化合物半導(dǎo)體裝置及其制造方法以及樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在硅基板上隔著由氮化鋁構(gòu)成的緩沖層而形成有外延生長而成的化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體裝置及其制造方法以及樹脂密封型半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，作為半導(dǎo)體器件的材料，寬帶隙半導(dǎo)體即氮化物系半導(dǎo)體材料的開發(fā)正在活躍地進(jìn)行。作為寬帶隙半導(dǎo)體的特征，可以列舉出絕緣擊穿電壓與作為通常半導(dǎo)體的娃(Si)相比大I個數(shù)量級。
[0003]在以往的Si中，為了得到高耐壓的功率用半導(dǎo)體器件，需要延長使電子行走的漂移層。與此相對照，在氮化鎵(GaN)中，以短的漂移層(Si的大約1/10)便表現(xiàn)出同等的耐壓。在此情況下，考慮到在半導(dǎo)體器件中流過電流的狀況，漂移層成為電阻層，因而漂移層較短時，半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻減小。從理論上說，如果半導(dǎo)體的迀移率和介電常數(shù)被設(shè)定為同等程度，則顯示出某一一定的耐壓的半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻與半導(dǎo)體材料所具有的絕緣擊穿電場的3次方成反比。也就是說，在相同的芯片面積下，GaN器件與Si器件相比，可以實現(xiàn)大約1000分之I的低導(dǎo)通電阻。
[0004]另外，氮化物系半導(dǎo)體材料在與GaN、氮化鋁(AlN)或氮化銦(InN)之間可以制作各種各樣的混晶，因而與以往的砷化鎵(GaAs)等砷系半導(dǎo)體材料同樣，可以制作異質(zhì)結(jié)。特別地，氮化物系半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)具有如下的特征:即使在沒有雜質(zhì)摻雜的狀態(tài)下，也通過自發(fā)極化或者壓電極化而在其界面產(chǎn)生高濃度的載流子。其結(jié)果是，在平行于硅基板的方向流過電流的臥式器件(lateral-type device)中，使用GaN/AlGaN的異質(zhì)結(jié)可以實現(xiàn)大電流且低導(dǎo)通電阻的大功率用器件。
[0005]再者，氮化物系半導(dǎo)體材料可以在硅基板上隔著由氮化鋁構(gòu)成的緩沖層而外延生長。也就是說，在SiC器件中，即便是相同的寬帶隙半導(dǎo)體材料，也有必要使用昂貴的碳化硅(SiC)基板，與此相對照，在氮化物系半導(dǎo)體器件的情況下，由于可以使用硅基板，因而能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化以及大口徑化。
[0006]可是，在硅基板(晶片)上形成有氮化物系半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體器件與以往的娃器件或GaAs器件同樣，通過沿著劃片槽(scribe lane)進(jìn)行劃片(或切割:dicing)而分割成半導(dǎo)體裝置。在該劃片工序中，將晶片貼附在劃片膠帶上之后，一邊使劃片刀這一圓盤狀薄型磨石高速旋轉(zhuǎn)一邊沿著劃片槽進(jìn)行切削加工。
[0007]在該劃片工序中，如果不適當(dāng)?shù)剡x擇刀種類和轉(zhuǎn)速、劃片速度等，則在劃片槽中產(chǎn)生被稱之為崩裂(chipping)的半導(dǎo)體層的崩碎、裂紋和結(jié)晶缺陷。而且在劃片槽產(chǎn)生的崩裂和結(jié)晶缺陷一旦達(dá)到半導(dǎo)體裝置內(nèi)的元件形成區(qū)域，則產(chǎn)生電特性的不良、和因水分的浸入而引起的可靠性不良。
[0008]一般地說，為了消除因崩裂或結(jié)晶缺陷引起的半導(dǎo)體裝置的不良發(fā)生，可適當(dāng)?shù)剡x擇刀種類和轉(zhuǎn)速、劃片速度，同時設(shè)定劃片槽的寬度，以便即使產(chǎn)生崩裂或結(jié)晶缺陷、或者水分經(jīng)由緩沖層而浸入，它們也停留在劃片槽內(nèi)。
[0009]另外，在硅器件中，在半導(dǎo)體裝置內(nèi)抑制崩裂的構(gòu)造也是為人所知的。例如，在專利文獻(xiàn)I中，公開了在形成于半導(dǎo)體晶片上的多個半導(dǎo)體元件之間的劃片槽上形成有膜的構(gòu)造。根據(jù)該構(gòu)造，可以使產(chǎn)生崩裂的應(yīng)力的發(fā)展被該膜的壁所吸收或者緩和，從而可以期待崩裂的抑制。
[0010]另一方面，在氮化物系化合物半導(dǎo)體裝置中，形成氮化鋁層作為表面保護(hù)膜的構(gòu)造也是為人所知的。例如，在專利文獻(xiàn)2中，在AlGaN層的上側(cè)表面上形成有AlN層作為表面保護(hù)膜。根據(jù)該制造方法，AlGaN層的上側(cè)表面由于在產(chǎn)生裂紋前用AlN層覆蓋，因而可以期待成為沒有裂紋的平坦的表面。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-302939號公報
[0014]專利文獻(xiàn)2:日本特開2006-156429號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]然而，在硅基板上具有外延生長而成的氮化物系半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體器件中，在對氮化物系半導(dǎo)體層進(jìn)行劃片時，由于容易比硅器件或GaAs器件更多地產(chǎn)生崩裂、或者在氮化物系化合物半導(dǎo)體端產(chǎn)生結(jié)晶缺陷，因而單憑上述一般的應(yīng)對，往往不能充分地抑制因崩裂或結(jié)晶缺陷引起的不良的發(fā)生和可靠性的劣化。其原因在于:由于硅與GaN等氮化物系半導(dǎo)體的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的不同，在硅基板和氮化物系半導(dǎo)體層的界面附近產(chǎn)生較大的應(yīng)力，當(dāng)在該硅基板和氮化物系半導(dǎo)體層的界面附近施加劃片時的機(jī)械沖擊時，則產(chǎn)生以此為起點的裂紋和結(jié)晶缺陷。
[0016]而且外延生長而成的氮化物系半導(dǎo)體層的膜厚越厚，應(yīng)力也越增大，因而崩裂和結(jié)晶缺陷的發(fā)生部位也增加，從而崩裂和結(jié)晶缺陷的大小也增大。
[0017]圖5示出了對在硅基板上外延生長而成的氮化物系半導(dǎo)體層進(jìn)行劃片時的示意俯視圖。在圖5中，微小的崩裂沿著劃片線(dicing line)而大量地發(fā)生，但如圖6所示，其中有時也產(chǎn)生超過劃片槽而達(dá)到元件的表面保護(hù)膜的崩裂，在此情況下，半導(dǎo)體裝置的外觀也變得不良。
[0018]另外，在硅基板上外延生長氮化物系半導(dǎo)體層時，所使用的緩沖層“氮化鋁”與水分反應(yīng)，發(fā)生A1N+3H20 — Al (OH) 3+NH3這樣的反應(yīng)。由此，存在因從元件端部浸入的濕氣或水分而使特性劣化的問題。
[0019]另外，在對氮化物系半導(dǎo)體元件進(jìn)行樹脂密封的情況(也包括“往部件內(nèi)裝基板上的內(nèi)裝”和“倒裝芯片安裝的底面/側(cè)面充膠密封(under/side-filling sealing)”)下，還存在的問題是:在元件端部，因與樹脂的附著力差的氮化物系半導(dǎo)體外延膜露出而在與密封樹脂的界面發(fā)生剝離。
[0020]在此，在硅基板上具有外延生長而成的氮化物系半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體器件中，也可以認(rèn)為通過將劃片槽寬度更寬地設(shè)定至150 μ m左右，便可在半導(dǎo)體元件中抑制崩裂、結(jié)晶缺陷或水分浸入到達(dá)元件的有效區(qū)域，但如果擴(kuò)大劃片槽寬度，則從每I片晶片上取出的芯片數(shù)減少。
[0021]另外，在對劃片槽進(jìn)行劃片之前，也可以考慮采用干式蝕刻等除去劃片槽上的氮化物系半導(dǎo)體層的方法，但為了取得500V以上的高耐壓的元件，在導(dǎo)電性的硅基板上生長的高電阻氮化物系半導(dǎo)體層的厚度需要為4 μπι左右以上，因而難以將這樣厚的氮化物系半導(dǎo)體層蝕刻除去。
[0022]本發(fā)明是鑒于這樣的課題而完成的，其目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置，其是在表面?zhèn)染哂杏诠杌宓壬贤庋由L而成的氮化物系半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體裝置，其中，具有如下的構(gòu)造:即使不較寬地設(shè)定劃片槽寬度，或者不對劃片槽的氮化物系半導(dǎo)體層進(jìn)行蝕刻，也可以抑制劃片時產(chǎn)生的崩裂和結(jié)晶缺陷，且氮化鋁不會在元件端部露出。
[0023]為了解決上述的課題，本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體裝置是一種具有在基板上經(jīng)由氮化鋁層外延生長而成的化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體芯片，是位于化合物半導(dǎo)體層的元件周邊的下層的氮化鋁層被非晶質(zhì)層或者多晶層覆蓋的化合物半導(dǎo)體裝置。
[0024]由此，在具有外延生長于硅基板上的氮化物系半導(dǎo)體層、且沿著劃片槽進(jìn)行劃片所得到的半導(dǎo)體裝置中，可以抑制崩裂、結(jié)晶缺陷和水分浸入。也就是說，當(dāng)從沿著劃片槽進(jìn)行了劃片的劃片面產(chǎn)生的崩裂、結(jié)晶缺陷和水分浸入欲擴(kuò)散時，用于抑制在劃片槽的氮化物系半導(dǎo)體層端部形成的崩裂、結(jié)晶缺陷和水分浸入的構(gòu)造體抑制住崩裂、結(jié)晶缺陷等的擴(kuò)散。
[0025]本發(fā)明的氮化物系化合物半導(dǎo)體裝置及其制造方法以及樹脂密封型半導(dǎo)體裝置當(dāng)從沿著劃片槽進(jìn)行了劃片的劃片面產(chǎn)生的崩裂、結(jié)晶缺陷和水分浸入欲擴(kuò)散時，用于抑制在劃片槽的氮化物系半導(dǎo)體層端部形成的崩裂、結(jié)晶缺陷和水分浸入的構(gòu)造體可以抑制住崩裂和結(jié)晶缺陷等的擴(kuò)散。
【附圖說明】
[0026]圖1是一實施方式的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。
[0027]圖2Α是表示在劃片前后的排列著一實施方式的多個半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體晶片的示意圖。
[0028]圖2Β是表示在劃片前后的排列著一實施方式的多個半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體晶片的示意圖。
[0029]圖2C是表示在劃片前后的排列著一實施方式的多個半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體晶片的示意圖。
[0030]圖3Α是表示劃片前的劃片槽附近的斷面照片的圖。
[0031]圖3Β是表示用刀切削圖3Α的劃片槽后的切削面的放大照片的圖。
[0032]圖4Α是表示劃片槽附近的斷面照片的圖，該劃片槽通過使用激光而產(chǎn)生熔融、反應(yīng)以及非晶化直至硅基板，從而形成用于抑制崩裂、結(jié)晶缺陷和水分浸入的構(gòu)造體。
[0033]圖4Β是表示劃片槽附近的元素分析結(jié)果的圖，該劃片槽通過使用激光而產(chǎn)生熔融、反應(yīng)以及非晶化直至硅基板，從而形成用于抑制崩裂、結(jié)晶缺陷和水分浸入的構(gòu)造體。<