(57)【要約】  半導体基板（１）の上に、複数の制御電極（２）、複数の第１電極（３）、及び複数の第２電極（４）を有するマルチフィンガーのトランジスタが形成されている。樹脂膜（１４，１５）がトランジスタを覆っている。複数の第１電極（３）を互いに電気的に接続する第１の配線（８）が樹脂膜（１４，１５）の上に形成されている。樹脂膜（１４，１５）は第１の配線（８）と複数の第１電極（３）とのコンタクト部分を覆う。複数の制御電極（２）及び複数の第２電極（４）の周囲において樹脂膜（１４，１５）で密閉された中空構造（１６）が形成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成された複数の制御電極、複数の第１電極、及び複数の第２電極を有するマルチフィンガーのトランジスタと、
前記トランジスタを覆う樹脂膜と、
前記樹脂膜の上に形成され、前記複数の第１電極を互いに電気的に接続する第１の配線とを備え、
前記樹脂膜は前記第１の配線と前記複数の第１電極とのコンタクト部分を覆い、
前記複数の制御電極及び前記複数の第２電極の周囲において前記樹脂膜で密閉された第１の中空構造が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体基板の上に形成され前記樹脂膜で覆われ、前記複数の制御電極を互いに電気的に接続する第２の配線を更に備え、
前記第１の配線と前記第２の配線の交差部分において前記樹脂膜で密閉された第２の中空構造が形成されてい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】
前記第１の配線は、前記複数の制御電極及び前記複数の第２電極の上方に形成されてい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４】
前記樹脂膜で覆われた下層配線と、
前記樹脂膜の上に形成された上層配線とを備え、
前記下層配線と前記上層配線の交差部分において前記樹脂膜で密閉された第２の中空構造が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の中空構造の内部において前記樹脂膜を支える支柱が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体基板の上に制御電極、第１電極、及び第２電極を有するトランジスタを形成する工程と、
前記半導体基板の上に、前記第１電極を覆いつつ、前記制御電極及び前記第２電極を囲む第１の樹脂膜を形成する工程と、
第２の樹脂膜を前記第１の樹脂膜の上面に接合させて前記制御電極及び前記第２電極の周囲において前記第１及び第２の樹脂膜で密閉された中空構造を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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂膜で密閉された中空構造が形成されている半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体からなる高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）は優れた高周波特性と低雑音性を有するため、マイクロ波及びミリ波の増幅器に応用されている。ＨＥＭＴの高周波特性を向上させるためには、遮断周波数（ｆＴ）及び最大動作周波数（ｆｍａｘ）を向上させる必要がある。ｆＴ及びｆｍａｘの向上には相互コンダクタンス増大及びゲート電極−ソース電極間の静電容量の低減が有効な手段である。【０００３】
一方、ウエハーレベルパッケージ技術を適用したＨＥＭＴにおいては、樹脂膜がＹ型ゲートの庇部の下に充填されるため、静電容量が増大し、高周波特性が劣化することが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。この課題を解決するため、ゲート電極の周りの樹脂膜を除去することが高周波特性の劣化を防ぐための手段として知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。また、ゲート電極の周りに中空構造を形成することに加え、可能な限り容量の増加を抑えるため、その中空構造をソース、ドレイン電極の周囲まで広げたトランジスタ及びその製造方法が提案されている（例えば、特許文献４，５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本特開平０５−３３５３４３号公報
【特許文献２】日本特開２０１５−０４６４４５号公報
【特許文献３】日本特開２０１６−０３９３１９号公報
【特許文献４】日本特開２０１４−２０９５２２号公報
【特許文献５】日本特開２００９−１７６９３０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】T. Hisaka1, H. Sasaki1, T. Katoh1, K. Kanaya1, N. Yoshida1, A. A. Villanueva, and J. A. del Alamo, IEICE Electronics Express,Vol.7,No.8, P.558-562
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、トランジスタ全体に樹脂膜が形成されていない構造では、樹脂膜と電極との隙間から、その後の工程で用いるレジスト又は無機水溶液などの薬品が中空構造に入り込むという問題がある。また、ウエハーレベルパッケージ技術を適用した半導体装置において、トランジスタ以外の配線部が樹脂膜で覆われ、装置全体の静電容量が増加する。この結果、利得又は雑音特性などの高周波特性が劣化するという問題があった。【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は薬品が中空構造に入り込むのを防ぎ、静電容量を小さくして高周波特性を向上させることができる半導体装置及びその製造方法を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成された複数の制御電極、複数の第１電極、及び複数の第２電極を有するマルチフィンガーのトランジスタと、前記トランジスタを覆う樹脂膜と、前記樹脂膜の上に形成され、前記複数の第１電極を互いに電気的に接続する第１の配線とを備え、前記樹脂膜は前記第１の配線と前記複数の第１電極とのコンタクト部分を覆い、前記複数の制御電極及び前記複数の第２電極の周囲において前記樹脂膜で密閉された第１の中空構造が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、複数の制御電極及び複数の第２電極の周囲において樹脂膜で密閉された第１の中空構造が形成されている。このようにトランジスタにおける中空構造を広げることで、制御電極の周りだけに中空構造を形成した場合に比べて可及的にトランジスタの静電容量を小さくすることができる。これにより、静電容量を小さくして高周波特性を向上させることができる。また、樹脂膜は第１の配線と複数の第１電極とのコンタクト部分を覆っている。これにより、第１の中空構造を形成した後の工程で用いるレジスト又は無機水溶液などの薬品が第１の中空構造に入り込むのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。
【図２】図１のＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＶに沿った断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す平面図である。
【図１０】図９のＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す平面図である。
【図１４】図１３のＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。図２は図１のＩ−ＩＩに沿った断面図である。図３は図１のＩＩＩ−ＩＶに沿った断面図である。半導体基板１の上に、複数のゲート電極２、複数のソース電極３、及び複数のドレイン電極４を有するマルチフィンガーの電界効果トランジスタが形成されている。ゲート電極２の断面形状はＴ型又はＹ型である。複数のゲート電極２はゲート配線５を介してゲートパッド６に接続されている。複数のソース電極３はソース配線７及び接続配線８を介してソースパッド９に接続されている。複数のドレイン電極４はドレイン配線１０を介してドレインパッド１１に接続されている。
【００１３】
絶縁膜１２，１３及び樹脂膜１４，１５がトランジスタを覆っている。接続配線８は樹脂膜１５の上に形成されている。接続配線８及びソース配線７が複数のソース電極３を互いに電気的に接続する。樹脂膜１４は接続配線８と複数のソース電極３とのコンタクト部分を覆っている。複数のゲート電極２及び複数のドレイン電極４の周囲において樹脂膜１４，１５で密閉された中空構造１６が形成されている。また、ゲート配線５と接続配線８の交差部分において樹脂膜１４，１５で密閉された中空構造１７が形成されている。
【００１４】
樹脂膜１４，１５の厚みは２〜２０μｍである。中空構造１６，１７の高さは１〜１０μｍである。中空構造１６，１７の幅、奥行きは数μｍ〜数百μｍである。中空構造１６，１７は、チップ全体ではなく、トランジスタ及び配線といった回路の要素ごとに形成されている。
【００１５】
続いて、本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明する。図４〜８は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図４，６，８は図２の断面図に対応し、図５，７は図３の断面図に対応する。
【００１６】
まず、図４，５に示すように、半導体基板１の上にゲート電極２、ソース電極３、及びドレイン電極４を有するトランジスタを形成する。この際に、ゲート配線５などの下層配線も同時に形成する。全面に絶縁膜１２を形成する。後の工程で電気的な配線を接続する箇所は絶縁膜１２を開口する。次に、スピンコータを用いた塗布法又はラミネート法又はＳＴＰ（Spin-coating film Transfer and hot-Pressing technology）法により全面に感光性樹脂膜である樹脂膜１４を形成する。露光と現像により樹脂膜１４をパターニングして、ソース電極３を覆いつつ、ゲート電極２及びドレイン電極４を覆わずに囲むようにする。このように感光性樹脂膜を用いることで簡単に樹脂膜１４をパターニングすることができる。また、後に配線の交差部分になるゲート配線５上の領域でも樹脂膜１４を開口させる。その後、キュア処理を行って樹脂膜１４を硬化させる。
【００１７】
次に、図６，７に示すように、樹脂膜１５として感光性樹脂膜のシートフィルムをラミネート法又はＳＴＰ法により樹脂膜１４の上面に接合させる。これにより、ゲート電極２及びドレイン電極４の周囲において樹脂膜１４，１５で密閉された中空構造１６が形成される。同時に、同一平面上にあるゲート配線５の上方領域にも中空構造１７を形成することができる。
【００１８】
次に、図８に示すように、樹脂膜１５に対して露光と現像を行い、ソース電極３等の上にスルーホール１８を形成する。その後、キュア処理を行って樹脂膜１５を硬化させる。なお、樹脂膜１５は非感光性樹脂でもよく、その場合にはスルーホール１８を形成する際にドライエッチングを用いる。
【００１９】
次に、スルーホール１８を介してソース電極３に接続された接続配線８を樹脂膜１５上にめっき又は蒸着により形成する。めっきの場合、給電層を成膜し、レジストにてパターニングを行った後、電解めっきを行う。その後、レジスト及び給電層を除去する。一方、蒸着法の場合、レジストでパターニングを行い、蒸着により金属膜を成膜し、リフトオフ法によりレジストを除去する。最後に、絶縁膜１３で樹脂膜１４の外側及び樹脂膜１５の外側を覆う。ただし、コンタクトに必要な箇所は開口する。これにより、本実施の形態に係る半導体装置が製造される。
【００２０】
本実施の形態では、ゲート電極２及びドレイン電極４の周囲において樹脂膜１４，１５で密閉された中空構造１６が形成されている。このようにトランジスタにおける中空構造を広げることで、ゲート電極２の周りだけに中空構造を形成した場合に比べて可及的にトランジスタの静電容量を小さくすることができる。これにより、静電容量を小さくして高周波特性を向上させることができる。
【００２１】
また、樹脂膜１４は接続配線８とソース電極３とのコンタクト部分を覆っている。これにより、図６に示すように樹脂膜１５を貼り付けた際に中空構造１６が完全に密閉される。このため、中空構造１６を形成した後の工程で用いるレジスト又は無機水溶液などの薬品が中空構造１６に入り込むのを防ぐことができる。
【００２２】
また、ゲート配線５と接続配線８の交差部分において樹脂膜１４，１５で密閉された中空構造１７が形成されている。このように配線間に中空構造を形成することで配線容量が小さくなるため、特性インピーダンスを大きくできる。このため、インピーダンス整合を取りやすく、回路設計がしやすくなる。なお、ゲート配線５とドレイン配線１０の交差部分に中空構造１７を形成してもよい。
【００２３】
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す平面図である。図１０は図９のＩ−ＩＩに沿った断面図である。接続配線８が、複数のゲート電極２及び複数のドレイン電極４の上方かつ樹脂膜１５の上に形成され、複数のソース電極３を互いに電気的に接続する。接続配線８は、ドレイン電極４の長手方向に対して垂直な方向に延びている。その他の構成は実施の形態１と同様であり、この場合でも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。電界効果トランジスタ以外の領域において下層配線１９及び上層配線２０が形成されている。下層配線１９は樹脂膜１４，１５で覆われ、上層配線２０は樹脂膜１５の上に形成されている。下層配線１９と上層配線２０の交差部分において樹脂膜１４，１５で密閉された中空構造１７が形成されている。このように配線間に中空構造を形成することで配線容量が小さくなるため、特性インピーダンスを大きくできる。このため、インピーダンス整合を取りやすく、回路設計がしやすくなる。その他の構成及び効果は実施の形態２と同様である。
【００２５】
実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。中空構造１６，１７の内部において、その上部の樹脂膜１５を支える支柱２１が形成されている。これにより、樹脂膜１５が垂れ下がるのを防ぎ、プロセス上の不具合を防ぐことができる。実施の形態３に比べてデバイスの静電容量は増加するものの、構造を安定に形成できるので、生産安定性が向上する。その他の構成及び効果は実施の形態３と同様である。
【００２６】
実施の形態５．
図１３は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す平面図である。図１４は図１３のＩ−ＩＩに沿った断面図である。半導体基板１の上に、複数のベース電極２２、複数のエミッタ電極２３、及び複数のコレクタ電極２４を有するマルチフィンガーのバイポーラトランジスタが形成されている。複数のベース電極２２はベース配線２５を介してベースパッド２６に接続されている。複数のエミッタ電極２３は接続配線２７を介してエミッタパッド２８に接続されている。複数のコレクタ電極２４はコレクタ配線２９を介してコレクタパッド３０に接続されている。
【００２７】
複数のエミッタ電極２３を互いに電気的に接続する接続配線２７が樹脂膜１５の上に形成されている。樹脂膜１４は接続配線２７と複数のエミッタ電極２３とのコンタクト部分を覆っている。複数のベース電極２２及び複数のコレクタ電極２４の周囲において樹脂膜１４，１５で密閉された中空構造１６が形成されている。このようなバイポーラトランジスタの場合でも実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また、実施の形態３と同様に配線の交差部分に第２の中空構造を形成してもよい。これより、配線容量が小さくなるため、特性インピーダンスを大きくできる。このため、インピーダンス整合を取りやすく、回路設計がしやすくなる。
【符号の説明】
【００２９】
１  半導体基板、２  ゲート電極（制御電極）、３  ソース電極（第１電極）、４  ドレイン電極（第２電極）、５  ゲート配線（第２の配線）、８，２７  接続配線（第１の配線）、１４，１５  樹脂膜、１６，１７  中空構造、１９  下層配線、２０  上層配線、２１  支柱、２２  ベース電極（制御電極）、２３  エミッタ電極（第１電極）、２４  コレクタ電極（第２電極）
【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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【図１０】
2018185839.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年8月7日(2017.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成された複数の制御電極、複数の第１電極、及び複数の第２電極を有するマルチフィンガーのトランジスタと、
前記トランジスタを覆う樹脂膜と、
前記樹脂膜の上に形成され、前記複数の第１電極を互いに電気的に接続する第１の配線とを備え、
前記樹脂膜は前記第１の配線と前記複数の第１電極とのコンタクト部分のうち、トランジスタ領域の上に形成された前記コンタクト部分を覆い、
前記複数の制御電極及び前記複数の第２電極の周囲において前記樹脂膜で密閉された第１の中空構造が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体基板の上に形成され前記樹脂膜で覆われ、前記複数の制御電極を互いに電気的に接続する第２の配線を更に備え、
前記第１の配線と前記第２の配線の交差部分において前記樹脂膜で密閉された第２の中空構造が形成されてい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】
前記第１の配線は、前記複数の制御電極及び前記複数の第２電極の上方に形成されてい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４】
前記樹脂膜で覆われた下層配線と、
前記樹脂膜の上に形成された上層配線とを備え、
前記下層配線と前記上層配線の交差部分において前記樹脂膜で密閉された第２の中空構造が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の中空構造の内部において前記樹脂膜を支える支柱が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体基板の上に制御電極、第１電極、及び第２電極を有するトランジスタを形成する工程と、
前記半導体基板の上に、前記第１電極を覆いつつ、前記制御電極及び前記第２電極を囲む第１の樹脂膜を形成する工程と、
第２の樹脂膜を前記第１の樹脂膜の上面に接合させて前記制御電極及び前記第２電極の周囲において前記第１及び第２の樹脂膜で密閉された中空構造を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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成された複数の制御電極、複数の第１電極、及び複数の第２電極を有するマルチフィンガーのトランジスタと、前記トランジスタを覆う樹脂膜と、前記樹脂膜の上に形成され、前記複数の第１電極を互いに電気的に接続する第１の配線とを備え、前記樹脂膜は前記第１の配線と前記複数の第１電極とのコンタクト部分のうち、トランジスタ領域の上に形成された前記コンタクト部分を覆い、前記複数の制御電極及び前記複数の第２電極の周囲において前記樹脂膜で密閉された第１の中空構造が形成されていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2018185839.tif 000017
【国際調査報告】
2018185839.tif 000018
2018185839.tif 000019