JPH09283818A

JPH09283818A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH09283818A
Application number: JP8139661A
Authority: JP
Inventors: Chikao Kimura; 親夫木村
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1996-04-15
Filing date: 1996-04-15
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】製造、組立が容易なミリ波用半導体装置の製
造方法を提供する。【解決手段】半導体装置を形成する半導体基板のアノ
ード電極、カソード電極１２を形成する領域を取り囲む
ように溝を形成し、この溝の中に絶縁物を充填させる。
これはピル型パッケージの外囲器の機能を兼ねている。
アノード電極、カソード電極１２を形成した後、カソー
ド電極をマスクにカソード側の半導体基板をエッチング
し、所定の電流値に調整する。このエッチングは、複数
の半導体装置に同時に施すことができる。カソード電極
の形成と同時に、カソード側の絶縁膜上にカソード電極
と同じ高さの凸部１３を形成する。この凸部は、組立時
に、カソード電極端部へ加重が集中するのを防止する。
半導体基板を切断し、チップ化する際には、溝内に充填
した絶縁物９の部分を切断することで、側面を取り囲む
絶縁物８を備えた半導体チップを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特にミリ波領域の発振器として使用される
半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ミリ波領域の電波の応用が盛んに
なりつつある。例えば、自動車の車間距離をミリ波のド
ップラーレーダーで測定し、衝突、追突を回避したり、
側方からの衝突を事前にとらえて、エアバッグを作動さ
せ、安全を図ろうとする試みがなされている。また、ミ
リ波による通信は、導線や光ファイバー等の設備を必要
としないため、既に一部で実用化されている。さらにミ
リ波は、降雨や降雪にも強く、指向性も強いので、応用
範囲の広い通信媒体として有効である。しかし、ミリ波
の発振源のコストが高く、十分な普及の妨げとなってい
る。

【０００３】ミリ波の発振源は、ガンダイオード、イン
パット・ダイオード、ＨＥＭＴあるいはＰＨＥＭＴ等が
ある。このうち、インパット・ダイオードは、基本的に
逆方向の降伏領域で動作させるため、焼損の可能性が回
避できず、信頼性に問題点がある。また、ＨＥＭＴある
いはＰＨＥＭＴも、ミリ波で動作させるためには、ゲー
ト長を０．１〜０．２ミクロン程度と短くしなければな
らず、発振器として使用するには、耐電力が小さいとい
う問題がある。そのため、ミリ波の発振器としては、ガ
ンダイオードが最も広範に利用されている。

【０００４】ガンダイオードは、電子遷移効果を用いた
バルク発振素子であるため、表面準位の影響も少なく、
従って化合物半導体素子の中で１／ｆ雑音が最も少な
く、ドップラーレーダーのような低周波出力を必要とす
る際には、特に際だった優位性を有している。

【０００５】ミリ波用のガンダイオードは、通常ガリウ
ム砒素やインジウム燐のような化合物半導体で作られ、
これらは電子の低電界移動度が数千ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ
と大きい。しかし、さらに高電界が加わると、加速され
た電子は有効質量の大きいバンドに遷移し、移動度が低
下する。このような機構によりバルク内に負性微分移動
度が生じ、結果的に電流電圧特性に負性微分コンダクタ
ンスが現れ、熱力学的不安定が生じる。そのため、ドメ
インが発生し、陰極側から陽極側へドメインが走行す
る。これが繰り返される結果、外部に電流振動が得られ
ることになる。

【０００６】このドメインが走行する距離によって発振
周波数が決まる。従って、ミリ波用のガンダイオードの
場合、この走行空間を１〜２ミクロンと、極めて短くし
なければならない。しかも、ミリ波用ガンダイオードに
おいては、ドメインの走行空間内のｎ型不純物濃度は、
１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3オーダーと大きい。このよう
に距離が短く、抵抗が低いので、動作電流を小さくする
ために、走行空間を含め素子を数１０ミクロン直径程度
と極めて小さく形成しなければならない。

【０００７】さらに、このような微少面積としても動作
電流は数百ミリアンペアと大きくなるため、放熱効率の
良い構造にする必要がある。

【０００８】従来のミリ波用ガンダイオードの製造方法
を図９に示す。まず、ガリウム砒素、インジウム燐等か
らなる半導体基板を用意する。この半導体基板は、ｎ++
基板上に形成したバッファー層で形成したアノード層
と、ｎ-ドメイン走行層と、ｎ++カソード層を備え、カ
ソード層表面に、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕのように積層さ
れた抵抗性電極を蒸着等で形成し、これを合金化し、カ
ソード電極を形成する。その後、基板を５０〜１００ミ
クロンまで所定の厚さに研磨除去し、さらに化学腐蝕を
ほどこした後、その表面にカソード電極と同様の方法
で、アノード電極を形成する。

【０００９】カソード側に、直径１００ミクロン前後の
軟質の金属球２２をワックス２３によって固定する。こ
の軟質金属球２２をマスクにして、微細な砥粒のエアブ
レイシブを施す。即ち、サンドブラストを施して、基板
底面まで切断すると、図９に示す斜線部２４がエッチン
グ除去され、約１００ミクロン径の円柱状に切断された
ガンダイオードチップ２１を得ることができる。このガ
ンダイオードチップ２１からワックスを溶解して金属球
２２を取り除き、洗浄を行えば、組立前のガンダイオー
ドチップ２１を得ることができる。このガンダイオード
チップ２１は、組立作業が可能な大きさとするため、そ
の電流電圧特性は、所定の設定値より、大きな値となっ
ている。

【００１０】このガンダイオードチップ２１は、例え
ば、先端を細くしたサファイア柱あるいは石英柱をワイ
ヤボンダの先端に装着し、その先端を放熱基台電極表面
と平行となるように研磨しておき、サファイア柱先端に
静電吸着して放熱基台電極表面に、カソード側を下向き
にして接着し、組み立てられる。放熱基台電極表面は、
金メッキが施され、ガンダイオードのカソード表面に形
成された金電極と、熱間圧接される。また、ＡｕＳｕ共
晶合金やＡｕＧｅ共晶合金をロウ材としてロウ付けする
こともある。

【００１１】このとき、ガンダイオードを組み立てるピ
ル形パッケージは、図１０に示すように、放熱基台電極
２５を取り囲むように外囲器となるガラスやセラミック
からなる円筒２６が硬ロウ付けされている。従って、ガ
ンダイオードチップ２１を静電吸着したサファイア柱を
放熱基台電極２５に近づけると、サファイア柱が視野を
遮り、放熱基台電極２５を直接視認することが困難とな
り、作業効率が非常に悪い。

【００１２】さらに、表面にＣｒＡｕ等の金属層を設け
た石英ペデスタル２７を介して金リボン２８で、ガンダ
イオードチップ２１に配線を施し、さらに外囲器の先端
に設けられた金属層に再び金リボン２８によって配線を
行う必要があり、組立作業の効率が非常に悪いという問
題があった。

【００１３】また、このように組み立てられた後、個別
にエッチング液に浸漬し、ＧａＡｓ等のガンダイオード
チップ２１を構成する部分のみを溶解して、能動領域の
面積を低減させる。所定の面積に低減したことは、電流
値の減少によって知ることができ、エッチング後、電流
電圧特性を測定して、電流値が所定の値に減少するまで
繰り返し行われる。

【００１４】所定の電流値になったところで、外囲器上
に蓋状の金属ディスク（図示せず）をロウ付けし、ピル
形パッケージへの組立が終了する。従って、１個のガン
ダイオードを形成するための工程が非常に長いという問
題があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
ミリ波用半導体装置は、製造上、組立上に制約が多く、
歩留まりを低減させるような要因も数多くあり、コスト
が高くなるという問題点があった。本発明は、上記問題
点を解決し、製造、組立が容易な半導体装置を形成する
方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、半導体装置を形成する半導体基板のアノード電極、
カソード電極を形成する領域を取り囲むように溝を形成
し、この溝の中に絶縁物を充填させる。この絶縁物は、
従来のピル型パッケージの外囲器の機能をかねるもので
ある。アノード電極及びカソード電極を形成した後、カ
ソード電極をマスクにカソード側の半導体基板をエッチ
ングし、所定の電流値の調整する。このエッチングは、
複数の半導体装置に同時に施すことが可能である。カソ
ード電極の形成と同時に、カソード側の絶縁膜上にカソ
ード電極と同じ高さの凸部を形成する。この凸部は、組
立時に、カソード電極端部に加重が集中することを防止
する。半導体基板を切断し、チップ化する際には、溝内
に充填した絶縁物の部分を切断する。このように構成す
ることで、半導体チップを取り囲む絶縁物を備えた複数
の半導体チップを同時に得ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、ガンダイオードの製造方法を例に取り説明する。ガ
リウム砒素、インジウム燐等からなる半導体基板を用意
する。この半導体基板は、ｎ++基板上に形成したバッフ
ァー層で形成したアノード層１と、ｎ-ドメイン走行層
２と、ｎ++カソード層３を備えている。カソード層３表
面には、周知のＤＥＣＶＤ法等により、窒化膜と硼珪酸
−リン珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）等からなる第１の絶縁膜
４を形成する。次に、絶縁膜４上にハンドリング用の支
持板５を接着させる。この支持板５は、半導体基板と同
じ半導体基板を使用することができる。例えば、ガリウ
ム砒素半導体基板を支持板として使用する場合、支持板
表面にＢＰＳＧ膜等を形成し、カソード層３上に形成し
たＢＰＳＧ膜等と対面させるようにして、静電加熱圧着
のような、いわゆる陽極接合法を用いて接合させること
ができる。

【００１８】その後、アノード層１側から半導体基板を
研磨し、次いで、ケミカル・メカニカル・ポリッシング
あるいはケミカル・ポリッシングを行い、アノード層
１、ドメイン走行層２及びカソード層３の厚さを所定の
厚さ（５０ミクロン程度）に薄膜化し、ガンダイオード
形成用半導体基板とする。鏡面化した半導体基板表面
に、ガンダイオード形成予定領域を被覆し、これを取り
囲む、後工程でガンダイオードをチップ化する際に切断
する部分が、開口するようにホトレジスト６をパターニ
ングする。

【００１９】ホトレジスト６をマスクにして、半導体基
板を所望のエッチング液を使用し、エッチング除去し、
溝７を形成する。このエッチングは半導体基板を選択的
にエッチングするエッチング液を選択して行われ、窒化
膜等の第１の絶縁膜４で停止する。その結果、アノード
層１、ドメイン走行層２、カソード層３からなる半導体
基板が、絶縁膜４上に、島状に形成される（図１）。以
下、ハンドリング用の支持板５は、図面上は省略して説
明する。

【００２０】次いで、ホトレジスト６を除去し、溝７が
形成されたアノード層側の半導体表面に、ＰＥＣＶＤ法
あるいはスパッタ法により、シリコン膜、アモルファス
シリコン膜あるいは窒化膜からなる第２の絶縁膜８を、
単層あるいは多層に形成し、露出する半導体基板表面全
体を被覆する。この絶縁膜８は、後で形成する低融点ガ
ラスと半導体基板との接着性を向上させる。その後、低
融点ガラス粉末を遠心法、ドクダブレード法等周知の手
法により、溝７内に充填し、溶融あるいは燒結して固化
する（図２）。これにより、ガンダイオード形成予定領
域の半導体基板は、その全周を固化した低融点ガラス９
で囲まれた構造となる。低融点ガラスの溶融あるいは燒
結温度は、半導体のエピタキシャル成長温度より低く設
定することができるので、ガンダイオードの特性を損な
うことはない。また、低融点ガラスの溶融、固化のため
の熱処理は、実際には、低融点ガラスが被着した表面を
上向きにして行われるため、溶融した低融点ガラスは、
溝７内のカソード層３側に流入し、固化される。

【００２１】その後、低融点ガラス９及び第２の絶縁膜
８を研磨、除去し、アノード層１表面を露出させる。こ
の研磨により、固化した低融点ガラス９と、アノード層
１表面の高さがほぼ同一面となるようにする。尚、必ず
しもエッチング溝７の中に固着した低融点ガラス全体が
アノード層１表面の高さとほぼ等しくなる必要はなく、
溝７の中央部の高さが低くてもかまわないが、少なくと
もアノード層１を取り囲むように、低融点ガラスの一部
が、アノード層１表面の高さと同じ高さとなればよい。
このような構造にすることで、半導体基板の側面が、低
融点ガラス９により取り囲まれた構造となる。露出した
アノード層１表面に、電極金属を蒸着し、アノード電極
１０を形成する（図３）。ここで、電極金属を蒸着する
前に、露出するアノード層１表面をエッチングし、清浄
化しても良い。

【００２２】カソード層３側の第１の絶縁膜４表面に接
着していた支持板（図示せず）を取り除き、アノード層
１側のアノード電極１０表面に、改めてハンドリング用
の支持板（図示せず）をワックス等によって接着させ
る。次に、第１の絶縁膜４を除去し、カソード層３を露
出させる。この第１の絶縁膜４のエッチング除去の際、
第２の絶縁膜８が除去されずに残るエッチング液を選択
するのが好ましい。なぜなら、カソード層３側に露出す
る第２の絶縁膜８の表面の高さとカソード電極を形成す
るカソード層３の高さを一致させておくことが好ましい
からである。次に、ホトレジスト１１をパターニングす
る。ホトレジスト１１のパターンは、カソード層３上で
は、形成するガンダイオードの設計カソード面積より大
きい面積の開口とし、さらに、低融点ガラス９を充填し
た第２の絶縁膜８上にも開口する形状とする（図４）。

【００２３】このホトレジスト１１を使用して、電極金
属をリフトオフする。その後、熱処理を行い、カソード
層３上にカソード電極１２を形成する（図５）。同時
に、低融点ガラス９を充填した第２の絶縁膜８上に、カ
ソード電極１２とほぼ高さの等しい凸部１３が形成され
ることになる。この凸部１３は、カソード電極１２を取
り囲むように形成するのが好ましいが、少なくとも後工
程で、ガンダイオードを組み立てる際、放熱基台電極に
安定に組み立てられる構造及び配置にしなければならな
い。ここで、第１の絶縁膜４を除去する際、第２の絶縁
膜８がエッチング除去され（図３、図４）、カソード層
３の高さが、低融点ガラス９の高さより高くなる場合に
は、凸部１３に別の膜を形成し、凸部１３を高くする
か、カソード層３表面をエッチングし、カソード層３を
低くするのが好ましい。

【００２４】次に、カソード電極１２をマスクにして、
ガンダイオードの電流値が所望の値となるように、カソ
ード層側の半導体基板をエッチングする（図６）。この
エッチングにより、通常のガンダイオード同様、メサ構
造のガンダイオードが形成されることになる。また、こ
の段階では、アノード層１側に支持板（図示せず）が接
着されているので、複数のガンダイオードを、同時に処
理することができる。所望の電流値になった後、ガンダ
イオードと支持板の接着剤を溶解除去し、周知の切断方
法により、ダイシング用のテープに接着させ、低融点ガ
ラス９部分を切断し、ダイス化する。ここで、切断後に
おいても、凸部１３の一部は、低融点ガラス９を充填し
た第２の絶縁膜８上に残るようにする。

【００２５】このように形成されたガンダイオードチッ
プを放熱基台電極に組み立てる。本発明のガンダイオー
ドチップは、カソード電極１２とほぼ同じ高さの凸部１
３を、その頂面に有する低融点ガラス９で取り囲まれた
構造となっている。図７に示すように、本発明のガンダ
イオードチップを放熱基台電極１４上に、治具１５によ
り加圧し、カソード電極１２側を接触させるように組み
立てると、低融点ガラス９上に形成された金属の凸部１
３とカソード電極１２とに加重が均等に加わり、カソー
ド電極端部に加重が集中したり、チップが傾いて組み立
てられることもない。

【００２６】また、ガンダイオードチップは、低融点ガ
ラス９で周辺を取り囲まれた構造となるため、この低融
点ガラスが従来の外囲器の役割を果たすことになる。ま
た、凸部１３をカソード電極１２を取り囲むように形成
することで、従来のピル型パッケージの外囲器を必要と
しない組立が可能となる。従って、既設の外囲器の空間
的制限を受けずに、組み立てることができるようにな
る。

【００２７】以上の説明は、半導体基板表面に第１の絶
縁膜を形成し、支持板５に接着させてガンダイオードを
形成する工程を説明してきたが、カソード層３側に形成
する第１の絶縁膜及び支持板は、前述の説明の形態に限
定されるものではない。例えば、図８に示すように、ｎ
++基板上に形成したバッファー層で形成したアノード層
１と、ｎ-ドメイン走行層２と、ｎ++カソード層３を備
えた半導体基板のカソード層３表面に、半導体基板と選
択エッチング可能な薄い半導体層１６を形成し、さらに
この薄い半導体層１６と選択エッチング可能な別の厚い
半導体層１７を形成することで、前述の第１の絶縁膜及
び支持板とすることができる。

【００２８】一例として、ガリウム砒素からなるガンダ
イオード形成用半導体基板を用いた場合、カソード層３
表面に、薄いアルミニウムガリウム砒素（ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ）層１６を形成し、さらに厚いガリウム砒素層１７
を周知のＬＰＥ法を用いて形成する。薄いアルミニウム
ガリウム砒素層１６は、図１に示す第１の絶縁膜４に相
当し、厚いガリウム砒素層１７は、支持板５に相当す
る。このように構成することにより、前述の製造工程と
比較して、半導体基板を支持板に接着させる工程を省略
することができる。

【００２９】尚、アルミニウムガリウム砒素層１６は、
ガリウム砒素と選択エッチングを可能にするため、ｘ≧
０．３５程度の組成比を持つように形成するのが好まし
い。また、アルミニウムガリウム砒素とガリウム砒素の
選択エッチングは、例えば、ガリウム砒素の選択エッチ
ングは、アンモニア、過酸化水素、水の混合液等を用
い、アルミニウムガリウム砒素の選択エッチングは、フ
ッ酸、過酸化水素、水の混合液等を用いればよい。

【００３０】また、アルミニウムガリウム砒素、ガリウ
ム砒素の形成は、ＬＰＥ法に限定されることはなく、Ｖ
ＰＥ法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法等を適宜選択し、組み
合わせることが可能である。

【００３１】さらに、他の半導体の組み合わせ、例えば
インジウム燐とインジウムガリウム燐を選択することも
可能であり、別種のエッチング液に対して各々逆の選択
比を持つ半導体層の組み合わせに対して応用することが
可能である。また、例えば半導体と絶縁物の組み合わせ
を選択することも可能である。

【００３２】以上、本発明の実施の形態について、ガン
ダイオードについて説明を行ったが、本発明はガンダイ
オードに限定されるものではなく、ＰＩＮダイオード、
バラクタダイオード、インパットダイオード等各種ダイ
オード及び複合素子に適用することが可能なことは言う
までもない。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明の製造方法により形
成した半導体装置は、既設の外囲器の空間的制約を受け
ることがないので、自動組立が可能となり、コストの低
減に著しい効果がある。さらに、従来使用していた外囲
器付きの放熱基台電極を使用しなくても、半導体装置自
身に外囲器となる低融点ガラスを備えており、この点で
もコストの低減の効果が大きい。

【００３４】さらに、半導体基板に予め、支持板を備え
た構造を採用することにより、さらに製造工程を簡略化
することが可能となり、コストの低減を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明する説明図である。

【図２】本発明の実施の形態を説明する説明図である。

【図３】本発明の実施の形態を説明する説明図である。

【図４】本発明の実施の形態を説明する説明図である。

【図５】本発明の実施の形態を説明する説明図である。

【図６】本発明の実施の形態を説明する説明図である。

【図７】本発明の実施の形態を説明する説明図である。

【図８】本発明の別の実施の形態を説明する説明図であ
る。

【図９】従来のガンダイオードの製造方法を説明する説
明図である。

【図１０】この種のガンダイオードの組立方法を説明す
る説明図である。

【符号の説明】

１アノード層２ドメイン走行層３カソード層４第１の絶縁膜５支持台６ホトレジスト７溝８第２の絶縁膜９低融点ガラス１０アノード電極１１ホトレジスト１２カソード電極１３凸部１４放熱基台電極１５治具１６アルミニウムガリウム砒素層１７ガリウム砒素層２１ガンダイオード２２金属球２３ワックス２４切断部分２５放熱基台電極２６外囲器２７石英ペデスタル２８金リボン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の一主表面及び別の主表面
に、それぞれ第１及び第２の電極が形成される半導体装
置の製造方法において、支持手段を備え、一主表面を露出する半導体基板を用意
する工程と、前記第１及び第２の電極の形成予定領域を除く前記半導
体基板の一部を、一主表面側からエッチング除去し、前
記第１及び第２の電極形成予定領域を取り囲み、別の主
表面に達する溝を形成する工程と、該溝に絶縁物を充填する工程と、前記半導体基板の一主表面に前記第１の電極を形成する
工程と、前記支持手段を除去する工程と、前記半導体基板の別の主表面を露出する別の支持手段を
形成する工程と、該露出する半導体基板の別の主表面に前記第２の電極を
形成する工程と、前記半導体基板の別の主表面の前記溝内に充填された絶
縁物上に、前記第２の電極と同じ高さの凸部を形成する
工程と、前記別の支持手段を除去する工程と、前記一主表面及び別の主表面を除く半導体基板の側面を
前記絶縁物が被覆するように前記絶縁物を切断し、半導
体チップを形成する工程とを含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記第２の電極を形成した後、前記半導体基板
の別の主表面の一部をエッチング除去する工程を含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】請求項２記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記半導体基板は、所定の厚さのカソード層、ドメイン
走行層、アノード層を備えることと、前記アノード層側から、前記半導体基板をエッチング除
去し、カソード層、ドメイン走行層及びアノード層を含
む半導体基板を取り囲み、カソード層表面に達する溝を
形成する工程と、該溝に絶縁物を充填し、固着する工程と、前記アノード層表面にアノード電極を形成する工程と、前記カソード層表面にカソード電極を形成する工程と、前記カソード層表面の前記絶縁物表面に、前記カソード
電極と同じ高さの凸部を形成する工程と、前記半導体基板のカソード層側表面の一部をエッチング
除去する工程と、前記アノード層側及びカソード層側を除く半導体基板側
面を前記絶縁物が被覆するように前記絶縁物を切断し、
半導体チップを形成する工程とを含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法。
【請求項４】請求項１乃至３記載の半導体装置の製造
方法において、前記支持手段は、前記半導体基板の別の
主表面あるいはアノード層表面に直接形成した、該半導
体基板と選択エッチング可能な膜を含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。