JPH07321127A - 化合物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

化合物半導体装置及びその製造方法

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JPH07321127A
JPH07321127A JP10690994A JP10690994A JPH07321127A JP H07321127 A JPH07321127 A JP H07321127A JP 10690994 A JP10690994 A JP 10690994A JP 10690994 A JP10690994 A JP 10690994A JP H07321127 A JPH07321127 A JP H07321127A
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JP
Japan
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compound semiconductor
protective film
insulating protective
forming
film
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JP10690994A
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Yuji Minami
裕二 南
Yutaka Ueno
豊 上野
Toshikazu Fukuda
利和 福田
Yoshihiro Kinoshita
義弘 木下
Kenji Honmei
謙二 本明
Soichi Imamura
壮一 今村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L24/01Means 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
    • H01L24/02Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/06Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01014Silicon [Si]

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、ボンディング領域における基板
と絶縁膜との剥離を防止するとともに、素子形成領域に
おける耐湿性の向上を図り素子特性の劣化を抑制し得る
化合物半導体装置及びその製造方法を提供することを目
的とする。 【構成】 この発明は、化合物半導体基板1上に形成さ
れた素子形成領域6がシリコン窒化膜により選択的に被
覆され、化合物半導体基板1上のボンディング領域7が
シリコン酸化膜により選択的に被覆されて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野明】本発明は、HEMT(高電子移
動度トランジスタ)、マイクロ波用FET、ホール素
子、モノリシックマイクロ波集積回路を代表とする化合
物半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】上述した従来の化合物半導体装置の構造
及びその製造方法をGaAsFETを例に挙げて、図7
を参照して説明する。
【0003】まず、GaAs基板101にイオン注入法
により高濃度層103及び高濃度層103に挟まれた動
作層102を形成した後、GaAs基板101の表面全
体に第1の絶縁膜104を形成する(図7(a))。次
に、高濃度層103上の第1の絶縁膜104に電極形成
部を開孔形成する(図7(b))。次に、開孔された高
濃度層103上にソース電極105及びドレイン電極1
06を形成する(図7(c))。次に、上述したと同様
にして、動作層102上の第1の絶縁膜104に電極形
成部を開孔形成した後、開孔された動作層102上にゲ
ート電極107を形成する(図7(d))。次に、装置
表面を保護するために基板101の表面全体に第2の絶
縁膜108を形成して被覆する(図7(e))。最後
に、高濃度層103上の第2の絶縁膜108にスルーホ
ールを選択的に開孔した後、高濃度層103に接続され
る配線109又はボンディングパッド109を形成し、
ボンディングパッド109上にボンディングワイヤ11
0を接続形成する(図7(f))。
【0004】このようにして形成される従来の化合物半
導体装置において、基板101の表面全体を被覆する第
1の絶縁膜104の部材として耐湿性に優れたシリコン
窒化膜を用いた場合は、シリコン窒化膜が比較的硬質で
あるため、GaAs基板101との密着性がさほど良く
なかった。このため、基板101とシリコン窒化膜との
間に衝撃が加えられる工程、特にボンディング工程にお
けるボンディング領域においては、図7(f)にAで示
す箇所でボンディングワイヤ110の圧着時の衝撃によ
りシリコン窒化膜の剥離が発生していた。
【0005】一方、第1の絶縁膜104の部材としてシ
リコン酸化膜を用いた場合には、第1の絶縁膜104と
GaAs基板101との密着性が良好となり、ボンディ
ング領域における両者の剥離は回避することができる。
しかしながら、シリコン酸化膜はシリコン窒化膜に比べ
て耐湿性がさほど良くないため、湿気の侵入によりFE
T等の素子に悪影響を与えて特性の劣化を引き起こし易
かった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
化合物半導体基板と絶縁膜が接合される構造を有する従
来の化合物半導体装置においては、絶縁膜の部材として
シリコン窒化膜又はシリコン酸化膜を用いた場合は、ボ
ンディング領域における基板と絶縁膜との剥離、又は耐
湿性の低下による素子特性の劣化といった不具合を招い
ていた。
【0007】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、ボンディング
領域における基板と絶縁膜との剥離を防止するととも
に、素子形成領域における耐湿性の向上を図り素子特性
の劣化を抑制し得る化合物半導体装置及びその製造方法
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、化合物半導体基板上に形成
された素子形成領域が第1の絶縁保護膜により選択的に
被覆され、化合物半導体基板上のボンディング領域が第
2の絶縁保護膜により選択的に被覆されて構成される。
【0009】請求項2記載の発明は、素子形成領域を含
む化合物半導体基板の表面に第1の絶縁保護膜を形成す
る工程と、少なくともボンディング領域の第1の絶縁保
護膜を選択的に除去する工程と、少なくともボンディン
グ領域に第2の絶縁保護膜を形成して被覆する工程とを
有してなる。
【0010】請求項3記載の発明は、化合物半導体基板
上の素子形成領域に動作層及び高濃度層を結晶成長法に
より選択的に積層形成する工程と、高濃度層上にソース
電極及びドレイン電極を選択的に形成する工程と、ソー
ス電極とドレイン電極との間の高濃度層を選択的に除去
して動作層を露出させる工程と、露出された動作層上に
ゲート電極を選択的に形成する工程と、全面に第1の絶
縁保護膜を形成して被覆する工程と、少なくともボンデ
ィング領域の第1の絶縁保護膜を選択的に除去する工程
と、少なくともボンディング領域に第2の絶縁保護膜を
形成して被覆する工程とを有してなる。
【0011】請求項4記載の発明は、化合物半導体基板
の素子形成領域に動作層及び高濃度層をイオン注入法に
より選択的に形成する工程と、全面に第1の絶縁保護膜
を形成して被覆する工程と、第1の絶縁保護膜を選択的
に除去した後、高濃度層上にソース電極又はドレイン電
極を形成し、動作層上にゲート電極を形成する工程と、
少なくともボンディング領域の第1の絶縁保護膜を選択
的に除去する工程と、少なくともボンディング領域に第
2の絶縁保護を形成して被覆する工程とを有してなる。
【0012】請求項5記載の発明は、請求項1,2、3
又は4記載の発明において、第1の絶縁保護膜はシリコ
ン窒化膜又はポリイミド膜からなり、第2の絶縁保護膜
はシリコン酸化膜又はPSG膜からなる。
【0013】請求項6記載の発明は、化合物半導体基板
の全面に第1の絶縁保護膜を形成して被覆する工程と、
素子形成領域の第1の絶縁保護膜を選択的に除去し、イ
オン注入法により高濃度層及び動作層を形成する工程
と、高濃度層上にソース電極又はドレイン電極を形成
し、動作層上にゲート電極を形成する工程と、全面に第
2の絶縁保護膜を形成して被覆する工程と、少なくとも
ボンディング領域の第2の絶縁保護膜を選択的に除去す
る工程とを有してなる。
【0014】請求項7記載の発明は、請求項6記載の発
明において、第1の絶縁保護膜はシリコン酸化膜又はP
SG膜からなり、第2の絶縁保護膜はシリコン窒化膜又
はポリイミド膜からなる。
【0015】
【作用】上記構成において、この発明は、素子形成領域
の被覆に要求される特性を有する第1の絶縁保護膜で素
子形成領域を被覆し、ボンディング領域の被覆に要求さ
れる特性を有する第2の絶縁保護膜でボンディング領域
を被覆するようにしている。
【0016】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
【0017】図1は請求項1又は5記載の発明の一実施
例に係わる化合物半導体装置の構造を示す平面図であ
る。
【0018】図1において、GaAsやInPの化合物
半導体基板1に動作層及び高濃度層が形成され、動作層
上にゲート電極2、高濃度層上にドレイン電極3又はソ
ース電極4が形成されて、FETの素子が形成されてい
る。ゲート電極2、ドレイン電極3及びソース電極4に
は、それぞれ対応したボンディングワイヤ接合部5を介
してボンディングワイヤ(図示せず)が接合されてい
る。
【0019】また、少なくともチャネル領域を含んでF
ETの素子として動作する実質的な動作領域となる素子
形成領域6は、耐湿性に優れた第1の絶縁保護膜となる
シリコン窒化膜(図示せず)により選択的に被覆されて
いる。さらに、少なくともそれぞれのボンディングワイ
ヤ接合部5を含むボンディング領域7は、基板との密着
性の良好な第2の絶縁保護膜となるシリコン酸化膜(図
示せず)により選択的に被覆されている。
【0020】このように、素子形成領域6がシリコン窒
化膜によって被覆されているため、シリコン酸化膜で被
覆した場合に比べて素子の耐湿性を向上させることがで
きる。これにより、湿気による腐食等の不良や電気的特
性の劣化が低減されて信頼性の向上ならびに歩留りの向
上を達成することができる。
【0021】さらに、ボンディング領域7の基板1がシ
リコン酸化膜によって被覆されているため、基板との密
着性はシリコン窒化膜で被覆した場合に比べて良好とな
る。これにより、接合時に衝撃が加わるボンディング接
合部5におけるシリコン酸化膜の剥離を防止することが
でき、信頼性ならびに歩留りの向上を達成することがで
きる。
【0022】また、ボンディング工程は半導体装置の全
製造工程の中でも装置の完成度の高い比較的後の工程と
なるため、後工程での不良を低減することができる。こ
れにより、完成度の高い製品の不良が低減されて、前工
程で不良が低減される場合に比べて工数ならびに生産費
用を大幅に削減することができる。
【0023】なお、上記実施例ならびに以下に説明する
実施例においては、第1の絶縁膜となるシリコン窒化膜
に代えてポリイミド膜、第2の絶縁膜となるシリコン酸
化膜に代えてPSG(リンガラス)膜であっても同様の
効果を得ることができる。
【0024】また、素子形成領域及びボンディング領域
以外の領域はいかなる絶縁膜を用いても良く、装置に応
じて適宜設計的な事項として決定するようにすればよ
い。
【0025】さらに、素子形成領域ならびにボンディン
グ領域は図1に示す範囲に限らず、素子形成領域は少な
くとも実質的に素子として動作する領域が包含され、ボ
ンディング領域はボンディングワイヤ接合部が包含され
ていればよく、その大きさならびに範囲は設計的な事項
として適宜設定するようにすればよい。
【0026】また、化合物半導体基板に形成される素子
は、FETに限らず抵抗、容量等の半導体装置に使用さ
れているあらゆる能動、受動素子であってもかまわな
い。
【0027】次に、上記した構造の化合物半導体装置の
製造方法を説明する。
【0028】図2及び図3は請求項2,3又は5記載の
発明の一実施例に係わる化合物半導体装置の製造方法を
示す工程断面図である。
【0029】まず、例えばGaAsの化合物半導体基板
21上に動作層22及び高濃度層23を結晶成長法によ
り形成する(図2(a))。次に、素子形成領域24以
外の動作層22及び高濃度層23をメサエッチングによ
り除去して、素子形成領域24に動作層22及び高濃度
層23を選択的に形成し、素子を分離する(図2
(b))。次に、高濃度層23上にソース電極25又は
ドレイン電極26を選択的に形成する(図2(c))。
次に、ソース電極25とドレイン電極26との間の高濃
度層23を選択的にエッチング除去して、動作層22を
露出させる(図2(d))。
【0030】次に、露出された動作層22上にゲート電
極27を選択的に形成する(図3(e))。次に、全面
にシリコン窒化膜28を1000Å〜2000Å程度の
厚さに形成して被覆する(図3(f))。次に、ボンデ
ィング領域29のシリコン窒化膜28を選択的に除去す
る。その後、全面にシリコン酸化膜30を5000Å前
後の厚さに形成して被覆する(図3(g))。最後に、
ソース電極25、ドレイン電極26及びゲート電極27
上のシリコン窒化膜28及びシリコン酸化膜30を選択
的に除去して開孔し、それぞれの電極と接続される配線
31及びボンディング領域29にボンディングパッド3
1を形成し、ボンディングパッド31にボンディングワ
イヤ32を接続して装置が完成する(図3(h))。
【0031】このような製造方法においては、素子形成
領域24が選択的にシリコン窒化膜28により被覆さ
れ、ボンディング領域29及び他の領域がシリコン酸化
膜30により被覆されて、前述した効果を達成し得る化
合物半導体装置を製造することができる。
【0032】図4は請求項2,4又は5記載の発明の一
実施例に係わる化合物半導体装置の製造方法を示す工程
断面図である。
【0033】この製造方法の特徴とするところは、動作
層及び高濃度層をイオン注入法により形成したことにあ
る。
【0034】まず、例えばGaAsの化合物半導体基板
41に動作層42及び高濃度層43をイオン注入法によ
り形成した後、基板41の表面をシリコン窒化膜44で
被覆する(図4(a))。次に、ソース電極及びドレイ
ン電極が形成される領域のシリコン窒化膜44を選択的
に除去して開孔した後、ソース電極45及びドレイン電
極46を形成する。同様にして、ゲート電極が形成され
る領域のシリコン窒化膜44を選択的に開孔した後、ゲ
ート電極47を形成する(図4(b))。次に、フォト
レジストパターン48により素子形成領域49を選択的
に被覆してボンディング領域50を含む他の領域のシリ
コン窒化膜44をドライエッチングもしくはウェトエッ
チングにより除去する(図4(c))。次に、フォトレ
ジストパターン48を除去した後、全面にシリコン酸化
膜51形成して被覆する(図4(d))。最後に、それ
ぞれの電極上のシリコン酸化膜51を選択的に除去して
開孔した後、それぞれの電極に対応して接続される配線
52及びボンディングパッド52を形成する。その後、
ボンディング領域50のボンディングパッド52にボン
ディングワイヤ53を接続して装置が完成する(図4
(e))。
【0035】なお、図4(f)に示すように、必要に応
じて図4(e)に示す工程の後全面に保護膜54を形成
し、ボンディング領域50の保護膜を選択的に除去して
開孔し、ボンディングワイヤ53を接続するようにして
もよい。
【0036】このような製造方法においては、上記実施
例の製造方法と同様な効果が得られるとともに、動作層
及び高濃度層を形成した後全面にシリコン窒化膜44を
形成するようにしているので、前工程で装置の表面が被
覆されるため製造工程における半導体装置の汚染を防止
することができる。
【0037】一方、上記実施例において、イオン注入法
により動作層及び高濃度層を形成後、ソース電極、ドレ
イン電極及びゲート電極を形成し、その後全面にシリコ
ン窒化膜を形成するようにしてもよい。
【0038】図5及び図6は請求項2,6又は7記載の
発明の一実施例に係わる化合物半導体装置の製造方法を
示す工程断面図である。
【0039】まず、例えばGaAsの化合物半導体基板
61の全面にシリコン酸化膜62を形成して被覆する
(図5(a))。次に、フォトレジストパターンニング
63を用いて素子形成領域64のシリコン酸化膜62を
選択的にエッチング除去し、イオン注入法により例えば
N型のキャリアを注入して高濃度層65を形成する(図
5(b))。引き続いて、イオン注入法により動作層6
6を形成する(図5(c))。次に、フォトレジストパ
ターン63を除去した後、フラッシュアニール等により
注入したキャリアを活性化させる。(図5(d))。
【0040】次に、高濃度層65及び動作層66上にそ
れぞれ対応してソース電極67、ドレイン電極68及び
ゲート電極69を形成する(図6(e))。次に、全面
にシリコン窒化膜70を形成して被覆する(図6
(f))。次に、フォトレジストパターン71を用いて
それぞれの電極上及びボンディング領域72のシリコン
窒化膜70をドライエッチングもしくはウェトエッチン
グにより選択的に除去する(図6(g))。最後に、フ
ォトレジストパターン71を除去した後、ボンディング
パッド73及び配線73を形成した後、ボンディングパ
ッド73にボンディングワイヤ74を接続して装置が完
成する(図6(h))。
【0041】なお、この実施例においても、図4に示す
実施例と同様に、ボンディングパッド73及び配線73
を形成した後保護膜を形成するようにしてもよい。
【0042】このような実施例にあっては、上述した実
施例と同様な効果を得ることができるとともに、先にボ
ンディング領域72をシリコン酸化膜62により被覆す
るようにしているので、シリコン酸化膜62はGaAs
の基板61に対してより一層確実で良好な密着性を得る
ことができる。さらに、イオン注入工程で使用したシリ
コン酸化膜62を用いることにより前述した実施例に比
較して工程数を削減することができる。なお、イオン注
入工程後キャリアを活性化するアニール工程の際にシリ
コン酸化膜62の劣化もしくは剥離が懸念される場合に
は、膜質への影響の少ないフラッシュアニール等を用い
るようにすればよい。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、素子形成領域とボンディング領域とでそれぞれ異な
る特性を有する絶縁保護膜で選択的に被覆するようにし
たので、ボンディング領域における基板と絶縁膜との剥
離を防止することができる。また、素子形成領域におけ
る耐湿性の向上を図り素子特性の劣化を抑制することが
できる。これらのことから、信頼性ならびに歩留りの向
上を達成し得る化合物半導体装置を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1又は5記載の発明の一実施例に係わる
化合物半導体装置の構造を示す平面図である。
【図2】請求項2,3又は5記載の発明の一実施例に係
わる化合物半導体装置の製造方法を示す工程断面図であ
る。
【図3】請求項2,3又は5記載の発明の一実施例に係
わる化合物半導体装置の製造方法を示す工程断面図であ
る。
【図4】請求項2,4又は5記載の発明の一実施例に係
わる化合物半導体装置の製造方法を示す工程断面図であ
る。
【図5】請求項2,6又は7記載の発明の一実施例に係
わる化合物半導体装置の製造方法を示す工程断面図であ
る。
【図6】請求項2,6又は7記載の発明の一実施例に係
わる化合物半導体装置の製造方法を示す工程断面図であ
る。
【図7】従来の化合物半導体装置の製造方法を示す工程
断面図である。
【符号の説明】
1,21、41、61、101 化合物半導体基板 2,27、46、69、107 ゲート電極 3,26、47、68、106 ドレイン電極 4,25、45、67、105 ソース電極 5 ボンディングワイヤ接合部 6,24、49、64 素子形成領域 7,29、50、72 ボンディング領域 22、42、66、102 動作層 23、43、65、103 高濃度層 28、44、104 シリコン窒化膜 30、51、62、70、108 シリコン酸化膜 31、52、73、109 配線及びボンディングパッ
ド 32、53、74、110 ボンディングワイヤ 48、63、71 フォトレジストパターン
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/318 M 21/60 301 P (72)発明者 木下 義弘 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝多摩川工場内 (72)発明者 本明 謙二 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝多摩川工場内 (72)発明者 今村 壮一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝多摩川工場内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物半導体基板表面に形成された素子
    形成領域が第1の絶縁保護膜により選択的に被覆され、
    化合物半導体基板上のボンディング領域が第2の絶縁保
    護膜により選択的に被覆されてなることを特徴とする化
    合物半導体装置。
  2. 【請求項2】 化合物半導体基板表面の素子形成領域を
    含む化合物半導体基板の表面に第1の絶縁保護膜を形成
    する工程と、 少なくとも前記化合物半導体基板表面のボンディング領
    域上に形成された第1の絶縁保護膜を選択的に除去する
    工程と、 少なくとも前記化合物半導体基板表面のボンディング領
    域に第2の絶縁保護膜を形成して被覆する工程とを有す
    ることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 化合物半導体基板表面の素子形成領域に
    動作層及び高濃度層を結晶成長法により選択的に積層形
    成する工程と、 高濃度層上にソース電極及びドレイン電極を選択的に形
    成する工程と、 ソース電極とドレイン電極との間の高濃度層を選択的に
    除去して動作層を露出させる工程と、 露出された動作層上にゲート電極を選択的に形成する工
    程と、 前記化合物半導体基板全面に第1の絶縁保護膜を形成し
    て被覆する工程と、 少なくとも前記化合物半導体基板表面のボンディング領
    域上に形成された第1の絶縁保護膜を選択的に除去する
    工程と、 少なくとも前記化合物半導体基板表面のボンディング領
    域に第2の絶縁保護膜を形成して被覆する工程とを有す
    ることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 化合物半導体基板表面の素子形成領域に
    動作層及び高濃度層をイオン注入法により選択的に形成
    する工程と、 前記化合物半導体基板全面に第1の絶縁保護膜を形成し
    て被覆する工程と、 前記素子形成領域上の第1の絶縁保護膜を選択的に除去
    した後、高濃度層上にソース電極又はドレイン電極を形
    成し、動作層上にゲート電極を形成する工程と、 少なくともボンディング領域の第1の絶縁保護膜を選択
    的に除去する工程と、 少なくともボンディング領域に第2の絶縁保護を形成し
    て被覆する工程とを有することを特徴とする化合物半導
    体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第1の絶縁保護膜はシリコン窒化膜
    又はポリイミド膜からなり、前記第2の絶縁保護膜はシ
    リコン酸化膜又はPSG膜からなることを特徴とする請
    求項1,2,3又は4記載の化合物半導体装置及びその
    製造方法。
  6. 【請求項6】 化合物半導体基板の全面に第1の絶縁保
    護膜を形成して被覆する工程と、 素子形成領域上に形成された第1の絶縁保護膜を選択的
    に除去し、イオン注入法により高濃度層及び動作層を形
    成する工程と、 高濃度層上にソース電極又はドレイン電極を形成し、動
    作層上にゲート電極を形成する工程と、 前記化合物半導体基板全面に第2の絶縁保護膜を形成し
    て被覆する工程と、 少なくとも前記化合物半導体基板表面のボンディング領
    域上に形成された第2の絶縁保護膜を選択的に除去する
    工程とを有することを特徴とする化合物半導体装置の製
    造方法。
  7. 【請求項7】 前記第1の絶縁保護膜はシリコン酸化膜
    又はPSG膜からなり、前記第2の絶縁保護膜はシリコ
    ン窒化膜又はポリイミド膜からなることを特徴とする請
    求項6記載の化合物半導体装置及びその製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7190010B2 (en) 2004-04-06 2007-03-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device
JP2010177248A (ja) * 2009-01-27 2010-08-12 Anritsu Corp 半導体装置及びその製造方法
US8237244B2 (en) 2008-11-26 2012-08-07 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device including a transistor and a capacitor having multiple insulating films

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