JP4945895B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば1GHz以上の高周波で動作する高耐湿且つ高出力の半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device with high moisture resistance and high output that operates at a high frequency of, for example, 1 GHz or more.
超高速光通信用集積回路、或いは、マイクロ波或いはミリ波で使用する集積回路などにおいては、これまで、気密封止パッケージに収容する構造になっていた為、半導体チップについては、耐湿性に関して特に配慮する必要はなかった。 In an integrated circuit for ultra-high-speed optical communication, or an integrated circuit used in microwave or millimeter wave, etc., it has been structured so as to be accommodated in a hermetically sealed package. There was no need to consider.
然しながら、近年、低コスト化が厳しく要求される時代となり、ノンハーメチックにすることで低価格化したパッケージを用いるベアチップ実装が実用化されつつある。 However, in recent years, it has become an era in which cost reduction is severely demanded, and bare chip mounting using a package that is reduced in price by making it non-hermetic is being put into practical use.
半導体チップのベアチップ実装を行う場合、半導体チップの耐湿性を確保する為、モールド樹脂封止をしなければならない。 When mounting a semiconductor chip on a bare chip, it must be sealed with a mold resin in order to ensure moisture resistance of the semiconductor chip.
従来、モールド樹脂封止型の半導体装置は公知であり、そして、そのような半導体装置に於いて、ゲートを保護する為、誘電体膜で被覆することも知られている(例えば、特許文献1、特許文献2を参照。)。 Conventionally, a mold resin-sealed semiconductor device is known, and in such a semiconductor device, it is also known to cover with a dielectric film in order to protect the gate (for example, Patent Document 1). , See Patent Document 2).
また、より高い周波数で半導体チップの性能を維持する為、フリップチップ実装が行われるのであるが、その場合、接続信頼性を確保する為、チップと実装基板間に例えばエポキシ樹脂からなるアンダーフィルを注入且つ固化することが行われている。 In order to maintain the performance of the semiconductor chip at a higher frequency, flip chip mounting is performed. In that case, in order to ensure connection reliability, an underfill made of, for example, epoxy resin is provided between the chip and the mounting substrate. Injection and solidification is performed.
このようなベアチップ実装を行う場合に用いるモールド樹脂やアンダーフィルには、熱膨張係数を調整する為、直径10μm程度のシリカからなるフィラーが混合される。 In order to adjust the coefficient of thermal expansion, a filler made of silica having a diameter of about 10 μm is mixed with the mold resin and underfill used when performing such bare chip mounting.
図9はベアチップ実装される従来の半導体装置を表す要部平面図であり、図に於いて、1は細線状ゲート、2はソース、3はドレイン、10は細線状ゲートを結ぶゲート配線、13Gはゲート配線を導出する配線、13Dはドレインを導出する配線をそれぞれ示している。 FIG. 9 is a plan view of the main part showing a conventional semiconductor device mounted on a bare chip. In FIG. 9, 1 is a thin line gate, 2 is a source, 3 is a drain, 10 is a gate wiring connecting the thin line gates, 13G Represents a wiring for deriving a gate wiring, and 13D represents a wiring for deriving a drain.
図10は図9に示した半導体装置を図中の線X−Xで切断した箇所を表す要部切断側面図であり、図9に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとし、そして、図に於いて、21はSiNからなる保護膜、31は活性領域(トランジスタ領域)、50は半導体基板をそれぞれ示している。
FIG. 10 is a side view of a principal part showing a portion of the semiconductor device shown in FIG. 9 cut along a line XX in the figure. The same reference numerals as those used in FIG. In the figure,
図11は図10に示した半導体装置をモールド樹脂で被覆した状態を表す要部切断側面図であり、切断面は図10と同じく線X−Xであって、図9及び図10に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。 FIG. 11 is a cutaway side view of the main part showing a state in which the semiconductor device shown in FIG. 10 is covered with a mold resin, and the cut surface is the same as the line XX in FIG. The same symbols used indicate the same parts or have the same meaning.
図に於いて、51はフィラー、51Dはフィラーでゲート配線が損傷された箇所、52はモールド樹脂をそれぞれ示している。 In the figure, 51 is a filler, 51D is a portion where the gate wiring is damaged by the filler, and 52 is a mold resin.
図11に見られる半導体装置に於いて、モールド樹脂52でモールドするには、モールドすべき部分を型枠に入れ、その型枠内に樹脂を圧入するのであるが、ゲート配線10を覆う保護膜21は、かなり薄く形成されていて、通常、0.2μm程度である為、モールド樹脂52内に混合されたフィラー51が保護膜21に衝突すると損傷される。
In the semiconductor device shown in FIG. 11, in order to mold with the
保護膜21が損傷された場合、その部分からの水分の侵入が発生し易くなり、半導体装置の耐湿性は低下する。これを回避する為には、保護膜21を厚くすれば、フィラー51に依る損傷に耐え得ると考えられるであろうが、そのようにした場合、保護膜の膜ストレスが増大し、膜剥がれなどのプロセス障害が発生し、製造歩留りが低下することになる。また、保護膜の堆積時間やパッド窓開きのエッチングプロセス時間が長くなり、従って、製造コストが増加してしまう。更にまた、SiN等の保護膜21は、誘電率が8程度と比較的大きいので、厚くした場合、寄生容量が増加して高周波特性が劣化し、高性能の半導体装置を実現することが困難になる。
When the
図12は図10に示した半導体装置をフリップチップ実装する場合を表す要部切断側面図であり、半導体装置の切断面は図10と同じく線X−Xであって、図9乃至図11に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。 12 is a fragmentary side view showing a case where the semiconductor device shown in FIG. 10 is flip-chip mounted. The cut surface of the semiconductor device is a line XX as in FIG. The same symbols as used in the above description represent the same parts or have the same meaning.
図に於いて、60は実装基板を示し、半導体装置はアップサイドダウンに、従って、半導体装置の表面側を実装基板60と対向させ、その間にアンダーフィル53を注入固化する。
In the figure,
この場合も、実装基板60と半導体装置の表面側との間にアンダーフィル53を注入する際にフィラー51が保護膜21を損傷する事故が起こり、図11について説明したモールド樹脂封止した半導体装置の場合と全く同じ問題が起こる。
本発明では、従来のベアチップ実装に於ける半導体装置の耐湿性劣化の問題を簡単な構成に依って抑止して高耐湿性を確保し、製造コストが低い高周波高出力の半導体装置を実現できるようにする。 According to the present invention, it is possible to realize a high-frequency and high-power semiconductor device with low manufacturing cost by ensuring the high moisture resistance by suppressing the problem of moisture resistance deterioration of the semiconductor device in the conventional bare chip mounting by a simple configuration. To.
本発明に依る半導体装置に於いては、櫛型ゲートを構成する複数の細線状ゲートを結ぶゲート配線を絶縁膜を介して覆う保護金属膜を備えてなることが基本になっている。 The semiconductor device according to the present invention is basically provided with a protective metal film that covers a gate wiring connecting a plurality of thin line-shaped gates constituting a comb-shaped gate through an insulating film.
前記手段を採ることに依り、ベアチップ実装する半導体装置、或いは、フリップチップ実装する半導体装置に於いて、フィラーを混合して熱膨張係数を調節したモールド樹脂やアンダーフィルを用いても、フィラーに依ってゲート配線などの保護膜が損傷されるおそれは皆無となり、従って、水分の侵入も少なくなり、高耐湿性が確保された高周波高出力の半導体装置を容易に実現することができた。 By adopting the above means, in a semiconductor device to be mounted on a bare chip or a semiconductor device to be mounted on a flip chip, even if a mold resin or underfill in which a thermal expansion coefficient is adjusted by mixing a filler is used, As a result, there is no possibility that the protective film such as the gate wiring is damaged. Therefore, the penetration of moisture is reduced, and a high-frequency and high-power semiconductor device in which high moisture resistance is ensured can be easily realized.
本発明に依る半導体装置は、複数の細線状ゲートを結ぶゲート配線を覆う絶縁体からなる保護膜上に更に保護金属膜を配設し、ゲート保護膜やゲート配線に対して外部から損傷を加えられることを抑止し、その結果、耐湿性が向上した高周波高出力の半導体装置となっている。 In the semiconductor device according to the present invention, a protective metal film is further disposed on a protective film made of an insulator covering a gate wiring connecting a plurality of thin gates, and the gate protective film and the gate wiring are damaged from the outside. As a result, a high-frequency and high-power semiconductor device with improved moisture resistance is obtained.
図1は本発明に依る半導体装置を表す要部平面図であり、また、図2は図1の半導体装置を図中の線X−Xで切断した箇所を表す要部切断側面図であり、図9乃至図12に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。 FIG. 1 is a plan view of a principal part showing a semiconductor device according to the present invention, and FIG. 2 is a side view of a principal part showing a part of the semiconductor device of FIG. 1 cut along a line XX in the figure. The same symbols as those used in FIGS. 9 to 12 represent the same parts or have the same meaning.
図1並びに図2に示した半導体装置が図9乃至図12に見られる半導体装置と相違するところは、複数の細線状ゲート1を結ぶゲート配線10を覆う保護膜21上に保護金属膜41が形成されている点である。このようにすると、保護金属膜41で覆われずに露出されているゲート配線10の領域幅は、フィラーの径(例えば10μm)以下にすることができるので、フィラーに起因するゲート配線10への損傷、延いては、保護膜21への損傷も回避することが可能となり、従って、水分の侵入は抑止されて耐湿性は向上する。また、保護金属膜41を形成するには、レイアウトパターンを変更するのみで、他の配線、例えばドレイン配線13Dなどと同時に作製することができることから、工程の増加は起こらない。
The semiconductor device shown in FIGS. 1 and 2 is different from the semiconductor device shown in FIGS. 9 to 12 in that a
図3は図1並びに図2について説明した半導体装置をモールド樹脂で被覆した状態を表す要部切断側面図であり、切断面は図2と同じく線X−Xであって、図1及び図2、図9乃至図12に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。 3 is a cutaway side view of the main part showing a state in which the semiconductor device described with reference to FIGS. 1 and 2 is covered with a mold resin, and the cut surface is a line XX as in FIG. The symbols used in FIGS. 9 to 12 represent the same parts or have the same meaning.
本発明に依る半導体装置は図1及び図2について説明した構造になっているので、図3に見られるように、半導体装置の表面を樹脂でモールドしても,フィラー51に依ってゲート配線10を覆う保護膜21が損傷されることはない。従って、水分が侵入するおそれは少なくなり、信頼性は向上する。
Since the semiconductor device according to the present invention has the structure described with reference to FIGS. 1 and 2, even if the surface of the semiconductor device is molded with resin as shown in FIG. The
図4は図1及び図2について説明した半導体装置をフリップチップ実装した状態を表す要部切断側面図であり、半導体装置の切断面は図2と同じく線X−Xであって、図1乃至図3、図9乃至図12に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。 4 is a cutaway side view of a principal part showing a state where the semiconductor device described with reference to FIGS. 1 and 2 is flip-chip mounted. The cut surface of the semiconductor device is a line XX as in FIG. The symbols used in FIGS. 3 and 9 to 12 represent the same parts or have the same meaning.
図4に見られるフリップチップ実装する場合も、本発明に依る半導体装置は図1及び図2について説明した構造になっていることから、実装基板60と半導体装置の表面側との間にアンダーフィル53を注入した際、フィラー51に依ってゲート配線10を覆う保護膜21が損傷されることはない。従って、水分が侵入するおそれは少なくなり、信頼性は向上する。
Also in the case of flip-chip mounting as shown in FIG. 4, since the semiconductor device according to the present invention has the structure described with reference to FIGS. 1 and 2, an underfill is formed between the
ところで、図2に見られる保護金属膜41は、他の配線等との間隔、例えばドレイン配線13Dとの間隔Lは10μm以下にすることが好ましい。その理由は、現用のフィラー51に於ける直径が最小で10μm程度である為、間隔Lを10μm以下にしておけば、その箇所にフィラー51が侵入することを抑制できることに依る。
By the way, it is preferable that the
また、保護金属膜41は、何れの端子にも接続せず、いわゆる、浮遊(フロート)状態にしておけば、寄生容量が増加することはなくなるから、高周波で動作させる半導体装置にとっては好ましい。
Further, if the
保護金属膜41を設けたことに依る寄生容量の増加を抑止する他の手段としては、保護金属膜41の面積を可能な限り縮小して、ゲート配線10との重なりを少なくすることが有効である。
As another means for suppressing an increase in parasitic capacitance due to the provision of the
図5は保護金属膜の面積を縮小した半導体装置を表す要部平面図であり、また、図6は図5の半導体装置を図中の線X−Xで切断した箇所を表す要部切断側面図であり、図1乃至図4、図9乃至図12に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。 FIG. 5 is a plan view of a principal part showing a semiconductor device in which the area of the protective metal film is reduced, and FIG. 6 is a side view of the principal part showing a part of the semiconductor device of FIG. 5 cut along line XX in the figure. The symbols used in FIGS. 1 to 4 and FIGS. 9 to 12 represent the same parts or have the same meaning.
図5及び図6に示した半導体装置が図1乃至図4について説明した半導体装置と相違することろは、保護金属膜41がゲート配線10の全てを覆うことなく、トランジスタが作製されている活性領域31に近い側のみに必要最小限の面積を覆って形成されていることであり、このようにすることで、保護金属膜41を形成したことに依る寄生容量の増加も抑制され、高周波で動作させるのに好適な半導体装置が実現される。
The semiconductor device shown in FIGS. 5 and 6 is different from the semiconductor device described with reference to FIGS. 1 to 4 in that the
ところで、保護金属膜41を活性領域に近い側を覆うように形成する理由は、一般に、水分の侵入はエレクトロマイグレーションに起因し、電位差に比例して加速されることに依る。通常、高出力半導体装置の場合、ゲート配線10とドレイン配線13Dとの間の電位差が最も大きく、この部分を強化することがエレクトロマイグレーション耐性向上に有効であることから、保護金属膜41をドレイン配線13D側に残すようにする。
By the way, the reason why the
図7は保護金属膜をソース配線と接続した半導体装置を表す要部平面図、また、図8は図7の半導体装置を図中の線X−Xで切断した箇所を表す要部切断側面図であり、図1乃至図6、図9乃至図12に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。 FIG. 7 is a plan view of a principal part showing a semiconductor device in which a protective metal film is connected to a source wiring. FIG. 8 is a side view of a principal part showing a part of the semiconductor device in FIG. 7 cut along line XX in the figure. The symbols used in FIGS. 1 to 6 and 9 to 12 represent the same parts or have the same meaning.
図7及び図8に示した半導体装置が図1乃至図6について説明した半導体装置と相違するところは、保護金属膜41をソース配線13Sに接続した点にあり、この場合、対接地寄生容量は増加してしまうが、図5並びに図6について説明した半導体装置に比較した場合、ゲート配線10が保護金属膜41で覆われる面積が広くなるので、フィラーに依るゲート配線10への損傷を少なくすることができるので、耐湿性確保には有効である。
The semiconductor device shown in FIGS. 7 and 8 is different from the semiconductor device described with reference to FIGS. 1 to 6 in that the
1 細線状ゲート
2 ソース
3 ドレイン
10 細線状ゲートを結ぶゲート配線
13G ゲート配線を導出する配線
13D ドレインを導出する配線
13S ソースを導出する配線
21 保護膜
31 活性領域(トランジスタ領域)
41 保護金属膜
50 半導体基板
51 フィラー
51D フィラーでゲート配線が損傷された箇所
52 モールド樹脂
53 アンダーフィル
60 実装基板
DESCRIPTION OF
41
Claims (4)
を特徴とする半導体装置。 A semiconductor device comprising a protective metal film that covers a gate wiring formed outside an active region connecting a plurality of thin-line gates formed on an active region constituting a comb-shaped gate only outside the active region via an insulating film Is mounted on a mounting substrate by flip chip mounting, and an underfill resin is filled between the semiconductor device and the mounting substrate .
を特徴とする請求項1記載の半導体装置。 2. The gap between the protective metal film that covers the gate wiring only outside the active region through the insulating film and the other metal film is less than the diameter of the filler contained in the mold resin or underfill. Semiconductor device.
を特徴とする請求項1或いは請求項2記載の半導体装置。 3. The semiconductor according to claim 1, wherein the protective metal film that covers the gate wiring only outside the active region through the insulating film is provided in a floating state without being connected to any terminal. apparatus.
を特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a protective metal film that covers the gate wiring only outside the active region via an insulating film is formed only on a side close to the transistor region.
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