JP2001244274A - 半導体装置およびその製造方法および無線通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実装時に縦形素子の電極にかかる圧力を低減
すると共に、取り出し電極とパッケージ基体とを確実に
接触させて、信頼性を向上できる高性能で高歩留りの半
導体装置およびその製造方法および無線通信システムを
提供する。 【解決手段】 ベンゾシクロブテン(ＢＣＢ)膜１０４に
より下方をサポートされたエミッタ取り出し電極１０６
のエミッタ電極１０５直上の領域に窪み１０７を設け
る。上記エミッタ取り出し電極１０６をパッケージ基体
に接触させるフリップチップ実装時に、エミッタ取り出
し電極１０６の窪み１０７によりエミッタ電極１０５に
ボンディング圧力が直接かからない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、基板上に形成さ
れた段差を有する縦形素子を備えた半導体装置およびそ
の製造方法および無線通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置としては、図２６に示
すものがある(特開平１０−５０７２０号公報)。この半
導体装置は、基板６１１上に形成されたコレクタコンタ
クト層６１２上に線形素子であるへテロ接合バイポーラ
トランジスタ(以下、ＨＢＴという)６０１を形成し、そ
のＨＢＴ６０１をベンゾシクロブテン(以下、ＢＣＢと
いう)膜６０２で覆った構造であり、エミッタ電極６０
３上部に開口を設けて、別の取り出し電極６０４により
ＢＣＢ膜６０２上に信号線を取り出している。ここで特
徴的なことは、ＢＣＢ膜６０２のエミッタ電極６０３上
部が急な角度で開口されて、エミッタ電極６０３上の取
り出し電極６０４の領域Ｂと、ＢＣＢ膜６０２上の取り
出し電極６０４の領域Ａとの高さが一致することであ
る。

【０００３】この半導体装置の実装方法として、フリッ
プチップ実装と呼ばれる方法がある。このフリップチッ
プ実装方法は、半導体装置の表面をパッケージ基体側に
向けて、接続する方法でワイヤでの接続が不要であり、
接続距離を短くできるので、半導体装置の信号伝搬損失
を小さくできるメリットがある。

【０００４】また、ＨＢＴのような高周波素子を複数使
用する場合、ウエハ上にＨＢＴを複数個並べて、それぞ
れのＨＢＴの電極を接続する必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記半導体
装置のフリップチップ実装を行う場合、表面の取り出し
電極６０４が平坦であるために、パッケージ基体に接触
させると、半導体装置全体を強く押さえる必要が生じ、
半導体装置に大きな圧力を加える必要が生じる。通常、
パッケージ基体表面は、２０μｍ程度のうねりが生じて
おり、うねりの大きさによっては、十分に接触が得られ
ない部分が生じる。したがって、マージン距離を考慮し
て、強く押さえて電極をつぶす必要があり、非常に大き
な力が半導体装置にかかる。

【０００６】このように、従来の半導体装置の構造で
は、非常に大きな力を半導体装置に加える必要があり、
半導体装置にダメージを与える可能性が大きいという問
題がある。また、上記半導体装置を押えつける力を小さ
くすると、取り出し電極とパッケージ基体との接触が不
安定になり、信頼性が低下するという問題がある。

【０００７】そこで、この発明の目的は、実装時に縦形
素子の電極にかかる圧力を低減すると共に、適正な圧力
で取り出し電極とパッケージ基体とを確実に接触させ
て、信頼性を向上できる高性能で高歩留りの半導体装置
およびその製造方法および無線通信システムを提供する
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、この発明の半導体装置は、基板上に形成された段差
を有する縦形素子を備えた半導体装置において、上記基
板全面に、上記縦形素子の電極の最上端よりも上面が高
くなるように形成された有機絶縁膜と、上記縦形素子の
電極の上側の領域およびその領域の周囲の上記有機絶縁
膜上に形成され、上記電極と電気的に接続された取り出
し電極とを備え、上記取り出し電極の上記縦形素子の電
極の上側の領域が上記取り出し電極の他の領域よりも低
いことを特徴としている。

【０００９】上記構成の半導体装置によれば、上記縦形
素子(ＨＢＴやガンダイオード等)の電極の直上の取り出
し電極の領域を窪ませ、その窪みから離れた周囲の取り
出し電極の他の領域を高くすることによって、取り出し
電極側をパッケージ基体に接触させて実装するとき、取
り出し電極の窪みよりも高い領域が下側の有機絶縁膜膜
に支持されて、取り出し電極の窪みに圧力がかからない
ようにする。したがって、実装時に縦形素子の電極にか
かる圧力を低減すると共に、適正な圧力で取り出し電極
とパッケージ基体とを確実に接触させて、信頼性を向上
できる。また、上記有機絶縁膜により縦形素子をカバー
するので、外部からの水分の侵入を防ぐことが可能にな
り、耐湿性に対して縦形素子の信頼性が向上する。

【００１０】また、複数の縦形素子が基板上に存在する
場合も同様である。各縦形素子の電極の上側の取り出し
電極の領域を窪ませ、電極間を有機絶縁膜上で取り出し
電極を介して相互に接続することも可能である。また、
各縦形素子の電極間の有機絶縁膜上の取り出し電極の領
域は最も高くなり、フリップチップ実装するときにこの
部分がパッケージ基体と接触する。

【００１１】なお、上記有機絶縁膜として、上記段差を
有する縦形素子が基板上に存在しても基板全体を容易に
平坦化できるＢＣＢが望ましい。またＢＣＢ以外にも、
塗布時に低分子状態で塗布後の加熱によって、高分子化
できるような性質の有機絶縁材料であれば、同様の目的
は達せられる。例えば、ＢＣＢの他には、ポリキノン系
の有機絶縁材料が挙げられる。

【００１２】例えば、上記取り出し電極形状を実現する
には、基板全面を覆う有機絶縁膜の縦形素子の電極上を
開口した後、全面に給電メタルを形成し、レジストを全
面塗布して、電極上に開口部より大きな寸法を有するレ
ジスト開口部を設け、そのレジスト開口部にメッキによ
り取り出し電極を成長させる。この取り出し電極は、給
電メタルから均等に成長するので、各部分の厚みが均一
になる。このように形成された取り出し電極は、縦形素
子の電極上で窪み、その窪みの周囲の有機絶縁膜上の取
り出し電極の領域は、取り出し電極の窪みよりも高くな
る。同様にして、複数の縦形素子が形成された基板にお
いても、取り出し電極をメッキで形成できる。

【００１３】また、一実施形態の半導体装置は、上記縦
形素子はトランジスタであることを特徴としている。

【００１４】上記実施形態の半導体装置によれば、上記
縦形素子のトランジスタのエミッタ電極,ベース電極お
よびコレクタ電極の上側の取り出し電極の領域に窪みを
設けることによって、実装時に各電極にかかる力を低減
でき、トランジスタの信頼性を向上できる。

【００１５】また、一実施形態の半導体装置は、上記有
機絶縁膜が低誘電率有機絶縁膜であることを特徴として
いる。

【００１６】上記実施形態の半導体装置によれば、上記
有機絶縁膜が低誘電率有機絶縁膜であるので、信号損失
を低減できる。

【００１７】また、一実施形態の半導体装置は、上記有
機絶縁膜がＢＣＢからなることを特徴としている。

【００１８】上記実施形態の半導体装置によれば、上記
ＢＣＢからなる有機絶縁膜は、上記段差を有する縦形素
子が基板上に存在しても基板全体を容易に平坦化でき
る。

【００１９】また、一実施形態の半導体装置は、パッケ
ージ基体に実装するとき、上記取り出し電極側を上記パ
ッケージ基体に接触させることを特徴としている。

【００２０】上記実施形態の半導体装置によれば、フリ
ップチップボンディング等により上記取り出し電極側を
パッケージ基体に接触させて実装するとき、取り出し電
極の窪みには圧力がかからず、縦形素子の電極にかかる
圧力を低減できる。また、基板全体を平坦化する有機絶
縁膜上に取り出し電極を設けているので、その取り出し
電極を大きくすることによってパッケージ基体との接触
面積を大きくでき、信号損失を低減して性能を向上でき
ると共に、実装時に取り出し電極とパッケージ基体とを
確実に接触させることができる。

【００２１】また、この発明の半導体装置は、基板上に
形成された段差を有する複数の縦形素子であるトランジ
スタを備えた半導体装置において、上記基板全面に、上
記トランジスタの電極の最上端よりも上面が高くなるよ
うに形成された有機絶縁膜と、上記トランジスタの電極
の上側の領域およびその領域の周囲の上記有機絶縁膜上
に形成され、上記電極と電気的に接続された取り出し電
極とを備え、上記取り出し電極の上記トランジスタの電
極の上側の領域が上記取り出し電極の他の領域よりも低
いと共に、上記各トランジスタのエミッタ電極が上記取
り出し電極を介して互いに電気的に接続されていること
を特徴としている。

【００２２】上記構成の半導体装置によれば、上記縦形
素子であるトランジスタの電極の直上の取り出し電極の
領域を窪ませ、その窪みの周囲の取り出し電極の領域を
高くすることによって、取り出し電極側をパッケージ基
体に接触させて実装するとき、取り出し電極の窪みより
も高い領域が下側の有機絶縁膜に支えられ、取り出し電
極の窪みに圧力がかからない。したがって、実装時に縦
形素子の電極にかかる圧力を低減すると共に、適正な圧
力で取り出し電極とパッケージ基体とを確実に接触させ
て、信頼性を向上できる。特に、エミッタ電極が取り出
し電極を介して互いに電気的に接続された各トランジス
タにおいて、各トランジスタの上端に位置するエミッタ
電極の直上に形成される取り出し電極に窪みを設けるこ
とによって、実装時の圧力がエミッタ電極にかからない
ようにできる。

【００２３】また、一実施形態の半導体装置は、上記ト
ランジスタと電気的に接続された受動素子とを同一チッ
プ内に備えたことを特徴としている。

【００２４】上記実施形態の半導体装置によれば、スパ
イラルインダクタやキャパシタ等の受動素子で構成され
た高周波整合回路を同一チップ内に設けることによっ
て、素子間の配線が短くなって信号損失を低減でき、高
周波特性の良好な半導体装置を実現できる。

【００２５】また、一実施形態の半導体装置は、上記受
動素子が上記有機絶縁膜によってカバーされていること
を特徴としている。

【００２６】上記実施形態の半導体装置によれば、上記
有機絶縁膜により受動素子をカバーすることによって、
外部からの水分の侵入を防ぐことが可能になり、耐湿性
に対して受動素子の信頼性が向上する。

【００２７】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、上記縦形素子が形成された基板全面に、その基板上
に形成された空隙に入りやすいように粘度を低くしたＢ
ＣＢ溶液を塗布して、プリベークを行う工程と、上記プ
リベークにより形成されたＢＣＢ膜にＢＣＢ溶液を重ね
て塗布し、プリベークおよびハードベークを行う工程と
を有することを特徴としている。

【００２８】上記半導体装置の製造方法によれば、上記
縦形素子が形成された基板全面に、その基板上に形成さ
れる空隙に入りやすいように粘度を低くしたＢＣＢ溶液
を塗布して、プリベークを行った後、そのプリベークに
より形成されたＢＣＢ膜にＢＣＢ溶液を重ねて塗布し
て、プリベークおよびハードベークを行い、上記縦形素
子の電極の最上端よりも上面が高いＢＣＢ膜を形成す
る。そうすることによって、実装するパッケージ基体と
接触する部分の取り出し電極の下側にＢＣＢ膜が存在す
ると共に、上記段差を有する縦形素子が基板上に存在し
ても平坦化することができる。しかし、ＢＣＢにより見
た目は平坦化できても、数μｍ程度の微細で複雑な、縦
形素子の構造内部の入り組んだ部分(空隙)にＢＣＢが充
填されるかどうかは、未だ不明であった。本出願人は、
このような縦形素子の複雑に入り組んだ構造に対して、
以下のような方法によって、ＢＣＢが充填できることを
見出した。この方法によれば、入り組んだ構造だけでな
く、電極に囲まれた微小な空隙にも、ＢＣＢが充填でき
ることが判った。

【００２９】すなわち、塗布するＢＣＢ溶液のＢＣＢ含
有量に応じて塗布液の粘性が異なり、高濃度ＢＣＢ溶液
では、一度の塗布で厚みを稼げるが、逆テーパの段差形
状を持つような縦形素子の隙間や中空配線の空隙に、Ｂ
ＣＢが入りにくいことが多い。このような場合、低粘度
のＢＣＢを塗布し、ハードベークを行い、再度重ねて塗
布することによって、縦形素子の入り組んだ部分に、均
一に入り込む。このとき、ＢＣＢの塗布後の厚みを、入
り組んだ形状を有する縦形素子の高さや電極下の空隙の
高さに略等しくなるように条件設定して塗布することに
よって、縦形素子内部の隙間や電極下の空隙に、ＢＣＢ
はうまく充填できる。

【００３０】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、上記縦形素子,取り出し電極および配線を形成する
工程と、上記縦形素子,取り出し電極および配線が形成
された基板全面に有機絶縁材料を塗布して有機絶縁膜を
焼成する工程と、上記有機絶縁膜を全体にエッチバック
することにより、上記取り出し電極の一部を露出させる
工程とを有することを特徴としている。

【００３１】上記半導体装置の製造方法によれば、上記
縦形素子,取り出し電極および配線が形成された基板全
面に有機絶縁材料を塗布して有機絶縁膜を焼成し、その
有機絶縁膜を全体にエッチバックして、上記取り出し電
極の一部を露出させることによって、フリップチップ実
装時に有機絶縁膜によって取り出し電極の高さを規定す
ることが可能となる。したがって、上記取り出し電極と
パッケージ基体の接触具合を一定に保てると共に、パッ
ケージ基体表面とチップ面の距離を一定に保てるので、
実装歩留りを向上できる。

【００３２】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、上記縦形素子,取り出し電極および配線を形成する
工程と、上記縦形素子,取り出し電極および配線が形成
された基板全面に有機絶縁材料を塗布して有機絶縁膜を
焼成する工程と、上記有機絶縁膜側から研磨して上記取
り出し電極を露出させ、上記取り出し電極の露出面と上
記有機絶縁膜の上面とを略同じ高さにする工程とを有す
ることを特徴としている。

【００３３】上記半導体装置の製造方法によれば、上記
縦形素子,取り出し電極および配線が形成された基板全
面に有機絶縁材料を塗布して有機絶縁膜を焼成し、その
有機絶縁膜が形成された基板表面を有機絶縁膜側から研
磨して上記取り出し電極を露出させることによって、取
り出し電極の露出面と有機絶縁膜の上面の高さがほぼ一
致し、フリップチップ実装のときに取り出し電極にかか
る圧力を小さくでき、実装時の歩留りを向上できる。

【００３４】また、この発明の無線通信システムは、上
記のいずれか１つの半導体装置を送信用パワーアンプに
用いたことを特徴としている。

【００３５】上記構成の無線通信システムによれば、信
頼性が高くかつ高性能な無線通信システムを実現でき
る。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の半導体装置およ
びその製造方法および無線通信システムを図示の実施の
形態により詳細に説明する。

【００３７】(第１実施形態)図１はこの発明の第１実施
形態の半導体装置の断面を示している。図１に示すよう
に、この半導体装置は、基板１００上に、エミッタメサ
１０１,ベースメサ１０２およびコレクタメサ１０３を
有する縦形素子のＨＢＴ１２０を形成している。上記Ｈ
ＢＴ１２０は段差を有している。そして、基板全面にＢ
ＣＢを塗布してＢＣＢ膜１０４を形成することにより基
板全体を平坦化し、そのＢＣＢ膜１０４のエミッタ電極
１０５の上側にホール１１０を形成している。そのホー
ル１１０を介してエミッタ電極１０５と電気的に接続さ
れた取り出し電極１０６をＢＣＢ膜１０４上に形成して
いる。上記取り出し電極１０６は、エミッタ電極１０５
上側の領域が窪んでいることが特徴である。この取り出
し電極１０６の窪み１０７によって、チップ表面をパッ
ケージ基体(図示せず)に接触させて実装するフリップチ
ップボンディングを行うとき、エミッタ電極１０５に力
が直接かからず、ＨＢＴのダメージを防ぐ効果がある。

【００３８】また、図２に上記半導体装置の平面図を示
しており、エミッタ電極１０５上にある取り出し電極１
０６は、ＨＢＴのエミッタ電極１０５より大きい面積を
カバーしている。上記取り出し電極１０６の面積がエミ
ッタ面積によらず大きく取れるので、ＨＢＴで発生した
熱を放熱しやすく、ＨＢＴの信頼性向上に効果がある。
また、基板全体がＢＣＢ膜１０４によって平坦化されて
いるので、この半導体装置をフリップチップ方式で実装
するとき、半導体装置のエミッタ部分(取り出し電極１
０６)とパッケージ基体の接触面積を増やせるため、エ
ミッタ電極における信号損失を低減することが可能にな
り、性能向上に効果がある。

【００３９】また、ＢＣＢ膜１０４によってＨＢＴがカ
バーされており、外部からの水分の侵入を防ぐことが可
能になり、耐湿性に対してＨＢＴの信頼性が向上する効
果がある。

【００４０】(第２実施形態)図３はこの発明の第２実施
形態の半導体装置の断面を示している。この半導体装置
は、基板２００上に、エミッタメサ２０１,ベースメサ
２０２およびコレクタメサ２０３とを有する複数の縦形
素子のＨＢＴ２１０を形成している。上記ＨＢＴ２１０
は段差を有している。上記各ＨＢＴ２１０のエミッタ電
極２０４に上方が広がった断面形状のエミッタ引き出し
電極２０５を形成し、基板全面にＢＣＢを塗布して形成
されたＢＣＢ膜２０６によって基板全体を平坦化してい
る。そして、上記ＢＣＢ膜２０６に設けられたホール２
０７を介してエミッタ引き出し電極２０５に電気的に接
続された取り出し電極２０８をＢＣＢ膜２０６上に形成
し、取り出し電極２０８により各ＨＢＴ２１０のエミッ
タ電極２０４を互いに接続している。

【００４１】上記各ＨＢＴ２１０のエミッタ取り出し電
極２０８のエミッタ電極２０４直上に窪み２０９を夫々
形成しているため、この半導体装置をパッケージ基体
(図示せず)にフリップチップボンディングにより実装す
るとき、エミッタ電極２０４に直接力が加わらないばか
りか、エミッタ引き出し電極２０５の断面形状が上方に
広がった形状であるため、エミッタ取り出し電極２０８
に力が加わったときにも、その力を分散させ、エミッタ
電極２０４にかかる力を低減する効果がある。また、上
記ＢＣＢ膜２０６に、エミッタ引き出し電極２０５とエ
ミッタ取り出し電極２０８とを接続するためのホール２
０７を形成するときも、エミッタ引き出し電極２０５が
上方に広がった形状であるため、ホールパターンのアラ
イメントずれや、ＢＣＢ膜２０６の加工精度が少々悪く
ても、位置ずれ等の問題を生じないので、製造歩留りを
向上させる効果がある。

【００４２】(第３実施形態)図４はこの発明の第３実施
形態の半導体装置の平面図であり、図５は図４のＶ−Ｖ
線から見た上記半導体装置の断面図であり、図６は図４
のVI−VI線から見た上記半導体装置の断面図である。

【００４３】図５に示すように、この半導体装置は、基
板３２０上に、エミッタメサ３０１,ベースメサ３０２
およびコレクタメサ３０３を有する縦形素子のＨＢＴ３
３０を複数形成している。上記ＨＢＴ３３０は段差を有
している。上記各ＨＢＴのエミッタ電極３０４上に、上
方が広がった断面形状のエミッタ引き出し電極３０５を
形成している。

【００４４】また、図６に示すように、上記コレクタ電
極３０６,ベース電極３０７(図５に示す)も、引き出し
電極３０８を介してＢＣＢ膜３００上の取り出し電極３
１０に接続している。

【００４５】また、図４に示すように、コレクタ電極３
０６(図５に示す)は、パッド部分である取り出し電極３
１０により互いに接続されている。一方、ベース電極３
０７(図５に示す)は、それぞれパッド部分である取り出
し電極３１１で分離されている。

【００４６】この第３実施形態の半導体装置は、第１,
第２実施形態の半導体装置と同様の効果を有する。

【００４７】(第４実施形態)図７はこの発明の第４実施
形態の半導体装置の断面を示している。この半導体装置
は、基板４００上に、エミッタメサ４０１,ベースメサ
４０２およびコレクタメサ４０３と縦形素子のＨＢＴ４
１０を複数形成している。上記ＨＢＴ４１０は段差を有
している。上記各ＨＢＴのエミッタ電極４０４上に、上
方が広がった断面形状のエミッタ引き出し電極４０５を
設けている。なお、図７では示されていないが、コレク
タ電極４０６とベース電極４０７も、引き出し電極を介
してＢＣＢ膜４０８上の取り出し電極に接続している。

【００４８】上記ＢＣＢ膜４０８上の取り出し電極４０
９の周辺部の断面は半円形をしている。この取り出し電
極４０９の周辺部によって、フリップチップ実装時のパ
ッケージ基体(図示せず)との接触部分の面積を増やせる
ので、さらに接触抵抗を低減することが可能である。

【００４９】また、製造プロセスにおいて、取り出し電
極４０９のパターンをレジストで形成した後、メッキで
電極を形成するとき、レジスト厚み以上になるように電
極厚みを設定して析出させれば、このような半円形状の
周辺部が得られるので、電極厚みは、レジスト厚みに制
限されず、他の実施形態とプロセス上の大きな変更点を
生じずに、形成できる利点がある。

【００５０】(第５実施形態)図８(a)〜(d),図９(a)〜
(c)および図１０(a),(b)はこの発明の第５実施形態の半
導体装置の製造方法を示している。以下、図８(a)〜
(d),図９(a)〜(c)および図１０(a),(b)に従って半導体
装置の製造方法を説明する。

【００５１】まず、図８(a)に示すように、基板５０７
上に、エミッタメサ５０１,ベースメサ５０２およびコ
レクタメサ５０３とを有する縦形素子のＨＢＴを複数形
成している。上記エミッタメサ５０１上にエミッタ電極
５０４を形成し、ベースメサ５０２上にベース電極５０
５を形成し、コレクタメサ５０３上にコレクタ電極５０
６を形成している。

【００５２】上記エミッタメサ５０１は厚みが０.３μ
ｍ、ベースメサ５０２は厚みが１.０μｍ、コレクタメ
サ５０３は厚みが０.７μｍである。このときのメサエ
ッチングは、フォトレジストやメタル等のマスクを用
い、クエン酸と過酸化水素の混合液等でエッチングす
る。また、塩素系ガスを用いて、ドライエッチングによ
ってメサエッチングする方法もある。

【００５３】次に、図８(b)に示すように、基板(図８
(a)に示す)にノボラック系レジストを塗布し、エミッタ
電極５０４およびコレクタ電極５０６が露出するよう
に、かつ、図示されていないがベース電極５０５の一部
が露出するように、パターン露光を行って現像をするこ
とによって、レジスト５０８を部分的に残し、１４０℃
〜２００℃のハードベークでレジスト５０８の断面が丸
くなるようにする。

【００５４】次に、図８(c)に示すように、基板(図８
(b)に示す)全面にノボラックレジスト５０９を塗布し、
エミッタ電極５０４およびコレクタ電極５０６の上側を
開口し、図示されていないがベース電極５０５の一部の
上側を開口する。その後、チタン,金をそれぞれ０.１μ
ｍ,１μｍの厚みで蒸着し、幅９μｍのエミッタ引き出
し電極５１０、ベース引き出し電極(図示せず)、幅６μ
ｍのコレクタ引き出し電極５１２を夫々形成する。

【００５５】その後、図８(d)に示すように、レジスト
５０９(図８(c)に示す)を有機溶剤で除去する。

【００５６】次に、図９(a)に示すように、基板全面に
ＢＣＢ４６％メシチレン溶液を３０００回転で１分間塗
布し、窒素中で９０℃３０分の条件で予備ベークを行
い、その後、窒素中で１５０℃１０分、３００℃１０分
の条件でハードベークを行い、ＢＣＢ膜５１３を形成す
る。上記ＢＣＢ膜５１３の厚みは、必要に応じてハード
ベーク後にＢＣＢを重ねて塗布することにより、任意に
設定できる。最終的に、ＢＣＢ膜５１３の厚みを５μｍ
〜１０μｍにする。

【００５７】また、ＨＢＴの断面形状からわかるよう
に、塗布には難しい入り組んだオーバーハング形状が存
在するが、４６％程度のＢＣＢ溶液を重ねて塗布するこ
とで気泡の発生を防ぐことが容易にできる。ＢＣＢ６３
％メシチレン溶液では、１回の塗布により、ＢＣＢ４３
％溶液では２回から３回の重ね塗りを要する厚みを実現
できるが、ＨＢＴに存在するオーバーハング形状をカバ
ーするとき、気泡が発生し、ＨＢＴの不良を招くことも
ある。

【００５８】上記ＢＣＢ膜５１３をハードベークした
後、図９(b)に示すように、ノボラックレジスト５１４
を塗布し、そのボラックレジスト５１４のエミッタ引き
出し電極５１０上に、エミッタ引き出し電極５１０とエ
ミッタ取り出し電極５１６を接触させるためのコンタク
トホールのパターン５１５を形成する。このコンタクト
ホールのパターン幅は、６μｍとし、エミッタ引き出し
電極５１０よりも小さく設定する。そして、コンタクト
ホールのパターン形成後、ハードベークによって、レジ
スト５１４に丸みをつけることが重要で、後に形成する
ＢＣＢ膜５１３(図９(a)に示す)上のエミッタ取り出し
電極５１６(図９(c)に示す)と、エミッタ引き出し電極
５１０がスムーズにコンタクト形成できる。

【００５９】レジストは、リアクティブイオンエッチン
グのときの熱によっても、自然に丸くなるので、ハード
ベークをしない場合でも、スムーズなコンタクトホール
は形成できるが、レジストの安定化のためにハードベー
クをするのが望ましい。

【００６０】上記レジスト５１４に丸みを形成した後、
平行平板型電極のリアクティブイオンエッチング装置を
用いて、ＣＨＦ₃および酸素を流量比(ＣＨＦ₃：Ｏ₂)
１：２〜１：１程度の範囲で真空度を５Ｐａにし、１０
０Ｗのパワーで２０分エッチングを行う(図９(b))。こ
のリアクティブイオンエッチングによって、レジスト５
１４もエッチングを受け、レジスト形状がＢＣＢ膜５１
３に反映される。なお、エッチング速度を０.３μｍ／
分として２０分のエッチングによって、ＢＣＢ膜５１３
は、６μｍ程度エッチングを受けている。このＢＣＢ膜
５１３が受けた部分が、エミッタ取り出し電極を形成す
るとき、エミッタ電極直上の窪みとなって残る。従っ
て、窪みの深さを、エミッタ引き出し電極５１０の上端
部高さとＢＣＢ膜５１３の厚みによってコントロールで
きる。すなわち、エミッタ引き出し電極５１０を薄くす
るか、ＢＣＢ膜５１３を厚くして、エッチング深さを深
くすれば、窪みの深さも深くなる。形成される窪みの深
さ範囲は、１μｍ以上３０μｍ以下が可能であるが、圧
力の低減を効果的に行うには、２μｍ以上が好ましく、
エッチングマスクであるレジスト５１４とＢＣＢ膜５１
３のエッチング選択比があまりとれないこともあって、
加工精度を保つ点から、２０μｍ以下が好ましい。

【００６１】上記エッチングによって、エミッタ引き出
し電極５１０上では、ＢＣＢ膜のコンタクトホール開口
幅はほぼ６μｍになり、ＢＣＢ膜の上部では、ほぼ９μ
ｍになる。

【００６２】次に、図９(c)に示すように、レジストを
除去し、基板全面にチタン,金を０.０５μｍ,０.３μｍ
の厚みで蒸着して給電メタル５１７を形成し、ノボラッ
クレジスト５１８を２０〜２５μｍの厚みで塗布し、エ
ミッタ取り出し電極のためのパターンを形成する。エミ
ッタ取り出し電極のためのパターンは、複数個のＨＢＴ
が覆われる程度の大きさが望ましい。この第５実施形態
では、ＨＢＴの間隔が４５μｍのため、２つのＨＢＴ
は、９０μｍの幅に収まる。エミッタ取り出し電極のパ
ターン寸法は、ＨＢＴの幅９０μｍに２０μｍを加え、
幅１１０μｍで、長さ方向は、ＨＢＴのエミッタ引き出
し電極の長さ１００μｍに２０μｍを加えて１２０μｍ
の長さに設定している。ここで、２０μｍに設定した幅
や長さの余裕は、プロセスの精度にも依存するが、０μ
ｍ以上３００μｍ以下が用いられる。あまり、余裕を取
りすぎると、チップの面積を増大させ望ましくない。好
ましい条件では、５μｍ以上、１００μｍ以下が望まし
い。

【００６３】その後、図９(c)に示すように、電解メッ
キによって、取り出し電極のためのパターンに金を２０
μｍ厚みに折出させ、エミッタ取り出し電極５１６を形
成する。

【００６４】上記電解メッキによる取り出し電極５１６
の析出によって、給電メタル５１７から折出した金の厚
みが均―になるため、エミッタ引き出し電極５１０上に
析出した金の基板５０７からの高さは、ＢＣＢ膜５１３
の平坦部上の金の高さより低くなる。

【００６５】このとき、図１０(a)に示すように、必要
に応じて、エミッタ取り出し電極５２０は、レジスト厚
み以上に例えば３０μｍ〜５０μｍ析出させる。例え
ば、フリップチップボンディングのように、チップの表
面をパッケージ基体に接触させるような場合、チップの
表面とパッケージ基体の表面の距離をとる必要がある。
このような場合、良く行われる微細金バンプを用いた手
法では、微細バンプ間の接触を防ぐため、レジストの厚
み以上にメッキをすることは可能でないのに対し、この
発明の構造では、レジスト厚みに関わらず、メッキ厚み
を増加させることができる。

【００６６】次に、エミッタ取り出し電極５２０を析出
後、図１０(b)に示すように、有機溶剤を用いてレジス
ト５１８(図１０(a)に示す)を取り去ると共に、給電メ
タル５１７の露出部分をエッチングにより除去する。こ
の給電メタル５１７のエッチングには、例えば、よう化
アンモニウムとよう化力リウムの混合溶液に潰けること
で、金のエッチングを行い、６０〜９０℃に加湿したり
ん酸によって、チタンをエッチングすることができる。

【００６７】(第６実施形態)図１１にこの発明の第６実
施形態の半導体装置の断面を示している。図１１に示す
ように、基板７００上に複数の縦形素子のＨＢＴ７０４
とＢＣＢ膜７０３を形成し、ＨＢＴ７０４とＢＣＢ膜７
０３上に取り出し電極７０１を形成した後、再度ＢＣＢ
を塗布し、取り出し電極７０１の表面が露出するまで、
リアクティブイオンエッチング装置によって、再度塗布
したＢＣＢ膜をエッチングして、ＢＣＢ膜７０２を形成
している。この再塗布する樹脂は、ＢＣＢ以外にポリイ
ミド等を用いても良い。この半導体装置をフリップチッ
プ実装すると、ＢＣＢ膜７０２によって電極の高さを規
定できるので、取り出し電極７０１とパッケージ基体
(図示せず)の接触具合が一定に保てる上、パッケージ基
体表面と、チップ面の距離も一定に保てるので、実装歩
留りが向上する。さらに、金錫合金やはんだによって、
取り出し電極をパッケージ基体の電極に接続する場合、
これらの金属は取り出し電極の金と熱反応を生じ、取り
出し電極の体積を小さくする可能性がある。このような
場合には、再度塗布したＢＣＢ膜７０２がパッケージ基
体とチップとの間に挟まり、取り出し電極７０１の体積
減少を防ぐ効果がある。

【００６８】また、再度塗布するＢＣＢの代わりにポリ
イミドを用いた場合、ポリイミドの収縮性がうまく働
き、フリップチップ実装時のストレスを緩和する効果も
ある。

【００６９】(第７実施形態)図１２はこの発明の第７実
施形態のフリップチップ実装した半導体装置の斜視図で
ある。図１２に示すように、基板８００上にＨＢＴ(図
示せず)を複数個形成したチップは、ＢＣＢ膜８０１に
よってＨＢＴを覆うと共に、ＢＣＢ膜８０１上に、エミ
ッタの取り出し電極８０２,コレクタの取り出し電極８
０３およびベースの取り出し電極８０４がそれぞれ設け
られている。このチップは、パッケージ基体としてのセ
ラミックまたは半導体からなる基板８０５上に設けられ
た電極８０６にフリップチップ実装する。

【００７０】図１３は図１２のXIII−XIII線から見た断
面を示している。図１３に示すように、特徴的なこと
は、エミッタ電極８１１上(図１３では下側)の取り出し
電極８０２に窪み８０７があるため、フリップチップ実
装時に、取り出し電極８０２のＨＢＴ８１０とＨＢＴ８
１０との間の領域に圧力が最もかかることになり、ＨＢ
Ｔ８１０を損なわない効果があることである。従来構造
の電極でフリップチップ実装を行うと、エミッタ電極に
実装時の力が直接かかり、ＨＢＴの特性を損なうことが
多い。

【００７１】(第８実施形態)図１４はこの発明の第８実
施形態の半導体装置の製造方法を示している。

【００７２】図１４(a)は第５実施形態の半導体装置の
製造方法により作製した半導体装置の断面を示してい
る。図１４(a)に示すように、基板９００上に複数のＨ
ＢＴ９０１が並べられ、各ＨＢＴ９０１をＢＣＢ膜９０
２でカバーしている。上記各ＨＢＴ９０１のエミッタ電
極９０３に電気的に接続されたエミッタ取り出し電極９
０４が、ＢＣＢ膜９０２上に露出している。

【００７３】この半導体装置に、図１４(b)に示すよう
に、ＢＣＢを再びスピンコートによって塗布して、ＢＣ
Ｂ膜９０５を形成する。このＢＣＢ膜９０５は、エミッ
タ取り出し電極９０４をカバーする厚みが必要である。
この場合、エミッタ取り出し電極９０４の厚みを２０μ
ｍとし、再塗布されたＢＣＢ膜９０５の厚みを２５μｍ
とする。この後、窒素中で、９０℃３０分、１５０℃１
０分、２８０℃５分、３００℃５分の条件でＢＣＢ膜９
０５に熱処理を加える。

【００７４】次に、図１４(c)に示すように、ＳＦ₆と酸
素の混合ガス中、リアクティブイオンエッチング(ＲＩ
Ｅ)を行い、ＢＣＢ膜９０５のエッチバックを行い、エ
ミッタ取り出し電極９０４を表面に露出させる。

【００７５】このようにして得られた半導体装置を、図
１４(d)に示すように、高抵抗Ｓiや窒化アルミ等の熱抵
抗の低い実装基板９０６上に形成された電極９０７にフ
リップチップボンディングを行う。

【００７６】この第８実施形態では、エミッタ取り出し
電極９０４の周辺をＢＣＢ膜９０５でカバーしているた
め、フリップチップボンディングを行った場合、取り出
し電極９０４がつぶれても、周辺のＢＣＢ膜９０５がサ
ポートし、取り出し電極９０４と実装基板上の電極９０
７との距離を一定に保ち、特性を均一にする効果があ
り、半導体装置に対するフリップチップ時の圧力を小さ
くする効果がある。

【００７７】(第９実施形態)図１５はこの発明の第９実
施形態の半導体装置の断面図を示しており、図１６は上
記半導体装置の平面を示している。図１５に示すよう
に、基板１０００上に、エミッタ電極１００１とベース
電極１００２とコレクタ電極１００３とを有するＨＢＴ
１００４を複数設けている。上記ＨＢＴ１００４は段差
を有する縦形素子である。上記エミッタ電極１００１を
引き出し電極１００５に接続し、各ＨＢＴ１００４のエ
ミッタ電極１００１を共通の引き出し電極１００５によ
り互いに接続している。上記共通の引き出し電極１００
５上にＢＣＢのコンタクト領域を設け、取り出し電極１
００６に接触させている。上記取り出し電極１００６
は、その周辺部をＢＣＢ膜１００７上に置き、引き出し
電極１００５に接している部分より、取り出し電極１０
０６の周辺部は、ＢＣＢ膜１００７上面と引き出し電極
１００５上端の差だけ高くなっている。同様に、図１６
に示すように、取り出し電極１００６は、ベース電極１
００２の引き出し電極１００７上、コレクタ電極１００
３の引き出し電極１００８上にも設置されている。

【００７８】この半導体装置のフリップチップ実装を行
う場合、図１７に示すように、ＢＣＢ膜１１０１上の取
り出し電極１１０２がパッケージ基体上の電極１１０３
と直接接触し、半導体装置部分に実装時の力がかからな
いので、素子に実装ダメージを与えることがない。さら
に、図１８に示すように、エミッタ引き出し電極１１０
４が面状に形成されているので、取り出し電極１１０２
とのコンタクトホール形成が容易にでき、歩留りを向上
させる。

【００７９】(第１０実施形態)図１９(a)〜(d),図２０
(a),(b),図２１および図２２はこの発明の第１０実施形
態の半導体装置の製造方法を示している。

【００８０】図１９(a)は、エミッタメサ１２０１と、
ベースメサ１２０２と、コレクタメサ１２０３とを有す
るＨＢＴ１２２０が複数個並んで搭載された基板１２０
７の断面である。上記ＨＢＴ１２２０は、エミッタ電極
１２０４と、ベース電極１２０５と、コレクタ電極１２
０６とを有し、段差を有する縦形素子である。上記エミ
ッタメサ１２０１は厚みが０.３μｍ、ベースメサ１２
０２は厚みが１.０μｍ、コレクタメサ１２０３は厚み
が０.７μｍである。メサエッチングは、フォトレジス
トやメタル等のマスク材を用い、クエン酸と過酸化水素
の混合液等でエッチングする。また、塩素系ガスを用い
て、ドライエッチングによってエッチングする方法もあ
る。

【００８１】図１９(b)に示すように、基板(図１９(a)
に示す)全面にノボラック系レジストを塗布し、エミッ
タ電極１２０４およびコレクタ電極１２０６が露出する
ように、かつ、図示されていないがベース電極１２０５
の一部を露出するように、パターン露光を行って現像を
することによって、レジストを部分的に残し、１４０℃
〜２００℃のハードベークで断面が丸くなるようにし、
レジストカバー層１２０８を形成する。

【００８２】次に、図１９(c)に示すように、基板１２
０７(図１９(b)に示す)に、チタン５００Å,金１０００
Åから構成されるメッキ時の給電メタル１２０９をチタ
ン,金の順番に基板全面に蒸着し、その上に重なるよう
にノボラックレジスト１２１０を塗布し、エミッタ電極
上、コレクタ電極上、図では示されていないが、ベース
電極の一部を開口し、エミッタ引き出し電極および、ベ
ース、コレクタ引き出し電極パターンを形成する。その
後、メッキにより、１〜２μｍ厚みの金を析出させて、
引き出し電極１２１１を形成する。

【００８３】メッキ後、電極パターンを形成したレジス
トをアセトン等の有機溶剤によって除去する。このと
き、レジストカバー層１２０８は、１４０℃〜２００℃
の高温でハードベークを施しているので、アセトンによ
って溶解されない。

【００８４】その上に、２μｍ〜４０μｍ程度ノボラッ
クレジスト(図示せず)を塗布し、エミッタ,ベースおよ
びコレクタ各々の引き出し電極１２１１上の所望の位置
に、露光,現像してコンタクトホールパターン(図示せ
ず)を形成する。パターン形成後、１４０℃〜２００℃
のハードベークを施し、ノボラックレジストの開口断面
が緩やかなテーパーを形成し、図１９(d)に示す、レジ
ストギャップ層１２１２を形成する。このレジストギャ
ップ層１２１２に施すハードベークは、引き出し電極１
２１１の形成のときに用いたレジストカバー層に施した
ハードベーク条件と同等か、または、低い温度でするほ
うがレジストカバー層の変形を防ぐ効果があるので好ま
しい。なお、このレジストギャップ層１２１２に形成さ
れるコンタクトホールパターンの深さは、レジスト厚み
とレジストの現像時の膜減り、ハードベークによるレジ
ストの収縮によって決まり、最終的に形成されるエミッ
タ取り出し電極に形成されるエミッタ電極直上の窪みの
深さを決定する。上記コンタクトホールパターンの深さ
の範囲は、１μｍ以上かつ５０μｍ以下が可能である
が、厚いレジストは、レジスト１２１２の解像度を劣化
し、適正なコンタクトホールパターンを形成できず、薄
いレジストは、ＨＢＴをカバーできず、エミッタ直上に
窪みを形成できないので、１μｍ以上かつ３５μｍ以下
が望ましい。このとき、レジスト１２１２の厚みは、２
μｍ〜４０μｍの範囲で実現できる。好ましい実施の形
態では、平坦化が完全にでき、解像度も確保できる３μ
ｍ以上かつ２５μｍ以下がよい。このとき、レジスト１
２１２の厚みは、５μｍ〜３０μｍの範囲で実現でき
る。

【００８５】さらに、図１９(d)に示すように、レジス
トギャップ層上に、チタン５００Å、金１０００Åから
構成されるメッキ時の給電メタル１２１３をチタン,金
の順番に基板全面に蒸着する。

【００８６】次に、図２０(a)に示すように、基板(図１
９(d)に示す)全面に、１０〜４０μｍ厚みのレジスト１
２１４を塗布し、エミッタ,ベースおよびコレクタの取
り出し電極のためのパターンを露光,現像により形成す
る。上記レジスタ１２１４の開口部に、所望の厚さまで
金メッキを施し、取り出し電極１２１５を形成する。こ
の金メッキは、ウェハー面を下向きにして、薬液を下方
から噴流する噴流型のメッキ装置で行う。メッキの初期
(およそ２μｍ析出まで)に、電流密度を下げて、窪みの
中に均一に、メッキがされるようにし、その後、電流密
度をあげて迅速にメッキを行う方法もよい。また、噴流
する薬液の流量を２〜５分間隔で変化させると、レジス
トで形成された数十μｍの窪みの中に薬液が効率良く供
給され、面内の均一性や、メッキされた金層に空隙が生
じない効果もある。メッキする厚みは、レジスト１２１
４の厚みによって制限されず、レジスト厚み以上にメッ
キを行う。本実施形態では、レジスト厚み１５μｍで金
メッキ厚みを３０μｍで行ったが、レジスト厚みは、レ
ジスト解像度に制約されるため、１０〜４０μｍが好ま
しく、メッキ厚みは、隣接パターンとの接触をさけるた
め、レジスト厚み以下か、後述の理由により、レジスト
厚みより０〜２０μｍ以上厚い場合がさらに好ましい。

【００８７】上記取り出し電極１２１５のレジストより
厚くメッキされた部分は、張り出し形状になり、後でＢ
ＣＢを塗布したとき、張り出しの下にＢＣＢが充填さ
れ、フリップチップ実装時の表面からの圧力を逃がす効
果があり、素子を損わない効果がある。

【００８８】また、上記取り出し電極１２５のエミッタ
電極１２０４の直上に当たる部分は、窪み１２３０が形
成されるので、フリップチップ実装時の圧力を素子に直
接伝えず、素子を損わない効果がある。

【００８９】次に、図２０(b)に示すように、アセトン
等の有機溶剤によって、取り出し電極パターン(図示せ
ず)を形成していたレジスト１２１４(図２０(a)に示す)
を除去し、給電メタル１２１３を露出させ、電極が形成
されていない部分の給電メタル１２１３をエッチング
し、さらに、レジストギャップ層１２１２,レジストカ
バー層１２０８(図２０(a)に示す)を有機溶剤によって
剥離する。

【００９０】こうして、取り出し電極１２１５がエアー
ブリッジ構造を有する素子が形成される。

【００９１】ＢＣＢの塗布特性について、平坦化するこ
とは良く知られているが、エアーブリッジ構造のよう
に、空隙を電極の下側に有するような構造に対してどの
ような充填効果があるかは明らかにされていなかった。
本出願人は、エアーブリッジのように電極構造の下側に
空隙を有する構造についても、塗布およびベーク工程を
行い、断面の走査電子顕微鏡観察を繰り返すことによ
り、空隙の内部にＢＣＢが充填されることを確認した。
例えば、エアーブリッジ下の空隙の大きさが面積４５μ
ｍ×８０μｍで高さが５〜１５μｍの場合でも、空隙は
ＢＣＢによって満たされていることを確認した。面積が
４５μｍ×８０μｍ以下の場合、さらに容易に充填でき
ることは推定できる。これは、後述するように、４６％
および６３％の濃度の異なるＢＣＢ溶液を用いて塗布し
たことによって、空隙をＢＣＢで満たすことができたも
のである。本出願人は、６３％濃度のＢＣＢだけを用い
た場合、ところどころに気泡が生じていることを確認し
たが、最初に塗布する４６％濃度ＢＣＢの塗布条件とし
て、空隙の高さ相当厚みになるように設定すれば、空隙
を充填するのに効果的であることを見出した。これは、
ある程度濃度の薄いＢＣＢ溶液を用いることによって、
条件出しを行えば同様の効果を示すことを示しており、
ＢＣＢの濃度に制約されない。

【００９２】次に、図２１に示すように、基板(図２０
(b)に示す)全面にＢＣＢ膜１２１６を塗布する。最初
は、ＢＣＢ４６％メシチレン溶液を２０００ｒｐｍで６
０秒の条件で塗布し、窒素中、９０℃３０分、１５０℃
１０分、２８０℃５分、３００℃５分の条件でベークを
行う塗布,ベーク工程を２回行い、その上に重ねて、Ｂ
ＣＢ６３％ｍメシチレン溶液を２０００ｒｐｍ６０秒で
塗布し、窒素中で、９０℃３０分、１５０℃１０分、２
８０℃５分、３００℃５分の条件でベークする塗布,ベ
ーク工程を２回行う。こうして最終的にＢＣＢ膜１２１
６の厚みは４０μｍに達した。

【００９３】この基板に、ＳＦ₆と酸素から構成される
ガスでリアクティブイオンエッチングを施す。このとき
のリアクティブイオンエッチングの条件は、平行平板型
電極のリアクティブイオンエッチング装置を用いて、Ｓ
Ｆ₆および酸素を流量比(ＳＦ ₆：Ｏ₂)４：３〜１：１程
度の範囲で真空度を５〜１０Ｐａにし、１５０Ｗのパワ
ーで２０分間エッチングを行う。図２２に示すように、
この第１０実施形態の条件でＢＣＢ膜１２１６をおよそ
６μｍエッチングしてＢＣＢ膜１２１６aとし、取り出
し電極１２１５の表面を露出させた。

【００９４】先に、第５実施形態で示した製造方法で
は、ＢＣＢ膜にコンタクトホールを形成するとき、エッ
チングが進行し、引き出し電極に達しているかどうか見
極めるのが困難なため、過剰条件でエッチングを行う必
要があり、コンタクトホールが微細なパターンの場合、
寸法変化が大きくなる問題があった。また、エッチング
不足やエッチング再堆積物が生じた場合には、引き出し
電極と取り出し電極との間に導通不良を招く問題を生じ
た。この第１０実施形態では、引き出し電極と取り出し
電極との間にレジストを用いてパターン形成し、レジス
トの解像度に依存して微細なパターンが形成できる上、
引き出し電極と取り出し電極との間に残渣が発生する可
能性も非常に低くすることができるため、歩留りを向上
させる。

【００９５】(第１１実施形態)第１０実施形態において
示した半導体装置の製造方法において、空隙を有する電
極および配線構造を形成した後、ＢＣＢを塗布し、ＢＣ
Ｂ膜のドライエッチングによって取り出し電極を露出さ
せたが、この第１１実施形態では、ＢＣＢの塗布後に基
板表面を研磨することによって、電極を露出させる。そ
うすることによって、電極の露出面とＢＣＢ膜の高さが
ほぼ一致し、フリップチップ実装のとき、電極にかかる
圧力が小さくなり、実装時の歩留りを向上できる。

【００９６】(第１２実施形態)図２３はこの発明の第１
２実施形態の半導体装置の断面を示している。図２３に
示すように、基板１３００上に、エミッタ電極１３０
１,ベース電極１３０２およびコレクタ電極１３０３を
有するＨＢＴ１３２０が複数形成されている。上記ＨＢ
Ｔ１３２０は、段差を有する縦形素子であって、エミッ
タ電極１３０１,ベース電極１３０２およびコレクタ電
極１３０３を有している。上記エミッタ電極１３０１の
引き出し電極１３３０、ベース電極１３０２およびコレ
クタ電極１３０３の引き出し電極(図示せず)は、それぞ
れの取り出し電極１３０６と接触している領域以外は、
ＳiＮまたはＳiＯ等の無機絶縁膜１３０４でカバーされ
ている。この無機絶縁膜１３０４の形成は、例えばＳi
ＮやＳiＯの場合、ｐ−ＣＶＤ(プラズマ化学気相成長)
法によって、基板温度２５０〜３００℃で５００〜２０
００Å厚みで堆積される。その周辺は、ＢＣＢ膜１３０
５によって充填されている。ＢＣＢ膜１３０５は、通常
の半導体材料とも密着性は良好であるが、例えばガリウ
ム砒素半導体のように、処理方法によっては、表面に不
安定な自然酸化物が存在するような場合、密着性を阻害
する場合もある。また、引き出し電極の材質は、金を用
いることが多く、ＳiＮやＳiＯでカバーすると、引き出
し電極とＢＣＢ膜との密着性に改善効果が見られる。Ｓ
iＮでも、ＳiＯでも、密着性の改善効果に差はほとんど
ないが、ＳiＮの方がさらに高い密着性を増強する効果
がある。

【００９７】(第１３実施形態)図２４(a)〜(d),図２５
(a),(b)はこの発明の第１３実施形態の半導体装置を実
装するパッケージ基体の製造方法を示している。

【００９８】まず、図２４(a)に示すように、厚さ２０
０〜４００μｍの高抵抗Ｓi基板１３０１上に、金とチ
タンの２層構造(チタンが下層)からなるグランド電極１
３０２を厚み５μｍになるように、メッキまたは蒸着等
の方法によって形成する。

【００９９】次に、図２４(b)に示すように、上記基板
にＢＣＢ膜１３０３を塗布する。ＢＣＢ膜１３０３の厚
みは、グランド電極１３０２より厚くなるように設定
し、基板表面を平坦化させる。具体的には、ＢＣＢ６３
％メシチレン溶液を２０００ｒｐｍ６０秒で塗布し、窒
素中で、９０℃３０分、１５０℃１０分、２８０℃５
分、３００℃５分の条件でベークする。この条件では、
ＢＣＢ膜の厚みは、２０μｍに達して、グランド電極１
３０２をカバーし、基板表面を平坦化ができる。

【０１００】次に、図２４(c)に示すように、ＳＦ₆と酸
素の混合ガス、圧力７Ｐａで平行平板プラズマエッチン
グ装置によって、グランド電極１３０２が露出するま
で、ＢＣＢ膜１３０３をエッチバックする。プラズマパ
ワーが１５０Ｗの場合、およそ２０分程度のエッチング
が必要である。

【０１０１】次に、図２４(d)に示すように、レジスト
によってパターンを形成し、上部電極１３０４を形成す
る。この上部電極１３０４は、例えば、メッキや蒸着に
よって形成し、金とチタンからなる２層構造(チタンが
下層)で厚みは５μｍから１０μｍでよい。また、上部
電極１３０４は、グランド電極１３０２と接触するも
の、ＢＣＢ膜１３０３上のものを用意する。

【０１０２】そして、図２５(a)に示すように、それぞ
れの上部電極１３０４上に、レジストによってパターン
を形成し、金−すず(２０％)合金層１３０５をリフトオ
フによって形成する。金−すず合金層１３０５の厚み
は、０.５μｍ以上かつ５μｍ以下であれば良い。金−
すず合金層１３０５が薄い場合、後工程で接触させる電
極との密着性が弱く、厚すぎる場合、リフトオフが行い
にくい。

【０１０３】この基板全面に、図２５(b)に示すよう
に、例えば第１０実施形態に示した工程によって作製さ
れ、ＢＣＢ膜１３０６にカバーされたＨＢＴマルチユニ
ット１３０７をフリップチップボンディングすることに
よって、エミッタ取り出し電極１３０８を介して、ＨＢ
Ｔマルチユニット１３０７から高抵抗Ｓi基板１３０１
に熱を逃がすことができ、熱抵抗を低減する効果があ
る。

【０１０４】表１に、実装方法による熱抵抗の比較を行
った結果を示している。

【０１０５】

【表１】

【０１０６】上記表１より、熱抵抗は、ＨＢＴマルチユ
ニット１３０７をワイヤボンドによるパッケージ基体ヘ
の実装を行った場合、５０〜６０℃／Ｗを示すが、この
第１３実施形態に示す方法によれば、１５〜２０℃／Ｗ
を示し、素子厚みを３０μｍまで薄くして得られる熱抵
抗よりさらに小さい値を示している。

【０１０７】また、コレクタ取り出し電極１３０９やベ
ース取り出し電極１３１０も、ＢＣＢ膜１３０３上の電
極に接触するため、電極間の高周波信号損失が小さく、
高周波特性を向上できる効果がある。

【０１０８】さらに、金−すず(２０％)合金層１３０５
を、ＨＢＴマルチユニット１３０７と上部電極１３０４
との間に設けたことにより、フリップチップボンディン
グ時の加熱条件を低くすることが可能になり、ＨＢＴの
特性を損なうことがない効果がある。具体的には、金と
金の接合であれば、３５０℃以上に加熱することが必要
になるが、金−すず(２０％)合金層１３０５を採用する
ことによって、２７０℃〜３００℃の加熱で、ＨＢＴマ
ルチユニット１３０７と上部電極１３０４との接合が形
成される。３５０℃以上の熱処理では、ＨＢＴのベース
電流の増大等の素子特性の劣化が生じやすいが、２７０
℃〜３００℃の熱処理では、劣化は生じない。その上、
金−すず(２０％)合金層１３０５が、上部電極１３０４
と、ＨＢＴマルチチップ１３０７の取り出し電極(１３
０８,１３０９および１３１０)との間で熱合金化反応が
生じるため、接合圧力も従来の１／３程度で可能で接合
圧力を小さくし、素子の劣化を防ぐ効果がある。具体的
には、金−金の場合、４〜５ｋｇ／ｍｍ²必要である
が、金−すず(２０％)合金層を使用した場合、２〜３ｋ
ｇ／ｍｍ²で良い。

【０１０９】また、金−すず(２０％)合金層１３０５
が、上部電極１３０４やエミッタ取り出し電極１３０８
と合金化反応するとき、電極の体積を減少させるが、Ｈ
ＢＴマルチユニット１３０７は、ＢＣＢ膜１３０６で表
面をカバーされているので、ＢＣＢ膜１３０６の厚み以
下には、ＨＢＴマルチユニットと高抵抗Ｓi基板１３０
１との距離が小さくならないので、グランド電極１３０
２とＨＢＴマルチチップ１３０７の距離を必要以上に短
くしない。したがって、コレクタ電極やベース電極と、
グランド面が近づきすぎることを防ぐため、容量の増加
を防ぐと共に、ショート等の不良を防ぐ効果がある。こ
の第１３実施形態では、基板１３０１に高抵抗Ｓiを使
用したが、この素子を１ＧＨｚ〜２ＧＨｚの信号を増幅
または変調する回路に用いる場合、グランド電極１３０
２および、ＢＣＢ膜１３０３の厚みを１０μｍ以上に厚
くすることによって、低抵抗Ｓi基板や銅,金またはアル
ミ等の金属板を使用しても、信号の損失をともなわず、
良好な素子を形成できる効果がある。特に、金属板の場
合、表１に示すように、高抵抗Ｓiに比べてさらなる熱
抵抗の低下をもたらす効果がある。

【０１１０】(第１４実施形態)また、第１４実施形態に
おいて、第１３実施形態に示した工程で作製した高抵抗
Ｓiに実装されたＨＢＴマルチチップを１〜５ＧＨｚ帯
の無線通信システムの送信増幅器に用いる。この場合、
素子の熱抵抗が低減できるので、使用条件に応じたシス
テム設計が容易になり、システムの信頼性を向上させる
効果がある。

【０１１１】上記第１〜第１４実施形態では、縦形素子
としてＨＢＴを用いたが、縦形素子はこれに限らず、ガ
ンダイオード等の他の縦形素子でもよい。

【０１１２】また、上記第１〜第１４実施形態では、縦
形素子としてＨＢＴを備えた半導体装置について説明し
たが、スパイラルインダクタやキャパシタ等の受動素子
で構成された高周波整合回路を縦形素子と同一のチップ
内に設けることによって、素子間の配線が短くなって信
号損失が少なくなると共に、高周波特性の良好な半導体
装置を実現することができる。

【０１１３】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体装置およびその製造方法によれば、実装時に縦形素
子の電極にかかる圧力を低減して、縦形素子のダメージ
を防ぐと共に、適正な圧力で取り出し電極とパッケージ
基体とを確実に接触させて、信頼性と歩留りを向上でき
る。また、取り出し電極の面積を大きくすることによっ
て、縦形素子の電極とパッケージ基体の電極との接触面
積を増加させて、信号損失を低くすることが可能にな
り、高周波デバイスとしての性能を向上できる。さら
に、上記縦形素子をＢＣＢ膜により覆うことにより縦形
素子の耐湿性を向上できる。また、上記取り出し電極の
面積を大きくすることによって、縦形素子の電極とパッ
ケージ基体の電極との接触面積を増加させて、縦形素子
からの熱を取り出し電極を介してパッケージ基体に逃が
して、熱抵抗を低減するので、信頼性を向上できる。

【０１１４】また、この発明の無線通信システムによれ
ば、上記半導体装置を用いることによって、信頼性の高
い高性能な無線通信システムを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、この発明の第１実施形態の半導体装
置の断面図と平面図である。

【図２】 図２は上記半導体装置の平面図である。

【図３】 図３はこの発明の第２実施形態の半導体装置
の断面図である。

【図４】 図４はこの発明の第３実施形態の半導体装置
の平面図である。

【図５】 図５は図４のＶ−Ｖ線から見た断面図であ
る。

【図６】 図６は図４のVI−VI線から見た断面図であ
る。

【図７】 図７は、この発明の第４実施形態の半導体装
置の断面図である。

【図８】 図８(a)〜(c)はこの発明の第５実施形態の半
導体装置の製造方法を示す図である。

【図９】 図９(a)〜(c)は図８(c)に続く上記半導体装
置の製造方法を示す図である。

【図１０】 図１０(a),(b)は図９(c)に続く上記半導体
装置の製造方法を示す図である。

【図１１】 図１１はこの発明の第６実施形態の半導体
装置の断面図である。

【図１２】 図１２はこの発明の第７実施形態の半導体
装置の斜視図である。

【図１３】 図１３は図１２のXIII−XIII線から見た断
面図である。

【図１４】 図１４(a)〜(d)はこの発明の第８実施形態
の半導体装置の製造方法を示す図である。

【図１５】 図１５はこの発明の第９実施形態の半導体
装置の断面図である。

【図１６】 図１６は上記半導体装置の平面図である。

【図１７】 図１７は上記半導体装置の斜視図である。

【図１８】 図１８は図１７のXVIII−XVIII線から見た
断面図である。

【図１９】 図１９(a)〜(d)はこの発明の第１０実施形
態の半導体装置の製造方法を示す図である。

【図２０】 図２０は図１９(d)に続く上記半導体装置
の製造方法を示す図である。

【図２１】 図２１は図２０(b)に続く上記半導体装置
の製造方法を示す図である。

【図２２】 図２２は図２１に続く上記半導体装置の製
造方法を示す図である。

【図２３】 図２３はこの発明の第１２実施形態の半導
体装置の断面図である。

【図２４】 図２４(a)〜(d)はこの発明の第１３実施形
態の半導体装置の製造方法を示す図である。

【図２５】 図２５は図２４(d)に続く上記半導体装置
の製造方法を示す図である。

【図２６】 図２６は従来の半導体装置を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１００,２００,３２０,４００,５０７,８００,８０５,
９００,１０００,１１００,１１１０,１２０７,１３０
０…基板、 １０１,２０１,３０１,４０１,５０１,１２０１…エミ
ッタメサ、 １０２,２０２,３０２,４０２,５０２,１２０２…ベー
スメサ、 １０３,２０３,３０３,４０３,５０３,１２０３…コレ
クタメサ、 １０４,２０６,３００,４０８,５１３,７０２,８０１,
９０２,９０５,１００７,１１０１,１２１６,１３０５,
１３０６…ＢＣＢ膜、 １０５,２０４,３０４,４０４,５０４…エミッタ電極、 １０６,３０９,１２１５…取り出し電極、 １０７,８０７,１２２０…窪み、 ２０５,３０５,４０５,５１０,１１０４…エミッタ引き
出し電極、 １１０,２０７…ホール、 ２０８,８０２…エミッタ取り出し電極、 ３０６,９０３,１００１,１２０４,１３０１…エミッタ
電極、 ３０７,４０７,５０５,１００２,１２０５,１３０２…
ベース電極、 ３０８,４０９,７０１,１００６,１１０２…取り出し電
極、 ４０６,５０６,１００３,１２０６,１３０３…コレクタ
電極、 ５１６,９０４…エミッタ取り出し電極、 ８０３…コレクタ取り出し電極、 ８０４…ベース取り出し電極、 ８０６,９０７,１１０３…電極、 １２０,２１０,３３０,４１０,９０１,１００４,１２２
０,１３２０…ＨＢＴ、 ９０６…実装基板、 １００５,１００７,１００８,１２１１,１３３０…引き
出し電極、 １３０１…高抵抗Ｓi基板、 １３０２…グランド電極、 １３０７…ＨＢＴマルチユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 27/06 29/417 Ｆターム(参考） 4M104 AA07 BB14 CC01 DD20 DD34 DD52 FF06 GG06 GG18 5F003 AP09 BA92 BC08 BE08 BE90 BF06 BH11 BH16 BH18 BH93 BJ01 BJ18 5F033 HH13 HH18 NN32 PP19 PP27 QQ08 QQ09 QQ13 QQ19 QQ31 QQ37 QQ46 RR04 RR06 RR21 SS22 TT04 VV07 XX14 XX19 5F058 AA02 AA04 AC10 AF04 AG01 AH02 5F082 AA40 BA35 BC03 BC15 DA03 FA11

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された段差を有する縦形素
   子を備えた半導体装置において、 上記基板全面に、上記縦形素子の電極の最上端よりも上
   面が高くなるように形成された有機絶縁膜と、 上記縦形素子の電極の上側の領域およびその領域の周囲
   の上記有機絶縁膜上に形成され、上記電極と電気的に接
   続された取り出し電極とを備え、 上記取り出し電極の上記縦形素子の電極の上側の領域が
   上記取り出し電極の他の領域よりも低いことを特徴とす
   る半導体装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置において、 上記縦形素子はトランジスタであることを特徴とする半
   導体装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の半導体装置に
   おいて、 上記有機絶縁膜が低誘電率有機絶縁膜であることを特徴
   とする半導体装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
   半導体装置において、 上記有機絶縁膜がベンゾシクロブテンからなることを特
   徴とする半導体装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
   半導体装置において、 パッケージ基体に実装するとき、上記取り出し電極側を
   上記パッケージ基体に接触させることを特徴とする半導
   体装置。
6. 【請求項６】 基板上に形成された段差を有する複数の
   縦形素子であるトランジスタを備えた半導体装置におい
   て、 上記基板全面に、上記トランジスタの電極の最上端より
   も上面が高くなるように形成された有機絶縁膜と、 上記トランジスタの電極の上側の領域およびその領域の
   周囲の上記有機絶縁膜上に形成され、上記電極と電気的
   に接続された取り出し電極とを備え、 上記取り出し電極の上記トランジスタの電極の上側の領
   域が上記取り出し電極の他の領域よりも低いと共に、 上記各トランジスタのエミッタ電極が上記取り出し電極
   を介して互いに電気的に接続されていることを特徴とす
   る半導体装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の半導体装置において、 上記トランジスタと電気的に接続された受動素子を同一
   チップ内に備えたことを特徴とする半導体装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の半導体装置において、 上記受動素子が上記有機絶縁膜によってカバーされてい
   ることを特徴とする半導体装置。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の
   半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、 上記縦形素子が形成された基板全面に、その基板上に形
   成された空隙に入りやすいように粘度を低くしたベンゾ
   シクロブテン溶液を塗布して、プリベークを行う工程
   と、 上記プリベークにより形成されたベンゾシクロブテン膜
   にベンゾシクロブテン溶液を重ねて塗布し、プリベーク
   およびハードベークを行う工程とを有することを特徴と
   する半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至８のいずれか１つに記載
    の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であっ
    て、 上記縦形素子,取り出し電極および配線を形成する工程
    と、 上記縦形素子,取り出し電極および配線が形成された基
    板全面に有機絶縁材料を塗布して有機絶縁膜を焼成する
    工程と、 上記有機絶縁膜を全体にエッチバックすることにより、
    上記取り出し電極の一部を露出させる工程とを有するこ
    とを特徴とする半導体装置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至８のいずれか１つに記載
    の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であっ
    て、 上記縦形素子,取り出し電極および配線を形成する工程
    と、 上記縦形素子,取り出し電極および配線が形成された基
    板全面に有機絶縁材料を塗布して有機絶縁膜を焼成する
    工程と、 上記有機絶縁膜側から研磨して上記取り出し電極を露出
    させ、上記取り出し電極の露出面と上記有機絶縁膜の上
    面とを略同じ高さにする工程とを有することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至８のいずれか１つに記載
    の半導体装置を送信用パワーアンプに用いたことを特徴
    とする無線通信システム。