JPH0228334A - 基板貫通孔及び金属化背面を具備する集積回路装置及びその装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 皮■豆１ 本発明は、モノリシック集積回路装置に関するものであ
って、更に詳細にはマイクロ波モノリシック集積回路装
置に関するものである。

良ｉ技呈 マイクロ波システムにおいて使用される高パワー形のモ
ノリシックマイクロ波集積回路装置の分野において、こ
のような装置は１通常、ＧａＡｓ基板上のメタライズ即
ち金属化した背面を使用して実現され、該金属化背面は
接地として使用される。基板を貫通して背面から貫通孔
を開放して、ウェハーの正面側上の活性装置（ＦＥＴ）
のソースから金属化背面への低インダクタンス接続を提
供する。更に、金属化背面は、又、最終的に組み立てた
パッケージ内のヒートシンクへのコンタクト面な形成す
る。ウェハーの正面側上の活性装置に加えて、マイクロ
波伝送線もその上に設けられ、該伝送線はマイクロスト
リップ形状に実現され、金属化背面は接地面として使用
する。従って、このような装置には、臨界的であり、且
つ異なった所要の特性を持った二つの区域が存在してい
る。第一に、組み立てたパッケージにおいて活性装置か
らの熱がヒートシンクへ伝達されるように金属化背面へ
の良好な熱伝達を可能とするために活性装置の区域内に
おいては薄い基板とすることが望ましい。一方、伝送線
上方の領域内において薄い基板乃至はボディを使用する
ことは、後述する如き説明から明らかとされる如くある
種の困難性を招来することとなる。

従来技術においては、ＧａＡＳ装置における熱の流れ及
び熱散逸の問題に対して提案された解決方法の一つは、
櫛歯を組み合わせたＦＥＴレイアウトにおける個別的な
ゲートフィンガーの間隔を与＾る活性装置区域内におけ
るレイアウトを与えることであった。そのようにする場
合に、熱源が′基板の表面に旦って拡延され、そのこと
はフィンガーと背面との間の熱抵抗を減少させる。しか
しながら、熱抵抗は、熱の流れが二次元的であるという
性質により、ゲートフィンガーの間隔が増大する場合に
直線的に減少するものではない、更に詳細に説明すると
、熱抵抗は、熱源の断面積に逆比例し、且つ熱源とヒー
トシンクとの間の距離に比例する。この解決法による場
合、マイクロストリップ問題を回避するためにマイクロ
波伝送線特性が維持されるようにボディの厚さを維持す
ることが可能ではあるが、ゲートフィンガーの間隔設定
はある問題を提起する。即ち、高周波数において、ゲー
トフィード上の許容可能な位相変化の量及び所要の出力
レベルが、製造処理上の検討事項によってゲートフィン
ガー間隔設定を可能な限り小さくすることを必要とする
。ゲートフィンガー間隔設定解法は、マイクロ波理論及
び技術に関するＩＥＥＥトランズアクションズにおける
Ｙ。

Ｈｉｒａｃｈｉ、　　Ｙ、Ｔａｋｅｕｃｈｉ。

Ｍ、　　　Ｉｇａｒａｓｈｉ、　　　Ｋ、　　　Ｋｏｓ
ｅｍｕｒｉ、Ｓ、　　Ｙａｍａｍｏｔｏ共著の「新規な
貫通孔鍍金ヒートシンク構造を有するパッケージ形２Ｏ
−ＧＨｚ　　１−Ｗ　　ＧａＡｓ　　ＭＥＳＦＥＴ（Ａ
　　Ｐａｃｋａｇｅｄ　　２Ｏ−ＧＨｚ　　ｌ−ＷＧａ
Ａｓ−ＭＥＳＦＥＴ　　Ｗｉｔｈ　　Ａ　　Ｎ。

ｖｅｌ　　Ｖｉａ−Ｈｏｌｅ　　Ｐｌａｔｅｄ　　Ｈｅ
ａｔ　　５ｉｎｋ　　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ）Ｊ、１９８
４年３月、ＭＴＴ−３２巻、Ｎｏ、３，３０９−３１６
頁、の文献により詳細に説明されている。この文献にお
ける第１図は、特に、ゲートフィンガー間隔設定考察に
関係がある。伝送線問題を回避するのに適当な厚さを持
った基板を介しての適切な熱伝導を与えるためにゲート
フィンガーの間隔設定を行なう解法は実際的ではなく、
ゲートフィード上に位相変化のために効果的なものでは
ない。

二番目の提案された解法は熱伝達抵抗の減少を得るため
により厚さの薄いＧａＡｓ基板を提供することである０
個別的なパワーＦＥＴ用に最低で３０ミクロンの基板厚
さが使用されており、このアプローチはＩ　ＥＥＥ国際
マイクロ波シンポジウムダイジェストにおけるｒＫａバ
ンドＧａＡｓパワーＭＭＩＣ（Ａ　　Ｋａ−Ｂａｎｄ−
ＧａＡｓＰｏｗｅｒ　　ＭＭＩＣ）Ｊ、ＭＴＴ−５１９
８５年、３１−３４頁、の文献に記載されている。

このアプローチは、二つの深刻な欠点を有しているため
にモノリシックマイクロ波集積回路装置には適していな
い、その欠点の一つは、グイ分離及びグイ取り付けの期
間中における破損が発生する可能性が増加するために歩
留りが低いことである。モノリシックマイクロ波集積回
路装置におけるウェハーあたりのグイ数は少なくとも四
倍程度少ないので、個別的なＦＥＴに対する場合よりも
これらの装置に対して一層重要な問題である。第二に、
マイクロ波周波数において薄い基板が使用される場合に
は、このことは非常に狭いマイクロストリップを必要と
し、それは該装置の正面側に現われ、高インピーダンス
マイクロストリップ線用に使用されねばならない、前述
した如く伝送線区域においては金属化背面が接地面とし
て機能し、且つ、該装置の正面側上のマイクロストリッ
プ伝送線と該装置の背面側上の金属化背面との間の距離
は、マイクロストリップ伝送線のインピーダンスを決定
する上で臨界的なものである。マイクロストリップのイ
ンピーダンスは、与えられた基板物質に対して、基板厚
さに対するマイクロストリップ幅の比によって一意的に
決定される。このことは、Ｋ、　　　Ｃ，Ｇｕｐｔａ、
　　　Ｒａｍｅｓｈ　　Ｇａｒｇ、　　Ｌ、　　　Ｂａ
ｈｌ共著の「マイクロストリップライン及びスロットラ
イン（Ｍｉｃｒｏｓｔｒｌｐ　　Ｌｉｎｅｓ　　ａｎｄ
　　Ｓｌ。

ｔｌｉｎｅｓ）Ｊという題名の本（アーティックハウス
インコーボレッド、１９７９年）の第−章により詳細に
記載されている。マイクロストリップが背面に一層近け
れば近いほど、すなわち、それらの間の基板が薄ければ
薄いほど、与えられたインピーダンスを実現するために
は、マイクロストリップの幅が一層幅狭でなければなら
ない。例えば、３０ミクロン厚さのＧａＡｓ基板を使用
するスタブを整合させるための一般的な値である１５０
Ω線は、マイクロストリップの幅が０．８ミクロンでな
ければならないことを必要とする。

このように狭い幅はその実現が困難であるばかりか、高
周波数において損失が非常に大きい。

従って、前述したことから理解される如く、従来技術は
、高パワー及び高周波数装置の場合に比較的薄い基板を
必要とする良好な熱伝導の利点を持っており、且つ上述
した問題を回避するために実現可能なマイクロストリッ
プ幅を与＾るために十分に厚い基板を有する高周波数装
置を提供するものではなかった。

■−−的 本発明は以上の点に鑑みなされたものであって、活性装
置区域内において良好な熱伝導をもっており且つ装置の
伝送線部分の区域内において妥当な寸法を有し、マイク
ロ波損失の低いマイクロストリップ線を製造することを
可能とするボディ厚さを持ったマイクロ波集積回路を提
供することを目的とする０本発明の別の目的とするとこ
ろは、前述した如き特性を持った装置を製造する方法を
提供することである。

１−滅 本発明によれば、集積回路装置を有する第一側部を具備
すると共に第二側部を具備する半導体物質のボディ（本
体）上に金属背面を製造する方法が提供され、前記背面
は前記第一側部上のコンタクトパッドへの電気的接続を
与えると共に、前記第一側部上の所定領域からの熱伝導
を与えるものであって、前記方法が、前記コンタクトパ
ッド及び前記所定領域と反対側の前記ボディの前記第二
側部上に第一マスク物質を付着形成し、前記第一マスク
物質上に第二マスク物質を付着形成し、前記コンタクパ
ッドと反対の区域内において前記第一及び第二マスク物
質を除去し、前記第二ボディ側をエツチングして保護さ
れていない区域下側の前記ボディの部分を除去し、前記
所定領域の反対の区域内における前記第一及び第二マス
ク物質を除去し、前記コンタクトパッドへの前記ボディ
物質の実質的に全てを除去するに十分な時間の間である
が前記所定領域への前記ボディ物質を除去するものより
は短い時間の間前記第二ボディ側をエツチングし、前記
第一及び第二マスク物質を除去し、且つ前記ボディの前
記第二側部上に金属を付着形成させる、上記各ステップ
を有することを特徴としでいる。

本発明の別の特徴によれば、上述した方法を実施する上
で、沸化カルシウムからなる第一マスクを使用する。

本発明の別の特徴によれば、前記第二マスク物質として
ホトレジストを使用して本方法を実施する。

本発明の更に別の特徴によれば、前記ボディなエツチン
グするステップは、反応性イオンエツチングプロセスに
よって行なう。

本発明の更に別の特徴によれば、上述した反応性イオン
エツチングプロセスにおいて、エッチャントとしてＳ　
ｉ　ＣＩ２．　／Ｃ１，を使用する。

本発明の別の特徴によれば、前記ボディの前記第二側部
上に金属を付着形成するステップは鍍金によって行なう
。

本発明の更に別の特徴によれば、モノリシック集積回路
装置が提供され、前記集積回路装置は、第一側部及び第
二側部を具備するボディ（本体）を有しており、前記第
一側部は少なくとも一個のアクティブデバイス（活性装
置）領域及び少なくとも一個の信号を伝送領域を具備し
ており、前記第二側部はそれに付与され且つ前記少なく
とも一個の活性装置領域と前記少なくとも一個の信号伝
送領域の上方を延在する物質を具備しており、前記第二
側部は前記ボディが前記活性装置領域上方において第一
厚さを有すると共に前記信号伝送領域上方において第二
厚さを有するように構成されていることを特徴とする。

本発明の別の特徴によれば、前述した装置の前記第二ボ
ディ厚さは前記第一ボディ厚さよりも大きい。

本発明の更に別の特徴によれば、前述した装置は半導体
ボディとしてＧａＡｓ　（ガリウム砒素）を使用して製
造する。

本発明の更に別の特徴によれば、上述した集積回路装置
は、その集積回路装置の第二側部上の金属物質として金
を使用する。

夫胤困 第１図は本発明の一実施例に基づいて構成された集積回
路装置ｌを、断面で概略示しである。装置１は、半導体
ウェハーの一部を断面で示したものであって、該ウェハ
ーは、多数の同様の装置を有することが可能なものであ
るが、第１図はその一部を概略的に示したものである。

装置ｌは、ボディ（本体）を有しており、それは例えば
ガリウム砒素即ちＧａＡｓから構成することが可能であ
る。装置ｌは、通常、モノリシックマイクロ波集積回路
として適用可能なものであり、該回路は、電界効果トラ
ンジスタとして活性装置を有すると共に、該ボディ上の
活性装置を接続するためのマイクロストリップ伝送線を
有している。第１図を参照すると、ソースパッド３を使
用して、電界効果トランジスタのソースを、集積回路装
置ｌの裏側５の上に位置されている背面乃至は接地４へ
接続させている。ソースパッド３は、電界効果トランジ
スタ装置のソース（不図示）へ接続されている。装置１
の活性装置領域は、ゲート・ドレインメタリゼーション
６の下側に位置されており、それは、装置ｌのゲート及
びドレイン（不図示）を、ダイ上のその他の装置又はマ
イクロストリップ伝送線へ接続させている。第１図には
、更に、マイクロストリップ伝送線７が示されており、
該伝送線は、活性装置からの高周波マイクロ波信号をそ
の他の活性装置又は装置ｌの外部へ伝送するために使用
されている。前述した如く、背面メクリゼーション４と
マイクロストリップ伝送線７との間の距離は、非常に狭
いマイクロストリップ伝送線７とせねばならない必要性
を防止し、従って非常に狭いマイクロストリップ伝送線
とする場合に遭遇されていた前述した如き製造上及び動
作上の問題を回避するために適切な厚さに維持すること
が非常に重要である。更に、熱を発生する領域において
基板の深さをより小さくすることが重要であり、第１図
の場合においては、ゲート・ドレインメタリゼーション
６の上方の領域がそうである。従って、ゲート・ドレイ
ンメタリゼーション６の直上のボディ２の領域は、装置
１の正面側８からより浅い深さとし、それにより良好な
熱伝達を与えることによって、良好な熱伝達特性を有す
る装置１が提供されている。

前述したその他の重要な特徴は１幅狭のマイクロストリ
ップ伝送線とする場合の製造上の困難性及び高い損失を
回避するために、裏側のメタリゼーション４とマイクロ
ストリップ伝送線７との間の距離は、妥当な距離に維持
されねばならず、そのことは装置ｌにおいて達成されて
いる。なぜならば、マイクロストリップ伝送線７と裏側
のメクリゼーション４の部分との間の距離は、ゲート・
ドレインメタリゼーション区域６内の活性装置上方の距
離よりも一層大きいからである。装置ｌは、良好な伝送
線特性を与λるために所望の厚さを持った基板を開始点
として使用し、且つ活性装置領域内において幅狭の基板
によって得られる所望の熱伝達特性を与＾るべく前記基
板を処理することにより製造することが可能である。

例λば、装置ｌは、１８ＧＨｚ又はそれより高い周波数
領域において１ワツトに等しいパワーを送るために使用
することが可能であり、且つそうする場合に、マイクロ
ストリップ伝送線７上方のボディ２の厚さが約１２５ミ
クロンとすることがもっとも望ましいことであることが
判明した。この間隔は、高々１５０Ωである特性インピ
ーダンスに対して約５ミクロンの幅のマイクロスト・リ
ップ伝送線７を使用することが可能である適切な距離を
与える。一方、適切な熱伝達を与えるためには、正面側
８と裏側メタリゼーション４の深い部分（４ａで示しで
ある）との間の厚さを約３０ミクロンとすべきである。

装置１を製造するための最も望ましく且つ好適な方法を
第２図に示しである。

第２図を参照して説明すると、特に第２ａ図に示した如
く、装置１を製造するために、ソースバッド３と、マイ
クロストリップ伝送線７と、ゲート・ドレインメタリゼ
ーション６とが形成されており、且つこれらが接続され
ている（不図示）活性装置領域を具備する完成した正面
側から開始し、ボディ（本体）には、好適には、裏側５
から正面側８へかけて１２５ミクロンの厚さである。

第２ｂ図を参照すると、最初のステップは、裏側５へ第
一マスクｌＯを付与することである。この第一マスクは
、好適には、Ｃａ　Ｆ　ｚから構成されており、１，０
００人の厚さであり、蒸着によって付着形成される。Ｃ
ａＦｘ以外のその伯のマスク物質、例えばＮｉなどを使
用することも可能であり、この第一マスクに関して重要
なことは、反応性イオンエツチング（本方法の後のステ
ップにおいて使用される）によっては影響されないが、
後に適用されるホトレジストを除去することのないウェ
ットエッチによって除去可能なことである。

第２ｃ図を参照するとホトレジスト１１を約３．５ミク
ロンの厚さに付与し、該ホトレジストを露光させて、ホ
トレジスト１１を第一マスク１０まで除去すべき区域を
画定する。この区域は、参照数字１２によって示しであ
る。ホトレジスト１１は、例えば、ニューシャーシー０
８８７６、ツマ−ビル、３０７０ハイウエイ２２ウエス
ト、アメリカンヘキストコ−ポレーションによって製造
販売されているＡ２４３５０とすることが可能である。

ソースパッド３上方に区域１２を画定した後に、区域１
２下側の第一マスク１０の保護されていない区域を、例
えば、体積において、ＨｚＯを一部とＨＣｌを一部との
混合物を使用する方法によってエツチング除去させる。

第一マスク１０を除去して第２ｄ図に示した構成とした
後にホトレジスト１１を、再度露光させて区域１３を画
定する（第２ｅ図に図示）、注意すべきことであるが、
区域１３は、熱伝導の目的のためにボディ２内に減少し
た深さを与えるために後に除去されるべきボディ２の区
域を画定するように位置される８区域１３内のホトレジ
スト１１を除去した後に（第２ｅ図に図示）、反応性イ
オンエツチングを行なって、第２ｆ図に示した構成とさ
せる。この反応性イオンエツチングプロセスは、５ｉＣ
Ｉ２イ／ＣＩ２．からなる混合物を使用し、エツチング
は、典型的な温度である６０℃及び１００ミリトールの
圧力で反応性イオンエツチングプロセスによって行ない
、そのエツチングは、ボディ２を裏側５から測定して約
４０ミクロンの深さへエツチングするのに十分な時間の
間行なわれる。

この時点において、この加工物を反応性イオンエツチン
グ室から除去し、第２ｄ図のステップにおいて使用した
のと同一のタイプのウェットエッチプロセスによって、
区域１２内のマスクｌＯを除去し、従って、第一マスク
１０は区域１３内においてボディ２の裏側表面５へ達す
るまで除去され、第２ｇ図に示された構成を発生させる
。ボディ２を第２ｇ図に示した如く構成した後に、ウェ
ハーを反応性イオンエツチング室へ戻し、区域１２内に
おいてソースパッド３へ完全に到達し且つ区域１３内に
おいて正面側表面８へ到達する少し手前の距離までボデ
ィ２が除去されるまで２番目のエツチングを行なう（同
一のプロセスは、上述した第２ｆ図において使用してい
る）、それにより、第２ｈ図に示した如き構成が得られ
る。

次にホトレジスト１１及び第一マスク１０を除去すると
、第２１図に示した如き構成を有するボディ５が得られ
る０次いで、最初にアセトン内に浸漬させ且つ次いで酸
素プラズマ中において処理することにより、ホトレジス
ト１１を除去する。

マスク１０を除去するために第２ｄ図及び第２ｇ図のス
テップにおいて使用したのと同一のタイプであるウェッ
トエッチプロセスによって第一マスク１０を除去する。

装置１を完成するために、裏側のメクリゼーションを行
なうが、それは鍍金プロセスによって行なうことが可能
であり、それにより、裏側のメタリゼーション４からボ
ディ２を介してソースパッド３へ達する貫通導体接！４
ｂを確立すると共に、区域４ａ内において裏側のメタリ
ゼーションを確立し、それは、ゲート・ドレインメタリ
ゼーション６の直上を延在し、且つ上述した如き熱伝導
機能を達成する。

以上、本発明の具体的実施の対応について詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきのも
のではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに
種々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に基づいて構成された装置
を示した概略断面図、第２図ａ−ｊは本発明の装置を製
造する方法の一実施例を示した各概略断面図、である。 １：集積回路装置 ２：ボディ（本体） ３：ソースパッド ４：背面（接地） ５：裏側 ６：ゲート・ドレインメタリゼーション７：マイクＦス
トリップ伝送線 ８：正面側 ｌＯ：第一マスク １１：ホトレジスト 図面の浄書（内容に変更なし） 日Ｇ、　１ ０Ｇ、　２ｅ 日Ｇ、　２ｉ 口Ｇ、　２ｆ 口Ｇ、　２ｊ 手続補正帯（絋） 平成元年８月２日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、集積回路装置を具備した第一側部を有すると共に第
   二側部を有する半導体物質から成るボディ上に金属背面
   を設ける方法において、前記背面は前記第一側部上のコ
   ンタクトパッドへ電気的接続を与えると共に前記第一側
   部上の所定領域から熱伝導を与えるものであって、前記
   方法が、前記コンタクトパッド及び前記所定領域と反対
   側の前記ボディの前記第二側部上に第一マスク物質を付
   着形成し、前記第一マスク物質上に第二マスク物質を付
   着形成し、前記コンタクトパッド反対側の所定区域内に
   おける前記第一及び第二マスク物質を除去し、前記第二
   ボディ側部をエッチングして保護されていない区域下側
   の前記ボディの一部を除去し、前記領域反対側の区域内
   における前記第一及び第二マスク物質を除去し、前記コ
   ンタクトパッドへ対する前記ボディ物質の実質的に全て
   を除去するために十分な時間の間であるが前記領域に対
   する前記ボディ物質を除去するよりも短い時間の間前記
   第二ボディ側部をエッチングし、前記第一及び第二マス
   ク物質を除去し、前記ボディの前記第二側部上に金属を
   付着形成する、上記各ステップを有することを特徴とす
   る方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記第一マスクが
   ＣａＦ＿２から構成されることを特徴とする方法。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記第二マスクが
   ホトレジスト物質から構成されることを特徴とする方法
   。 ４、特許請求の範囲第２項において、前記エッチングス
   テップが反応性イオンエッチングプロセスによって行な
   われることを特徴とする方法。 ５、特許請求の範囲第４項において、前記反応性イオン
   エッチングプロセスがエッチャントとしてＳｉＣｌ＿４
   ／Ｃｌ＿２を使用することを特徴とする方法。 ６、特許請求の範囲第１項乃至第５項のうちのいずれか
   １項において、前記金属付着は鍍金によって行なわれる
   ことを特徴とする方法。 ７、モノリシック集積回路装置において、第一側部及び
   第二側部を持ったボディを有しており、前記第一側部は
   少なくとも一個の活性装置領域と少なくとも一個の信号
   伝達領域とを有しており、前記第二側部はそれに対して
   付与され且つ前記少なくとも一個の活性装置領域及び前
   記少なくとも一個の信号伝達領域上方に延在する金属物
   質を持っており、前記第二側部は前記活性装置領域上方
   において第一厚さを有し且つ前記信号伝達領域上方にお
   いて第二厚さを有するように構成されていることを特徴
   とする装置。 ８、特許請求の範囲第７項において、前記第二ボディ厚
   さは前記第一ボディ厚さよりも一層大きいことを特徴と
   する装置。 ９、特許請求の範囲第７項または第８項において、前記
   ボディはＧａＡｓから構成されていることを特徴とする
   装置。 １０、特許請求の範囲第７項または第８項において、前
   記金属物質がＡｕであり、且つ前記ボディがＧａＡｓか
   ら構成されていることを特徴とする装置。