(57)【要約】      （修正有）【課題】金属層上に窒化物半導体を含む能動素子を搭載することによって製造される半導体装置であって、放熱性と信頼性に優れた半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１０はシリコン基板１２、金属層２４、及び、能動素子１４を備えている。シリコン基板１２は、搭載面１２ａ及び主面１２ｂを有している。主面１２ｂは、搭載面１２ａに対向する面である。シリコン基板１２には、搭載面１２ａから主面まで延びるビアホールＶが形成されている。金属層２４は、ビアホールＶ内に設けられている。金属層２４は、銅を含む層とモリブデンを含む層とを含んでいる。能動素子１４は、窒化物半導体を含んでいる。能動素子１４は、その少なくとも一部が金属層２４に接するように設けられている。【選択図】図２
2012028691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭載面及び該搭載面に対向する主面を有し、該搭載面から該主面まで延びるビアホールが形成されたシリコン基板と、
前記ビアホール内に設けられた金属層であって銅を含む層とモリブデンを含む層とを含む該金属層と、
窒化物半導体を含む能動素子であり、その少なくとも一部が前記金属層に接するように設けられた該能動素子と、
を備える半導体装置。
【請求項２】
前記能動素子はＳｉＣ基板又はＧａＮ基板を有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記能動素子の全周縁が、前記搭載面上に設けられている、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の一種として、非特許文献１に記載されているようなモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）が知られている。この文献に記載されたＭＭＩＣは、ＳｉＣ基板にＧａＮ半導体層をエピタキシャル成長することによって形成されたウエハを用いて製造されている。このようにＳｉＣ基板を用いて製造されたＭＭＩＣは、放熱特性、高周波特性、帯域特性に優れている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｅｌｉ  Ｒｅｅｓｅ他、“Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ＭＭＩＣｓ  Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  ＧａＮ  ｏｎ  ＳｉＣ”、ＩＥＥＥ／ＭＴＴ−Ｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ２０１０，Ｄｉｇ．，第１２３０頁〜第１２３３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したＳｉＣ基板は高価である。したがって、ＳｉＣ基板を用いて製造されるＭＭＩＣも高価なものとなり得る。
【０００５】
そこで、本願発明者は、シリコン基板上に窒化物半導体を含む能動素子を搭載することよってＭＭＩＣを構成することを検討している。また、シリコン基板はＳｉＣ基板に比べて熱伝導率が小さいので、本願発明者は、発熱量の多い窒化物半導体を含む能動素子をシリコン基板上に搭載するために、シリコン基板に放熱構造を設けることを検討している。この放熱構造は、シリコン基板にビアホールを設け、当該ビアホール内に金属層を設け、金属層上に能動素子を搭載するものである。
【０００６】
本発明は、このような金属層上に窒化物半導体を含む能動素子を搭載することによって製造される半導体装置であって、放熱性と信頼性に優れた半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る半導体装置は、シリコン基板、金属層、及び、能動素子を備えている。シリコン基板は、搭載面及び主面を有している。主面は、搭載面に対向する面である。シリコン基板には、搭載面から主面まで延びるビアホールが形成されている。金属層は、ビアホール内に設けられている。金属層は、銅を含む層とモリブデンを含む層とを含んでいる。能動素子は、窒化物半導体を含んでいる。能動素子は、その少なくとも一部が金属層に接するように設けられている。
【０００８】
銅は、熱伝導率に優れている。一方、モリブデンは、能動素子の熱膨張率に近い。したがって、銅を含む層及びモリブデンを含む層を有する金属層は、能動素子からの放熱性に優れ、且つ、能動素子との接続部分における信頼性に優れている。したがって、本半導体装置は、放熱性と信頼性に優れている。
【０００９】
一実施形態においては、能動素子は、ＳｉＣ基板又はＧａＮ基板を含み得る。モリブデンの熱膨張率はＳｉＣ基板に近いので、上述した金属層は、特にＳｉＣ基板を含む能動素子の放熱構造として好適に用いることができる。
【００１０】
また、一実施形態においては、能動素子の全周縁が、搭載面上に設けられていてもよい。この形態によれば、能動素子の全周縁が搭載面によって支持されるので、金属層による放熱機能を確保しつつ、能動素子の支持強度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、金属層上に窒化物半導体を含む能動素子を搭載することによって製造される半導体装置であって、放熱性と信頼性に優れた半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る半導体装置の平面図である。
【図２】一実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図３】金属層を拡大して示す断面図である。
【図４】別の一実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図５】一実施形態に係る半導体装置を製造する方法の各工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１４】
図１は、一実施形態に係る半導体装置の平面図である。一実施形態における半導体装置は、ＭＭＩＣで有り得る。一実施形態では、図１に示すように、半導体装置１０は、シリコン基板１２、及び、能動素子１４を備えている。半導体装置１０は、更に、受動素子１６、端子電極１８、及び、線路２０を備え得る。
【００１５】
受動素子１６としては、キャパシタ、及びインダクタといった素子を例示することができる。受動素子１６は、半導体プロセスによってシリコン基板１２に形成されたものであってもよく、或いは、個別に製造されシリコン基板１２上に搭載された素子であってもよい。線路２０は、能動素子１４、受動素子１６、及び、端子電極１８のうち対応する要素間を電気的に接続している。
【００１６】
図２は、一実施形態に係る半導体装置の断面図である。図１及び図２に示す能動素子１４は、窒化物半導体を含む能動素子である。一実施形態においては、能動素子１４は、ＨＥＭＴデバイスであり得る。
【００１７】
図２に示すように、能動素子１４は、半導体基板１４ａ、第１の半導体層１４ｂ、第２の半導体層１４ｃ、ゲート電極１４ｄ、ソース電極１４ｅ、及びドレイン電極１４ｆを備え得る。
【００１８】
半導体基板１４ａとしては、例えば、ＳｉＣ基板又はＧａＮ基板を用いることができる。第１の半導体層１４ｂは、半導体基板１４ａ上にエピタキシャル成長された半導体層である。第１の半導体層１４ｂとしては、ｉ型のＧａＮ半導体層を例示することができる。第２の半導体層１４ｃは、第１の半導体層１４ｂ上エピタキシャル成長された半導体層である。第２の半導体層１４ｃとしては、例えば、ｎ型のＡｌＧａＮ半導体層を例示することができる。ゲート電極１４ｄ、ソース電極１４ｅ、及びドレイン電極１４ｆは、第２の半導体層１４ｃ上に設けられている。ゲート電極１４ｄは、ソース電極１４ｅとドレイン電極１４ｆの間に設けられている。
【００１９】
図２に示すように、シリコン基板１２は、一方の主面１２ａ及び他方の主面１２ｂを有している。一方の主面１２ａ上には、絶縁膜２２が設けられ得る。絶縁膜２２としては、ＳｉＯ２又はＳｉＮ製の膜を例示することができる。
【００２０】
また、シリコン基板１２には、ビアホールＶが形成されている。一実施形態においては、ビアホールＶは、他方の主面１２ｂから一方の主面１２ａまで延びるように設けられている。ビアホールＶ内には、金属層２４が設けられている。この金属層２４のビアホールＶ内の表面上には、能動素子１４が搭載されている。能動素子１４は、金属層２４に固定及び接続されている。例えば、能動素子１４は、金属層２４に対して接合される。
【００２１】
図３は、金属層を拡大して示す断面図である。図２及び図３に示すように、金属層２４は、多層の金属層である。具体的に、金属層２４は、他方の主面１２ｂ及びビアホールＶを画成する面に沿って設けられたＡｕ層２４ａを含み得る。また、金属層２４は、このＡｕ層２４ａ上に、モリブデン層２４ｂ及び銅層２４ｃを含む複数の層を含み得る。モリブデン層２４ｂ及び銅層２４ｃは、交互に積層され得る。モリブデンは、ＳｉＣの熱膨張率に近い熱膨張率を有する金属であり、銅は、熱伝導率の大きい金属である。したがって、半導体基板１４ａがＳｉＣ基板である場合に、当該半導体基板１４ａに沿って形成される部分に、半導体基板１４ａに適した熱膨張率と能動素子１４からの放熱に適した熱伝導率を有する金属層２４を提供することができる。したがって、半導体装置１０は、放熱性と信頼性に優れている。
【００２２】
また、半導体装置１０は、シリコン基板１２をベースとして作成しているので、低コストに作成可能である。また、半導体装置１０は、発熱量の少ない受動素子１６をシリコン基板１２上に設けているが、発熱量の多い能動素子１４を金属層２４上に設けているので、能動素子１４によって発生する熱を良好に放熱することができる。さらに、半導体装置１０は、能動素子１４の一部としてＳｉＣ基板を用いることによって、良好な特性を得ることができる。
【００２３】
以下、別の実施形態に係る半導体装置について説明する。図４は、別の実施形態に係る半導体装置の断面図である。以下、図４に示す半導体装置１０Ａに関して、半導体装置１０と異なる点について説明する。
【００２４】
半導体装置１０Ａでは、一方の主面１２ａに凹部Ｒが形成されている。半導体装置１０Ａでは、能動素子１４は、一方の主面１２ａの延長面に当該能動素子１４の上面が沿うように凹部Ｒ内に配置され得る。即ち、凹部Ｒの深さは、一方の主面１２ａの延長面に能動素子１４の上面が沿うように、能動素子１４の厚みに対して設定され得る。これにより、能動素子１４の電極１４ｄ，１４ｅ，１４ｆと線路２０の水平レベルを実質的に同一とすることができる。したがって、能動素子１４の電極１４ｄ，１４ｅ，１４ｆと線路２０を接続する配線３０（ワイヤやメッキによる配線パターン）の長さを短くすることができる。その結果、配線３０の寄生成分、例えば、寄生インダクタンスを低減することができ、半導体装置１０の電気的特性を向上することができる。
【００２５】
また、半導体装置１０Ａでは、ビアホールＶは、能動素子１４の被搭載面の全周縁が、シリコン基板１２の搭載面上に搭載されるようなサイズを有している。したがって、能動素子１４は、金属層２４に接し、且つ、シリコン基板１２によって支持されている。これにより、半導体装置１０Ａでは、金属層２４による能動素子１４からの放熱機能を確保しつつ、能動素子１４の高い支持強度を得ることができる。なお、図４に示す形態では、凹部Ｒを画成する底面が搭載面として機能している。これに代えて、シリコン基板１２の一方の主面１２ａが搭載面であってもよい。
【００２６】
以下、一実施形態に係る半導体装置を製造する方法について説明する。図５は、一実施形態に係る半導体装置を製造する方法の各工程を示す図である。一実施形態においては、図５の（ａ）に示すように、まず、シリコン基板１２の一方の主面１２ａに絶縁膜２２が形成される。
【００２７】
また、図５の（ａ）に示すように、ビアホールＶが、他方の主面１２ａから一方の主面１２ａまで形成される。ビアホールＶは、ウェットエッチングやドライエッチングといった任意の方法によって形成することができる。
【００２８】
次いで、図５の（ｂ）に示すように、ビアホールＶを画成する面に沿って金属層２４が形成される。この金属層２４は、上述した多層の金属層である。また、金属層２４は、他方の主面１２ｂ上にも形成される。なお、金属層２４は、金属のメッキ処理により形成され得る。
【００２９】
次いで、図５の（ｃ）に示すように、金属層２４上の絶縁膜２２を除去した後、能動素子１４が金属層２４の表面上に搭載される。そして、図５の（ｄ）に示すように、線路２０を一方の主面１２ａ上に形成した後、線路２０と能動素子１４とをワイヤといった配線３０により接続する。以上の工程により、一実施形態に係る半導体装置が製造される。
【００３０】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、図５の（ｃ）及び（ｄ）に示す能動素子１４の搭載、線路の形成、配線といった表面プロセスを、ビアホールＶの形成や金属層２４の形成の前に行ってもよい。したがって、半導体装置の製造方法には、本発明の思想を逸脱しない範囲において、任意の製造方法を採用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０，１０Ａ…半導体装置、１２…シリコン基板、１２ａ…一方の主面、１２ｂ…他方の主面、１４…能動素子、１６…受動素子、２０…線路、２４…金属層、３０…配線、Ｒ…凹部、Ｖ…ビアホール。
【図１】
2012028691.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2012028691.tif 000006
【図５】
2012028691.tif 000007