JP6190953B2 - 半導体ウェハ、半導体ウェハから個片化された半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体ウェハ、半導体ウェハから個片化された半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体ウェハと、この半導体ウェハから個片化された半導体装置およびその製造方法とに関する。
近年、高耐圧特性を有し、且つ、大電流を流す用途に用いられているパワーデバイスが盛んに開発されている。このようなパワーデバイスの開発には、高い絶縁破壊電界、および、高い飽和電子速度を有する材料である窒化物半導体が注目されている。その中でもGaN(窒化ガリウム)を用いたGaNパワーデバイスは、将来の低損失・高速パワースイッチングシステムにおいて省エネルギー化に大きく貢献するものと期待されている。
上記GaNパワーデバイスの製造において、通常シリコンで用いられるブレードダイシングを用いた場合、GaN膜がシリコンよりも硬く、また、GaN等の窒化物半導体とシリコンとは、格子定数および熱膨張係数等が異なるため、ダイシング時に、シリコン基板とGaN膜との界面近傍に大きなストレスが発生する。そして、この界面近傍のストレスが発生した領域に、ダイシングによる機械的衝撃が加わると、この界面近傍を起点としてクラック等が発生してしまう。この問題を解決するため、例えば、レーザーダイシングが用いられる。
レーザーダイシングを用いた従来の半導体ウェハとしては、例えば、特開2006−222258号公報 (特許文献1)に記載されたものがある。この従来の半導体ウェハでは、レーザーダイシングとブレードダイシングとを組み合わせて、半導体ウェハを切断している。
特開2006−222258号公報
しかしながら、上記GaNパワーデバイスの製造にレーザーダイシングを用いた場合でも、レーザーダイシング時に発生するデブリ(蒸発物残渣)を除去する必要があり、コストが増加するという問題があった。
また、ブレードダイシングを用いる場合の問題を解決するために、GaN膜をエッチングにて除去する方法も考えられる。しかし、GaNは化学的に非常に安定した物質であり、一般的な酸(塩酸、硫酸、硝酸等)や塩基では溶解せず、室温ではあらゆる溶液にエッチングされない。このため、半導体の製造工程におけるエッチングの際には、反応性イオンエッチングによるドライエッチングを行う必要があり、エッチング速度が遅く生産性が悪くなる。
そこで、本発明の課題は、高い歩留りおよび信頼性を有する半導体ウェハと、この半導体ウェハから個片化された半導体装置およびその製造方法とを提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の半導体ウェハは、
基板と、
上記基板上に積層されたGaN系半導体膜と、
上記GaN系半導体膜上に設けられた半導体素子と、上記GaN系半導体膜上に設けられると共に、上記半導体素子を囲むように配置された金属リングとを有する複数の素子領域と、
上記GaN系半導体膜上に積層された誘電体膜と、
上記誘電体膜上に開口すると共に、上記素子領域を区画するように上記金属リングの外周に沿って、上記誘電体膜を貫通することなく格子状に設けられたダイシング溝を有するダイシング領域と、
を備え、
上記ダイシング溝の底面において、上記ダイシング溝の幅方向の中央部よりも、上記ダイシング溝の上記素子領域側の端部が高くなり、または、低くなっていることを特徴としている。
また、本発明の半導体装置は、
上記半導体ウェハから個片化された半導体装置であって、
上記ダイシング領域のうち、上記ダイシング溝の少なくとも一部が、上記半導体装置に残されるよう切り出されたことを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、
基板上にGaN系半導体膜を成長させる工程と、
上記GaN系半導体膜上に、複数の半導体素子と、この半導体素子を囲むように配置される金属リングとを有する素子領域を形成すると共に、誘電体膜を積層する工程と、
上記素子領域を区画するように格子状に設けられるダイシング溝を有するダイシング領域を形成する工程と、
上記ダイシング溝をダイシングして、上記半導体素子と上記ダイシング溝の少なくとも一部とを含む半導体装置を切り出す工程と、
を備え、
上記ダイシング溝が、上記ダイシング溝の底面において、上記GaN系半導体膜が露出することなく、かつ、上記ダイシング溝の幅方向の中央部よりも、上記ダイシング溝の上記素子領域側の端部が高くなり、または、低くなるように形成されることを特徴としている。
本発明によれば、ダイシング溝の底面において、ダイシング溝の幅方向の中央部よりも、ダイシング溝の上記素子領域側の端部が高くなり、または、低くなっている。このため、例えばブレードダイシングを用いた場合でも、ダイシング時に発生する応力を半導体ウェハの外部に向かわせて、クラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりを抑制できる。よって、個片化される半導体装置の歩留りを改善できると共に、この半導体装置の信頼性を向上できる。
また、コストが高く、デブリ(蒸発物残渣)の除去が問題となるレーザーダイシングを用いなくても、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。このため、信頼性が高く低コストの半導体装置を、短いカット時間で製造できる。
本発明の第1実施形態の半導体ウェハを示す平面図である。 図1の半導体ウェハのX部分の拡大図である。 図2のIII−III線から見た断面模式図である。 図1の半導体ウェハのダイシング溝を示す断面模式図である。 図1の半導体ウェハの製造方法を説明するための断面模式図である。 図5に続く半導体ウェハの製造方法を説明するための断面模式図である。 図6に続く半導体ウェハの製造方法を説明するための断面模式図である。 図7に続く半導体ウェハの製造方法を説明するための断面模式図である。 図8に続く半導体ウェハの製造方法を説明するための断面模式図である。 ダイシング溝の底面が略平坦である半導体ウェハのダイシング時に発生する層間クラックおよび表面チッピングの広がりを示す部分断面模式図である。 図1の半導体ウェハのダイシング時に発生する層間クラックおよび表面チッピングの広がりを示す部分断面模式図である。 ダイシング溝を形成していない半導体ウェハのダイシング時におけるダイシング表面を示す光学顕微鏡像の図である。 ダイシング溝を形成しているが、ダイシング溝の底面が略平坦である半導体ウェハのダイシング時におけるダイシング表面を示す光学顕微鏡像の図である。 図1の半導体ウェハのダイシング時におけるダイシング表面を示す光学顕微鏡像の図である。 本発明の第2実施形態の半導体ウェハの断面模式図である。 図15の半導体ウェハのダイシング時における層間クラックの発生幅と第2の誘電体膜の膜厚との相関図である。 図15の半導体ウェハのダイシング時に発生する層間クラックおよび表面チッピングの広がりを示す部分断面模式図である。 図15の半導体ウェハのダイシング時におけるクラックの発生幅と、ダイシング溝の底面における誘電体膜の膜厚との相関図である。 ダイシングにより発生した層間クラックおよび表面チッピングの発生数について、本発明の第3実施形態の半導体ウェハと従来の半導体ウェハとを比較した比較図である。 本発明の第4実施形態の半導体装置を示す断面模式図である。 半導体ウェハをパッケージ化するための工程を示す図である。 図21の表面保護テープ貼付工程を説明するための図である。 図21の裏面研磨工程を説明するための図である。 図21のダイシングテープ貼付工程を説明するための図である。 図21の表面保護テープ剥がし工程を説明するための図である。 図21のダイシング工程を説明するための図である。 図21のダイボンド工程を説明するための図である。 図21のワイヤボンド工程を説明するための図である。 図21の樹脂モールド工程を説明するための図である。 図20の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 図30に続く半導体装置の製造方法を説明するための図である。 図31に続く半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の他の実施形態の半導体ウェハまたは半導体装置におけるダイシング溝を示す断面模式図である。 本発明の別の実施形態の半導体ウェハまたは半導体装置におけるダイシング溝を示す断面模式図である。 本発明の異なる実施形態の半導体ウェハまたは半導体装置におけるダイシング溝を示す断面模式図である。 本発明の第5実施形態の半導体ウェハのダイシング溝を示す断面模式図である。 ダイシング溝の底面の誘電体膜が厚い半導体ウェハのダイシング時に発生する層間クラックおよび表面チッピングの広がりを示す部分断面模式図である。 図36の半導体ウェハのダイシング時に発生する層間クラックおよび表面チッピングの広がりを示す部分断面模式図である。 図36の半導体ウェハのダイシング時におけるサイドクラックの広がり幅とT2/T1膜厚比との相関図である。 本発明の第6実施形態の半導体ウェハの断面模式図である。 図40の半導体ウェハのダイシング時における層間クラックの発生幅と第2の誘電体膜の膜厚との相関図である。 本発明の第7実施形態の半導体ウェハの断面模式図である。 図42の半導体ウェハのダイシング時に発生する層間クラックおよび表面チッピングの広がりを示す部分断面模式図である。 図36の半導体ウェハのダイシング時におけるダイシング領域の表面を示す光学顕微鏡像の図である。 図42の半導体ウェハのダイシング時におけるダイシング領域の表面を示す光学顕微鏡像の図である。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の半導体ウェハ1は、図1,図2に示すように、複数の素子領域20と、この素子領域20を区画するように格子状に設けられたダイシング領域21とを備えている。この素子領域20内には、半導体素子30(回路部)と、半導体素子30上に設けられたボンディングパッド14と、半導体素子30を囲うように設けられた金属リング22とが、各々設けられている。この半導体素子30は、GaN系HFET(Hetero-junction Field Effect Transistor;ヘテロ接合電界効果トランジスタ)である。
なお、上記半導体ウェハ1から個片化される半導体装置70は、素子領域20と、この素子領域20周囲のダイシング領域21の一部とで、構成される。
上記半導体素子30は、図3に示すように、基板23と、この基板23上に積層されたGaN系半導体膜24とを有している。第1実施形態では、基板23として、6インチサイズ厚さ625μmのシリコン(Si)基板を用いている。
なお、基板23は、Si基板に限らず、例えばサファイヤ基板またはSiC基板であってもよい。
GaN系半導体膜24は、アンドープAlGaNバッファ層と、このアンドープAlGaNバッファ層上に積層されたアンドープGaNチャネル層と、このアンドープGaNチャネル層上に積層されたアンドープAlGaNバリア層とで構成された窒化物半導体積層体である。
なお、説明の便宜上、アンドープAlGaNバッファ層、アンドープGaNチャネル層およびアンドープAlGaNバリア層を図示していない。また、半導体素子30は、簡略化して模式的に示している。このため、ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極の大きさや間隔は、実際のものとは異なっている。
上記GaN系半導体膜24では、アンドープGaNチャネル層とアンドープAlGaNバリア層との界面近傍に、2DEG層(2次元電子ガス層)35が発生する。この2DEG層35は、半導体素子30の周囲に形成された素子分離溝36によって、半導体素子30領域のみに発生するようになっている。
なお、上記GaNチャネル層に替えて、上記AlGaNバリア層よりもバンドギャップの小さい組成を有するAlGaNチャネル層としてもよい。また、上記AlGaNバリア層上にキャップ層として、例えばGaNからなる約1nmの厚さの層を設けてもよい。
また、上記GaN系半導体膜24は、ソース電極31とドレイン電極32とを備えている。ソース電極31とドレイン電極32とは、上記AlGaNバリア層と2DEG層35を貫通してGaNチャネル層まで達する凹部に、互いに間隔をあけて形成されている。また、AlGaNバリア層上、かつ、ソース電極31およびドレイン電極32の間には、ゲート電極33が形成されている。
上記ソース電極31とドレイン電極32とはオーミック電極であり、上記ゲート電極33はショットキー電極である。上記ソース電極31、ドレイン電極32、ゲート電極33および活性領域で、HFETを構成している。
ここで、活性領域とは、AlGaNバリア層上のソース電極31とドレイン電極32との間に配置されたゲート電極33に印加される電圧によって、ソース電極31とドレイン電極32との間でキャリアが流れる窒化物半導体積層体(GaNチャネル層、AlGaNバリア層)の領域である。
上記GaN系半導体膜24(AlGaNバリア層)上には、SiOからなる誘電体膜25と、SiNからなる保護膜26とが形成されている。誘電体膜25は、GaN系半導体膜24上に形成され、保護膜26は、誘電体膜25上に形成されている。誘電体膜25のソース電極31、ドレイン電極32およびゲート電極33上の領域に、コンタクト部としてのビア34(図3では、ドレイン電極32上のビアのみ図示している)が形成されている。ソース電極31、ドレイン電極32およびゲート電極33の各電極は、ビア34を介してボンディングパッド14(図3では、一方のボンディングパッドのみ図示している)に接続されている。
なお、誘電体膜25の材料として、SiOを使用したが、これに限らず、SiN、ポリイミドなどの絶縁材料を用いてもよい。
上記構成の半導体素子30では、GaNチャネル層とAlGaNバリア層との界面近傍に発生した2DEG層35でチャネルが形成され、このチャネルを、ゲート電極33に電圧を印加することにより制御して、ソース電極31、ドレイン電極32およびゲート電極33を有するHFETをオンオフさせる。このHFETは、ゲート電極33に負電圧が印加されているときにゲート電極33下のGaNチャネル層に空乏層が形成されてオフ状態となる一方、ゲート電極33の電圧がゼロのときにゲート電極33下のGaNチャネル層に空乏層がなくなってオン状態となる、ノーマリーオンタイプのトランジスタとして動作する。
また、上記素子領域20を区画しているダイシング領域21には、ダイシング溝27が設けられている。このダイシング溝27は、誘電体膜25および保護膜26をエッチングすることにより、ダイシング溝27の底面27aからGaN系半導体膜24が露出しないように形成されている。
上記ダイシング溝27は、図4に示すように、その底面27aにおいて、ダイシング溝27の底面27aの幅方向Wの中央部よりも高くなっている(底面27aに対して図4の上側(開口側)に変化している)形状変化領域40を有している。
第1実施形態の半導体ウェハ1では、ダイシング溝27の底面27aにおける誘電体膜25の膜厚を0.2μm〜3μm、ダイシング領域21の幅W0を90μm、ダイシング溝27の幅W1を70μmとしている。
なお、ダイシング溝27からGaN系半導体膜を露出させた場合、低い印加電圧で空気放電が発生してしまう。例えば、ダイシング溝27とボンディングパッド14との間の距離が70μmのとき、約600Vの印加で空気放電が発生する。
これに対して、上記半導体ウェハ1では、ボンディングパッド14に600V〜1000Vの高電圧を印加しても、ダイシング溝27の底面27aの表面からGaN系半導体膜24が露出しない。このため、ウェハ状態で半導体素子30のテストを行う場合に、半導体素子30を破壊することなく、ウェハ状態で高電圧を印加して耐圧試験等を実施することができる。
続いて、上記半導体ウェハ1の製造方法を、図5〜図9に従って説明する。
まず、図5に示すように、Si基板23上に、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長)法を用いて、アンドープAlGaNバッファ層、アンドープGaNチャネル層、アンドープAlGaNバリア層を順に積層し、GaN系半導体膜24を形成する。アンドープGaNチャネル層の厚さは、例えば1μmであり、アンドープAlGaNバリア層の厚さは、例えば30nmである。このアンドープGaNチャネル層とアンドープAlGaNバリア層との界面近傍に、2DEG層35が発生する。
そして、図6に示すように、GaN系半導体膜24上の半導体素子30が形成されない領域に、2DEG層35を貫通する素子分離溝36を形成する。この素子分離溝36は、一般的なフォトリソグラフィ法によりレジストをパターニングし、塩素系ガスを使用したRIE(reactive ion etching:リアクティブイオンエッチング)装置を用いて形成される。
次に、図7に示すように、半導体素子30を形成する。すなわち、素子領域20内のGaN系半導体膜24上に、AlGaNバリア層および2DEG層35を貫通してGaNチャネル層まで達する凹部を、互いに間隔をあけて形成する。この凹部は、AlGaNバリア層の表面から2DEG層35を貫通できるものであればよく、素子分離溝36と同様に、一般的なフォトリソグラフィ法によりレジストをパターニングし、塩素系ガスを使用したRIEを用いて、例えば70nmの深さを有するように形成される。
続いて、この凹部にスパッタリングによりTi,Al,TiNを順に積層して、オーミック電極であるソース電極31およびドレイン電極32を形成する。このソース電極31およびドレイン電極32が形成された基板を、例えば400℃以上かつ500℃以下で10分以上アニールすることによって、2DEG層35とオーミック電極との間にオーミックコンタクトが得られる。
続いて、ソース電極31およびドレイン電極32の間のGaN系半導体膜24上に、スパッタリングによって形成したWN,W積層膜からなるゲート電極33を形成する。
続いて、GaN系半導体膜24上に、p−CVD(プラズマCVD)で製造したSiN膜とSiO膜とを積層して、例えば1.0μm〜4.5μmの膜厚を有する誘電体膜25を形成する。なお、誘電体膜25の膜厚は、作製する半導体素子のメタル膜厚により変化する。
続いて、誘電体膜25のソース電極31、ドレイン電極32およびゲート電極33上の領域に、コンタクト部としてのビア34(図7〜9では、ドレイン電極32上のビアのみ図示している)を形成する。そして、このビア34を介して、ソース電極31、ドレイン電極32およびゲート電極33の各電極を、誘電体膜25上に設けたボンディングパッド14に接続する。
次に、誘電体膜25上の半導体素子30の周囲に、金属リング22を形成する。この金属リング22は、一般的なフォトリソグラフィ法によりレジストをパターニングし、塩素系ガスを用いた一般的はRIE法を用いて、TiN、AlCu,TiN積層膜をそれぞれパターニングすることにより形成される。
次に、図8に示すように、誘電体膜25上に、p−CVDで製造したSiNからなり、例えば0.9μmの膜厚を有する保護膜26を形成する。なお、ボンディングパッド14は、信号処理回路等との接続のため露出されており、保護膜26により覆われていない。
その後、図9に示すように、ダイシング領域21の保護膜26および誘電体膜25をエッチングして、ダイシング溝27を形成する。このダイシング溝27は、フォトリソグラフィ法によりレジストをパターニングし、フッ素系ガスを用いたRIEでドライエッチングすることにより形成される。
図4に示す第1実施形態の半導体ウェハ1のダイシング溝27は、例えば、RFパワーを750W,放電圧力を1700mTorrとし、ガスの流量をAr=800sccm、CF4=120sccmとしたRIE装置でドライエッチングすることにより得られる。
ところで、GaN系半導体膜上に誘電体膜を形成している従来の半導体ウェハでは、ダイシング時に、Si基板23とGaN系半導体膜24近傍との層間応力が大きくなるため、ダイシング溝の底面の誘電体膜を完全に除去し、底面からGaN系半導体膜を露出させた従来の半導体ウェハと比較して、層間クラックが発生しやすくなる場合がある。
これは、次の理由による。すなわち、図10に示すように、ダイシング溝627の底面627aが略平坦である半導体ウェハをダイシングすると、GaN系半導体膜24と誘電体膜625との界面近傍に発生する応力(クラック)P1は、矢印A1方向に向かい、Si基板23とGaN系半導体膜24との界面近傍に発生する応力(クラック)P2は、矢印A2方向に向かう。このため、これらの応力を半導体ウェハの外部に上手く逃がすことができない場合があるからである。
ここで、(1)ダイシング溝を有していない半導体ウェハ、(2)ダイシング溝を有しているが、ダイシング溝の底面が略平坦である半導体ウェハ、(3)第1実施形態の半導体ウェハ1のそれぞれについてダイシングを行って、ブレードダイシング時の層間クラックおよび表面チッピングの発生について調べた。なお、上記(1),(2)の構成の半導体ウェハは、ダイシング溝を除いて、半導体ウェハ1と同じ構成を有している。
(1)の半導体ウェハでは、図12に示すように、ブレードダイシング時に、切断部57から広がる表面チッピングCおよび層間クラックPが、金属リング22まで達した。この層間クラックPは、GaN系半導体膜24近傍で発生するクラックであり、金属リング22では、その広がりを止める事が出来ない。このため、素子領域にまで層間クラックPが広がる場合があった。
(2)の半導体ウェハでは、図13に示すように、ブレードダイシング時に、切断部57から広がる表面チッピングCおよび層間クラックPが、ダイシング溝の壁面で止まり、金属リングまで達しなかった。
(3)の半導体ウェハ1では、図14に示すように、ブレードダイシング時に、切断部57から広がる表面チッピングCおよび層間クラックPが、ダイシング溝27の壁面27bの手前で止まった。
上記結果から、ダイシング溝を設けることで、表面チッピングCおよび層間クラックPの広がりを抑制できることが分かった。特に、ダイシング溝27の底面27aの素子領域20側の端部に形状変化領域40を設けることで、表面チッピングCおよび層間クラックPの広がりを確実に抑制して、歩留りを改善できると共に、信頼性の高い半導体装置70を個片化できることが分かった。
すなわち、上記構成の半導体ウェハ1では、ダイシング溝27の素子領域20側における底面27aに形状変化領域40を設けて、ダイシング溝27の底面27aにおいて、ダイシング溝27の幅方向Wの中央部よりも、ダイシング溝27の上記素子領域20側の端部を高くすることで、図11に示すように、GaN系半導体膜24と誘電体膜25との界面近傍に発生する応力(クラック)P3を、矢印A3の方向に向かわせることができる。また、ダイシングがさらに進行した際に発生するSi基板23とGaN系半導体膜24との界面近傍に発生する応力(クラック)P4を、矢印A4の方向に向かわせることができる。つまり、ダイシング時、特にブレードダイシング時に発生する応力を半導体ウェハ1の外部に向かわせることができるので、ダイシング時に発生するクラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりを抑制して、個片化される半導体装置70の歩留りを改善できると共に、個片化される半導体装置70の信頼性を向上できる。
また、コストが高く、デブリ(蒸発物残渣)の除去が問題となるレーザーダイシングを用いなくても、信頼性の高い半導体装置70を得ることができる。このため、低コストの半導体装置70を短いカット時間で製造できる。
(第2実施形態)
第2実施形態の半導体ウェハ101は、図15に示すように、第1実施形態における半導体ウェハ1の誘電体膜25を第1,第2の誘電体膜49,50からなる2層の多膜層で構成したものである。なお、上記第1実施形態と同一の構成部には同一番号を付しており、第1実施形態の説明を援用する。
第2実施形態の半導体ウェハ101では、誘電体膜125として、例えば、第1の誘電体膜49として、p−CVDで製造した膜厚2.0μm以下のSiN膜を用い、第2の誘電体膜50として、p−CVDで製造した膜厚2.0μm以下のSiO膜を用いている。
ここで、第1の誘電体膜49の膜厚を0.75μmとした場合の第2の誘電体膜50の膜厚とブレードダイシング時におけるクラックPの広がりとの関係を調べた。なお、断面視におけるダイシング溝27の切断部から金属リング22までの距離が25μmとなるように、ダイシングを行った。
図16に示すように、第2の誘電体膜50の膜厚が2.0μm以下の場合、クラックPの広がりが金属リング22に到達する位置(25μm)よりも手前の20μm以下に抑えられることが分かった。
誘電体膜125を多層化することで、膜厚が同じ単層の誘電体膜と比べて、誘電体膜を構成する1つの層の最大膜厚が小さくなる。このため、図17に示すように、ブレードダイシング時に第1の誘電体膜49と第2の誘電体膜50との界面近傍に発生する応力(クラック)P5を、矢印A5の方向に向かわせ、GaN系半導体膜24と誘電体膜25との界面近傍に発生した応力(クラック)P6を、矢印A6の方向に向かわせることができる。そして、ダイシングがさらに進行した際にSi基板23とGaN系半導体膜24との界面近傍に発生する応力(クラック)P7を、矢印A7の方向に向かわせることができる。つまり、ダイシング溝27の壁面27bよりも手前の位置で、ダイシングによって発生する応力を半導体ウェハ101の外部に向かわせることができるので、クラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりを確実に抑制して、個片化された半導体装置70の歩留りを改善できると共に、個片化された半導体装置70の信頼性を向上できる。
また、誘電体膜125を第1,第2の誘電体膜49,50の2層で構成した場合のブレードダイシング時のクラックとダイシング溝27の底面27aにおける誘電体膜125の膜厚との関係について調べた。
図18に示すように、ダイシング溝27の底面27aにおける誘電体膜125の膜厚が3.0μm以下の場合、クラックの広がりを20μm以下に抑えられることが分かった。
つまり、誘電体膜125を第1,第2の誘電体膜49,50の2層で構成した場合、ダイシング溝27の加工のバラツキにより、ダイシング溝27の底面27aにおける誘電体膜125の膜厚が3.0μm以下であれば、Si基板23とGaN系半導体膜24との界面近傍に発生するクラック、表面チッピングおよび膜剥がれの広がりを確実に抑制し、個片化された半導体装置70の歩留りを改善できると共に、個片化された半導体装置70の信頼性を向上できる。
さらに、ダイシング溝27の底面27aにおける誘電体膜125の膜厚を大きくできるので、ダイシング溝27の加工深さを低減できる。これにより、ダイシング溝27の加工時間を短縮できると共に、ダイシング溝27の加工時に用いるレジスト膜厚を薄膜化して加工コスト低減できる。
(第3実施形態)
第3実施形態の半導体ウェハ201は、図示していないが、第2実施形態における誘電体膜125をさらに多層化した誘電体膜225で構成したものである。なお、上記第1,第2実施形態と同一の構成部には同一番号を付しており、第1,第2実施形態の説明を援用する。
第3実施形態の半導体ウェハ201の誘電体膜225は、SiN膜(例えば膜厚0.17μm)、SiO膜(例えば膜厚0.15μm)、SiN膜(例えば膜厚0.25μm)、SiO膜(例えば膜厚0.75μm)、SiN膜(例えば膜厚0.25μm)、および、SiO膜(例えば膜厚0.93μm)の6層を順に積層した構成を有している。
ここで、上記半導体ウェハ201について、比較例として、SiN膜(膜厚0.17μm)、SiO膜(膜厚0.15μm)、SiN膜(膜厚0.25μm)、SiO膜(膜厚0.75μm)、SiN膜(膜厚0.25μm)、および、SiO膜(膜厚3.00μm)の6層を順に積層した誘電体膜を有し、ダイシング溝27の底面27aに形状変化領域40を設けていない(ダイシング溝27の底面27aが略平坦である)半導体ウェハを用いて、形状変化領域40の有無と、ブレードダイシング時に発生した表面チッピングCおよび層間クラックPの広がりとの関係を調べた。なお、比較例の半導体ウェハは、誘電体膜およびダイシング溝に関する構成を除いて、半導体ウェハ201と同じ構成を有している。また、第2実施形態と同様、断面視におけるダイシング溝27の切断部から金属リング22までの距離が25μmとなるように、ダイシングを行った。
図19に示すように、半導体ウェハ201では、ブレードダイシング時に発生するクラックの広がりは、大部分が10μm以下であり、最大でも17μmであった。これに対して、体比例の半導体ウェハでは、25μmを超えて広がるクラックが複数発生した。
このように、誘電体膜を2層以上の複数の層で構成しても、クラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりを抑制して、個片化された半導体装置70の歩留りを改善できると共に、個片化された半導体装置70の信頼性を向上できる。
なお、誘電体膜を8層で構成した場合、誘電体膜の総膜厚が3.0μm以下であれば、上記誘電体膜225と同様の効果を有することを確認した。
(第4実施形態)
第4実施形態の半導体装置170は、上記第3実施形態の半導体ウェハ201から個片化されたものであり、図20に示すように、半導体素子30と、半導体素子30上に設けられたボンディングパッド14と、半導体素子30を囲うように設けられた金属リング22と、を備えている。なお、上記第1〜第3実施形態と同一の構成部には同一番号を付しており、第1〜第3実施形態の説明を援用する。
上記半導体装置170は、金属リング22の外周に、ダイシング溝27の一部が残るように切り出されている。例えば、半導体ウェハ201のダイシング領域21の幅W0が90μmであり、ダイシング溝27の幅W1が70μmであるが、このとき、半導体装置170の外周には、ダイシング溝27の一部が10μm〜15μm残されている。
続いて、上記半導体装置170の製造方法を、図21〜図32に従って説明する。
半導体装置170の製造方法の説明に先立って、半導体ウェハ201をパッケージ化するための工程を、図21〜図29に従って説明する。
図21に示すように、半導体ウェハ201は、表面保護工程、裏面研磨工程、ダイシングテープ貼付工程、表面保護テープ剥がし工程、ダイシング工程、ダイボンド工程、ワイヤボンド工程、樹脂モールド工程、外装メッキ工程、マーキング工程、フォーミング工程、テスト工程、外観検査工程、および、包装工程の各工程を順に行ってパッケージ化され、出荷される。
工程1の表面保護テープ貼付工程は、図22に示すように、半導体ウェハ201の表面(半導体素子)を次工程である裏面研磨時のストレスや汚れから守るため、表面保護テープ2を貼り付ける工程である。
工程2の裏面研磨工程は、図23に示すように、表面保護テープ2を貼付けた半導体ウェハ201をパッケージの種類による所定の厚さに研磨する工程であり、半導体ウェハ201を固定した研磨ステージ3と砥石4の付いた研磨ホイール5を回転させる事により、研磨を実施する工程である。
工程3のテープ貼付工程は、図24に示すように、次工程であるダイシングの準備として、半導体ウェハ201をウェハリング6に貼り付けたダイシングテープ7に貼り合せる工程である。
工程4の表面保護テープ剥し工程は、図25に示すように、剥しテープ8を用いて、半導体ウェハ201表面に貼り付けた表面保護テープ2を剥離する工程である。
工程5のダイシング工程は、図26に示すように、半導体ウェハ201をダイシング領域(スクライブライン)21に沿って、ダイシングブレード9で縦方向、横方向に切断し、所定のチップサイズに個片化する工程である。
工程6のダイボンド工程は、図27に示すように、個片化された半導体チップ10をリードフレームに搭載する工程である。具体的には、アイランド11上にペースト12を塗布し、個片化された半導体チップ10を、コレット13を用いてピックアップし、ペースト12上の所定の位置に載せ、熱硬化させる工程である。
工程7のワイヤボンド工程は、図28に示すように、リードフレームに搭載された半導体チップ10のボンディングパッド14およびリード15を、ワイヤー16を用いて接続する工程である。ワイヤー接続には、金線、銀線、銅線、アルミ線等が用いられる。
工程8の樹脂モールド工程は、図29に示すように、リードフレームがセットされたモールド金型17にプラスチック樹脂18をプランジャ19にて注入してパッケージを形成し、その後、熱硬化させる工程である。
工程9の外装メッキ工程は、メッキ前にアウターリード上に漏れたモールド樹脂バリを除去し、その後、ユーザーで基板へ半田付け実装する為に、アウターリードに半田メッキを施す工程である。
工程10のマーキング工程は、パッケージの表面に品種名等の必要情報を印刷する工程である。このマーキング工程には、熱硬化インク等のインクを用いて印刷する手法、あるいは、レーザー照射によりパッケージ表面を彫り込む手法などが使用される。
工程11のフォーミング工程は、金型を用いて、各パッケージをリードフレームから個々に切り離し、アウターリードを所定の形状に加工する工程である。
工程12のテスト工程は、製造したパッケージが電気的に良品であるか、不良品であるかテスターを用いて判定する工程である。
工程13の外観検査工程は、検査基準の内容に従い、デバイスの最終外観状態の確認を実施する工程である。外観検査には人が確認する目視検査と検査機による測定検査が用いられる。
工程14の包装工程は、所定の出荷形態(プラスチックスリーブを用いたスリーブ包装や、プラスチックトレイを用いたトレイ包装、エンボステープを用いたテープ&リール包装)に収納し、更にアルミラミネート封止することで防湿包装を実施し、指定されたケースに収納し出荷する工程である。
以上が、パッケージを製造するにあたり必要な工程である。
次に、第4実施形態の半導体装置170の製造方法について、図30〜図32に従って説明する。
まず、図30に示すように、半導体ウェハ201の表面に裏面研磨時の汚れ防止の為、表面保護テープ2を貼り、指定の研磨厚まで研磨を実施する。このとき、Si基板23とGaN系半導体膜24とでは、熱膨張係数あるいは格子定数が異なっているため、ウェハが割れる可能性がある。WSS(ウェハサポートシステム)を用いて、このリスクを回避するようにしてもよい。
次に、図31に示すように、研磨した半導体ウェハ201を、ウェハリング6に貼り付けたダイシングテープ7に貼り合せ、表面保護テープ2を剥がす。この時、先に表面保護テープ2を剥がした後、ダイシングテープ7に貼り合せるようにしてもよい。
そして、図32に示すように、ダイシングブレード9により、半導体ウェハ201をダイシング領域(スクライブライン)21に沿って、ブレード回転数30,000rpm、カット速度5mm/sで、縦横方向に切断し、半導体装置170を個片化する。
なお、上記製造方法では、レーザーダイシングではなく、ダイシングブレード9を用いて半導体装置170を個片化している。このため、コストが高く、デブリ(蒸発物残渣)の除去が問題となるレーザーダイシングを用いる場合と比較して、カット時間を短縮でき、半導体装置170を低コストで製造できる。
また、上記製造方法では、1回切りのフルカット方式ではブレードの負荷が大きく、表面チッピングや層間クラックの発生率が高いため、少なくともGaN系半導体膜を切断する1軸71と、Si基板を切断する2軸72とを用いたステップカットを用いる2回切りのステップカット方式を使用している。これにより、ブレードダイシング時のブレードの負荷を低減し、表面チッピングおよび層間クラックの発生率を下げることができる。
このように、上記半導体装置170は、ダイシング溝27の底面27aにおいて、ダイシング溝27の幅方向Wの中央部よりも、ダイシング溝27の上記素子領域20側の端部が高くなるように形成された形状変化領域40を有している半導体ウェハ201から個片化されているので、ブレードダイシング時に発生するクラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりが抑制される。
また、レーザーダイシングを使用せず、製造コストを抑えたブレードダイシングを使用した場合であっても、図19に示すように、ダイシング時に発生する層間クラックおよび表面チッピングの広がりが、金属リング22から略10μm離れた領域までに抑えられる。このため、低コストで、高い歩留りおよび信頼性を有する半導体装置170が得られる。
上記第1〜第3実施形態では、ダイシング溝27の底面27aにおいて、ダイシング溝27の幅方向Wの中央部よりも、ダイシング溝27の上記素子領域20側の端部が高くなるよう構成された形状変化領域40を設けているが、これに限らない。例えば、図33に示すように、ダイシング溝327の底面327aにおいて、ダイシング溝327の底面327aの幅方向の中央よりも、ダイシング溝327の素子領域20側の端部が低くなるよう構成された形状変化領域340を設けてもよいし、図34に示すように、ダイシング溝427の底面427aにおいて、ダイシング溝27の幅方向の中央部よりも、ダイシング溝27の上記素子領域20側の端部が高くなる部分と低くなる部分とを有するように構成された形状変化領域440を設けてもよい。
図33に示す断面形状を有するダイシング溝327は、例えば、RFパワーを750W、放電圧力を1700mTorrとし、ガスの流量をAr=800sccm、CF4=60sccm、CHF3=60sccmとしたRIE装置でドライエッチングすることにより得られる。
図34に示す断面形状を有するダイシング溝427は、例えば、RFパワーを650W、放電圧力を1700mTorrとし、ガスの流量をAr=600sccm、CF4=100sccm、CHF3=60sccmとしたRIE装置でドライエッチングすることにより得られる。
また、上記第1〜第3実施形態の半導体ウェハ1,101,201では、ダイシング溝27の底面27aにおける誘電体膜25,125,225の膜厚を変化させて形状変化領域40を形成しているが、これに限らない。例えば、図34に示すように、ダイシング溝527の底面527aにおける誘電体膜25,125,225の膜厚を略一定にし、保護膜526の膜厚を変化させて形状変化領域540を形成するようにしてもよい。
図35に示す断面形状を有するダイシング溝527は、例えば、RFパワーを650W、放電圧力を1700mTorrとし、ガスの流量をAr=600sccm、CF4=150sccm、CHF3=50sccmとしたRIE装置でドライエッチングした後、P−CVDによりSiNを底面527aに形成することにより得られる。
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態の半導体ウェハ301は、図36に示すように、ダイシング溝727の底面727aにおいて、誘電体膜325に形状変化領域を設けずに、GaN系半導体膜24の膜厚T1に対する誘電体膜325の膜厚T2の比が3.3以下になるように形成されている点で、第1実施形態の半導体ウェハ1と異なっている。なお、上記第1実施形態と同一の構成部には同一番号を付しており、第1実施形態の説明を援用する。
第5実施形態の半導体ウェハ301では、ダイシング溝727の底面727aにおける誘電体膜325の膜厚T2を0.2μm〜4μm、ダイシング領域21の幅W0を90μm、ダイシング溝27の幅W1を70μmとしている。また、誘電体膜425として、例えば、p−CVDで製造した膜厚2.0μm以下のSiO膜を用いている。
半導体ウェハ301のダイシング溝727は、例えば、RFパワーを650W,放電圧力を1700mTorrとし、ガスの流量をAr=600sccm、CF=150sccm、CHF=50sccmとしたRIE装置でドライエッチングすることにより得られる。
ところで、図37に示すように、ダイシング溝1027の底面1027aにおける誘電体膜1025の膜厚が厚く、GaN系半導体膜24の膜厚に対する誘電体膜1025の膜厚の比が第5実施形態の半導体ウェハ301よりも大きい半導体ウェハをダイシングすると、GaN系半導体膜24と誘電体膜1025との界面近傍に発生する応力(クラック)P8は、矢印A8方向に向かい、Si基板23とGaN系半導体膜24との界面近傍に発生する応力(クラック)P9は、矢印A9方向に向かう。このため、これらの応力を半導体ウェハの外部に上手く逃がすことができない場合がある。
ここで、ダイシング溝の底におけるGaN系半導体膜の膜厚(T1)に対する誘電体膜の膜厚(T2)の比を変えたウェハについて、それぞれダイシングを行って、ブレードダイシング時のサイドクラック(層間クラックおよび表面チッピング)の発生について調べた。なお、ここで用いた半導体ウェハの各々は、ダイシング溝の底におけるGaN系半導体膜の膜厚(T1)に対する誘電体膜の膜厚(T2)の比を除いて、半導体ウェハ1と同じ構成を有している。
図39に示すように、GaN系半導体膜の膜厚(T1)に対する誘電体膜の膜厚(T2)の比(T2/T1)が3.3よりも大きくなると、ダイシング溝の側壁から広がるサイドクラックの広がりが大きくなることが分かった。一方、GaN系半導体膜の膜厚(T1)に対する誘電体膜の膜厚(T2)の比(T2/T1)が3.3以下になると、サイドクラックの広がりが−15μm以下に抑制され、サイドクラックが金属リング22に到達しないことが分かった。
上記結果から、ダイシング溝の底におけるGaN系半導体膜の膜厚(T1)に対する誘電体膜の膜厚(T2)の比(T2/T1)を3.3以下にすることで、表面チッピングおよび層間クラックの広がりを確実に抑制して、歩留りを改善できると共に、信頼性の高い半導体装置70を個片化できることが分かった。
すなわち、ダイシング溝727の底面727aにおいて、GaN系半導体膜24の膜厚(T1)に対する誘電体膜325の膜厚(T2)の比(T2/T1)を3.3以下にすることで、図38に示すように、GaN系半導体膜24と誘電体膜325との界面近傍に発生する応力(クラック)P10を、矢印A10の方向に向かわせることができる。また、ダイシングがさらに進行した際に発生するSi基板23とGaN系半導体膜24との界面近傍に発生する応力(クラック)P11を、矢印A11の方向に向かわせることができる。つまり、ダイシング時、特にブレードダイシング時に発生する応力を半導体ウェハ1の外部に向かわせることができるので、ダイシング時に発生するクラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりを抑制して、個片化される半導体装置70の歩留りを改善できると共に、個片化される半導体装置70の信頼性を向上できる。
(第6実施形態)
第6実施形態の半導体ウェハ401は、図40に示すように、第1の誘電体膜としての誘電体膜425にGaN系半導体膜24が露出する溝部428を形成した後、この溝部428の表面上に第2の誘電体膜としての保護膜426を積層させて、ダイシング溝827を形成した点で、第5実施形態の半導体ウェハ301と異なっている。なお、上記第1実施形態と同一の構成部には同一番号を付しており、第1実施形態の説明を援用する。
第6実施形態の半導体ウェハ41では、ダイシング溝827の底面において、GaN系半導体膜24の膜厚(T1)に対する保護膜426の膜厚(T2)の比を3.3以下にしている。また、誘電体膜425として、例えば、p−CVDで製造した膜厚2.0μm以下のSiO膜を用い、保護膜426として、p−CVDで製造した膜厚0.9μm以下のSiN膜を用いている。
この第6実施形態では、図41に示すように、保護膜426とGaN系半導体膜24との界面近傍に発生する応力(クラック)P12を、ダイシング溝827の側壁827bの手前で、矢印A12の方向に向かわせることができる。また、ダイシングがさらに進行した際に発生するGaN系半導体膜24とSi基板23との界面近傍に発生した応力(クラック)P13を、矢印A13の方向に向かわせることができる。つまり、ダイシングによって発生する応力を半導体ウェハ401の外部に向かわせて、ダイシング溝827の壁面827bから半導体素子30側に侵入し難くすることができるので、クラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりを確実に抑制して、個片化された半導体装置70の歩留りを改善できると共に、個片化された半導体装置70の信頼性を向上できる。
また、ダイシング溝827が、誘電体膜425の加工のみで形成されるので、ダイシング溝827の加工深さが低減できる。これにより、ダイシング溝827の加工時間を短縮できると共に、ダイシング溝827の加工時に用いるレジスト膜厚を薄膜化して、加工コスト低減できる。
なお、この第6実施形態では、誘電体膜425を貫通しGaN系半導体膜24が露出する溝部428形成した後、この溝部428の表面上に保護膜426を積層させることで、ダイシング溝827を形成したが、これに限らない。誘電体膜は、ダイシング溝の底面において、2層以上積層されていてもよい。すなわち、ダイシング溝の底面における誘電体膜の総膜厚(T2)のGaN系半導体膜の膜厚(T1)に対する比が3.3以下であれば、GaN系半導体膜が露出しないように誘電体膜の一部を残していてもよいし、保護膜上に第3の誘電体膜を積層させてもよい。
(第7実施形態)
第7実施形態の半導体ウェハ501は、図42に示すように、ダイシング溝927の底面927aにおいて、形状変化領域40を設けた状態で、GaN系半導体膜24の膜厚T1に対する誘電体膜25の膜厚T2の比が3.3以下になるように形成されている点で、第1実施形態の半導体ウェハ1と異なっている。なお、上記第1実施形態と同一の構成部には同一番号を付しており、第1実施形態の説明を援用する。
第7実施形態の半導体ウェハ501では、形状変化領域40の最も高い部分、すなわち、ダイシング溝927の底面927aにおいて、最も大きい誘電体膜25の膜厚をT2としている。
第7実施形態の半導体ウェハ501のダイシング溝27は、例えば、RFパワーを750W,放電圧力を1700mTorrとし、ガスの流量をAr=800sccm、CF4=120sccmとしたRIE装置でドライエッチングすることにより得られる。
また、図43に示すように、上記構成の半導体ウェハ501では、ダイシング溝927の素子領域20側における底面927aに形状変化領域40を設けて、ダイシング溝927の底面927aにおいて、GaN系半導体膜24の膜厚T1に対する誘電体膜25の膜厚T2の比を3.3以下にすると共に、ダイシング溝927の幅方向Wの中央部よりも、ダイシング溝927の上記素子領域20側の端部を高くしている。これにより、GaN系半導体膜24と誘電体膜225との界面近傍に発生する応力(クラック)P14を、矢印A14の方向に向かわせることができる。また、ダイシングがさらに進行した際に発生するSi基板23とGaN系半導体膜24との界面近傍に発生する応力(クラック)P15を、矢印A15の方向に向かわせることができる。つまり、ダイシング時、特にブレードダイシング時に発生する応力を半導体ウェハ501の外部に向かわせることができるので、ダイシング時に発生するクラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりを抑制して、個片化される半導体装置70の歩留りを改善できると共に、個片化される半導体装置70の信頼性を向上できる。
ここで、ダイシング溝の底面が略平坦な第5実施形態の半導体ウェハ301と、第7実施形態の半導体ウェハ501とのそれぞれについてダイシングを行って、ブレードダイシング時の層間クラックおよび表面チッピングの発生について調べた。
図43に示すように、第5実施形態の半導体ウェハ301では、ブレードダイシング時に、切断部57から広がる表面チッピングCおよび層間クラックPが、ダイシング溝727の壁面727bの手前で止まり、金属リング22まで達しなかった。
図44に示すように、第7実施形態の半導体ウェハ501でも第5実施形態の半導体ウェハ301と同様に、ブレードダイシング時に、切断部57から広がる表面チッピングCおよび層間クラックPが、ダイシング溝927の壁面927bの手前で止まり、金属リング22まで達しなかった。特に層間クラックPについては、第5実施形態の半導体ウェハ301よりも、ダイシング溝927の壁面927bの手前で止まった。
上記結果から、ダイシング溝の底面の素子領域側の端部に形状変化領域を設けると共に、GaN系半導体膜の膜厚T1に対する誘電体膜の膜厚T2の比を3.3以下にすることで、表面チッピングCおよび層間クラックPの広がりを確実に抑制して、歩留りを改善できると共に、信頼性の高い半導体装置70を個片化できることが分かった。
なお、形状変化領域40は、ダイシング溝927の底面927aにおいて、ダイシング溝927の幅方向Wの中央部よりも高くなるように構成されている場合に限らず、ダイシング溝の幅方向Wの中央部よりも低くなるように構成されていてもよい。
上記第5〜第7実施形態の半導体ウェハ301,401,501は、第4実施形態に示す製造方法で、それぞれ半導体装置170に個片化できる。
また、上記第1〜第7実施形態では、半導体素子30として、オーミック電極がGaN層に達するリセス構造のHFETについて説明したが、これに限らない。例えば、半導体素子30として、リセスを形成せずにアンドープAlGaN層上にソース電極およびドレイン電極となるオーミック電極を形成したHFETを用いてもよい。
また、上記半導体素子30は、2DEG層35を利用するHFETに限らず、他の構成の電界効果トランジスタであってもよい。また、ノーマリーオンタイプのHFETに限らず、ノーマリーオフタイプの半導体素子であってもよい。また、ショットキー電極に限らず、絶縁ゲート構造の電界効果トランジスタであってもよい。
本発明および実施形態を纏めると、次のようになる。
本発明の半導体ウェハ1,101,201は、
基板23と、
上記基板23上に積層されたGaN系半導体膜24と、
上記GaN系半導体膜24上に設けられた半導体素子30と、上記GaN系半導体膜24上に設けられると共に、上記半導体素子30を囲むように配置された金属リング22とを有する複数の素子領域20と、
上記GaN系半導体膜24上に積層された誘電体膜25,125,225と、
上記誘電体膜25,125,225上に開口すると共に、上記素子領域20を区画するように上記金属リング22の外周に沿って、上記誘電体膜25,125,225を貫通することなく格子状に設けられたダイシング溝27を有するダイシング領域21と、
を備え、
上記ダイシング溝27の底面27aにおいて、上記ダイシング溝27の幅方向Wの中央部よりも、上記ダイシング溝27の上記素子領域20側の端部が高くなり、または、低くなっていることを特徴としている。
本発明者は、Si基板23上に成長させたGaN系半導体膜24を有する半導体ウェハ1,101,201のダイシング時、特にブレードダイシング時に発生するクラック、表面チッピング、膜剥がれの抑制について鋭意検討した結果、誘電体膜25,125,225に、GaN系半導体膜24が露出しないようにダイシング溝27を設け、さらに、底面27aにおいて、上記ダイシング溝27の幅方向Wの中央部よりも、上記ダイシング溝27の上記素子領域20側の端部が高くなり、または、低くなるようにダイシング溝27を設けることで、ブレードダイシング時に発生するクラック、表面チッピング、膜剥がれの広がり(幅)が抑えられることを発見した。
すなわち、上記構成の半導体ウェハ1,101,201によれば、ダイシング溝27の底面27aにおいて、ダイシング溝27の幅方向Wの中央部よりも、ダイシング溝27の上記素子領域20側の端部が高くなり、または、低くなっている。これにより、ダイシング時に発生する応力を半導体ウェハ1,101,201の外部に向かわせて、クラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりを抑制できるので、個片化された半導体装置70,170の歩留りを改善できると共に、個片化された半導体装置70,170の信頼性を向上できる。
また、コストが高く、デブリ(蒸発物残渣)の除去が問題となるレーザーダイシングを用いなくても、信頼性の高い半導体装置70,170を得ることができる。このため、低コストの半導体装置70,170を短いカット時間で製造できる。
一実施形態の半導体ウェハ101,201では、
上記誘電体膜125,225が、少なくとも2層以上の多層膜で構成されている。
さらに、本発明者は、ダイシング溝27の底部27aを覆う誘電体膜125,225を多層構成にし、各層の膜厚を一定以下にすることで、ダイシング時、特にブレードダイシング時に発生するクラック、表面チッピングおよび膜剥がれの広がりを大幅に減少させることが可能になることを見出した。
すなわち、上記実施形態によれば、誘電体膜125,225を多層化すると、誘電体膜125,225全体の膜厚は同じであるので、各層の膜厚は、誘電体膜125,225を単層で形成した場合に比べて、小さくなる。このため、ダイシングによって発生する応力を、ダイシング溝27の壁面27bよりも手前の位置で、半導体ウェハ101,201の外部に向かわせることができる。その結果、ダイシング時に発生するクラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりを確実に抑制して、個片化された半導体装置70,170の歩留りを改善できると共に、個片化された半導体装置70,170の信頼性を向上できる。
また、本発明の半導体装置70,170は、
上記半導体ウェハ1,101,201から個片化された半導体装置70,170であって、
上記ダイシング領域21のうち、上記ダイシング溝27の少なくとも一部が、上記半導体装置70,170に残されるよう切り出されたことを特徴としている。
上記構成の半導体装置70,170によれば、ダイシング溝27の素子領域20側における底面27aの形状が変化するように構成された半導体ウェハ1,101,201から個片化されているので、ダイシング時に発生するクラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりを抑制できる。
また、コストが高く、デブリ(蒸発物残渣)の除去が問題となるレーザーダイシングを用いなくても、信頼性の高い半導体装置170を得ることができる。このため、低コストの半導体装置170を短いカット時間で製造できる。
また、本発明の半導体装置70,170の製造方法は、
基板23上にGaN系半導体膜24を成長させる工程と、
上記GaN系半導体膜24上に、複数の半導体素子30と、この半導体素子30を囲むように配置される金属リング22とを有する素子領域20を形成すると共に、誘電体膜25,125,225を積層する工程と、
上記素子領域20を区画するように格子状に設けられるダイシング溝27を有するダイシング領域21を形成する工程と、
上記ダイシング溝27をダイシングして、上記半導体素子30と上記ダイシング溝27の少なくとも一部とを含む半導体装置70,170を切り出す工程と、
を備え、
上記ダイシング溝27が、上記ダイシング溝27の底面27aにおいて、上記GaN系半導体膜24が露出することなく、かつ、上記ダイシング溝27の幅方向Wの中央部よりも、上記ダイシング溝27の上記素子領域20側の端部が高くなり、または、低くなるように形成されることを特徴としている。
上記構成の半導体装置70,170の製造方法によれば、ダイシング溝27が、底面27aからGaN系半導体膜24が露出することなく、かつ、上記ダイシング溝27の幅方向Wの中央部よりも、上記ダイシング溝27の上記素子領域20側の端部が高くなり、または、低くなるように形成されるので、ダイシングによって発生する応力を半導体ウェハ201の外部に向かわせることができる。
また、高コストなレーザーダイシングを使用せず、製造コストを抑えたブレードダイシングを使用した場合であっても、ダイシング時に発生する層間クラックおよび表面チッピングの広がりを抑えることができる。このため低コストで、歩留りおよび信頼性の高い半導体装置70,170を提供できる。
さらに、高電圧を印加しても、ダイシング溝27底面の表面からGaN系半導体膜24が露出しない。このため、ウェハ状態で半導体素子30のテストを行う場合に、半導体素子30を破壊することなく、ウェハ状態で高電圧を印加して耐圧試験等を実施することができる。
一実施形態の半導体装置の製造方法では、
ダイシングブレードを用いるブレードダイシングによって、上記半導体装置70,170を個片化する。
上記実施形態によれば、ブレードダイシングを用いるため、コストが高く、デブリ(蒸発物残渣)の除去が問題となるレーザーダイシングと比較して、カット時間が短く、低コストの半導体装置70,170を提供できる。
一実施形態の半導体装置の製造方法では、
上記ブレードダイシングが、上記GaN系半導体膜24を切断する1軸と、上記基板23を切断する2軸とを用いたステップカットにより行われる。
上記実施形態によれば、ブレードダイシング時のダイシングブレードの負荷を低減し、相関クラックおよび表面チッピングの発生を低減できる。
また、本発明の半導体ウェハ301,401,501は、
基板23と、
上記基板23上に積層されたGaN系半導体膜24と、
上記GaN系半導体膜24上に設けられた半導体素子30と、上記GaN系半導体膜24上に設けられると共に、上記半導体素子30を囲むように配置された金属リング22とを有する複数の素子領域20と、
上記GaN系半導体膜24上に積層された少なくとも1層の誘電体膜25,26,325,425,426と、
上記誘電体膜25,26,325,425,426上に開口すると共に、上記素子領域20を区画するように上記金属リング22の外周に沿って、上記GaN系半導体膜24を露出させることなく格子状に設けられたダイシング溝727,827,927を有するダイシング領域21と、
を備え、
上記ダイシング溝727,827,927の底面727a,827a,927aにおいて、上記GaN系半導体膜24の膜厚に対する上記誘電体膜25,26,325,425,426の総膜厚の比が、3.3以下であることを特徴としている。
本発明者は、Si基板23上に成長させたGaN系半導体膜24を有する半導体ウェハ301,401,501のダイシング時、特にブレードダイシング時に発生するクラック、表面チッピング、膜剥がれの抑制について鋭意検討した結果、誘電体膜25,26,325,425,426に、GaN系半導体膜24が露出しないようにダイシング溝727,827,927を設け、さらに、このダイシング溝727,827,927の底面727a,827a,927aにおいて、GaN系半導体膜24の膜厚に対する上記誘電体膜25,26,325,425,426の総膜厚の比を3.3以下にすることで、ブレードダイシング時に発生するクラック、表面チッピング、膜剥がれの広がり(幅)が抑えられることを発見した。
すなわち、上記構成の半導体ウェハ301,401,501によれば、ダイシング溝727,827,927の底面727a,827a,927aにおいて、上記GaN系半導体膜24の膜厚に対する上記誘電体膜25,26,325,425,426の総膜厚の比が、3.3以下になっている。これにより、ダイシング時に発生する応力を半導体ウェハ301,401,501の外部に向かわせて、クラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりを抑制できるので、個片化された半導体装置70,170の歩留りを改善できると共に、個片化された半導体装置70,170の信頼性を向上できる。
また、コストが高く、デブリ(蒸発物残渣)の除去が問題となるレーザーダイシングを用いなくても、信頼性の高い半導体装置70を得ることができる。このため、低コストの半導体装置70を短いカット時間で製造できる。
一実施形態の半導体ウェハ401では、
上記誘電体膜425,426が、上記GaN系半導体膜24上に積層された第1,第2の誘電体膜425,426を少なくとも含み、
上記ダイシング溝827が、上記第1の誘電体膜425を貫通し上記GaN系半導体膜24が露出する溝部428を形成した後、この溝部428の表面上に少なくとも上記第2の誘電体膜426を積層させることにより形成されている。
さらに、本発明者は、第1の誘電体膜425を貫通しGaN系半導体膜24が露出する溝部428を形成した後、この溝部428の表面上に少なくとも第2の誘電体膜426を積層させることにより、ダイシング溝827を形成することにより、ダイシング時、特にブレードダイシング時に発生するクラック、表面チッピングおよび膜剥がれの広がりを大幅に減少させることが可能になることを見出した。
すなわち、上記実施形態によれば、ダイシングによって発生する応力を、ダイシング溝827の壁面827bよりも手前の位置で、半導体ウェハ401の外部に向かわせることができる。その結果、ダイシング時に発生するクラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりを確実に抑制して、個片化された半導体装置70,170の歩留りを改善できると共に、個片化された半導体装置70,170の信頼性を向上できる。
一実施形態の半導体ウェハ501では、
上記ダイシング溝927の底面927aの幅方向の上記素子領域20側の端部が、上記ダイシング溝927の幅方向の中央部よりも高くなり、または、低くなっている。
この実施形態の半導体ウェハ501によれば、ダイシング溝927の底面927aにおいて、GaN系半導体膜24の膜厚に対する上記誘電体膜25,26の総膜厚の比が3.3以下であると共に、ダイシング溝927の幅方向Wの中央部よりも、ダイシング溝927の上記素子領域20側の端部が高くなり、または、低くなっている。これにより、ダイシング時に発生する応力を半導体ウェハ501の外部に向かわせて、クラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりを抑制できるので、個片化された半導体装置70,170の歩留りを改善できると共に、個片化された半導体装置70,170の信頼性を向上できる。
また、本発明の半導体装置70,170は、
上記半導体ウェハ301,401,501から個片化された半導体装置70,170であって、
上記ダイシング領域21のうち、上記ダイシング溝727,827,927の少なくとも一部が、上記半導体装置70,170に残されるよう切り出されたことを特徴としている。
上記構成の半導体装置70,170によれば、上記GaN系半導体膜24の膜厚に対する上記誘電体膜25,26,325,425,426の総膜厚の比が3.3以下になるように構成された半導体ウェハ301,401,501から個片化されているので、ダイシング時に発生するクラック、表面チッピングおよび膜はがれの広がりを抑制できる。
また、本発明の半導体装置70,170の製造方法は、
基板23上にGaN系半導体膜24を成長させる工程と、
上記GaN系半導体膜24上に、複数の半導体素子30と、この半導体素子30を囲むように配置される金属リング22とを有する素子領域20を形成すると共に、少なくとも1層の誘電体膜25,26,325,425,426を積層する工程と、
上記素子領域20を区画するように格子状に設けられるダイシング溝727,827,927を有するダイシング領域21を形成する工程と、
上記ダイシング溝727,827,927をダイシングして、上記半導体素子30と上記ダイシング溝727,827,927の少なくとも一部とを含む半導体装置70,170を切り出す工程と、
を備え、
上記ダイシング溝727,827,927が、上記ダイシング溝727,827,927の底面727a,827a,927aにおいて、上記GaN系半導体膜24が露出することなく、かつ、上記GaN系半導体膜24の膜厚に対する上記誘電体膜25,26,325,425,426の総膜厚の比が、3.3以下になるように形成されることを特徴としている。
上記構成の半導体装置70,170の製造方法によれば、ダイシング溝727,827,927が、底面727a,827a,927aからGaN系半導体膜24が露出することなく、かつ、GaN系半導体膜24の膜厚に対する誘電体膜25,26,325,425,426の総膜厚の比が、3.3以下になるように形成されるので、ダイシングによって発生する応力を半導体ウェハ301,401,501の外部に向かわせることができる。
また、高コストなレーザーダイシングを使用せず、製造コストを抑えたブレードダイシングを使用した場合であっても、ダイシング時に発生する層間クラックおよび表面チッピングの広がりを抑えることができる。このため低コストで、歩留りおよび信頼性の高い半導体装置70,170を提供できる。
さらに、高電圧を印加しても、ダイシング溝727,827,927の底面727a,827a,927aの表面からGaN系半導体膜24が露出しない。このため、ウェハ状態で半導体素子30のテストを行う場合に、半導体素子30を破壊することなく、ウェハ状態で高電圧を印加して耐圧試験等を実施することができる。
上記第1〜第7実施形態および変形例で述べた構成要素は、適宜、組み合わせてもよく、また、適宜、選択、置換、あるいは、削除してもよいのは、勿論である。
1,101,201,301,401,501 半導体ウェハ
14 ボンディングパッド
20 素子領域
21 ダイシング領域
22 金属リング
23 基板
24 GaN系半導体膜
25,125,225,325,425 誘電体膜
26,126,426,526 保護膜
27,727,827,927 ダイシング溝
27a,327a,427a,527a,727a,827a,927a 底面
27b 壁面
30 半導体素子
31 ソース電極
32 ドレイン電極
33 ゲート電極
34 ビア
35 2DEG層
36 素子分離溝
40,340,440,540 形状変化領域
70,170 半導体装置
428 溝部

Claims (10)

  1. 基板(23)と、
    上記基板(23)上に積層されたGaN系半導体膜(24)と、
    上記GaN系半導体膜(24)上に設けられた半導体素子(30)と、上記GaN系半導体膜(24)上に設けられると共に、上記半導体素子(30)を囲むように配置された金属リング(22)とを有する複数の素子領域(20)と、
    上記GaN系半導体膜(24)上に積層された誘電体膜(25,125,225)と、
    上記誘電体膜(25,125,225)上に開口すると共に、上記素子領域(20)を区画するように上記金属リング(22)の外周に沿って、上記誘電体膜(25,125,225)を貫通することなく格子状に設けられたダイシング溝(27)を有するダイシング領域(21)と、
    を備え、
    上記ダイシング溝(27)の底面において、上記ダイシング溝(27)の幅方向の中央部よりも、上記ダイシング溝(27)の上記素子領域(20)側の端部が高くなり、または、低くなっていることを特徴とする半導体ウェハ。
  2. 請求項1に記載の半導体ウェハにおいて、
    上記誘電体膜(125,225)が、少なくとも2層以上の多層膜で構成されていることを特徴とする半導体ウェハ。
  3. 請求項1または2に記載の半導体ウェハから個片化された半導体装置であって、
    上記ダイシング領域(21)のうち、上記ダイシング溝(27)の少なくとも一部が、上記半導体装置に残されるよう切り出されたことを特徴とする半導体装置。
  4. 基板(23)上にGaN系半導体膜(24)を成長させる工程と、
    上記GaN系半導体膜(24)上に、複数の半導体素子(30)と、この半導体素子(30)を囲むように配置される金属リング(22)とを有する素子領域(20)を形成すると共に、誘電体膜(25,125,225)を積層する工程と、
    上記素子領域(20)を区画するように格子状に設けられるダイシング溝(27)を有するダイシング領域(21)を形成する工程と、
    上記ダイシング溝(27)をダイシングして、上記半導体素子(30)と上記ダイシング溝(27)の少なくとも一部とを含む半導体装置(70,170)を切り出す工程と、
    を備え、
    上記ダイシング溝(27)が、上記ダイシング溝(27)の底面において、上記GaN系半導体膜(24)が露出することなく、かつ、上記ダイシング溝(27)の幅方向の中央部よりも、上記ダイシング溝(27)の上記素子領域(20)側の端部が高くなり、または、低くなるように形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項4に記載の半導体装置の製造方法において、
    ダイシングブレードを用いるブレードダイシングによって、上記半導体装置(70,170)を個片化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 基板(23)と、
    上記基板(23)上に積層されたGaN系半導体膜(24)と、
    上記GaN系半導体膜(24)上に設けられた半導体素子(30)と、上記GaN系半導体膜(24)上に設けられると共に、上記半導体素子(30)を囲むように配置された金属リング(22)とを有する複数の素子領域(20)と、
    上記GaN系半導体膜(24)上に積層された少なくとも1層の誘電体膜(25,26,325,425,426)と、
    上記誘電体膜(25,26,325,425,426)上に開口すると共に、上記素子領域(20)を区画するように上記金属リング(22)の外周に沿って、上記GaN系半導体膜(24)を露出させることなく格子状に設けられたダイシング溝(727,827,927)を有するダイシング領域(21)と、
    を備え、
    上記ダイシング溝(727,827,927)の底面(727a,827a,927a)において、上記GaN系半導体膜(24)の膜厚に対する上記誘電体膜(25,26,325,425,426)の総膜厚の比が、3.3以下であることを特徴とする半導体ウェハ。
  7. 請求項6に記載の半導体ウェハにおいて、
    上記誘電体膜(425,426)が、上記GaN系半導体膜(24)上に積層された第1,第2の誘電体膜(425,426)を少なくとも含み、
    上記ダイシング溝(827)が、上記第1の誘電体膜(425)を貫通し上記GaN系半導体膜(24)が露出する溝部(428)を形成した後、この溝部(428)の表面上に少なくとも上記第2の誘電体膜(426)を積層させることにより形成されていることを特徴とする半導体ウェハ。
  8. 請求項6または7に記載の半導体ウェハにおいて、
    上記ダイシング溝(727,827,927)の底面(727a,827a,927a)の幅方向の上記素子領域(20)側の端部が、上記ダイシング溝(727,827,927)の幅方向の中央部よりも高くなり、または、低くなっていることを特徴とする半導体ウェハ。
  9. 請求項6から8のいずれか1つに記載の半導体ウェハから個片化された半導体装置(70,170)であって、
    上記ダイシング領域(21)のうち、上記ダイシング溝(727,827,927)の少なくとも一部が、上記半導体装置(70,170)に残されるよう切り出されたことを特徴とする半導体装置。
  10. 基板(23)上にGaN系半導体膜(24)を成長させる工程と、
    上記GaN系半導体膜(24)上に、複数の半導体素子(30)と、この半導体素子(30)を囲むように配置される金属リング(22)とを有する素子領域(20)を形成すると共に、少なくとも1層の誘電体膜(25,26,325,425,426)を積層する工程と、
    上記素子領域(20)を区画するように格子状に設けられるダイシング溝(727,827,927)を有するダイシング領域(21)を形成する工程と、
    上記ダイシング溝(727,827,927)をダイシングして、上記半導体素子(30)と上記ダイシング溝(27)の少なくとも一部とを含む半導体装置(70,170)を切り出す工程と、
    を備え、
    上記ダイシング溝(727,827,927)が、上記ダイシング溝(727,827,927)の底面(727a,827a,927a)において、上記GaN系半導体膜(24)が露出することなく、かつ、上記GaN系半導体膜(24)の膜厚に対する上記誘電体膜(25,26,325,425,426)の総膜厚の比が、3.3以下になるように形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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