JP3268064B2

JP3268064B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP3268064B2
Application number: JP13722193A
Authority: JP
Inventors: 浩哉佐藤; 真人宮宇地; 圭司山村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-06-08
Filing date: 1993-06-08
Publication date: 2002-03-25
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: JPH06349846A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、縦型構造トランジス
タに関し、より詳しくは、マイクロ波帯での電力増幅用
の縦型構造トランジスタとこれを用いた半導体装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】最近、マイクロ波帯での電力増幅用トラ
ンジスタの需要が高まっており、中でもマイクロ波帯域
において、現在実用化されているＧａＡｓＦＥＴ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をも
つヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ（以下
ＨＢＴと略す）は、高効率増幅器を実現する手段として
注目されている（例えば、N.L.Wang et al., "Ultrahig
h Power Efficiency Operation of Common-Emitter and
Common-Base HBT's at 10 GHz" IEEE Transaction on
Microwave Theory and Techniques, vol.38,No.10, pp1
381-1389）。

【０００３】一般に知られているように、上記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、適正に動作させるためには、基板
表面に形成された接合部（ｐｎ接合）の発熱を効率良く
半導体基板外へ逃がさなければならない。上記文献で
は、接合部の発熱を基板裏面側へ逃がす手段を採用して
いる。すなわち、半導体基板を薄く削るとともに、
接合部から周辺へ引き出した電極の直下にバイアホール
（基板裏面側から基板表面側へ貫通する孔）を設け、こ
のバイアホールに熱伝導性の良好な金属材料を埋め込ん
でいる（以下、従来法（ｉ）という）。

【０００４】一方、マイクロ波帯用に限らず、広くバイ
ポーラトランジスタの電極構造について調べると、特開
平３−３３３５号公報に見られるように、半導体基板表
面に形成された接合部（半導体基板（コレクタ）に略矩
形状のベース領域を設け、このベース領域内にインター
デジタル（すだれ状）構造をもつエミッタ領域を設けた
もの）の上に、基板表面から突起するバンプ電極を設け
たものがある。詳しくは、ベース領域，エミッタ領域の
略全域にそれぞれ薄膜電極を設け、各薄膜電極のうち上
記インターデジタル構造部以外の所定の面積を有する部
分（引き出し電極部）の上に上記バンプ電極を設けてい
る。このトランジスタでは、上記バンプ電極を通して、
接合部の発熱を効率良く基板外へ逃がすことができる
（以下、従来法(ii)という）。

【０００５】一方、本発明者らによる特願平４−１７２
６４５では、複数に分割された接合部をもつトランジス
タ素子真性動作部の直上にバンプ電極を設ける構造が示
され（以下、従来法(iii)という）、また、本発明者ら
による特願平４−２４９４００では、フィンガー状のエ
ミッタと直交する方向に電極を引き出し、その上に、バ
ンプを設ける構造が示されている（以下、従来法(iv)と
いう）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来法（ｉ）においては、次のような問題が生ずる。

【０００７】基板を薄く削るのに加え、バイアホール
を開口するため、ウエハに割れ欠けが生じて歩留りが低
下する。

【０００８】上記バイアホールは、加工精度の制約を
受けて、接合部（発熱箇所）から少なくとも５μｍ以上
離間する。このため、熱抵抗を効果的に減らすことが困
難である。

【０００９】マイクロ波帯では接合部からのエミッタ
引きだし線が無視できないインダクタンスをもち、フィ
ードバックインダクタンスとして働いて損失となる。

【００１０】また、上記従来法(ii)においては、次のよ
うな問題が生ずる。

【００１１】真性動作領域とも言えるインターデジタ
ルに構成されたエミッタ／ベース領域とは別の、バンプ
を具備する引き出し電極部の存在が前提であるため、素
子の寄生容量（Ｃｂｅ（ベースエミッタ間容量）、Ｃｂ
ｃ（ベースコレクタ間容量）、Ｃｅｃ（エミッタコレク
タ間容量）、以下同義）の低減に限界があり、高特性化
が困難である。

【００１２】実用上各電極上にそれぞれバンプを形成
することは、高周波用デバイスの場合電極が小さいため
不可能である。

【００１３】真性動作領域から離れた所に存在するバ
ンプ電極からエミッタ電極を取り出すため、エミッタイ
ンダクタンスが十分低減できない。

【００１４】このように多くの問題が生ずるため、従来
は、マイクロ波帯での電力増幅用としてＨＢＴを実用化
することができなかった。

【００１５】また従来法（iii)においては上記問題点の
大多数は解決されるが、複数のフィンガーに対して１つ
のバンプしか存在しないために、放熱が十分でなかっ
た。

【００１６】また、従来法（iv）においては上記問題点
の大多数は解決されるが、フィンガー部とバンプの距離
が大きいため、やはり、放熱が十分でなかった。

【００１７】そこで、本発明の目的は、基板表面に形成
された接合部の発熱をさらに効率良く逃がすことができ
るうえ、引き出し線のインダクタンス、寄生容量等を低
減でき、マイクロ波帯での電力増幅用として実用に供す
ることのできる縦型構造トランジスタおよびこれを用い
た半導体装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
されたフィンガー状の縦型構造トランジスタの真性動作
部の長手方向と略直交し、上記縦型構造トランジスタの
非真性動作部までバンプ電極を配設したことを特徴とす
るものである。

【００１９】また、本発明は、フィンガー状の縦型構造
トランジスタの非真性動作部のフィンガー長手方向のバ
ンプ電極の幅寸法が真性動作部の上記バンプ電極の幅寸
法より大なることを特徴とするものである。

【００２０】また、本発明は、フィンガー状の縦型構造
トランジスタの真性動作部直上のバンプ電極高さが、非
真性動作部の上記バンプ電極高さより低いことを特徴と
するものである。

【００２１】また、本発明は、フィンガー状の縦型構造
トランジスタの真性動作部のフィンガー長手方向と直交
する方向のフィンガー幅の寸法がそれぞれ１μｍから１
０μｍであることを特徴とするものである。

【００２２】また、本発明は、フィンガー状の縦型構造
トランジスタの真性動作部のフィンガー長手方向の寸法
とバンプ電極の上記フィンガー長手方向の寸法とが略一
致していることを特徴とするものである。

【００２３】また、本発明は、同一基板上でフィンガー
状の縦型構造トランジスタのバンプ電極が互いに接続さ
れていることを特徴とするものである。

【００２４】さらに、本発明は、フィンガー状の縦型構
造トランジスタのバンプ電極が設けられた半導体装置を
メタルパターンを具備したＡｌＮ基板上にフリップチッ
プ実装したことを特徴とするものである。

【００２５】さらに、また、本発明は、一方の半導体装
置の基板と他方のＡｌＮ基板との空隙にエポキシ樹脂を
満たしたことを特徴とするものである。

【００２６】さらに、また、本発明は、半導体装置のフ
リップチップ実装時のバンプ電極のつぶれ量を真性動作
部直上の高さと非真性動作部の高さとの差より大なるこ
とを特徴とするものである。

【００２７】さらに、また、本発明は、バンプ電極のＡ
ｌＮ基板への接地幅は基板と上記ＡｌＮ基板間の接続高
さより２倍以上であることを特徴とするものである。

【００２８】さらに、また、フリップチップ実装後のバ
ンプ電極のＡｌＮ基板への傾斜角が４５°以上であるこ
とを特徴とするものである。

【００２９】

【作用】フィンガー状の縦型構造トランジスタの真性動
作部直上に設けられたバンプ電極は、発熱箇所の極めて
近くに位置する。例えば、エミッタトップ型ＨＢＴの場
合、バンプ電極と発熱箇所（ベース／コレクタ接合）と
の距離はエミッタ厚とベース厚の和（０．５μｍ程度）
となる。すなわち、従来のバイアホールを設けた場合、
あるいは引き出し電極部上に存在するバンプを経由して
放熱する場合に比較して、引き出し距離が略１／１０程
度となる。

【００３０】また、発熱源たる、単一のフィンガー状の
縦型構造トランジスタの真性動作部に対して、非真性動
作部にまたがるようにバンプ電極が存在することによ
り、発熱源に比較して大きいバンプが存在することにな
り、かつ、近傍には熱流の干渉源となる他の発熱源が存
在しない状態になる。このため、フィンガー直上のバン
プ内で熱が拡散することができる。したがって従来法に
比べ、熱抵抗を低減するこができる。

【００３１】また、上記バンプ電極をヒートシンクに接
続することによって、放熱効率が著しく高まり、熱抵抗
が大幅に低減される。同時にエミッタから最短距離で、
かつ、太い接地線で接地されるので、インダクタンスは
極小に低減される。

【００３２】また、バンプ電極がフィンガー状の縦型構
造トランジスタの真性動作部のフィンガー長手方向と直
交する方向に位置する非真性動作部までまたがるよう存
在する場合は、これと逆にバンプが真性動作部のフィン
ガー長手方向とに位置するような配置を取った場合と比
較して寄生容量Ｃｂｅ，Ｃｃｅが小さい。したがって、
この縦型構造トランジスタを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可能となる。

【００３３】また、バンプ電極がフィンガー状の縦型構
造トランジスタの素子真性動作部から外にはずれた部分
において、バンプ電極の幅寸法が、前記フィンガー状の
縦型構造トランジスタの真性動作部直上でのバンプ電極
幅寸法に比較して大となることは、寄生容量を増やす事
なくバンプ断面積を増加することとなり、熱抵抗の低減
に寄与する。

【００３４】また、上記バンプ電極が、フィンガー状の
縦型構造トランジスタの真性動作部から外に出る部分の
直下に、絶縁体を具備することにより、フリップチップ
ボンディング工程でバンプ電極に対して加えられる圧力
がフィンガー部に集中することを避け、したがってボン
ディング工程での、真性動作部左右にウイング状に延び
る電極の、圧壊によるショートモードの不良を避けるこ
とができる。

【００３５】また、上記フィンガー状の縦型構造トラン
ジスタの真性動作部の幅方向の寸法は１μｍから１０μ
ｍの範囲に設定しておくのがよく、その理由は以下のと
おりである。

【００３６】本構造においては、発熱源たるベース／コ
レクタ接合部→エミッタ→バンプ電極→バンプを経由し
て放熱する。バンプ電極は縦型構造トランジスタの真性
動作部に相当するエミッタ電極に対し、該エミッタ電極
を取り巻くように存在する絶縁体の開孔部を経由してコ
ンタクトする。現在のフォトリソグラフィ技術ではアラ
イメント余裕を差し引くと幅方向の寸法が１μｍ以下で
は、放熱と電気接合に十分なコンタクト面積が得られな
い。このためトランジスタ素子真性動作部の幅方向の寸
法は１μｍ以上が望ましい。

【００３７】一方、フィンガー状の縦型構造トランジス
タの真性動作部の幅方向の寸法の上限は、エミッタクラ
ウディング効果によって制限される。真性動作部の幅方
向の寸法が１０μｍ以上となると、上記効果のため、高
周波デバイスとしての機能が著しく減殺される。

【００３８】図６に、エミッタフィンガー部中央部の電
流密度をＨＢＴが充分に動作する値の２×１０⁴Ａｃｍ
^-2に選んだ場合のエミッタフィンガー部のエッジ部での
電流密度とエミッタフィンガー部のエミッタ幅ｘ_Eとの
関係を示す。エミッタフィンガー部のエミッタ幅ｘ_Eが
１０μｍで中央部の電流密度はエッジ部の約３倍に達
し、これ以上では、エミッタフィンガー部中央部ではも
はやトランジスタとして動作せず、寄生容量として作用
し、高速動作を妨げる。従って、エミッタ幅ｘ_Eは１０
μｍ以下が望ましい。

【００３９】また、上記接合部はベース領域内に設けた
エミッタ領域の界面からなり、このエミッタ領域の寸法
と上記バンプ電極の幅寸法（基板側に接触する箇所の断
面の寸法）とが略一致している場合、一致していない場
合に比して次のような利点がある。

【００４０】まず、エミッタ領域の寸法よりもバンプ電
極の幅寸法が小さい場合は、エミッタ領域のうちバンプ
電極の周囲にはみ出した部分の放熱効率が低下する。こ
れに対して、両寸法が一致している場合は、エミッタ領
域全域の放熱が効率良く行われる。一方、エミッタ領域
の寸法よりもバンプ電極の幅寸法が大きい場合は、エミ
ッタに接合されたバンプ電極がベース領域やコレクタ領
域にはみ出すため、寄生容量Ｃｂｅ、Ｃｃｅが増加し
て、素子特性が悪くなる。これに対して、両寸法が一致
している場合は、このような寄生容量が小さいレベルで
抑えられる。したがって、素子特性が向上する。

【００４１】また、上記フィンガー状の縦型構造トラン
ジスタの真性動作部、もしくはフィンガー状の縦型構造
トランジスタの真性動作部及び絶縁体で他の電極と絶縁
されている部分の直上のバンプ高さが、バンプの他の部
分よりも低い場合、フリップチップボンディング時に縦
型構造トランジスタの真性動作部、若しくは上記絶縁体
及びその直下のトランジスタの非真性動作部にかかる荷
重が減殺されるため、素子破壊が生じにくく、歩留まり
向上に寄与する。

【００４２】また、上記バンプ電極がチップ上で互いに
接続されている場合、バンプ電極のフリップチップ接合
面積が増加してさらに熱抵抗が下がると共に、素子相互
の熱伝達が良好になるため、何らかの原因で複数の真性
動作部の内の一部が局所的に発熱した場合にも、熱暴走
を生じにくくなる。

【００４３】また、上記縦型構造トランジスタを構成し
たチップは、電極接続用のメタルパターンを具備したＡ
ｌＮ基板上にフリップチップ実装して半導体装置を形成
するのが放熱対策及び、接地インダクタンス低減のため
望ましい。

【００４４】また、上記チップ直下に樹脂を満たす事に
より、フリップチップボンドした際の機械的強度の向
上、信頼性の向上、熱抵抗の低減がはかれる。

【００４５】また、上記のバンプ電極を具備するチップ
をフリップチップ実装する際のバンプつぶれ量を、フィ
ンガー状の縦型構造トランジスタの真性動作部、もしく
はフィンガー状のトランジスタ素子真性動作部及び上記
絶縁体で他の電極と絶縁されている部分の直上のバンプ
高さと、バンプの他の部分との高さの差より大に選ぶこ
とにより、フリップチップ実装する際に縦型構造トラン
ジスタの真性動作部にかかる圧力を最小限に抑えつつ、
放熱に最も重要な、素子直上部をＡｌＮ基板に接合する
ことができる。

【００４６】また、フィンガー状の縦型構造トランジス
タの真性動作部からの発熱の大部分は、バンプ内を略４
５°方向に拡散しつつ放散する。したがって、バンプ電
極のＡｌＮ基板への接地幅は、基板接続高さの２倍より
大とすることにより、バンプ内部での熱抵抗の上昇を抑
えることができる。

【００４７】以上の作用により、従来法に比べ、熱抵抗
を低減することができる。本発明者らの検討によると、
本発明により、従来法と比較して図５に示すような熱抵
抗低減効果がある。すなわち、従来法（ｉ）,(iii),(i
v)と比較して、格段に熱抵抗を低減することができる。

【００４８】

【実施例】以下、本発明に係る縦型構造トランジスタ及
びそれを用いた半導体装置の実施例について図面に基づ
き説明する。

【００４９】本発明の一実施例であるバンプ電極を設け
た縦型構造トランジスタの断面図を図１（ａ）に、及び
その上面図を図１（ｂ）に示す。ここで、１はバンプ電
極、３はエミッタ電極、４は上層配線、５はエミッタフ
ィンガー部、６はベース電極、７はコレクタ層、８はベ
ース層、９はサブコレクタ層、１０はＧａＡｓ等の半絶
縁性基板、１１はポリイミドからなる層間絶縁膜、１２
はコレクタ電極、１３はベース引き出し電極、１４はコ
レクタ引き出し電極を示している。本実施例では半絶縁
性基板１０上に縦型構造トランジスタとしてマイクロ波
電力増幅用ｎｐｎエミッタアップ型ＨＢＴを用いてい
る。つまり、エミッタフィンガー部５（半導体層のメサ
エッチにより形成されたメサ形状のこと）及び階段状に
形成されたベース層８及びコレクタ層７及びサブコレク
タ層９より構成され、サブコレクタ層９上に設けられた
２本のコレクタ電極１２はコレクタ引き出し電極１４で
互いに接続され、ベース層８上に設けられた２本のベー
ス電極６はベース引き出し電極１３で互いに接続され、
１本のエミッタ電極３はバンプ電極１と接続されてい
る。また、バンプ電極１は、フィンガー状の縦型構造ト
ランジスタの真性動作部から外に出る部分の直下はポリ
イミドである層間絶縁膜１１で他の電極であるベース電
極６及びコレクタ電極１２と絶縁されている。また、バ
ンプ電極１以外の領域のベース引き出し電極１３及びコ
レクタ引き出し電極１４下には半導体層と絶縁するため
層間絶縁膜１１が設けられている。なお、以後、各図面
において同一部材は同一符号を用いるものとする。図１
より明らかなようにフィンガー状の縦型構造トランジス
タの真性動作部（ベースエミッタ接合領域及びコレクタ
層までの動作領域）の直上と、該真性動作部のフィンガ
ー長手方向（図１（ｂ）において紙面の上下方向）と直
交する方向に位置する非真性動作部（真性動作部以外の
領域のこと）にまたがるようにバンプ電極１を設けてい
る。

【００５０】次に、図１に示した本実施例での形状と主
要な寸法について説明する。

【００５１】まず、図１（ａ）において、縦型構造トラ
ンジスタ上のバンプ電極１は、上層配線４のため断面形
状は凹形状になっている。バンプ電極１の、縦型構造ト
ランジスタの真性動作部直上部及び層間絶縁膜１１を横
切る部分での高さは２５μｍで、トランジスタの非真性
動作部でのバンプ電極高さ２９μｍよりも低くなってい
る。

【００５２】また、図１（ｂ）において、バンプ電極１
は、フィンガー状の縦型構造トランジスタの真性動作部
から外に出た非真性動作部でのバンプ幅寸法（図１
（ｂ）において紙面の上下方向の寸法）が上記フィンガ
ー状の縦型構造トランジスタの真性動作部直上でのバン
プ幅寸法（図１（ｂ）において紙面の上下方向の寸法）
に比較して大となっている。つまり、バンプ電極１は上
面からみると略Ｈ型形状をしている。略Ｈ型形状をして
いる方が寄生容量を増やさずにバンプ電極の面積を増や
すことができるので、熱抵抗低減を効果的に行うことが
できる。

【００５３】また、フィンガー状の縦型構造トランジス
タの真性動作部の幅方向の寸法（図１（ａ）において紙
面の左右方向の寸法）は５μｍに設定されている。バン
プ電極は金メッキによって形成されている。フィンガー
状の縦型構造トランジスタの真性動作部の長手方向寸法
（図１（ｂ）において紙面の上下方向の寸法）は２０μ
ｍ、上記バンプ電極１のフィンガー直上部での幅寸法は
１６μｍである。フリップチップ実装後、バンプはつぶ
れて広がり、バンプ電極の幅寸法はフィンガー状のトラ
ンジスタ素子真性動作部の長手方向寸法と略一致する。

【００５４】次に、本発明の他の実施例であるバンプ電
極を設けた縦型構造トランジスタの断面図を図２（ａ）
に、及びその上面図を図２（ｂ）に示す。ここで、図１
の各符号と同一の符号は同一部材を示している。図１で
示した構造との違いは、縦型構造トランジスタの真性動
作部直上部及び層間絶縁膜１１上に上層配線４が覆って
おり、上層配線４はエミッタ電極３と接続されている。
従って、図１との断面構造の違いは、縦型構造トランジ
スタ上のバンプ電極１が凸形状になっている点である。
なお、後述するフリップチップ実装でのバンプ電極の形
状としては図１または図２に示すどちらの形状でもよい
が、縦型構造トランジスタへの応力緩和を重視する場合
は図１のバンプ形状の方が好ましい。なおあ、上層配線
４を設けずにバンプ電極を設けてもバンプ電極は凸形状
になる。

【００５５】次に、図３に、上記図１に示したバンプ電
極を設けた縦型構造トランジスタを含んだチップをメタ
ルパターンを具備したＡｌＮ基板上にフリップチップ実
装後の半導体装置の断面図を示す。ここで、１５はＡｌ
Ｎ基板上の金属電極、１６はＡｌＮ基板、１７は縦型構
造トランジスタを示すトランジスタ部、１８は電極引き
出し用バンプ（トランジスタ単体の場合は例えばベー
ス）、１９は電極引き出し用バンプ１８と別電位の電極
引き出し用バンプ（トランジスタ単体の場合は例えばコ
レクタ）を示し、他の符号は図１と同一の符号で示して
いる。ここで、半絶縁性基板１０直下はエポキシ樹脂で
満たされている。バンプ電極１を具備するチップ（半絶
縁性基板１０上のバンプ電極を有するトランジスタ部）
をフリップチップ実装する際のバンプつぶれ量は９μｍ
で、フィンガー状の縦型構造トランジスタ素子真性動作
部もしくはフィンガー状の縦型構造トランジスタの真性
動作部及び層間絶縁膜で他の電極と絶縁されている部分
の直上のバンプ高さと、バンプの他の部分との高さの差
４μｍより大と設定されている。上記バンプ電極１のＡ
ｌＮ基板１６への接地幅は４２μｍで、基板接続高さ２
０μｍの２倍より大である。

【００５６】次に、図１に示す縦型構造トランジスタと
して用いたｎｐｎエミッタアップ型ＨＢＴの作製方法に
ついて説明する。

【００５７】まず、よく知られている方法（例えば電子
通信学会技術研究報告ＥＤ９０−１３５）を用いて半絶
縁性基板上にＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓのｎｐｎエミッタ
アップ型ＨＢＴを形成する。ｎｐｎエミッタアップ型Ｈ
ＢＴは縦型構造トランジスタであり、図１で示したよう
に、下からサブコレクタ層９、コレクタ層７、ベース層
８、エミッタ層により形成されている。

【００５８】しかる後、層間絶縁膜１１としてポリイミ
ドを用い、ベース電極６、コレクタ電極１２上をカバー
し、エミッタ直上部を開口する。（ベース，コレクタへ
のコンタクト部はメタル配線を用いて引き出し、離れた
場所にそれぞれの引き出し用電極を設ける）しかる後
に、トランジスタ素子の直上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからな
るバンプ用電極を略Ｈ型にパターン形成する。この工程
は下層配線を形成する工程を兼ねており、同時に下層配
線が形成され、引き出し用電極となる。

【００５９】しかる後に図示しないＳｉＮ_xをパッシベ
ーション兼ＭＩＭ膜として堆積し、フォトリソグラフィ
と緩衝フッ酸エッチングによって、バンプ電極を設ける
部分及び上層配線とのコンタクト部に、開口する。

【００６０】しかる後に、保護用レジストを塗布し、フ
ォトリソグラフィによって、上層配線を設けるべき領域
を開口する。この際、トランジスタの真性動作部の直上
を含む、適当な距離（３〜１０μｍ）には上層配線を設
けず、その直近に上層配線を具備するようにパターン配
置する。

【００６１】しかる後に、上層配線の一部であるＴｉ／
Ａｕを全面に蒸着し、メッキ用電極とする。しかる後に
上層配線メッキ用レジストを塗布し、フォトリソグラフ
ィ技術を用いて、上層配線を設ける部分のみ開口する。

【００６２】しかる後に、メッキ法によりＡｕからなる
上層配線（９μｍ）を形成する。この工程により、縦型
構造トランジスタの真性動作部の直上は（上層配線９μ
ｍ）−（トランジスタのメサ高さ〜３μｍ）−（ポリイ
ミド高さ〜２μｍ）＝〜４μｍ程度低くなる。

【００６３】しかる後に上層配線メッキ用レジストを除
去し、引き続き、下層配線以外のＡｕをエッチング除去
し、引き続き下層配線以外のＴｉを、保護用レジストに
よるリフトオフによって除去した。

【００６４】しかる後に、保護用レジストを塗布し、フ
ォトリソグラフィによってバンプ電極を設けるべき領域
に略Ｈ型の開口を設ける。しかる後に、Ｔｉ／Ａｕを全
面に蒸着し、メッキ用電極とする。

【００６５】しかる後にバンプメッキ用レジストを塗布
し、フォトリソグラフィ技術を用いて、バンプ電極を設
ける部分のみ開口する。

【００６６】しかる後に、メッキ法により、Ａｕバンプ
を形成する。バンプは略Ｈ型形状をしており、略Ｈ型中
央部の縦方向幅寸法（図１（ｂ）において紙面の上下方
向の寸法）は１６μｍ，Ｈ型部の横方向幅寸法（図１
（ｂ）において紙面の上下方向の寸法）はメッキ後の仕
上がり寸法で４０μｍ，Ａｕバンプ高さは２０μｍとし
た。

【００６７】なお、上面からのバンプ形状は放熱効果を
高めるため略Ｈ型形状であるが、必ずしも略Ｈ型形状に
限らず、フィンガー状の縦型構造トランジスタの真性動
作部の直上とフィンガー長手方向とにまたがるようにか
つ、フィンガー状の縦型構造トランジスタの真性動作部
からはみ出さないように設ければよい。

【００６８】しかる後にバンプメッキ用レジストを除去
し、引き続き、バンプ直下以外のＡｕをエッチング除去
し、引き続きバンプ直下以外のＴｉを、保護用レジスト
によるリフトオフによって除去した。しかる後に、通常
の方法により、ラッピング、ダイシングを行い、半導体
チップを完成した。

【００６９】上記方法によって作製された半導体チップ
を、メタルパターンを具備したＡｌＮ基板に対して、フ
リップチップボンダを用いてフリップチップ実装した。
ボンディング時にはパルスヒート方式を用い、素子にか
かる熱を極力低減した。ボンディング時のバンプつぶれ
量は９μｍとなるよう圧力（図１に示した構造では、
２．２ｋｇ，後述する図４に示した構造では３．０ｋ
ｇ）とヒート温度３５０℃及び時間５ｓｅｃに調節し
た。これにより、バンプ電極を具備するチップをフリッ
プチップ実装する際のバンプつぶれ量は、フィンガー状
の縦型構造トランジスタの真性動作部、もしくはフィン
ガー状の縦型構造トランジスタ真性動作部及び層間絶縁
体で他の電極と絶縁されている部分の直上のバンプ高さ
と、バンプの他の部分との高さの差４μｍより大きい９
μｍと設定して行うことができた。なお、バンプつぶれ
量はバンプ電極の凹部を本実施例ではつぶしきるように
設定したが、つぶしきる方が放熱効率を考慮すると望ま
しいが、完全につぶれきらない量に設定してもよい。

【００７０】上述したように、バンプ電極は略Ｈ型形状
をしており、Ｈ型中央部の縦方向幅寸法は１６μｍ，Ｈ
型部の横方向幅寸法は４０μｍとしたが、フリップチッ
プボンディングにより、バンプ形状が変わり、Ｈ型中央
部の縦方向幅寸法は１８μｍ，Ｈ型部の横方向幅寸法は
４２μｍ，接続高さは２０μｍとなった。しかる後、チ
ップ端部に、液状のエポキシ系樹脂を少量滴下させ、該
エポキシ系樹脂は、毛細管現象によってチップとＡｌＮ
基板の間に入り、気泡等を巻き込むことはない。しかる
後窒素雰囲気中１５０℃で２時間樹脂硬化させて半導体
装置は完成する。

【００７１】次に、複数のバンプ電極を設けた縦型構造
トランジスタの断面図を図４（ａ）に、及びその上面図
を図４（ｂ）に示す。ここで、２０はバンプ相互を接続
するバンプを示しており、他の符号は、図１と同一の符
号で示している。フィンガー状の縦型構造トランジスタ
直上の複数のＨ型バンプの間をバンプ２０で相互に接続
するようにバンプメッキパターンを形成することにより
作製される。すなわち、上述した実施例と同様の工程に
より作製することができる。

【００７２】上記実施例では、コレクタ，ベース及びエ
ミッタをこの順番で半導体基板上に形成したが、この反
対に、エミッタ，ベース及びコレクタをこの順番で半導
体基板上に形成してもよい。また、半導体層の導電型を
実施例の導電型から反転させてもよい。バイポーラトラ
ンジスタの構造についても、エミッタのみがバンドギャ
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
ャップ材料を用いたいわゆるダブルヘテロバイポーラト
ランジスタ（ＤＨＢＴ）でも良い。また、Ｏ⁺，Ｂ⁺，Ｈ
⁺イオン等を外部ベース直下に注入してＣ_bcを低減する
方法、あるいはイオン注入による素子間分離法との組み
合わせも可能である。

【００７３】また、上記実施例では、能動素子としてＨ
ＢＴを用いたが、用いる素子はこれに限らず、例えば縦
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
ネルトランジスタ等でもよく、例えば横型構造素子では
ＦＥＴ(Field Effect Transistor)，横型バイポーラト
ランジスタ、ＨＥＭＴ(High Electron Mobility Transi
stor) 等でもよく、またこれらの組み合わせ、あるいは
発光、受光素子との組み合わせも可能なことは言うまで
もない。

【００７４】また、上記実施例ではマイクロ波電力増幅
用トランジスタを例に取ったが、ＭＭＩＣ，超高速用集
積回路等にも応用できることは言うまでもない。本実施
例においては、バンプ電極はエミッタ電極としての役割
も果たしているが、例えば、大電力を扱うＭＭＩＣ(Mon
olithic Microwave ＩＣ)、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（ソース）であると都
合が悪い場合がある。このような場合は、バンプ電極
を、ベース（ゲート），あるいはコレクタ（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
等の方法で、熱放散の用途のみに用いてもよい。

【００７５】また、用いられる半導体チップは本実施例
（ＧａＡｓ）に限定されるものでなく、ＩｎＰ，Ｓｉ
Ｃ，ＧａＰ等他の化合物半導体で構成されていてもよ
く、Ｃ，Ｓｉ等の元素半導体であってもよい。また、素
子自体も、例えばＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＡｌＡｓ
系、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＰ系等、他の格子整合系
でも良く、またＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ等の格子不
整合系であっても良いことは言うまでもない。

【００７６】また、上記実施例では、フリップチップ用
基板として、メタルパターンを具備するＡｌＮ基板を用
いたが、熱伝導率の良好な材料であれば他の材料をもち
いてもよいことは言うまでもない。また、本実施例に用
いるフリップチップ用基板は必ずしも平面単板である必
要はなく、いわゆるスルーホール，ビアホールを具備し
てもよく、また、積層基板等、平面以外の構造をもって
もよい。

【００７７】なお、上記実施例では素子基板（チップ）
の裏面側からの放熱を特に図らなかったが、当然ながら
チップの裏面を薄く削って伝熱用はんだ，ケースキャッ
プ等を経由して放熱する手段と組み合わせてもよい。

【００７８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、半
導体チップの表面からきわめて効率よく放熱できる縦型
構造トランジスタ及びこれを用いた半導体装置を構成で
きる。したがって、本発明によって、熱抵抗の低い半導
体装置が、歩留り良く、低コストで形成出来る。

【００７９】本発明は、半導体装置の熱抵抗の大幅な低
減を可能にするものであり、特にマイクロ波電力増幅用
ＨＢＴの実用化に道を開く意味で、これによる産業上の
波及効果は著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の一実施例に係るバンプ電極を設
けた縦型構造トランジスタの断面構造を示す図である。（ｂ）本発明の一実施例に係るバンプ電極を設けた縦型
構造トランジスタの上面構造を示す図である。

【図２】（ａ）本発明の他の実施例に係るバンプ電極を
設けた縦型構造トランジスタの断面構造を示す図であ
る。（ｂ）本発明の他の実施例に係るバンプ電極を設けた縦
型構造トランジスタの上面構造を示す図である。

【図３】本発明の一実施例に係るフリップチップ実装後
の半導体装置の断面構造を示す図である。

【図４】（ａ）本発明のさらに他の実施例に係るバンプ
電極を設けた縦型構造トランジスタの断面構造を示す図
である。（ｂ）本発明のさらに他の実施例に係るバンプ電極を設
けた縦型構造トランジスタの上面構造を示す図である。

【図５】本発明と従来技術とを比較した熱抵抗の結果を
示す図である。

【図６】エミッタエッジでの電流密度とエミッタ幅の関
係を示す図である。

【符号の説明】

１バンプ電極３エミッタ電極４上層配線５エミッタフィンガー部６ベース電極７コレクタ層８ベース層９サブコレクタ層１０半絶縁性基板１１層間絶縁膜１２コレクタ電極１３ベース引き出し電極１４コレクタ引き出し電極１５ＡｌＮ基板上の金属電極１６ＡｌＮ基板１７トランジスタ部１８電極引き出し用バンプ１９別電位の電位引き出し用バンプ２０バンプ相互を接続するバンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭52−75979（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−128047（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−113446（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−67656（ＪＰ，Ａ) 特開平２−142133（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−31245（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−164340（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/331 H01L 21/60 H01L 29/205 H01L 29/73

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成されたフィンガー状の縦型
構造トランジスタの真性動作部の長手方向と略直交し、
上記縦型構造トランジスタの非真性動作部までバンプ電
極を配設したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】フィンガー状の縦型構造トランジスタの
非真性動作部のフィンガー長手方向のバンプ電極の幅寸
法が真性動作部の上記バンプ電極の幅寸法より大なるこ
とを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】フィンガー状の縦型構造トランジスタの
真性動作部直上のバンプ電極高さが、非真性動作部の上
記バンプ電極高さより低いことを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】フィンガー状の縦型構造トランジスタの
真性動作部のフィンガー長手方向と直交する方向のフィ
ンガー幅の寸法がそれぞれ１μｍから１０μｍであるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３
に記載の半導体装置。
【請求項５】フィンガー状の縦型構造トランジスタの
真性動作部のフィンガー長手方向の寸法とバンプ電極の
上記フィンガー長手方向の寸法とが略一致していること
を特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に
記載の半導体装置。
【請求項６】請求項１または請求項２または請求項３
に記載の半導体装置が、同一基板上でバンプ電極が互い
に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】請求項１または請求項２または請求項３
または請求項６に記載の半導体装置をメタルパターンを
具備したＡｌＮ基板上にフリップチップ実装したことを
特徴とする半導体装置。
【請求項８】一方の半導体装置の基板と他方のＡｌＮ
基板との空隙にエポキシ樹脂を満たしたことを特徴とす
る請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】請求項３に記載の半導体装置のフリップ
チップ実装時のバンプ電極のつぶれ量を真性動作部直上
の高さと非真性動作部の高さとの差より大なることを特
徴とする半導体装置。
【請求項１０】バンプ電極のＡｌＮ基板への接地幅は
基板と上記ＡｌＮ基板間の接続高さより２倍以上である
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。