JPS5990946A - 半導体構造及び製造方法 - 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】 （技術分野） 本発明は、一般的には半導体デバイスに関し、更に詳細
にはマイクロ波高電力レベルで動作し得る半導体デバイ
スに関する。

（技術背景） 当該技術分野において知られているように、マイクロ波
ダイオードを各種の大電力利用に使用することはしばし
ば望ましいことである。大電力利用に用いるとき、一般
に、ノ・イバワー出力で動作するダイオードによって発
生される熱を引き出し、許容可能な直流電流−マイクロ
波周波数変換効率に維持することが必要である。これを
達成するため、複数の個別メサ形ダイ、オードを使用し
てダイオード間に生じる熱を分散させることが望１しく
、その個々のメサ形ダイオードは１つの等価メサ形ダイ
オードに等しい総面積をＭする。そのように利用される
とき、複数のメサ形ダイオードは一般にペデスタル形共
通ヒートシンクに取り付けられてその複数のダイ、オー
ドからの熱を伝達させる。

Ｘ帯で動作可能な複数の個別ダイオードを取り付けるの
に使用される技術は、各ダイオードを共通ヒートシンク
・＼の個別的接着である。しかし、この技術は、比較的
小さいＸ帯ダイオードに対しては比較的離しい処理であ
り、ダイ、オードがミリメートル波長で動作するように
設計されているときには、非常に小さく共通ヒートシン
ク・＼の個別的取り付けは非常に困難なものとなる。

当該技術分野においてこれもまた知られているように、
複数のダイオードを取り付ける別の技術は、基板上に厚
くメッキされたヒートシンクを形成し、次に基板の一部
からメサ形ダイオードをエツチングすることを含んでい
る。基板は複数のダイオードの組に切断され、各組は厚
くメッキされタヒートシンク部を有する。ダイオードの
組のヒートシンク１ｌｌｌは共通のペデスタル形ヒート
シンクに取り伺けられる。この厚いメッキされたヒート
シンクは、組内の各ダイオードから熱を運び出すための
熱伝導手段を提供する。更に、切断後、厚くメッキされ
たヒートシンクの各々は、付加的処理ステップ、例えば
最終パッケージングの間−組のダイオードを支持する。

しかし、共通のペデスタル形ヒートシンクが厚くメッキ
されたヒートシンクの材料よりも熱伝導性が高いとき、
例えば金メッキ・ダイヤモンド・スラブが共通ヒートシ
ンクの一部に使用されるときには、厚くメッキされたヒ
ートシンクは望ましくない。そのような場合には、ダイ
オードの熱抵抗を最小にするため、メッキされたヒート
シンクの厚さを減少させてダイオードから共通ペデスタ
ル形ヒートンンクへの熱の流れを増加させることが望ま
しい。しかし、前述したよ′）に、厚くメッキされたヒ
ートシンクは、一般的に、ダイオードがメサに形成され
た後ウェハに構造的完全性を供給し、それらのダイオー
ドの各々を最終パッケージ化の間支持することが要求さ
れる。その理由は、基板をエツチングしてメサ形ダイオ
ードを形成した後は、メサ形ダイオードが金メッキ・ヒ
ートシンクによって唯一支持されろものであるからであ
る。従って、ヒートシンクが薄すぎると、メサ形ダイオ
ードの絹を支持する。構造が曲がったり、折れたりして
、次のホトリックラフ及び処理工程の間にダイオードを
取り扱うことが郁かしくなり、ダイオードを損傷して許
容可能なデバイスの歩留りを低下させてし筐う。

（発明の概装） 本発明によれば、各々が一方の表面上に薄い底面接触部
を有する複数のメサ形ダイオードが、複数の開口を有す
る支持構造によって支持され、各開口はダイオードのう
ち対応するものの薄い底面接触部を露出する。薄い底面
接触部の各々と支持構造は個別のメサ形ダイオードの複
数の組にパターン化され、各組のダイオードの第ｌのエ
ツチングされないＪ正面接触部はフレームによって一緒
に接続さ扛る。フレームは、支持構造のエツチングされ
ない部分と、底面接触部のエツチングされない部分から
形成される少なくとも１つの薄い先細ノインガーと、を
含み、谷底面接触部の第１０エツチングされない部分が
メサ形ダイオードに対するダイオード接触を供給する。

薄い先細フィンガーはダイオード接触及び支持構造のエ
ツチングされない部分によって一体的１に形成さ扛る。

フレームで支持されるメサ形ダイオードの組は次の適当
なヒートシンク表面上へのボンディングのために配置さ
れ、薄いダイオード接触側はヒートシンク上に取り付け
られる。ダイオードの組を支持するフレームによって、
１ｆｉｈのメサ形ダイオードはヒートシンク表面に熱圧
着される。ボンディングの後、フレームは除去さｉする
。このような構成によって、フレームが一組のメサ形ダ
イオードを取り扱うことを可能とし、個々のメサ形ダイ
オードのヒートシンクへのボンディングを容易にする。

更に、−組のダイオードの個々のメサ形ダイオードが、
ダイオードとヒートシンクとの間の熱伝達特性を強化す
ると共にボンディング後のフレーム構造の除去を容易に
するために、充分に薄くできるメッキされたダイオード
接触を；げする。ダイオード・デバイスは、こうして厚
いメッキされたダイオード接触を有するダイオードデバ
イスよりも低い熱抵抗を有し、ダイオード・デバイスが
メッキされたダイオード接触よりも高い熱伝導性を有す
る材料上に取りイリけられるとき特に望゛ましい特徴を
有する。

（実施例の説明） 本発明の教示に従って個々のダイオードを取り伺けたフ
レームを有するマルチ・メサ半導体デバイスの構造が第
１図乃至第６図に示される。

最初に第１図を参照すると、基板１２（ここではＮ＋形
のガリウム　素（ＧａＡｓ））とエピタキシャル成長し
た半導体ＧａＡｓの活性層１４を含むウェハｌＯが示さ
れる。活性層１４は、ダイオードの利用法によって異な
る多くのドーピング密度プロファイルのうちの１つを用
いることができ、ここでは、例えば、本発明の譲受人に
譲渡された米国特許第４，１６０，９９２号に記載され
たドーピング密度プロファイルを有する。第１金属層１
６（ここでは白金（＃））は、活性層１４の上に１００
，４〜２００Ａの範囲の厚さにスパッタされる。第２金
属層１８（ここではチタン（Ｔｉ）’）は、白金層１６
の上に１００ＯＡ乃至２０００Ａの厚さにスパッタされ
る。チタンが好適な材料ではあるが、タングステン、ノ
・フニウム又は他の耐熱性金属が層１８に使用すること
ができる。層１８の上には、高導電性の金層２０が２０
００，４〜８０００，４の範囲の厚きにスパッタされる
。次に、熱的及び電気的に伝導性の接触層２２（ここで
は金）がヌノ寸ツタされた金層２０の上に１〜２ミクロ
ンの厚さにメッキされる。次に、マスク層２４（ここで
はホトレジスト）が、図示の如く、メッキされた全接触
層２２の上に被着される。

ここで第２図を参照すると、周知のホトレジスト技術を
使用して、選択された領域でマスク層２４が、マスクさ
れ、現像され、そして化学的にエツチングされて、金メ
ッキされた接触層２２０所定の領域上に円形状の部分２
４′が残る。全接触層２２のマスクされない部分は金で
メッキされ（ここでは１０ミクロンの厚さ）開口支持層
２８が形成される。

第３図を参照すると、マスク層２４の円形領域２４′（
第２図）が除去され、開口支持層２８が残される。ここ
で、全接触層２２は最初の厚さに保たれるが、支持ｊ−
２８は充分な厚さにされて後述の態様でウニ・・ｌＯ内
に形成されるダイオードに対する構造的完全性を供給す
ることは注目すべきである。しかし、ここでは、支持層
２８はそこに形成された複数の開口３０を有し、該開口
はマスク層２４の円形部２４′（第２図）が与えられた
領域に対応することを述べれば充分である。複数の開口
３０は接触層２２の選択された領域を画定する。基板１
２は、次に、Ｄｒ足の厚さに１で薄くされ、マスク層３
１は複数の開Ｄ８１’にパターン化される。開口３１′
はメサ形ダイオード３４（第４図）の上部接触領域を画
定する。マスク層３１なパターン化するのに使用される
マスクは支持層２８内の開口３０と整列させられる。開
１コ３０と整列して開口３１′を形成するステップは、
ダイオード接触３２（第４図）のためマスク層３１に開
１コ３１′を供給するのに使用される頂部ダイオード接
触マスク（図示せず）の前面−背面整列を使用して達成
される。一般的前面一背面整列手順は前述の米国特許第
４．１６９，９９２号に記載されている。

ここで第４図を参照すると、複数の第１ダイオード接触
部３２が薄くされた基板１２の上面に設けられ、複数の
メサ形ダイ、オード３４が第１ダイオード接触部８２と
、白金層１６との間の薄くされた基板１２と活性層１４
から形成される。複数のダイオード接触部３２は、前述
の第１ダイオード接触部３２な形成する金でＡ心当な接
触金属化層（図示せず）を蒸着した後、各開口３１′（
第３図）をメッキすることによって形成される。複数の
個別メサ・ダイオード３４は次に上部接１独部３２と白
金層１６との間に形成される。個々のメサ・ダイオード
３４は、図示の如くダイオード接触部３２と白金層１６
との間の薄くされた基板１２（前もってＱ？定の厚妊に
薄くされている）と活１生層１４の一部を化学的にエツ
チングすることによって形成される。こうして、各メサ
形ダイオード３４は薄くされた基板１２と活性層１４か
ら形成され、その底面に形成された薄い全接触層２２と
その上面に形成され之第１ダイオード接触部３２とを有
する。更に、そのメサ形ダイオード８４のウェハ１０は
支持層２８によって支持される。

ここで第５図及び第６図を参照すると、ホトレジスト層
４６がウエノ・ｌＯの支持側表面１０’上に設けられて
、マスクされ、マスクされない部分がエツチングされて
図示のａ口〈フレーム・パターン及びダイス・マスク４
８が供給される。裂は目（間隙）４８ａはウェハがメサ
形ダイオードの組（第７〜８図）に切断される領域を画
定し、裂は目４８ｂは本発明に従ってフレーム（第７〜
８図）が与えられる領域を画定する。

第７図及び第８図を滲照すると、適当な金エツチング剤
（図示せず）が金ダイオード接触部２２（第５．６図）
のマスクされない部分と接触され、その金ダイオード接
触部２２のマスクされない部分がエツチングされて、全
接触層２２の第１のエツチングされない部分から小さい
金ダイオード接触部２２′を供給する。更シて、支持層
２８のマスクされない部分は、複数の支持部（ここでは
２８（Ｚ〜２８ｄ、）に同時にエツチングされて、複数
のメサ形ダイオードの組４６α〜４６ｄや供給する。

そのダイオードの各々は前記貨ダイオード接触部２２′
の対応するものを有する。そのメサ形ダイオード３４の
各々はフレーム４４　（Ｌ−４４ｄによって一緒に保持
される。各フレーム４４　ａ・−７４４ｃｌは複数の先
細フィンガー４２ＣＬ〜４２ｃ又はスパイダ突出部と支
持部２８α〜２８ｃの対応するものとを含む。先細のフ
ィンガー４２α〜４２Ｃは支持部２８α〜２８Ｃとダイ
オード接触部２２′との間に一体（（形成され、また全
接触層２２の第２のエツチングされない部分から供給さ
れる。こうして一体に形成されたフレーム４４α・〜４
４ｄは、メサ形ダイオード３４の各々を支えそして保持
し、ダイオードの複数の組４６ａ、〜４６ｄｖＣ切断し
た後のダイオードの取扱い及びパッケージ化を前述の如
く容易にする。現在のところ、ホ）　ＩＪノグラフ技術
の処理の制限のため、全接触層２２の選択された下層部
をマスクするために使用される薄い先細のフィンガー・
マスク部４８ｃＬ〜４８Ｃから成るマスク層４８（第５
．６図、ここではホトレジスト）の幅Ｗは、部分４９（
４５，６図）で約１ミル（０，０２５４朋）に選定され
ることは注目すべきである。当該技術分野において周知
の技術を使用して、全接触層２２は金エツチング剤（図
示せず）と接触されて選択的に丁部が削りとられる。そ
して、マスク４８（第５．６図）の部分４９の下側の、
フレーム４４（Ｚ〜４４ｄの支持部との連結部５０α・
〜５０ｃの幅Ｗ′が０−８　ミル（７，６２Ｘ　１０−
３ｍｍ　）から０．６ミル（０，０１５２ｍｍ）の範囲
にされる。幅Ｗ′は、一般に約２．０ミクロンの薄い全
接触層２２を有するメサ形ダイオードに対しては約０．
４ミル（０，０１０２ｍｍ）が好ましいことがわかった
。一般に、フィンガーの部分５０α〜５０ｃが狭くなれ
ばなるほど構造的にこわれやすく、その部分が広くなれ
はなるほどメサ形ダイオードの対応する組４６α〜４６
ｄから対応するフレーム４４ａ〜４４ｃを除去するのに
必要な力が大きくなると共に、フレーム４４ａ〜４４ｄ
ｆ；１除去する間に個々のメサ３４又はダイオード接触
２２′に損傷を与える可能性が品くなる。全接触層２２
の選択的エツチングの後、チタン層１８は接触層２２に
よってマスクされた領域が１０％のフッ化水累酸の溶液
を約１５秒使用してエツチングされる。白金層１６はエ
ツチングされないが、しかし白金の比較的もろい特性の
ため前記エツチング工程の結果、白金層１６はきれぎれ
に々つたりあるいははがれたりすることがあることは注
目すべきである。従って、接触層２２のエツチングの後
、周知の如くアセトン・スプレーがウェハ１０の裏側に
用いられて表面をきれいにし、白金の破片又ははがれた
もの（図示せり”）をふきとばす。

ここで第９．１０．１１，１２．１２，４図を参照する
と、組４６ｄのメサ形ダイオード８４の各々はそのノ底
面に取りト１けられた対応するダイオード接触部２２′
を有し、この接触部２２′が薄い先）ｈｌｌのフィンガ
ー４２α〜４２ｄを介して対応するフレームに接続され
、このフィンガーはここでは図示の如く内側に向って細
くなっている。対応するフレーム４４ｄと共にメサ形ダ
イオードの組４６ｄは熱拡散器６２αの一部上に配置さ
れる。熱拡散器６２ａ（ここでは金メッキ・ダイアモン
ド・スラブ）はペデスタル形ヒートソンク６２の一部で
あり、熱拡散器６２α及びヒートシンク６２はダイオー
ド・パッケージ６０（第１２図）の一部である。ダイオ
ード・パッケージ６０は、また、ヒートシンク６２を支
持するネジを切った支持部６４、リム６５αを有しペデ
スタル形ヒートシンク６２によって支持されるセラミッ
ク・リング・スペーサ６５、及び導電性ふた６６（ここ
ではパッケージ６０から均叉りはずして示されている）
を沈む。第９．１０図に示されるように、ボンディング
・ツール５５は組４６ｄのメサ３４の各々と接触され、
慣用の熱圧着が各メサ・ダイオードの接触部２２′を熱
拡散器６２αの表面と接触させて用いられる。熱拡散器
の温度は所定の約３００℃に上昇し、ボンディング・ツ
ール５５によって加えられる圧力と熱拡散器６２αの表
面の上昇しだ温度に応答して、各メサのダイオード接触
側か熱拡散器６２ａに接着される。第１１図に示すよう
に、組４６ｄは、フレーム４４ｄを持ち上げるだめのピ
ンセット又は針を使用することによつ゛Ｃフレーム４４
ｄを取りのぞかれると、熱拡散器６２に接Ｍされたメサ
形ダイオードが残る。好適モードでは、薄い先細フィン
ガ一部４２α〜４２ｄはその部分５０（Ｌ〜５０ｄ（第
７図）でメサ形ダイオードの組４６ｄからフレームを除
去する前に熱拡散器６２αに熱圧着される。これは、フ
ィンガ一部又はダイオード接触層２２′が上方に引張ら
れメサが短絡する可能性を排除する。この好ましい処理
によって、フレーム４４ｄはメサ形ダイオードの組４６
ｄから容易に除去される。前述したように、底面接触部
が２ミクロンのとき、各ダイオード接触部２２′をフレ
ーム４４ｄに支持する薄い先細フィンガー４２α〜４２
ｃかＯ，ａミル（７６２ＸＩＷ３ｍｍ）から０．６ミ／
ｌ／（０，０１５２ｍｒｎ）の範囲の幅１０’を有する
ように作られると、メサ３４に大きな損傷を与えること
なくフレーム４４ｄを除去することができる。フレーム
構造４４ｄは充分な無欠性と剛さをメサ・ダイオードの
組４６ｄに与え、次の取扱い操作、例えば前述のボンデ
ィング操作をメサに対するダメージを与えることなく、
そして不必要な困難性をなくして行うことを可能とする
。フレーム４４ｄの除去後、薄い先細フィンガー４２（
Ｌ〜４２ｂの部分４７α〜４７ｃは第１１図に示される
ように熱拡散器６２αに接着されたま′まにされる。も
し部分５０α〜５０Ｃがフレームを除去する前に熱拡散
器６２ａＫ接着されていないときは、フレームの除去後
残った部分４７α〜４７ｃが熱拡散器６２（Ｌに熱圧着
されその部分かメサ２０の一部に接触して短絡回路が生
じることを防止する。一体に形成された十字パターン７
０（第１２Ａ図）はメサ２０の上部接触部２２に熱圧着
され、壕だ、セラミック・リング・スペーサ６５の導電
性リム６５α及び導電性ふた６６に熱圧着され、バツク
ージ化されたダイオード・デバイス７２に対する第２接
触をもたらす。

第１３図及び第１４図を参照するき、マスク層８０（第
１８図）はウニ・・ｌＯの支持側表面１０′の上に形成
され、そしてマスクされ現像され、マスクされない部分
がエツチングされて、他のフレーム・パターン及び切断
マスク８１を供給する。

裂は目８１αはウエノ・ｌＯがメサ形ダイオードの組（
第１４図）　ＩＣ切断される領域ケ画定し、裂は目８１
ｂは本発明に従って与えられるフレーム（図示せず）の
領域を画定する。第１３図に示すように、複数の薄い先
細フィンガー（図示せず）を形成してダイオードをフレ
ームに保持するのに使用されるマスク部８６α〜８６ｃ
は、ここでは接触部２２から外側（ｌこ向って先細のフ
ィンガーを有する。前述の態様と同様に、マスク・パタ
ーン８０は接触部２２の選択した部分からフレーム（図
示せず）をエツチングするのに使用され、そのフレーム
が除去された後第１４図に示すように組８２ｄを与える
。しかし、ここでを工先細フィンガーを供給するのに使
用されるマスク部８６（Ｚ＝８６ｃが外側に向って先細
になっているので、特に比較的小さいメサ形ダイオード
にとってフレーム（図示せず）をメサ形ダイオード上に
形成される接触部を分離する前にフィンガーの部分８７
α〜８７Ｇ（図示−１ｒず）を熱拡散器６２に接着する
のを容易にする。他の部分、フレーム（図示せず）及び
取り付は方法は第１〜１２図に関連して述べたものと同
様である。

本発明を、以上、実施例に従って詳述したが、他の実施
例が本発明の範囲内で可能であることは当業者には明ら
かである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、本発明に従ってマルチ・メサ・ダ
イオードを一緒に支持するフレームを有ｊるマルチ・メ
サ・ダイオードの製造におけるステップを示す一連の断
片的等大断面図である。 第５図は、ホトレジスト・マスクなＭする第４図に示す
ウェハの平面図である。 第６図は、第５図の線６−６に沿った断面図である。 第７図は、本発明によるフレームを供給するエツチング
後のウェハの底面の平面図である。 第８図は、第７図の線８−８に沿った断面図である。 第９図は、第１図乃至第８図に従って製造されたマルチ
・メサ・ダイオード・デバイスの等大同である。 第１０図は、第９図の線１０−１０に沿った断面図で、
本発明によるマルチ・メサ・ダイオード・デバイスの個
々のメサ形ダイオードをボンディングするだめのボンデ
ィング・ツールを示す。 第１１図は、本発明に従ってフレームを除去した第９図
に示すマルチ・メサ・ダイオードの等大同である。 第１２図は、本発明に従ってセラミック・リング・パッ
ケージに敗り付けられたマルチ・メサ・ダイオ−斗゛・
デバイスの上面図である。 第１２Ａ図は、本発明に従ってセラミック・リング・パ
ッケージに取り（＝ｊけられたマルチ・メサ・ダイオー
ド・デバイスを示す第１２図の線１２Ａ−１２，４に沿
った断面図である。 第１３図は、別のフレーム構造に対するマスク・パター
ンの上面図である。 第１４図は、本発明の他の実施例に従ってマルチ・メサ
・ダイオードを一緒に保持するフレーム構造を有し、第
１図乃至第４図及び第１３図に従って製造されたマルチ
・メサ・ダイオード・デバイスの等大同である。 （符号説明） １０：ウェハ　　　　　１２：基板 １４：活性層　　　　　１６．第１金属層１８、第２金
属層　　　２０：金層 ２２：接触層　　　　　２４：マスク層２８：支持層　
　　　　８０：開口 ３４　メサ形ダイオード　４６：ホトレジスト層４８：
マスク　　　　５５：ボンディング・ツール特許出願人
　　レイセオン・カンパニー（外４名） ｔ−／（ｙ：４

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　共通導電層の上に複数の半導体デバイスを形
   成し、 前記共通導電層を一表面上に配置し、 前記共通導電層の一部を前記光面にボンディングする、 ステップから構成される方法。
2. （２）　　特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   前記共通導電層の選択された部分？エツチングしてフレ
   ーム構造を与え、そして 前記フレーム構造を除去する、 ステップを有する方法。
3. （３）共通導電層上に複数の半導体素子を形成し、前記
   導電層を一表面上に配置し、 前記導電層の一部を前記表面上にボンディングし、 前記４重層のボンディングされなかった部分を除去する
   、 ステップから構成される方法。
4. （４）特許請求の範囲第８項記載の方法において、前記
   共通導電層の選択された部分をエツチングしてフレーム
   構造を与え、そして そのフレーム構造を除去する、 ステップを有する方法。
5. （５）メッキされた導電層及び開口を設はメッキされた
   支持層を有する半導体デバイスを形成する方法であって
   、 メッキされた熱的に１云導性の層及び支持層上にマスク
   を形成し、 熱的に伝導性の層のマスクされない部分なエツチングし
   て、前記支持層と一体的に接続する熱的に伝導性の層の
   少なくとも１つのフィンガ一部を供給し、 前記熱的に伝導性の層のエツチングされない部分を除去
   する、 ステップ刀・ら構成される方法。
6. （６）複数の半導体素子を一緒に保持するフレーム構造
   を形成する方法であって、 前記半導体素子を支持する支持表面の選択された部分世
   マスク、し、 前記支持表面のマスクされない部分をエツチングして前
   記支持層の第１領域及び前記半導体素子と関連する前記
   支持層の第２領域と共に一体に形成された前記支持層の
   少なくとも一部を供給する、ステップから構成される方
   法。
7. （７）　　各素子が接触表面を有する複数の半導体素子
   と、 前記接触表面と一体的に形成される選択された部分を有
   するウェブ構造と、 から構成される半導体デバイス。
8. （８）支持部分と一体的に形成された第１部分を有する
   虚数の半導体素子を保持する方法であって、前記第１部
   分の選択された部分をエツチングして前記半導体素子と
   関連の第１・領域と、該第１・Ｉ偵域及び支持部分と一
   体的に形成された複数の部分と、を供給するステップを
   有する方法。
9. （９）少なくとも１つのメサ形半導体素子から成り、そ
   の−底面上に形成される第１接触須域と前記接触領域か
   ら出るフィンガー状突出部を有する半導体素子から成る
   半導体デバイス。