JP3874709B2 - 半導体素子及び半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯電話などの小型携帯機器に好適な半導体素子及び半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子の封止技術としては一般的に用いられているものに樹脂封止がある。しかしながら半導体基板上に形成された素子が半導体基板表面に露出している場合は、封止樹脂によってその素子が覆われてしまうと特性の劣化を招く場合がある。
【0003】
このような場合は、半導体素子をキャビティ構造を有するパッケージ内に封止することになる。半導体素子はパッケージ内でボンディングパッドとボンディングワイヤを用いて電気的に接続される構造が一般的である。
【0004】
このような構造を採用すると、半導体素子実装の際の占有面積が大きく機器の小型化の阻害要因となる。またボンディングワイヤやパッケージ部での高周波特性の劣化を招くという問題もある。
【0005】
また半導体基板表面に露出している素子を有する半導体素子は、その素子を物理的に破壊せしめないように取り扱いには注意が必要であった。
【0006】
【特許文献1】
特開平10−98121号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このように半導体基板表面に露出形成された素子を有する半導体素子を封止するに際しては、樹脂封止を行うと実装時の占有面積は小さくできるが素子特性劣化を招く恐れが有り、また、キャビティ構造を有するパッケージを採用すると実装時の占有面積が大きくなったり、高周波特性の低下という問題があった。
【0008】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、素子特性の劣化を招くことなく半導体素子実装時の占有面積を小さくする半導体素子及び半導体装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体基板にキャビティを作りこみ、樹脂封止を行っても半導体基板上に形成された素子が封止樹脂に覆われることを防ぐ構造を採ることを基本とするものである。
【0010】
すなわち本発明は、半導体基板と;この半導体基板上に形成された素子と;前記半導体基板上に設けられたメタルパターンと;前記半導体基板に作りこまれ、前記素子を空隙を介して覆うように形成され、かつ前記メタルパターンに被着されためっきメタルからなるエアブリッジとを有することを特徴とする半導体素子である。
【0011】
また、このエアブリッジを有する半導体素子と;この半導体素子が実装される実装基板と;前記空隙を残し前記エアブリッジを覆うように形成された封止樹脂とを具備したことを特徴とする半導体装置である。
【0012】
より具体的には、半導体基板と;前記半導体基板に表面に設けられたメタルパターンと;前記半導体基板に作りこまれ、空隙を介して前記半導体基板表面を覆うように形成され、かつ前記メタルパターンに被着されためっきメタルからなるエアブリッジと;前記エアブリッジにより覆われた前記半導体基板表面の領域(第1領域)に形成された素子と;前記第1領域以外の前記半導体基板表面(第2領域)に形成され、前記素子と電気的に接続されたボンディングパッドとを備えた半導体素子と:前記半導体素子のボンディングパッドと電気的に接続される配線を有し、前記半導体素子が固着された実装基板と:前記エアブリッジが形成する空隙を残して前記エアブリッジが形成された前記半導体基板表面を覆うように形成された封止樹脂とを具備したことを特徴とする半導体装置である。
【0013】
このようなエアブリッジに覆われた領域に形成される素子は特に限定されるものではないが、封止樹脂で直接覆われると素子特性が低下してしまうような素子に特に有効となる。たとえば、HEMT(High electron mobility transistor:高電子移動度トランジスタ),MESFET(Metal-semiconductor field effect transistor:金属−半導体接合電界効果トランジスタ),弾性表面波素子(SAWデバイス),薄膜圧電共振子(FBAR:Film Bulk Acoustic Resonator)などが挙げられる。
【0014】
また素子は単一機能を実現する素子のみである必要は無く、複数の素子から形成される機能素子,集積回路でもよいことは言うまでもない。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1は半導体素子の上面図、図2(a)、図2(b)および図2(c)はそれぞれ図1におけるA−A、B−B、C−C断面図である。
【0016】
半導体基板101の表面上には素子102が形成されており、この素子102を覆うようにエアブリッジ110が形成されている(第1領域)。また、エアブリッジ110の外側(第2領域)には、素子102と配線パターン104によって電気的に接続されているボンディングパッド103が設けられている。
【0017】
たとえば半導体基板101はガリウムヒ素(GaAs)から成り、素子102はHEMT、配線パターン104及びボンディングパッド103は下層チタン(Ti)および上層金(Au)が積層されたもので構成することができる。また、エアブリッジ110は、金(Au)により後述する工程によって素子102を空隙を介して覆うように設けることができる。
【0018】
エアブリッジ110は、図2(a)〜(c)に示される断面図からわかるように、配線パターン104と電気的に独立している。また、エアブリッジ110の側面は、開放されており、閉ざされてはいない。
【0019】
図3(a)〜(f)はエアブリッジ110の製造方法を示したもので、図2(a)におけるC−Cにあたる断面図を製造工程順に示している。
【0020】
図3(a)は素子102が作製された時点での状態を示したものである。この時点ではチップ状に分離されておらず、素子102やメタルパターン112は半導体ウェハ111の上に形成されている。
【0021】
図3(b)は下層レジスト113を通常のフォトリソグラフィ工程で形成したものである。下層レジスト113の厚みは使用するレジストの種類やプロセス条件によって異なるが、1〜2ミクロン程度である。下層レジスト113上にめっき用下地電極113をスパッタで形成する(図3(c))。下層レジスト113の側壁にもめっき用下地電極113は付着している。
【0022】
更に図3(d)に示すように、エアブリッジを形成する部分に開口部を残すように上層レジスト115をフォトリソグラフィ工程で形成する。その後に電解めっきを施すことにより、図3(e)に示すように、上層レジスト115の開口部にのみ、めっきメタル116が成長する。
【0023】
最後に下層レジスト113、上層レジスト115を溶解すると図3(f)に示すようにエアブリッジ110が形成できる。
【0024】
なお、これら一連の工程の後に、半導体ウェハ111をダイシングして、チップ化を行い、半導体素子を得ることができる。
【0025】
上述の製造工程はあくまで一例であり、図1に示すような構造を形成できればどのような製法を採用しても良い。
【0026】
以上のような構成をとった場合、素子102はエアブリッジ110で表面を保護されているため、例えばコレットで半導体チップを真空チャックしようとした場合でも、コレットが直接半導体素子102に接触することが無いため、チップサイズに合わせた専用サイズのコレットを使用しなくても良く、取り扱いが容易である。
(第2の実施形態)
たとえば第1の実施形態で説明したような半導体素子を実装基板にフリップチップ実装した半導体装置の実施形態を説明する。図4は本発明にかかる実施形態を示す半導体装置の断面図である。
【0027】
たとえばバンプ118は金(Au)製のスタッドバンプとし、半導体素子上のボンディングパッドと実装基板117上の配線パターン121とを電気的に接続している。半導体素子101表面と実装基板117の表面間の距離は20〜30ミクロン程度である。
【0028】
半導体素子101を実装基板117にフリップチップ実装した後に、封止樹脂119をギャップ側面から流し込むが、エアブリッジ110の高さが1〜2ミクロンと低いので、封止樹脂119はエアブリッジ下部には侵入せずに空隙120が形成できる。
【0029】
以上のような構成をとることにより、素子102上に封止樹脂が被さらないため、素子102の特性を損なうことがない。
【0030】
また、実装基板へのフリップチップ実装と樹脂封止を行う際に、封止樹脂として、実装基板上に予め貼付しておく方式の封止フィルムを使用することも可能である。
(第3の実施形態)
たとえば第1の実施形態で説明したような半導体素子と実装基板上の配線との接続をボンディングワイヤで行った半導体装置の実施形態を説明する。図5は本発明にかかる実施形態を示す半導体装置の断面図である。
【0031】
素子保護用のエアブリッジ110を持つ半導体素子101は、実装基板117に銀ペースト107を用いてダイマウントされ、ボンディングワイヤ105で基板上配線121に電気的に接続されている。更に、封止樹脂119を用いて封止される。
【0032】
封止樹脂119は、ボンディング工程終了後にポッティングして形成することになるが、エアブリッジ110の高さが1〜2ミクロンと低いので、封止樹脂119はエアブリッジ下部には侵入せずに空隙120が形成できる。
【0033】
以上のような構成をとることにより、半導体素子上に封止樹脂が被さらないため、半導体素子の特性を損なうことがない。
(第4の実施形態)
第1の実施形態ではエアブリッジは半導体基板上の配線パターンとは電気的に独立していたが、接地電位にすることも可能である。図6は本発明の一実施形態を示す半導体素子の上面図である。
【0034】
図1と同様に半導体基板101の表面上には素子(図6ではエアブリッジ1010の下に位置する)が形成されており、この素子を覆うようにエアブリッジ110が形成されている(第1領域)。また、エアブリッジ110の外側(第2領域)には、ボンディングパッド103が設けられている。
【0035】
配線パターンは、入力信号用配線パターン122,出力信号用配線パターン123と接地用配線パターン121とからなる。
【0036】
この実施形態では、エアブリッジ110と接地用配線パターン121とが電気的に導通している。このようにエアブリッジ101自体も接地電極となることにより、接地電位が安定するため、素子102の高周波特性も安定する。
(第5の実施形態)
図6に示したエアブリッジの形状を変えた例を説明する。図7(a)は本発明の一実施形態を示す半導体素子の上面図、図7(b)は図7(a)におけるA−A断面図である。
【0037】
この実施形態ではエアブリッジ110に切り込み117を設けている。この切り込みは、断面図である図7(b)からわかるように、側面の一部は開放しているため、第2図で説明したような製造工程を採用した場合のエアブリッジ形成の最終工程において、エアブリッジ下部に形成されている下層レジストを除去する際、溶剤がエアブリッジ下部に浸入しやすくなる。従って工程時間を短くでき、また確実に下層レジストを除去できるようになる。
(第6の実施形態)
同じく図6に示したエアブリッジの形状を変えた例を説明する。図8(a)は本発明の一実施形態を示す半導体素子の上面図、図8(b)は図8(a)におけるA−A断面図である。
【0038】
この例では図7に示した例と同様にエアブリッジ110には切り込み117が設けられている。ただし、この切り込みは、断面図である図8(b)からわかるように、側面は全て閉じている。そのため、エアブリッジ形成の際の下層レジスト除去は難しくなるものの、エアブリッジの機械的な強度は上がるため、半導体素子取り扱いがより容易になる。
【0039】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形ができる。
【0040】
例えば、以上の実施例では素子としてHEMT(高移動度トランジスタ)を使用したが、SAWフィルタやFBARフィルタなどへの応用も可能である。
【0041】
素子としての一例として圧電振動子の断面構造を図9に示す。半導体基板1上に、チタン酸バリウムなどの強誘電体層2が下部電極3及び上部電極4で挟まれた構成の圧電振動子5が形成されている。この圧電振動子はFBARを構成することになる。なお、圧電振動子5の下部には、圧電振動子5の共振周波数の音響反射部となる空洞部6を設けることもできる。
【0042】
また、以上の実施例では、半導体素子上に形成されている素子は一つのみとしたが、複数個あってもかまわない。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、素子特性の劣化を招くことなく半導体素子実装時の占有面積を小さくする半導体素子及び半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態を説明する半導体素子の上面図。
【図2】 本発明の実施形態を説明する半導体素子の断面図。
【図3】 本発明の実施形態を説明する半導体素子の断面図。
【図4】 本発明の実施形態を説明する半導体装置の断面図。
【図5】 本発明の実施形態を説明する半導体装置の断面図。
【図6】 本発明の実施形態を説明する半導体素子の上面図。
【図7】 本発明の実施形態を説明する半導体素子の上面及び断面図。
【図8】 本発明の実施形態を説明する半導体素子の上面及び断面図。
【図9】 本発明の実施形態を説明する素子の断面図。
【符号の説明】
半導体基板・・・101
素子・・・102
ボンディングパッド・・・103
配線パターン・・・104
エアブリッジ・・・110
実装基板・・・117
封止樹脂・・・119
空隙・・・120
Claims (5)
- 半導体基板と;
この半導体基板上に形成された素子と;
前記半導体基板上に設けられたメタルパターンと;
前記半導体基板に作りこまれ、前記素子を空隙を介して覆うように形成され、かつ前記メタルパターンに被着されためっきメタルからなるエアブリッジとを有することを特徴とする半導体素子。 - 請求項1記載の半導体素子と;
この半導体素子が実装される実装基板と;
前記空隙を残し前記エアブリッジを覆うように形成された封止樹脂とを具備したことを特徴とする半導体装置。 - 前記半導体基板の前記エアブリッジにて覆われた第1領域の外側の第2領域に、前記エアブリッジで覆われている前記素子と電気的に接続されたボンディングパッドを備えることを特徴とした請求項1記載の半導体素子。
- 前記素子は、薄膜圧電振動子であることを特徴とする請求項1記載の半導体素子。
- 半導体基板と;前記半導体基板に表面に設けられたメタルパターンと;前記半導体基板に作りこまれ、空隙を介して前記半導体基板表面を覆うように形成され、かつ前記メタルパターンに被着されためっきメタルからなるエアブリッジと;前記エアブリッジにより覆われた前記半導体基板表面の領域(第1領域)に形成された素子と;前記第1領域以外の前記半導体基板表面(第2領域)に形成され、前記素子と電気的に接続されたボンディングパッドとを備えた半導体素子と:
前記半導体素子のボンディングパッドと電気的に接続される配線を有し、前記半導体素子が固着された実装基板と:
前記エアブリッジが形成する空隙を残して前記エアブリッジが形成された前記半導体基板表面を覆うように形成された封止樹脂とを具備したことを特徴とする半導体装置。
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