JP5450313B2 - 高周波半導体用パッケージおよびその作製方法 - Google Patents
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- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
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- H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
- H01L2924/13063—Metal-Semiconductor Field-Effect Transistor [MESFET]
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- H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
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Description
(高周波半導体用パッケージ構造)
第1の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージ1を説明する模式的鳥瞰構成は、図1に示すように表される。図1(a)はメタルキャップ10、図1(b)はメタルシールリング14a、図1(c)は、メタル壁16、図1(d)は、中間層40と熱伝導層50からなる導体ベースプレート200、フィードスルー下層部20、フィードスルー上層部22およびフィードスルー下層部20上に配置された入力ストリップライン19aおよび出力ストリップライン19bの模式的構成をそれぞれ表す。
第1の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージ1の模式的平面パターン構成は、図2に示すように表される。また、図2のI−I線に沿う模式的断面構造は、図3に示すように表される。
図2のI−I線に沿う第1の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージの模式的断面構造は、図3(a)に示すように表され、中間層40と熱伝導層50からなる積層構造の反りを表す模式的断面構造は、図3(b)に示すように表される。
メタル壁16は、例えば、アルミニウム、銅、モリブデン、タングステン、銅モリブデン合金、銅タングステン合金などの導電性金属によって形成される。
メタルキャップ10は、図1に示すように、平板形状を備える。メタルキャップ10は、例えば、アルミニウム、モリブデン、銅モリブデン合金などの導電性金属によって形成される。
第1の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージ1の作製方法は、図1〜図3に示すように、コンパウンド材からなる中間層40を形成する工程と、中間層40上にCuからなる熱伝導層50を形成する工程とを有する導体ベースプレート200の形成工程を有する。
第2の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージ1の平面パターン構成は、図2と同様に表される。そこで、図2のII−II線に沿う第2の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージ1の模式的断面構造は、図4に示すように表される。
第3の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージ1の平面パターン構成は、図2と同様に表される。そこで、図2のII−II線に沿う第3の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージ1の模式的断面構造は、図5に示すように表される。
第4の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージ1の平面パターン構成は、図2と同様に表される。そこで、図2のII−II線に沿う第4の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージ1の模式的断面構造は、図6に示すように表される。
例えばCuとMoのコンパウンド材からなる中間層40と、中間層40上に配置され、例えばカーボンファイバとAlのコンパウンド材からなる熱拡散層60bと、熱拡散層60b上に配置され、Cuからなる熱伝導層50と、熱伝導層50上に配置され、例えばカーボンファイバとAlのコンパウンド材からなる熱拡散層60aを有することから、熱拡散層60aおよび熱伝導層50から伝えられた熱は、熱拡散層60bにより拡散され、より広い接合面積で熱を伝えることで、中間層40以下の層の熱伝導率の低いことの影響を低減する。
第1〜第4の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージに搭載可能な半導体装置24の模式的平面パターン構成の拡大図は、図7(a)に示すように表され、図7(a)のJ部分の拡大図は、図7(b)に示すように表される。また、第1〜第4の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージに搭載可能な半導体装置24の構成例であって、図7(b)のII−II線に沿う模式的断面構成例1〜4は、それぞれ図8〜12に示すように表される。
第1〜第4の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージに搭載可能な半導体装置24のFETセルの構成例1は、図8に示すように、半絶縁性基板110と、半絶縁性基板110上に配置された窒化物系化合物半導体層112と、窒化物系化合物半導体層112上に配置されたアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118と、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118上に配置されたソースフィンガー電極(S)120、ゲートフィンガー電極(G)124およびドレインフィンガー電極(D)122とを備える。窒化物系化合物半導体層112とアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118との界面には、2次元電子ガス(2DEG:Two Dimensional Electron Gas)層116が形成されている。図8に示す構成例1では、高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)が示されている。
第1〜第4の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージに搭載可能な半導体装置24のFETセルの構成例2は、図9に示すように、半絶縁性基板110と、半絶縁性基板110上に配置された窒化物系化合物半導体層112と、窒化物系化合物半導体層112上に配置されたソース領域126およびドレイン領域128と、ソース領域126上に配置されたソースフィンガー電極(S)120、窒化物系化合物半導体層112上に配置されたゲートフィンガー電極(G)124およびドレイン領域128上に配置されたドレインフィンガー電極(D)122とを備える。窒化物系化合物半導体層112とゲートフィンガー電極(G)124との界面には、ショットキーコンタクト(Schottky Contact)が形成されている。図9に示す構成例2では、金属−半導体電界効果トランジスタ(MESFET:Metal Semiconductor Field Effect Transistor)が示されている。
第1〜第4の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージに搭載可能な半導体装置24のFETセルの構成例3は、図10に示すように、半絶縁性基板110と、半絶縁性基板110上に配置された窒化物系化合物半導体層112と、窒化物系化合物半導体層112上に配置されたアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118と、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118上に配置されたソースフィンガー電極(S)120およびドレインフィンガー電極(D)122と、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118上のリセス部に配置されたゲートフィンガー電極(G)124とを備える。窒化物系化合物半導体層112とアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118との界面には、2DEG層116が形成されている。図10に示す構成例3では、HEMTが示されている。
第1〜第4の実施の形態に係る高周波半導体用パッケージに搭載可能な半導体装置24のFETセルの構成例4は、図11に示すように、半絶縁性基板110と、半絶縁性基板110上に配置された窒化物系化合物半導体層112と、窒化物系化合物半導体層112上に配置されたアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118と、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118上に配置されたソースフィンガー電極(S)120およびドレインフィンガー電極(D)122と、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118上の2段リセス部に配置されたゲートフィンガー電極124とを備える。窒化物系化合物半導体層112とアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)118との界面には、2DEG層116が形成されている。図15に示す構成例4では、HEMTが示されている。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10…メタルキャップ
11、12,14,15…ボンディングワイヤ
14a…メタルシールリング
16…メタル壁
17…入力整合回路
18…出力整合回路
19a…入力ストリップライン
19b…出力ストリップライン
20…フィードスルー下層部
21a…RF入力端子
21b…RF出力端子
22…フィードスルー上層部
24…半導体装置
26…入力回路基板
28…出力回路基板
30…第2熱伝導層
34…貫通孔
40…コンパウンド層
50…熱伝導層
60、60a、60b…熱拡散層
70…接触熱抵抗低減層
110…半絶縁性基板
112…窒化物系化合物半導体層(GaNエピタキシャル成長層)
116…2次元電子ガス(2DEG)層
118…アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)
120…ソースフィンガー電極
122…ドレインフィンガー電極
124…ゲートフィンガー電極
126…ソース領域
128…ドレイン領域
200…導体ベースプレート
G,G1,G2,…,G10…ゲート端子電極
S,S11,S12,…,S101,S102…ソース端子電極
D,D1,D2,…,D10…ドレイン端子電極
SC11,SC12,…,SC91,SC92,SC101,SC102…VIAホール
Claims (20)
- コンパウンド材からなる中間層と、
前記中間層上に配置され、Cuからなる熱伝導層と
を有する導体ベースプレートを備え、
前記中間層は、第1のコンパウンド材と第2のコンパウンド材とから構成され、前記中間層の厚さ方向に沿って、前記熱伝導層に近づくにつれて前記第1のコンパウンド材の混合比を増加させ、前記熱伝導層から遠ざかるにつれて前記第2のコンパウンド材の混合比を増加させ、
前記中間層の前記第1のコンパウンド材と前記第2のコンパウンド材との混合比は、20%/80%〜80%/20%であり、前記中間層の厚さは、0.4mm〜0.8mmであることを特徴とする高周波半導体用パッケージ。 - 前記導体ベースプレートは、前記熱伝導層と前記中間層との間に介在された熱拡散層をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の高周波半導体用パッケージ。
- 前記導体ベースプレートは、前記熱伝導層上に配置された熱拡散層をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の高周波半導体用パッケージ。
- 前記導体ベースプレートは、前記熱伝導層上に配置された第1熱拡散層と、前記熱伝導層と前記中間層との間に介在された第2熱拡散層とをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の高周波半導体用パッケージ。
- 前記熱拡散層は、カーボンファイバとCuのコンパウンド、カーボンファイバとAlのコンパウンド、ダイヤモンドとCuのコンパウンド、若しくはダイヤモンドとAlのコンパウンドのいずれかであることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の高周波半導体用パッケージ。
- 前記コンパウンド材は、CuとMoのコンパウンド、CuとWのコンパウンド、AlとMoのコンパウンド、若しくはAlとWのコンパウンドのいずれかであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の高周波半導体用パッケージ。
- 前記導体ベースプレートは、前記熱伝導層に対向し、前記中間層の下面に配置された接触熱抵抗低減層をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の高周波半導体用パッケージ。
- 前記接触熱抵抗低減層は、Cuで形成されたことを特徴とする請求項7に記載の高周波半導体用パッケージ。
- 前記導体ベースプレート上に配置された半導体装置と、
前記半導体装置を内在し、前記導体ベースプレート上に配置されたメタル壁と、
前記メタル壁の入出力部に設けられた貫通孔と、
前記貫通孔にはめ込まれ、かつ前記導体ベースプレート上に配置されたフィードスルー下層部と、
前記貫通孔にはめ込まれ、かつ前記フィードスルー下層部上に配置されたフィードスルー上層部と、
前記メタル壁の入力部において、前記フィードスルー下層部上に配置された入力ストリップラインと、
前記メタル壁の出力部において、前記フィードスルー下層部上に配置された出力ストリップラインと
を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の高周波半導体用パッケージ。 - 前記メタル壁に囲まれた前記導体ベースプレート上に前記半導体装置に隣接して配置された入力回路基板および出力回路基板と、
前記入力回路基板上に配置され、前記入力ストリップラインに接続された入力整合回路と、
前記出力回路基板上に配置され、前記出力ストリップラインに接続された出力整合回路と、
前記半導体装置と前記入力整合回路および前記出力整合回路を接続するボンディングワイヤと
を備えることを特徴とする請求項9に記載の高周波半導体用パッケージ。 - 前記メタル壁上に配置されたメタルシールリングと、
前記メタルシールリング上に配置されたメタルキャップと
を備えることを特徴とする請求項10に記載の高周波半導体用パッケージ。 - 前記半導体装置は、
半絶縁性基板と、
前記半絶縁性基板の第1表面に配置され,それぞれ複数のフィンガーを有するゲートフィンガー電極、ソースフィンガー電極およびドレインフィンガー電極と、
前記半絶縁性基板の第1表面に配置され,前記ゲートフィンガー電極、前記ソースフィンガー電極および前記ドレインフィンガー電極ごとに複数のフィンガーをそれぞれ束ねて形成した複数のゲート端子電極、複数のソース端子電極およびドレイン端子電極と、
前記ソース端子電極の下部に配置されたVIAホールと、
前記半絶縁性基板の第1表面と反対側の第2表面に配置され、前記ソース端子電極に対して前記VIAホールを介して接続された接地電極と
を備えることを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の高周波半導体用パッケージ。 - 前記半絶縁性基板は、GaAs基板、SiC基板、GaN基板、SiC基板上にGaNエピタキシャル層を形成した基板、SiC基板上にGaN/AlGaNからなるヘテロ接合エピタキシャル層を形成した基板、サファイア基板、若しくはダイヤモンド基板のいずれかであることを特徴とする請求項12に記載の高周波半導体用パッケージ。
- コンパウンド材からなる中間層を形成する工程と、前記中間層上にCuからなる熱伝導層を形成する工程とを有する導体ベースプレートを形成する工程を有し、
前記中間層は、第1のコンパウンド材と第2のコンパウンド材とから構成され、前記中間層の厚さ方向に沿って、前記熱伝導層に近づくにつれて前記第1のコンパウンド材の混合比を増加させ、前記熱伝導層から遠ざかるにつれて前記第2のコンパウンド材の混合比を増加させ、
前記中間層の前記第1のコンパウンド材と前記第2のコンパウンド材との混合比は、20%/80%〜80%/20%であり、前記中間層の厚さは、0.4mm〜0.8mmであることを特徴とする高周波半導体用パッケージの作製方法。 - 前記導体ベースプレートを形成する工程は、前記熱伝導層と前記中間層との間に熱拡散層を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項14に記載の高周波半導体用パッケージの作製方法。
- 前記導体ベースプレートを形成する工程は、前記熱伝導層上に熱拡散層を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項14に記載の高周波半導体用パッケージの作製方法。
- 前記導体ベースプレートを形成する工程は、前記熱伝導層上に第1熱拡散層を形成する工程と、前記熱伝導層と前記中間層との間に第2熱拡散層を形成する工程とをさらに有することを特徴とする請求項14に記載の高周波半導体用パッケージの作製方法。
- 前記導体ベースプレートを形成する工程は、前記熱伝導層に対向し、前記中間層の下面に接触熱抵抗低減層を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項14〜17のいずれか1項に記載の高周波半導体用パッケージの作製方法。
- 前記導体ベースプレート上に半導体装置を形成する工程と、
前記半導体装置を内在し、前記導体ベースプレート上にメタル壁を形成する工程と、
前記メタル壁の入出力部に貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔にはめ込まれ、かつ前記導体ベースプレート上にフィードスルー下層部を形成する工程と、
前記貫通孔にはめ込まれ、かつ前記フィードスルー下層部上にフィードスルー上層部を形成する工程と、
前記メタル壁の入力部において、前記フィードスルー下層部上に入力ストリップラインを形成する工程と、
前記メタル壁の出力部において、前記フィードスルー下層部上に出力ストリップラインを形成する工程と、
前記メタル壁に囲まれた前記導体ベースプレート上に前記半導体装置に隣接して入力回路基板および出力回路基板を形成する工程と、
前記入力回路基板上に、前記入力ストリップラインに接続された入力整合回路を形成する工程と、
前記出力回路基板上に、前記出力ストリップラインに接続された出力整合回路を形成する工程と、
前記半導体装置と前記入力整合回路および前記出力整合回路を接続するボンディングワイヤを形成する工程と
を有することを特徴とする請求項14〜18のいずれか1項に記載の高周波半導体用パッケージの作製方法。 - 前記メタル壁上にメタルシールリングを形成する工程と、
前記メタルシールリング上にメタルキャップを形成する工程と
を有することを特徴とする請求項19に記載の高周波半導体用パッケージの作製方法。
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