(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体デバイス、とくには複数のゲートをフィンガー状に備えるＨＥＭＴなどの高周波かつ大電力のデバイスであって、公知の空中ブリッジ構造より小型であり、かつ放熱が要求されるデバイスの製造方法の提供。【解決手段】高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）などの大電力のデバイスの製造に適しており、ソース・コンタクト間の接続が、空中ブリッジ構造によって製造されるのではなく、半導体層を貫いてビアをエッチングし、デバイスの背面に設けられたコンタクト層に直接接続することにより達成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース、ドレイン、およびゲート・コンタクトで構成されるグループ、またはエミッタ、ベース、およびコレクタ・コンタクトで構成されるグループを複数有し、前記グループのそれぞれの種類のコンタクトが、共通のゲート、ドレイン、およびソース（または、ベース、コレクタ、エミッタ）コンタクトに接続されている半導体デバイスを製造するための方法であって、
・前面に半導体層（２、３）を有し、この層の上、すなわち前記層の上面において、複数のゲート・コンタクト（６）がそれぞれソースおよびドレイン・オーミック・コンタクト（５）の間に位置しており、あるいは複数のベース・コンタクト（６）がそれぞれエミッタおよびコレクタ・オーミック・コンタクト（５）の間に位置している第１の基板（１）を用意するステップと、
・前記半導体層の背面を貫いてビア（１１）をエッチングして、例えばすべてのソース・オーミック・コンタクトの上など、少なくとも１種類のコンタクトのそれぞれの上へとビアを直接製造し、前記オーミック・コンタクトを露出するステップと、
・前記半導体層の背面に接続コンタクト層（１３）を製造して、前記ソース‐ゲート‐ドレインのグループまたは前記エミッタ‐ベース‐コレクタのグループの間に接続を提供し、これにより第２の基板上に半導体デバイスをもたらすステップと
を含む方法。
【請求項２】
１種類のコンタクトのすべての上へとビアが製造され、他のコンタクトは側方の領域（３０、３１）へと接続される請求項１に記載の方法、
【請求項３】
前記側方領域の上へと、前記半導体層の背面を貫いてビアが製造される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
すべてのソース・コンタクトの上へとビアが直接製造され、さらにすべてのドレイン・コンタクトの上へとビアが直接製造されている請求項１または２または３に記載の方法。
【請求項５】
・前面に半導体層（２、３）を有し、この層の上に、それぞれがソースおよびドレイン・コンタクト（５）の間に位置している複数のゲート・コンタクト（６）、またはそれぞれがエミッタおよびコレクタ・コンタクト（５）の間に位置している複数のベース・コンタクト（６）を有している第１の基板（１）を用意するステップと、
・粘着層（１０）が設けられてなる第２の基板（９）を用意するステップと、
・前記ゲート／ソース／ドレインまたはベース／エミッタ／コレクタ・コンタクトを含んでいる前記第１の基板の前面を前記第２の基板（９）の粘着層（１０）へと取り付けることによって、前記第１の基板を前記第２の基板へと取り付けるステップと、
・前記第１の基板を取り付けるステップの後、かつ前記ビア（１１）を製造するステップの前に、前記半導体層（２、３）から前記第１の基板（１）を取り除き、前記半導体層（２、３）の背面を露出させるステップと、
・前記ビア（１１）を製造するステップの後に、前記半導体層の背面に接続コンタクト層（１３）を製造して、前記ソース‐ゲート‐ドレインのグループまたは前記エミッタ‐ベース‐コレクタのグループの間に接続を提供し、これにより前記第２の基板上に半導体デバイスをもたらすステップと
を含んでいる請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記粘着層（１０）が、有機ポリマー、熱伝導エポキシ（例えば、充填材入りのエポキシ）、ＳＵ‐８、ポリイミド、ＢＣＢ、シリコーン、および流動性を有する酸化物で構成されるグループから選択された熱伝導性の粘着層材料で構成されている請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の基板を前記第２の基板へと取り付ける前に、前記コンタクト（５、６）へとコンタクト金属層（７）を適用するステップ
をさらに含んでいる請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の基板を前記第２の基板へと取り付ける前に、前記コンタクト（５、６）または前記コンタクト金属層（７）へと、パッシベーションおよび熱拡散層（８）を適用するステップ
をさらに含んでいる請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記パッシベーションおよび熱拡散層が、ＡｌＮ、ＡｌＳｉＣ、高抵抗Ｓｉ、ＳｉＣ、またはチッ化Ｓｉで構成されている請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記コンタクトへとパッシベーション層が適用され、該パッシベーション層へと熱拡散層が適用される請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記半導体層にビア（１１）を製造するステップの後、かつ前記接続コンタクト層（１３）を製造するステップの前に、前記半導体層（２、３）の背面にパッシベーション層（１２）を適用するステップ
をさらに含んでいる請求項５から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記半導体デバイスが、複数のゲートをフィンガー状に備えるＨＥＭＴである請求項５から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記半導体デバイスが、複数ベース型バイポーラ・トランジスタである請求項５から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
・接合層（２３）が設けられてなる第３の基板（２２）を用意するステップと、
・前記第２の基板の前記半導体デバイスを含んでいる方の面を前記第３の基板上の接合層（２３）に取り付けることによって、前記第２の基板（９）を前記第３の基板へと取り付けるステップと、
・前記第２の基板（９）および前記粘着層（１０）を取り除き、前記第３の基板上に半導体デバイスをもたらすステップと
をさらに含んでいる請求項５から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の基板（１）を前記第２の基板（９）へと取り付ける前に、前記ゲート／ソース／ドレイン（またはベース／エミッタ／コレクタ）コンタクト（５、６）の上にパッシベーション層（２０）およびエッチストップ層（２１）が製造され、前記第２の基板（９）および前記粘着層（１０）が、前記エッチストップ層（２１）によって止められるエッチング・プロセスによって取り除かれる請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の基板を取り除いた後で、前記ソース、ゲート、およびドレイン（またはエミッタ、ベース、コレクタ）コンタクトの上に、ヒートシンク（２４）を製造するステップ
をさらに含んでいる請求項１４または１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ビアが、ただ１種類のコンタクト（例えば、ソース、ドレイン、またはゲート）のみに接触するように製造されている請求項１４から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
複数の個々のデバイスの形態である前記第１の基板が、前記第２の基板へと取り付けられる前に、個々のデバイスを形成すべく小さく切り分けられる請求項５から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
複数の個々のデバイスの形態である前記第２の基板が、前記第３の基板へと取り付けられる前に、個々のデバイスを形成すべく小さく切り分けられる請求項１４から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記半導体層が、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層のスタックで構成されている請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記ビア（１１）が、前記第１の基板を貫いて製造され、該ビア（１１）を製造した後に、前記接続層（１３）が、前記第１の基板の背面に製造される請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の基板に、前記ビア（１１）の製造に先立って薄肉化作業が加えられる請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記デバイスが、前記接続層（１３）を含んでいる前記第１の基板の背面を他の基板へと取り付けることによって、第２の基板へと取り付けられる請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか一項に記載の方法に従って製造される半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソース‐ゲート‐ドレインの組み合わせを複数有する半導体デバイスに関し、とくには複数のゲートをフィンガー状に備えており、すなわち同じ基板上に少なくとも２つ以上のゲート・コンタクトを有している高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）など、高い周波数および高い電力レベルで動作するように設計されたデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高い周波数および電力のデバイスは、熱の管理という課題に直面している。ＨＥＭＴデバイスにおいては、熱が、とくにはチャネルであるが、ゲート領域に近いきわめて狭い領域において生成される。この熱を、効果的なやり方で取り去らなければならない。
【０００３】
複数のゲートをフィンガー状に備えるＨＥＭＴを製造するための既定のやり方は、例えばサファイア基板である第１の基板上に半導体スタック（例えば、ＧａＮ／ＡｌＧａＮの積層）を成長させ、オーミック・コンタクト、ゲート・メタルおよびコンタクト・メタル、ならびにパッシベーション層を設け、同様の機能を有する隣り合うコンタクトを接続するため、「空中ブリッジ」と称されるデバイス上構造を付加することである。次いで、このＨＥＭＴの周囲にフリップ・チップ用バンプを付加し、あるいは第２の基板にフリップ・チップ用バンプを付加する。次いで、第１の基板を小さく切断して個々のデバイスを形成し、続いてフリップ・チップ技法によって第２の基板に取り付ける。空中ブリッジがＨＥＭＴにおいて発生した熱を集め、横方向へと取り除く。この熱は、さらにフリップ・チップ用バンプによって垂直方向に取り去られる。しかしながら、これは、かなりの高さを有するデバイスをもたらすことになる。
【０００４】
米国特許出願公開第２００３／００４０１４５Ａ１号には、半導体デバイスを移動させて積層するための方法が記載されている。この方法によれば、単一ゲートのＨＥＭＴデバイスを、第１の基板上へと形成し、この第１の基板を個々のデバイスへと１つに切り分け、個々のデバイスをボンディング層を介して第２の基板へと取り付けることによって、製造することが可能である。同様の方法を複数のゲートをフィンガー状に備えるＨＥＭＴに適用することは、隣接コンタクト間の接続を空中ブリッジ構造と比べて異なるやり方で設ける必要がある点に鑑み、自明な歩みではない。
【０００５】
米国特許出願公開第２００１／０００５０４３号は、半導体デバイスおよびその製造方法に関するものであり、そこでは、複数のバイポーラ・トランジスタが基板上に製造されている。この基板が、第２の基板上へと反転させられ、デバイスの活性領域が、ビアホールの生成後にデバイスの背面へと適用される金属層によって接続される。次いで、これらトランジスタが小さく切断され、例えばＨＥＭＴであるが、個々の単一ゲート・デバイスが形成される。この開示においては、別個のトランジスタの対応する領域（例えば、ベース）同士を接続してただ１つの（例えば、ベースを複数有する）デバイスとする必要がないため、この文献においては、空中ブリッジを回避するという課題についての対処はない。
【０００６】
米国特許第６２１４６３９号は、複数フィンガー式のＨＥＭＴを記載しており、ソース領域、ゲート領域、およびドレイン領域が、デバイスの複数のソース、ドレイン、およびゲートに接続された側方領域へとスルーホールを製造することによって、デバイスの背面から接触されている。しかしながら、この技法においては、空中ブリッジを少なくとも１つ設ける必要がある。これが、米国特許第６２１４６３９号の図１ａにおいて、ゲート・コンタクト領域を表わしている領域１４上に、破線によって示されている。これらの破線において、領域１２がゲート領域を横断している。これらの位置において、コンタクト領域１２および１４を分離するため、空中ブリッジが必要である。
【０００７】
米国特許出願公開第２００５／０１２７３９７号は、熱拡散層および熱用ビアを有するＧａＮデバイスを記載している。しかしながら、空中ブリッジを回避するという課題は、ここでは対処されていない。さらに、このヒートシンクは、デバイスの別個の領域を接続されているために使用されているわけではない。
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００４０１４５号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００１／０００５０４３号
【特許文献３】米国特許第６２１４６３９号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５／０１２７３９７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、半導体デバイス、とくには複数のゲートをフィンガー状に備えるＨＥＭＴなどの高周波かつ大電力のデバイスであって、公知の空中ブリッジ構造よりも小型であり、かつ熱の放散に関して要求される仕様の範囲内に依然としてあるデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、添付の特許請求の範囲に記載の方法、およびこの方法を適用することによって製造されるデバイスに関する。請求項１に記載のとおり、本発明は、ゲート／ドレイン／ソース・コンタクトのグループを複数（すなわち、少なくとも２つ）、あるいは同じであるがベース／コレクタ／エミッタ・コンタクト、を有しており、該グループのそれぞれの種類のコンタクトが、共通のゲート、ドレイン、およびソース（または、ベース、コレクタ、エミッタ）出力コンタクトに接続されている半導体デバイスを製造するための方法に関する。好ましい実施の形態は、複数のゲートをフィンガー状に備えるＨＥＭＴ、および複数ベースのバイポーラ・トランジスタである。以下の説明のすべてにおいては、文章を簡潔にするため、「ゲート、ソース、ドレイン」コンタクトという表現を使用する。しかしながら、これらの表現を、それぞれ「ベース、エミッタ、コレクタ」に常に置き換え可能であることに、注意すべきである。
【００１１】
本発明の基本的特徴は、添付の請求項１に記載されている。前面に半導体スタックすなわち半導体層を有している第１の基板であって、複数のソース‐ゲート‐ドレイン構造を製造すべく、前記層上に複数のゲート・コンタクトを、それぞれソースおよびドレインのオーミック・コンタクトの間に位置させて有している第１の基板が用意される。この第１の基板を、必須ではないがおそらくは第２の基板上へと反転させた後、前記半導体層を貫き、かつ第１の基板が取り除かれていない場合、または薄肉化ステップによって途中まで取り除かれている場合には、第１の基板そのものを貫いてビアをエッチングすることによって、背面（ゲート／ソース／ドレインが載せられている方と反対の面）からデバイスへの接触がとられる。他の実施の形態によれば、デバイスを第２の基板上へと反転させた後に第１の基板が完全に取り除かれ、半導体層にビアがエッチングされる。
【００１２】
すべての実施の形態において、ビアは、前記オーミック・コンタクトに関して特定のやり方でエッチングされる。用語「オーミック・コンタクト」は、半導体層上にソースおよびドレインとして定められる活性領域と直接オーミック接触を形成するコンタクト領域を指している。
【００１３】
本発明によれば、ビアが、少なくとも１種類のオーミック・コンタクトの各々の上、例えばすべてのソース・コンタクトの上に直接設けられ、これにより、当該オーミック・コンタクトを露出させて、続いて適用される接続層によって接触できるようにする。このようにして、少なくとも１種類のオーミック・コンタクト（例えば、すべてのソース・オーミック・コンタクト）に、直接接触をとることができる。残りの種類のオーミック・コンタクトには、例えば側方のコンタクト領域へとビアを設ける（すなわち、実際のオーミック・コンタクトの上には位置していないビア）など、他のやり方で接触をとることができる。あるいは、２つの種類のオーミック・コンタクト（好ましくは、ソースおよびドレイン）のすべてについて、これらの種類のコンタクトの上に直接設けたビアホールを介して、直接接触をとってもよい。
【００１４】
少なくとも１種類のコンタクトの上へとビアを直接設けることによって、すなわち当該種類のオーミック・コンタクトへと直接接触をとることによって、必要な接続を達成するために空中ブリッジを適用する必要がない。これを、図面を参照しつつさらに詳しく説明する。
【００１５】
第１の実施の形態によれば、本発明の方法は、以下の基本的ステップを有している。
・前面に半導体スタックすなわち半導体層を有している第１の基板であって、複数のソース‐ゲート‐ドレイン構造を製造すべく、前記層上に複数のゲート・コンタクトをそれぞれソースおよびドレイン・コンタクト（オーミック・コンタクト）の間に位置させて有している第１の基板を用意するステップ。
・粘着層が設けられてなる第２の基板を用意するステップ。
・第１の基板の前面を第２の基板の粘着層へと取り付けることによって、第１の基板を第２の基板へと取り付けるステップ。これは、ゲート・コンタクトを覆って追加の層が堆積されることがない場合には、ゲート・コンタクトが粘着層と直接接触することを意味する。
・前記第１の基板を取り付けるステップの後で、前記半導体層から第１の基板を取り除き、前記半導体層の背面を露出させるステップ。
・前述の方法にて、前記半導体層を貫いてビアをエッチングするステップ。
・前記半導体層上に接続コンタクト層を製造して、前記ソース‐ゲート‐ドレイン構造の間に接続をもたらすステップ。これにより、第２の基板上に機能デバイスがもたらされる。
【００１６】
最後の２つのステップが、最終的なデバイスの背面の接続ステップを構成しており、これが、（複数ゲートのデバイスにおいて）ソース／ゲート／ドレイン構造の間の接続が空中ブリッジ構造によって達成される従来技術と比べた場合の主たる独特な特徴である。好ましくは、第１の基板を第２の基板へと取り付ける前に、前記コンタクトの上にコンタクト金属層が製造される。
【００１７】
本発明の方法は、複数のゲートをフィンガー状に備える（短くは、複数フィンガー）ＨＥＭＴデバイスに適用可能であり、これが好ましい実施の形態であって、以下で詳しく説明される。しかしながら、本発明は、それらが基板の一領域において近接していても、あるいは基板の別個の領域に位置していても、ソース‐ゲート‐ドレイン構造が複数存在するあらゆるデバイスに適用可能である。
【００１８】
第１の基板は、サファイア、シリコン、またはガラスの基板であってよい。また、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、またはＡｌＮ基板であってもよい。第２の基板は、好ましくは低コストの基板である。第２の基板は、ガラス、シリコン、またはポリマー主体の基板であってよい。さらなる実施の形態によれば、第２の基板が、マルチ‐チップ‐モジュール絶縁スタック（ＭＣＭ‐Ｄ）であってよい。ＭＣＭ‐Ｄスタックは、抵抗またはコンデンサなどの受動部品を有することができる。第１の基板の除去は、湿式エッチング、乾式エッチング、レーザ・アブレーション、またはレーザ・リフトオフ（あるいは、これらの技法の組み合わせ）によって実行可能である。
【００１９】
半導体層は、ＩＩＩ族のチッ化物材料で製作することができる。ＩＩＩ族のチッ化物材料は、元素周期表のＩＩＩ族元素のチッ化物からなる材料である。ＩＩＩ族のチッ化物材料は、広バンドギャップ材料として当業者にとって公知である。ＩＩＩ族のチッ化物材料はＧａＮであってよく、ここでＧａＮは、これらに限られるわけではないがＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＧａＡｓＰＮ、など、少なくともＧａＮを含んでいる材料と理解される。
【００２０】
さらに、半導体層が層の積層からなってもよく、少なくとも１つの層が、ＩＩＩ族のチッ化物材料からなる。さらに、本発明において挙げられるデバイスは、ＩＩＩ族のチッ化物材料の代わりに、ダイアモンド層を有してもよい。
【００２１】
他の好ましい実施の形態においては、ソース・コンタクトおよびドレイン・コンタクトが、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、および／またはＡｕを含む合金で作られる。コンタクトは、好ましくはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの並び順、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ、またはＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕにて形成される。
【００２２】
粘着層は、完成した装置において充分な熱の放散を得る目的で、好ましくは熱伝導性の粘着材から製造される。この粘着材は、有機ポリマー、ＳＵ‐８、ポリイミド、ＢＣＢ、シリコーン、流動性を有する酸化物、および例えば充填材（熱伝導性を高めるための浮遊粒子）入りのエポキシなどの熱伝導エポキシで構成されるグループから選択できる。この熱伝導性の粘着層の厚さは、好ましくは５００ｎｍと１０μｍとの間であり、さらに好ましくは５００ｎｍと１μｍとの間である。
【００２３】
好ましい実施の形態によれば、第１の基板を第２の基板へと取り付ける前に、パッシベーションと熱拡散との複合機能を有する層を、第１の基板上のゲート／ソース／ドレイン・コンタクトの上に堆積させることができる。
【００２４】
このパッシベーションおよび熱拡散層は、
・ゲートおよび露出した半導体表面を保護するとともに、当該上面の電気特性を改善し、
・粘着層の熱抵抗を最小化するために熱を拡散させる
という２つの機能を有している。
【００２５】
このパッシベーションおよび熱拡散層は、高い熱伝導率（１５０Ｗ／ｍＫ超）を有する層である。したがって、取り付けステップにおいて、熱拡散層が熱伝導性の粘着層に取り付けられる。この場合、熱伝導性の粘着層は、先の実施の形態と同じであってよい。しかしながら、熱拡散層の熱伝導率は、好ましくは典型的な粘着層（＜１０Ｗ／ｍＫ）よりも良好であるため、熱拡散層の適用によって、熱性能がさらに向上する。パッシベーションおよび熱拡散層は、ＡｌＮ、ＡｌＳｉＣ、高抵抗Ｓｉ、ＳｉＣ、またはチッ化Ｓｉ、あるいはダイアモンドで形成できる。好都合には、連続する２つの層の組み合わせ、すなわちパッシベーション層としての第１の層と熱拡散層としての第２の層を、最適な性能を備えるために使用することができる。
【００２６】
ビアのエッチングの後、かつ背面の接続の前に、第２のパッシベーション層を前記半導体層へと適用することができる。
【００２７】
本発明の利点は、半導体デバイスの活性側が保護され、基本的に影響を受けないように保たれる点にある。さらなる利点は、得られる構造が、空中ブリッジ構造の適用によって製造されるデバイスと比べ、より小型である点にある。本発明に従って製造されたデバイスは、高度に集積されており、接続が短く、かつ平坦な特徴を有しており、さらなる３Ｄ集積化を可能にしている。
【００２８】
第２の実施の形態においては、この方法は、第１の実施の形態の各ステップに続いて、さらなるいくつかのステップを有している。ソース／ゲート／ドレイン構造の間の接続が設置された後、いまや完成し接続がなされたデバイスを載せている第２の基板を反転させ、第２の基板の接続層を載せている方の面を、好ましくはＭＣＭ基板である第３の基板へと取り付けることによって、第２の基板を第３の基板へと取り付けることができる。次いで、第２の基板および当初の粘着層が取り除かれ、ビアをエッチングし、熱の放散をより良好にすることができるヒートシンクを適用することができる。これについては、複数フィンガーＨＥＭＴデバイスに関してさらに詳しく説明する。
【００２９】
第３の実施の形態によれば、第１の基板が第２の基板へと取り付けられることがない。ビアが、第１の基板の背面を貫いて製造され、例えばソース領域が露出される。おそらくは、ビアのエッチングに先立って、基板に薄肉化作業を加えることができる。ビアを形成（請求項１に記載のやり方で）し、接触層を適用した後、第１の基板を第２の基板（先の実施の形態の第３の基板と等価である）に取り付けてもよい。
【００３０】
要約すると、本発明の利点は次のとおりである。
・能動デバイスへの追加の熱伝導経路が生み出される。これは、熱を縦方向（例えばＭＣＭである第２の基板に向かって）および横方向（金属コンタクトによって）の両方へ取り去ることができることを意味している。デバイスと基板との間の垂直距離が小さいため、この伝導経路の熱抵抗が抑えられている。
・半導体基板上の空中ブリッジが不要である。
・ＨＥＭＴへの電気的接続がきわめて短い。これは、寄生の存在が少ないことを意味し、結果としてＲＦ挙動の改善を意味する。
・最終的な構造が、きわめて平坦である。これは、さらなるパッケージングおよびシステムの集積化を容易にする。
【００３１】
さらに、ＭＣＭに関連する利点も、そのまま有効である。
・ＭＣＭは、より大きい金属厚さにより適している（熱伝導率が向上する）。
・デバイスを、ＭＣＭ集積化の前に検査することができる。
・ＭＣＭは、受動要素または種々の技法から得られるであろういくつかの能動部品の集積化によって、デバイスに機能を追加する。
・ＭＭＩＣに比べて基板コストがより低い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の好ましい実施の形態は、上述の特徴を有する方法による複数フィンガーＨＥＭＴデバイスの製造に関する。図１に、本発明の第１の実施の形態によるＨＥＭＴの製造プロセスの種々のステップが示されている。以下では、これらのステップをさらに詳しく説明する。
【００３３】
図１のａ：上面に半導体スタックを有するサファイア基板１を用意する。このスタックは、ＧａＮ層２およびＡｌＧａＮ層３で構成されている。ＧａＮ膜は、１〜５μｍの間の厚さであって、ＭＯＣＶＤ系（有機金属化学気相蒸着）にてサファイア基板上に成長させられている。ＡｌＧａＮ（１５〜３０ｎｍ）膜からなる上層３は、高濃度の電子が界面において生じるよう、上面に成長させられている（２次元電子ガス、２‐ＤＥＧ）。
【００３４】
図１のｂ：基板上で個々のデバイスを独立させるため、メサエッチングが行なわれる。このエッチングは、２‐ＤＥＧ界面４を通り過ぎなければならない。
【００３５】
図１のｃ：ドレインおよびソース・コンタクト用として、金属スタック５が堆積される。ソースおよびドレイン・コンタクトは、一緒に堆積される。典型的なスタックは、Ｔｉ／Ａｌ／ｘ／Ａｕ（ｘ＝Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔｉ、・・・）であり、厚さはそれぞれ２０／４０／２５／５０ｎｍである。各層の厚さは、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ層に応じて最適化される。コンタクトの性質をオーミックにすべく合金の形成を促進するため、高温でのアニーリングが実行される（８００〜１０００℃で）。
【００３６】
図１のｄ：ゲート・コンタクト６が、ｅ‐ビーム・プロセスにて製造される。ゲートに使用される材料は、Ｎｉ／ＡｕまたはＰｔ／Ａｕ（２０／２００ｎｍ）であってよい。
【００３７】
図１のｅ：随意により、コンタクト金属層７が適用される（例えば、ＴｉＷ／Ａｕ／ＴｉＷ）。
【００３８】
図１のｆ：パッシベーション層が、デバイスを覆って堆積され（１００ｎｍ  Ｓｉ３Ｎ４、図では見て取ることができない）、熱拡散層８が、パッシベーション層を覆って堆積される（例えば、０．５〜１μｍ  ＡｌＮ）。このステップの後で、個々のデバイスを形成するため、好ましくは基板１が小さく角切りされる。
【００３９】
図１のｇ：第２の基板９が用意され、この第２の基板上には、熱伝導粘着層１０が備えられている。第２の基板上に受動部品が存在してもよい。ＨＥＭＴデバイスおよび第１の基板が反転させられ、前記粘着層へと接合され、したがって熱拡散層８が粘着層１０と直接接触する。使用される粘着剤は、ＢＣＢまたはＳＵ‐８であってよい。
【００４０】
図１のｈ：第１の基板が、おそらくはレーザ・リフトオフを使用して取り除かれる。ＧａＮのバンドギャップよりも高いエネルギーを有するレーザ・パルスが、サファイア基板へと加えられる。パルスが、ＧａＮ／サファイア界面において吸収され、ＧａおよびＮ２への局所的分解をもたらす。Ｇａは、きわめて低い融点を有しており、このことは、基板を低い温度で取り除くことができることを意味している。残るＧａは、ＨＣｌへの短時間の浸漬によって取り除くことができる。
【００４１】
図１のｉ：ＨＥＭＴデバイスの周囲において、粘着層がＳＦ６／Ｏ２エッチングを使用して取り除かれる。ビア１１が、Ｃｌ２エッチングを使用してＧａＮ／ＡｌＧａＮ活性層に設けられる。
【００４２】
図１のｉの図において、これらのビアが、ソース、ドレイン、およびゲート・コンタクトを外界に露出する（すなわち、これらコンタクトを覆われていない状態にする）ようにエッチングされており、したがって次のプロセス・ステップにおいて、これらのソース・コンタクトに直接接することができる。
【００４３】
図１のｉの断面においては、ソース・コンタクトについてのみビアが示されている。しかしながら、ゲートおよびドレインにも、同様に接する必要がある。図３が、メサ４０およびビア１１が生成される位置を含め、図１のＨＥＭＴデバイスの上面図を示している。ソース・コンタクト領域２９へは、直接接触がとられる一方で、ドレインおよびゲート領域は、側方のコンタクト領域３０および３１へと接続され、コンタクト領域３０および３１のそれぞれへと１つのビア５２を通じて接触がとられるように製造されている。しかしながら、本発明がソース・コンタクトへの直接接触（すなわち、図３に示されているような）に限定されるわけではないことに、注意すべきである。これは、ゲートまたはドレイン・コンタクトの場合についても同じであり、その場合、残る２つのコンタクトへと、デバイスの面内の側方領域を通じて接触することができる。さらなる代案としては、すべてのコンタクト領域について直接、すなわち側方のコンタクト領域なしで接触をとってもよい。
【００４４】
図１のｊ：随意により、例えばチッ化Ｓｉのパッシベーション層１２が、背面に堆積される。この層は、ＧａＮの背面を保護し、ＨＥＭＴの電子的特性を左右する可能性がある。
【００４５】
図１のｋ：ゲート／ソース／ドレイン・コンタクトへのコンタクト層１３が、例えばＣｕ電気めっきを使用して堆積される。
【００４６】
これらのステップによって、第１の実施の形態によって製造された複数フィンガーＨＥＭＴデバイスがもたらされる。
【００４７】
すでに述べたように、本発明は、ビア１１がデバイスのオーミック・コンタクトのうちの少なくとも１種類に直接接触するように製造されることを特徴とする。図４ａおよび図４ｂに、６ゲートＨＥＭＴの場合について、いくつかの選択肢が示されている。ソース（２９）およびドレイン（５０）のいわゆる「オーミック・コンタクト」が、輪郭で示されている。ゲート・コンタクト５１も、やはり見て取ることができる。図４ａにおいては、ビア１１がソース・コンタクト２９の上に直接エッチングされ、これらコンタクトを露出して、接続層１３によって接続できる（図１）ようにしている。ドレインおよびゲート・コンタクトの直上には、ビアは製造されていない。代わりに、これらのコンタクトは、側方の領域３０および３１（コンタクト・パッドとも称される）を介して接触がとられ、側方の領域３０および３１に、それぞれ１つのビア５２が製造されている。図４ａのデバイスにおいては、さらに外側の２つのソース領域に関するコンタクト・パッド５３も示されている。さらなるビア５４を、これら外側コンタクト・パッド上に設けることができる。しかしながら、後者は本発明にとって必須ではない。
【００４８】
図４ｂの実施の形態においては、ビア１１が、すべてのソースおよびドレイン領域２９および５０に直接接するように製造されている。ドレインのためのコンタクト・パッド３０が依然として存在しているが、この実施の形態においては省略可能である。代案として、すべての種類のコンタクト（ソース、ドレイン、およびゲート）に直接接するように、ビア１１を設けてもよい。この場合、ゲートをより大きな幅を備えて製造する必要があるかもしれない。
【００４９】
図３および図４に示した実施の形態においては、適切なパターンとされた接続層１３によって、ソース領域２９を互いに接続でき、さらにはドレインおよびゲート領域５０、５１をそれぞれ接続でき、１種類のコンタクト（例えば、すべてのドレイン）を空中ブリッジによって接続する必要がないことが明らかである。空中ブリッジは、米国特許第６２１４６３９号のように、すべての種類のオーミック・コンタクトが側方のコンタクト・パッドを介して接触されるならば必要である。これは、従来技術を超えて本発明によって達成される改善を示している。
【００５０】
第２の実施の形態によれば、いくつかの追加のステップが、図２に示すとおり実行される。
【００５１】
図２ａ：すでに述べたものと同じステップが、基板１上にゲートソースおよびドレイン・コンタクト領域５および６を得るべく適用される。パッシベーション層２０が、コンタクト５および６の上に堆積され、このパッシベーション層の上にエッチストップ層２１が設けられる。
【００５２】
図２ｂ：基板１を反転させ、第２の基板９へと接合し、その後に第１の実施の形態と同じやり方で、第１の基板１を取り除く。この実施の形態による接合層１０は、必ずしも熱伝導性の粘着層ではない。接合層１０は、ＳＵ８／ＢＣＢまたは金属であってよい。
【００５３】
図２ｃ：コンタクト領域へとビア１１がエッチングされる。原理的には、この場合はソース・コンタクトへのビアのみで充分であるが、その場合、第３の基板へと接合するまでデバイスを測定することができないという欠点がある。したがって、この実施の形態の好ましい場合においては、図３にように、すべてのコンタクト領域（ソース、ドレイン、ゲート）へとビアが製造される。
【００５４】
図２ｄ：背面コンタクト層１３によって、接続が確立される。したがって、図２ｄに示されているデバイスは、第１の実施の形態においては背面コンタクト層１３と第２の基板９との間に熱および電気の側方コンタクトが存在している点を除き、図１ｋに示した第１の実施の形態の完成済みデバイスに相当する。このコンタクトは、第２の基板がいずれにせよ取り除かれてしまう（後述を参照）ため、第２の実施の形態においては存在していない。
【００５５】
図２ｅ：第２の実施の形態によれば、ここで好ましくは良好な熱伝導性を有するＭＣＭ基板（例えば、ＡｌＮ基板）である第３の基板２２ａ、２２ｂが用意される。下側層２２ａが基板であり、上側の層２２ｂは、ソースへと接触するようにパターン化された金属層である。第３の基板には、接合層２３が設けられている。ここで、第２の基板が反転させられ、接続層１３を保持している側を接合層２３によって第３の基板へと取り付けることによって、第３の基板に取り付けられる。接合層２３は、好ましくは良好な熱伝導性を有する層である。接合層２３は、金属の接合層であってよい。
【００５６】
図２ｆ：続いて、第２の基板９および粘着層１０が取り除かれる。これは、エッチストップ層２１によって止められるエッチング・ステップによって行なうことができる。しかしながら、エッチストップ層を必要としないかもしれない他のやり方で、第２の基板を取り除いてもよい。
【００５７】
図２ｇ：エッチストップ層が取り除かれ、ゲート／ソース／ドレイン・コンタクト（５、６）上においてパッシベーション層２０にビアをエッチングすることができ、さらにコンタクト上にヒートシンク２４を堆積させることができる。
【００５８】
好ましくは、第２の実施の形態によれば、第１の基板１は、反転されて第２の基板へと取り付けられるまでは、小さく角切りされることはない。代わりに、第１の基板が、全体として反転および取り付けされ、おそらくはいくつかのＨＥＭＴデバイスが第２の基板へと取り付けられる。切り分けは、好ましくは、第１の基板を反転させて第２の基板へと取り付けた後で実行される。次いで、図２ｅに示されているとおり、個々のデバイスが反転させられ、第３の基板へと取り付けられる。
【００５９】
本発明の方法の第２の実施の形態は、従来技術に対してさらにいくつかの利点をもたらす。熱の除去を、デバイスの前面および背面の両者において得ることができる。背面において、熱を粘着層２３および接続層１３を介して第３の基板２２へと取り去ることができる一方で、前面において、熱除去の効率をさらに向上させるためにヒートシンクを製造することができる。第２の実施の形態に従って生み出されたデバイスによれば、デバイス全体（ソース・コンタクトを備える）を、ＨＥＭＴを第３の基板上の回路に一体化させる前に検査することが可能である。
【００６０】
第２の実施の形態においては、図５ａおよび５ｂに示すやり方にて、すなわち側方のコンタクト・パッド３０および３１へのビア５２を製造することなく、ビアをオーミック領域へと製造することが可能である。これは、デバイスが第３の基板へと取り付けられた後に、これらの領域へと、空中ブリッジを使用することなく公知のやり方で接触できるためである。
【００６１】
第３の実施の形態によれば、第１の基板を第２の基板上へと反転させることはせず、第１の基板そのものの背面を通してビアがエッチングされる。図６を参照されたい。これは、特定の材料、好ましくはＳｉで作られた第１の基板１についてのみ可能である。このＳｉの上には、先の実施の形態と同様、例えば、ＧａＮ／ＡｌＧａＮであるさらなる半導体層（２、３）が存在している。層２＋３は、図６においては１つの層として示されているが、好ましくは図１と同様の２重層である。図６のＡに見られるように、デバイスは、すべてのゲート／ドレイン／ソース・コンタクト７およびパッシベーション層８を含め、実施の形態１に関してすでに説明したものと同じやり方で、第１の基板上に製造される。側方のコンタクト・パッド（ｗａａｒｏｍ？？）に接触すべく、パッシベーション層８を貫いてビア６０がエッチングされる。図６のＢを参照されたい。
【００６２】
この実施の形態においては、ビア１１が、Ｓｉ基板１および半導体層２、３を貫いて製造される（図６のＣを参照）。おそらくは、ビアの製造に先立って、基板の背面を薄くすることができる。これが、図示の実施の形態の場合であり、基板１の厚さが、図６のＢとＣとの間で減少している。この薄肉化は、基板を背後からエッチングすることによって実行でき、あるいは基板を背面から研削および／または研磨することによって実行できる。基板の背面へと接続層１３が適用され、完成したデバイスがもたらされる。図６を参照されたい。
【００６３】
すでに述べたように、接続層１３は、オーミック・コンタクトを正しく接続できるよう、適切なやり方でパターン化される。図７は、このパターン化をどのように実行できるのかについてのいくつかの例を、図４に示した６ゲートのＨＥＭＴの場合について示している。
【００６４】
図７のＡおよびＢは、実施の形態１によるデバイスにおいて使用できる２つの可能性を示している。接続層１３が、３つの別個の領域を呈しており、したがってそれぞれゲート、ドレイン、およびソースへの共通コンタクト可能にしている。
【００６５】
図７のＣおよびＤは、接続層１３について、１つまたは２つの別個の領域を示している。この設計は、デバイスを第３の基板へと取り付けた後に、１つまたは２つの追加のコンタクト層をデバイスの前面に適用する必要があるため、実施の形態２においてのみ使用可能である（図２）。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】ａ〜ｋは、複数フィンガーＨＥＭＴを製造するための本発明の第１の実施の形態による方法の各ステップを示している。
【図２ａ】第２の実施の形態による方法の一ステップを示している。
【図２ｂ】第２の実施の形態による方法の一ステップを示している。
【図２ｃ】第２の実施の形態による方法の一ステップを示している。
【図２ｄ】第２の実施の形態による方法の一ステップを示している。
【図２ｅ】第２の実施の形態による方法の一ステップを示している。
【図２ｆ】第２の実施の形態による方法の一ステップを示している。
【図２ｇ】第２の実施の形態による方法の一ステップを示している。
【図３】ＨＥＭＴデバイスの上面図を示しており、デバイスの好ましい実施の形態におけるコンタクト領域の形状を説明している。
【図４ａ】本発明による６ゲートＨＥＭＴの設計の選択肢の一つを示している。
【図４ｂ】本発明による６ゲートＨＥＭＴの設計の別の選択肢を示している。
【図５ａ】本発明による６ゲートＨＥＭＴの設計のさらなる選択肢の一つを示している。
【図５ｂ】本発明による６ゲートＨＥＭＴの設計のさらなる選択肢の別の一つを示している。
【図６】Ａ〜Ｄ１は、第３の実施の形態において、第１の基板そのものの背面を通してビアをエッチングする場合の例を示す図である。
【図７】Ａ〜Ｄは、接続層のパターン化の例を示す図である。
【図１】
2006229218.tif 000002
【図２ａ】
2006229218.tif 000003
【図２ｂ】
2006229218.tif 000004
【図２ｃ】
2006229218.tif 000005
【図２ｄ】
2006229218.tif 000006
【図２ｅ】
2006229218.tif 000007
【図２ｆ】
2006229218.tif 000008
【図２ｇ】
2006229218.tif 000009
【図３】
2006229218.tif 000010
【図４ａ】
2006229218.tif 000011
【図４ｂ】
2006229218.tif 000012
【図５ａ】
2006229218.tif 000013
【図５ｂ】
2006229218.tif 000014
【図６】
2006229218.tif 000015
【図７】
2006229218.tif 000016
【外国語明細書】
2006229218.tif 000017
2006229218.tif 000018
2006229218.tif 000019
2006229218.tif 000020
2006229218.tif 000021
2006229218.tif 000022
2006229218.tif 000023
2006229218.tif 000024
2006229218.tif 000025
2006229218.tif 000026
2006229218.tif 000027
2006229218.tif 000028
2006229218.tif 000029
2006229218.tif 000030
2006229218.tif 000031
2006229218.tif 000032
2006229218.tif 000033
2006229218.tif 000034
2006229218.tif 000035
2006229218.tif 000036
2006229218.tif 000037
2006229218.tif 000038
2006229218.tif 000039
2006229218.tif 000040
2006229218.tif 000041
2006229218.tif 000042
2006229218.tif 000043
2006229218.tif 000044
2006229218.tif 000045
2006229218.tif 000046
2006229218.tif 000047
2006229218.tif 000048