特許 6013472 基板モードの抑制のための途中まで延びるバイア

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6013472

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】基板モードの抑制のための途中まで延びるバイア

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3205 20060101AFI20161011BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20161011BHJP

   H01L 23/522 20060101ALI20161011BHJP

   H01L 21/822 20060101ALI20161011BHJP

   H01L 27/04 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/88 J

   H01L21/88 S

   H01L27/04 H

【請求項の数】14

【全頁数】6

(21)【出願番号】特願2014-518957(P2014-518957)

(86)(22)【出願日】2012年6月27日

(65)【公表番号】特表2014-521211(P2014-521211A)

(43)【公表日】2014年8月25日

(86)【国際出願番号】US2012044387

(87)【国際公開番号】WO2013006337

(87)【国際公開日】20130110

【審査請求日】2015年2月20日

(31)【優先権主張番号】13/177,348

(32)【優先日】2011年7月6日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】505363341

【氏名又は名称】ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100075270

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100101373

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100147681

【弁理士】

【氏名又は名称】夫馬 直樹

(72)【発明者】

【氏名】サルコジ，スティーヴン・ジェイ

(72)【発明者】

【氏名】メイ，シャオビン

(72)【発明者】

【氏名】ディール，ウィリアム・アール

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０６６３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０６４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０４４２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０３１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０６５１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２６８０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４９４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０００−５０７０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２０６２８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２８−２１／２８８、２１／３２０５−２１／３２１３、

２１／３３７−２１／３３８、２１／４４−２１／４４５、

２１／７６８、２１／８２２、２３／５２−２３／５２２、

２７／０４、２７／０９５、２９／４０−２９／４９、

２９／７７８、２９／８０−２９／８１２、２９／８７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面および裏面を包含する半導体基板と、
基板の上面に製造された複数の集積回路コンポーネントと、
基板の裏面から基板内に延びる複数の電気伝導バイアと、
を有し、
複数のバイアのいくつかが、基板を通って完全に延び、基板の上面の回路コンポーネントと電気的コンタクトを形成する貫通バイアであり、
複数のバイアのいくつかが、基板の途中まで延びるだけであり、基板の上面の回路コンポーネントと対向する方向に配置された途中まで延びるバイアであり、
前記途中まで延びるバイアの数が、貫通バイアの数、基板の厚さ、基板の材料、および、回路の動作周波数に基づいて決定され、
前記途中まで延びるバイアの数が、基板の基板伝搬モードを抑制するために必要な途中まで延びるバイアの数に基づいて決定される
ことを特徴とする集積回路。

【請求項2】

前記途中まで延びるバイアが、基板の約半分まで延びることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。

【請求項3】

前記途中まで延びるバイアが、基板の半分よりも長く延びることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。

【請求項4】

複数の伝導バイアが、基板の裏面金属の電気的な部分であることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。

【請求項5】

複数の伝導バイアが、基板内にエッチングされており、且つ、金属化されていることを特徴とする請求項４に記載の集積回路。

【請求項6】

前記基板が、ＧａＡｓ、ＩｎＰおよびＧａＮからなるグループから選択された半導体材料からなることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。

【請求項7】

途中まで延びるバイアと対向する方向にある回路コンポーネントが、トランジスタ、インダクタ、および、薄膜抵抗を包含することを特徴とする請求項１に記載の集積回路。

【請求項8】

前記基板が、１乃至１０μｍレンジの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の集積回路。

【請求項9】

前記集積回路が、ＧＨｚレンジの動作周波数を有することを特徴とする請求項１に記載の集積回路。

【請求項10】

上面および裏面を包含する半導体基板と、
基板の上面に製造された複数の集積回路コンポーネントと、
基板の裏面から基板内に延びる複数の電気伝導バイアと、
を有し、
複数の伝導バイアが基板内にエッチングされており、且つ、基板の裏面金属の一部として金属化されていることを特徴とし、
複数のバイアのいくつかが、基板を通って完全に延び、基板の上面の回路コンポーネントと電気的コンタクトを形成する貫通バイアであり、
複数のバイアのいくつかが、基板の途中まで延びるだけであり、基板の上面の回路コンポーネントと対向する方向に配置された途中まで延びるバイアであり、
途中まで延びるバイアが、基板の少なくとも半分まで通るように延び、
途中まで延びるバイアの数が、基板の基板モード抑制するのに必要な途中まで延びるバイアの数に基づいて決定され、
途中まで延びるバイアの数がまた、貫通バイアの数、基板の厚さ、基板の材料、および、回路の動作周波数に基いて決定される
ことを特徴とする集積回路。

【請求項11】

途中まで延びるバイアに対向する方向にある回路コンポーネントが、トランジスタ、インダクタ、および、薄膜抵抗を包含することを特徴とする請求項１０に記載の集積回路。

【請求項12】

前記基板が、ＧａＡｓ、ＩｎＰおよびＧａＮからなるグループから選択された半導体材料からなることを特徴とする請求項１０に記載の集積回路。

【請求項13】

集積回路を製造する方法であって、
上面および裏面を包含する半導体基板を提供するステップと、
基板の上面に製造された複数の集積回路コンポーネントを形成するステップと、
基板の裏面から基板内に延びる複数の電気伝導バイアを形成するステップと、
を有し、
複数のバイアのいくつかが、基板を通って完全に延び、基板の上面の回路コンポーネントと電気的コンタクトを形成する貫通バイアであり、
複数のバイアのいくつかが、基板の途中まで延びるだけであり、基板の上面の回路コンポーネントと対向する方向に配置された途中まで延びるバイアであり、
前記途中まで延びるバイアの数が、貫通バイアの数、基板の厚さ、基板の材料、および、回路の動作周波数に基づいて決定され、
前記途中まで延びるバイアの数が、基板の基板伝搬モードを抑制するために必要な途中まで延びるバイアの数に基づいて決定される
ことを特徴とする方法。

【請求項14】

前記途中まで延びるバイアが、基板の約半分まで延びることを特徴とする請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

政府契約
[0001] DARPAによって与えられる契約番号HR0011-09-C-0062のタームによって提供されるように、アメリカ政府は特許権所有者が相応なタームで他人にライセンスを認可するのを必要とするために本発明の支払済みの許可および限定的な権利を有することができる。

【0002】

[0002] 本発明は、途中まで延びるバイアを有する基板を含む集積回路に関し、より具体的には、基盤の上面側に形成された集積回路コンポーネントの密集した構成を包含する集積回路と、基板の裏面を通って形成される複数の途中まで延びるバイアとに関し、途中まで延びるバイアが基板モードを抑制するように作動するする。

【背景技術】

【0003】

[0003] 回路コンポーネントを定めるためにさまざまな半導体層を半導体基板に置くエピタキシャル製作プロセスによって、集積回路が製造されるのが典型的である。集積回路製造技術が進んで、より複雑になるにつれて、より多くの回路コンポーネントが同じ領域の中の基板に作られ、一緒により密接に間隔を置かれることが可能である。更に、これらの集積回路製造技術によって、回路の操作の周波数が超短波（GHzレンジ）まで増加することができる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

[0004] 集積回路のための基板は、回路によって使用するRF信号が基板を介して広がることができる基板信号伝播モードを促進するさまざまな半導体材料（例えばシリコン、InP、GaAsなど）でできている。特に、高い屈折率のエピタキシャル層は、寄生的導波管として作用することができ、信号伝播を許容する。これらの基板信号伝播モードは、特定の周波数（例えば550-1000GHzレンジの周波数）を著しく減らすことができ、深刻な信号損失が発生する可能性がある。基板モードが信号伝播を減らすので、それは回路を介して信号を送ることを必要とするパワーを増やすのに必要でもよく、それはパワー制限の欠点を有する。

【0005】

[0005] 基板の信号伝播モードは減少することができ、または、基板の厚みを減少させることによって、除去されることができ、基板の厚みの減少は効果的な回路の動作周波数に反比例する。より薄い基板は、基板モードが広がることができる領域を減らす。しかし、製造技術は、いかに薄い基板が可能であるかを制限し、基板厚さの製造限界は、典型的には、回路の動作周波数の製造限界の前に達する。

【0006】

[0006] 基板の信号伝播モードを克服する一つの方法は、基板モードを抑制するために作用する基板を介して延びるより多くの金属バイアを提供することである。特に、信号伝播モードの経路の導電エレメントを配置することによって、モードは分解され、信号の伝播を許容するそれらの能力を減らす。回路の周波数が上がるにつれて、基板モードを抑制することを必要とするバイアの数は比例して上がり、ここでは基板の厚みが一定のままであると仮定する。例えば、回路の動作周波数を２倍にすると、バイアの数も２倍になることを必要とする。更に、回路の周波数が上がるにつれて、その周波数でも作動することを必要とするコンポーネントの密度は上がる。しかし、基板の上部に製造される回路コンポーネントの密度は、コンポーネントで推論することなく、基板を介して形成されることができるバイアの数を制限する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】[0007] 図１は、基板の上に形成される集積回路コンポーネントを包含する集積回路、および、基板を通って形成された裏面バイアの断面図である。

【図2】[0008] 図２は、基板を部分的に通って形成される裏面バイアを包含し、および、図１に示される集積回路と同様の集積回路の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

[0009] 信号伝搬モードを低減または排除するために、基板に形成された途中まで延びるバイアを含む集積回路であって、本発明の実施形態についての以下の説明は、本質的に単なる例示であり、本発明又はその応用又は使用を限定するものでは決してない。

【0009】

[0010] 図１は、半導体基板12を含む集積回路10の断面図であり、回路10の動作周波数はGHzレンジである。基板12は、集積回路（例えばシリコン、InP、GaAs、GaNなど）に適しているいかなる基板であってよい。ある非限定の実施形態では、基板12は1-10μmの範囲の厚みを有する。回路10は、基板12を完全に貫通してエッチングした開口内に延びる金属化バイア16を提供するために、基板12の裏面に堆積された裏面金属層14を含む。コンタクト24、エアブリッジ20および26として、コイル18、薄膜抵抗（TFR）38、高電子移動度トランジスタ（HEMT）22などのような複数の回路部品は、基板12の上面側の面に形成される。HEMT22は、ソース端子32、ゲート端子34およびドレイン端子36を包含し、すべてパッシベーション層40で覆われる。ソース端子32は、埋め込み層42との電気的コンタクトであり、ドレイン端子36は基板12の埋め込み層40を有する電気的コンタクトである。集積回路コンポーネントもまた、金属化バイア16を包含するさまざまなコンポーネント間の接続を提供する金属トレース28を含む。バイア16は、基板12の上面側の面上にメタライズ層又は信号トレースと接触する必要があるので、図示のように、基板12の上面側の様々な構成要素の密度は、基板12を貫通して形成することができるバイア16の数を制限する。

【0010】

[0011] 図２は、集積回路10と同様の集積回路50の断面図であり、同様のエレメントは同じ参照番号によって識別される。特定の信号伝搬周波数に対して、上述したように、基板12の基板伝播モードは、回路信号の動作周波数がそこを通って伝播することを可能にし、信号損失を引き起こす。すなわち、信号モード減衰は動作周波数と基板12の厚さに基づいて決定されるレベルまで、バイア16の数を増加させることによって除去することができる。しかしながら、基板12の上部側の密度や回路部品の数のため、バイア16の数は、時には達成することができない。

【0011】

[0012] この課題を解決するのを助けるために、回路50は、基板12の上面側の面からではなく裏面から、基板12内にある程度の距離で延びる金属化バイア52を途中まで延びる数を包含し、それらは、そうでなければコンポーネントをその上の一つと電気的に接触するであろう。効率的であるために、途中まで延びるバイア52は、基板12に入っても拡張し、回路50の製造上の制約に依存し、可能な限り基板12の上部側の面の近くにある必要がある。バイア52が、回路50を介して信号経路に近く配置されれば、それらはそうでない場合、その信号を減衰させるであろう基板モードをよりよく抑制するように動作する。効果的であるために、バイア52は、少なくとも基板12を半分貫通してなければならないであろうと考える。したがって、基板モードを抑制するために必要である途中まで延びるバイア52の数は、バイアが、基板12をどの程度に通るかに依存するであろう。シミュレーションは、回路10の動作周波数、基板12の材料、および、基板12の厚さに基づいて、どのくらい多くのバイア52が必要となるか、および、信号の減衰を防ぐために、基板のモードを抑制するためにどれくらい深いバイアが必要となるかを決定するために使用することができる。

【0012】

[0013] 任意の適切な製造手法は、回路50の製造工程中、途中まで延びるバイア52と導電性バイア16との両方を形成するために使用することができる。ある適用可能な技術では、2枚の異なるマスク層が、最初に１枚のマスク層を使用している金属でおおわれたバイア16を形成する周知のフォトリソグラフィおよびエッチング技術と連動して使用されることができて、それから他のマスク層を使用して途中まで延びるバイア52を形成することができる。別の技術では、単一のマスク層は、バイア16及び途中まで延びるバイア52の両方を形成するために使用することができ、途中まで延びるバイア52はより狭いアスペクト比を有し、技術は、エッチングがすべて貫通させるように制御するために幾何学的に依存したエッチング速度制御を使用する。

【0013】

[0014] 前述の議論は、単に典型的な実施形態だけを開示して、記載する。当業者は、この種の議論から、および、添付の図面および特許請求の範囲（その種々の変更、修正）から直ちに、修正変更が以下の特許請求の範囲に記載の開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、その中でなされることができると認識する。

【図1】

【図2】