JP2018078192A - 半導体装置 - Google Patents

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Yuichi Sano
雄一 佐野
英文 中田
Hidefumi Nakada
英文 中田
浩章 徳矢
Hiroaki Tokuya
浩章 徳矢
一也 小林
Kazuya Kobayashi
一也 小林
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Abstract

【課題】 ピックアップ成功率を高めて歩留まりを向上することができる半導体装置を提供する。【解決手段】 半導体装置1は、半導体基板2、半導体素子3、第1金属層4、絶縁膜層6、有機物層7、第2金属層8、パッシベーション膜9等を備える。半導体基板2は、半導体素子3が形成された基部11と、半導体基板2の裏面側に位置して基部11の周縁から外側に突出し基部11の周囲を取囲む鍔部12と、基部11と鍔部12との段差部分に位置して基部11の周縁端面に形成され、周方向に沿って凹凸形状となった基部側凹凸端面部13と、鍔部12の周縁端面に位置して鍔部12の周方向に沿って凹凸形状に形成された鍔部側凹凸端面部14と、を備える。【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体素子が形成された半導体装置に関する。
一般に、半導体ウエハ等の基板をフルカットして複数個の半導体装置(チップ)に分離する構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2009−177034号公報
ところで、ダイシングソーを用いて基板をフルカットする場合を考えると、ダイシングラインの端面形状は平坦となる。このため、ピンセット等の把持具を用いてチップをピックアップする際に把持具が滑り、チップ表面やチップ端面を傷つける虞がある。
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、ピックアップ成功率を高めて歩留まりを向上することができる半導体装置を提供することにある。
上述した課題を解決するために、請求項1の発明は、表面側に半導体素子が形成された半導体基板を備えた半導体装置において、前記半導体基板は、前記半導体素子が形成された基部と、前記半導体基板の裏面側に位置して前記基部の周縁から外側に突出し、前記基部の周囲を取囲む鍔部と、前記基部と前記鍔部との段差部分に位置して前記基部の周縁端面に形成され、周方向に沿って凹凸形状となった凹凸端面部と、を備えたことを特徴としている。
請求項2の発明では、前記凹凸端面部は、絶縁性および耐湿性を有する被膜によって覆われてなる。
請求項1の発明によれば、半導体装置は、基部と鍔部とにより全体としてシルクハット型のような段付状に形成されているので、把持具をこの段差部分に引掛けることにより容易に半導体装置を摘むことができる。具体的には、把持具の先端部を鍔部の表面に当接させて、把持具の位置決めをすることができる。これにより、半導体装置のピックアップ成功率が高まるので、半導体装置を摘む際に生じるチップ表面やチップ端面の傷を抑制して歩留まりを向上することができる。
即ち、把持具の位置決めが難しい場合は、把持具によりチップ表面やチップ端面に傷をつける可能性がある。これにより、この傷から半導体基板内に水分が入り込み、半導体基板上に形成した複数の層に膜剥がれが生じ、半導体装置の外観不良やデバイス破壊を引き起こす虞がある。しかし、本発明による半導体装置は、容易に半導体装置をピックアップすることができるので、ピックアップ成功率を高め、膜剥がれ、外観不良、デバイス破壊等を抑制することができる。
また、請求項1の発明によれば、基部と鍔部との間の段差部分を凹凸形状として凹凸端面部を形成しているので、この凹凸端面部を、半導体装置をピックアップする際の滑り止めとすることができる。これにより、半導体装置のピックアップ成功率を高めて、歩留まりを向上することができる。
また、半導体装置は、基部と鍔部とにより段付状に形成されているので、半導体基板端部の表面積を大きくすることができる。これにより、半導体装置の放熱性を高めるので、半導体装置の電気的特性を向上することができる。
請求項2の発明によれば、基部と鍔部との間の段差部分の凹凸端面部を絶縁性および耐湿性を有する被膜によって覆っている。このため、被膜の封止効果によって半導体装置の端面から漏れる電流(端面リーク)を抑制して、半導体装置の電気的特性が低下するのを抑制できる。
また、被膜によって半導体装置の端面を頑強にすることができると共に、被膜を介して半導体装置を摘むことができる。このため、半導体素子が形成された基部に直接力が作用するのを抑制して、半導体装置の端面にチッピングやクラックが生じるのを抑制することができる。これにより、チッピングやクラック等から半導体装置内部に水分が入って膜が剥がれるのを抑制できるので、半導体装置を長寿命化することができる。
第1の実施の形態による半導体装置の半導体基板を示す斜視図である。 第1の実施の形態による半導体装置の半導体基板を示す平面図である。 半導体基板を図2中の矢示III−III方向からみた断面図である。 第1の実施の形態による半導体装置の製造方法に用いる半導体ウエハを示す平面図である。 第1の実施の形態による半導体装置を示す断面図である。 第2の実施の形態による半導体装置の半導体基板を示す平面図である。 半導体基板を図6中の矢示VII−VII方向からみた断面図である。
以下、本発明の実施の形態による半導体装置について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本発明の半導体装置は、例えばMHz帯またはGHz帯のような高周波信号を増幅する電力増幅器に適用されるものである。
図1および図5に、第1の実施の形態による半導体装置1を示す。図5に示すように、半導体装置1は、半導体基板2、半導体素子3、第1金属層4、絶縁膜層6、有機物層7、第2金属層8、パッシベーション膜9等を備えている。この場合、第1金属層4、絶縁膜層6、有機物層7、第2金属層8、パッシベーション膜9は、半導体基板2の表面2Aに順次積層されている。
半導体基板2は、例えばガリウム砒素(GaAs)のような半導体材料を用いて形成されている。なお、半導体基板2は、例えばリン化インジウム(InP)、窒化ガリウム(GaN)等のような他のIII−V族の化合物半導体によって形成されてもよい。半導体基板2は、例えばセレン化亜鉛(ZnSe)のようなII−VI族の化合物半導体を用いて形成されてもよく、例えば炭化ケイ素(SiC)、シリコンゲルマニウム(SiGe)のようなIV族の化合物半導体を用いて形成されてもよい。また、半導体基板2は、化合物半導体に限らず、例えばシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)のようなIV族単元素の半導体によって形成されてもよい。
半導体基板2の表面2Aには、例えばガリウム砒素(GaAs)、アルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)等による半導体層2Bが形成されている。半導体層2Bは、不純物がドープされたものでもよく、不純物を除いたものでもよい。また、半導体層2Bは、1層でもよく、複数層(例えば2層)でもよい。
半導体素子3は、半導体基板2の表面2A側(後述する基部11の表面側)に配置されている。半導体素子3は、例えば半導体層2Bを含めて形成されている。この場合、半導体素子3は、ダイオード、電界効果トランジスタ等のような能動素子でもよく、抵抗、コンデンサ等のような受動素子でもよい。半導体素子3は、一般的に半導体基板2に複数個設けられている(1個のみ図示)。これら複数個の半導体素子3は、例えば第1金属層4と第2金属層8とのうち少なくともいずれか一方によって相互に電気的に接続されている。
第1金属層4は、有機物層7よりも半導体基板2に近い位置に配置されている。具体的には、第1金属層4は、半導体基板2の表面2A上に形成されている。第1金属層4は、例えば金(Au)等のような導電性金属材料を用いて形成されている。第1金属層4は、例えば半導体素子3の電極を形成する、または複数個の半導体素子3間を電気的に接続する等のような各種の機能を有する。これにより、半導体基板2には、半導体素子3を含む各種の回路5(例えば増幅回路等)が形成されている。このため、半導体基板2は、回路5を形成する回路基板となっている。
絶縁膜層6は、半導体素子3を覆って、半導体基板2の表面2A上に形成されている。絶縁膜層6は、無機物絶縁層を構成している。このため、絶縁膜層6は、例えばシリコン窒化膜等のような絶縁性を有する無機材料を用いて形成されている。絶縁膜層6には、例えば第1金属層4と対応した位置にスルーホール(貫通孔)からなるビア6Aが形成されている。絶縁膜層6は、層間絶縁層を構成し、半導体基板2の表面2Aと第2金属層8との間を電気的に絶縁している。
なお、絶縁膜層6は、シリコン窒化膜(例えばSi34,SiN等)に限らず、シリコン酸化膜(例えばSiO2,SiO等)、シリコン酸窒化膜(例えばSiON等)のいずれかを用いて形成してもよい。
有機物層7は、絶縁膜層6を覆って、半導体基板2に形成されている。有機物層7は、絶縁膜層6と一緒に層間絶縁層を構成している。有機物層7は、有機物絶縁層を構成している。このため、有機物層7は、例えばポリイミド(PI)、ベンゾシクロブテン(BCB)、ポリベンゾオキソゾール(PBO)等のような絶縁性を有する有機材料を用いて形成されている。有機物層7は、各種の樹脂材料を、絶縁膜層6の表面にスピンコートにより塗布することによって形成される。このとき、有機物層7は、絶縁膜層6に比べて、膜厚が大きくなる傾向がある。有機物層7は、例えば半導体装置1の表面側全体を平坦化させると共に、第1金属層4と第2金属層8との間の層間のキャパシタンスを低減させるものである。
第2金属層8は、有機物層7よりも半導体基板2から離れた位置に配置されている。この第2金属層8は、半導体基板2に非接触となった他の金属層を構成し、有機物層7の表面上に形成されている。第2金属層8は、例えば導電性金属材料を用いて形成されている。第2金属層8は、第1金属層4を介して、半導体素子3と外部との間を電気的に接続する等のような各種の機能を有する。このため、第2金属層8は、ビア6Aを通じて第1金属層4に電気的に接続されている。
パッシベーション膜9は、第2金属層8を覆って半導体基板2に設けられている。パッシベーション膜9は、第2金属層8に加えて、有機物層7、半導体層2B等を覆っている。パッシベーション膜9は、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜等のような絶縁性を有する無機材料を用いて形成されている。
次に、半導体基板2の具体的な形状について説明する。
半導体基板2は、後述する基部11、鍔部12、基部側凹凸端面部13、鍔部側凹凸端面部14を備えている。ここで、図1ないし図3に示すように、半導体基板2は、基部11と鍔部12とにより、全体としてシルクハット型のような段付状に形成されている。また、半導体基板2は、基部側凹凸端面部13と鍔部側凹凸端面部14とにより半導体基板2の周縁端面が起伏に富み、平面視で切手のような形状に形成されている(図2参照)。
基部11は、半導体基板2の中央部分(内側)に位置して、例えば四角形状に形成されている。基部11の表面(図3における上側面)は、半導体基板2の表面2Aとして、半導体素子形成面を構成している。即ち、基部11の表面には、半導体素子3が形成されている。
鍔部12は、半導体基板2の裏面側(図3における下側)に位置して、基部11の周縁から外側に突出して設けられている。即ち、鍔部12は、基部11の下側の周囲を取囲んでいる。この鍔部12の表面12Aは、ピンセット等の把持具Hを用いて半導体装置1をピックアップする際に、把持具Hの先端部が当接することにより把持具Hの位置決めをするものである(図3参照)。
基部側凹凸端面部13は、基部11と鍔部12との間の段差部分に位置して、基部11の周縁端面に形成されている。この基部側凹凸端面部13は、基部11の周方向に沿って凹凸形状に形成されている。具体的には、基部側凹凸端面部13は、例えば、方法は限定されないがレーザ加工等を用いて後述の半導体ウエハWをハーフカットすることにより形成されている。これにより、基部側凹凸端面部13の凹凸形状は、半導体基板2の厚さ方向ではなく、基部11の周縁に沿った方向、即ち、基部11の縦方向および横方向に対して形成されている。基部側凹凸端面部13は、把持具Hを用いて半導体装置1をピックアップする際に、把持具Hの先端部が滑るのを抑制する滑り止めとなるものである。
鍔部側凹凸端面部14は、鍔部12の周縁端面に位置して、鍔部12の周方向に沿って凹凸形状に形成されている。具体的には、鍔部側凹凸端面部14は、例えば、レーザ加工等を用いて半導体ウエハWを子基板W1にフルカットすることにより形成されている。これにより、鍔部側凹凸端面部14の凹凸形状は、半導体基板2の厚さ方向ではなく、鍔部12の周縁に沿った方向、即ち、鍔部12の縦方向および横方向に対して形成されている。
次に、半導体装置1の製造方法について説明する。
まず、図3に示すように、集合基板としての半導体ウエハWを用意する。この半導体ウエハWの表面には、半導体層2B、第1金属層4、絶縁膜層6、有機物層7、第2金属層8等が積層されている。この半導体ウエハWは、分割線Dの位置で切断されることによって、半導体素子3が形成された複数個の子基板W1に分離され、半導体装置1が形成される。
ここで、半導体ウエハWを分割線Dの位置で切断する前に、半導体ウエハWを、子基板W1の分割線Dに沿ってハーフカットする。具体的には、半導体ウエハWの表面側から厚さ方向の途中位置までハーフカットし、半導体ウエハWにハーフカットによる溝を形成する。この場合、ハーフカットは、例えば、内部集光によるレーザ加工を行う構成としてもよいし、例えば、表面集光によるレーザ加工を行う構成としてもよい。これにより、基部側凹凸端面部13が、基部11と鍔部12との間の段差部分として形成される。このとき、ハーフカットによる溝は、半導体ウエハWの裏面に到達していないから、互いに隣接した2個の子基板W1は、半導体ウエハWの裏面側で部分的につながった状態となっている。なお、ハーフカットは、レーザの出力を調整することで、厚さ方向寸法(深さ方向寸法)を設定することができる。
前述のようなハーフカットの後に、半導体ウエハWを、子基板W1の分割線Dに沿ってフルカットする。具体的には、半導体ウエハWの表面側(鍔部12の表面12A側)から半導体ウエハWの裏面までフルカットし、子基板W1を個別に分離する。この場合、フルカットは、例えば、内部集光によるレーザ加工や、表面集光によるレーザ加工等を用いて行う構成とする。これにより、半導体ウエハWから子基板W1に分割されることにより、各子基板W1同士の間には、鍔部側凹凸端面部14を備えた鍔部12が形成されている。この結果、全体として段付状の半導体装置1が複数個製造される。この場合、子基板W1は、半導体装置1の半導体基板2に対応する。なお、半導体ウエハWをフルカットする場合は、子基板W1が散乱するのを抑制するため、半導体ウエハWを支持基板等に接着する構成としてもよい。
かくして、第1の実施の形態によれば、半導体装置1は、基部11と鍔部12とにより全体としてシルクハット型のような段付状に形成されているので、把持具H等をこの段差部分に引掛けることにより容易に半導体装置1を摘むことができる。具体的には、把持具Hの先端部を鍔部12の表面12Aに当接させて、把持具Hの位置決めをすることができる。これにより、半導体装置1のピックアップ成功率が高まるので、半導体装置1を摘む際に生じるチップ表面やチップ端面の傷を抑制して歩留まりを向上することができる。
即ち、把持具Hの位置決めが難しい場合は、把持具Hによりチップ表面やチップ端面に傷をつける可能性がある。これにより、この傷から半導体基板2内に水分が入り込み、第1金属層4、絶縁膜層6、有機物層7、第2金属層8等の膜剥がれが生じ、半導体装置1の外観不良やデバイス破壊を引き起こす虞がある。しかし、本発明による半導体装置1は、容易に半導体装置1をピックアップすることができるので、ピックアップ成功率を高め、膜剥がれ、外観不良、デバイス破壊等を抑制することができる。
また、半導体装置1は、基部11と鍔部12との間の段差部分を凹凸形状として基部側凹凸端面部13を形成しているので、この基部側凹凸端面部13を、半導体装置1をピックアップする際の滑り止めとすることができる。これにより、半導体装置1のピックアップ成功率を高めて、歩留まりを向上することができる。
また、半導体装置1は、基部11と鍔部12とにより段付状に形成されているので、半導体基板2端部の表面積を大きくすることができる。これにより、半導体装置1の放熱性を高めるので、半導体装置1の電気的特性を向上することができる。
また、半導体装置1の基部側凹凸端面部13と鍔部側凹凸端面部14とは、例えばレーザを用いて形成されている。これにより、レーザの熱が、基部11の周縁端面および鍔部12の周縁端面の微小な傷等を修復するので、半導体装置1の電気的特性を向上することができる。
次に、図6および図7に、本発明の第2の実施の形態による半導体装置21を示す。第2の実施の形態の特徴は、基部側凹凸端面部を被膜によって覆ったことにある。なお、第2の実施の形態の半導体装置21の説明に際し、第1の実施の形態による半導体装置1と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
半導体装置21は、第1の実施の形態の半導体装置1と同様に、半導体基板22、半導体素子3、第1金属層4、絶縁膜層6、有機物層7、第2金属層8、パッシベーション膜9等を備えている。
半導体基板22は、基部23、鍔部24、基部側凹凸端面部25、鍔部側凹凸端面部26、被膜27を備えている。この半導体基板22は、基部23と鍔部24とにより、全体としてシルクハット型のような段付状に形成されている。また、半導体基板22は、基部側凹凸端面部25と鍔部側凹凸端面部26とにより半導体基板22の周縁端面が起伏に富み、平面視で切手のような形状に形成されている(図6参照)。
被膜27は、基部23の周縁端面に位置して、基部側凹凸端面部25を覆って設けられている。被膜27は、例えば、SiO2,Si1-xx,Al23,GaN等の絶縁性および耐湿性を有する材料を用いて形成されている。この場合、被膜27は、基部側凹凸端面部25よりも薄く、例えば50nm程度の膜厚に設定されている。これにより、被膜27により基部側凹凸端面部25を覆った場合でも、被膜27は、基部側凹凸端面部25の凹凸形状を有している。なお、ポリイミド、ポリベンゾオキソゾール等の有機系材料は、水分を含み水分の供給源となり易いので、被膜27の材料としては好ましくない。
かくして、第2の実施の形態でも、第1の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。第2の実施の形態の半導体装置21は、基部23と鍔部24との間の段差部分の基部側凹凸端面部25を、絶縁性および耐湿性を有する被膜27によって覆っている。このため、被膜27の封止効果によって半導体装置21の端面から漏れる電流(端面リーク)を抑制して、半導体装置21の電気的特性が低下するのを抑制できる。
また、被膜27によって半導体装置21の端面を頑強にすることができると共に、被膜27を介して半導体装置21を摘むことができる。このため、半導体素子3が形成された基部23に直接力が作用するのを抑制して、半導体装置21の端面にチッピングやクラックが生じるのを抑制することができる。これにより、チッピングやクラック等から半導体装置21内部に水分が入って膜が剥がれるのを抑制できるので、半導体装置21を長寿命化することができる。
なお、上述した第1の実施の形態では、基部11の周縁端面に基部側凹凸端面部13を形成して、鍔部12の周縁端面に鍔部側凹凸端面部14を形成する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、基部の周縁端面にのみ凹凸端面部を形成する構成としてもよい。即ち、基部の周縁端面のみを凹凸形状にして、鍔部の周縁端面は、ダイシングソーを用いて平坦な形状としてもよい。
さらに、前記各実施の形態では、半導体装置1,21は電力増幅器に適用した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、半導体装置は、太陽電池のような受光素子に適用してもよく、レーザダイオード(LD)、発光ダイオード(LED)のような発光素子に適用してもよく、受光素子と発光素子の両方を備えた光センサに適用してもよい。
1,21 半導体装置
2,22 半導体基板
2A 表面
3 半導体素子
11,23 基部
12,24 鍔部
13,25 基部側凹凸端面部(凹凸端面部)
27 被膜

Claims (2)

  1. 表面側に半導体素子が形成された半導体基板を備えた半導体装置において、
    前記半導体基板は、
    前記半導体素子が形成された基部と、
    前記半導体基板の裏面側に位置して前記基部の周縁から外側に突出し、前記基部の周囲を取囲む鍔部と、
    前記基部と前記鍔部との段差部分に位置して前記基部の周縁端面に形成され、周方向に沿って凹凸形状となった凹凸端面部と、を備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記凹凸端面部は、絶縁性および耐湿性を有する被膜によって覆われてなる請求項1に記載の半導体装置。
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