(57)【要約】  ガリウム砒素装置（１１）は、ＧａＡｓ基板（１４）およびターゲット装置のパッド（１６）との電気的な接地接点を作るための銅の接触層（２１）を有する。銅の接触層は、ニッケルバナジウム（ＮｉＶ）層などの拡散バリヤ層（２３）を介してＧａＡｓ基板から分離される。酸化効果を減じるために、有機はんだ付け性保護剤が露出した銅をコーティングしてもよい。銅の接触層を堆積させるに先立って金または銅のシード層が堆積してもよい。銅の接触層（２１）がコンタクトパッド（１６）に直接はんだ付け（１８）され、コンタクトパッドがあふれた接着剤の領域を必要とせずに、比較的小さく作られ得ることを示唆する。
2009530815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触面を有するＧａＡｓ基板と、
ＧａＡｓ基板の接触面に結合された銅の接触層と、
銅の接触層およびＧａＡｓ基板の間に堆積されたバリヤ層とを含む、ＧａＡｓ集積回路装置。
【請求項２】
バリヤ層はＮｉＶを含む、請求項１に記載のＧａＡｓ集積回路装置。
【請求項３】
ＮｉＶは約５００オングストロームから約２０００オングストロームの厚さである、請求項２に記載のＧａＡｓ集積回路装置。
【請求項４】
バリヤ層と銅の接触層との間に堆積した金属シード層をさらに含む、請求項１に記載のＧａＡｓ集積回路装置。
【請求項５】
金属シード層は銅を含む、請求項４に記載のＧａＡｓ集積回路装置。
【請求項６】
金属シード層は金を含む、請求項４に記載のＧａＡｓ集積回路装置。
【請求項７】
金属シード層は約５００オングストロームから約２０００オングストロームの厚さである、請求項４に記載のＧａＡｓ集積回路装置。
【請求項８】
ＧａＡｓ基板を通して延在するビアをさらに含み、銅の接触層はビアの壁に結合される、請求項１に記載のＧａＡｓ集積回路装置。
【請求項９】
ＧａＡｓ基板を通して延在するビアをさらに含み、銅の接触層は実質的にビアを満たす、請求項１に記載のＧａＡｓ集積回路装置。
【請求項１０】
銅の接触層は約１ミクロンから約４０ミクロンの厚さである、請求項１に記載のＧａＡｓ集積回路装置。
【請求項１１】
銅の接触層に配置された保護層をさらに備える、請求項１に記載のＧａＡｓ集積回路装置。
【請求項１２】
保護層は有機はんだ付け性保護剤（ＯＳＰ）である、請求項１１に記載のＧａＡｓ集積回路装置。
【請求項１３】
ＧａＡｓ集積回路装置を構築する方法であって、
ＧａＡｓ基板を与えるステップと、
ＧａＡｓ基板上にバリヤ層を堆積させるステップと、
バリヤ層の上に金属シード層を堆積させるステップと、
金属シード層の上に銅の接触層を堆積させるステップと、
銅の接触層の上に保護層を堆積させるステップとを含む、方法。
【請求項１４】
物理蒸着プロセスを用いてＧａＡｓ基板上にバリヤ層を堆積させるステップと、
物理蒸着プロセスを用いてバリヤ層の上に金属シード層を堆積させるステップと、
連続的ＤＣ電気めっきプロセスを用いて金属シード層の上に銅の接触層を堆積させるステップと、
バスプロセスを用いて銅の接触層の上に保護層を堆積させるステップとをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ＧａＡｓ基板上にバリヤ層を約５００Ａから約２０００Ａの厚さに堆積させるステップと、
バリヤ層の上に金属シード層を約５００Ａから約２０００Ａの厚さに堆積させるステップと、
金属シード層の上に銅の接触層を約１ミクロンから４０ミクロンの厚さに堆積させるステップとをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
ＧａＡｓ基板上にＮｉＶバリヤ層を堆積させるステップと、
バリヤ層の上に銅の金属または金の金属シード層を堆積させるステップと、
銅の接触層の上に有機はんだ付け性保護剤（ＯＳＰ）保護層を堆積させるステップとをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
ＧａＡｓ基板におけるビアの壁に銅の接触層を堆積させるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
ＧａＡｓ基板におけるビアを実質的に満たすために銅を堆積させるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
ＧａＡｓ集積回路装置を組込む回路装置であって、
ＧａＡｓ集積回路装置上の銅の接触層と、
銅の接触層を受取るためにちょうど十分に大きいようにサイズを合わせた回路装置上のコンタクトパッドとを含み、コンタクトパッドはあふれた接着剤を受取るための領域を有さず、さらに
銅の接触層を機械的、電気的にコンタクトパッドに結合するはんだとを含む、回路装置。
【請求項２０】
はんだは厚さ約１０ミクロンである、請求項１９に記載の回路装置。
【請求項２１】
はんだは、ＧａＡｓ集積回路装置からコンタクトパッドまで効率的に熱を伝達するよう選択される、請求項１９に記載の回路装置。
【請求項２２】
接触面を有するＧａＡｓ基板と、
接触面に配置されるＮｉＶバリヤ層と、
バリヤ層に配置される銅または金のシード層と、
シード層に配置される銅の接触層とを含む、ＧａＡｓ電力増幅器。
【請求項２３】
銅の接触層に配置されるＯＳＰ保護層をさらに含む、請求項２２に記載のＧａＡｓ電力増幅器。
【請求項２４】
電力増幅器は銅の接触層を通して熱を消散するよう構築される、請求項２２に記載のＧａＡｓ電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
この発明の分野は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）集積回路の設計、製作および製造である。より特定的には、この発明は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）材料およびプロセスを採用した集積回路とその集積回路を回路装置に取付けるプロセスとに関する。
【背景技術】
【０００２】
近代の電子機器装置はしばしば、十分な無線周波数特性を備えた効率的なパワートランジスタを必要とする。たとえば、無線装置は、典型的には低レベルのラジオ周波数信号を生成する無線機および関連付けられた回路を有する。この低レベルのラジオ周波数信号は、アンテナシステムからの送信のため増幅される必要がある。パワートランジスタの使用および製造は周知であり、高度に効率的かつ効果的なパワートランジスタを作り出すほど進展している。たとえば、パワートランジスタは、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）材料およびプロセスを用いて作られ得る。ＧａＡｓ材料およびプロセスは、特に望ましいラジオ周波数特性を備えたパワートランジスタを作り出し、高い歩止まりを有し、その高出力密度により他の技術と価格的に競争力があることが分かっている。
【０００３】
ＧａＡｓ集積回路の１つの例では、ＧａＡｓパワートランジスタは、まずＧａＡｓ基板上にエピタキシャル層を堆積させ、次に適切な層にエッチングし、続いて装置の端子に金属接点を堆積させることにより形成される。典型的にはＧａＡｓパワートランジスタは、ＧａＡｓ接触層（サブコレクタ）が堆積される半絶縁性基板上に成長する。このサブコレクタ層は集積回路の接触面上にあり、たとえば金の接触層と協働してプリント回路基板上のパッドに付く。ＧａＡｓコレクタ領域はサブコレクタ層上に堆積する。次いでベース層がコレクタ上に堆積する。次にエミッタ層（広バンドギャップ半導体）が堆積する。このエミッタ層の上に、接触抵抗を最小限にすることができるように、エミッタ接触層が最後に堆積する。材料の成長後、特定の層にエッチングして接点金属を堆積させることにより、エミッタ、ベースおよびコレクタ接触が形成される。
【０００４】
集積回路の設計および構成にガリウム砒素基板を使用することにより望ましい効果があることが分かっている。たとえば、ガリウム砒素基板は、たとえば電力増幅器集積回路においてより優れた性能を達成するために役立ってきた。典型的には、ガリウム砒素集積回路は、より大規模な回路装置または設計において部品として用いられる。ガリウム砒素集積回路は、回路設計に組込まれるために、典型的には回路装置用のプリント回路基板に機械的、電気的に結合される。他の場合においては、ガリウム砒素が組込まれた装置が他の電子装置に取付けられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
典型的なガリウム砒素集積回路は、特定の回路機能を実現するように協働する、１組の堆積した材料を有するガリウム砒素基板を有する。回路面はしばしば、ワイヤボンドまたはピン技術を用いて他の装置部品に結合される。ガリウム砒素集積回路の接触面は、典型的には装置のプリント回路基板上の大きなコンタクトパッドに接着される。より特定的には、集積回路は、導電接着剤を用いてプリント回路基板パッドに接着する、金の接触層を有する。導電接着剤が圧力下にあるときに流れるように意図されるので、接点がプリント回路基板パッドに押圧されるにつれて、ある量の導電接着剤が接点の下から漏れる。その最終構成において、約３０〜４０ミクロンの導電接着剤層が金接点とプリント回路基板パッドとの間に存在し、付加的な量の導電接着剤が接点のまわりのリフロー領域に余剰分と
して残る。したがって、この予期されるリフロー材料を収容するために、プリント回路基板パッドは、ガリウム砒素集積回路上の実際の金接点よりも相当に大きくなる。
【０００６】
ガリウム砒素集積回路は、典型的にはその接触面にチタンタングステン（ＴｉＷ）層を備えたガリウム砒素基板を有する。このチタンタングステン（ＴｉＷ）層は厚さおよそ５００オングストロームであってもよく、金接点の適用を向上させるのに役立つ。金接点材料の層は約５ミクロンの厚さでチタンタングステン（ＴｉＷ）上に堆積する。しばしば、ガリウム砒素基板は、基板を通した垂直な電気的な流れを容易にするために、基板に向かって、または基板を通って延在する、ビアを有する。これらのビアもまた金の導電材料でコーティングされる。しかしながら金は不均一な態様で堆積し、壁に対して相対的に厚い、また薄いコーティング領域をもたらす。この不均一性は不利益な電気的効果を有するのみならず結果として余分な金材料を用いることとなり、それがＧａＡｓ集積回路を作るコストを増加させる。
【０００７】
金接点には、またビアにおいては、金の材料を堆積させるために電気めっきプロセスが典型的に用いられる。しかしながら、典型的には金の電気めっきは約２５％の負荷サイクルで行われる。これは、電気めっきバスにおける時間のうち、金が１時間ごとに約１５分間しか堆積していないことを意味する。このように、金の層材料を堆積させることは時間のかかる比較的非能率的なプロセスである。また、金は高価な材料であり、ガリウム砒素集積回路製品のコストを増加させる。最後に、金ははんだにおいて溶融速度が比較的高いので、装置のプリント回路基板のパッドにはんだ付けすることができない。その代り、金接点をプリント回路基板パッドに接着するために、典型的には導電接着剤が用いられる。導電接着剤の使用は付加的な生産ステップを必要とし、またあふれた接着剤を収容するためにより大きなパッドの使用を必要とする。しかしながら、これらの望ましくない特徴をもってしても、金はガリウム砒素集積回路上の接触層に用いられる標準的な金属であり続けている。
【０００８】
シリコンベースの技術などの他の集積回路技術は接触層に銅を用いる。銅は優れた導電性を有し、より均一に適用することができ、さほど高価でない材料である。さらに、銅ははんだにおいて溶融速度が十分に低いので、集積回路装置がそのプリント回路基板パッドにはんだ付けされることが可能になる。しかしながら、銅は容易に酸化し、電気的、機械的性質を劣化させる。したがって、シリコンプロセスにおいて用いられる場合、これらの酸化効果を回避するために銅は厚い層で適用されて磨かれ、窒化ケイ素などの誘電材料で覆われる。
【０００９】
銅はシリコンウェハ技術においてうまく用いられてきたが、ガリウム砒素集積回路装置においてはうまく用いられていない。銅は、高温において非常に薄いチタンタングステン（ＴｉＷ）を容易に通過し、ガリウム砒素基板に拡散することができる。この拡散は、ガリウム砒素ベースの装置の電気的特性に著しく干渉し、その結果、ガリウム砒素集積回路が故障したり不適切な動きをしたりする。したがって、銅の使用は結果としてガリウム砒素集積回路について破壊または操作不能を生じる。さらに、銅は容易に酸化するので、ガリウム砒素集積回路を支持するためには、保護なくして接点材料として用いることが困難である。
【００１０】
ＧａＡｓ集積回路技術が所望されるので、占めるスペースがより少なく、より効率的に製造され、さほど高価ではない構成要素材料を用いるＧａＡｓ集積回路のニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
概要
簡潔には、この発明はガリウム砒素（ＧａＡｓ）集積回路装置を与える。ＧａＡｓ回路装置は、ターゲット装置のパッドと電気接地接点を作るための銅の接触層を備えたＧａＡｓ基板を有する。銅はＧａＡＳ装置に有害に影響することが知られているが、銅の接触層はバリヤ層を用いてＧａＡｓ基板から分離される。バリヤ層は、たとえばニッケルバナジウム（ＮｉＶ）の層であってもよい。このニッケルバナジウム（ＮｉＶ）バリヤは、銅の接触層の拡散効果からガリウム砒素基板を保護する。酸化効果を減じるために、有機はんだ付け性保護剤で露出した銅をコーティングしてもよい。ある場合には、銅の接触層を堆積させるより前に、金または銅のシード層がＧａＡｓ基板に堆積されてもよい。
【００１２】
有利には、開示されたガリウム砒素集積回路は、ターゲット装置のパッドに対して金属接点を形成するために、主に銅金属を用いる。銅が金ほど費用がかからないので、より費用効果の優れた装置が構築され得る。また、ガリウム砒素集積回路が銅の接触層を有するので、集積回路がターゲットパッドにはんだ付けされ得る。はんだ付けは多くの望ましい利点を与える。たとえば、先行するガリウム砒素集積回路はプリント回路基板に接着するのに導電接着剤を用い、そのため大量にあふれた導電接着剤を収容するようにパッドのサイズが特大とならざるを得なかった。はんだはあふれる接着剤が限定的であるかまたは接着剤があふれないので、ターゲットパッドは接触層の大きさと一致するようにサイズを合わせればよく、付加的なあふれた接着剤用スペースを含む必要はない。このように、ターゲットパッドのサイズは先行する設計よりも相当に小さくすることができる。このスペースの節約はかなり劇的であって、たとえば結果として約４０％の全体的なパッドサイズの節約になり得る。
【００１３】
はんだの別の利益としては、ガリウム砒素集積回路が、他のはんだ付け可能な電子部品と同じ生産工程でターゲット装置に取付けられ得ることであろう。このように、ターゲット装置の構築は、ガリウム砒素集積回路を他の部品の取付けとは別個に接着する付加的な工程を回避することができる。はんだ付けはさらに、ガリウム砒素集積回路からターゲットパッドへの付加的な熱移動を与えることができる。このように、ガリウム砒素集積回路によって生成される相当な熱が、より効率的にかつ効果的に集積回路からターゲット装置のヒートシンク領域へと動くことができる。
【００１４】
この発明は、以下の図を参照して一層よく理解され得る。図の部品は必ずしも尺度通りでなく、その代りにこの発明の原理を明らかに示すことに重点が置かれている。さらに、同じ参照番号は異なる図面全体にわたって対応する部分を指す。より明確にこの発明を説明するのを助けるために、一定の部品および詳細は図面に現れないかもしれないことがさらに理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
詳細な説明
ここで図１を参照して、ＧａＡｓ集積回路装置が電力増幅器トランジスタ１０の形で示される。ＧａＡｓ集積回路装置は電力増幅器トランジスタ１０を参照して記載されるが、他の多くの有用なＧａＡｓ集積回路装置が構築され得ることが認識されるであろう。電力増幅器トランジスタ１０は、たとえば増幅器システム用の電力段であってもよい。１つの使用例においては、電力増幅器トランジスタ１０は、無線送信装置用の最終段増幅器として作動する。電力増幅器トランジスタ１０は無線通信装置における使用に関して記載されるが、電力増幅器トランジスタ１０が多くの他の使用例を有してもよいことが認識される。たとえば、多くの電子装置、モジュールおよび回路について、限定されたスペースにおける高品質な電力増幅のニーズがある。
【００１６】
回路装置１０はプリント回路基板１２に取付けられたガリウム砒素集積回路１１を有する。ガリウム砒素集積回路１１と協働して回路装置１０を形成する他の電子部品がプリン
ト回路基板１２に結合されてもよい。一例において、集積回路１１はガリウム砒素パワートランジスタであり、回路装置１０は無線装置の一部である。他の種類のガリウム砒素集積回路が用いられ、他の多くの種類の回路装置が構築されてもよいことが認識される。ガリウム砒素集積回路１１は、集積回路パターンが構築されたガリウム砒素基板１４を有する。集積回路設計の設計および構成は周知であり、したがって詳細には記載されない。ガリウム砒素基板１４は、ガリウム砒素基板１４を通る電気接続を可能にするためのビア２５などのビアを有してもよい。ガリウム砒素基板１４は、プリント回路基板１２に取付けられるか、配置されるパッド１６と電気的な接地接点を作るために銅の接触層２１を有する。はんだ１８の薄い層はプリント回路基板パッド１６に銅の接触層２１をしっかりと機械的に取付けるために用いられる。はんだ１８はまた効率的な電気的導電体であり、したがって電気接続をも容易にする。銅はガリウム砒素装置に有害に影響することが知られているが、銅の接触層２１はバリヤ２３を用いてガリウム砒素基板１４から分離される。バリヤ２３はたとえばニッケルバナジウム（ＮｉＶ）の比較的薄い層であってもよい。このニッケルバナジウム（ＮｉＶ）バリヤ２３は銅の接触層２１の拡散効果からガリウム砒素基板１４を保護する。他のバリヤ層材料が用いられ得ることが理解される。
【００１７】
有利には、ガリウム砒素集積回路１１は、プリント回路基板１２に対する金属接点の形成のために主に銅金属を用いる。しかしながら、銅の接触層２１とバリヤ層２３との間の電気接続を容易にするためにシード層を与えるなどの限定的な目的のために、金などの他の種類の金属が用いられてもよいことが認識される。ガリウム砒素集積回路１１が銅の接触層を有するので、集積回路１１はパッド１６に有利にはんだ付けされ得る。はんだ付けは多くの望ましい利点を与える。たとえば、先行するガリウム砒素集積回路はプリント回路基板に接着するのに導電接着剤を用い、そのため導電接着剤の大量のあふれた接着剤を収容するようにパッドのサイズが特大とならざるを得なかった。はんだはあふれる接着剤が限定的であるかまたは接着剤があふれないので、パッド１６は接触層２１の大きさと一致するようにサイズを合わせればよく、付加的なあふれた接着剤用スペースを含む必要はない。このように、パッド１６のサイズは先行する設計よりも相当に小さくすることができる。このスペースの節約はかなり劇的であって、たとえば結果として約４０％の全体的なパッドサイズの節約になり得る。
【００１８】
はんだの別の利益としては、ガリウム砒素集積回路１１が、他のはんだ付け可能な電子部品と同じ生産工程でプリント回路基板１２に取付けられ得ることであろう。このように、プリント回路基板の構築は、ガリウム砒素集積回路を他の部品の取付けと別個に接着する付加的な工程を回避することができる。最後の利益として、はんだ１８は、ガリウム砒素集積回路１１からパッド１６への付加的な熱移動を与える。このように、ガリウム砒素集積回路によって生成される相当な熱は、より効率的かつ効果的に集積回路からプリント回路基板１２へと動くことができる。これにより、プリント回路基板上における付加的なヒートシンク構造の使用が容易になり、集積回路１１の相当に低温での動作が可能になる。
【００１９】
金接点の代りに銅接点を使用することは、より均一な接点金属の堆積を与えるとともに、ガリウム砒素集積回路１１の全体的な金属化のコストを減じる。このより均一な堆積は、銅の優れた導電特性と結び付いて、ガリウム砒素集積回路１１の優れた電気的特性を可能にする。
【００２０】
ここで図２を参照して、ガリウム砒素集積回路の拡大部分が示される。拡大部分５０は、回路面５１および接触面５２を有するガリウム砒素基板５４を示す。典型的には、回路面５１に他のプリント回路基板部品を結合するためにワイヤボンディングまたは他の接触方法が用いられる一方、接触面５２はプリント回路基板または他の回路部品にガリウム砒素装置を接地するか他の方法で接続するために用いられ得る。ガリウム砒素基板５４には
接触面５２に堆積される比較的薄いバリヤ６３を有する。バリヤ６３はたとえば約８００オングストロームの厚さのニッケルバナジウム（ＮｉＶ）バリヤであってもよい。応用例に特有の要件および用いられる特定の材料に依存して他の厚さが用いられてもよいことが認識される。他の厚さが代替的に用いられてもよいが、たとえば、約５００オングストロームから約２０００オングストロームの範囲の厚さが有効であることが分かっている。ニッケルバナジウム（ＮｉＶ）バリヤ６３は、一般にスパッタリングと呼ばれる物理蒸着プロセスまたは別の公知のプロセスを用いて配置されてもよい。
【００２１】
金属のシード層６２がバリヤ層６３に配置される。金属シード層６２はいくつかの構造においては任意でもよいが、接触層の向上した電気的または機械的な接続を容易にするのには有用であろう。一例において、金属シード層６２は約７００オングストロームの厚さの金の金属層である。別の例において、金属シード層６２は約７００オングストロームの厚さの銅の層であってもよい。応用例に特有の要件および用いられる特定の材料に依存して他の厚さが用いられてもよいことが認識される。たとえば、他の厚さが代替的に用いられてもよいが、約５００オングストロームから約２０００オングストロームの範囲の厚さが有効であることが分かっている。銅は容易に酸化するので、銅がシード層として用いられる場合はさらに注意が必要である。たとえば、酸化が蓄積するのを回避するために、処理はすぐに次のステップに移らなければならず、または酸化を回避するためにプロセスは酸素がない雰囲気で実行されるべきである。別の例において、銅の酸化に十分な時間がある場合、銅のシード層は、銅の接触層の適用に先立って、たとえば化学プロセスを用いて活性化されるべきである。銅を用いる場合のこれらの付加的なステップに起因して、金の層がシード層として用いられてもよい。金は一般に酸化しないので、シード層が向上した接続を容易にするよう作用するのみならず、シードされた基板が酸化の危険なしにさらなる処理を待つことができるようにする。他のシード層材料が用いられてもよいことが認識される。
【００２２】
銅の接触層６１がシード層６２に堆積する。銅層６１は、電気めっきプロセスを用いて適用され得、約６ミクロンの厚さで堆積し得る。応用例のニーズに依存して他の厚さが用いられてもよいことが認識される。たとえば、他の厚さが代替的に用いられてもよいが、約１ミクロンから約４０ミクロンの範囲の厚さが有効であることが分かっている。有利には、銅は電気めっきプロセスについて１００％の負荷サイクルで電気めっきされ得る。逆パルスめっきおよび正常パルスめっきなどのプロセスを含む、たとえば５０％などの他の負荷サイクルが用いられてもよいことが認識される。対照的に、金の電気めっきプロセスは典型的には僅かに約２５％の負荷サイクルで動作する。このように、６ミクロンの銅層は、金の金属層よりもはるかに速く堆積し得る。銅が電気めっきされる場合、銅はビア６５の壁６６をもコーティングしたり層化したりするよう作用する。ビア６５の頂部の開口部も電気接点接続を収容するよう満たされ得る。そのより均一な層化特性に起因して、銅はビア内でより均一な接触層を堆積するであろう。
【００２３】
銅が電気めっきされた後、酸化効果を減じるために保護層６７が銅に堆積する。一例において、保護層６７は有機はんだ付け性保護剤（ＯＳＰ）である。ＯＳＰはバスプロセスを用いて適用されてもよいし、他の公知のプロセスが用いられてもよい。有利には、ガリウム砒素集積回路５０はその金属接触層として銅を用い、それによって、有利なはんだ付けプロセスの使用を可能にするとともに材料費の節約を可能にする。ＯＳＰは約７００オングストロームの厚さで堆積することができる。応用例に特有の要件および用いられる特定の材料に依存して他の厚さが用いられてもよいことが認識される。たとえば、他の厚さが代替的に用いられてもよいが、約１００オングストロームから約９００オングストロームの範囲の厚さが有効であることが分かっている。
【００２４】
ここで図３を参照して、ビアの拡大断面１００が示される。部分１００はガリウム砒素
基板１０２を通って延在するビア１１３を有する。銅接点からの拡散効果からガリウム砒素を保護するために、バリヤ層１０４がガリウム砒素基板１０２の接触面上にスパッタリングされた。バリヤ１０４は、内部ビア１１３のビア壁上に堆積するのと同様にガリウム砒素基板１０２の接触面に堆積する。銅でも金でもよいシード層がバリヤ層１０４にわたって堆積した。バリヤ層１０４は約８００オングストロームと比較的厚く適用されてもよい一方、シード層は約７００オングストロームと、多少薄くてもよい。シード層の厚さおよび用いられる材料によってバリヤ層の厚さが調整され得ることが認識される。一例において、バリヤ層１０４はニッケルバナジウム（ＮｉＶ）であるよう選択される。
【００２５】
電気めっきプロセスを用いて銅の接触層１０６がガリウム砒素基板１０２に堆積する。銅は６ミクロンなどの比較的均一な厚さで堆積する。他の厚さが用いられてもよいことが認識される。ビア１１３のサイズに依存して、銅は壁をコーティングするだけでも、またはビアをほとんど満たしてもよい。より高速な生産を容易にするために、６ミクロンのコーティング１０６は典型的には十分な電導性を与える一方、ビア１１３に中央開口部を残す。銅の接触層が堆積した後、保護ＯＳＰ層１０８が露出した銅部分に堆積する。一例において、ＯＳＰはバスまたはウォッシュプロセスを用いて適用される。次いで、ガリウム砒素集積回路が、はんだ付けプロセスを用いてプリント回路基板に取付けられることができ、次に、ワイヤボンディングまたは別の方法でプリント回路基板上の回路に接続されることができる。
【００２６】
ここで図４を参照して、ビアの拡大上面図１０１が示される。ビア１１３はガリウム砒素基板１０２においてマイクロビアまたはスルービアのいずれかである。バリヤ層１０４がガリウム砒素基板１０２および銅接点１０６の間に配置される。バリヤ１０４は銅の拡散効果を否定するよう作用する。図４には示されないが、銅層１０６が、接触層１０６とバリヤ層レベル１０４との間に配置されるシード層１０９をさらに有してもよいことが理解される。銅を酸化から保護するために、保護層１０８が接触層１０６および他の露出した銅部分に堆積する。銅接点１０６はまた、ガリウム砒素集積回路装置の表面の接点１１５と接続する。接点１１５は、プリント回路基板に接続され得るトレースまたはパッドであってもよい。銅接点１０６に他の接触がなされてもよいことが認識されるだろう。
【００２７】
ここで図５を参照して、ガリウム砒素集積回路装置を作る方法が示される。方法１５０は、ブロック１５２に示されるように、回路面およびプリント回路基板接触面を有するガリウム砒素基板を有する。ブロック１５４に示されるように、ガリウム砒素基板の接触面にバリヤ層が堆積する。一例において、バリヤ層は、約８００オングストロームの厚さで配置されたニッケルバナジウム（ＮｉＶ）層である。ニッケルバナジウム（ＮｉＶ）は、物理蒸着プロセスまたは別の公知の堆積プロセスを用いて堆積することができる。ニッケルバナジウム（ＮｉＶ）は、ガリウム砒素と銅接点との間に、後に適用される、有効な拡散バリヤを与える。銅がガリウム砒素に望ましくない拡散効果を有することが知られているので、ニッケルバナジウム（ＮｉＶ）は比較的厚い層で堆積する。応用例のニーズによって層の厚さが調整され得ることが認識される。たとえば長期使用される装置はより厚い層を必要とし、また層は、たとえばシード層に用いられる他の材料に従って調整され得る。
【００２８】
次いで、ブロック１５６に示されるように、シード層がバリヤ層に堆積することができる。シード層は必ずしも必要とは限らないが、シード層が銅の接触層のよりよい機械的、電気接続を容易にすることが知られている。金属シード層はたとえば銅の層または金の層のいずれであってもよく、物理蒸着プロセスを用いて約７００オングストロームの厚さで堆積してもよい。銅がシード層として用いられる場合、銅が酸化され得た場合には、後に活性化プロセス１５７が実行される必要があるであろう。しかしながら金が用いられる場合は、金が容易に酸化しないので、そのような活性化プロセスは必要ではない。
【００２９】
ブロック１５９に示されるように、シード層が存在する場合は、シード層に銅の導電層が堆積する。銅層は、連続的ＤＣ電気めっきプロセスを用いて約６ミクロンの厚さで堆積する。他の種類のプロセスおよび厚さが用いられてもよいことが認識される。銅が酸素と極めて反応しやすいので、ブロック１６１に示されるように、保護層が銅に堆積する。一例において、約１単分子層のＯＳＰ層が保護層として用いられる。ＯＳＰ（有機はんだ付け性保護剤）はバスまたは他のウォッシュプロセスを用いて適用されてもよい。
【００３０】
次いで、ガリウム砒素集積回路装置が回路装置に組込まれ得る。有利には、集積回路ガリウム砒素装置は、ブロック１６５に示されるように、装置またはプリント回路基板にはんだ付けされ得る。はんだ付けプロセスを用いることによって、あふれた導電接着剤のために付加的なパッドのスペースを残す必要性を回避することにより、回路装置のパッドのサイズが実質的に減じられ得る。パッドのサイズをより正確に接触層に一致させることによって、相当なパッドサイズの節約が可能になる。さらに、はんだ付けされた層は、典型的には３０−４０ミクロンの厚さである比較的厚い接着導電層とは対照的に、比較的薄く、たとえば約１０ミクロンとなり得る。これにより、垂直方向でのスペースの節約も可能になる。さらに、他の部品が回路装置にはんだ付けされるであろうから、ガリウム砒素集積回路をこの他の部品と同じプロセスで取付けることができ、それによってより効率的に製造できるようになる。さらにはんだ付けは、プリント回路基板がガリウム砒素プリント回路装置から熱を取除くように構築され得る場合、ガリウム砒素集積回路装置からパッドへと熱を消散することを助ける。
【００３１】
有利には、ガリウム砒素集積回路装置は、そのパッド接点を達成するために銅を用いる。それは金の金属を用いるほどは実質的に高価にならない。さらに銅はより均一な層で適用され、電気的特性および熱放出の向上を容易にする。最後に、銅接点がはんだ付けされ得るので、いくつかの有益な結果が可能となる。
【００３２】
ここで図６を参照して、ガリウム砒素集積回路を用いるプロセスが示される。プロセス１７５は、ブロック１７７に示されるように、銅接点を有するガリウム砒素ダイまたは集積回路装置を有する。酸化に抵抗するために保護層１７８が銅に配置されてもよく、またはガリウム砒素ダイが酸化を回避する方法で扱われてもよい。酸化が生じないように、たとえば、ダイを酸素のない環境で扱うことができる。別の例において、銅の酸化が許容される一方で、さらなる処理に先立って化学的または物理的なプロセスで活性化される。ガリウム砒素ダイは、ブロック１８２に示されるように回路装置に組み込まれる。有利には、回路装置は、ガリウム砒素ダイ上の接地接点のサイズと実質的に同様のサイズに合せられるコンタクトパッドを有してもよい。これにより、接着剤のあふれ出しを許容するための特大パッドの必要性が回避される。コンタクトパッドのサイズが接地接点のサイズと一致することができるようにすると、回路装置上のかなりのスペースが節約され得る。たとえば、パッドサイズの減少が結果として約４０％のパッドサイズの節約を生じることが知られている。特定のサイズの節約量は応用例に特定の特性に依存して異なり得ることが認識される。
【００３３】
次いでガリウム砒素ダイは、ブロック１８４に示されるように、回路装置のコンタクトパッドにはんだ付けされる。ブロック１８５に示されるように、はんだの薄い層、たとえば１０ミクロンの厚さの層が用いられる。ガリウム砒素ダイは、ブロック１８６に示されるように、他の電子部品のはんだ付けの取付けと同じプロセス工程で取付けられてもよい。このように、より効率的な製造プロセスが可能になる。
【００３４】
ここで図７を参照して、拡大された別のビアが示される。拡大断面２００は、ビア２１３を有するガリウム砒素基板を示す。ガリウム砒素基板２０２は、保護バリヤ２０４およ
び以前に説明したようなシード層２０９を有する。銅層２０６は、電気めっきプロセスの時間を増加させることにより、より厚く堆積している。電気めっきプロセスを延長することによって、銅は実質的にビア２１３を満たすよう堆積している。このような満たされたビアは、ガリウム砒素基板を通して優れた電導を容易にする。以前に記載されたように、保護層２０８が用いられる。
【００３５】
ここで図８を参照すると、ビア２１３の上面図２０１が示される。ビア２１３は、堅い銅の導電層２０６および銅とガリウム砒素との間に配置されるバリヤ層２０４を有する。銅接点２０６はガリウム砒素装置上の電気接点２１５に結合する。
【００３６】
ここで図９を参照して、別のガリウム砒素集積回路装置が示される。ガリウム砒素集積回路装置はビアを使用することなく構築されるものがあってもよい。このようなガリウム砒素装置は、たとえば引用によって本願明細書に援用される「ＧａＡｓパワートランジスタ」と題され、 に出願された、同時係属特許出願番号 に記載される。このようなガリウム砒素装置はその回路面に２つのトランジスタ接点を有する一方で、第３のトランジスタ接続が接触面にある。たとえば、１つの構造では、ベースおよびエミッタが回路面にある一方でコレクタが接触面にある。この例では、層２６１がプリント回路基板または他の回路装置にコレクタ接続を与える。別の例において、コレクタおよびベースがガリウム砒素装置の回路面に位置決めされ得る一方で、エミッタは接触面にあってもよい。この例において、銅層２６１は、エミッタとプリント回路基板または回路装置との間に接点を与える。
【００３７】
ガリウム砒素装置２５０は、以前に記載されたようなニッケルバナジウムバリヤ（ＮｉＶ）２６３および金属のシード層２６２を有するガリウム砒素基板２５４を有する。銅の接触層２６１はシード層２６２の上に配置され、酸化効果から保護するためにＯＳＰ保護層が銅層に配置される。ガリウム砒素集積回路装置の他の構造が用いられてもよいことが認識される。
【００３８】
この発明の特定の好ましい実施例や代替的な実施例が開示されているが、上記に記載された技術の多くのさまざまな修正および拡張がこの発明の教示を用いて実現され得ることが認識される。そのような修正および拡張はすべて添付の請求項の真の精神および範囲内に含まれるように意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明に従ったＧａＡｓ集積回路装置のブロック図である。
【図２】この発明に従ったＧａＡｓ集積回路装置のブロック図である。
【図３】この発明に従ったＧａＡｓ集積回路装置のビア部分の断面図である。
【図４】この発明に従ったＧａＡｓ集積回路装置のビア部分の上面図である。
【図５】この発明に従ってＧａＡｓ集積回路装置を作る方法のフローチャートである。
【図６】この発明に従ってＧａＡｓ集積回路装置を用いる方法のフローチャートである。
【図７】この発明に従ったＧａＡｓ集積回路装置のビア部分の断面図である。
【図８】この発明に従ったＧａＡｓ集積回路装置のビア部分の上面図である。
【図９】この発明に従ったＧａＡｓ集積回路装置のブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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