半導體裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導體裝置。在具備雙極晶體管BT的半導體裝置中，柱狀凸點(20)和與發(fā)射極層(5)電連接的第二布線(14)接觸的第三開口(16)從與發(fā)射極層(5)的正上對應的位置向發(fā)射極層(5)的長邊方向偏移，第三開口(16)相對于發(fā)射極層(5)，被配置成發(fā)射極層(5)的長邊方向的端部與第三開口(16)的開口端幾乎一致。
【專利說明】
半導體裝置
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及半導體裝置，特別是，涉及具備異質(zhì)結(jié)型的雙極晶體管的半導體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年，作為構(gòu)成移動終端機等功率放大器模塊的晶體管，應用異質(zhì)結(jié)型的雙極晶體管。這種雙極晶體管被稱為HBT(Hetero junct1n Bipolar Transistor:異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)。
[0003]這里，對具備那樣的雙極晶體管的半導體裝置的一個例子進行說明。如圖27、圖28以及圖29所示，在雙極晶體管中，子集電極層102形成為與半絕緣性GaAs基板101接觸，集電極層103形成為與該子集電極層102接觸?；鶚O層104形成為與集電極層103接觸，發(fā)射極層105形成為與該基極層104接觸。
[0004]發(fā)射極電極106形成為與發(fā)射極層105接觸?；鶚O電極107形成為與基極層104接觸。集電極電極108形成為與子集電極層102接觸。第一絕緣膜109形成為覆蓋發(fā)射極電極106、基極電極107以及集電極電極108等。
[0005]第一布線11Ia、11 Ib、11 Ic形成為與第一絕緣膜接觸。經(jīng)由形成于第一絕緣膜109的第一開口 110，第一布線Illa與發(fā)射極電極106電連接，第一布線Illb與基極電極107電連接，第一布線11 Ic與集電極電極108電連接。第二絕緣膜112形成為覆蓋第一布線111a、lllb、lllc0
[0006]第二布線114形成為與第二絕緣膜接觸。第二布線114經(jīng)由形成于第二絕緣膜112的第二開口 113，與發(fā)射極電極106電連接。鈍化膜115形成為覆蓋第二布線114。
[0007]柱狀凸點120形成為與鈍化膜115接觸。柱狀凸點120是凸點下金屬117、金屬粧118以及焊錫119的層疊結(jié)構(gòu)。柱狀凸點120經(jīng)由形成于鈍化膜115的第三開口 116與第二布線114電連接。第三開口 116形成為雙極晶體管的整體位于第三開口 116的區(qū)域內(nèi)。以往的雙極晶體管如上述那樣構(gòu)成。
[0008]在具備以往的雙極晶體管的半導體裝置中，雙極晶體管的整體配置在第三開口116的區(qū)域內(nèi)，所以柱狀凸點120經(jīng)由發(fā)射極電極106、第一布線Illa以及第二布線114位于發(fā)射極層105的正上。
[0009]由此，柱狀凸點120配置在雙極晶體管中成為發(fā)熱源的發(fā)射極層105的正下的集電極層103等的正上，從發(fā)射極層105的正下的集電極層103等到柱狀凸點120的距離幾乎成為最短距離，能夠減小熱電阻。其結(jié)果，使在雙極晶體管中產(chǎn)生的熱量有效地散熱到柱狀凸點120，能夠抑制雙極晶體管的接合溫度的上升。
[0010]此外，作為公開了作為凸點，在雙極晶體管的正上配置釘頭凸點的半導體裝置的文獻的一個例子，有日本特開2003 — 77930號公報(專利文獻I)。
[0011 ] 專利文獻I:日本特開2003 — 77930號公報
[0012]如上述那樣，在以往的雙極晶體管中，通過在發(fā)射極層105的正上配置柱狀凸點120，能夠減小熱電阻。然而，在該結(jié)構(gòu)中，由
【發(fā)明人】們確認在通過在高溫下對雙極晶體管進行通電來評價長期可靠性時產(chǎn)生問題。
[0013]S卩，判明了在發(fā)射極層等內(nèi)產(chǎn)生起因于發(fā)射極層等(GaAs層)的熱膨脹率(熱膨脹系數(shù))與柱狀凸點的熱膨脹率(熱膨脹系數(shù))之差的熱應力，由于該熱應力，雙極晶體管的電流放大率在極短時間內(nèi)降低。
[0014]例如，作為連接柱狀凸點的結(jié)構(gòu)，在將雙極晶體管面朝下安裝于PCB(PrintedCircuit Board:印刷線路板)基板等安裝基板的結(jié)構(gòu)中，若在溫度150°C以上的環(huán)境下流通20?50kA/cm2的電流，則雙極晶體管的電流放大率在極短的時間內(nèi)劣化。
[0015]具體而言，在面朝下安裝的結(jié)構(gòu)中，與通過通常的引線鍵合實現(xiàn)不具有柱狀凸點的雙極晶體管與外部的電連接的面朝上安裝的結(jié)構(gòu)比較，在相同的條件下進行了環(huán)境試驗的情況下，可靠性壽命從1/10縮短到1/100。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明是為了解決上述問題點而提出的，其目的在于提供具備能夠抑制熱電阻的增大，并且緩和熱應力的雙極晶體管的半導體裝置。
[0017]本發(fā)明所涉及的半導體裝置是具備異質(zhì)結(jié)型的雙極晶體管的半導體裝置，雙極晶體管具備集電極層、基極層、發(fā)射極層、發(fā)射極布線、鈍化膜以及凸點?；鶚O層形成在集電極層上。發(fā)射極層形成在基極層上。發(fā)射極布線與發(fā)射極層電連接。鈍化膜被形成為覆蓋發(fā)射極布線，且具有使發(fā)射極布線露出的開口。凸點在鈍化膜上被形成為填埋開口，并經(jīng)由發(fā)射極布線而與發(fā)射極層電連接。開口相對于發(fā)射極層配置第一配置和第二配置之間的位置，上述第一配置為俯視時發(fā)射極層與開口內(nèi)的區(qū)域重合的面積的相對于發(fā)射極層的面積的重合比例小于1/2，上述第二配置為相對于上述第一配置向遠離發(fā)射極層的方向偏移且發(fā)射極層的端部位于凸點與鈍化膜在俯視時重合的區(qū)域。
[0018]根據(jù)本發(fā)明所涉及的半導體裝置，開口相對于發(fā)射極層配置在重合比例小于1/2的第一配置與發(fā)射極層的端部位于凸點與鈍化膜在俯視時重合的區(qū)域的第二配置之間的位置。由此，能夠抑制熱電阻的增大并且緩和熱應力。
[0019]優(yōu)選開口相對于發(fā)射極層配置在重合比例小于1/4的第三配置與第二配置之間的位置。
[0020]由此，能夠有效地緩和熱應力。
[0021 ]優(yōu)選作為具體的配置，發(fā)射極層具有具有寬度地延伸，凸點相對于發(fā)射極層，被配置成凸點的重心俯視時位于從發(fā)射極層的重心向發(fā)射極層延伸的長邊方向遠離的位置。
[0022]另外，優(yōu)選發(fā)射極布線被形成為覆蓋發(fā)射極層的整體。
[0023]由此，能夠有助于熱電阻的減少。
[0024]并且，優(yōu)選具備再布線，上述再布線與位于開口的發(fā)射極布線電連接且形成在鈍化膜上。
[0025]由此，能夠提高與再布線連接的墊片等的配置的自由度。
[0026]本發(fā)明所涉及的其它的半導體裝置是具備異質(zhì)結(jié)型的雙極晶體管的半導體裝置，雙極晶體管具備集電極層、基極層、發(fā)射極層、發(fā)射極布線、再布線、絕緣膜以及凸點?；鶚O層形成在集電極層上。發(fā)射極層形成在基極層上。發(fā)射極布線與發(fā)射極層電連接。再布線與發(fā)射極布線連接。絕緣膜被形成為覆蓋再布線，且具有使發(fā)射極布線露出的開口。凸點在絕緣膜上被形成為填埋開口，并經(jīng)由發(fā)射極布線而與發(fā)射極層電連接。開口相對于發(fā)射極層，配置在第一配置和第二配置之間的位置，上述第一配置為俯視時發(fā)射極層與開口內(nèi)的區(qū)域重合的面積的相對于發(fā)射極層的面積的重合比例小于1/2，上述第二配置為相對于上述第一配置向遠離發(fā)射極層的方向偏移且發(fā)射極層的端部位于凸點與絕緣膜在俯視時重合的區(qū)域。
[0027]根據(jù)本發(fā)明所涉及的其它的半導體裝置，開口相對于發(fā)射極層，配置在重合比例小于1/2的第一配置與發(fā)射極層的端部位于凸點與絕緣膜在俯視時重合的區(qū)域的第二配置之間的位置。由此，能夠抑制熱電阻的增大并且緩和熱應力。
[0028]優(yōu)選作為凸點的具體的種類，凸點包括柱狀凸點。
[0029]優(yōu)選此時，柱狀凸點至少包括與發(fā)射極布線連接的金屬層、被形成為與金屬層接觸的金屬粧、以及被形成為與金屬粧接觸的焊錫。
[0030]并且，優(yōu)選具備安裝雙極晶體管的安裝基板，凸點與安裝基板連接。
[0031 ]由此，能夠緩和起因于雙極晶體管的熱膨脹率與安裝基板的熱膨脹率之差的熱應力。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明的實施方式I所涉及的半導體裝置的俯視圖。
[0033]圖2是上述實施方式中，圖1所示的剖面線II一II上的剖視圖。
[0034]圖3是上述實施方式中，圖1所示的剖面線III一III上的剖視圖。
[0035]圖4是上述實施方式中，圖1所示的剖面線IV— IV上的剖視圖。
[0036]圖5是表示上述實施方式中，相對于雙極晶體管的柱狀凸點的配置與熱應力的關系的圖表。
[0037]圖6是示意地表示上述實施方式中，發(fā)射極層與第三開口的配置關系的第一俯視圖。
[0038]圖7是示意地表示上述實施方式中，發(fā)射極層與第三開口的配置關系的第二俯視圖。
[0039]圖8是示意地表示上述實施方式中，發(fā)射極層與第三開口的配置關系的第三俯視圖。
[0040]圖9是上述實施方式中，發(fā)射極層與第三開口的配置關系的第四俯視圖。
[0041]圖10是上述實施方式中，變形例所涉及的半導體裝置的俯視圖。
[0042]圖11是上述實施方式中，圖10所示的剖面線XI—XI上的剖視圖。
[0043]圖12是表示上述實施方式中，半導體裝置的制造方法的一工序的剖視圖。
[0044]圖13是表示上述實施方式中，在圖12所示的工序之后進行的工序的剖視圖。
[0045]圖14是表示上述實施方式中，在圖13所示的工序之后進行的工序的剖視圖。
[0046]圖15是表示上述實施方式中，在圖14所示的工序之后進行的工序的剖視圖。
[0047]圖16是表示上述實施方式中，在圖15所示的工序之后進行的工序的剖視圖。
[0048]圖17是表示上述實施方式中，在圖16所示的工序之后進行的工序的剖視圖。
[0049]圖18是表示上述實施方式中，在圖17所示的工序之后進行的工序的剖視圖。
[0050]圖19是表示上述實施方式中，在圖18所示的工序之后進行的工序的剖視圖。
[0051]圖20是表示上述實施方式中，在圖19所示的工序之后進行的工序的剖視圖。
[0052]圖21是表示上述實施方式中，在圖20所示的工序之后進行的工序的剖視圖。
[0053]圖22是表示上述實施方式中，在圖21所示的工序之后進行的工序的剖視圖。
[0054]圖23是表示上述實施方式中，在圖22所示的工序之后進行的工序的剖視圖。
[0055]圖24是本發(fā)明的實施方式2所涉及的半導體裝置的剖視圖。
[0056]圖25是本發(fā)明的實施方式3所涉及的半導體裝置的剖視圖。
[0057]圖26是本發(fā)明的實施方式4所涉及的半導體裝置的剖視圖。
[0058]圖27是以往的半導體裝置的俯視圖。
[0059]圖28是圖27所示的剖面線XXVIII — XXVIII上的剖視圖。
[0060]圖29是圖27所示的剖面線XXIX—XXIX上的剖視圖。
【具體實施方式】
[0061 ]實施方式I
[0062]這里，對具備異質(zhì)結(jié)型雙極晶體管的半導體裝置的第一例進行說明。
[0063]如圖1、圖2、圖3以及圖4所示，在具備雙極晶體管BT的半導體裝置中，子集電極層2(η型GaAs，Si濃度:5 X 1018cm—3，膜厚:0.6μπι)形成為與半絕緣性GaAs基板I的表面接觸。形成集電極層3(11型6348，5;[濃度:5\1015011—3，膜厚:1急111)開$成為與子集電極層2接觸?；鶚O層4(ρ型GaAs，C濃度:4X 1019cm—3，膜厚:10nm)開$成為與集電極層3接觸。
[0064]臺面形狀的發(fā)射極層5形成為與基極層4接觸。發(fā)射極層5是從基極層4側(cè)，依次層疊η型InxGai一XP層(In組成比x = 0.5，Si濃度:3 X 1017cm—3，膜厚:30nm)層(Si濃度:3 X 1017cm-3，膜厚:90nm)、11型6&六8接觸層(Si濃度:I X 1019cm-3，膜厚:50nm)、以及η型InxGai—xAs接觸層(In組成比χ = 0.5，Si濃度:I X 119Cm-3，膜厚:50nm)的結(jié)構(gòu)。
[0065]發(fā)射極電極6形成為與發(fā)射極層5接觸。集電極電極8形成為與子集電極層2接觸?；鶚O電極7形成為與基極層4接觸。發(fā)射極電極6由WSi膜(Si摩爾比:0.3，膜厚:0.3μπι)形成?；鶚O電極7通過層疊Ti膜(膜厚:50nm)/Pt膜(膜厚:50nm)/Au膜(膜厚:200nm)形成。集電極電極8通過層疊41^膜(膜厚:60]1111)/附膜(膜厚:1011111)/^11膜(膜厚:20011111)形成。
[0066]第一絕緣膜9(SiN，膜厚:50nm)形成為覆蓋發(fā)射極電極6、基極電極7以及集電極電極8。在第一絕緣膜9形成有使發(fā)射極電極6等露出的第一開口 10。經(jīng)由第一開口 10，與發(fā)射極電極6電連接的第一布線11a、與基極電極7電連接的第一布線11b、以及與集電極電極8電連接的第一布線Ilc分別形成為與第一絕緣膜9接觸。第一布線11a、11b、Ilc例如由金膜(Au，膜厚:1μπι)形成。
[0067]第二絕緣膜12(SiN，膜厚:100nm)形成為覆蓋第一布線lla、llb、llc。在第二絕緣膜12形成使第一布線Ila露出的第二開口 13。經(jīng)由第二開口 13與第一布線Ila電連接的第二布線14(Au，膜厚:4μπι)形成為與第二絕緣膜12接觸。如圖1所示，第二布線14形成為覆蓋包括集電極層3、基極層4以及發(fā)射極層5的雙極晶體管的整體。
[0068]鈍化膜15(SiN，膜厚:500nm)形成為覆蓋第二布線14。在鈍化膜15中的規(guī)定的區(qū)域形成使第二布線14露出的第三開口 16。柱狀凸點20形成為填埋該第三開口 16，并且與沿第三開口 16的開口端進行配置的鈍化膜15接觸。如圖3以及圖4所示，柱狀凸點20是UBM(UnderBump Metal:凸點下金屬)17(Ti，膜厚:150]1111)、金屬粧18((]11，膜厚:5(^111)以及焊錫19(511，膜厚:30μπι)的層疊結(jié)構(gòu)。此外，也可以在金屬粧18與焊錫19之間，例如，形成Ni等的相互擴散防止用的阻擋金屬層。
[0069]這里，對柱狀凸點20、第三開口16、以及雙極晶體管(發(fā)射極層5)的配置關系進行詳細說明。
[0070]如圖1所示，發(fā)射極層5為矩形的發(fā)射極。若將長邊方向設為X方向，將與長邊方向正交的方向設為Y方向，則發(fā)射極層5的Y方向的長度(寬度)設定為4μπι，X方向(長邊方向)的長度設定為28μπι。柱狀凸點20的X方向的長度PX設定為75μπι，Υ方向的長度PY設定為75μπι?500μπι左右。第三開口 16的X方向的長度KX設定為55μπι。并且如圖3所示，第三開口 16相對于發(fā)射極層5配置為發(fā)射極層5的長邊方向的端部與第三開口 16的開口端幾乎一致。
[0071]在上述的具備雙極晶體管的半導體裝置中，柱狀凸點20和與發(fā)射極層5電連接的第二布線14接觸的第三開口 16配置在從與發(fā)射極層5的正上對應的位置，向發(fā)射極層5的長邊方向偏移的位置。由此，能夠使作用給雙極晶體管的熱應力緩和。對此進行說明。
[0072]由
【發(fā)明人】們確認熱應力起因于發(fā)射極層5等(GaAs層)的熱膨脹率與柱狀凸點20的熱膨脹率之差。通過模擬評價熱應力與相對于雙極晶體管BT的柱狀凸點20(第三開口 16)的配置的關系的圖表如圖5所示。橫軸表示以發(fā)射極層的中心(長邊方向與寬度方向的中央)為原點，沿發(fā)射極層的長邊方向的位置?？v軸表示發(fā)射極層中的熱應力。發(fā)射極層的長度設定為30μπι。另外，將相對于發(fā)射極層的俯視時的面積的、發(fā)射極層與第三開口的俯視時的重合的面積的比例設為重合比例。
[0073]如圖5所示，首先，作為比較例，在如圖27等所示的以往的半導體裝置那樣，重合比例為100%的情況下，明確在發(fā)射極層的區(qū)域內(nèi)，熱應力示出幾乎恒定的分布。若從該狀態(tài)，使第三開口(柱狀凸點)向X方向(正)偏移，逐漸減小重合比例，則明確從第三開口所在的一側(cè)的發(fā)射極層的部分(部分Α)向與第三開口所在的一側(cè)相反的一側(cè)的發(fā)射極層的部分(部分B)，發(fā)射極層的熱應力示出逐漸減少的趨勢。
[0074]即，明確若減小重合比例，則在發(fā)射極層中，朝向X方向(負)，熱應力示出逐漸減少的趨勢。并且，明確發(fā)射極層的部分A的熱應力也減少，在重合比例為7 %左右時，與比較例的情況相比，熱應力大約減少12%。
[0075]根據(jù)
【發(fā)明人】們的評價，判明了即使在發(fā)射極層與第三開口在俯視時重合，在其重合比例為比1/2(50%)低的值時，也能夠使發(fā)射極層的端部的熱應力減少，若重合比例是比1/4(25%)低的值，則能夠更有效地減少熱應力。換言之，判明了為了減少熱應力，發(fā)射極層與第三開口俯視時不重合并不是必需的結(jié)構(gòu)，而只要發(fā)射極層與第三開口俯視時重合面積較小即可。
[0076]這考慮是因為能夠在發(fā)射極層5的正上形成未配置柱狀凸點20的區(qū)域，而且，即使在發(fā)射極層5的正上配置柱狀凸點20，也能夠形成發(fā)射極層5等被夾在與柱狀凸點20之間的鈍化膜15覆蓋的區(qū)域，從而能夠緩和發(fā)射極層5等的熱應力。
[0077]并且，明確在重合比例為O%時，與比較例的情況相比，熱應力減少大約22 %。根據(jù)
【發(fā)明人】們的評價，判明了在重合比例為0%的情況下，若發(fā)射極層的端部位于柱狀凸點與鈍化層俯視時重合的區(qū)域，則能夠減少發(fā)射極層的應力。換言之，判明了為了減少熱應力，發(fā)射極層與柱狀凸點在俯視時不重合并不是必需的結(jié)構(gòu)，而通過在發(fā)射極層5與柱狀凸點20之間夾入鈍化膜15能夠減少熱應力。
[0078]S卩，考慮通過在發(fā)射極層5等與柱狀凸點20俯視時重合的區(qū)域夾入鈍化膜，能夠緩和發(fā)射極層5等的熱應力。
[0079]然而，通過使第三開口(柱狀凸點)從發(fā)射極層5向X方向(正)偏移，雖然能夠使熱應力減少，但另一方面從發(fā)射極層5等到柱狀凸點20的距離變長，使在發(fā)射極層5的正下的集電極層3等產(chǎn)生的熱量傳導到柱狀凸點20時的熱電阻增大。因此，對熱電阻進行研究。
[0080]在發(fā)射極層與柱狀凸點俯視時不重合的配置中，使在發(fā)射極層5的正下的集電極層3等產(chǎn)生的熱量傳導到柱狀凸點20時的熱電阻急劇地增大。例如，若發(fā)射極層的長邊方向的端部與第三開口的端部的距離為18M1，則熱電阻急劇地增大到以往的情況的大約2.6倍。并且，若距離比18μπι長，則熱電阻迅速地與距離的增量成比例以上地增大。
[0081]另一方面，在重合比例比1/2(50%)低的情況下，由于從發(fā)射極層5的正下的集電極層3等到柱狀凸點20的第三開口 16的端部的距離變短，所以避免其間的熱電阻的增大。例如，在發(fā)射極層與第三開口的重合比例為7%左右時，熱電阻停留在以往的情況下的1.5倍左右，成為比較緩慢的增大。
[0082]另外，在本實施方式I中，作為柱狀凸點20電連接的布線示出了第二布線14，但該第二布線14的膜厚為4μπι，所以與將厚度Ιμπι的第一布線Ila作為電連接的布線使用相比，該區(qū)域的部分的熱電阻較小，有利于使整個熱電阻減少。
[0083]
【發(fā)明人】們研究了該熱應力與熱電阻兩個參數(shù)的結(jié)果，得到以下那樣的知識。首先，如圖6所示，將發(fā)射極層5與第三開口 16的重合比例為1/2(50%)的配置設為配置Α，如圖7所示，將重合比例為1/4(25%)的配置設為配置B。另外，如圖8所示，將重合比例為0，發(fā)射極層的長邊方向的端部與第三開口的開口端一致的配置設為配置C。而且，如圖9所示，將重合比例為0，發(fā)射極層5的長邊方向的端部位于柱狀凸點20與鈍化膜15俯視時重合的區(qū)域的配置設為配置D。
[0084]這樣一來，
【發(fā)明人】們發(fā)現(xiàn)為了抑制熱電阻的增大并且使熱應力緩和，期望第三開口 16相對于發(fā)射極層5，配置在配置A與配置D之間的位置，為了更有效地減少熱應力，期望第三開口 16相對于發(fā)射極層5，配置在配置B與配置D之間的位置。
[0085]上述的圖1?圖4所示的雙極晶體管與配置C對應。另外，重合比例為7%的情況下的雙極晶體管如圖10以及圖11所示。圖10以及圖11所示的雙極晶體管除了重合比例不同以夕卜，與圖1?圖4所示的雙極晶體管相同，所以在同一部件附加同一附圖標記并且不重復其說明。
[0086]在上述的雙極晶體管中，通過緩和發(fā)射極層5等的熱應力，在通過在高溫下進行通電來評價長期可靠性時，能夠防止雙極晶體管的電流放大率在短時間降低，能夠使具備雙極晶體管的半導體裝置的可靠性提高。
[0087]另外，第三開口16配置在從與發(fā)射極層5的正上對應的位置向發(fā)射極層5的長邊方向偏移的位置，從而雙極晶體管的專有面積與比較例的情況相比增大。在上述的半導體裝置中，通過確定相對于發(fā)射極層5使第三開口 16配置的范圍，能夠?qū)Ｓ忻娣e的增大抑制到需要最小限度。
[0088]接下來，作為具備雙極晶體管的半導體裝置的制造方法，對圖1等所示的半導體裝置的制造方法的一個例子進行說明。
[0089]首先，在半絕緣性GaAs基板的表面上，分別通過有機金屬氣相生長法(M0CVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposit1n:金屬有機化合物化學氣相沉積)法等外延生長法形成成為子集電極層、集電極層、基極層、發(fā)射極層等的規(guī)定的層。
[0090]如圖12所示，在半絕緣性GaAs基板I上，形成成為子集電極層的η型GaAs層2a( Si濃度:5 X 118Cnf3，膜厚:0.6μπι)。成為集電極層的η型GaAs層3a( Si濃度:5 X 1016cm—3，膜厚:I.0ym)形成為與η型GaAs層2a接觸。成為基極層的P型GaAs層4a(C濃度:4 X 1019cm—3，膜厚:50nm)形成為與η型GaAs層3a接觸。
[0091 ]接下來，成為發(fā)射極層的外延層5a形成為與P型GaAs層4a接觸。作為外延層5a，依次層疊η型InxGaI—XP層(In組成比x = 0.5，Si濃度:3 X 1017cm—3，膜厚:30nm)層(Si濃度:3 X 117Cnf3，膜厚:90nm)、11型6&六8接觸層(Si濃度:I X 1019cm—3，膜厚:50nm)、以及η型InxGai—xAs接觸層(In組成比χ = 0.5，Si濃度:I X 1019cm—3，膜厚:50nm)。
[0092]接下來，使用高頻濺射法在外延層5a上的整個面堆積鎢硅化物(WSi)膜(Si摩爾比:0.3，膜厚:0.3μπι)。接下來，通過實施規(guī)定的光刻處理、和通過規(guī)定的氣體的干式蝕刻處理，如圖13所示，形成發(fā)射極電極6。
[0093]接下來，通過實施規(guī)定的光刻處理、和通過規(guī)定的藥液的濕式蝕刻處理，如圖14所示，發(fā)射極層5圖案化為所希望的形狀。接下來，將基極電極7形成為與P型GaAs層4a接觸。接下來，通過實施規(guī)定的光刻處理、和通過規(guī)定的藥液的濕式蝕刻處理，如圖15所示，形成基極層4以及集電極層3。
[0094]接下來，將集電極電極8(參照圖2)形成為與子集電極層2接觸。接下來，通過實施規(guī)定的光刻處理、和通過規(guī)定的藥液的濕式蝕刻處理，子集電極層2圖案化為所希望的形狀。
[0095]接下來，例如，將由氮化硅膜構(gòu)成的第一絕緣膜9(參照圖16)覆蓋發(fā)射極電極6等。接下來，通過實施規(guī)定的光刻處理、和規(guī)定的干式蝕刻處理，如圖16所示，在第一絕緣膜9形成使發(fā)射極電極6露出的第一開口 10、和使基極電極7露出的開口。
[0096]接下來，將成為第一布線的金膜(未圖示)形成為填埋第一開口10等。接下來，通過實施規(guī)定的光刻處理、和規(guī)定的蝕刻處理，如圖17所示，形成與發(fā)射極電極6電連接的第一布線I Ia以及與基極電極7電連接的第一布線I Ib等。
[0097]接下來，例如，將由氮化硅膜構(gòu)成的第二絕緣膜12(參照圖18)形成為覆蓋第一布線11a、Ilb等。接下來，通過實施規(guī)定的光刻處理、和規(guī)定的干式蝕刻處理，如圖18所示，在第二絕緣膜12形成使第一布線I Ia露出的第二開口 13。
[0098]接下來，將成為第二布線的金膜(未圖示)形成為填埋第二開口13。接下來，通過實施規(guī)定的光刻處理、和規(guī)定的蝕刻處理，如圖19所示，形成與第一布線Ila電連接的第二布線14。如圖1所示，第二布線14形成為覆蓋包括發(fā)射極層的雙極晶體管的整體。
[0099]接下來，例如，將由氮化硅膜構(gòu)成的鈍化膜(未圖示)形成為覆蓋第二布線14。接下來，通過實施規(guī)定的光刻處理、和規(guī)定的蝕刻處理，如圖20所示，形成使第二布線14露出的第三開口 16。如圖20以及圖1所示，第三開口 16相對于發(fā)射極層5，形成為發(fā)射極層5的長邊方向的端部與第三開口 16的開口端幾乎一致。
[0100]接下來，如圖21所示，形成成為UBM的鈦(Ti)膜17a。接下來，如圖22所示，在規(guī)定的區(qū)域，層疊由銅(Cu)膜構(gòu)成的金屬粧18和焊錫19，以便與鈦膜17a接觸。接下來，通過除去露出的鈦膜17a，如圖23所示，形成由UBM17、金屬粧18以及焊錫19的層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成的柱狀凸點20 ο如圖1所示，柱狀凸點20形成填埋第三開口 16，并且沿第三開口 16的開口端，覆蓋鈍化膜15。由此，形成具備雙極晶體管BT的半導體裝置的主要部分。
[0101 ]在上述的半導體裝置的制造方法中，成為發(fā)射極層5與第三開口 16俯視時重合的重合比例為0，發(fā)射極層5的長邊方向的端部與第三開口 16的開口端幾乎一致的配置(配置C)。由此，如已經(jīng)說明的那樣，能夠抑制熱電阻的增大并且有效地緩和熱應力，能夠使具備雙極晶體管的半導體裝置的可靠性提高。另外，能夠?qū)㈦p極晶體管的專有面積抑制到需要最小限度。
[0102]實施方式2
[0103]這里，作為具備異質(zhì)結(jié)型的雙極晶體管的半導體裝置的第二例，對形成再布線的半導體裝置進行說明。
[0104]如圖24所示，例如，將由聚酰亞胺膜等構(gòu)成的第三絕緣膜21(膜厚:ΙΟμπι)形成為覆蓋鈍化膜15。在該第三絕緣膜21以及鈍化膜15，形成使第二布線14露出的第三開口 16。第三開口 16相對于發(fā)射極層5，配置為發(fā)射極層5的長邊方向的端部與第三開口 16的開口端幾乎一致(配置C)。
[0105]作為再布線形成由銅(Cu)膜構(gòu)成的第三布線23(膜厚:5μπι)，以便與在該第三開口16的底露出的第二布線14接觸，并且與沿第三開口 16的開口端進行配置的第三絕緣膜21接觸。另外，與第三絕緣膜21接觸地，形成使第三布線23露出的由聚酰亞胺膜構(gòu)成的第四絕緣膜22(膜厚:3μπι)。柱狀凸點20形成為與第三布線23接觸，并且與第四絕緣膜22接觸。
[0106]此外，其以外的構(gòu)成與在實施方式I中說明的圖1?圖4所示的半導體裝置相同，所以對同一部件附加同一符號，除了需要的情況之外不重復其說明。
[0107]在上述的半導體裝置中，配置為發(fā)射極層5與第三開口16的重合比例為0，發(fā)射極層5的長邊方向的端部與第三開口 16的開口端一致(配置C)。由此，如在實施方式I中說明的那樣，能夠抑制熱電阻的增大并且有效地緩和熱應力。
[0108]另外，在形成作為再布線的第三布線23的雙極晶體管中，在第二布線14與柱狀凸點20之間，除了鈍化膜15之外，還夾有第三絕緣膜21和第四絕緣膜22。由此，能夠進一步有效地緩和熱應力，在通過在高溫下進行通電來評價長期可靠性時，能夠避免壽命(電流放大率)劣化。
[0109]另外，第二布線14形成為覆蓋發(fā)射極層5的整體也能夠有助于熱電阻的減少。
[0110]另外，通過在形成鈍化膜15之后，形成第三布線23，能夠提高與第三布線23電連接的墊片等的配置的自由度。即，能夠在電阻、電容元件等其它的元件上配置凸點，所以能夠減小芯片尺寸。另外，若使再布線的膜厚足夠厚，則能夠形成具有較高的Q值的低損耗的螺旋電感，能夠使MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit:單片微波集成電路)的f生會κ?是1? O
[0111]此外，在上述的半導體裝置中，例舉發(fā)射極層5的長邊方向的端部與第三開口16的開口端一致的配置C進行了說明。作為發(fā)射極層5與第三開口 16的配置關系并不限定于配置C，為了抑制熱電阻的增大并且緩和熱應力，第三開口 16相對于發(fā)射極層5，配置在配置A與配置D之間的位置即可，為了更有效地減少熱應力，第三開口 16相對于發(fā)射極層5，配置在配置B與配置D之間的位置即可。
[0112]實施方式3
[0113]這里，作為具備異質(zhì)結(jié)型的雙極晶體管的半導體裝置的第三例，對實施方式2的變形例進行說明。
[0114]如圖25所示，例如，將由聚酰亞胺膜等構(gòu)成的第三絕緣膜21(膜厚:ΙΟμπι)形成為覆蓋鈍化膜15。在該第三絕緣膜21以及鈍化膜15形成使由銅(Cu)膜構(gòu)成的第二布線14 (膜厚:5μπι)露出的第三開口 16。
[0115]然后，作為再布線的第三布線23形成為與在第三開口16的底露出的第二布線14接觸，并且與沿第三開口 16的開口端進行配置的第三絕緣膜21接觸。第三布線23經(jīng)由位于發(fā)射極層5的正上的第二布線14的部分、第一布線Ila的部分以及發(fā)射極電極6，以短距離與發(fā)射極層5電連接。
[0116]另外，例如，將由聚酰亞胺膜構(gòu)成的第四絕緣膜22(膜厚:3μπι)與第三絕緣膜21接觸。在該第四絕緣膜22形成使第三布線23露出的第四開口 24。柱狀凸點20形成為與第三布線23接觸，并且與第四絕緣膜22接觸。第四開口 24相對于發(fā)射極層5，配置為發(fā)射極層5的長邊方向的端部與第四開口 24的開口端幾乎一致。
[0117]此外，其以外的構(gòu)成與在實施方式I中說明的圖1?圖4所示的半導體裝置相同，所以對同一部件附加同一符號，并在除了需要的情況下之外不重復其說明。
[0118]在上述的半導體裝置中，配置為發(fā)射極層5與第四開口24的重合比例為0，發(fā)射極層5的長邊方向的端部與第四開口 24的開口端一致(配置C)。由此，如在實施方式I中說明的那樣，能夠抑制熱電阻的增大并且有效地緩和熱應力。
[0119]另外，在形成了作為再布線的第三布線23的雙極晶體管中，在第二布線14與柱狀凸點20之間，除了鈍化膜15之外，還夾有第三絕緣膜21和第四絕緣膜22。由此，能夠進一步有效地緩和熱應力，在通過在高溫下進行通電來評價長期可靠性時，能夠避免壽命(電流放大率)劣化。
[0120]另外，與實施方式2的情況相比，在柱狀凸點20與第三布線23接觸的面與發(fā)射極層5之間，新夾有膜厚ΙΟμπι的第三絕緣膜21。由此，與實施方式2的情況相比，能夠進一步有效地緩和熱應力。
[0121]并且，將第二布線14形成為覆蓋發(fā)射極層5的整體也能夠有助于熱電阻的減少。
[0122]另外，通過在形成鈍化膜15之后，形成第三布線23，能夠提高與第三布線23電連接的墊片等的配置的自由度，特別是，能夠在電阻、電容元件上配置墊片，所以能夠縮小芯片尺寸。另外，若增大再布線的厚度，則能夠形成具有較高的Q值的電感。
[0123]此外，在上述的半導體裝置中，例舉發(fā)射極層5的長邊方向的端部與第四開口24的開口端一致的配置C進行了說明。作為發(fā)射極層5與第四開口 24的配置關系并不限定于配置C，為了抑制熱電阻的增大并且緩和熱應力，第四開口 24相對于發(fā)射極層5，配置在配置A與配置D之間的位置即可，為了更有效地減少熱應力，第四開口 24相對于發(fā)射極層5，配置在配置B與配置D之間的位置即可。
[0124]實施方式4
[0125]這里，對將形成了雙極晶體管的基板安裝在安裝基板的半導體裝置進行說明。
[0126]如圖26所示，與發(fā)射極層5電連接的柱狀凸點20與安裝基板25連接。作為安裝基板25，例如，應用氧化鋁、陶瓷、PCB等。在安裝基板25的表面配置有連接柱狀凸點20的薄膜的金屬布線26。包括發(fā)射極層5的雙極晶體管與圖1等所示的雙極晶體管相同。
[0127]在雙極晶體管安裝于安裝基板25的半導體裝置中，假定起因于發(fā)射極層5等的熱膨脹率與安裝基板25的熱膨脹率之差的熱應力經(jīng)由柱狀凸點20在發(fā)射極層5等產(chǎn)生。
[0128]在上述的包括安裝基板的半導體裝置中，配置為發(fā)射極層5與第三開口16的重合比例為0，發(fā)射極層5的長邊方向的端部與第三開口 16的開口端一致(配置C)。由此，與在實施方式I中說明的相同，能夠抑制熱電阻的增大，并且有效地緩和起因于發(fā)射極層5等的熱膨脹率與安裝基板25的熱膨脹率之差的熱應力。
[0129]此外，在上述的半導體裝置中，例舉發(fā)射極層5的長邊方向的端部與第三開口16的開口端一致的配置C進行了說明，但為了抑制熱電阻的增大并且緩和熱應力，第三開口 16相對于發(fā)射極層5，配置在配置A與配置D之間的位置即可，為了進一步有效地減少熱應力，第三開口 16相對于發(fā)射極層5，配置在配置B與配置D之間的位置即可。
[0130]另外，在上述的各實施方式中，例舉具備一個雙極晶體管的半導體裝置進行了說明，但也可以是在半絕緣性GaAs基板形成了多個雙極晶體管的半導體裝置。另外，作為凸點，例舉柱狀凸點進行了說明，但除了柱狀凸點之外，例如，也可以是焊錫凸點、釘頭凸點。
[0131]并且，在上述的各實施方式所涉及的雙極晶體管中，例舉發(fā)射極層5由InGaP層形成，基極層4由GaAs層形成的情況進行了說明。作為發(fā)射極層以及基極層的材料的組合(發(fā)射極層/基極層)，并不限定于InGaP層/GaAs層，例如，也可以是應用了AlGaAs層/GaAs層、InP 層/InGaAs 層、InGaP 層 / GaAsSb 層、InGaP 層/InGaAsN層、Si 層/SiGe 層、AlGaPvOlI/GaN層等材料的異質(zhì)結(jié)型的雙極晶體管。
[0132]另外，在上述的各實施方式中，例舉發(fā)射極層5的平面形狀為矩形的情況進行了說明，但發(fā)射極層的平面形狀也可以是圓形、橢圓形、六角形、或者八角形等。另外，在上述的各實施方式中，對第三開口 16向發(fā)射極層5的長邊方向的一方向偏移的情況進行了說明，但也可以是向相反的方向偏移的情況。
[0133]這次公開的實施方式是例示的實施方式而并不限定于此。本發(fā)明并不由上述說明的范圍，而由權(quán)利要求書示出，包括與權(quán)利要求書均等的意味以及范圍內(nèi)的全部的變更。
[0134]本發(fā)明有效地利用于具備雙極晶體管的半導體裝置。
[0135]附圖標記的說明:BT...異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，I…半絕緣性GaAs基板，2…子集電極層，3…集電極層，4…基極層，5…發(fā)射極層，6…發(fā)射極電極，7…基極電極，8…集電極電極，9…第一絕緣膜，10...第一開口，IIa…第一布線，IIb…第一布線，IIc…第一布線，12…第二絕緣膜，13...第二開口，14...第二布線，15...鈍化膜，16...第三開口，17."UBM，18...金屬粧，19...焊錫，20...柱狀凸點，21...第三絕緣膜，22...第四絕緣膜，23...第三布線，24...第四開口，25...安裝基板，26...金屬布線，2a...]!型GaAs層，3a...]!型GaAs層，4a‘"p型GaAs層，5a...發(fā)射極外延層，7a…金屬層。
【主權(quán)項】
1.一種半導體裝置，是具備異質(zhì)結(jié)型的雙極晶體管的半導體裝置， 上述雙極晶體管具備: 集電極層； 基極層，形成在上述集電極層上； 發(fā)射極層，形成在上述基極層上； 發(fā)射極布線，與上述發(fā)射極層電連接； 鈍化膜，被形成為覆蓋上述發(fā)射極布線，且具有使上述發(fā)射極布線露出的開口；以及凸點，在上述鈍化膜上被形成為填埋上述開口，并經(jīng)由上述發(fā)射極布線而與上述發(fā)射極層電連接， 上述開口相對于上述發(fā)射極層配置在第一配置和第二配置之間的位置，上述第一配置為俯視時上述發(fā)射極層與上述開口內(nèi)的區(qū)域重合的面積的相對于上述發(fā)射極層的面積的重合比例小于1/2，上述第二配置為相對于上述第一配置向遠離上述發(fā)射極層的方向偏移且上述發(fā)射極層的端部位于上述凸點與上述鈍化膜在俯視時重合的區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其中， 上述開口相對于上述發(fā)射極層配置在上述重合比例小于1/4的第三配置與上述第二配置之間的位置。3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的半導體裝置，其中， 上述發(fā)射極層具有寬度地延伸， 上述凸點相對于上述發(fā)射極層，被配置成上述凸點的重心在俯視時位于從上述發(fā)射極層的重心向上述發(fā)射極層延伸的長邊方向遠離的位置。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的半導體裝置，其中， 上述發(fā)射極布線被形成為覆蓋上述發(fā)射極層的整體。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的半導體裝置，其中， 具備再布線，上述再布線與位于上述開口的上述發(fā)射極布線電連接且形成在上述鈍化膜上。6.—種半導體裝置，是具備異質(zhì)結(jié)型的雙極晶體管的半導體裝置， 上述雙極晶體管具備: 集電極層； 基極層，形成在上述集電極層上； 發(fā)射極層，形成在上述基極層上； 發(fā)射極布線，與上述發(fā)射極層電連接； 再布線，與上述發(fā)射極布線連接； 絕緣膜，被形成為覆蓋上述再布線，且具有使上述發(fā)射極布線露出的開口；以及凸點，在上述絕緣膜上被形成為填埋上述開口，并經(jīng)由上述發(fā)射極布線而與上述發(fā)射極層電連接， 上述開口相對于上述發(fā)射極層，配置在第一配置和第二配置之間的位置，上述第一配置為俯視時上述發(fā)射極層與上述開口內(nèi)的區(qū)域重合的面積的相對于上述發(fā)射極層的面積的重合比例小于1/2，上述第二配置為相對于上述第一配置向遠離上述發(fā)射極層的方向偏移且上述發(fā)射極層的端部位于上述凸點與上述絕緣膜在俯視時重合的區(qū)域。7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項所述的半導體裝置，其中，上述凸點包括柱狀凸點。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導體裝置，其中，上述柱狀凸點至少包括:金屬層，與上述發(fā)射極布線連接；金屬粧，被形成為與上述金屬層接觸；以及焊錫，被形成為與上述金屬粧接觸。9.根據(jù)權(quán)利要求1?8中任一項所述的半導體裝置，其中，具備安裝上述雙極晶體管的安裝基板，上述凸點與上述安裝基板連接。
【文檔編號】H01L29/737GK105849873SQ201480070604
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月17日
【發(fā)明人】梅本康成, 德田大輔, 西明恒和, 德矢浩章
【申請人】株式會社村田制作所