断面線X−Y
から見た断面図に相当する。入出力端子バンプ電極82
0の下方には半導体層と同一の物質からなる下部構造物
612が存在する。入出力端子バンプ電極820の下方
で下部構造物612の上方に、下部構造物612から外
部へつながるチップ配線700が設けられる。第10実
施形態では厚いチップ配線700が形成される。第11
実施形態のチップ配線700が半導体チップ主面上で下
部構造物612の外部へ出る部分の直下には、ポリイミ
ドによる電気絶縁性樹脂層920が設けられる。このポ
リイミドは、急峻な下部構造物612の側面を覆ってな
だらかな形状となるように形成される。このため下部構
造物612が横切る部分でのチップ配線の段切れによる
オープンずれ不良が発生しにくくなる。またポリイミド
のなだらかさのために、この上方に形成するバッシベー
ション膜31としてのSiNxのカバレージが向上し、
ひいては半導体チップ400の耐湿性の向上を図ること
ができる。FIGS. 18 and 19 show a structure related to the input / output terminal bump electrode 820 according to the tenth and eleventh embodiments of the present invention. FIGS. 18 and 19A are longitudinal sectional views, and FIGS. 18 and 19B are plan views, respectively. FIG. 18A is a sectional view taken along the line XY of FIG.
This corresponds to a cross-sectional view as viewed from above. Input / output terminal bump electrode 82
Below 0, there is a lower structure 612 made of the same material as the semiconductor layer. Below the input / output terminal bump electrode 820 and above the lower structure 612, there is provided a chip wiring 700 connected from the lower structure 612 to the outside. In the tenth embodiment, a thick chip wiring 700 is formed. Eleventh
An electrically insulating resin layer 920 made of polyimide is provided immediately below a portion where the chip wiring 700 of the embodiment is exposed to the outside of the lower structure 612 on the main surface of the semiconductor chip. This polyimide is formed so as to cover the side surface of the steep lower structure 612 and have a gentle shape. For this reason, an open shift failure due to disconnection of the chip wiring at a portion where the lower structure 612 crosses is less likely to occur. Also, due to the smoothness of the polyimide, the coverage of SiNx as the passivation film 31 formed thereon is improved,
As a result, the moisture resistance of the semiconductor chip 400 can be improved.
【0048】図20は、本発明の第12実施形態による
入出力端子バンプ電極820の構成を示す。図20
(a)は縦断面図、図20(b)は平面図をそれぞれ示
し、図20(a)は図20(b)の切断面線X−Yから
見た断面図に相当する。下部構造物612は半導体層と
同一の物質から成り、入出力端子バンプ電極820の下
方から外部に連なるチップ配線700が引き出される。
チップ配線700が半導体チップ周面上で下部構造物6
12の外部へ引出される直前の部分では、下部構造物6
12の形状が多段のメサ状となるメサ状部612bが形
成されている。この形状によって、下部構造物612の
厚さは分割されて1つの段の厚さが薄くなり、チップ配
線700の段切れによるオープン不良が発生しにくくな
る。FIG. 20 shows a configuration of an input / output terminal bump electrode 820 according to the twelfth embodiment of the present invention. FIG.
20A shows a vertical cross-sectional view, FIG. 20B shows a plan view, and FIG. 20A corresponds to a cross-sectional view taken along line X-Y of FIG. 20B. The lower structure 612 is made of the same material as the semiconductor layer, and the chip wiring 700 connected to the outside is drawn out from below the input / output terminal bump electrode 820.
The chip wiring 700 is provided on the lower structure 6 on the peripheral surface of the semiconductor chip.
In the portion immediately before being drawn out of the substructure 12, the lower structure 6
A mesa-shaped portion 612b in which the shape of the substrate 12 is a multi-stage mesa is formed. With this shape, the thickness of the lower structure 612 is divided and the thickness of one step is reduced, so that an open failure due to disconnection of the chip wiring 700 is less likely to occur.
【0049】図21は、本発明の第13実施形態による
入出力端子バンプ電極820の構成を示す。図21
(a)は縦断面図、図21(b)は平面図をそれぞれ示
し、図21(a)は図21(b)の切断面線X−Yから
見た断面図に相当する。第13実施形態による入出力端
子バンプ電極820は、第10〜第12実施形態による
入出力端子バンプ電極820を複合した形状となる。こ
のため、相乗効果は著しく高まり、チップ配線700の
段切れはほとんど生じなくなる。なお下部構造物612
の形状について付け加えると、入出力端子バンプ電極8
20を囲むように下部構造物612の周囲がメサ状に形
成される。またポリイミドによる電気絶縁性樹脂層92
0の形状について付け加えると、下部構造物612のメ
サ状部612cを覆い、入出力端子バンプ電極820の
付近には開口部700aを有する形状となる。FIG. 21 shows a configuration of an input / output terminal bump electrode 820 according to the thirteenth embodiment of the present invention. FIG.
21A is a longitudinal sectional view, FIG. 21B is a plan view, and FIG. 21A is a sectional view taken along the line X-Y of FIG. 21B. The input / output terminal bump electrode 820 according to the thirteenth embodiment has a combined shape with the input / output terminal bump electrode 820 according to the tenth to twelfth embodiments. Therefore, the synergistic effect is remarkably enhanced, and the chip wiring 700 is hardly disconnected. The lower structure 612
In addition, the input / output terminal bump electrode 8
The periphery of the lower structure 612 is formed in a mesa shape so as to surround 20. Also, an electrically insulating resin layer 92 made of polyimide.
If the shape of 0 is added, the shape covers the mesa-shaped portion 612c of the lower structure 612 and has an opening 700a near the input / output terminal bump electrode 820.
【0050】なお入出力端子バンプ電極820および素
子バンプ電極810の半導体チップ基材500表面から
の高さは、上層配線750の形成の有無等によって異な
る。入出力端子バンプ電極820は、素子バンプ電極8
10の高さに同一かまたはそれ以上の高さとなるように
調整される。また、下部構造物612の材料としては、
上述の実施形態のような半導体層に代えて、チップ配線
700を形成する金属等を使用することもできる。また
これらを併用することもできる。なお下部構造物612
の材料としてポリイミドなどの電気絶縁性樹脂を使用す
ることも考えられるけれども、密着性や工程上の利便性
等を考慮すると、使用しないか、使用する場合は単独で
はなく、むしろ半導体層や金属と併用することが望まし
い。The heights of the input / output terminal bump electrodes 820 and the element bump electrodes 810 from the surface of the semiconductor chip substrate 500 differ depending on whether or not the upper wiring 750 is formed. The input / output terminal bump electrode 820 is
The height is adjusted to be equal to or higher than 10 heights. Further, as a material of the lower structure 612,
Instead of the semiconductor layer as in the above embodiment, a metal or the like forming the chip wiring 700 can be used. These can also be used in combination. The lower structure 612
Although it is conceivable to use an electrically insulating resin such as polyimide as a material for the material, in consideration of adhesion and process convenience, etc., it is not used, or when used, it is not used alone, but rather with a semiconductor layer or metal. It is desirable to use them together.
【0051】図22は、本発明の第14実施形態による
半導体装置100の基本構成を示す。図22(a)は縦
断面図、図22(b)は平面図をそれぞれ示し、図22
(a)は図22(b)の切断面線X−Yから見た断面図
に相当する。本実施形態による半導体装置100は、縦
型構造のトランジスタ素子600を有する半導体チップ
400を、配線基板配線320を具備した配線基板30
0に、素子ならびに入出力端子バンプ電極810,82
0等を介してフリップチップ接続している。配線基板3
00は、AlN(窒化アルミニウム)製の配線基板基材
310に、Auで配線基板配線320を形成したLCC
基板である。配線基板配線320について、素子バンプ
電極810を接合すべき位置は接地電極340であり、
入出力端子バンプ電極820を接合すべき位置は各々の
配線基板電極部330となる。配線基板基材310のA
lN、配線基板配線320やバンプ電極や上層配線で用
いるAuは、熱伝導性のよい材料であるので、トランジ
スタ素子600からの熱を効率的に配線基板300側へ
放熱することができ、多数のトランジスタ素子群を有す
る半導体チップ400においても、良好な電気的特性を
得ることができる。なお本実施形態では、半導体チップ
400の直下、すなわち半導体チップ400と配線基板
300とのギャップは、エポキシ系樹脂またはシリコー
ン系樹脂等の界面樹脂200で満たされており、これに
よって半導体装置100の耐湿性、熱履歴およびメカニ
カル的な信頼性の向上を図ることができる。また、界面
樹脂200として熱伝導性に優れた樹脂を用いて、さら
に放熱性を上げることもできる。FIG. 22 shows the basic structure of the semiconductor device 100 according to the fourteenth embodiment of the present invention. FIG. 22A is a longitudinal sectional view, FIG. 22B is a plan view, and FIG.
(A) corresponds to a cross-sectional view taken along the line XY of FIG. 22 (b). In the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the semiconductor chip 400 having the transistor element 600 having the vertical structure is connected to the wiring board 30 having the wiring board wiring 320.
0, elements and input / output terminal bump electrodes 810, 82
Flip-chip connection via 0 or the like. Wiring board 3
00 is an LCC in which a wiring board wiring 320 is formed of Au on a wiring board substrate 310 made of AlN (aluminum nitride).
It is a substrate. With respect to the wiring board wiring 320, the position where the element bump electrode 810 should be joined is the ground electrode 340,
The positions where the input / output terminal bump electrodes 820 should be joined are the respective wiring board electrode portions 330. A of the wiring substrate 310
1N, Au used for the wiring board wiring 320, the bump electrode, and the upper layer wiring is a material having good thermal conductivity, so that the heat from the transistor element 600 can be efficiently dissipated to the wiring board 300 side. Also in the semiconductor chip 400 having the transistor element group, favorable electric characteristics can be obtained. In the present embodiment, the area directly below the semiconductor chip 400, that is, the gap between the semiconductor chip 400 and the wiring board 300 is filled with the interface resin 200 such as an epoxy resin or a silicone resin. Performance, thermal history, and mechanical reliability can be improved. Further, by using a resin having excellent thermal conductivity as the interface resin 200, the heat dissipation can be further improved.
【0052】図23は、第14実施形態の半導体装置1
00を製造する工程の一部を示す。図23(a)では、
半導体チップ400と配線基板300とを位置合わせす
るアライメント工程を示す。なお半導体チップ400は
ボンダのボンディングツール350の先端に真空吸着さ
れており、配線基板300はボンダのステージ360に
真空吸着されている。次に図23(b)に示すボンディ
ング工程が行われる。ボンディング条件は、素子バンプ
電極、入出力バンプ電極またはダミーバンプ電極などの
バンプ電極800のボンディングによる潰れ量が約10
μmとなるような圧力、加熱温度および加熱時間に調節
される。本実施形態では、入出力端子バンプ電極820
の潰れ量が約11μmとなる条件、すなわち圧力が1.
0kg/cm2、加熱温度が350℃、および加熱時間
が5秒となっている。ボンディング時の加熱には、パル
スヒート方式を用い、トランジスタ素子600等に加わ
る熱を極力低減する。FIG. 23 shows a semiconductor device 1 according to the fourteenth embodiment.
00 shows a part of the process of manufacturing the “00”. In FIG. 23 (a),
7 shows an alignment step of aligning the semiconductor chip 400 and the wiring board 300. The semiconductor chip 400 is vacuum-adsorbed to the tip of the bonding tool 350 of the bonder, and the wiring board 300 is vacuum-adsorbed to the stage 360 of the bonder. Next, a bonding step shown in FIG. The bonding condition is such that the crushing amount of the bump electrode 800 such as an element bump electrode, an input / output bump electrode or a dummy bump electrode due to bonding is about 10%.
The pressure, the heating temperature and the heating time are adjusted so as to be μm. In this embodiment, the input / output terminal bump electrode 820 is used.
Is about 11 μm, that is, the pressure is 1.
0 kg / cm 2 , a heating temperature of 350 ° C., and a heating time of 5 seconds. For the heating during bonding, a pulse heating method is used, and heat applied to the transistor element 600 and the like is reduced as much as possible.
【0053】図23(b)では、素子および入出力端子
バンプ電極810,820等のバンプ電極800のボン
ディングによる潰れ状態を示す。図24(b)に示すよ
うに、入出力端子バンプ電極820の潰れ量psが約1
1μmとなるときに接続後の半導体チップ基材500の
表面から配線基板配線320までの高さhbが約21μ
mになるボンディング条件の場合を例にとる。すなわ
ち、元の高さが約32μmである入出力端子バンプ電極
820の潰れ量psが約11μmとなる。このとき、図
24(a)に示すように、元の高さが約29μmである
素子バンプ電極810の非真性動作部650に相当する
部分の素子バンプ電極の潰れ量ptnは約8μmとなり、
元の高さが約25μmである素子バンプ電極810の真
性動作部630に相当する部分の素子バンプ電極の潰れ
量ptrは約4μmとなる。潰れ量の大きいほど、そのバ
ンプ電極のボンディング強度は大きくなる。したがっ
て、本実施形態では、入出力端子バンプ電極820のボ
ンディング強度は素子バンプ電極810のボンディング
強度よりも大きくなる。一方フリップチップ接続後の形
態では、チップ周辺部のバンプほど熱応力等が大きくな
る。チップ周辺部に入出力端子バンプ電極820が配置
されても、そのボンディング強度が比較的大きいので、
バンプ電極と配線基板300の接合部との剥がれによる
オープン不良は起こりにくくなる。さらに素子バンプ電
極810では、真性動作部630の直上方部分での潰れ
量ptrは小さいため、ボンディング時などに真性動作部
630へボンディング荷重が伝わりにくくなり、トラン
ジスタ素子600がダメージを受けることを防止するこ
とができる。FIG. 23B shows a crushed state of the element and the bump electrodes 800 such as the input / output terminal bump electrodes 810 and 820 by bonding. As shown in FIG. 24B, the crush amount p s of the input / output terminal bump electrode 820 is about 1
When the height is 1 μm, the height h b from the surface of the semiconductor chip substrate 500 after connection to the wiring board wiring 320 is about 21 μm.
The case of the bonding condition where m is taken is taken as an example. That is, crush amount p s of the input and output terminal bump electrodes 820 yuan height of about 32μm is about 11 [mu] m. At this time, as shown in FIG. 24A, the crush amount p tn of the element bump electrode in the portion corresponding to the non-intrinsic operation part 650 of the element bump electrode 810 whose original height is about 29 μm is about 8 μm.
The crush amount ptr of the element bump electrode in a portion corresponding to the intrinsic operation portion 630 of the element bump electrode 810 having an original height of about 25 μm is about 4 μm. The larger the amount of collapse, the greater the bonding strength of the bump electrode. Therefore, in this embodiment, the bonding strength of the input / output terminal bump electrode 820 is higher than the bonding strength of the element bump electrode 810. On the other hand, in the configuration after the flip-chip connection, the thermal stress and the like become larger at the bumps at the peripheral portion of the chip. Even if the input / output terminal bump electrode 820 is arranged around the chip, its bonding strength is relatively high,
Open failure due to peeling between the bump electrode and the joint of the wiring board 300 is less likely to occur. Further, in the element bump electrode 810, since the crush amount p tr in a portion immediately above the intrinsic operation section 630 is small, it is difficult for the bonding load to be transmitted to the intrinsic operation section 630 at the time of bonding or the like, so that the transistor element 600 may be damaged. Can be prevented.
【0054】図23(c)は、界面樹脂200を注入す
る工程を示す。本実施形態では、半導体チップ400の
端部に、フィラーを含まないエポキシ系樹脂またはシリ
コーン系樹脂等の界面樹脂200を、ディスペンサのノ
ズル210から適量滴下させて注入する。界面樹脂20
0は、毛細管現象によって気泡等を巻込むことなく半導
体チップ400と配線基板300とのギャップに侵入す
る。なお界面樹脂200としては、高周波動作への影響
が少なくなるように、誘電率の小さい材料を使用する。
なお、界面樹脂200としては、半導体チップ400と
配線基板300とのギャップに入りやすいように、本実
施形態ではフィラーを含まない樹脂を使用したが、均等
に侵入可能であれば、ギャップに比べて充分に小さい微
小フィラーを含有したものでもよい。図23(d)で
は、界面樹脂200を硬化させる工程を示す。本実施形
態では、窒素ガス雰囲気中で150℃に2時間加熱す
る。なお本実施形態では、半導体チップ400と配線基
板300とのギャップに、界面樹脂200による封止を
行っているけれども、必ずしも行わなくてもよい。ある
いは半導体チップ400を全体として覆うようにコーテ
ィングしてもよい。FIG. 23C shows a step of injecting the interface resin 200. In this embodiment, an interface resin 200 such as an epoxy-based resin or a silicone-based resin containing no filler is dropped and injected into the end of the semiconductor chip 400 from the nozzle 210 of the dispenser. Interface resin 20
0 penetrates into the gap between the semiconductor chip 400 and the wiring substrate 300 without entrapping bubbles or the like due to capillary action. Note that a material having a small dielectric constant is used as the interface resin 200 so that the influence on the high-frequency operation is reduced.
In this embodiment, a resin containing no filler is used as the interfacial resin 200 so as to easily enter the gap between the semiconductor chip 400 and the wiring substrate 300. A material containing a sufficiently small fine filler may be used. FIG. 23D shows a step of curing the interface resin 200. In this embodiment, heating is performed at 150 ° C. for 2 hours in a nitrogen gas atmosphere. In the present embodiment, although the gap between the semiconductor chip 400 and the wiring board 300 is sealed with the interface resin 200, the gap is not necessarily required. Alternatively, coating may be performed so as to cover the semiconductor chip 400 as a whole.
【0055】以上説明した各実施形態では、npnエミ
ッタアップ型の縦型構造として、コレクタ、ベースおよ
びエミッタをこの順番で半導体チップ基材500上に形
成しているけれども、この反対の順序で、エミッタ、ベ
ースおよびコレクタを半導体チップ基材500上に形成
してもよい。また半導体層の導電型を各実施形態で示し
た導電型とは異なる導電型に代えることもできる。バイ
ポーラトランジスタについても、エミッタのみがバンド
キャップの大きい、いわゆる、シングルヘテロバイポー
ラトランジスタ(SHBT)や、コレクタにもワイドバ
ンドギャップ材料を用いるいわゆるダブルヘテロバイポ
ーラトランジスタ(DHBT)とすることもできる。ま
たO+、B+、H+イオン等を外部ベース直下に注入して
ベース・コレクタ間容量Cbcを低減する方法や、イオ
ン注入による素子間分離法との組合わせも可能である。In each of the embodiments described above, the collector, the base, and the emitter are formed on the semiconductor chip substrate 500 in this order as an npn emitter-up type vertical structure. , A base and a collector may be formed on the semiconductor chip substrate 500. Further, the conductivity type of the semiconductor layer can be changed to a conductivity type different from the conductivity type shown in each embodiment. The bipolar transistor can also be a so-called single hetero bipolar transistor (SHBT) in which only the emitter has a large band cap, or a so-called double hetero bipolar transistor (DHBT) using a wide band gap material for the collector. Further, a method of reducing the base-collector capacitance Cbc by implanting O + , B + , H + ions, etc. directly below the external base, or a combination with an element isolation method by ion implantation is also possible.
【0056】第1〜第14実施形態では、能動素子とし
てHBTについて説明しているけれども、たとえば縦型
構造素子では、通常のバイポーラトランジスタ、サイリ
スタ、HET(Hot Electron Transistor)、共鳴トン
ネルトランジスタなどにも本発明を同様に適用すること
ができる。また横型構造素子では、FET(FieldEffec
t Transistor)、横型バイポーラトランジスタ、HEM
T(High ElectronMobility Transistor)等でもよく、
またはこれらの組合わせあるいは発光や受光素子との組
合わせにも本発明を適用可能である。また各実施形態で
は、マイクロ波電力増幅用のトランジスタチップを例と
して説明しているけれども、上述の種々の半導体素子を
有するMMICチップ、超高速用集積回路等にも応用可
能である。各実施形態においては、素子バンプ電極81
0はエミッタ信号電極としての役割も果しているけれど
も、大電力を扱うMMICチップや超高速集積回路等の
用途によっては、バンプ電極がエミッタやソースである
と都合が悪い場合もある。このような場合は、バンプ電
極をベースやゲートあるいはコレクタやドレインに接続
するか、電極としては使用せず、絶縁膜を介する等の方
法によって熱拡散の用途のみに用いることもできる。In the first to fourteenth embodiments, the HBT has been described as an active element. However, in the case of a vertical structure element, for example, a normal bipolar transistor, a thyristor, a HET (Hot Electron Transistor), a resonance tunnel transistor, or the like is used. The invention is equally applicable. In the case of a lateral structure element, an FET (FieldEffec
t Transistor), horizontal bipolar transistor, HEM
T (High Electron Mobility Transistor) etc.
The present invention is also applicable to a combination of these or a combination with a light emitting or light receiving element. In each embodiment, a transistor chip for microwave power amplification is described as an example, but the present invention is also applicable to an MMIC chip having various semiconductor elements described above, an integrated circuit for ultra high speed, and the like. In each embodiment, the element bump electrode 81
Although 0 also plays a role as an emitter signal electrode, it may be inconvenient if the bump electrode is an emitter or a source depending on the application of an MMIC chip or an ultra-high-speed integrated circuit that handles large power. In such a case, the bump electrode may be connected to a base or a gate, a collector or a drain, or not used as an electrode, but may be used only for heat diffusion by a method such as via an insulating film.
【0057】また各実施形態の対象とすることができる
半導体チップ400の材料は、GaAsに限定されるも
のではなく、InP、SiC、GaP等の化合物半導体
や、CやSi等の元素半導体であってもよい。また素子
自体についても、たとえばAlGaAs/GaAs系、
InGaP/GaAs系、InGaAs(P)/InA
lAs系、InGaAs(P)/InP系と他の格子整
合系であってもよく、またInGaAs/AlGaAs
/InP等の格子不整合系であってもよい。The material of the semiconductor chip 400 that can be used in each embodiment is not limited to GaAs, but may be a compound semiconductor such as InP, SiC, or GaP, or an element semiconductor such as C or Si. You may. In addition, the element itself is, for example, an AlGaAs / GaAs system,
InGaP / GaAs, InGaAs (P) / InA
An lAs system, InGaAs (P) / InP system and other lattice matching systems may be used, and InGaAs / AlGaAs may be used.
A lattice mismatching system such as / InP may be used.
【0058】さらに各実施形態では、フリップチップ接
続による配線基板300として、Auで配線基板配線3
20を形成したAlN基板を用いている。熱伝導性の良
好な材料であれば、酸化ベリリウム(BeO)を添加し
たSiCなどの他の材料を用いることもできる。また配
線基板300は必ずしも平面単板である必要はなく、い
わゆるスルホールやビアホールを具備してもよく、また
積層基板等、平面以外の構造を有してもよい。なお各実
施形態では、半導体チップ400の裏面側からの放熱を
特に図っていない。当然ながら、半導体チップ400の
裏面を薄く削って伝熱用半田やケースキャップ等を経由
して放熱する方法と組合わせることもできる。Further, in each embodiment, the wiring board 300 is made of Au as the wiring board 300 by flip-chip connection.
An AlN substrate on which 20 is formed is used. Other materials having good thermal conductivity, such as SiC to which beryllium oxide (BeO) is added, can also be used. Further, the wiring substrate 300 does not necessarily need to be a single planar plate, and may have a so-called through hole or via hole, or may have a structure other than a flat surface such as a laminated substrate. In each embodiment, heat radiation from the back surface side of the semiconductor chip 400 is not particularly intended. Naturally, it is also possible to combine with a method of shaving the back surface of the semiconductor chip 400 thinly and dissipating heat via the heat transfer solder or the case cap.
【0059】[0059]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体チ
ップの入出力端子バンプ電極の半絶縁性基板表面からの
高さは、半導体素子の素子バンプ電極の高さ以上に調整
されるので、フリップチップ実装時に入出力端子バンプ
電極のボンディング強度を相対的に強化することがで
き、配線基板との接合部の剥がれを防止することができ
る。As described above, according to the present invention, the height of the input / output terminal bump electrodes of the semiconductor chip from the surface of the semi-insulating substrate is adjusted to be higher than the height of the element bump electrodes of the semiconductor element. In addition, the bonding strength of the input / output terminal bump electrode can be relatively enhanced at the time of flip-chip mounting, and peeling of the joint portion with the wiring board can be prevented.
【0060】また本発明によれば、入出力端子バンプ電
極からチップ配線が設けられるので、半絶縁性基板上に
トランジスタ、抵抗、スパイラルインダクタ、キャパシ
タ等のMMICを構成する種々の素子を搭載したとき
に、容易に電気的な接続や結合を行うことができる。下
部構造物を設けることによって、半絶縁性基板の主面上
に連なる部分でチップ配線を下部構造物が横切ることが
あっても、チップ配線の厚さが下部構造物の厚さよりも
厚いので、チップ配線が段切れしてオープン不良を発生
する危険を回避することができる。Further, according to the present invention, since the chip wiring is provided from the input / output terminal bump electrode, when various elements constituting the MMIC such as a transistor, a resistor, a spiral inductor, and a capacitor are mounted on a semi-insulating substrate. In addition, electrical connection and coupling can be easily performed. By providing the lower structure, even if the lower structure may cross the chip wiring in a portion connected to the main surface of the semi-insulating substrate, since the thickness of the chip wiring is thicker than the thickness of the lower structure, It is possible to avoid a risk that the chip wiring is disconnected and an open defect occurs.
【0061】また本発明によれば、チップ配線が設けら
れ、下部構造物から半絶縁性基板主面上に連なる引き出
し部では電気絶縁性樹脂層が具備される。これによっ
て、チップ配線をなだらかに引き出すことができ、段切
れのためにオープン不良が発生する危険をさらに減少さ
せることができる。またチップ配線がなだらかに引き出
されるので、その上方に形成するパッシベーションとし
てのSiNx等のカバレージを向上させ、ひいては半導
体チップの耐湿性の向上を図ることができる。According to the present invention, a chip wiring is provided, and an electrically insulating resin layer is provided at a lead portion extending from the lower structure to the semi-insulating substrate main surface. As a result, the chip wiring can be smoothly drawn out, and the risk of occurrence of an open defect due to disconnection can be further reduced. In addition, since the chip wiring is smoothly drawn out, the coverage of SiNx or the like as a passivation formed thereabove can be improved, and the moisture resistance of the semiconductor chip can be improved.
【0062】また本発明によれば、下部構造物は多段の
メサ状に形成される。下部構造物の厚さが分割されて一
段分の厚さが薄くなるので、チップ配線の引き出し部分
が接触しにくくなり、段切れによるオープン不良の発生
を防ぐことができる。Further, according to the present invention, the lower structure is formed in a multi-stage mesa shape. Since the thickness of the lower structure is divided and the thickness of one step is reduced, it is difficult for the lead-out portion of the chip wiring to contact, and the occurrence of an open defect due to disconnection of the step can be prevented.
【0063】さらに本発明によれば、バンプ電極を形成
する工程の前に、半導体層を順次積層する工程と、積層
された半導体層の大部分を半絶縁性基板に達するまで除
去する工程とを含む。入出力端子バンプ電極の下部構造
物を半導体層と同一物質から形成する場合は、エッチン
グ除去の工程で同時に下部構造物を形成することができ
る。下部構造物が存在すれば、バンプ電極を形成する際
に、入出力バンプ電極の半絶縁性基板主面からの高さ
を、素子バンプ電極高さ以上に形成することが容易であ
る。Further, according to the present invention, before the step of forming a bump electrode, a step of sequentially stacking semiconductor layers and a step of removing most of the stacked semiconductor layers until the semiconductor layers reach the semi-insulating substrate. Including. When the lower structure of the input / output terminal bump electrode is formed of the same material as the semiconductor layer, the lower structure can be formed simultaneously with the etching removal process. When the lower structure is present, it is easy to form the bump electrode with a height of the input / output bump electrode from the main surface of the semi-insulating substrate equal to or higher than the height of the element bump electrode.
【0064】さらに本発明によれば、縦型構造の半導体
素子の真性動作部の直上方には素子バンプ電極が存在し
ない。半導体素子をフリップチップボンディングするよ
うな場合には、充分なつぶれ量となるように押圧して接
合強度を高めて剥がれを防ぎ、かつ真性動作部に間接的
なダメージを与えるおそれを解消することができる。Further, according to the present invention, there is no element bump electrode just above the intrinsic operation part of a semiconductor device having a vertical structure. In the case of flip chip bonding of a semiconductor element, it is necessary to increase the bonding strength by pressing so as to have a sufficient amount of crushing, prevent peeling, and eliminate the possibility of indirectly damaging the intrinsic operation part. it can.
【0065】[0065]
【0066】さらに本発明によれば、フリップチップボ
ンディング時に入出力バンプ電極接合強度を充分に得る
ことができ、素子バンプ電極を介して半導体チップの真
性動作部に応力によるダメージを与えるおそれを解消す
ることができる。素子バンプ電極によって半導体チップ
からの放熱を良好にするとともに、入出力バンプ電極に
よって信号の入出力のための電気的接続を行うことがで
きる。これによって、マイクロ波用などに好適な実装形
態の半導体装置を低コストで実現することができる。Further, according to the present invention, sufficient bonding strength between input and output bump electrodes can be obtained at the time of flip chip bonding, and the possibility of damaging the intrinsic operation portion of the semiconductor chip through stress through the element bump electrodes can be eliminated. be able to. The heat dissipation from the semiconductor chip can be improved by the element bump electrodes, and the electrical connection for signal input / output can be performed by the input / output bump electrodes. This makes it possible to realize a semiconductor device having a mounting form suitable for microwaves or the like at low cost.
【0067】さらにまた本発明によれば、接続部分を電
気絶縁性樹脂で封止することによって、耐湿性などの信
頼性の向上を図ることができる。また、高熱と高周波の
信号の取扱いに好適な実装形態で半導体装置を形成する
ことができ、特にマイクロ波電力増幅用HBTの実用化
に向けて大きく寄与することができる。Further, according to the present invention, reliability such as moisture resistance can be improved by sealing the connection portion with an electrically insulating resin. Further, the semiconductor device can be formed in a mounting mode suitable for handling high-heat and high-frequency signals, and can greatly contribute to the practical use of an HBT for microwave power amplification.
【図1】本発明の実施の第1形態の基本的な構成を示す
縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a basic configuration of a first embodiment of the present invention.
【図2】実施第1形態に使用するnpnエミッタアップ
型トランジスタ素子の能動部の外観を示す簡略化した斜
視図である。FIG. 2 is a simplified perspective view showing an appearance of an active portion of an npn emitter-up transistor element used in the first embodiment.
【図3】実施第1形態に使用するnpnエミッタアップ
型トランジスタ素子の能動部を含む主要部の構成を示す
縦断面図および平面図である。FIGS. 3A and 3B are a vertical sectional view and a plan view showing a configuration of a main part including an active part of an npn emitter-up type transistor element used in the first embodiment. FIGS.
【図4】実施第1形態による半導体チップの構成を示す
縦断面図および平面図である。FIGS. 4A and 4B are a vertical sectional view and a plan view showing a configuration of a semiconductor chip according to a first embodiment.
【図5】実施第1形態のトランジスタ素子を拡大して示
す縦断面図および平面図である。FIGS. 5A and 5B are an enlarged longitudinal sectional view and a plan view showing a transistor element according to the first embodiment; FIGS.
【図6】実施第1形態のトランジスタチップの製造方法
を示す一連の縦断面図である。FIG. 6 is a series of longitudinal sectional views showing a method for manufacturing the transistor chip of the first embodiment.
【図7】実施第1形態のトランジスタチップの製造方法
を示す一連の縦断面図である。FIG. 7 is a series of longitudinal sectional views showing a method for manufacturing the transistor chip of the first embodiment.
【図8】本発明の実施の第2形態によるトランジスタ素
子を拡大して示す縦断面図である。FIG. 8 is an enlarged longitudinal sectional view showing a transistor element according to a second embodiment of the present invention.
【図9】本発明の実施の第3形態によるトランジスタ素
子を拡大して示す縦断面図である。FIG. 9 is an enlarged longitudinal sectional view showing a transistor element according to a third embodiment of the present invention.
【図10】本発明の実施の第4形態によるトランジスタ
素子を拡大して示す縦断面図および平面図である。FIG. 10 is an enlarged longitudinal sectional view and a plan view showing a transistor element according to a fourth embodiment of the present invention.
【図11】本発明の実施の第5形態によるトランジスタ
素子を拡大して示す縦断面図である。FIG. 11 is an enlarged longitudinal sectional view showing a transistor element according to a fifth embodiment of the present invention.
【図12】本発明の実施の第6形態によるトランジスタ
素子を拡大して示す縦断面図および平面図である。FIG. 12 is an enlarged longitudinal sectional view and a plan view showing a transistor element according to a sixth embodiment of the present invention.
【図13】本発明の実施の第7形態による半導体チップ
を示す平面図である。FIG. 13 is a plan view showing a semiconductor chip according to a seventh embodiment of the present invention.
【図14】実施第7形態のトランジスタ素子群の構成を
示す部分的な縦断面図である。FIG. 14 is a partial longitudinal sectional view showing a configuration of a transistor element group according to a seventh embodiment.
【図15】実施第7形態のトランジスタ素子を拡大して
示す縦断面図および平面図である。15A and 15B are a longitudinal sectional view and a plan view showing a transistor element of a seventh embodiment in an enlarged manner.
【図16】本発明の実施の第8形態によるトランジスタ
チップを部分的に拡大して示す縦断面図である。FIG. 16 is a vertical sectional view showing a transistor chip according to an eighth embodiment of the present invention in a partially enlarged manner.
【図17】本発明の実施の第9形態によるトランジスタ
チップを部分的に拡大して示す縦断面図および平面図で
ある。17A and 17B are a longitudinal sectional view and a plan view showing a transistor chip according to a ninth embodiment of the present invention in a partially enlarged manner.
【図18】本発明の実施の第10形態による入出力端子
バンプ電極付近を拡大して示す縦断面図および平面図で
ある。FIGS. 18A and 18B are an enlarged longitudinal sectional view and a plan view showing the vicinity of an input / output terminal bump electrode according to a tenth embodiment of the present invention.
【図19】本発明の実施の第11形態による入出力端子
バンプ電極付近を拡大して示す縦断面図および平面図で
ある。FIG. 19 is an enlarged longitudinal sectional view and a plan view showing the vicinity of an input / output terminal bump electrode according to an eleventh embodiment of the present invention.
【図20】本発明の実施の第12形態による入出力端子
バンプ電極付近を拡大して示す縦断面図および平面図で
ある。FIG. 20 is an enlarged longitudinal sectional view and a plan view showing the vicinity of an input / output terminal bump electrode according to a twelfth embodiment of the present invention.
【図21】本発明の実施の第13形態による入出力端子
バンプ電極付近を拡大して示す縦断面図および平面図で
ある。FIG. 21 is an enlarged longitudinal sectional view and a plan view showing the vicinity of an input / output terminal bump electrode according to a thirteenth embodiment of the present invention.
【図22】本発明の実施の第14形態による半導体装置
を示す縦断面図および平面図である。FIG. 22 is a vertical sectional view and a plan view showing a semiconductor device according to a fourteenth embodiment of the present invention;
【図23】実施第14形態の半導体装置の製造方法の一
例を示す一連の縦断面図である。FIG. 23 is a series of longitudinal sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device of a fourteenth embodiment.
【図24】実施第14形態の半導体装置のボンディング
前後におけるバンプ高さとボンディングによるバンプ電
極等のつぶれ量の一例を示す部分的な縦断面図である。FIG. 24 is a partial vertical cross-sectional view showing an example of bump heights before and after bonding and the amount of crushing of bump electrodes and the like due to bonding in the semiconductor device of the fourteenth embodiment.
【図25】従来技術によるダミーバンプ電極の構成を示
す縦断面図である。FIG. 25 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a dummy bump electrode according to a conventional technique.
100 半導体装置 200 界面樹脂 300 配線基板 320 配線基板配線 330 配線基板電極部 340 接地電極 400 半導体チップ 500 半導体チップ基材 600 トランジスタ素子 610 半導体層 611,611C,611B,611E メサ層 612 下部構造物 620C,620B,620E オーミック電極 630 真性動作部 640 真性動作部近接域 650 非真性動作部 700 チップ配線 720 引出し配線 721 引出し電極部 730 エアーブリッジ 750 上層配線 800 バンプ電極 810 素子バンプ電極 820 入出力端子バンプ電極 831,832 ダミーバンプ電極 910 パッシベーション膜 920 電気絶縁性樹脂層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor device 200 Interface resin 300 Wiring board 320 Wiring board wiring 330 Wiring board electrode part 340 Ground electrode 400 Semiconductor chip 500 Semiconductor chip base material 600 Transistor element 610 Semiconductor layer 611, 611C, 611B, 611E Mesa layer 612 Lower structure 620C, 620B, 620E Ohmic electrode 630 Intrinsic operating part 640 Intrinsic operating part proximity area 650 Non-intrinsic operating part 700 Chip wiring 720 Leading wiring 721 Leading electrode part 730 Air bridge 750 Upper layer wiring 800 Bump electrode 810 Element bump electrode 820 Input / output terminal bump electrode 831 , 832 Dummy bump electrode 910 Passivation film 920 Electrically insulating resin layer
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−349846(JP,A) 特開 平6−104275(JP,A) 特開 平2−105420(JP,A) 実開 昭62−51742(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 H01L 21/331 H01L 29/73 Continuation of the front page (56) References JP-A-6-349846 (JP, A) JP-A-6-104275 (JP, A) JP-A-2-105420 (JP, A) , U) (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/60 H01L 21/331 H01L 29/73
Claims (8)
体層の積層によって構成され、メサエッチングによって
各オーミック電極間が絶縁され、少なくとも1つのオー
ミック電極に接続される素子バンプ電極を具備する半導
体素子を、単一個または並列に接続した複数個有し、素
子バンプ電極とは異なる電位のチップ配線に接続される
複数の入出力端子バンプ電極を具備する半導体チップに
おいて、該入出力端子バンプ電極の下方と半絶縁性基板
との間に設けられ、金属もしくは半導体層と同一物質か
ら成り、半絶縁性基板の主面を基準として、入出力端子
バンプ電極の高さが素子バンプ電極の高さ以上となるよ
うに調整する下部構造物を含むことを特徴とする半導体
チップ。An element bump electrode, which is formed by sequentially laminating semiconductor layers on a main surface of a semi-insulating substrate, is insulated between each ohmic electrode by mesa etching, and is connected to at least one ohmic electrode. A semiconductor chip having a plurality of semiconductor elements provided in a single or parallel connection and having a plurality of input / output terminal bump electrodes connected to a chip wiring having a potential different from that of the element bump electrodes; It is provided between the lower part of the bump electrode and the semi-insulating substrate, and is made of the same material as the metal or the semiconductor layer. A semiconductor chip comprising a lower structure that is adjusted to have a height equal to or higher than a height.
つ入出力端子バンプ電極の前記下部構造物の上方に、下
部構造物から半絶縁性基板の主面上で下部構造物の外部
へ連なるチップ配線を有し、 下部構造物の厚さは、該チップ配線の厚さよりも薄いこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体チップ。2. A structure extending from the lower structure to the outside of the lower structure on the main surface of the semi-insulating substrate, below the input / output terminal bump electrode and above the lower structure of the input / output terminal bump electrode. The semiconductor chip according to claim 1, further comprising a chip wiring, wherein a thickness of the lower structure is smaller than a thickness of the chip wiring.
つ入出力端子バンプ電極の前記下部構造物の上方に、下
部構造物から半絶縁性基板の主面上で下部構造物の外部
へ連なるチップ配線を有し、 該チップ配線が下部構造物から外部に引き出される部分
の直下に、電気絶縁性樹脂層を具備することを特徴とす
る請求項1記載の半導体チップ。3. The lower structure is connected to the outside of the lower structure on the main surface of the semi-insulating substrate, below the input / output terminal bump electrode and above the lower structure of the input / output terminal bump electrode. 2. The semiconductor chip according to claim 1, further comprising a chip wiring, wherein an electric insulating resin layer is provided immediately below a portion where the chip wiring is drawn out from the lower structure.
つ入出力端子バンプ電極の前記下部構造物の上方に、下
部構造物から半絶縁性基板の主面上で下部構造物の外部
へ連なるチップ配線を有し、 該下部構造物は、メサ状に形成されることを特徴とする
請求項1記載の半導体チップ。4. The lower structure is connected to the outside of the lower structure on the main surface of the semi-insulating substrate below the input / output terminal bump electrode and above the lower structure of the input / output terminal bump electrode. The semiconductor chip according to claim 1, further comprising a chip wiring, wherein the lower structure is formed in a mesa shape.
構成要素となる複数の半導体層を、順次積層する工程
と、 半導体素子の真性動作部、および入出力端子バンプが形
成される入出力部を除く半導体層の大部分を、半絶縁性
基板に達するまでエッチングによって除去する工程と、 周辺を含む真性動作部および入出力部の半導体層上に、
素子バンプ電極および入出力端子バンプ電極をそれぞれ
含むバンプ電極を形成する工程とを含むことを特徴とす
る半導体チップの製造方法。5. A step of sequentially laminating a plurality of semiconductor layers as constituent elements of a semiconductor element on a main surface of a semi-insulating substrate, and forming an intrinsically operating portion of the semiconductor element and input / output terminal bumps. A step of etching most of the semiconductor layer excluding the input / output part by etching until reaching the semi-insulating substrate; and, on the intrinsic operation part including the periphery and the semiconductor layer of the input / output part,
Forming a bump electrode including each of an element bump electrode and an input / output terminal bump electrode.
体層の積層による縦型構造を有し、メサエッチングによ
って各オーミック電極間が絶縁され、少なくとも1つの
オーミック電極に接続される素子バンプ電極を具備する
半導体素子において、 該素子バンプ電極は、半導体素子の少なくとも真性動作
部の直上方には存在せず、該真性動作部の周囲に存在す
る非真性動作部の少なくとも一部の直上方に存在するよ
うな形状に形成され、 該非真性動作部の少なくとも一部の直上方に存在する素
子バンプ電極と、真性動作部の縦型構造の最上層とを接
続する引き出し配線を含むことを特徴とする半導体素
子。6. A semiconductor device having a vertical structure in which semiconductor layers are sequentially stacked on a main surface of a semi-insulating substrate, and each ohmic electrode is insulated by mesa etching and connected to at least one ohmic electrode. In a semiconductor device having an element bump electrode, the element bump electrode does not exist directly above at least the intrinsic operation part of the semiconductor element, and at least a part of a non-intrinsic operation part existing around the intrinsic operation part. A lead wire formed to have a shape directly above and including an element bump electrode immediately above at least a part of the non-intrinsic operation part and an uppermost layer of a vertical structure of the intrinsic operation part; A semiconductor element characterized by the above-mentioned.
チップ、または、請求項6に記載の半導体素子を単一個
または並列に接続した複数個有し、素子バンプ電極とは
異なる電位のチップ配線に接続される複数の入出力端子
バンプ電極を具備する半導体チップを実装する半導体装
置であって、 前記素子バンプ電極を接合すべき位置に接地電極を具備
し、前記入出力端子バンプ電極を接合すべき位置に配線
用電極を具備する配線基板を有し、 該配線基板の主面上に、該素子バンプ電極および該入出
力端子バンプ電極を介して、半導体チップが接続されて
いることを特徴とする半導体装置。7. A semiconductor chip according to claim 1 or a plurality of semiconductor elements according to claim 6 connected in a single or in parallel and having a potential different from that of the element bump electrodes. A semiconductor device mounting a semiconductor chip including a plurality of input / output terminal bump electrodes connected to a chip wiring, comprising: a ground electrode at a position where the element bump electrode is to be joined; A wiring board provided with wiring electrodes at positions to be joined; and a semiconductor chip connected to the main surface of the wiring board via the element bump electrodes and the input / output terminal bump electrodes. Characteristic semiconductor device.
配線基板とのギャップが、電気絶縁性樹脂材料で封止さ
れていることを特徴とする請求項7記載の半導体装置。8. The semiconductor device according to claim 7, wherein a gap between the connected semiconductor chip and the wiring board is sealed with an electrically insulating resin material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33961095A JP3229185B2 (en) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | Semiconductor chip, manufacturing method thereof, semiconductor element, and semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33961095A JP3229185B2 (en) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | Semiconductor chip, manufacturing method thereof, semiconductor element, and semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09181080A JPH09181080A (en) | 1997-07-11 |
JP3229185B2 true JP3229185B2 (en) | 2001-11-12 |
Family
ID=18329124
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33961095A Expired - Fee Related JP3229185B2 (en) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | Semiconductor chip, manufacturing method thereof, semiconductor element, and semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3229185B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2793953B1 (en) * | 1999-05-21 | 2002-08-09 | Thomson Csf | THERMAL CAPACITY FOR ELECTRONIC COMPONENT OPERATING IN LONG PULSES |
JP2019033199A (en) * | 2017-08-09 | 2019-02-28 | 株式会社村田製作所 | Semiconductor device |
-
1995
- 1995-12-26 JP JP33961095A patent/JP3229185B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09181080A (en) | 1997-07-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6028348A (en) | Low thermal impedance integrated circuit | |
JP4955384B2 (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 | |
US11670605B2 (en) | RF amplifier devices including interconnect structures and methods of manufacturing | |
US11356070B2 (en) | RF amplifiers having shielded transmission line structures | |
JP3084541B2 (en) | Vertical structure transistor | |
US20240088838A1 (en) | Group iii nitride-based radio frequency transistor amplifiers having source, gate and/or drain conductive vias | |
JP5280611B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and device obtained | |
JP2004319552A (en) | Flip-chip counter-electrode hemt | |
JPH0945692A (en) | Vertical-structure transistor and its manufacture as well as semiconductor device | |
JP2839795B2 (en) | Semiconductor device | |
US20230327624A1 (en) | Rf amplifier devices and methods of manufacturing including modularized designs with flip chip interconnections and integration into packaging | |
US5683919A (en) | Transistor and circuit incorporating same | |
Sato et al. | Bump heat sink technology-A novel assembly technology suitable for power HBTs | |
JP3229185B2 (en) | Semiconductor chip, manufacturing method thereof, semiconductor element, and semiconductor device | |
US20220321071A1 (en) | Rf amplifier devices and methods of manufacturing including modularized designs with flip chip interconnections | |
JP3264517B2 (en) | Vertical structure heterojunction bipolar transistor | |
JP2006114732A (en) | Semiconductor device, manufacturing method thereof, and semiconductor module | |
JP3674881B2 (en) | Semiconductor device | |
JP3268064B2 (en) | Semiconductor device | |
JP3243454B2 (en) | Vertical structure transistor | |
US20240105692A1 (en) | Packaged flip chip radio frequency transistor amplifier circuits | |
JPH10144801A (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080907 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080907 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090907 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |