(57)【要約】【課題】放熱性を高めることが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】基板の上に、動作電流が流れる半導体領域を含む複数のトランジスタが設けられている。複数の半導体領域よりも熱伝導率の高い導電材料からなり、半導体領域にそれぞれ接して半導体領域に動作電流を流す複数の動作電極が配置されている。外部接続用の導体ピラーが、平面視において複数の半導体領域と複数の動作電極とが接触する複数のコンタクト領域を内包し、複数の動作電極に電気的に接続されている。コンタクト領域は第１方向に並んで配置されており、コンタクト領域の各々は第１方向に直交する第２方向に長い平面形状を持ち、コンタクト領域の各々の第２方向の端部から導体ピラーの縁までの第２方向の距離をンタクト領域に亘って平均した値である第１平均距離が、コンタクト領域から導体ピラーの頂面までの高さ方向の距離の平均値以上である。【選択図】図３
2020098865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に設けられ、動作電流が流れる半導体領域を含む複数のトランジスタと、
前記複数の半導体領域よりも熱伝導率の高い導電材料からなり、前記複数の半導体領域にそれぞれ接して前記複数の半導体領域に動作電流を流す複数の動作電極と、
平面視において前記複数の半導体領域と前記複数の動作電極とが接触する複数のコンタクト領域を内包し、前記複数の動作電極に電気的に接続された外部接続用の導体ピラーと
を有し、
前記複数のコンタクト領域は第１方向に並んで配置されており、前記複数のコンタクト領域の各々は前記第１方向に直交する第２方向に長い平面形状を持ち、前記複数のコンタクト領域の各々の前記第２方向の端部から前記導体ピラーの縁までの前記第２方向の距離を前記複数のコンタクト領域に亘って平均した値である第１平均距離が、前記複数のコンタクト領域から前記導体ピラーの頂面までの高さ方向の距離の平均値である第２平均距離以上である半導体装置。
【請求項２】
前記第１方向の端部に位置する前記コンタクト領域から前記導体ピラーの縁までの前記第１方向の距離の平均値である第３平均距離が前記第２平均距離以上である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
さらに、前記第１平均距離が前記第３平均距離以上である請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
さらに、
前記導体ピラーの上に配置されたハンダ層と、
前記導体ピラーと前記ハンダ層との間に配置されたハンダの拡散を防止する拡散防止層と
を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
主に無線通信機器で使用される電力増幅器（パワーアンプ）では、出力の向上、小型化等が求められている。パワーアンプを構成する増幅素子に、例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）等のトランジスタが用いられる。パワーアンプの出力を向上させ、かつ小型化を図るために放熱性の向上が強く要求されている。
【０００３】
下記の特許文献１に、接合部で発生した熱を効率よく逃がすことができる半導体装置が開示されている。この半導体装置においては、フィンガー状の縦型構造トランジスタの上にバンプ電極が設けられている。バンプ電極はＨ形の平面形状をしており、トランジスタの真性動作部から外に出た非真性動作部でのバンプ幅が、真性動作部の直上でのバンプ幅より大きい。すなわち、真性動作部の直上のバンプ幅が相対的に狭くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３４９８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パワーアンプの出力の向上を図るために、さらに放熱性を高めることが望まれる。本発明の目的は、放熱性を高めることが可能な半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、
基板と、
前記基板の上に設けられ、動作電流が流れる半導体領域を含む複数のトランジスタと、
前記半導体領域よりも熱伝導率の高い導電材料からなり、前記複数の半導体領域にそれぞれ接して前記半導体領域に動作電流を流す複数の動作電極と、
平面視において前記複数の半導体領域と前記複数の動作電極とが接触する複数のコンタクト領域を内包し、前記複数の動作電極に電気的に接続された外部接続用の導体ピラーと
を有し、
前記複数のコンタクト領域は第１方向に並んで配置されており、前記複数のコンタクト領域の各々は前記第１方向に直交する第２方向に長い平面形状を持ち、前記複数のコンタクト領域の各々の前記第２方向の端部から前記導体ピラーの縁までの前記第２方向の距離を前記複数のコンタクト領域に亘って平均した値である第１平均距離が、前記複数のコンタクト領域から前記導体ピラーの頂面までの高さ方向の距離の平均値である第２平均距離以上である半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
第１平均距離を第２平均距離以上にすると、導体ピラーがヒートスプレッダとして有効に機能する。この結果、トランジスタのコンタクト領域からの放熱性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施例による半導体装置の基板に配置されたトランジスタのメサ部の頂面と、バンプの導体ピラーとの平面的な位置関係を示す図である。
【図２】図２は、図１の一点鎖線２−２における断面図である。
【図３】図３は、図１の一点鎖線３−３における断面図である。
【図４】図４は、第１実施例による半導体装置の製造途中段階における断面図である。
【図５】図５は、第１実施例による半導体装置の製造途中段階における断面図である。
【図６】図６は、第１実施例による半導体装置の製造途中段階における断面図である。
【図７】図７は、第１実施例による半導体装置の製造途中段階における断面図である。
【図８】図８は、第１実施例による半導体装置の製造途中段階における断面図である。
【図９】図９は、第１実施例による半導体装置の製造途中段階における断面図である。
【図１０】図１０は、第２実施例による半導体装置の基板に配置されたトランジスタのメサ部の頂面と、バンプの導体ピラーとの平面的な位置関係を示す図である。
【図１１】図１１は、第２実施例の第１変形例による半導体装置の基板に配置されたトランジスタのエミッタコンタクト領域と、バンプの導体ピラーとの平面的な位置関係を示す図である。
【図１２】図１２は、第２実施例の第２変形例による半導体装置の基板に配置されたトランジスタのエミッタコンタクト領域と、バンプの導体ピラーとの平面的な位置関係を示す図である。
【図１３】図１３は、第２実施例の第３変形例による半導体装置の基板に配置されたトランジスタのエミッタコンタクト領域と、バンプの導体ピラーとの平面的な位置関係を示す図である。
【図１４】図１４は、第３実施例による半導体装置の基板に配置されたトランジスタのメサ部の頂面と、バンプの導体ピラーとの平面的な位置関係を示す図である。
【図１５】図１５は、第４実施例による半導体装置の断面図である。
【図１６】図１６は、第５実施例による半導体装置の断面図である。
【図１７】図１７は、第５実施例による半導体装置のトランジスタ部分を拡大した断面図である。
【図１８】図１８は、第５実施例による半導体装置のエミッタコンタクト領域、３層目のエミッタ配線、バンプ用の開口、及びバンプ（図１６）の導体ピラーの平面的な位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第１実施例］
図１から図９までの図面を参照して第１実施例による半導体装置について説明する。
図１は、第１実施例による半導体装置の基板に配置されたトランジスタのエミッタコンタクト領域３６と、外部接続用のバンプの導体ピラー７２との平面的な位置関係を示す図である。複数のエミッタコンタクト領域３６が第１方向に並んで配置されている。エミッタコンタクト領域３６の各々は、第１方向に直交する第２方向に長い平面形状を有する。例えばエミッタコンタクト領域３６の各々の平面形状は長方形である。第１方向をｘ軸方向、第２方向をｙ軸方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。
【００１０】
複数のエミッタコンタクト領域３６の各々両端のｙ軸方向の位置はほぼ揃っている。なお、製造プロセスのばらつきによって発生する許容範囲内の位置ずれが生じている場合でも、「位置はほぼ揃っている」ということができる。エミッタコンタクト領域３６の各々の幅（ｘ軸方向の寸法）は例えば３μｍであり、長さ（ｙ軸方向の寸法）は例えば１０μｍ以上８０μｍ以下である。導体ピラー７２の平面形状はｘ軸方向に長い角丸長方形であり、平面視において複数のエミッタコンタクト領域３６が導体ピラー７２の内側に配置されている。例えば、１つの導体ピラー７２の内側に配置されている複数のエミッタコンタクト領域３６のｘ軸方向の寸法の合計が、エミッタコンタクト領域３６の各々のｙ軸方向の寸法以上である。
【００１１】
ｘ軸方向に関して両端にそれぞれ配置されているエミッタコンタクト領域３６の外側の縁から導体ピラー７２の縁までのｘ軸方向の距離をＭｘで表す。エミッタコンタクト領域３６の各々から導体ピラー７２の縁までのｙ軸方向の距離をＭｙで表す。
【００１２】
図２及び図３は、それぞれ図１の一点鎖線２−２及び一点鎖線３−３における断面図である。半絶縁性のＧａＡｓからなる基板２０の上にＧａＡｓからなるサブコレクタ層２１が配置されている。サブコレクタ層２１は、ｎ型導電性を有する素子形成領域２１ａと、絶縁化された素子分離領域２１ｂとに区分されている。
【００１３】
素子形成領域２１ａの上に、複数のトランジスタ３５が配置されている。トランジスタ３５の各々は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタである。複数のトランジスタ３５の各々は、１つの下側のメサ部３０と、その上にｘ軸方向に並んで配置された２つの上側のメサ部３１とからなる半導体領域を含む。下側のメサ部３０は、コレクタ層及びベース層を含む。上側のメサ部３１はエミッタ層を含む。
【００１４】
上側のメサ部３１の頂面３２の上に、それぞれエミッタ電極４２が配置されている。エミッタ電極４２はトランジスタ３５のエミッタ層にオーミックに接続される。トランジスタ３５の半導体領域と、エミッタ電極４２とが接触する領域を、エミッタコンタクト領域３６ということとする。下側のメサ部３０の上面のうち、メサ部３１が配置されていない領域に、ベース電極４１が配置されている。図２に示した断面において、ベース電極４１は上側のメサ部３１の各々をｘ軸方向に挟むように配置されており、トランジスタ３５のベース層にオーミックに接続される。素子形成領域２１ａの上面のうちメサ部３０が配置されていない領域に、コレクタ電極４０が配置されている。コレクタ電極４０は、サブコレクタ層２１の素子形成領域２１ａを介してトランジスタ３５のコレクタ層にオーミックに接続される。
【００１５】
エミッタ電極４２とサブコレクタ層２１の素子形成領域２１ａとの間で、トランジスタ３５の半導体領域を厚さ方向に動作電流が流れる。ベース電極４１には、動作電流の大きさを制御するためのベース電流が流れる。エミッタ電極４２は、トランジスタ３５の半導体領域に動作電流を流すための動作電極として機能する。動作電極は、トランジスタ３５の半導体領域よりも熱伝導率の高い導電材料、例えば金属で形成される。
【００１６】
サブコレクタ層２１、トランジスタ３５、コレクタ電極４０、ベース電極４１、及びエミッタ電極４２を覆うように、絶縁膜４５が配置されている。絶縁膜４５の上に１層目のエミッタ配線５０及びコレクタ配線５１が配置されている。エミッタ配線５０は、絶縁膜４５に設けられた開口を通ってエミッタ電極４２に接続されている。コレクタ配線５１は、絶縁膜４５に設けられた開口を通ってコレクタ電極４０に接続されている。
【００１７】
絶縁膜４５、エミッタ配線５０、及びコレクタ配線５１を覆うように、絶縁膜５５が配置されており、その上に絶縁膜５６が配置されている。下側の絶縁膜５５は、ＳｉＮ等の無機絶縁材料で形成され、上側の絶縁膜５６は、ポリイミド、ベンゾシクロブテン等の有機絶縁材料で形成されている。絶縁膜５６の上面は平坦化されている。
【００１８】
下側の絶縁膜５５に、１層目のエミッタ配線５０の一部を露出させる開口が設けられている。上側の絶縁膜５６に、平面視においてトランジスタ３５を内包する開口が設けられている。上側の絶縁膜５６に設けられた開口内に、下側の絶縁膜５５に設けられた開口が含まれる。絶縁膜５５、５６の上に、２層目のエミッタ配線６０が配置されている。２層目のエミッタ配線６０は、絶縁膜５６、５５にそれぞれ設けられた開口を通って１層目のエミッタ配線５０に接続されている。
【００１９】
絶縁膜５６及び２層目のエミッタ配線６０を覆うように、保護膜６５、６６が配置されている。下側の保護膜６５は、ＳｉＮ等の無機絶縁材料で形成され、上側の保護膜６６は、ポリイミド、ベンゾシクロブテン等の有機絶縁材料で形成される。保護膜６５、６６に、２層目のエミッタ配線６０を露出させる開口が設けられている。
【００２０】
保護膜６６の上、及び開口内のエミッタ配線６０の上にバンプ７０が配置されている。バンプ７０は、アンダーバンプメタル層７１、導体ピラー７２、及びハンダ層７３がこの順番に積層された３層構造を有する。アンダーバンプメタル層７１には、例えばＴｉ、ＴｉＷ等の高融点金属が用いられる。導体ピラー７２には例えば銅（Ｃｕ）が用いられる。ハンダ層７３には、錫（Ｓｎ）、ＳｎＡｇ等のＳｎを含むハンダが用いられる。
【００２１】
バンプ７０とモジュール基板（実装基板）のランドとがハンダで接続されることにより、半導体装置がモジュール基板に電気的かつ機械的に接続される。トランジスタ３５の動作時には、エミッタ電極４２からキャリアが注入される。言い換えると、主としてトランジスタ３５の高さ方向にサブコレクタ層２１からエミッタ電極４２に向かって動作電流が流れる。このため、トランジスタ３５を信号増幅用のパワートランジスタとして使用する場合、主として上側のメサ部３１が発熱源となる。上側のメサ部３１で発生した熱は、エミッタ電極４２、１層目のエミッタ配線５０、２層目のエミッタ配線６０、アンダーバンプメタル層７１、導体ピラー７２、及びハンダ層７３からなる放熱経路を通って、モジュール基板に放熱される。
【００２２】
次に、良好な放熱特性を確保するための好ましい構成について説明する。
メサ部３１で発生した熱は、メサ部３１の頂面３２からバンプ７０に向かって高さ方向（ｚ軸方向）に伝わるとともに、基板面（ｘｙ面）の面内方向に拡散する。エミッタ電極４２が熱伝導率の高い導電材料で形成されているため、特に大部分の熱が、エミッタコンタクト領域３６を通過し、バンプ７０に向かって熱が伝わる。このため、エミッタコンタクト領域３６とハンダ層７３との間に配置された熱伝導率の高い金属部分をヒートスプレッダとして機能させることが好ましい。特に、高さ方向（ｚ軸方向）の寸法が相対的に大きい導体ピラー７２と、大部分の熱が通過するエミッタコンタクト領域３６との位置関係が放熱特性に大きな影響を与える。発熱体から効率的に放熱するには、発熱体が取り付けられたヒートスプレッダの面（本実施例において、エミッタコンタクト領域３６に相当）の垂直方向に対して４５度傾斜した方向までヒートスプレッダが広がっていることが好ましい。
【００２３】
以下、導体ピラー７２とエミッタコンタクト領域３６との好ましい位置関係について説明する。
図１に示したように、ｉ番目のエミッタコンタクト領域３６のｙ軸方向の端部から導体ピラー７２の縁までのｙ軸方向の距離をＭｙ（ｉ）で表す。１つの導体ピラー７２に含まれる複数のエミッタコンタクト領域３６に亘って距離Ｍｙ（ｉ）を平均した値を、第１平均距離Ｍｙということとする。第１実施例の場合には、すべてのエミッタコンタクト領域３６について距離Ｍｙ（ｉ）は一定であるため、Ｍｙ＝Ｍｙ（ｉ）が成立する。
【００２４】
ｙ軸方向に関して両端に位置するエミッタコンタクト領域３６から導体ピラー７２の縁までのｘ軸方向の距離の平均値である第３平均距離をＭｘ（図１、図２）で表す。第１実施例では、エミッタコンタクト領域３６がｙ軸方向に長い長方形であり、導体ピラー７２の縁もｙ軸方向に平行であるため、第３平均距離Ｍｘは、両端に位置するエミッタコンタクト領域３６と導体ピラー７２の縁との間隔に等しい。
【００２５】
エミッタコンタクト領域３６から導体ピラー７２の頂面までの高さ方向（ｚ軸方向）の距離の平均値である第２平均距離をＭｔ（図２、図３）で表す。第１実施例においては、エミッタコンタクト領域３６、及び導体ピラー７２の頂面は、共にｚ軸に対して垂直である。この場合、高さ方向の第２平均距離Ｍｔは、エミッタコンタクト領域３６と導体ピラー７２の頂面との間隔に等しい。
【００２６】
導体ピラー７２にヒートスプレッダとしての十分な機能を持たせるために、第１平均距離Ｍｙを第２平均距離Ｍｔ以上にすることが好ましい。この構成を採用すると、導体ピラー７２が、ｚ軸方向に対して４５度以内の方向に伝導する熱の放熱経路となる。その結果、導体ピラー７２をヒートスプレッダとして十分機能させることが可能になる。
【００２７】
さらに、第３平均距離Ｍｘを第２平均距離Ｍｔ以上にすることが好ましい。この構成を採用することにより、ｘ軸方向に関して端部に位置するメサ部３１で発生し、エミッタコンタクト領域３６を通過してｘ軸方向に拡散しながら上方に伝わる熱に対して、導体ピラー７２をヒートスプレッダとして十分機能させることが可能になる。
【００２８】
エミッタコンタクト領域３６から導体ピラー７２の頂面までの放熱経路には、導体ピラー７２の他に、エミッタ電極４２、１層目のエミッタ配線５０、２層目のエミッタ配線６０、及びアンダーバンプメタル層７１が含まれる。エミッタコンタクト領域３６から導体ピラー７２の頂面までの放熱経路の一部に絶縁膜４５、５５（図２、図３）が侵入している場合もあるが、通常、絶縁膜４５、５５は導体ピラー７２等の金属部分の高さ方向の寸法に比べて十分薄い。このため、絶縁膜４５、５５が、放熱特性に与える影響は実質的に無視することができる。
【００２９】
発熱源となるメサ部３１の頂面３２（図２、図３）に画定されたエミッタコンタクト領域３６（図１）はｘ軸方向に複数個配置されている。発熱源からｙ軸方向に拡散する放熱経路に着目すると、複数の発熱源からの熱流が相互干渉することによって、温度の上昇が促進される場合がある。発熱源からｙ軸方向に拡散する熱に対して放熱効果を高めるために、第１平均距離Ｍｙを第３平均距離Ｍｘ以上にすることが好ましい。
【００３０】
次に、図４から図９までの図面を参照して、第１実施例による半導体装置の製造方法について説明する。図４から図９までの図面は、第１実施例による半導体装置の製造途中段階における断面図である。なお、以下に説明する半導体装置の各構成要素の材料、寸法等は一例である。
【００３１】
図４に示すように、一般的な半導体プロセスを用いて半絶縁性のＧａＡｓからなる基板２０の上にサブコレクタ層２１、トランジスタ３５、エミッタ電極４２を形成する。サブコレクタ層２１の素子形成領域２１ａは高濃度のｎ型ＧａＡｓで形成されており、その厚さは０．５μｍである。素子分離領域２１ｂは、ＧａＡｓに絶縁性を付与するためのイオン注入を行うことにより形成される。
【００３２】
トランジスタ３５を構成する下側のメサ部３０は、ｎ型ＧａＡｓで形成されたコレクタ層及びｐ型ＧａＡｓで形成されたベース層を含む。トランジスタ３５を構成する上側のメサ部３１は、ｎ型ＩｎＧａＰで形成されたエミッタ層と、その上に配置されたエミッタメサ層とを含む。エミッタメサ層は、高濃度のｎ型ＧａＡｓ層と、その上に配置された高濃度のｎ型ＩｎＧａＡｓ層とを含む。エミッタメサ層は、その上のエミッタ電極４２とオーミック接触を取るための層である
【００３３】
エミッタ電極４２はＴｉで形成され、その厚さは５０ｎｍである。図４の断面には表れていないが、さらにベース電極４１及びコレクタ電極４０（図２）を形成する。ベース電極４１は下から順番に積層されたＴｉ膜、Ｐｔ膜、Ａｕ膜の３層で構成される。コレクタ電極４０は、下から順番に積層されたＡｕＧｅ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜の３層で構成される。
【００３４】
サブコレクタ層２１、メサ部３０、３１、エミッタ電極４２を覆うように、絶縁膜４５を形成する。絶縁膜４５にはＳｉＮが用いられる。その後、絶縁膜４５にエミッタ電極４２を露出させる開口を形成する。
【００３５】
絶縁膜４５に形成された開口内に露出したエミッタ電極４２の上、及び絶縁膜４５の上に１層目のエミッタ配線５０を形成する。なお、エミッタ配線５０と同時に、ベース配線、コレクタ配線等も形成する。エミッタ配線５０は、厚さ１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下のＴｉ膜と、その上に配置された厚さ１μｍ以上２μｍ以下のＡｕ膜との２層で構成される。
【００３６】
絶縁膜４５及びエミッタ配線５０を覆うように、絶縁膜５５、５６を形成する。絶縁膜５５にはＳｉＮが用いられ、絶縁膜５６にはポリイミド、ベンゾシクロブテン等の樹脂が用いられる。絶縁膜５６、５５に、それぞれ１層目のエミッタ配線５０の一部を露出させる開口を形成する。１層目のエミッタ配線５０、絶縁膜５５、５６の上に、２層目のエミッタ配線６０を形成する。２層目のエミッタ配線６０は、厚さ１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下のＴｉ膜、及びその上に配置された厚さ４μｍのＡｕ膜の２層で構成される。
【００３７】
図５に示すように、エミッタ配線６０及び絶縁膜５６を覆うように保護膜６５、６６を形成する。保護膜６５はＳｉＮで形成され、その厚さは０．５μｍである。その上の保護膜６６は樹脂で形成され、その厚さは５μｍである。保護膜６５、６６に、２層目のエミッタ配線６０を露出させる開口を形成する。保護膜６６の開口の形成、及び保護膜６５の開口の形成には、異なるエッチングマスクを用いてもよいし、同一のエッチングマスクを用いてもよい。
【００３８】
図６に示すように、保護膜６６、及び保護膜６６の開口内のエミッタ配線６０を覆うように、アンダーバンプメタル層７１を形成する。アンダーバンプメタル層７１は、厚さ０．３μｍのＴｉＷ膜と、その上の厚さ０．３μｍのＣｕ膜との２層で構成される。
【００３９】
図７に示すように、アンダーバンプメタル層７１の上に、バンプ７０（図１、図２、図３）を形成すべき領域に開口を持つレジスト膜８５を形成する。レジスト膜８５の開口内にアンダーバンプメタル層７１が露出している。
【００４０】
図８に示すように、レジスト膜８５の開口内に露出しているアンダーバンプメタル層７１の上に、めっき法により導体ピラー７２及びハンダ層７３を堆積させる。導体ピラー７２はＣｕで形成され、その厚さは４０μｍである。ハンダ層７３はＳｎＡｇ合金で形成され、その厚さは３０μｍである。導体ピラー７２及びハンダ層７３を形成した後、レジスト膜８５を除去する。
【００４１】
図９に示すように、レジスト膜８５（図８）で覆われていた領域のアンダーバンプメタル層７１を除去する。導体ピラー７２の直下にはアンダーバンプメタル層７１が残る。リフロー処理を行うことにより、ハンダ層７３を溶融させ、その後固化させることにより図２、図３に示した半導体装置が得られる。
【００４２】
次に、第１実施例の優れた効果について説明する。
第１平均距離Ｍｙ（図３）を第２平均距離Ｍｔ以上にすることにより、ｙ軸方向に拡散する熱に対して十分な放熱経路を確保することができる。第３平均距離Ｍｘ（図２）を第２平均距離Ｍｔ以上にすることにより、ｘ軸方向に拡散する熱に対して十分な放熱経路を確保することができる。その結果、良好な放熱特性が得られる。
【００４３】
また、第１平均距離Ｍｙを第３平均距離Ｍｘ以上にすることにより、ｘ軸方向に並んだ複数の発熱源からの熱流の相互干渉の影響を軽減することができる。その結果、熱流の相互干渉が生じている場合でも、十分な放熱特性を確保することができる。
【００４４】
次に、第１実施例の変形例について説明する。
第１実施例では、ｘ軸方向に並ぶ複数のエミッタコンタクト領域３６から導体ピラー７２の一方の縁までの第１平均距離Ｍｙと、他方の縁までの第１平均距離Ｍｙとが等しくされている。両者が異なる場合には、第１平均距離Ｍｙのうち小さい方の値を第２平均距離Ｍｔ以上にするとよい。同様に、第３平均距離Ｍｘについても、小さい方の値を第２平均距離Ｍｔ以上にするとよい。
【００４５】
第１実施例では、１つのトランジスタが１つのメサ部３０（図２）と、その上の２つのメサ部３１（図２）を含む構成を採用したが、１つのメサ部３０（図２）の上に配置される上側のメサ部３１の個数を１個としてもよい。すなわち、エミッタコンタクト領域３６の個数を１個としてもよい。また、第１実施例では、トランジスタ３５としてヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いたが、その他のトランジスタ、例えば通常のバイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等を用いてもよい。トランジスタ３５としてＦＥＴを用いる場合には、エミッタコンタクト領域３６に代えて、ソース及びドレインのコンタクト領域を採用するとよい。
【００４６】
［第２実施例］
次に、図１０を参照して第２実施例による半導体装置について説明する。以下、第１実施例による半導体装置と共通の構成については説明を省略する。
【００４７】
図１０は、第２実施例による半導体装置の基板に配置されたトランジスタのエミッタコンタクト領域３６と、バンプの導体ピラー７２との平面的な位置関係を示す図である。第１実施例では、導体ピラー７２の平面形状が角丸長方形であるが、第２実施例では、長方形の短辺及び長辺を外側に向かって湾曲させた形状である。このため、ｘ軸方向の端部に位置するエミッタコンタクト領域３６から、導体ピラー７２の縁までのｘ軸方向の距離がｙ軸方向に関して一定ではない。同様に、エミッタコンタクト領域３６の端部から導体ピラー７２の縁までのｙ軸方向の距離Ｍｙ（ｉ）が一定ではない。
【００４８】
エミッタコンタクト領域３６から導体ピラー７２の縁までのｘ軸方向の距離が一定ではない場合の第３平均距離Ｍｘの決定方法について説明する。ｘ軸方向の端に位置するエミッタコンタクト領域３６のｙ軸方向の両端をそれぞれ通りｘ軸に平行な２本の仮想直線と、エミッタコンタクト領域３６の縁と、導体ピラー７２の縁とで囲まれた領域（図１０において右上がりのハッチングを付した領域、以下、「端部張出領域」という。）の面積をＳｘで表す。エミッタコンタクト領域３６のｙ軸方向の寸法をＬｙで表す。このとき、第３平均距離Ｍｘは、Ｍｘ＝Ｓｘ／Ｌｙと表される。
【００４９】
次に、エミッタコンタクト領域３６の端部から導体ピラー７２の縁までのｙ軸方向の距離Ｍｙ（ｉ）が一定ではない場合の第１平均距離Ｍｙの決定方法について説明する。導体ピラー７２の長手方向の縁が湾曲しているため、エミッタコンタクト領域３６の端部から導体ピラー７２の縁までのｙ軸方向の距離Ｍｙ（ｉ）が一定ではなくなる。この場合には、すべてのエミッタコンタクト領域３６についての距離Ｍｙ（ｉ）の平均値を第１平均距離Ｍｙとすればよい。
【００５０】
次に、第２実施例の優れた効果について説明する。
第２実施例においても、第１平均距離Ｍｙ、第２平均距離Ｍｔ、及び第３平均距離Ｍｘを第１実施例の場合と同様の関係を満たすように設定することにより、良好な放熱特性を確保することができる。
【００５１】
次に、図１１を参照して第２実施例の第１変形例について説明する。
第２実施例では、導体ピラー７２の一方の短辺、及び一方の長辺における第３平均距離Ｍｘ、及び第１平均距離Ｍｙについて説明した。第２実施例の第１変形例では、２つの短辺における第３平均距離Ｍｘが相互に異なっており、２つの長辺における第１平均距離Ｍｙが相互に異なっている構成について説明する。
【００５２】
図１１は、第２実施例の第１変形例による半導体装置の基板に配置されたトランジスタのエミッタコンタクト領域３６と、バンプの導体ピラー７２との平面的な位置関係を示す図である。第１変形例では、ｘ軸方向の一方の端における端部張出領域の面積Ｓｘ１と、他方の端における端部張出領域の面積Ｓｘ２とが異なる。このため、面積Ｓｘ１の端部張出領域及び面積Ｓｘ２の端部張出領域に対応して、２つの第３平均距離Ｍｘ１とＭｘ２とが得られる。この場合には、第３平均距離Ｍｘ１とＭｘ２との平均値を第２平均距離Ｍｔ以上にするとよい。
【００５３】
導体ピラー７２の長手方向に延びる２つの縁に関しては、一方の縁におけるエミッタコンタクト領域３６の端部から導体ピラー７２の縁までのｙ軸方向の距離Ｍｙ１（ｉ）を平均した第１平均距離Ｍｙ１と、他方の縁におけるエミッタコンタクト領域３６の端部から導体ピラー７２の縁までのｙ軸方向の距離Ｍｙ２（ｉ）を平均した第１平均距離Ｍｙ２とが異なる。この場合には、第１平均距離Ｍｙ１とＭｙ２との平均値を第２平均距離Ｍｔ以上にするとよい。
【００５４】
次に、図１２を参照して第２実施例の第２変形例について説明する。
図１２は、第２実施例の第２変形例による半導体装置の基板に配置されたトランジスタのエミッタコンタクト領域３６と、バンプの導体ピラー７２との平面的な位置関係を示す図である。第１実施例（図１）及び第２実施例（図１０）では、全てのエミッタコンタクト領域３６がｙ軸方向に関して同一の位置に配置されている。これに対し、第２実施例の第２変形例では、複数のエミッタコンタクト領域３６のｙ軸方向の位置が揃っていない。例えば、偶数番目のエミッタコンタクト領域３６が奇数番目のエミッタコンタクト領域３６よりｙ軸の正の側にずれている。
【００５５】
導体ピラー７２の長手方向に延びる一方の縁におけるエミッタコンタクト領域３６の端部から導体ピラー７２の縁までのｙ軸方向の距離Ｍｙ１（ｉ）を平均した値を第１平均距離Ｍｙ１とする。同様に、他方の縁におけるｙ軸方向の距離Ｍｙ２（ｉ）を平均した値を第１平均距離Ｍｙ２とする。この場合、第１平均距離Ｍｙ１とＭｙ２との平均値を第２平均距離Ｍｔ以上にするとよい。
【００５６】
次に、図１３を参照して第２実施例の第３変形例について説明する。
図１３は、第２実施例の第３変形例による半導体装置の基板に配置されたトランジスタのエミッタコンタクト領域３６と、バンプの導体ピラー７２との平面的な位置関係を示す図である。第１実施例（図１）及び第２実施例（図１０）では、複数のエミッタコンタクト領域３６がｘ軸方向に１列に並んでいる。これに対し、第２実施例の第３変形例では、複数のエミッタコンタクト領域３６がｘ軸方向に２列に並んでいる。すなわち、２つのエミッタコンタクト領域３６がｙ軸方向に並んでいる。なお、エミッタコンタクト領域３６のそれぞれに対応して上側のメサ部３１（図２、図３）が設けられている。
【００５７】
距離Ｍｙ１（ｉ）、Ｍｙ２（ｉ）を求める際に、導体ピラー７２の着目する縁に近い方のエミッタコンタクト領域３６の端部から着目する縁までのｙ軸方向の距離を求めればよい。距離Ｍｙ１（ｉ）が一定でない場合には、距離Ｍｙ１（ｉ）の平均値を第１平均距離Ｍｙ１として採用すればよい。同様に、距離Ｍｙ２（ｉ）の平均値を第１平均距離Ｍｙ２として採用すればよい。第１平均距離Ｍｙ１とＭｙ２とが異なっている場合には、両者の平均値を第２平均距離Ｍｔ以上にするとよい。
【００５８】
［第３実施例］
次に、図１４を参照して第３実施例による半導体装置について説明する。以下、第１実施例による半導体装置と共通の構成については説明を省略する。
【００５９】
図１４は、第３実施例による半導体装置の基板に配置されたトランジスタのエミッタコンタクト領域３６と、バンプの導体ピラー７２との平面的な位置関係を示す図である。第１実施例では、平面視において１つの導体ピラー７２に内包される複数のエミッタコンタクト領域３６のｙ軸方向の寸法が一定である。これに対し、第３実施例では、ｙ軸方向の寸法が異なる複数のエミッタコンタクト領域３６が１つの導体ピラー７２内に配置されている。例えば、複数のエミッタコンタクト領域３６が複数のグループに分類され、グループ内ではエミッタコンタクト領域３６のｙ軸方向の寸法が一定であり、異なるグループに属するエミッタコンタクト領域３６については、ｙ軸方向の寸法が異なっている。
【００６０】
第３実施例においても、エミッタコンタクト領域３６の各々について距離Ｍｙ（ｉ）を求め、距離Ｍｙ（ｉ）の平均値を第１平均距離Ｍｙとすればよい。
【００６１】
［第４実施例］
次に、図１５を参照して第４実施例による半導体装置について説明する。以下、第１実施例による半導体装置と共通の構成については説明を省略する。
【００６２】
図１５は、第４実施例による半導体装置の断面図である。第１実施例では、バンプ７０の導体ピラー７２とハンダ層７３（図２、図３）とが直接接触している。これに対し、第４実施例では、導体ピラー７２とハンダ層７３との間に、拡散防止層７４が配置されている。拡散防止層７４は、ハンダ層７３から導体ピラー７２へのハンダの拡散を防止する機能を持つ。拡散防止層７４には、例えばＮｉが用いられ、その厚さは例えば２μｍ以上３μｍ以下である。
【００６３】
第４実施例においては、第２平均距離Ｍｔとして、メサ部３１の頂面３２のエミッタコンタクト領域３６から、導体ピラー７２と拡散防止層７４との界面までの高さ方向の寸法の平均値を採用するとよい。
【００６４】
次に、第４実施例の優れた効果について説明する。第４実施例では拡散防止層７４が配置されているため、フリップチップボンディング時にハンダが導体ピラー７２内に拡散することを抑制することができる。その結果、半導体装置の信頼性が高まるという効果が得られる。特に、導体ピラー７２の高さ方向の寸法を小さくした場合に顕著な効果が得られる。
【００６５】
［第５実施例］
次に、図１６から図１８までの図面を参照して第５実施例による半導体装置について説明する。以下、第１実施例による半導体装置と共通の構成については説明を省略する。第１実施例では、トランジスタ３５としてＧａＡｓベースのＨＢＴを用いている。これに対し、第５実施例では、トランジスタとしてＳｉＧｅベースのＨＢＴを用いる。
【００６６】
図１６は、第５実施例による半導体装置の断面図である。図１７は、トランジスタ部分を拡大した断面図である。以下、図１６を参照しながら説明するが、必要に応じて図１７を参照する。
【００６７】
ｐ型シリコンからなる基板１００の表層部に素子分離絶縁領域１１０が形成されており、素子分離絶縁領域１１０によって素子形成領域が画定されている。素子分離絶縁領域１１０には、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）構造やシリコン局所酸化（ＬＯＣＯＳ）構造が適用される。
【００６８】
基板１００の素子形成領域に、高濃度のｎ型シリコンからなるサブコレクタ層１０１が設けられている。サブコレクタ層１０１の一部の領域の上にｎ型シリコンからなる複数のコレクタ層１０２が配置されている。コレクタ層１０２の間に高濃度シリコンからなるｎ＋領域１１１が配置されている。ｎ＋領域１１１とコレクタ層１０２との間に、絶縁領域１１２が配置されている。
【００６９】
コレクタ層１０２の各々の表面の一部に、エピタキシャル成長されたｐ型ＳｉＧｅからなる複数のベース層１０３が配置されている。例えば、１つのコレクタ層１０２に対して２つのベース層１０３が配置されている。ベース層１０３の各々の両側にｐ型シリコンからなる外部ベース層１０５が配置されている。外部ベース層１０５の表面に、ベース電極１０６が配置されている。ベース電極１０６は、Ｔｉシリサイド、Ｎｉシリサイド等の金属シリサイドで形成される。ベース電極１０６はベース抵抗を低減させる目的で配置されている。製造工程を省略して、ベース電極１０６を設けない構成を採用することも可能である。
【００７０】
ベース層１０３及び外部ベース層１０５の上に、酸化シリコン等からなる絶縁膜１０７が配置されている。ベース電極１０６が配置されている領域では、絶縁膜１０７が除去されている。さらに、絶縁膜１０７に、ベース層１０３の表面を露出される開口が設けられている。この開口内のベース層１０３の上、及び絶縁膜１０７の上に、ｎ型シリコンからなるエミッタ層１０４が配置されている。
【００７１】
エミッタ層１０４は、ｎ型シリコンからなる真性エミッタ層１０４Ａ（図１７）と、その上に配置されたｎ型ポリシリコンからなる外部エミッタ層１０４Ｂ（図１７）を含む。
【００７２】
エミッタ層１０４、ベース層１０３、ベース電極１０６、素子分離絶縁領域１１０等を覆うように、酸化シリコンからなる第１絶縁膜１２０が配置されている。第１絶縁膜１２０に、エミッタ層１０４、ｎ＋領域１１１を露出させる複数の開口が形成されている。第１絶縁膜１２０の上に１層目のエミッタ配線１２１、コレクタ配線１２２が配置されている。エミッタ配線１２１は第１絶縁膜１２０に設けられた開口を通してエミッタ層１０４に電気的に接続されるとともに、熱的に接続されている。エミッタ層１０４とエミッタ配線１２１とが接触する領域をエミッタコンタクト領域１２３という。コレクタ配線１２２は、第１絶縁膜１２０に設けられた開口を通してｎ＋領域１１１に電気的に接続されている。
【００７３】
図１６に示した断面には表れていないが、第１絶縁膜１２０の上にベース配線が配置されており、ベース配線は、第１絶縁膜１２０に設けられた開口を通してベース電極１０６に電気的に接続されている。なお、ベース電極１０６を設けない場合には、ベース配線を外部ベース層１０５に直接接続すればよい。
【００７４】
１層目のエミッタ配線１２１、コレクタ配線１２２、及びベース配線は、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成される。なお、開口内は、配線材料のＡｌで埋め込んでもよいし、タングステン（Ｗ）等の他の金属で埋め込んでもよい。
【００７５】
１層目のエミッタ配線１２１、コレクタ配線１２２、及びベース配線を覆うように、第１絶縁膜１２０の上に第２絶縁膜１３０が配置されている。第２絶縁膜１３０の上に、２層目のエミッタ配線１３１、コレクタ配線１３２が配置されている。２層目のエミッタ配線１３１は、第２絶縁膜１３０に設けられた開口を通って１層目のエミッタ配線１２１に接続されている。２層目のコレクタ配線１３２は、第２絶縁膜１３０に設けられた開口を通って１層目のコレクタ配線１２２に接続されている。２層目のエミッタ配線１３１及びコレクタ配線１３２には、例えばＡｌ、銅（Ｃｕ）等の金属が用いられる。
【００７６】
２層目のエミッタ配線１３１、コレクタ配線１３２を覆うように、第２絶縁膜１３０の上に第３絶縁膜１４０が配置されている。３層目のエミッタ配線１４１には、例えばＡｌ、Ｃｕ等の金属が用いられる。第３絶縁膜１４０の上に、３層目のエミッタ配線１４１が配置されている。３層目のエミッタ配線１４１は、第３絶縁膜１４０に設けられた開口を通って２層目のエミッタ配線１３１に接続されている。
【００７７】
３層目のエミッタ配線１４１を覆うように、第３絶縁膜１４０の上に保護膜１４５が配置されている。第２絶縁膜１３０、第３絶縁膜１４０、及び保護膜１４５は、ＳｉＮ系またはＳｉＯ系の絶縁材料で形成される。必要に応じて、これらの絶縁膜の上面を平坦化する。
【００７８】
保護膜１４５に、バンプコンタクト用の開口１４６が設けられている。開口１４６内のエミッタ配線１４１の上、及び開口１４６の周囲の保護膜１４５の上に、バンプ１５０が配置されている。
【００７９】
図１８は、第５実施例による半導体装置のエミッタコンタクト領域１２３、３層目のエミッタ配線１４１、バンプ用の開口１４６、及びバンプ１５０（図１６）の導体ピラー１５１の平面的な位置関係を示す図である。
【００８０】
複数のエミッタコンタクト領域１２３の各々は、一方向に長い平面形状を有し、複数のエミッタコンタクト領域１２３が幅方向に配列している。エミッタコンタクト領域１２３の幅方向をｘ軸方向とし、長手方向をｙ軸方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。平面視において、３層目のエミッタ配線１４１の内側に、複数のエミッタコンタクト領域１２３が配置されている。３層目のエミッタ配線１４１の内側にバンプ用の開口１４６が配置されている。バンプ用の開口１４６は、平面視において複数のエミッタコンタクト領域１２３を内包する。バンプ用の開口１４６を内包するように、導体ピラー１５１が配置されている。
【００８１】
エミッタコンタクト領域１２３及び導体ピラー１５１が、それぞれ第１実施例による半導体装置（図１）のエミッタコンタクト領域３６及び導体ピラー７２に相当する。第５実施例においても、エミッタコンタクト領域１２３と導体ピラー１５１との位置関係によって、第１平均距離Ｍｙ及び第３平均距離Ｍｘを定義することができる。さらに、図１６に示すように、エミッタコンタクト領域１２３から導体ピラー１５１の上面までの高さに基づいて第２平均距離Ｍｔを定義することができる。
【００８２】
第５実施例においても、第１平均距離Ｍｙ、第２平均距離Ｍｔ、及び第３平均距離Ｍｘを、第１実施例の場合と同様の関係にすることにより、放熱性に優れた半導体装置が得られる。その結果、良好な電気的特性を維持することが可能になる。
【００８３】
上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００８４】
２０  基板
２１  サブコレクタ層
２１ａ  素子形成領域
２１ｂ  素子分離領域
３０  下側のメサ部
３１  上側のメサ部
３２  上側のメサ部の頂面
３５  トランジスタ
３６  エミッタのコンタクト領域
４０  コレクタ電極
４１  ベース電極
４２  エミッタ電極
４５  絶縁膜
５０  １層目のエミッタ配線
５１  １層目のコレクタ配線
５５、５６  絶縁膜
６０  ２層目のエミッタ配線
６５、６６  保護膜
７０  バンプ
７１  アンダーバンプメタル層
７２  導体ピラー
７３  ハンダ層
７４  拡散防止層
８５  レジスト膜
１００  基板
１０１  サブコレクタ層
１０２  コレクタ層
１０３  ベース層
１０４  エミッタ層
１０４Ａ  真性エミッタ層
１０４Ｂ  外部エミッタ層
１０５  外部ベース層
１０６  ベース電極
１０７  絶縁膜
１１０  絶縁領域
１１１  ｎ＋領域
１１２  絶縁領域
１２０  第１絶縁膜
１２１  １層目のエミッタ配線
１２２  １層目のコレクタ配線
１２３  エミッタコンタクト領域
１３０  第２絶縁膜
１３１  ２層目のエミッタ配線
１３２  ２層目のコレクタ配線
１４０  第３絶縁膜
１４１  ３層目のエミッタ配線
１４５  保護膜
１４６  開口
１５０  バンプ
１５１  導体ピラー
１５２  ハンダ層
【図１】
2020098865.tif 000003
【図２】
2020098865.tif 000004
【図３】
2020098865.tif 000005
【図４】
2020098865.tif 000006
【図５】
2020098865.tif 000007
【図６】
2020098865.tif 000008
【図７】
2020098865.tif 000009
【図８】
2020098865.tif 000010
【図９】
2020098865.tif 000011
【図１０】
2020098865.tif 000012
【図１１】
2020098865.tif 000013
【図１２】
2020098865.tif 000014
【図１３】
2020098865.tif 000015
【図１４】
2020098865.tif 000016
【図１５】
2020098865.tif 000017
【図１６】
2020098865.tif 000018
【図１７】
2020098865.tif 000019
【図１８】
2020098865.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月14日(2019.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
ｘ軸方向に関して両端に位置するエミッタコンタクト領域３６から導体ピラー７２の縁までのｘ軸方向の距離の平均値である第３平均距離をＭｘ（図１、図２）で表す。第１実施例では、エミッタコンタクト領域３６がｙ軸方向に長い長方形であり、導体ピラー７２の縁もｙ軸方向に平行であるため、第３平均距離Ｍｘは、両端に位置するエミッタコンタクト領域３６と導体ピラー７２の縁との間隔に等しい。