JP4082820B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に関し、詳細には数GHz以上のマイクロ波帯及びミリ波帯で使用する高周波半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図15に、パッケージされた従来の高周波半導体装置101を示す。図に示すように、AuSn共晶半田等の半田材又は導電性接着材等によって、高周波半導体装置101は、高周波半導体装置用パッケージ104にダイボンディングされている。さらに、パッケージ104に形成された高周波信号入出力線路102と半導体装置101とは、直径25μm程度のAu線であるボンデイングワイヤ103で接続され、このボンデングワイヤ103によって半導体装置101に高周波信号の入出力が行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように半導体装置101と信号入出力線路102とをボンデイングワイヤ103で接続すると、ボンディングワイヤ103のインダクタンス成分が、ミリ波帯など高周波領域では抵抗成分として作用するので、伝送信号の損失が増加する。また、ボンデングワイヤ103は、高周波信号の伝送線路として、線路インピーダンス制御を行うことが不可能であるので、ボンデングワイヤ103と半導体装置101との間及び、ボンデングワイヤ103と信号入出線路102との間にインピーダンス不整合が発生し、半導体装置101の反射損失が増加するという問題点があった。
【0004】
上記問題を解決するために、特開平2−288252号公報及び「DBIT-Direct Backside Interconnect Technology: A Manufacturable, Bond Wire Free Interconnect Technology for Microwave and Millimeter Wave MMICs 」(1997 IEEE MTT-S Digest 723-726)は、ボンディングワイヤを用いることなく実装することができる半導体装置を提案している。これらの文献で開示された半導体装置は、基板の表面に設けられた表面電極と基板の裏面に裏面電極を備え、基板に側面に形成された凹部に金属層を形成することで表面電極と裏面電極とを導通させたものである。このような半導体装置は、その裏面電極と実装基板の信号入出線路とを半田材又は導電性樹脂材で接続することで、ボンデングワイヤを用いることなくパッケージに実装することができる。
【0005】
ところで、通常、ウエハ状態の高周波半導体装置の特性評価を行う場合、ウエハを評価装置の金属性のステージに真空チャック方法等で固定し、各半導体装置の表面電極にプロービング針を接触させていた。ウエハを固定するステージを金属性とするのは、各高周波半導体装置の裏面をグランド電位にすることが必要なためである。従って、高周波半導体装置の裏面には、接地電極が形成されている。
【0006】
しかしながら、上述したような基板の裏面に接地電極と裏面電極とを備えている半導体装置を、金属性のステージに固定すると、裏面電極と接地電極とが導通して、接地電極と電気的に分離すべき表面電極が接地電極とショートする。従って、従来の半導体装置は、ウエハ状態での特性評価が不可能であった。
【0007】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、ウエハ状態で特性評価のできる半導体装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、基板と、基板の表面に設けられたICパターンと、基板の側面に設けられ基板の厚さ方向に延びる凹部と、表面において凹部の近傍に設けられ上記ICパターンに接続された信号入出力パッドと、凹部に形成され信号入出力パッドに導通する金属層と、基板の裏面に形成された接地導体とを備え、金属層及び信号入出力パッドとを介してICパターンに信号を入出力する半導体装置であって、金属層は、凹部において基板の裏面に達しないことを特徴とする。即ち、凹部の裏面側の開口部周辺には、金属層が形成されていないので、本発明の半導体装置を金属性のステージに固定しても、凹部を介して信号入出力パッドがショートすることなく、ウエハ状態で特性評価を行うことができる。さらに、本発明の半導体装置は、ボンディングワイヤを利用することなく実装基板に実装することで、インピーダンスの不整合による反射特性を低減させることができる。
【0009】
本発明の別の半導体装置は、基板と、基板の表面に設けられたICパターンと、基板の側面に設けられ該基板の厚さ方向に延びる凹部と、表面において上記凹部の近傍に設けられICパターンに接続された信号入出力パッドと、凹部に形成され信号入出力パッドに導通する金属層と、基板の裏面に形成された接地導体と、裏面において凹部の近傍に設けられ金属層を介して信号入出力パッドに導通する裏面パッドとを備え、金属層及び信号入出力パッドとを介してICパターンに信号を入出力する半導体装置であって、信号入出力パッドは、凹部を介して裏面パッドに導通する表面パッド部と、表面パッドとは離れて形成されたICパターンに導通するIC側パッド部とを含み、さらに、IC側パッド部とは導通し、表面パッド部の上部に位置しかつ、表面パッド部とは空隙を介して設けられた予備接続部を備え、予備接続部を表面パッド部に圧着接続して、表面パッド部とIC側パッド部とを導通させたことを特徴とする。即ち、予備接続部を圧着接続する前に、ウエハ状態の半導体装置を金属性のステージに固定し、IC側パッド部にプロービング針を接触させることで、半導体装置の特性評価を行うことができる。また、本発明の別の半導体装置は、ボンディングワイヤを利用することなく実装基板に実装することで、インピーダンスの不整合による反射特性を低減させることができる。
【0010】
本発明のさらに別の半導体装置は、基板と、基板の表面に設けられたICパターンと、基板の側面に設けられ基板の厚さ方向に延びる凹部と、表面において凹部の近傍に設けられICパターンに接続された信号入出力パッドと、凹部に形成され信号入出力パッドに導通する金属層と、基板の裏面に形成された接地導体と、裏面において凹部の周囲に設けられ金属層を介して信号入出力パッドに導通する裏面パッドとを備え、金属層及び信号入出力パッドとを介してICパターンに信号を入出力する半導体装置であって、信号入出力パッドは、凹部を介して裏面パッドに導通する表面パッド部と、表面パッドとは離れて形成されたICパターンに導通するIC側パッド部と、IC側パッド部と表面パッドとを電気的に接続する接続部とを含み、上記表面パッド部及び上記IC側パッド部の少なくとも一方が、Auで形成されていて、接続部は、上記IC側パッド部と上記表面パッド部とが形成された後に、上記Auを変形して設けられたものであることを特徴とする。即ち、接続部を形成する前に、ウエハ状態の半導体装置を金属性のステージに固定し、IC側パッド部にプロービング針を接触させることで、半導体装置の特性評価を行うことができる。また、本発明のさらに別の半導体装置は、ボンディングワイヤを利用することなく実装基板に実装することで、インピーダンスの不整合による反射特性を低減させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【0014】
実施の形態1.
最初に図1及び図2を参照して、本発明の実施の形態1にかかる半導体装置50について説明する。図1に示すように、半導体装置50は、FET等のICパターン(図1には図示せず)、特性評価を行うためにICパターンに高周波信号を入出力するための信号入出力パッド2、及びICパターンにバイアスを印加するためのバイアス用パッド5を備えている。詳細には、ICパターン、信号入出力パッド2及びバイアス用パッド5は、厚さ100μmの基板1の表面50aに形成されている。また、ICパターンと信号入出力パッド2及び、ICパターンとバイアス用パッド5とは、基板1の表面50aに形成された配線パターン6によって接続されている。尚、基板1の裏面50bには、接地導体7が形成されている。
【0015】
また、配線パターン6は蒸着などの方法によって形成されたものであり、信号入出力パッド2及びバイアス用パッド5は、電解メッキ法などの方法によって形成されたものである。外部からのボンデングワイヤやプロービング針が接続される信号入出力パッド2及びバイアス用パッド5の厚さは、配線パターン6の厚さよりも厚く形成される。本実施の形態で用いる信号入出力パッド2及びバイアス用パッド5は厚さ約5μmのAuであり、配線パターン6は厚さ約2μmのAuである。
【0016】
半導体装置50は、基板1の側面に表面50aから裏面50bに延びる半円形状の凹部3を備えていて、さらに、凹部3に隣接するように信号入出力パッド2及びバイアス用パッド5が配置されている。さらに、凹部3の表面側50aから深さ約90μmまでの領域(以下、導電領域と呼ぶ)には金属層4が形成される一方、凹部の裏面側50bから深さ10μmまでの領域(以下絶縁領域と呼ぶ)には金属層が形成されていない。また、図2に示すように、信号入出力パッド2は、金属層4に接続され導通する。つまり、凹部3に形成された金属層4は、凹部3の途中まで連続して形成されているが、裏面側50bまで達するものではない。また、基板1の裏面50bの凹部3の周囲約10μmには、接地導体7を形成しないようにする。こうすることで、半導体装置50を実装後、金属層4と接地導体7とが短絡することが防止される。
【0017】
また、バイアス用パッド5に接続された凹部3も、上述した信号入出力パッド2に接続された凹部3と同様に、導電領域及び絶縁領域を備えていて、導電領域に形成された金属層にバイアス用パッド5が接触し導通する。
【0018】
本実施の形態では、基板1の側面に形成された凹部の近傍に信号入出力パッド2及びバイアス用パッド5を形成する。
【0019】
次に、上記凹部を形成する方法について説明する。最初にウエハ状態の基板1の表面50aを複数のチップ区域に区分し、各チップ区域にICパターン、配線パターン6等を形成する。尚、チップ区画とは、ウエハをチップ化した後、半導体装置に対応する区画を意味するものとする。次に、各チップ区域を跨ぎ、表面50aからの深さが約90μmの孔を形成する。GaAsウエハを用いる本実施の形態では、塩素系ガスを用いたエッチングによって孔を形成する。次に、スパッタ法でこの孔の壁部に金属層を形成する。このとき必要に応じて、メッキ法で金属層にAuを付加してもよい。さらに、所望のパターンを各チップ区域の表面に形成した後、ウエハの厚さを100μmにする。続いて、赤外線を用いたアライメント装置を利用して、先に形成した深さ約90μmの孔の裏側から、レジストのパターニング及びエッチングにより、厚さ約10μmのGaAsウエハを除去して孔を貫通する。こうすることで表面から深さ約90μmまでは金属層が形成される一方、裏面から深さ約10μmまでは金属層が形成されていない貫通孔がウエハに形成される。つまり、貫通孔の裏面側付近は絶縁されている。このようなウエハをチップ化すると、上記半導体装置50となる。貫通孔は各チップ区域を跨ぐように形成されているので、ウエハをチップ化する際、貫通孔は深さ方向に切断され(縦方向に切断され)、半導体装置50において、凹部4のような形状となる。
【0020】
先に説明したように、ウエハ状態の半導体装置50は、裏面側付近が絶縁された貫通孔を備えているので、ウエハ状態の半導体装置50を、評価装置の金属性のステージに裏面50bが接するように固定しても、信号入出力パッド2と接地導体7とが導通することがない。従って、ウエハ状態の半導体装置50を金属性のステージに固定し、信号入出力パッド2にプロービング針を接触させることで、半導体装置50の高周波特性及び直流特性等のウエハ状態で特性評価を行うことができる。
【0021】
次に、図3及び図4を参照して、半導体装置50を実装する方法について説明する。半導体装置50が実装される実装基板12は、高周波信号を伝送する信号入出力線路9、バイアス線路10及び実装基板側接地導体13を備えている。信号入出力線路9は半導体装置50の信号入出力パッド2に、バイアス線路10はバイアスパッド5に、実装基板側接地導体13は接地導体7に電気的に接続される。
【0022】
まず、実装基板12の高周波信号入出力線路9、バイアス線路10及び実装基板側接地導体13をなす各回路パターンの半導体装置50と接触する部分にAuSn半田材11を塗布する。このとき、バイアス線路10及び入出力線路9は、いずれも凹部に設けられた絶縁領域を半田材11でブリッジすることで、バイアス線路10及び入出力用線路9をそれぞれの凹部3に設けられた金属層4に電気的接続させる必要がある。上述したように、凹部3に形成された絶縁領域の深さは約10μmであるから、バイアス線路10及び入出力用線路9に塗布する半田材11の厚さは10μm以上にする必要があり、本実施の形態ではその厚さを20μmとする。
【0023】
このように、実装基板12に半田材11を塗布した後、信号入出力パッド2を備えている凹部3が信号入出力線路9上に位置し、バイアスパッド5を備えている凹部3がバイアス線路10上に位置するように、実装基板12の所定の位置に半導体装置50を配置し、さらに、半導体装置50と実装基板12とを約300℃に昇温し、半田材11を溶融させて半導体装置50を実装基板12に実装する。
【0024】
このように、実装基板12に実装された半導体装置50は、図4に示すように基板1の側面において、金属層4と信号入出力線路9とが、予め信号入出力線路9に塗布された半田材11によって接続されている。半田材11は、信号入出用線路9、金属層4及び基板1の絶縁領域を連続するように形成されている。
【0025】
また、信号入出力線路9は、信号入出力パッド2及び配線パターン6を介してICパターン8に電気的に接続され、バイアス用線路10は、バイアス用パッド5及び配線パターン6を介してICパターン8に電気的に接続される。即ち、半導体装置50は、ワイヤボンデングを用いることなく実装基板12に実装することができるので、インピーダンス不整合による反射損失を低減させることができる。
【0026】
上記実施の形態では、半導体装置50を実装基板12に実装するのにAuSnを用いたが本発明はこれに限定されるものではない。例えば、PbSn半田や導電性樹脂材等の導電性接続材を用いて、半導体装置50を実装基板12に実装しても上記実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【0027】
さらに上記実施の形態では、半導体装置50を実装基板12に実装したが本発明はこれに限定されるものではなく、バイアス線路及び信号入出力用線路を備えた半導体装置用パッケージに、上述した方法と同様の方法で半導体装置50を実装してもよい。
【0028】
実施の形態2.
次に、図5〜図7を参照して、本発明の実施の形態2にかかる半導体装置51について説明する。図5に示すように、半導体装置51は、基板1の表面に形成されたIC側パッド2a、配線パターン6、表面パッド15及び導電性の予備接続部14を備えている。配線パターン6は、IC側パッド2aをICパターン(図示せず)に接続するものである。IC側パッド2aは、基板1に形成されたICパターン(図示せず)に高周波信号を入出力するものである。つまり、半導体装置51の信号入出力パッド2bは、表面パッド15とIC側パッド2aと予備接続部14とからなる。また、半導体装置51は、基板1の側面に表面51aから裏面51bに延びる半円形状の凹部3を備えていて、凹部3には表面51aから裏面51bまで延びる金属層4(図5では図示せず)が形成されている。
【0029】
図6に示すように、予備接続部14はIC側パッド2に接続されている。また、予備接続部14は、表面パッド15と絶縁されるように、2〜3μmの間隙を隔てて立体交差している(エアブリッジ構造)。さらに、図7に示すように、基板1の裏面51bには互いに絶縁された裏面パッド16と接地電極7とが形成され、表面パッド15と裏面パッド16とは、凹部3に形成された金属層4によって導通する。尚、表面パッド15及び接続部14は、Auを用いる公知の手段で形成される。
【0030】
尚、半導体装置51のバイアスパッドも、上記信号入出力パッド同様に、表面パッドとIC側パッドと予備接続部とからなる。
【0031】
上述したように、基板1の表面において、表面パッド15とIC側パッド2aとは絶縁されている。従って、ウエハ状態の半導体装置51を、評価装置の金属性のステージに半導体装置51の裏面51bが接するように固定し、IC側パッド2a又は予備接続部14にプロービング針を接触させることで、ウエハ状態で半導体装置50の高周波特性及び直流特性等の特性評価を行うことができる。
【0032】
さらに、特性評価終了後、基板1を約200℃に加熱しながら、金属性の針形状の部材で予備接続部14を上方から押圧し表面パッド15に熱圧着して、接続部14と表面パッド15とを導通させる。尚、押圧する際に超音波振動を併用すると、更に良好な接続が得られる。こうすることで、金属層4、表面パッド15、押厚された予備接続部14、IC側パッド2aおよび配線パターン6を介して、裏面パッド16とICパターンとは導通する。同様の方法で、バイアスパッドを形成するIC側パッドと表面パッドとを導通させる。
【0033】
上述した工程を経た半導体装置51は、バイアス線路及び入出力用線路を備えた半導体装置用パッケージ又は実装基板に、AuSn半田材等によって実装することができる。この際、半導体装置51と半導体装置用パッケージ又は実装基板とを接続するワイヤボンデングは不要であるから、インピーダンス不整合による反射損失を低減させることができる。
【0034】
上記実施の形態2においては、IC側パッドと表面パッドとをエアブリッジ構造で接続した後、IC側パッドと表面パッドとを導通させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下実施の形態3で説明するように、IC側パッドと表面パッドとを設けた後に、接続部を形成してIC側パッドと表面パッドとを導通させてもよい。
【0035】
実施の形態3.
図8に示すように、本発明の実施の形態3にかかる半導体装置52は、基板1の表面にIC側パッド2aと表面側パッド17とが、約20μmの間隔を隔てて形成されている。表面パッド17はAuメッキによって形成されたものであり、上記実施の形態2と同様に凹部3に形成された金属層4を介して裏面パッド16と導通している。IC側パッド2aは、基板1に形成されたICパターン(図示せず)に高周波信号を入出力するものである。つまり、半導体装置52の信号入出力パッドは、互いに絶縁された表面パッド17とIC側パッド2aとを備えている。尚、IC側パッド2aが配線パターン6を介してICパターン(図示せず)に接続されていること、及び裏面52bに接地導体7を備えていることも、上記実施の形態2にかかる半導体装置と同様である。
【0036】
また、半導体装置52のICパターンにバイアスを印加するバイアスパッドも、信号入出力パッドと同様に、ICパターンに導通するIC側パッドと凹部を介して裏面パッドに導通する表面パッドとに分離され、互いに絶縁されている(図示せず)。
【0037】
上述したように、基板1の表面52aにおいて、表面パッド2aとIC側パッド17とは絶縁されている。従って、ウエハ状態の半導体装置52を、評価装置の金属性のステージに裏面52bが接するように固定し、IC側パッド2aにプロービング針を接触させることで、ウエハ状態で半導体装置52の高周波特性及び直流特性等の特性評価を行うことができる。
【0038】
半導体装置52の特性評価を行った後に、表面パッド2aとIC側パッド17とを導通させる。具体的には、図9に示すように、例えば25μmφのAuワイヤ19を用いてIC側パッド2aと表面パッド17と接続し、高周波半導体装置を実装するのに用いられる公知のウェッジボンディング技術により、約200℃に加熱し、ボンデングウェッジ20により熱圧着又は超音波併用熱圧着法でボンディングする。次に、ウェッジボンデング装置が具備するクランパ(図示せず)で、Auワイヤ19をつまみながら、ボンディングウエッジ20と共にAuワイヤ19を上方に引き上げ、Auワイヤ19のネック部21を破断する。こうして、図10に示すような、表面パッド17とIC側パッド2aとを接続するAuウェッジスタッド18を形成する。
【0039】
同様の方法で、バイアスパッドを構成するIC側パッドと表面パッドとを接続する。
【0040】
25μmφのAuワイヤ19を用いた場合、Auウエッジスタッド18の長さは、約70μmとなる。即ち、25μmφのAuワイヤを用いる場合、IC側パッド17aと表面パッド2aとの間隔は、70μm以下の範囲で任意に設定できる。
【0041】
上述した工程を経た半導体装置52は、バイアス線路及び入出力用線路を備えた半導体装置用パッケージ又は実装基板に、AuSn半田材等によって実装することができる。この際、半導体装置52と半導体装置用パッケージ又は実装基板とを接続するワイヤボンデングは不要であるから、インピーダンス不整合による反射損失を低減させることができる。
【0042】
また、上記実施の形態では、Auワイヤを用いてAuウエッジスタッド18を形成したが本発明はこれに限定されるものではなく、ボールボンデイングを用いて、Auボールスタッドを形成しても同様の効果が得られる。
【0043】
上記実施の形態3では、IC側パッド2aと表面パッド17とをAuウェッジスタッドで形成された接続部18で導通させたが本発明はこれに限定されるものではない。以下の変形例で示すように、IC側パッド2aと表面パッド17とを接続してもよい。
【0044】
変形例1.
図11に示すように、半導体装置52の変形例1は、IC側パッド2aと表面パッド17とをAgを含有する導電性樹脂22で接続するものである。具体的には、ウエハ状態で半導体装置52の特性評価を行った後、IC側パッド2aと表面パッド17とを接続するように樹脂ポッテイング装置を用いて導電性樹脂22を塗布し、続いて半導体装置52を約150℃に加熱し、導電性樹脂22を硬化させたものである。同様の方法で、バイアスパッドを構成するIC側パッドと表面パッドとを接続する。
【0045】
変形例2.
図12に示すように、半導体装置52の変形例2は、IC側パッド2aと表面パッド17とをAuSn半田材23で接続するものである。具体的には、ウエハ状態で半導体装置52の特性評価を行った後、IC側パッド2aと表面パッド17とを接続するようにAuSn半田材23を設置し、続いて約300℃に加熱したステージ上に半導体装置52を載せ、AuSn半田材23を溶融させることで、IC側パッド2aと表面パッド17とを導通させる。尚、半田材としてPbSnを用いても同様の効果を得ることができる。同様の方法で、バイアスパッドを構成するIC側パッドと表面パッドとを接続する。
【0046】
変形例3.
次に、半導体装置52の変形例3について説明する。変形例3にかかる半導体装置を製造する際、最初に、図13に示すように、凹部3、表面パッド17、IC側パッド2a及び配線パターン6を基板1に形成する。IC側パッド2a及び表面パッド17は、いずれもAuメッキで形成し、いずれの厚さも約5μmとし、IC側パッド2aと表面パッド17との間隔は、10μmとする。尚、IC側パッド2aが配線パターン6を介してICパターンに接続されていること、及び表面パッド17は凹部3に形成された金属層を介して裏面パッド(図示せず)に導通していることは、上記半導体装置52と同様である。
【0047】
IC側パッド2a及び表面パッド17が互いに絶縁された段階で、ウエハ状態の半導体装置の特性評価を行った後、図14に示すように、ウエッジ24でIC側パッド2a及び表面パッド17を押圧して、IC側パッド2aと表面パッド17とが接触するように変形する。こうすることで、IC側パッド2aと表面パッド17とを導通させる。ウエッジ24でIC側パッド2a及び表面パッド17を押圧する際、超音波振動を併用する。同様の方法で、バイアスパッドを構成するIC側パッドと表面パッドとを接続する。
【0048】
上記変形例3では、IC側パッド2a及び表面パッド17の両方をAuで形成したが本発明はこれに限定されるものではなく、IC側パッド2a及び表面パッド17のいずれか一方をAuで形成し、変形してIC側パッド2aと表面パッド17とを導通させてもよい。
【0049】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、凹部に信号入出力パッドと導通しかつ、基板の裏面に達することがない金属層が形成されているので、金属性のステージに固定しても、凹部を介して信号入出力パッドがショートすることなく、ウエハ状態で特性評価を行うことができる。
【0050】
本発明の別の半導体装置は、IC側パッド部とは導通し、表面パッド部の上部に位置しかつ該表面パッド部とは空隙を介して絶縁された予備接続部を備え、この予備接続部を表面パッド部に圧着接続させることで、表面パッドとIC側パッド部とを容易に導通させることができる。
【0051】
本発明のさらに別の半導体装置は、表面パッド部と、該表面パッドとは絶縁されかつICパターンに導通するIC側パッド部と、IC側パッド部と表面パッドとを電気的に接続する接続部とからなる入出力パッドを備えているので、接続部を形成する前に、ウエハ状態の半導体装置を金属性のステージに固定し、IC側パッド部にプロービング即ち、接続部を形成する前に、ウエハ状態の半導体装置を金属性のステージに固定し、IC側パッド部にプロービング針を接触させることで、半導体装置の特性評価を行うことができる。また、本発明の別の半導体装置は、ボンディングワイヤを利用することなく実装基板に実装することで、インピーダンスの不整合による反射特性を低減させることができる。
【0052】
本発明の別の半導体装置において、接続部をAuワイヤとすることで、従来の方法で接続部を形成することができる。
【0053】
本発明の別の半導体装置において、接続部を導電性樹脂とすることで、容易に接続部を形成することができる。
【0054】
本発明の別の半導体装置において、接続部を半田材とすることによっても、容易に接続部を形成することができる。
【0055】
本発明の別の半導体装置において、表面パッド部及びIC側パッド部の少なくとも一方をAuで形成し、表面パッド部とIC側パッド部とが導通するように、Auを変形して接続部とすることで、極めて容易に接続部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の斜視図を示す。
【図2】 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の正面図を示す。
【図3】 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置を実装基板に実装した平面図を示す。
【図4】 上記図3の線IV−IVに沿った断面図を示す。
【図5】 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の正面図を示す。
【図6】 上記図5の線VIに沿った断面図を示す。
【図7】 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の正面図を示す。
【図8】 本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の斜視図を示す。
【図9】 本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造工程を示す部分断面図である。
【図10】 本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の部分平面図を示す。
【図11】 実施の形態3の変形例1にかかる半導体装置の部分平面図を示す。
【図12】 実施の形態3の変形例2にかかる半導体装置の部分平面図を示す。
【図13】 実施の形態3の変形例3にかかる半導体装置の製造方法を示す部分平面図である。
【図14】 実施の形態3の変形例3にかかる半導体装置の製造方法を示す部分断面図である。
【図15】 従来の半導体装置を示す。
【符号の説明】
1 基板、 2 入出力パッド、2a IC側パッド、 3 凹部、 4 金属層、 5 バイアス用パッド、 6 配線パターン、 7 接地導体、 8 ICパターン、 9 信号入出線路、 10 バイアス用線路、 11 半田材、 12 実装基板、 14 予備接続部、 15 表面パッド、 16 裏面パッド、 17 表面パッド、 18 Auウェッジスタッド、 19 Auワイヤ、 20 ボンデングウェッジ、 22 導電性樹脂、 23 半田材、 24 ウェッジ、 50 半導体装置、 51 半導体装置、 52 半導体装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a high-frequency semiconductor device used in a microwave band and a millimeter wave band of several GHz or more.
[0002]
[Prior art]
FIG. 15 shows a packaged conventional high-
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the
[0004]
In order to solve the above problem, JP-A-2-288252 and “DBIT-Direct Backside Interconnect Technology: A Manufacturable, Bond Wire Free Interconnect Technology for Microwave and Millimeter Wave MMICs” (1997 IEEE MTT-S Digest 723-726) Has proposed a semiconductor device that can be mounted without using bonding wires. The semiconductor devices disclosed in these documents include a front electrode provided on the front surface of the substrate and a back electrode on the back surface of the substrate, and a metal layer is formed on the concave portion formed on the side surface of the substrate, thereby forming the front electrode and the back surface. The electrode is electrically connected. Such a semiconductor device can be mounted on a package without using a bonding wire by connecting the back electrode thereof and the signal input / output line of the mounting substrate with a solder material or a conductive resin material.
[0005]
By the way, normally, when evaluating the characteristics of a high-frequency semiconductor device in a wafer state, the wafer is fixed to a metallic stage of the evaluation device by a vacuum chuck method or the like, and a probing needle is brought into contact with the surface electrode of each semiconductor device. The reason why the stage for fixing the wafer is metallic is that the back surface of each high-frequency semiconductor device needs to be grounded. Accordingly, a ground electrode is formed on the back surface of the high-frequency semiconductor device.
[0006]
However, when a semiconductor device having a ground electrode and a back electrode on the back surface of the substrate as described above is fixed to a metallic stage, the back electrode and the ground electrode are electrically connected and electrically separated from the ground electrode. The surface electrode to be shorted with the ground electrode. Therefore, it has been impossible to evaluate the characteristics of the conventional semiconductor device in the wafer state.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of evaluating characteristics in a wafer state.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor device of the present invention includes a substrate, an IC pattern provided on the surface of the substrate, a recess provided in the side surface of the substrate and extending in the thickness direction of the substrate, and provided in the vicinity of the recess on the surface and connected to the IC pattern. A signal input / output pad, a metal layer formed in the recess and conducting to the signal input / output pad, and a ground conductor formed on the back surface of the substrate, and the IC pattern is formed through the metal layer and the signal input / output pad. A semiconductor device for inputting and outputting signals, wherein the metal layer does not reach the back surface of the substrate in the recess. That is, since the metal layer is not formed around the opening on the back side of the recess, even if the semiconductor device of the present invention is fixed to a metallic stage, the signal input / output pad is short-circuited through the recess. The characteristic evaluation can be performed in the wafer state. Furthermore, the semiconductor device of the present invention can reduce reflection characteristics due to impedance mismatching by mounting on a mounting substrate without using bonding wires.
[0009]
Another semiconductor device of the present invention includes a substrate, an IC pattern provided on the surface of the substrate, a recess provided on a side surface of the substrate and extending in the thickness direction of the substrate, and an IC provided in the vicinity of the recess on the surface. A signal input / output pad connected to the pattern, a metal layer formed in the recess and conducting to the signal input / output pad, a ground conductor formed on the back surface of the substrate, and a metal layer provided in the vicinity of the recess on the back surface A backside pad electrically connected to the signal input / output pad, and a semiconductor device for inputting / outputting a signal to / from the IC pattern via the metal layer and the signal input / output pad. A surface pad portion that is electrically connected to the IC pattern, and an IC side pad portion that is electrically connected to an IC pattern formed away from the surface pad. In addition, the front surface pad portion is provided with a preliminary connection portion provided through a gap, and the preliminary connection portion is crimped and connected to the front surface pad portion so that the front surface pad portion and the IC side pad portion are electrically connected. And That is, before the preliminary connection portion is crimped and connected, the semiconductor device in a wafer state is fixed to a metallic stage, and the probing needle is brought into contact with the IC side pad portion, whereby the characteristics of the semiconductor device can be evaluated. In addition, another semiconductor device of the present invention can reduce reflection characteristics due to impedance mismatch by mounting on a mounting substrate without using bonding wires.
[0010]
Still another semiconductor device of the present invention includes a substrate, an IC pattern provided on the surface of the substrate, a recess provided on a side surface of the substrate and extending in the thickness direction of the substrate, and an IC pattern provided near the recess on the surface. A signal input / output pad connected to the substrate, a metal layer formed in the recess and conducting to the signal input / output pad, a ground conductor formed on the back surface of the substrate, and a signal provided through the metal layer provided around the recess on the back surface A backside pad electrically connected to the input / output pad, and a semiconductor device for inputting / outputting a signal to / from the IC pattern through the metal layer and the signal input / output pad. The signal input / output pad is connected to the backside pad through the recess. A conductive surface pad part, an IC side pad part that conducts to an IC pattern formed away from the surface pad, and a connection part that electrically connects the IC side pad part and the surface pad, At least one of the surface pad portion and the IC side pad portion is made of Au, The connection part is formed after the IC side pad part and the surface pad part are formed. , Deform the above Au It is provided. That is, before forming the connection portion, the semiconductor device in a wafer state is fixed to a metallic stage, and the probing needle is brought into contact with the IC-side pad portion, whereby the characteristics of the semiconductor device can be evaluated. Furthermore, another semiconductor device of the present invention can reduce reflection characteristics due to impedance mismatch by mounting on a mounting substrate without using bonding wires.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0014]
First, a
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
Similarly to the
[0018]
In this embodiment, the signal input /
[0019]
Next, a method for forming the concave portion will be described. First, the
[0020]
As described above, since the
[0021]
Next, a method for mounting the
[0022]
First, the
[0023]
Thus, after applying the
[0024]
Thus, in the
[0025]
The signal input / output line 9 is electrically connected to the IC pattern 8 via the signal input /
[0026]
In the above embodiment, AuSn is used to mount the
[0027]
Further, in the above embodiment, the
[0028]
Next, a
[0029]
As shown in FIG. 6, the
[0030]
The bias pad of the
[0031]
As described above, on the surface of the
[0032]
Further, after the characteristic evaluation is completed, while the
[0033]
The
[0034]
In the second embodiment, after the IC side pad and the surface pad are connected with the air bridge structure, the IC side pad and the surface pad are made conductive. However, the present invention is not limited to this, and As described in the third embodiment, after providing the IC side pad and the surface pad, a connection portion may be formed to make the IC side pad and the surface pad conductive.
[0035]
As shown in FIG. 8, in the
[0036]
Also, the bias pad for applying a bias to the IC pattern of the
[0037]
As described above, on the
[0038]
After performing the characteristic evaluation of the
[0039]
In the same way, the IC-side pad constituting the bias pad and the surface pad are connected.
[0040]
When a 25
[0041]
The
[0042]
In the above embodiment, the
[0043]
In the third embodiment, the
[0044]
As shown in FIG. 11, in the first modification of the
[0045]
As shown in FIG. 12, in the second modification of the
[0046]
Next,
[0047]
After the
[0048]
In the
[0049]
【The invention's effect】
In the semiconductor device of the present invention, a metal layer that is electrically connected to the signal input / output pad and does not reach the back surface of the substrate is formed in the recess. Characteristic evaluation can be performed in a wafer state without shorting the input / output pads.
[0050]
Another semiconductor device of the present invention includes a preliminary connection portion that is electrically connected to the IC side pad portion, is located above the surface pad portion, and is insulated from the surface pad portion through a gap. Can be electrically connected to the surface pad portion by connecting the surface pad to the surface pad portion.
[0051]
Still another semiconductor device of the present invention includes a front surface pad portion, an IC side pad portion that is insulated from the front surface pad and is electrically connected to the IC pattern, and a connection portion that electrically connects the IC side pad portion and the front surface pad. Before the connection part is formed, the semiconductor device in the wafer state is fixed to a metal stage, and probing, that is, before the connection part is formed on the IC side pad part, The semiconductor device characteristics can be evaluated by fixing the semiconductor device in a wafer state to a metallic stage and bringing a probing needle into contact with the IC side pad portion. In addition, another semiconductor device of the present invention can reduce reflection characteristics due to impedance mismatch by mounting on a mounting substrate without using bonding wires.
[0052]
In another semiconductor device of the present invention, the connection portion can be formed by a conventional method by using an Au wire as the connection portion.
[0053]
In another semiconductor device of the present invention, the connection portion can be easily formed by using a conductive resin as the connection portion.
[0054]
In another semiconductor device of the present invention, the connection portion can be easily formed by using the connection portion as a solder material.
[0055]
In another semiconductor device of the present invention, at least one of the surface pad part and the IC side pad part is Au In shape Then, the connection portion can be formed very easily by deforming Au into a connection portion so that the surface pad portion and the IC side pad portion are electrically connected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention mounted on a mounting substrate.
4 shows a cross-sectional view along line IV-IV in FIG.
FIG. 5 is a front view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
6 shows a cross-sectional view along line VI in FIG.
FIG. 7 is a front view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 10 is a partial plan view of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a partial plan view of a semiconductor device according to
12 is a partial plan view of a semiconductor device according to
FIG. 13 is a partial plan view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the third modification of the third embodiment.
FIG. 14 is a partial cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the third modification of the third embodiment.
FIG. 15 shows a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記金属層は、上記凹部において上記基板の裏面に達しないことを特徴とする半導体装置。A substrate, an IC pattern formed on the surface of the substrate, and a recess extending in the thickness direction of the provided substrate to the side of the substrate, which is connected to the IC pattern provided near vicinity of the recessed portion in the surface A signal input / output pad; a metal layer formed in the recess and electrically connected to the signal input / output pad; and a ground conductor formed on the back surface of the substrate, the metal layer and the signal input / output pad interposed therebetween. A semiconductor device for inputting / outputting a signal to / from the IC pattern,
The semiconductor device, wherein the metal layer does not reach the back surface of the substrate in the recess.
上記信号入出力パッドは、上記凹部を介して上記裏面パッドに導通する表面パッド部と、該表面パッドと離れて形成されかつ上記ICパターンに導通するIC側パッド部とを含み、
さらに、上記IC側パッド部に導通し、上記表面パッド部の上部に位置しかつ、該表面パッド部と空隙を介して離されている予備接続部を備え、
上記予備接続部を上記表面パッド部に圧着接続して、上記表面パッド部と上記IC側パッド部とを導通させたことを特徴とする半導体装置。A substrate, an IC pattern provided on the surface of the substrate, a recess provided on a side surface of the substrate and extending in a thickness direction of the substrate, and a signal provided in the vicinity of the recess on the surface and connected to the IC pattern An input / output pad; a metal layer formed in the recess and conducting to the signal input / output pad; a ground conductor formed on the back surface of the substrate; and the back surface near the recess through the metal layer. A backside pad electrically connected to the signal input / output pad, and a semiconductor device for inputting / outputting a signal to / from the IC pattern via the metal layer and the signal input / output pad,
The signal input / output pad includes a front surface pad portion that conducts to the back surface pad through the recess, and an IC side pad portion that is formed away from the front surface pad and conducts to the IC pattern,
In addition, a preliminary connection portion is provided which is electrically connected to the IC-side pad portion, is located above the surface pad portion and is separated from the surface pad portion via a gap,
A semiconductor device, wherein the preliminary connection portion is crimped and connected to the front surface pad portion, and the front surface pad portion and the IC side pad portion are made conductive.
上記信号入出力パッドは、上記凹部を介して上記裏面パッドに導通する表面パッド部と、該表面パッドとは離れて形成されかつ上記ICパターンに導通するIC側パッド部と、該IC側パッド部と上記表面パッドとを電気的に接続する接続部とを含み、
上記表面パッド部及び上記IC側パッド部の少なくとも一方が、Auで形成されていて、
上記接続部は、上記IC側パッド部と上記表面パッド部とが形成された後に、上記Auを変形して設けられたものであることを特徴とする半導体装置。A substrate, an IC pattern provided on the surface of the substrate, a recess provided on a side surface of the substrate and extending in a thickness direction of the substrate, and a signal provided in the vicinity of the recess on the surface and connected to the IC pattern An input / output pad; a metal layer formed in the recess and conducting to the signal input / output pad; a ground conductor formed on the back surface of the substrate; and the back surface near the recess through the metal layer. A backside pad electrically connected to the signal input / output pad, and a semiconductor device for inputting / outputting a signal to / from the IC pattern via the metal layer and the signal input / output pad,
The signal input / output pad includes a front surface pad portion that is electrically connected to the back surface pad through the recess, an IC side pad portion that is formed apart from the front surface pad and is electrically connected to the IC pattern, and the IC side pad portion. And a connection part for electrically connecting the surface pad,
At least one of the surface pad portion and the IC side pad portion is made of Au,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the connection portion is formed by deforming the Au after the IC-side pad portion and the surface pad portion are formed.
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