(57)【要約】【課題】温度変化などにより半導体基板に加わるストレスを軽減した半導体装置を提供すること。【解決手段】表面１１ａに接地用パッド電極１２が形成され、かつ、接地用パッド電極１２下方に貫通穴１３が形成された半導体基板１１と、貫通穴１３の内側表面を含め半導体基板１１裏面に形成された金属接着層１４と、貫通穴１３部分を埋める形で、金属接着層１４上に形成された金属補強層１５と、この金属補強層１５よりも電気抵抗が小さい材料からなり、金属補強層１５上に形成された金属接地層１６とを具備している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に接地用パッド電極が形成され、かつ、前記接地用パッド電極下方に貫通穴が形成された半導体基板と、前記貫通穴の内側表面を含め前記半導体基板裏面に形成された金属接着層と、前記貫通穴部分を埋める形で、前記金属接着層上に形成された金属補強層と、この金属補強層よりも電気抵抗が小さい材料からなり、前記金属補強層上に形成された金属接地層とを具備したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
表面に接地用パッド電極が形成され、かつ、前記接地用パッド電極下方に貫通穴が形成された半導体基板と、前記貫通穴の内側表面を含め前記半導体基板裏面に形成された金属接着層と、少なくとも前記貫通穴部分に形成される前記金属接着層の凹みを埋める形で、前記金属接着層上に形成された金属補強層と、この金属補強層よりも電気抵抗が小さい材料からなり、前記金属補強層上に形成された金属接地層とを具備したことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
貫通穴の内径は、接地用パッド電極に近い側よりも接地用パッド電極から遠い側の方が大きくなっている請求項１または請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
貫通穴の内径は、接地用パッド電極に近い側から遠い側に向って徐々に変化している請求項３記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波帯域で使用される半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓなどの化合物半導体を用いた半導体装置、たとえば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）は、優れた高周波特性を有し、マイクロ波帯で動作する増幅素子などに広く実用化されている。
【０００３】
電界効果トランジスタは複数の電極、たとえばソース電極およびドレイン電極、ゲート電極を有し、通常、ソース電極を接地して使用される。この場合、ソースインダクタンスを小さくする必要から、ソース電極から接地までの距離を短くする工夫がされている。その１つの方法に、たとえば半導体基板に導電性貫通穴、いわゆるバイアホールを設ける方法がある。
【０００４】
ここで、バイアホールを設けた従来の半導体装置について図３を参照して説明する。
【０００５】
半導体基板３１はＧａＡｓなどの半導体材料で構成されている。半導体基板３１の表面に接地用パッド電極３２が形成され、接地用パッド電極３２下方に貫通穴３３が形成されている。ＦＥＴの場合は、たとえばソース電極が接地用パッド電極３２に接続される。そして、貫通穴３３の内側表面を含め、半導体基板３１裏面に、Ｔｉからなる金属接着層３４が数十ｎｍ程度の厚さに蒸着されている。金属接着層３４上に金属接地層３５が形成されている。金属接地層３５には電気抵抗の小さい材料、たとえばＡｕが使用される。金属接地層３５は、たとえば金属接着層３４上に数百ｎｍ程度の厚さに薄く蒸着した後、めっきなどで所定の厚さに形成される。
【０００６】
上記の構成の半導体装置は特許文献１などに記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２８０３９３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置の場合、半導体基板３１の裏面は、たとえば金属接着層３４が形成され、金属接着層３４上に金属接地層３５が形成されている。この場合、金属接着層３４は半導体基板３１および金属接地層３５の両者と良好な接合性が必要とされる。また、金属接地層３５は良好な導電性が求められる。このような要求から、金属接着層３４や金属接地層３５は材料の選択範囲が限られ、金属接着層３４にはたとえばＴｉが使用され、金属接地層３５にはたとえばＡｕが使用されている。
【０００９】
この場合、半導体基板３１を構成するＧａＡｓと金属接地層３５を構成するＡｕとの線膨張率α（１０−６Ｋ−１：２０℃）は、ＧａＡｓが５．７で、Ａｕが１４．２と、両者に大きな差がある。
【００１０】
そのため、チップ状半導体装置を容器にマウントする場合など、温度変化によって半導体基板にストレスが加わり、半導体基板が割れたり、反りが発生したりする。反りが発生すると、ピエゾ効果によって半導体基板上に形成したＦＥＴなどの電気特性を劣化させる。たとえばＧａＡｓはイオン的な結合でできているため、ストレスが加わると格子が変形して分極を起こし、温度変化で電流が変動するなど電気特性が劣化する。
【００１１】
また、半導体基板の貫通穴はその内径がほぼ一定の柱状に形成されている。しかし、将来、小型化が進み、貫通穴の内径が小さくなると、金属接地層の金属が貫通穴の内部まで届かず、貫通穴部分に空間が生じることも考えられる。そのため、貫通穴は、半導体基板の表面側の径が小さく、裏面側が大きいテーパ形状になることが予想される。
【００１２】
このような場合、テーパ形状の貫通穴部分に金属接地層が埋め込まれる。このとき、金属接地層の熱膨張による伸びは、接地用パッド電極に近い径の小さい上面よりも接地用パッド電極から遠い下面側の方が大きくなる。したがって、半導体基板により大きな力が作用するようになり、半導体基板の割れや反りなどの問題が顕著になる。
【００１３】
本発明は、上記した欠点を解決し、温度変化などによって半導体基板に加わるストレスを軽減した半導体装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、表面に接地用パッド電極が形成され、かつ、前記接地用パッド電極下方に貫通穴が形成された半導体基板と、前記貫通穴の内側表面を含め前記半導体基板裏面に形成された金属接着層と、前記貫通穴部分を埋める形で、前記金属接着層上に形成された金属補強層と、この金属補強層よりも電気抵抗が小さい材料からなり、前記金属補強層上に形成された金属接地層とを具備したことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。
【００１６】
半導体基板１１はＧａＡｓなどの半導体材料で構成されている。半導体基板１１の表面１１ａに接地用パッド電極１２が形成され、接地用パッド電極１２下方に貫通穴１３が形成されている。貫通穴１３は、たとえば半導体基板１１の表面１１ａ側、つまり接地用パッド電極１２に近い側の径が小さく、半導体基板１１の裏面１１ｂ側、つまり接地用パッド電極１２から遠い側に向って径が徐々に大きくなっており、その内側表面はテーパ状に形成されている。ＦＥＴの場合は、たとえばソース電極が接地用パッド電極１２に接続される。
【００１７】
半導体基板１１の裏面には、貫通穴１３の内側表面を含めて、たとえばＴｉからなる金属接着層１４が蒸着などの方法で形成されている。また、金属接着層１４上に、たとえばＭｏからなる金属補強層１５が形成されている。金属補強層１５は、貫通穴１３によって形成された空間領域、たとえば貫通穴１３の形状にしたがってできた金属接着層１４の凹み部分を完全に埋める形に形成される。この場合、金属補強層１５は、たとえば金属接着層１４上に蒸着やＣＶＤで薄く形成され、その後、めっきやスパッタなどで、少なくとも金属接着層１４の凹み部分が完全に埋まるようにする。
【００１８】
そして、金属補強層１５上に金属接地層１６が、たとえば金属補強層１５よりも薄く形成される。金属接地層１６は、金属補強層１５のＭｏよりも電気抵抗の小さい材料、たとえばＡｕが使用される。
【００１９】
上記した構成によれば、高周波電流は金属接地層１６を流れ、金属補強層１５を流れる構造になっていない。そのため、金属補強層１５を構成する材料の選択範囲が広がり、その熱膨張率が金属接地層１６のＡｕよりもＧａＡｓに近い値のＭｏなどを利用できる。このとき、貫通穴１３部分が金属補強層１５で埋まっている関係から、ＧａＡｓとの熱膨張率差が大きい材料、たとえばＡｕが貫通穴１３部分から排除される。したがって、チップ状半導体装置のマウント時やボンディング時など、温度変化によって半導体基板に加わるストレスが小さくなり、半導体基板の割れや反りが防止され、歩留りが向上する。また、電気特性の劣化を防止できる半導体装置、たとえばＦＥＴなどが得られる。このような効果は、貫通穴の内径が一様の場合よりもテーパ状の場合にとくに有効となる。
【００２０】
また、金属補強層１５の存在で機械的強度が得られる。したがって、半導体基板１１の厚さを薄くすることができ、良好な放熱効果をもつ半導体装置が得られる。また、金属接地層を数ミクロン程度に薄くでき、同時に、金属接地層をたとえば蒸着だけで形成できるなど、コストが軽減する。
【００２１】
次に、本発明の他の実施形態について図２を参照して説明する。図２は、図１に対応する部分に同じ符号を付し、重複する説明を一部省略する。
【００２２】
この実施形態は、金属補強層１５が、貫通穴１３の形状に沿って発生する金属接着層１４の凹み部分を金属補強層１５が埋める形になっている。そして、金属接着層１４および金属補強層１５上に金属接地層１６が形成されている。
【００２３】
この場合も、貫通穴１３部分に、ＧａＡｓとの熱膨張率差が大きいＡｕなどが入り込むようなことがなく、図１の場合と同様の効果が得られる。
【００２４】
上記の実施形態では、金属補強層をＭｏで形成しているが、Ｍｏに代えてＷ、あるいは、ＭｏやＷの化合物を用いることもできる。また、ＦＥＴのソース電極を接地する場合で説明しているが、本発明はＦＥＴのソース電極以外の回路素子を接地する場合にも適用できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、温度変化などにより半導体基板に加わるストレスを軽減した半導体装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を説明するための断面図である。
【図３】従来例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１１…半導体基板
１１ａ…半導体基板の表面
１１ｂ…半導体基板の裏面
１２…接地用パッド電極
１３…貫通穴
１４…金属接着層
１５…金属補強層
１６…金属接地層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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