JPH11233850A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造、組立が容易な半導体装置の製造方法を
提供する。 【解決手段】 支持板に半導体基板を接着し、アノード
層を露出させる。アノード層上にマスク膜を形成し、半
導体装置形成予定領域を除く部分をエッチング除去して
凹部を形成する。マスク膜を除去したのち、半導体装置
形成予定領域を取り囲むように、凹部内に低融点ガラス
を充填する。半導体装置形成予定領域のアノード層およ
びカソード層に接続するアノード電極及びカソード電極
を形成し、半導体装置間の低融点ガラス部分を切断し、
半導体装置を完成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特にミリ波帯域の発振器として使用される半
導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年ミリ波帯域の電波の応用が盛んに行
われている。例えば、自動車の車間距離をミリ波のドッ
プラーレーダーで測定し、衝突、追突を回避したり、側
方からの衝突を事前にとらえて、エアバックを作動さ
せ、安全を図ろうとする試みがなされている。また、ミ
リ波による通信は、導線や光ファイバー等の設備を必要
としないため、すでに一部で実用化されている。さらに
ミリ波は、降雨や降雪にも強く、指向性が強いので、利
用範囲の広い通信媒体として有効である。

【０００３】このように利用範囲の広いミリ波の発振源
として、ガンダイオード、インパッド・ダイオード、Ｈ
ＥＭＴ等がある。このうち、ガンダイオードが最も広範
に利用されている。

【０００４】ガンダイオードは、電子遷移効果を用いた
バルク発振素子であるため、表面準位の影響も少ないた
め、化合物半導体の中で１／ｆ雑音が最も少なく、ドッ
プラーレーダーのような定周波出力を必要とする際に
は、特に際だった優位性を有している。

【０００５】ミリ波用のガンダイオードは、通常ガリウ
ム砒素やインジウムリンのような化合物半導体で作ら
れ、これらは電子の低電界移動度が数千ｃｍ２／Ｖ・ｓ
ｅｃと大きい。しかし更に高電界が加わると、加速され
た電子は有効質量の大きいバンドに遷移し、移動度が低
下する。このような機構によりバルク内に負性微分移動
度が生じ、結果的に電流電圧特性の負性微分コンダクタ
ンスが現れ、熱力学的不安定が生じる。このため、ドメ
インが発生し、カソード側からアノード側へドメインが
走行する。これが繰り返される結果、電流振動が得られ
る。

【０００６】このドメインが走行する距離によって発振
周波数が決まる。ミリ波用のガンダイオードの場合、こ
の走行空間を１〜２ミクロンと極めて短くしなければな
らない。しかも、ドメインの走行空間のｎ型不純物濃度
が、１０¹⁶ａｔｏｍ／ｃｍ３オーダーと大きい。このよ
うに距離が短く、抵抗が小さい走行空間を電子が移動す
るため、走行空間を小さくしないと、動作電流が大きく
なってしまう。ミリ波用ガンダイオードでは、動作電流
を小さくするため、走行空間を含め素子の大きさを１０
ミクロン直径程度と極めて小さく形成しなければならな
い。

【０００７】さらに、素子の大きさを微細面積として
も、動作電流は数百ミリアンペアと大きくなるため、放
熱効率の良い構造にする必要がある。

【０００８】放熱効率を良くするため従来のミリ波用ガ
ンダイオードは、次のように組み立てられていた。ま
ず、組立作業が可能な大きさのガンダイオード素子１３
を形成する。このとき、ガンダイオード素子１３は、電
流電圧特性が所定の設定値より大きく設定されている。
その後、図７に示すようなピル型パッケージに組み立て
られる。ピル型パッケージは、放熱基台電極１４を取り
囲むように外囲器１５となるガラスやセラミックスから
なる円筒が硬ロウ付けされている。

【０００９】ガンダイオード素子１３は、サファイア柱
等に静電吸着され、放熱基台電極１４に接着させる。こ
のとき、サファイア柱が視野を遮り、放熱基台電極１４
を直接視認することが困難となり、作業効率が非常に悪
い。

【００１０】更に、表面にＣｒＡｕ等の金属層を設けた
石英ペデスタル１６を介して金リボン１７でガンダイオ
ード素子１３に配線を施し、更に外囲器１５の先端に設
けられた金属層に再び金リボン１７によって配線を行な
う必要があり、作業効率が非常に悪いという問題があっ
た。

【００１１】また、このように組み立てた後、パッケー
ジごとエッチング液に浸漬し、ＧａＡｓ等のガンダイオ
ード素子１３を構成する部分のみを溶解して、能動領域
の面積を低減させる。所定の面積に低減したことは、電
流値の減少によって知ることができる。従って、エッチ
ングを行った後、電流電圧特性を測定するという工程
を、電流が所定の値に減少するまで繰り返す必要があっ
た。

【００１２】所定の電流値になったところで、外囲器１
５上に蓋状の金属ディスク（図示せず）をロウ付けし、
ピル型パッケージの組立が終了する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のミ
リ波用半導体装置は、製造上、組立上の制約が多く、歩
留まりを低下させる要因が数多くあり、コストが高くな
るという問題点があった。本発明は上記問題点を解消
し、製造、組立が容易な半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、半導体基板の一主表面及び別の主表面に、
それぞれ第１及び第２の電極が形成される半導体装置の
製造方法において、支持手段を備え、一主表面を露出す
る半導体基板を用意する工程と、少なくとも半導体装置
形成予定領域を除く該半導体基板の一部を、一主表面側
からエッチング除去し、別の主表面に達する凹部を形成
する工程と、少なくとも前記半導体装置の形成予定領域
を絶縁物が取り囲むように、前記凹部に絶縁物を充填す
る工程と、半導体装置形成予定領域の前記半導体基板の
前記一主表面に接続する前記第１の電極を形成する工程
と、前記支持手段を除去する工程と、前記半導体基板の
別の主表面を露出する別の支持手段を形成する工程と、
該露出する別の主表面に接続する前記第２の電極を形成
する工程とを含むことを特徴とするものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、ガンダイオードの製造方法を例にとり、説明する。
ガリウム砒素、インジウムリン等からなる半導体基板を
用意する。この半導体基板は、高濃度ｎ型基板上に形成
したバッファー層からなるアノード層１と低濃度ｎ型領
域からなるドメイン走行層２と、高濃度ｎ型領域からな
るカソード層３を備えている。カソード層３表面には、
周知のＣＶＤ法等によって窒化膜等からなる第１の絶縁
膜４を形成する。次に、絶縁膜４上にハンドリング用の
支持板５を接着させる。この支持板５は、半導体基板と
同じ半導体基板を用いても良い。

【００１６】その後、アノード層１側から半導体基板を
研磨し、次いでケミカル・メカニカル・ポリッシングあ
るいはケミカル・ポリッシングを行い、半導体基板を所
定の厚さ（５０ミクロン程度）に薄膜化し、ガンダイオ
ード形成用の半導体基板とする（図１）。鏡面化した半
導体基板のアノード層１表面に、ホトレジスト、窒化膜
等のエッチングマスクとなる膜６を、ガンダイオード形
成予定領域を被覆するように形成する。その後、ガンダ
イオード形成予定領域を残し、半導体基板をエッチング
し、第１の絶縁膜４を露出させ、凹部７を形成する（図
２）。図２では、ガンダイオード素子の放熱効果を高め
るため、ガンダイオード形成予定領域をドーナツ形状と
した場合の断面図を示す。ここで形成されるガンダイオ
ード形成予定領域は、従来のように、後でエッチングに
より面積の調整を必要としない大きさとする。

【００１７】次いで、膜６を除去し、凹部７が形成され
たアノード層１側の半導体基板表面に、ＣＶＤ法あるい
はスパッタ法により、シリコン膜、アモルファスシリコ
ン膜あるいは窒化膜からなる第２の絶縁膜８を、単層あ
るいは多層に形成する。その後、低融点ガラス粉末を遠
心法、ドクダブレード法等周知の手法により、凹部７内
に充填し、溶融あるいは焼結して固化する（図３）。固
化した低融点ガラス９は、絶縁膜８を介することによっ
て、半導体基板と密着させることができる。このように
ガンダイオード形成予定領域の半導体基板は、その周り
を固化した低融点ガラス９で囲まれた構造となる。低融
点ガラスの融点あるいは焼結温度は、エピタキシャル成
長温度より低く設定することができるので、低融点ガラ
スの固化工程において、ガンダイオードの特性を損なう
ことはない。また、低融点ガラスの溶融、固化のための
熱処理は、低融点ガラスが被覆した表面を上向きにして
行うため、溶解した低融点ガラスは、凹部７内のカソー
ド層３側に流入し、固化される。

【００１８】その後、低融点ガラス９及び第２の絶縁膜
８を研磨除去し、アノード層１表面を露出させる。この
研磨により、固化した低融点ガラス９とアノード層１表
面の高さがほぼ同一となるようにする。なお、必ずしも
凹部７の中に固着した低融点ガラス全体がアノード層１
表面の高さと等しくなる必要はなく、凹部７の中央部の
高さが低くても良く、少なくともアノード層１を取り囲
むように、低融点ガラスの一部が、アノード層１表面の
高さと同じ高さとなるようにすればよい。しかし、アノ
ード電極を形成する工程や、アノード電極に金リボンを
接続する工程をより簡便にするため、低融点ガラス全体
の高さをアノード層表面の高さと等しくするのが好まし
い。このような構造にすることで、ガンダイオード形成
予定領域の半導体基板側面が低融点ガラス９によって取
り囲まれた構造となる。露出したアノード層１表面に、
電極金属を蒸着し、アノード層１とオーミック接触する
アノード電極１０を形成する（図４）。ここで、電極金
属を蒸着する前に、露出するアノード層１表面を清浄化
するため、エッチングしても良い。

【００１９】カソード側の第１の絶縁膜４表面に接着し
ている支持板５を取り除き、アノード電極１０表面に、
別のハンドリング用の支持板１１をワックス等によって
接着させる。第１の絶縁膜４をエッチング除去し、カソ
ード層３を露出させる。露出したカソード層３及び第２
の絶縁膜８表面に、電極金属を蒸着し、カソード層３と
オーミック接触するカソード電極１２を形成する（図
５）。その後、支持板１１の接着剤を溶解除去し、周知
の切断方法により、半導体基板をダイシング用のテープ
に接着させ、ガンダイオード素子間の低融点ガラス９部
分を切断し、ダイス化し、ガンダイオードを完成する
（図６）。

【００２０】このように形成されたガンダイオードを放
熱基台電極へ組み立てる。本発明のガンダイオードチッ
プは、低融点ガラス９で周辺を取り囲んだ構造となって
いるため、この低融点ガラスが従来のピル型パッケージ
の外囲器の役割を果たすことになる。従って、従来のピ
ル型パッケージの外囲器を必要としない組立が可能とな
り、従来問題となっていた外囲器の空間的制約の問題を
解消することができる。

【００２１】以上の説明は、半導体基板表面に第１の絶
縁膜を形成し、支持板５に接着させて、ガンダイオード
を形成する工程を説明してきたが、カソード層３側に形
成する第１の絶縁膜及び支持板は、前述の説明の形態に
限定されるものではない。例えば、別の厚い半導体層を
一体に形成した半導体基板を用いれば、支持板の接着工
程を省略することができる。

【００２２】また、本発明はガンダイオードに限定され
ることはなく、ＰＩＮダイオード、バラクタダイオー
ド、インパッドダイオード等各種ダイオード及び複合素
子に適用することができるのはいうまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の製造方法に
より形成した半導体装置は、既設の外囲器の空間的制約
を受けることがないので、自動組立が可能となり、コス
トの低減に著しい効果がある。更に、従来使用していた
外囲器付きの放熱基台電極を使用する必要がなくなるの
で、この点でもコストの低減の効果が大きい。

【００２４】また、組立後に電流値を調整するためのエ
ッチングを行なう必要もないので、より簡便に製造する
ことができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の説明図である。

【図２】本発明の実施の形態の説明図である。

【図３】本発明の実施の形態の説明図である。

【図４】本発明の実施の形態の説明図である。

【図５】本発明の実施の形態の説明図である。

【図６】本発明の実施の形態の説明図である。

【図７】従来のこの種の半導体装置の説明図である。

【符号の説明】

１ アノード層 ２ ドメイン走行層 ３ カソード層 ４ 第１の絶縁膜 ５ 支持板 ６ 膜 ７ 凹部 ８ 第２の絶縁膜 ９ 低融点ガラス １０ アノード電極 １１ 支持板 １２ カソード電極 １３ ガンダイオード素子 １４ 放熱基台電極 １５ 外囲器 １６ 石英ペデスタル １７ 金リボン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の一主表面及び別の主表面
   に、それぞれ第１及び第２の電極が形成される半導体装
   置の製造方法において、 支持手段を備え、一主表面を露出する半導体基板を用意
   する工程と、 少なくとも半導体装置形成予定領域を除く該半導体基板
   の一部を、一主表面側からエッチング除去し、別の主表
   面に達する凹部を形成する工程と、 少なくとも前記半導体装置の形成予定領域を絶縁物が取
   り囲むように、前記凹部に絶縁物を充填する工程と、 半導体装置形成予定領域の前記半導体基板の前記一主表
   面に接続する前記第１の電極を形成する工程と、 前記支持手段を除去する工程と、 前記半導体基板の別の主表面を露出する別の支持手段を
   形成する工程と、 該露出する別の主表面に接続する前記第２の電極を形成
   する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
   法。