化合物半导体装置及其制造方法以及树脂密封型半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在硅基板上隔着由氮化铝构成的缓冲层而形成有外延生长而成的化合物半导体层的化合物半导体装置及其制造方法以及树脂密封型半导体装置。
【背景技术】
[0002]近年来，作为半导体器件的材料，宽带隙半导体即氮化物系半导体材料的开发正在活跃地进行。作为宽带隙半导体的特征，可以列举出绝缘击穿电压与作为通常半导体的娃(Si)相比大I个数量级。
[0003]在以往的Si中，为了得到高耐压的功率用半导体器件，需要延长使电子行走的漂移层。与此相对照，在氮化镓(GaN)中，以短的漂移层(Si的大约1/10)便表现出同等的耐压。在此情况下，考虑到在半导体器件中流过电流的状况，漂移层成为电阻层，因而漂移层较短时，半导体器件的导通电阻减小。从理论上说，如果半导体的迀移率和介电常数被设定为同等程度，则显示出某一一定的耐压的半导体器件的导通电阻与半导体材料所具有的绝缘击穿电场的3次方成反比。也就是说，在相同的芯片面积下，GaN器件与Si器件相比，可以实现大约1000分之I的低导通电阻。
[0004]另外，氮化物系半导体材料在与GaN、氮化铝(AlN)或氮化铟(InN)之间可以制作各种各样的混晶，因而与以往的砷化镓(GaAs)等砷系半导体材料同样，可以制作异质结。特别地，氮化物系半导体的异质结具有如下的特征:即使在没有杂质掺杂的状态下，也通过自发极化或者压电极化而在其界面产生高浓度的载流子。其结果是，在平行于硅基板的方向流过电流的卧式器件(lateral-type device)中，使用GaN/AlGaN的异质结可以实现大电流且低导通电阻的大功率用器件。
[0005]再者，氮化物系半导体材料可以在硅基板上隔着由氮化铝构成的缓冲层而外延生长。也就是说，在SiC器件中，即便是相同的宽带隙半导体材料，也有必要使用昂贵的碳化硅(SiC)基板，与此相对照，在氮化物系半导体器件的情况下，由于可以使用硅基板，因而能够实现低成本化以及大口径化。
[0006]可是，在硅基板(晶片)上形成有氮化物系半导体层的氮化物系半导体器件与以往的娃器件或GaAs器件同样，通过沿着划片槽(scribe lane)进行划片(或切割:dicing)而分割成半导体装置。在该划片工序中，将晶片贴附在划片胶带上之后，一边使划片刀这一圆盘状薄型磨石高速旋转一边沿着划片槽进行切削加工。
[0007]在该划片工序中，如果不适当地选择刀种类和转速、划片速度等，则在划片槽中产生被称之为崩裂(chipping)的半导体层的崩碎、裂纹和结晶缺陷。而且在划片槽产生的崩裂和结晶缺陷一旦达到半导体装置内的元件形成区域，则产生电特性的不良、和因水分的浸入而引起的可靠性不良。
[0008]一般地说，为了消除因崩裂或结晶缺陷引起的半导体装置的不良发生，可适当地选择刀种类和转速、划片速度，同时设定划片槽的宽度，以便即使产生崩裂或结晶缺陷、或者水分经由缓冲层而浸入，它们也停留在划片槽内。
[0009]另外，在硅器件中，在半导体装置内抑制崩裂的构造也是为人所知的。例如，在专利文献I中，公开了在形成于半导体晶片上的多个半导体元件之间的划片槽上形成有膜的构造。根据该构造，可以使产生崩裂的应力的发展被该膜的壁所吸收或者缓和，从而可以期待崩裂的抑制。
[0010]另一方面，在氮化物系化合物半导体装置中，形成氮化铝层作为表面保护膜的构造也是为人所知的。例如，在专利文献2中，在AlGaN层的上侧表面上形成有AlN层作为表面保护膜。根据该制造方法，AlGaN层的上侧表面由于在产生裂纹前用AlN层覆盖，因而可以期待成为没有裂纹的平坦的表面。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1:日本特开2006-302939号公报
[0014]专利文献2:日本特开2006-156429号公报
【发明内容】
[0015]然而，在硅基板上具有外延生长而成的氮化物系半导体层的氮化物系半导体器件中，在对氮化物系半导体层进行划片时，由于容易比硅器件或GaAs器件更多地产生崩裂、或者在氮化物系化合物半导体端产生结晶缺陷，因而单凭上述一般的应对，往往不能充分地抑制因崩裂或结晶缺陷引起的不良的发生和可靠性的劣化。其原因在于:由于硅与GaN等氮化物系半导体的晶格常数和热膨胀系数的不同，在硅基板和氮化物系半导体层的界面附近产生较大的应力，当在该硅基板和氮化物系半导体层的界面附近施加划片时的机械冲击时，则产生以此为起点的裂纹和结晶缺陷。
[0016]而且外延生长而成的氮化物系半导体层的膜厚越厚，应力也越增大，因而崩裂和结晶缺陷的发生部位也增加，从而崩裂和结晶缺陷的大小也增大。
[0017]图5示出了对在硅基板上外延生长而成的氮化物系半导体层进行划片时的示意俯视图。在图5中，微小的崩裂沿着划片线(dicing line)而大量地发生，但如图6所示，其中有时也产生超过划片槽而达到元件的表面保护膜的崩裂，在此情况下，半导体装置的外观也变得不良。
[0018]另外，在硅基板上外延生长氮化物系半导体层时，所使用的缓冲层“氮化铝”与水分反应，发生A1N+3H20 — Al (OH) 3+NH3这样的反应。由此，存在因从元件端部浸入的湿气或水分而使特性劣化的问题。
[0019]另外，在对氮化物系半导体元件进行树脂密封的情况(也包括“往部件内装基板上的内装”和“倒装芯片安装的底面/侧面充胶密封(under/side-filling sealing)”)下，还存在的问题是:在元件端部，因与树脂的附着力差的氮化物系半导体外延膜露出而在与密封树脂的界面发生剥离。
[0020]在此，在硅基板上具有外延生长而成的氮化物系半导体层的氮化物系半导体器件中，也可以认为通过将划片槽宽度更宽地设定至150 μ m左右，便可在半导体元件中抑制崩裂、结晶缺陷或水分浸入到达元件的有效区域，但如果扩大划片槽宽度，则从每I片晶片上取出的芯片数减少。
[0021]另外，在对划片槽进行划片之前，也可以考虑采用干式蚀刻等除去划片槽上的氮化物系半导体层的方法，但为了取得500V以上的高耐压的元件，在导电性的硅基板上生长的高电阻氮化物系半导体层的厚度需要为4 μπι左右以上，因而难以将这样厚的氮化物系半导体层蚀刻除去。
[0022]本发明是鉴于这样的课题而完成的，其目的在于提供一种半导体装置，其是在表面侧具有于硅基板等上外延生长而成的氮化物系半导体层的半导体装置，其中，具有如下的构造:即使不较宽地设定划片槽宽度，或者不对划片槽的氮化物系半导体层进行蚀刻，也可以抑制划片时产生的崩裂和结晶缺陷，且氮化铝不会在元件端部露出。
[0023]为了解决上述的课题，本发明的化合物半导体装置是一种具有在基板上经由氮化铝层外延生长而成的化合物半导体层的化合物半导体芯片，是位于化合物半导体层的元件周边的下层的氮化铝层被非晶质层或者多晶层覆盖的化合物半导体装置。
[0024]由此，在具有外延生长于硅基板上的氮化物系半导体层、且沿着划片槽进行划片所得到的半导体装置中，可以抑制崩裂、结晶缺陷和水分浸入。也就是说，当从沿着划片槽进行了划片的划片面产生的崩裂、结晶缺陷和水分浸入欲扩散时，用于抑制在划片槽的氮化物系半导体层端部形成的崩裂、结晶缺陷和水分浸入的构造体抑制住崩裂、结晶缺陷等的扩散。
[0025]本发明的氮化物系化合物半导体装置及其制造方法以及树脂密封型半导体装置当从沿着划片槽进行了划片的划片面产生的崩裂、结晶缺陷和水分浸入欲扩散时，用于抑制在划片槽的氮化物系半导体层端部形成的崩裂、结晶缺陷和水分浸入的构造体可以抑制住崩裂和结晶缺陷等的扩散。
【附图说明】
[0026]图1是一实施方式的半导体装置的俯视图。
[0027]图2Α是表示在划片前后的排列着一实施方式的多个半导体装置的半导体晶片的示意图。
[0028]图2Β是表示在划片前后的排列着一实施方式的多个半导体装置的半导体晶片的示意图。
[0029]图2C是表示在划片前后的排列着一实施方式的多个半导体装置的半导体晶片的示意图。
[0030]图3Α是表示划片前的划片槽附近的断面照片的图。
[0031]图3Β是表示用刀切削图3Α的划片槽后的切削面的放大照片的图。
[0032]图4Α是表示划片槽附近的断面照片的图，该划片槽通过使用激光而产生熔融、反应以及非晶化直至硅基板，从而形成用于抑制崩裂、结晶缺陷和水分浸入的构造体。
[0033]图4Β是表示划片槽附近的元素分析结果的图，该划片槽通过使用激光而产生熔融、反应以及非晶化直至硅基板，从而形成用于抑制崩裂、结晶缺陷和水分浸入的构造体。<