JPH042159A

JPH042159A - 抵抗体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH042159A
Application number: JP10244190A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Nagano; 永野　暢雄
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-04-18
Filing date: 1990-04-18
Publication date: 1992-01-07
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: JP2623903B2

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】（産業上の利用分野）本発明は抵抗体およびその製造方法に関するものである
。

（従来の技術）近年の半導体デバイスの発展にはめざましいものがある
。シリコンおよび化合物半導体デバイスの高性能・高速
化に伴い、これらのデバイスで形成されるアナログ回路
およびディジタル回路の動作領域も数ＧＨｚから数十Ｇ
Ｈｚの周波数領域にまで及ぶようになってきている。と
ころでこれらの高速動作回路の抵抗素子としては、イオ
ン注入等の不純物拡散により活性化させた半導体層（第
５図（Ｃ））を抵抗体（１１）として用いたものや、イ
オン注入により周囲を高抵抗化させた導電層（第５図（
ｄ））を抵抗体（工２）として用いたものが知られてい
る。ところでこれらの半導体基板の一部を利用して形成
された抵抗体では、抵抗体の周辺領域で接合容量をつく
り、また半導体基板中のトラップ等の影響により寄生容
量をつくる。高周波領域ではその容量成分も犬きくなり
、回路の伝搬遅延時間を大きくする。またさらに半導体
積層構造上に設けられた抵抗体では、抵抗体層と別の導
電層の間でのキャリアのカンプリングにより、ＧＨｚ以
上の超高周波領域において大きな抵抗値の周波数分散を
生じ、よって抵抗値が本来の設計値と太きくずれてしま
うという問題もある。

この問題に対して第５図（ａ）のような絶縁膜（４）上
の薄膜抵抗体（１）が採用される。この構造の抵抗体の
場合は、抵抗体（１）の下部の絶縁膜（４）により高周
波領域でも容量成分を小さく抑えることができ、広い周
波数領域において安定した抵抗値が得られる。

（発明が解決しようとする課題）しかし絶縁上の薄膜抵抗体では、通電時に発せられる熱
により抵抗体の温度が上昇しやすい。これは絶縁膜の熱
伝導性が悪いためである。この抵抗体の温度上昇は、抵
抗体材料の比抵抗の温度係数を零としなければ、抵抗値
を大きく変化させる。また仮に抵抗材料の温度係数を零
にしても、電流レベルによる抵抗値の非線形性を生じた
り、ある温度以上では非可逆的な変化を起こさせる等の
問題がある。これらの問題は回路を微細化、集積化する
に従って顕著となり、回路動作の信頼性を確保できなく
なる。

抵抗体で発生した熱により抵抗体部分の温度が上昇し抵
抗値が変化すると、本来適正値で設計された回路動作点
からのずれが起こり、回路の高速性・信頼性を損なう。

抵抗体の温度上昇を、以下の熱伝導の式で考える。

Ｑ＝λ（Ｔ２−Ｔρ１ここで、Ｑは物質から単位面積当り単位時間に放熱され
る熱量、λは熱伝導率、Ｔ２は抵抗体の温度、Ｔ１は外
部の温度、Ｌは熱伝導経路の距離である。この式より、
熱伝導率λが大きい物質は効率的に放熱が行われ、従っ
て素子の温度上昇が低減される。

ところで素子を含めて半導体表面は絶縁膜で保護される
が、一般に絶縁膜の熱伝導率は小さく、二酸化シリコン
では３．３　Ｘ　１０　　ｃａｌ／ｃｍ−ｓ・００程度
である。そのため基板表面への放熱効果は小さく、よっ
て基板裏面から放熱する構造を用いることが好ましい。

たとえばパワー用トランジスタの場合では、トランジス
タ素子の下部の半導体基板をエツチングにより除去し、
その部分に金属をメツキ法などにより充填し、さらに基
板裏面全体に金属をつけたヒートシンク構造を形成し、
素子部で発生した熱を基板裏面から効率良く放出し、素
子部での温度上昇を抑制し、温度上昇によるトランジス
タの誤動作を防止する方法がとられる。またヒートシン
ク金属は、電解効果トランジスタではソース電極、バイ
ポーラトランジスタではエミッタ電極に直付けされ、グ
ランドの役目も担っている。

しかし抵抗体の場合このヒートシンク金属を利用すると
、第５図（ｂ）のように抵抗体（１）とヒートシンク金
属（８）の間で容量成分をつくり、この容量成分により
回路の高速動作を損なう。また抵抗体（１）の電極（２
）も回路中では様々な電位が与えられるから、ヒートシ
ンク金属（８）を抵抗体電極（２）に直付けする事はで
きない。そのため、ヒートシンク金属（８）を抵抗体に
近接させることができず、有効な放熱効果を得ることが
できない。また、絶縁膜上の薄膜抵抗体の場合には、第
５図（ａ）のように抵抗体が上部および下部から絶縁膜
ではさまれた構造であるため放熱効果は一層小さくなり
、温度の上昇による抵抗値の信頼性の低減がますます問
題となる。

本発明の目的は、抵抗体が通電時に発生する熱による温
度上昇により、比抵抗が設計値から変化したり、動作時
の電流レベルによる抵抗値の非線形性や非可逆的な変化
を生じることを防止し、しかも放熱構造を作ることによ
り抵抗値の周波数分散や容量成分が発生することを避け
、よって回路の超高速動作を妨げない抵抗体を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段）本発明の抵抗体は、半導体基板上または半導体基板上の
絶縁膜上に形成された抵抗体と、この抵抗体下部に設け
られた高熱伝導率かつ低誘電率の特性を有する物質１と
、この物質１下部に前記半導体基板裏面まで突き抜けて
設けられた高熱伝導率の特性を有する物質２とからなる
ことを特徴とする。

なおこのような抵抗体としては、半導体基板上に絶縁膜
が形成されこの絶縁膜上に形成された薄膜抵抗体、およ
び高抵抗の半導体基板の一部の領域を低抵抗化すること
により形成された抵抗体、および半導体基板上に導電層
が形成されこの導電層の周囲を高抵抗化することにより
形成された抵抗体がある。

また前記抵抗体の製造方法としては、半導体基板上また
は半導体基板上の絶縁膜上に抵抗体を形成する工程と、
この抵抗体下部の半導体基板を裏面から除去する工程と
、除去された部分に高熱伝導率でかつ低誘電率の特性を
有する流動性の物質１を充填する工程と、引き続き前記
物質１を固化させる工程と、さらに基板裏面から前記物
質１と接するように高熱伝導率の特性を有する物質２を
取り付ける工程とを含む構成とする。

（作用）本発明では、抵抗体が熱伝導率の高い物質の上に形成さ
れるため、抵抗体と基板裏面との間の熱抵抗が低減され
、抵抗体からの発熱を効率よく基板裏面から放熱させる
ことができる。これにより抵抗体の温度上昇を抑制する
ことができ、抵抗体の信頼性を高めることができる。ま
た、この抵抗体を負荷抵抗として使用した回路を超高周
波領域で動作させる場合、この抵抗体は低誘電率の物質
上に形成されるため基板や基板裏面との間の容量や抵抗
値の周波数分散を抑制でき、回路の高速動作を損なわな
い。また本発明による抵抗体は、発熱による温度上昇が
抑制されるため微細化に適し、よって超高速動作の集積
回路に適する。

（実施例）以下に、本発明の詳細な説明する。第１図（ａ）〜（Ｃ
）は半導体基板（５）上に絶縁膜（４）、薄膜抵抗体（
１）、電極（２ン、絶縁膜（３）が順次形成されている
抵抗体である。第１図（ａ）は薄膜抵抗体（１）下部の
半導体基板および絶縁膜の全部を物質１（６）に置き換
えたもの、第１図（ｂ）は抵抗体下部の半導体基板（５
）および絶縁膜（４）の全部を除去したうち、その一部
を物質１（６）に置き換えたもの、第１図（ｃ）は抵抗
体下部の半導体基板の全部および絶縁膜の一部を物質１
（６）に置換したもので、さらに各々物質１（６）に接
するように物質２（７）を取り付けた実施例である。

また第１図（ａ）の抵抗体の製造方法の実施例を第４図
に示す。まず半導体基板（５）上に絶縁膜（４）、薄膜
抵抗体（１）、電極（２）、絶縁膜（３）を順次形成す
る（第４図（ａ））。引き続き抵抗体下部の半導体基板
（５）および絶縁膜（４）を基板裏面からエツチングし
、すべて除去する（第４図（ｂ））。次に除去した部分
に低誘電率で高熱伝導率の物質１（６）を充填する（第
４図（Ｃ））。さらに第４図（ｄ）のように基板裏面か
ら熱伝導率の良い金属（物質２（７））を、物質１（６
）と接するように形成する（たとえば物質２は金メツキ
法で形成したＡｕ）。

ところで抵抗体下部の基板領域および絶縁膜を除去した
部分に物質を充填する工程については、ＩＣレベルの回
路でもその抵抗体のサイズは数十μｍ程度であり、基板
の厚さは３００〜５００ｐｍであるため、そのアスペク
ト比が大きく、物質を充填するのはプロセス上困難であ
る。しかし、たとえば流動性のシリコン樹脂またはエポ
キシ樹脂を採用すれば、比較的簡単に充填することが可
能である。

またこれらの樹脂材料はＬＳＩ封止材料に用いられてお
り、流動性が良く、半導体に影響を及ぼす可動イオンが
ない、熱伝導率が大きい、誘電率が小さい等の特徴を持
ち半導体プロセス上信頼性を得られる。また充填した樹
脂は１００〜１５０°Ｃ程度の加熱により比較的簡単に
固化させることができる。

表１にシリコン樹脂とエポキシ樹脂、ＧａＡｓ、表１　
熱伝導率と比誘電率第５図（ａ）の従来の薄膜抵抗体では、二酸化シリコン
の熱伝導率がＧａＡｓやＳｉの半導体材料に比べて非常
に小さく、薄膜抵抗体上部および下部が二酸化シリコン
膜で絶縁されているこの構造では、抵抗体で発生した熱
は試料表面および基板裏面に伝わりにくく、その結果抵
抗体部分の温度が上昇しやすい。一方、第１図（ａ）の
構造の抵抗体では、抵抗体下部の基板および絶縁膜をす
べて除去し、その部分に二酸化シリコンよりも２桁近く
熱伝導率が良い樹脂が充填されているため、基板裏面か
ら有効な放熱が行われ、抵抗体の温度上昇は改善される
。

さらに、このような樹脂の誘電率は二酸化シリコンと同
等であるため、抵抗体に無用な容量成分を作らず、よっ
て安定した抵抗値が得られる。さらに基板裏面には、上
記樹脂と接するように金属層（例えばＡｕ層）を設ける
ため、抵抗体で発生した熱は樹脂を介して基板裏面から
効率よく放熱できるようになる。この構造で、ヒートシ
ンク金属層（７）を容量成分が大きく成らない程度に抵
抗体（１）に接近させた場合（第１図（ｂ））では、さ
らに放熱効果は大きくできる。

また第２図は高抵抗の半導体基板の一部の領域を低抵抗
化することにより形成された抵抗体（１１）、第３図は
半導体基板上に導電層が形成され、前記導電層の周囲を
高抵抗化することにより形成された抵抗体（１２）にお
いて抵抗体下部の半導体基板の全部を物質１に置換し、
さらに各々物質１に接するように物質２を取り付けた実
施例である。この場合は、樹脂の熱伝導率はＧａＡｓや
Ｓｉの半導体材料よりも小さいため熱伝導の点では劣る
が、しかし誘電率は１／３以下であるため、樹脂層の厚
みを最適化し、さらに基板裏面からの金属ヒートシンク
を抵抗体に接近させることにより、熱伝導を維持しつつ
容量成分を低減した抵抗体を形成することができる。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、抵抗体下部に設け
た放熱体により抵抗体で発生する熱を有効に基板裏面か
ら放熱することができるため、発熱による温度上昇によ
り抵抗値の変化および抵抗体の非可逆的な変化が生じる
ことを抑制することができ、抵抗体の信頼性を高めるこ
とができる。

また放熱体構造による抵抗体と基板等の間の容量成分を
抑制できるため、この抵抗体を含む集積回路を高周波領
域で動作させた場合でも抵抗値の周波数分散を生じるこ
となく、安定した抵抗値を得ることができる。また本構
造の抵抗体の製造方法は、流動性の高熱伝導率かつ低誘
電率の特性を有する物質を採用することにより、抵抗体
下部の半導体基板および絶縁膜を除去した部分に充填し
、その後加熱して固化させることができ、通常の半導体
プロセスが適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）から第１図（ｃ）は本発明の抵抗体の一実
施例を示す構造図である。第２図および第３図は本発明
の抵抗体の他の実施例を示す構造図である。第４図は第
１図（ａ）の抵抗体を形成する際の工程図である。第５
図（ａ）から第５図（ｄ）は従来の抵抗体の構造図であ
る。１・・・薄膜抵抗体、１１・・・抵抗体、１２・・・抵
抗体、２・・・電極、３・、・抵抗体保護絶縁膜、４０
０．抵抗体下地絶縁、５・・・基板、５１・・・注入に
より高抵抗化された基板領域、６・・・物質１．７・・
・物質２．８・・・ヒートシンク金属

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上または半導体基板上の絶縁膜上に形
成された抵抗体と、この抵抗体下部に設けられた高熱伝
導率でかつ低誘電率の特性を有する物質１と、この物質
１下部に前記半導体基板裏面まで突き抜けて設けられた
高熱伝導率の特性を有する物質２とからなることを特徴
とする抵抗体。
（２）半導体基板上または半導体基板上の絶縁膜上に抵
抗体を形成する工程と、この抵抗体下部の半導体基板を
裏面から除去する工程と、除去された部分に高熱伝導率
でかつ低誘電率の特性を有する流動性の物質１を充填す
る工程と、引き続き前記物質１を固化させる工程と、さ
らに基板裏面から前記物質１と接するように高熱伝導率
の特性を有する物質２を取り付ける工程とを含むことを
特徴とする抵抗体の製造方法。