(57)【要約】【課題】例えば１０ＧＨｚ以上の高周波数帯に対応したＲＦ回路とＩＣ回路とをシリコン基板上に廉価に一体形成する。【解決手段】シリコン基板１表面に形成された能動素子２と、この能動素子２に離間して上記シリコン基板１表面に形成された絶縁膜３と、この絶縁膜３上に形成された受動素子４とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板表面に形成された能動素子と、
この能動素子から離間して上記シリコン基板表面に形成された絶縁膜と、
この絶縁膜上に形成された受動素子と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記絶縁膜は、その膜厚が５μｍ以上１２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
上記絶縁膜は、Ｘ線により露光可能な感光性樹脂層を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
シリコン基板表面に能動素子を形成する工程と、
この能動素子から離間して上記シリコン基板表面に絶縁膜を形成する工程と、
この能動素子と接続可能に上記絶縁膜に開口部を形成する工程と、
この開口部を介して上記能動素子と電気的に接続する受動素子を上記絶縁膜上に形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
上記開口部を介して上記能動素子と電気的に接続する受動素子を上記絶縁膜上に形成する工程は、Ｘ線により露光するリソグラフィ工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
上記シリコン基板表面を上記絶縁膜で覆う工程は、当該絶縁膜をその膜厚が５μｍ以上１２０μｍ以下となるように成膜する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
上記絶縁膜は、Ｘ線により露光可能な感光性樹脂層を含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、能動素子と受動素子とを備えた半導体装置およびその製造方法に関し、特に、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路とＩＣ回路とが一体形成されたＲＦ混載システムＬＳＩに好適な半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無線通信システムに使用されるＲＦ−ＩＣ回路は、ＧａＡｓのような高価な化合物半導体基板表面にＩＣ回路を形成し、このＩＣ回路に、スクリーン印刷法等でセラミックシート上に焼成形成されたインダクタ等のアナログ受動素子を、ワイヤボンディング等により電気的に外部接続することにより製造されてきた。
【０００３】
近年、携帯電話の普及ならびにＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）および無線ＬＡＮ等の近距離無線通信システムの発達によって、低コストで製造可能であるとともに低電圧かつ省電力であるＧＨｚ動作可能なＲＦ回路をＣＭＯＳ技術によりシリコン（Ｓｉ）基板上にＩＣ回路と一体形成する試みがなされている。
【０００４】
しかし、図５で示す半導体装置２００のようにＲＦ回路をＣＭＯＳ技術によりシリコン基板２０１上に形成する場合、インダクタを含むアナログ受動素子の一例であるＲＦ受動素子２０２を、所謂オンチップインダクタのように形成すると、シリコン基板２０１の寄生効果により、ＲＦ受動素子２０２からシリコン基板１０１へ電磁界等がリークして電力損失が発生する。なお、図中符号２０３はトランジスタ等の能動素子である。
【０００５】
このような電力損失に起因したアナログ受動素子の性能低下を回避するために、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を使用したＣＭＯＳプロセス、すなわち、ＣＭＯＳ／ＳＯＩプロセスが提案されている。このＣＭＯＳ／ＳＯＩプロセスによれば、ＳＯＩ基板内に形成された絶縁層によりアナログ受動素子と能動素子（ＣＭＯＳ）とが分離されるため、電力損失の問題がなくなる。よって、低電圧かつ省電力であるＲＦ回路をＣＭＯＳ技術により製造することができる（非特許文献１等参照）。
【非特許文献１】電子情報通信学会論文誌Ｃ，Ｖｏｌ．Ｊ８６−Ｃ，Ｎｏ７，ｐｐ６７４−６８６，  ２００３年７月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この非特許文献１に記載されたＣＭＯＳ／ＳＯＩプロセスにおいては、電力損失を解消するために高価なＳＯＩ基板を使用しなければならない。このため、大量のＲＦ回路を安価に供給することはできない。また、極めて高価な完全空乏型ＳＯＩ基板を採用した場合であっても、インダクタ（コイル）から電磁界が漏れ出ることを完全に防止することはできないので、電力損失による動作速度の限界が生じる。このため、例えば２ＧＨｚ乃至５ＧＨｚ帯のＲＦ−ＩＣ回路を実現できるに過ぎず、１０ＧＨｚ以上の高周波帯に対応したＲＦ回路をシリコン基板上に廉価に製造することはできないという課題もあった。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するために、例えば１０ＧＨｚ以上の高周波数帯に対応したＲＦ回路をシリコン基板上に廉価に製造することができる半導体装置およびそ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】
【０００８】
請求項１に係る発明は、シリコン基板表面に形成された能動素子と、この能動素子から離間して上記シリコン基板表面に形成された絶縁膜と、この絶縁膜上に形成された受動素子とを備えることを特徴とする半導体装置である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、上記絶縁膜は、その膜厚が５μｍ以上１２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置である。
【００１０】
請求項３に係る発明は、上記絶縁膜は、Ｘ線により露光可能な感光性樹脂層を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置である。
【００１１】
請求項４に係る発明は、シリコン基板表面に能動素子を形成する工程と、この能動素子から離間して上記シリコン基板表面に絶縁膜を形成する工程と、この能動素子と接続可能に上記絶縁膜に開口部を形成する工程と、この開口部を介して上記能動素子と電気的に接続する受動素子を上記絶縁膜上に形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１２】
請求項５に係る発明は、上記開口部を介して上記能動素子と電気的に接続する受動素子を上記絶縁膜上に形成する工程は、Ｘ線により露光するリソグラフィ工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法である。
【００１３】
請求項６に係る発明は、上記シリコン基板表面を上記絶縁膜で覆う工程は、当該絶縁膜をその膜厚が５μｍ以上１２０μｍ以下となるように成膜する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法である。
【００１４】
請求項７に係る発明は、上記絶縁膜は、Ｘ線により露光可能な感光性樹脂層を含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シリコン基板上に形成された絶縁膜上に受動素子を形成するから、この受動素子とシリコン基板表面に形成された能動素子とを絶縁膜により完全に分離することができる。従って、高価な完全空乏型ＳＯＩ基板を使用しなくても、シリコン基板の寄生効果に起因した電力損失を回避ないし低減することができる。
【００１６】
また、シリコン基板表面に形成された能動素子と接続可能な開口部を介して上記能動素子と電気的に接続する受動素子を、上記絶縁膜上に１回のＸ線露光により正確に形成することができる。このため、例えば１０ＧＨｚ以上の高周波帯に対応して高速動作可能なＲＦ回路を安価に歩留まり良くシリコン基板上に製造することができる。このため、製造コストを低減することができるので、より安価にＲＦ回路とＩＣ回路とを一体形成することが可能となる。よって、例えば１０ＧＨｚ以上の高周波帯域に対応したＲＦ−ＩＣ回路を含む半導体装置を大量かつ安価に提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る半導体装置およびその製造方法の実施に最良の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態としての半導体装置１００を示す斜視図である。
【００１８】
図１に示すように本実施形態に係る半導体装置１００は、シリコン基板１の表面に形成された能動素子２と、この能動素子２が形成された領域から離間してシリコン基板１の表面に形成された絶縁膜３と、この絶縁膜３上に形成された受動素子４と、を備えている。能動素子２は例えばＭＯＳ−ＦＥＴであり、その表面はＣＶＤ絶縁膜２ａにより被覆されている。
【００１９】
絶縁膜３は、Ｘ線により露光可能な感光性樹脂、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ，所謂アクリル樹脂）または感光性ポリイミド等からなる感光性樹脂層を含むように構成される。
【００２０】
絶縁膜３は、その膜厚Ｈが、５μｍ以上１２０μｍ以下となるように成膜される。次に絶縁膜３の膜厚Ｈを５μｍ以上１２０μｍ以下に限定した理由を述べる。
【００２１】
すなわち、例えば５ＧＨｚよりも高い高周波帯域に対応したＲＦ回路を形成する場合、膜厚Ｈが５μｍ未満であると、受動素子４からの電磁界の漏れを完全に防止することができないので、受動素子４での電力損失を充分に抑制することができない。このため、高速動作可能なＲＦ回路を形成することができなくなる。
【００２２】
また、絶縁膜３は、上述した感光性樹脂層を含むため、その膜厚Ｈが１２０μｍを超えるように成膜することは困難であり、歩留まり低下要因ともなる。さらに、周波数帯域が例えば５ＧＨｚのＲＦ回路では、受動素子４がシリコン基板１から約１００μｍ離れていれば、充分にシリコン基板１の影響を排除することができ、この受動素子４とシリコン基板１との離間距離は、１０ＧＨｚのＲＦ回路では約５０μｍ、また、５０ＧＨｚのＲＦ回路では約１０μｍで充分であることがシミュレーション結果により確認されている。
【００２３】
従って、１００ＧＨｚのＲＦ混載システムＬＳＩを製造する場合であっても、絶縁膜３が５μｍ以上１２０μｍ以下となるように成膜することによって、シリコン基板１と受動素子４を含むＲＦ回路との相互作用に起因した電力損失を確実に排除することができる。また、５μｍ以上１２０μｍ以下の膜厚であれば、感光性樹脂層を含む絶縁膜３であっても、容易かつ強固に形成することができるので、絶縁膜３の加工工程および絶縁膜３上に受動素子４等を形成する工程において、歩留まりを高く保持することができる。したがって、この受動素子４としてインダクタ４ａを形成する場合には、図２で示すようにインダクタＬとキャパシタＣとからなるＬＣ同調回路（タンク回路）５のようなＲＦ回路と、ＭＯＳ−ＦＥＴのような能動素子２を含むＩＣ回路とを、シリコン基板１上に一体構成することできるので、高速動作可能なＲＦ混載システムＬＳＩを、高価なＳＯＩ基板を使用せずに実現することが可能となる。
【００２４】
図３は、この半導体装置１００を応用した１００ＧＨｚ−ＲＦ混載システムＬＳＩ１００ａの構成を示すも模式図である。この１００ＧＨｚ−ＲＦ混載システムＬＳＩ１００ａは、シリコン基板１上に、ＭＰＵ２ｂおよびメモリ２ｃを能動素子２として備えるとともに、ミリ波増幅回路４ｂおよびＩＦ−ＢＢ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｂａｓｅｂａｎｄ）回路４ｃを受動素子４として備えて構成される。また、このシリコン基板１上には、必要に応じてＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）６が備えられる。
【００２５】
次に、図４に基づいてこの１００ＧＨｚ−ＲＦ混載システムＬＳＩ１００ａの製造方法の一例を説明する。なお、ここでは能動素子２の一例としてＭＯＳ−ＦＥＴ２ｄを、受動素子４の一例として複数のコイル状のスパイラルインダクタ４１，４２，４３とを、シリコン基板１上に一体形成する場合について説明する。
【００２６】
まず、最初に、公知のＣＭＯＳプロセスによって、シリコン基板１ａ表面に、例えば、ゲート長が０．２５μｍ程度のＭＯＳ−ＦＥＴ２ｄを能動素子２として形成する。
【００２７】
次に、ＭＯＳ−ＦＥＴ２ｄが形成されたシリコン基板１表面に、絶縁膜３の一層として感光性樹脂層３１を形成する。この感光性樹脂層３１は、ＰＭＭＡまたは感光性ポリイミドのようにＸ線により露光可能な感光性樹脂液を厚さが５μｍ以上１２０μｍ以下となるように塗布することによって、例えば、約２０μｍの厚さに形成されて、シリコン基板１表面を覆う。
【００２８】
そして、ＭＯＳ−ＦＥＴ２ｄと接続するための領域に、公知のＸ線露光装置よりＸ線を照射して、ＭＯＳ−ＦＥＴ２ｄを覆う感光性樹脂層３１の一部を除去する。これによって、約２０μｍの厚さで感光性樹脂層３１を形成するとともに、上記ＣＭＯＳプロセスにより形成されたコンタクト２２と接続するパッド２１を露出させる。このパッド２１は、例えば、１辺が５μｍ程度の矩形に形成された電極である。
【００２９】
次に、この感光性樹脂層３１上に、平坦化絶縁層３２を形成して絶縁膜３を形成する。平坦化絶縁層３２は、オゾン（Ｏ３）ＴＥＯＳ−ＣＶＤのように流動性を有するＣＶＤ膜を成膜し、または周知のＳＯＧもしくはＳｉＬＫ（登録商標）のような塗布膜を成膜することによって形成され、感光性樹脂層３１による約２０μｍの急峻な段差を緩和する。
【００３０】
このようにして平坦化絶縁膜３２を形成することによって、絶縁膜３に感光性樹脂層３１を含めて５μｍ以上、１２０μｍ以下に厚く形成できるとともに、その表面を平坦化絶縁層３２によりなだらかな凹凸に整えることができる。
【００３１】
この後、ＭＯＳ−ＦＥＴ２ｄと接続するための領域に、公知のレジストプロセスにより開口部３３を形成する。この開口部３３は、２０μｍ乃至３０μｍ程度の大開口であってかまわないため、ｇ線またはｉ線のような紫外光により露光するリソグラフ工程によって、ＭＯＳ−ＦＥＴ２ｄと接続可能に絶縁膜３に開口部３３を形成することができる。
【００３２】
最後に、この開口部３３を介してＭＯＳ−ＦＥＴ２ｄと電気的に接続するインダクタ４１，４２，４３を受動素子４として絶縁膜３の平坦化絶縁層３２上に形成する。これらのインダクタ４１，４２，４３は、Ｘ線により露光するリソグラフィ工程を含むメタライズ工程により容易かつ正確に形成することができる。
【００３３】
このメタライズ工程では、まず、絶縁膜３の平坦化絶縁層３２表面に、スパッタ法、ＭＯ−ＣＶＤ法または電解メッキ法等によって、厚さが約２μｍのアルミニウム（Ａｌ）膜を形成する。これによりアルミニウムが開口部３３に埋め込まれて、ＭＯＳ−ＦＥＴ２ｄに各インダクタ４１，４２，４３が電気的に接続される。
【００３４】
次に、Ｘ線露光可能な安価なレジスト、例えば、ＫｒＦ露光用レジスト等をアルミニウム膜表面に塗布し、Ｘ線リソグラフィによりインダクタ４１，４２，４３と、これらのインダクタ４１，４２，４３に電気的に接続するための電極パッド４４とを形成する。ここで形成されるインダクタ４１，４２，４３は、スパイラルの線幅Ｗが例えば約１０μｍ，最外周径が約１００μｍであるように、ＭＯＳ−ＦＥＴ２ｄと比較して極めて大きく形成されるが、このような大きなインダクタ４１，４２，４３であっても、Ｘ線リソグラフィによれば、凹凸が存在する表面上に高精度に形成することができる。
【００３５】
また、開口部３３へのメタルの埋め込み、すなわち、ＭＯＳ−ＦＥＴ２ｄとの電気的接続も、一度の露光工程により完了することができるので、ＭＯＳ−ＦＥＴ２ｄとの電気的に接続する「すり鉢状コンタクト」を簡便に形成することが可能となる。従って、インダクタ４１，４２，４３とＭＯＳ−ＦＥＴ２ｄとを少ない工程数で歩留まり良く形成することができるので、製造コストも抑制することができる。
【００３６】
このように形成されたインダクタ４１，４２，４３とすり鉢状コンタクトとを物理的および化学的に保護するために、この表面に常圧ＣＶＤ等によりＢＰＳＧ膜を１μｍ程度成膜したのちに、プラズマＣＶＤ等によるＳｉＯＮ膜を０．５μｍ程度成膜してパッシベーション膜を形成する。これにより１００ＧＨｚ−ＲＦ混載システムＬＳＩ１００ａを構成するための能動素子２と受動素子４とを、シリコン基板１上に極めて廉価に一体形成することが可能となる。
【００３７】
以上、詳述したように、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、シリコン基板１表面上に５μｍ以上１２０μｍ以下の膜厚で形成された絶縁膜３上に、受動素子４を正確に形成できるとともに、この受動素子４とシリコン基板１ａ表面に形成された能動素子２とを絶縁膜３によりほぼ完全に電気的に分離することができる。従って、高価な完全空乏型ＳＯＩ基板を使用しなくても、受動素子４から漏れ出る電磁界に起因した電力損失を回避することができる。このため、これらの能動素子２と受動素子４とによって、動作速度の制限なくＲＦ−ＩＣ回路を設計することが可能となる。
【００３８】
また、本発明によれば、Ｘ線により露光するリソグラフィ工程を採用することによって、絶縁膜３により能動素子２から距離Ｈだけ離間して形成された受動素子４およびＭＥＭＳ６と能動素子２とを、周知の配線工程に準ずるメタライズ・プロセスにより容易に接続することができる。このため、製造コストを低減することができるので、より安価にＲＦ回路とＩＣ回路とを一体形成することが可能となる。よって、例えば１０ＧＨｚ以上の高周波帯域に対応したＲＦ−ＩＣ回路を含む半導体装置、例えば、１００ＧＨｚ−ＲＦ混載システムＬＳＩ１００ａ等を、安価なシリコン基板１上に、ＣＭＯＳプロセスにより大量に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の要部斜視図。
【図２】図１で示す受動素子を含む回路の一例としてのタンク回路を示す回路図。
【図３】本実施形態に係る半導体装置を応用した１００ＧＨｚ−ＲＦ混載システムＬＳＩ１００ａの構成を示す模式図。
【図４】１００ＧＨｚ−ＲＦ混載システムＬＳＩ１００ａの要部の構成を一部断面で示す要部断面斜視図。
【図５】従来の半導体装置の構成を示す概略図。
【符号の説明】
【００４０】
１  シリコン基板
２  能動素子
３  絶縁膜
３１  感光性樹脂層
３２  平坦化絶縁層
４  受動素子
５  ＲＦ回路
１００，２００  半導体装置
【図１】
2005268249.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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