半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本公開(kāi)涉及一種半導(dǎo)體裝置。根據(jù)本公開(kāi)的半導(dǎo)體裝置包括形成在襯底上的第一電極，第一電極是第一電位；以及形成在第一電極上的第二電極，第二電極包括傳送信號(hào)的信號(hào)配線和具有規(guī)定面積的平面電極部分。第一電極的與平面電極部分相對(duì)應(yīng)的形狀被制成狹縫形狀，使得狹縫的縱向方向平行于信號(hào)在平面電極部分中前進(jìn)的方向。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文討論的實(shí)施方式涉及半導(dǎo)體裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，處理超高頻毫米波信號(hào)等的半導(dǎo)體裝置已投入實(shí)際使用。在這種情況下，當(dāng)信號(hào)(射頻(RF)信號(hào))的工作頻率變高時(shí)，信號(hào)的波長(zhǎng)變短。
[0003]除此之外，在其上安裝諸如放大器的高頻電路的半導(dǎo)體裝置(半導(dǎo)體集成電路或LSI芯片)中，例如，當(dāng)芯片(半導(dǎo)體襯底)厚于使用的信號(hào)波長(zhǎng)的1/4時(shí)，在芯片的背面和正面的電路圖案之間出現(xiàn)諧振模式。
[0004]換句話說(shuō)，在放大電路的情況下，已知由于引起諸如振蕩的問(wèn)題的諧振，輸出信號(hào)被反饋到輸入端。即使振蕩不出現(xiàn)，也可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，例如，頻帶特性在諧振頻率處劣化。
[0005]如上所述，例如，在包括放大電路的半導(dǎo)體裝置中，由于引起振蕩或頻帶特性劣化等的諧振，輸出信號(hào)被反饋到輸入端。
[0006]出于這個(gè)原因，例如，可以考慮使用多層配線結(jié)構(gòu)，其中接地平面(GND屏蔽)被布置在下層中，從而襯底相對(duì)于信號(hào)電極(焊盤電極)被屏蔽，以便建立阻止RF信號(hào)泄漏到襯底的結(jié)構(gòu)。
[0007]然而，當(dāng)GND屏蔽被布置在焊盤電極的下層中時(shí)，例如，焊盤電極和GND屏蔽之間的電容將引起高頻特性的劣化。
[0008]現(xiàn)在，在使用高頻信號(hào)的相關(guān)半導(dǎo)體裝置中，可以提出想法，以便減少焊盤電極等中的聞?lì)l損耗。
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本公開(kāi)專利公布N0.2003-224189
[0010]因此，實(shí)施方式的一個(gè)方面的目的是提供能夠?qū)崿F(xiàn)減少振蕩和頻帶特性劣化的半導(dǎo)體裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)實(shí)施方式的方面，半導(dǎo)體裝置包括形成在襯底上的第一電極，第一電極為第一電位；以及形成在第一電極上的第二電極，第二電極包括傳送信號(hào)的信號(hào)配線和具有規(guī)定面積的平面電極部分。
[0012]第一電極的與平面電極部分相對(duì)應(yīng)的形狀被制成狹縫形狀，使得狹縫的縱向方向平行于信號(hào)在平面電極部分中前進(jìn)的方向。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是示出了半導(dǎo)體裝置的示例的示意圖；
[0014]圖2A和2B示出了關(guān)于圖1中所示的半導(dǎo)體裝置中的不同襯底厚度的、每個(gè)S參數(shù)相對(duì)于頻率的依賴關(guān)系的示例；
[0015]圖3A和3B是半導(dǎo)體裝置中的微帶線結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；
[0016]圖4A和4B是半導(dǎo)體裝置中的GND屏蔽的說(shuō)明圖；
[0017]圖5A和5B是關(guān)于第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的說(shuō)明圖；
[0018]圖6A和6B是分別示出了圖5A和5B中所示的半導(dǎo)體裝置中的焊盤電極部分和每個(gè)S參數(shù)相對(duì)于頻率的依賴關(guān)系的示例的示圖；
[0019]圖7A和7B是分別示出了用于比較的、半導(dǎo)體裝置中的焊盤電極部分和每個(gè)S參數(shù)相對(duì)于頻率的依賴關(guān)系的示例的示圖；以及
[0020]圖8是第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的說(shuō)明圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]首先，在詳細(xì)描述半導(dǎo)體裝置的實(shí)施方式之前，參照?qǐng)D1到圖4B，將描述半導(dǎo)體裝置的示例和它的問(wèn)題。
[0022]圖1是示出了半導(dǎo)體裝置的示例的示意圖。圖2A和2B示出了關(guān)于圖1中所示的半導(dǎo)體裝置中的不同襯底厚度的、S參數(shù)相對(duì)于頻率的依賴關(guān)系的示例。圖2A和2B分別示出了關(guān)于100 μ m和50 μ m的襯底厚度的仿真結(jié)果。
[0023]在圖1中，附圖標(biāo)記I表示襯底(半導(dǎo)體襯底)，附圖標(biāo)記2表示放大器，并且附圖標(biāo)記D表示襯底厚度。在圖1中，假定放大器2的輸入IN是S1,并且放大器2的輸出OUT是S2，S參數(shù)(散射參數(shù))Sn、S22和S21定義如下。
[0024]S11表示從輸入IN (反射)檢測(cè)到的關(guān)于針對(duì)輸入IN的入射的S參數(shù)，S22表示從輸出OUT檢測(cè)到的關(guān)于針對(duì)輸出OUT的入射的S參數(shù)，并且S21表示從輸出OUT檢測(cè)到的關(guān)于針對(duì)輸入IN的入射的S參數(shù)。
[0025]雖然半導(dǎo)體裝置中的信號(hào)的一個(gè)波長(zhǎng)取決于例如用作襯底I的材料(例如，化合物半導(dǎo)體的類型)、雜質(zhì)濃度、信號(hào)通過(guò)區(qū)域中的表面(界面)特性等，但是作為示例，通過(guò)假定11的相對(duì)介電常數(shù)來(lái)進(jìn)行仿真。因此，襯底I上的300GHZ信號(hào)的1/4波長(zhǎng)被發(fā)現(xiàn)是3xl014/3xl0n/4/ll1/2 ^75.5 [μπι]。
[0026]首先，如圖2Α中所示，當(dāng)襯底I的厚度是100 μ m時(shí)，例如在超過(guò)200GHz的頻率附近，表示輸入反射的S參數(shù)S11和表示輸出反射的S參數(shù)S22兩者都突然增加。
[0027]另一方面，S參數(shù)S21表示信號(hào)通過(guò)半導(dǎo)體裝置的通路，其中輸入到輸入IN的信號(hào)被放大器2放大，被從輸出OUT輸出，例如在超過(guò)200GHz的頻率附近，S參數(shù)S21開(kāi)始下降，并且在220GHz附近，變得小于S參數(shù)S11和S22。
[0028]此外，例如在240GHz附近，S參數(shù)S21臨時(shí)變得大于S參數(shù)S11和S22,但是在300GHz附近，可以是最小值(_30dB)，表示信號(hào)幾乎不可以通過(guò)半導(dǎo)體裝置。因此，當(dāng)襯底I的厚度D是100 μ m時(shí)，難于使用半導(dǎo)體裝置達(dá)到300GHz，并且使用頻率將幾乎被限制到200GHz或更少。
[0029]接下來(lái)，如圖2B所示，當(dāng)襯底I的厚度D是50 μ m時(shí)，例如，當(dāng)頻率變高時(shí)，S參數(shù)S11和S22增加，并且在超過(guò)300GHz的頻率，變得大于S參數(shù)S11。
[0030]此外，S參數(shù)S21變化，從而當(dāng)與S參數(shù)S11和S22比較時(shí)，S參數(shù)S21呈現(xiàn)出頻率改變的相反特性，并且如上所述，在超過(guò)約300GHz的頻率，S參數(shù)S21變得小于S參數(shù)S11和S220因此，半導(dǎo)體裝置直到約300GHz都是可使用的，但是由于在超過(guò)300GHz的頻率的大的反射，其特性劣化。
[0031]因此，可以理解的是，當(dāng)襯底I的厚度D大于所使用的信號(hào)波長(zhǎng)的1/4時(shí)，大的反射使得難于使用半導(dǎo)體裝置?？梢韵胂?，這是因?yàn)橐r底I的背面和其正面的電路圖案之間出現(xiàn)諧振模式，該諧振模式引起諸如振蕩和頻帶特性劣化的問(wèn)題。
[0032]現(xiàn)在，當(dāng)襯底I的厚度D變薄時(shí)，不僅襯底的機(jī)械強(qiáng)度劣化，而且用于使襯底變薄的制造難度水平提高，導(dǎo)致制造成本的增加。因此，考慮應(yīng)用例如微帶線結(jié)構(gòu)，其中由接地配線執(zhí)行屏蔽。
[0033]圖3A和3B是半導(dǎo)體裝置中的微帶線結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。圖3A示出了微帶線結(jié)構(gòu)的橫截面，并且圖3B示出了圖3A中所示的微帶線結(jié)構(gòu)中的每個(gè)S參數(shù)相對(duì)于頻率的依賴關(guān)系的示例。
[0034]在圖3A中，附圖標(biāo)記I表示襯底，附圖標(biāo)記11表示接地配線(GND屏蔽)，附圖標(biāo)記12表示絕緣層，并且附圖標(biāo)記13表示信號(hào)配線。
[0035]如圖3A所示，在微帶線結(jié)構(gòu)中，接地配線(GND屏蔽)11形成在襯底I上，在接地配線11上，接地(GND)電位由金屬配線層施加。
[0036]此外，經(jīng)由絕緣層12，信號(hào)配線13通過(guò)金屬配線層形成在GND屏蔽11上。GND屏蔽11和信號(hào)配線13之間的距離，即絕緣層12的厚度d約為I μ m,并且襯底I的厚度D約為 100 μ m。
[0037]如圖3B所示，在圖3A中所示的微帶線結(jié)構(gòu)中，可以理解，即使當(dāng)頻率增加，例如超過(guò)300GHz時(shí)，表示信號(hào)通過(guò)半導(dǎo)體裝置的通路的S參數(shù)S12仍幾乎不下降并且保持OdB。
[0038]雖然分別表示輸入和輸出的反射的S參數(shù)S11和S22例如以約10GHz的周期在-20dB和-30dB之間范圍內(nèi)變化，但是S參數(shù)不會(huì)急劇增加。換句話說(shuō)，可以理解，即使對(duì)于具有超過(guò)300GHz頻率的信號(hào)，微帶線結(jié)構(gòu)仍實(shí)現(xiàn)好的信號(hào)傳送。
[0039]圖4A和4B是關(guān)于半導(dǎo)體裝置中的GND屏蔽結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。圖4A示出了透視圖，并且圖4B示出了在圖4A中所示的GND結(jié)構(gòu)中的、每個(gè)S參數(shù)相對(duì)于頻率的依賴關(guān)系的示例。注意，圖4A示出了襯底I的一部分(末端部分)。
[0040]如圖4A所示，在GND屏蔽結(jié)構(gòu)中，以類似于上述圖3A的微帶線結(jié)構(gòu)的方式，GND屏蔽11形成在襯底I上，在GND屏蔽11上通過(guò)金屬配線施加GND電位。
[0041]此外，經(jīng)由絕緣層12，信號(hào)配線13通過(guò)金屬配線層形成在GND屏蔽11上。GND屏蔽11和信號(hào)配線13之間的距離，即絕緣層的厚度d約為I μ m,并且襯底I的厚度D約為100 μ m0
[0042]現(xiàn)在，在半導(dǎo)體裝置中，例如，平面電極部分(焊盤電極)13a通常形成在信號(hào)配線13的末端部分上，平面電極部分13a可以是輸入/輸出焊盤等的特定大小的面積。因?yàn)檫@樣的焊盤電極13a經(jīng)由絕緣層12面對(duì)GND屏蔽11，所以將形成電容。
[0043]因此，如圖4B所示，在圖4A所示的GND屏蔽結(jié)構(gòu)中，例如，在180GHz附近，由于焊盤電極13a形成的電容，S參數(shù)S21幾乎與S參數(shù)Sn、S22 一致。換句話說(shuō)，通過(guò)半導(dǎo)體裝置的信號(hào)的衰減幅度變得基本上等于在輸入/輸出端處反射的信號(hào)的衰減幅度。
[0044]此外，當(dāng)信號(hào)的頻率增加到約280GHz時(shí)，S參數(shù)S11和S22變得大于S參數(shù)S21，換句話說(shuō)，通過(guò)半導(dǎo)體裝置的信號(hào)變得小于從輸入/輸出端反射的信號(hào)。
[0045]例如,對(duì)于280GHz的信號(hào),這表不從焊盤電極13a輸入的信號(hào)的大部分(例如,約3/4)被反射，并且信號(hào)的剩余部分(例如，約1/4)實(shí)際由半導(dǎo)體裝置處理并且被輸出。
[0046]因此，通過(guò)例如焊盤電極13a和GND屏蔽11之間的電容，在焊盤電極13a的下層中布置GND屏蔽11導(dǎo)致了高頻特性的劣化。
[0047]下面，將參照附圖詳細(xì)描述本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置。圖5A和5B是第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的說(shuō)明圖。圖5A示出了透視圖，并且圖5B示出了在圖5A所示的GND屏蔽結(jié)構(gòu)中、每個(gè)S參數(shù)相對(duì)于頻率的依賴關(guān)系的示例。圖5A示出了半導(dǎo)體襯底(襯底)1的一部分(末端部分)。
[0048]從圖5A和圖4A之間的比較可見(jiàn)，在第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，在其上設(shè)置有焊盤電極13a的襯底I的外周，GND屏蔽11形成為狹縫形狀(簧片形狀)，在GND屏蔽11上通過(guò)襯底I上的金屬配線層施加接地(GND)電位。
[0049]例如，GND屏蔽11的狹縫部分Ila可以不在其上布置有輸入/輸出焊盤電極的襯底I的所有外周上形成，而是可以在與焊盤電極13a相對(duì)應(yīng)的區(qū)域上形成，并且實(shí)心形狀的部分可以在其他區(qū)域上形成。
[0050]與焊盤電極13a相對(duì)應(yīng)的GND屏蔽11被制成狹縫形狀(狹縫部分)Ila,使得狹縫的縱向方向平行于信號(hào)在焊盤電極13a中前進(jìn)的方向。換句話說(shuō)，GND屏蔽11的狹縫部分Ila的縱向方向與連接到焊盤電極13a的信號(hào)配線13從焊盤電極13a延伸的方向一致。
[0051]此外，如上述圖3A所示，在配線13和焊盤電極13a以及GND屏蔽11和狹縫部分Ila之間，提供例如絕緣層12。絕緣層12的厚度d是信號(hào)波長(zhǎng)的1/4或更少。
[0052]此外，GND屏蔽11的每個(gè)狹縫部分Ila之間的間距P也是信號(hào)波長(zhǎng)的1/4或更少。值得注意的是，信號(hào)的波長(zhǎng)(一個(gè)波的長(zhǎng)度)與例如信號(hào)在襯底I上傳播的速度除以信號(hào)頻率而獲得的值相對(duì)應(yīng)。
[0053]這樣，例如，通過(guò)將GND屏蔽11 (Ila)的、與用于輸入焊盤等的具有規(guī)定面積的焊盤電極(平面電極部分)13a相對(duì)應(yīng)的形狀制成狹縫形狀，可以獲得好的頻帶特性(傳播特性)。
[0054]換句話說(shuō)，從圖5B和上述圖4B之間的比較可以看出，根據(jù)圖5A所示的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，例如，即使在約180GHz和280GHz附近，S參數(shù)S21充分大于S參數(shù)Sn
和 S22。
[0055]可以想象，這是因?yàn)樵诤副P電極13a和GND屏蔽11的狹縫部分Ila之間生成了電場(chǎng)，并且可以減少泄漏到襯底I的信號(hào)(RF信號(hào))。
[0056]此外，與利用如參照?qǐng)D4A和4B描述的GND屏蔽11執(zhí)行完全屏蔽的情況相比較，通過(guò)減少與焊盤電極13a相對(duì)的面積，可以減少電容，并且可以抑制高頻特性的劣化。因此，可以理解的是，在例如O到350GHz的信號(hào)頻率的所有頻帶中，第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置是可用的。
[0057]圖6A和6B分別示出了圖5A和5B所示的半導(dǎo)體裝置中的焊盤部分和每個(gè)S參數(shù)相對(duì)于頻率的依賴關(guān)系的示例。圖7A和7B分別示出了用于比較的半導(dǎo)體裝置中的焊盤部分和每個(gè)S參數(shù)相對(duì)于頻率的依賴關(guān)系的示例。
[0058]圖6A和6B示出了 GND屏蔽11的狹縫部分Ila的縱向方向與信號(hào)在焊盤電極13a中前進(jìn)的方向一致的情況，正如上述圖5A和5B的情況中的那樣。圖6A示出了狹縫部分Ila的形狀，并且圖6B示出了該情況下每個(gè)S參數(shù)相對(duì)于頻率的依賴關(guān)系的示例。
[0059]圖7A和7B示出了 GND屏蔽11的狹縫部分Ila的縱向方向垂直于信號(hào)在焊盤電極13a中前進(jìn)的方向的情況。圖7A示出了狹縫部分Ila的形狀，并且圖7B示出了該情況下每個(gè)S參數(shù)相對(duì)于頻率的依賴關(guān)系的示例。注意,在圖7A中,例如通過(guò)連接配線Ild,多個(gè)狹縫Ilc與GND屏蔽11連接，接收同一電位(GND電平電位)。
[0060]如圖6A所示，例如，通過(guò)將相鄰狹縫部分Ila之間的距離P (每個(gè)狹縫之間的間距)設(shè)定為30 μ m并且將一個(gè)狹縫部分Ila的寬度W設(shè)定為I μ m,根據(jù)仿真獲得了圖6B中的、S參數(shù)是怎樣改變的。
[0061]上述的30 μ m的值作為狹縫之間的間距P并且I μ m的值作為狹縫寬度W僅僅是示例，并且毋庸贅言，根據(jù)所使用的信號(hào)的頻帶，各種修改和變型是可能的。
[0062]在圖6B和7B中附圖標(biāo)記10表示信號(hào)供應(yīng)焊盤，從信號(hào)供應(yīng)焊盤10供應(yīng)信號(hào)使信號(hào)從信號(hào)供應(yīng)焊盤10朝向焊盤電極13a中的信號(hào)配線13流動(dòng)(前進(jìn))。
[0063]從圖6B和圖7B之間的比較可以看出，對(duì)于與焊盤電極13a相對(duì)應(yīng)的位置處的狹縫，當(dāng)狹縫的縱向方向與信號(hào)前進(jìn)的方向平行(一致)時(shí)，獲得了好的特性；當(dāng)狹縫的縱向方向垂直于信號(hào)前進(jìn)的方向時(shí)，呈現(xiàn)特性劣化。
[0064]因此，可以理解的是，當(dāng)GND屏蔽11的狹縫部分Ila的方向與信號(hào)在焊盤電極13a中前進(jìn)的方向一致時(shí)，可以確認(rèn)屏蔽效應(yīng)，但是當(dāng)狹縫部分Ila的方向垂直于信號(hào)前進(jìn)方向時(shí)，可能不能確認(rèn)屏蔽效應(yīng)。
[0065]這樣，GND屏蔽11的狹縫部分Ila優(yōu)選地形成為使得其方向與信號(hào)在焊盤電極13a中前進(jìn)的方向一致(平行)。
[0066]圖8是關(guān)于第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的說(shuō)明圖，其示出了如下示例，其中通過(guò)彼此平行設(shè)置的兩個(gè)配線13和14的焊盤電極(平面電極部分)13b和14b，在襯底I上形成諸如MIM (金屬-絕緣體-金屬)電容器的電容。
[0067]毋庸贅言，在焊盤電極13b和焊盤電極14b之間設(shè)置絕緣層(電介質(zhì)層)，并且由其中兩個(gè)電極13b和14b夾住絕緣層的結(jié)構(gòu)形成電容。
[0068]如圖8所示，當(dāng)在襯底I上形成電容時(shí)，通過(guò)將GND屏蔽11的與焊盤電極13b( 14b )相對(duì)應(yīng)的形狀制成狹縫形狀(狹縫部分)llb，其中狹縫形狀I(lǐng)lb的方向平行于信號(hào)前進(jìn)的方向，可以改善頻帶特性。
[0069]在上文中，焊盤電極13a、13b和14b不限于形成半導(dǎo)體裝置中的輸入/輸出焊盤和電容的焊盤電極，而是可以廣泛地應(yīng)用于例如與配線寬度相比具有更大面積的電極部分。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 形成在襯底上的第一電極，所述第一電極為第一電位；以及 形成在所述第一電極上的第二電極，所述第二電極包括傳送信號(hào)的信號(hào)配線和具有規(guī)定面積的平面電極部分，其中， 所述第一電極的、與所述平面電極部分相對(duì)應(yīng)的形狀被制成狹縫形狀，從而狹縫的縱向方向平行于信號(hào)在所述平面電極部分中前進(jìn)的方向。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置還包括: 形成在所述第一電極和所述第二電極之間的絕緣層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第一電極的、不與所述平面電極部分相對(duì)應(yīng)的形狀被制成實(shí)心形狀。
4.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第一電極和所述第二電極設(shè)置在金屬配線層中。
5.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第一電位是接地電位。
6.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 在所述第一電極的形狀被制成與所述平面電極部分相對(duì)應(yīng)的狹縫形狀的情況下，所述第一電極中的每個(gè)狹縫之間的間距是信號(hào)波長(zhǎng)的1/4或更少。
7.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述絕緣層的厚度是信號(hào)波長(zhǎng)的1/4或更少。
8.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述平面電極部分是用于將信號(hào)輸入到所述半導(dǎo)體裝置中的輸入焊盤。
9.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述平面電極部分是形成所述半導(dǎo)體裝置中的電容的電容電極之一。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置還包括: 經(jīng)由絕緣層在所述第二電極上形成的第三電極，其中 所述第三電極包括作為與所述平面電極部分相對(duì)應(yīng)的其他電容電極的平面電極部分。
【文檔編號(hào)】H01L23/552GK104078434SQ201410066514
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月25日
【發(fā)明者】鈴木俊秀, 佐藤優(yōu) 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社