半导体装置的制造方法
半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有高耐湿性的半导体装置。
【背景技术】
[0002]以使用GaAs、GaN等化合物半导体的场效应晶体管元件为代表的高频半导体装置的通用化正在快速发展。以前的高频半导体装置通过将安装半导体装置的封装件内部的密封性保持得较高，从而不需要考虑来自外部环境的水分的影响。但是，近年来，例如使用廉价的塑料模塑材料进行封装件安装，由此实现成本削减。由于塑料模塑材料难以抑制水分的浸入，所以确保半导体装置的耐湿性成为确保产品的可靠性方面的重要要素。
[0003]已提出了一种半导体装置，其在半导体装置的外周区域中，利用导电性的半导体构成保护环，使保护环的一部分从绝缘膜露出(例如，参照专利文献1 (第29页、图7、图8))。
[0004]专利文献1:日本特开2008 - 227116号公报
[0005]在按照专利文献1制作了场效应晶体管(FET)的情况下，虽然设想其能够防止在外周部形成的半导体层的变质，防止杂质从半导体层与保护膜之间侵入至半导体装置的内部，由此提高耐湿性，但是实际上，从绝缘膜露出的保护环的半导体有时会发生腐蚀。因此，与不采用专利文献1的结构的现有半导体装置相比，有时几乎无法体现关于芯片外周区域的半导体层腐蚀现象的优越性。并且，保护环的半导体的腐蚀向漏极电极焊盘方向逐渐发展，甚至电极焊盘的金属也被腐蚀。因此，派生性地引起对焊盘周边进行保护的绝缘膜的破裂、剥离，晶体管区域发生劣化。该问题在要求高电压动作的GaN器件中是显著的。
【发明内容】
[0006]本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到一种具有高耐湿性的半导体装置。
[0007]本发明所涉及的半导体装置的特征在于，具备:半导体衬底，其具有主面；半导体元件，其设置在所述半导体衬底的所述主面上；电极焊盘，其设置在所述半导体衬底的所述主面上，与所述半导体元件连接；保护环，其包围所述半导体元件以及所述电极焊盘而设置在所述半导体衬底的所述主面上；以及绝缘膜，其对在所述保护环的内侧处所述半导体衬底的所述主面的半导体露出的区域全部进行覆盖，所述绝缘膜由不使水分通过的材料构成。
[0008]发明的效果
[0009]在本发明中，对在保护环的内侧处半导体衬底的主面的半导体露出的区域全部进行覆盖的绝缘膜由与树脂膜相比不易使水分通过的材料构成。由此，能够得到具有高耐湿性的半导体装置。
【附图说明】
[0010]图1是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的剖面图。
[0011]图2是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的俯视图。
[0012]图3是表示将本发明的实施方式1所涉及的半导体装置安装在封装件中的状态的剖面图。
[0013]图4是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的剖面图。
[0014]图5是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的俯视图。
[0015]图6是表示将本发明的实施方式2所涉及的半导体装置安装在封装件中的状态的剖面图。
[0016]标号的说明
[0017]1半导体衬底，2半导体元件，3a、3b、3c电极焊盘，6保护环，7绝缘膜
【具体实施方式】
[0018]参照附图，对本发明的实施方式所涉及的半导体装置进行说明。对于相同或相对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。
[0019]实施方式1
[0020]图1是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的剖面图。图2是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的俯视图。半导体衬底1是Si衬底、GaAs衬底、InP衬底、SiC衬底、GaN衬底中的任一种，具有用于进行规定的晶体管动作的半导体多层膜构造。
[0021]在半导体衬底1的主面上设置有半导体元件2。在此，半导体元件2是高输出放大器用途的场效应晶体管元件，但也可以是双极晶体管元件等。半导体元件2具有栅极电极2a、源极电极2b以及漏极电极2c。
[0022]栅极电极焊盘3a、源极电极焊盘3b以及漏极电极焊盘3c设置在半导体衬底1的主面上，分别与半导体元件2的栅极电极2a、源极电极2b以及漏极电极2c连接。在半导体衬底1的背面侧设置有背面金属膜4，背面金属膜4经过通路孔5与源极电极焊盘3b连接。
[0023]保护环6包围半导体元件2以及电极焊盘3a、3b、3c而设置在半导体衬底1的主面上的芯片外周区域中。绝缘膜7对在保护环6的内侧处半导体衬底1的半导体从电极2a、2b,2c和电极焊盘3a、3b、3c露出的区域全部进行覆盖。此外，栅极电极焊盘3a、源极电极焊盘3b、以及漏极电极焊盘3c等由半导体以外的物质覆盖的区域也可以不由绝缘膜7覆盖。这些区域需要与外部取得电连接。
[0024]并且，在本实施方式中，保护环6由导电性的半导体构成，绝缘膜7也对保护环6全部进行覆盖。与保护环6相比在芯片外周侧，用于从晶片分离为单独芯片的芯片间边界区域、芯片最外周的绝缘膜7也可以进行开口。比保护环6更靠芯片内侧的金属与半导体之间的界面部分必须由绝缘膜覆盖。
[0025]在此，绝缘膜7由不使水分通过的材料构成，由至少与树脂膜相比不易使水分通过的材料构成。例如，作为绝缘膜7，优选使用能够防止水分的浸透、扩散的氮化硅膜等。氮化硅膜往往通过等离子体CVD形成，优选以与作为化学计量组分的Si3N4近似的条件进行成膜。一般而言，如果与化学计量组分偏离，则氮化硅膜的水分的浸透性、扩散性发生变动。因此，需要针对各个氮化硅膜的成膜条件设计足以防止水分浸透至半导体衬底1的主面、以及构成晶体管的各种金属材料的氮化硅膜膜厚。
[0026]图3是表示将本发明的实施方式1所涉及的半导体装置安装在封装件中的状态的剖面图。半导体装置的背面金属膜4利用焊料9与封装件基材8进行接合。向封装件基材8赋予作为基准电位的GND电位(0V)，因此经由通路孔5和源极电极焊盘3b向半导体装置的源极电极2b赋予基准电位。并且，向保护环6也赋予基准电位。与保护环6相比位于外周的半导体层也不产生电位差而保持0V。由此，能够抑制由电化学反应造成的腐蚀反应的发生。
[0027]另外，在被赋予正电位的漏极电极焊盘3c与被赋予基准电位的保护环6之间产生电位差，但通过利用绝缘膜7或金属电极焊盘3a、3b、3c对半导体的表面进行保护，从而能够排除水分的影响。因此，也能够防止与半导体的腐蚀反应相伴随而发生的电极焊盘3a、3b,3c的金属的腐蚀，绝缘膜7的破裂、剥离，劣化向晶体管区域的发展。
[0028]另外，对在保护环6的内侧处半导体衬底1的半导体露出的区域全部进行覆盖的绝缘膜7由不使水分通过的材料构成。因此，能够得到具有高耐湿性的半导体装置。
[0029]另外，在保护环6由导电性的半导体构成的情况下，保护环6的半导体也成为腐蚀反应的起点。但是，通过由绝缘膜7对保护环6也全部进行覆盖，从而能够防止腐蚀反应。
[0030]此外，半导体元件2也可以是具有电阻器、电容器、或电感器等无源元件的集成电路。对于该无源元件的形成区域，也由绝缘膜7对半导体衬底1的半导体露出的区域进行覆盖。
[0031]实施方式2
[0032]图4是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的剖面图。图5是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的俯视图。图6是表示将本发明的实施方式2所涉及的半导体装置安装在封装件中的状态的剖面图。
[0033]在本实施方式中，保护环6由金属构成。并且，源极电极焊盘3b兼用作保护环层的一部分。绝缘膜7覆盖保护环6，源极电极焊盘3b (保护环6的一部分)上的绝缘膜7进行开口。其他结构与实施方式1相同。
[0034]在保护环6由金属构成的情况下，即便使保护环6的一部分从绝缘膜7露出，作为腐蚀反应的起点的半导体也不露出。因此，与实施方式1同样，能够得到具有高耐湿性的半导体装置。并且，在保护环6由金属构成的情况下，即使将比保护环6更靠近芯片外周侧的绝缘膜7进行开口，比保护环6更靠近芯片外周侧的半导体露出的区域也不产生电位差而保持0V，耐湿性不会受损。
【主权项】
1.一种半导体装置，其特征在于， 具备: 半导体衬底，其具有主面； 半导体元件，其设置在所述半导体衬底的所述主面上； 电极焊盘，其设置在所述半导体衬底的所述主面上，与所述半导体元件连接； 保护环，其包围所述半导体元件以及所述电极焊盘而设置在所述半导体衬底的所述主面上；以及 绝缘膜，其对在所述保护环的内侧处所述半导体衬底的所述主面的半导体露出的区域全部进行覆盖， 所述绝缘膜由不使水分通过的材料构成。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 所述保护环由导电性的半导体构成， 所述绝缘膜对所述保护环全部进行覆盖。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 所述保护环由金属构成。4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于， 所述绝缘膜对所述保护环进行覆盖，所述保护环上的所述绝缘膜的一部分进行开口。5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于， 所述半导体元件具有无源元件。6.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于， 所述半导体衬底是Si衬底、GaAs衬底、InP衬底、SiC衬底、GaN衬底中的任一种。
【专利摘要】本发明得到一种具有高耐湿性的半导体装置。在半导体衬底(1)的主面上设置有半导体元件(2)。电极焊盘(3a、3b、3c)设置在半导体衬底(1)的主面上，与半导体元件(2)连接。保护环(6)包围半导体元件(2)以及电极焊盘(3a、3b、3c)而设置在半导体衬底(1)的主面上，被赋予基准电位。绝缘膜(7)对在保护环(6)的内侧处半导体衬底(1)的半导体露出的区域全部进行覆盖。绝缘膜(7)由不使水分通过的材料构成。
【IPC分类】H01L23/29, H01L23/31
【公开号】CN105489567
【申请号】CN201510640745
【发明人】野上洋一
【申请人】三菱电机株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月30日
【公告号】DE102015215648A1, US20160099193
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有高耐湿性的半导体装置。
【背景技术】
[0002]以使用GaAs、GaN等化合物半导体的场效应晶体管元件为代表的高频半导体装置的通用化正在快速发展。以前的高频半导体装置通过将安装半导体装置的封装件内部的密封性保持得较高，从而不需要考虑来自外部环境的水分的影响。但是，近年来，例如使用廉价的塑料模塑材料进行封装件安装，由此实现成本削减。由于塑料模塑材料难以抑制水分的浸入，所以确保半导体装置的耐湿性成为确保产品的可靠性方面的重要要素。
[0003]已提出了一种半导体装置，其在半导体装置的外周区域中，利用导电性的半导体构成保护环，使保护环的一部分从绝缘膜露出(例如，参照专利文献1 (第29页、图7、图8))。
[0004]专利文献1:日本特开2008 - 227116号公报
[0005]在按照专利文献1制作了场效应晶体管(FET)的情况下，虽然设想其能够防止在外周部形成的半导体层的变质，防止杂质从半导体层与保护膜之间侵入至半导体装置的内部，由此提高耐湿性，但是实际上，从绝缘膜露出的保护环的半导体有时会发生腐蚀。因此，与不采用专利文献1的结构的现有半导体装置相比，有时几乎无法体现关于芯片外周区域的半导体层腐蚀现象的优越性。并且，保护环的半导体的腐蚀向漏极电极焊盘方向逐渐发展，甚至电极焊盘的金属也被腐蚀。因此，派生性地引起对焊盘周边进行保护的绝缘膜的破裂、剥离，晶体管区域发生劣化。该问题在要求高电压动作的GaN器件中是显著的。
【发明内容】
[0006]本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到一种具有高耐湿性的半导体装置。
[0007]本发明所涉及的半导体装置的特征在于，具备:半导体衬底，其具有主面；半导体元件，其设置在所述半导体衬底的所述主面上；电极焊盘，其设置在所述半导体衬底的所述主面上，与所述半导体元件连接；保护环，其包围所述半导体元件以及所述电极焊盘而设置在所述半导体衬底的所述主面上；以及绝缘膜，其对在所述保护环的内侧处所述半导体衬底的所述主面的半导体露出的区域全部进行覆盖，所述绝缘膜由不使水分通过的材料构成。
[0008]发明的效果
[0009]在本发明中，对在保护环的内侧处半导体衬底的主面的半导体露出的区域全部进行覆盖的绝缘膜由与树脂膜相比不易使水分通过的材料构成。由此，能够得到具有高耐湿性的半导体装置。
【附图说明】
[0010]图1是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的剖面图。
[0011]图2是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的俯视图。
[0012]图3是表示将本发明的实施方式1所涉及的半导体装置安装在封装件中的状态的剖面图。
[0013]图4是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的剖面图。
[0014]图5是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的俯视图。
[0015]图6是表示将本发明的实施方式2所涉及的半导体装置安装在封装件中的状态的剖面图。
[0016]标号的说明
[0017]1半导体衬底，2半导体元件，3a、3b、3c电极焊盘，6保护环，7绝缘膜
【具体实施方式】
[0018]参照附图，对本发明的实施方式所涉及的半导体装置进行说明。对于相同或相对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。
[0019]实施方式1
[0020]图1是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的剖面图。图2是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的俯视图。半导体衬底1是Si衬底、GaAs衬底、InP衬底、SiC衬底、GaN衬底中的任一种，具有用于进行规定的晶体管动作的半导体多层膜构造。
[0021]在半导体衬底1的主面上设置有半导体元件2。在此，半导体元件2是高输出放大器用途的场效应晶体管元件，但也可以是双极晶体管元件等。半导体元件2具有栅极电极2a、源极电极2b以及漏极电极2c。
[0022]栅极电极焊盘3a、源极电极焊盘3b以及漏极电极焊盘3c设置在半导体衬底1的主面上，分别与半导体元件2的栅极电极2a、源极电极2b以及漏极电极2c连接。在半导体衬底1的背面侧设置有背面金属膜4，背面金属膜4经过通路孔5与源极电极焊盘3b连接。
[0023]保护环6包围半导体元件2以及电极焊盘3a、3b、3c而设置在半导体衬底1的主面上的芯片外周区域中。绝缘膜7对在保护环6的内侧处半导体衬底1的半导体从电极2a、2b,2c和电极焊盘3a、3b、3c露出的区域全部进行覆盖。此外，栅极电极焊盘3a、源极电极焊盘3b、以及漏极电极焊盘3c等由半导体以外的物质覆盖的区域也可以不由绝缘膜7覆盖。这些区域需要与外部取得电连接。
[0024]并且，在本实施方式中，保护环6由导电性的半导体构成，绝缘膜7也对保护环6全部进行覆盖。与保护环6相比在芯片外周侧，用于从晶片分离为单独芯片的芯片间边界区域、芯片最外周的绝缘膜7也可以进行开口。比保护环6更靠芯片内侧的金属与半导体之间的界面部分必须由绝缘膜覆盖。
[0025]在此，绝缘膜7由不使水分通过的材料构成，由至少与树脂膜相比不易使水分通过的材料构成。例如，作为绝缘膜7，优选使用能够防止水分的浸透、扩散的氮化硅膜等。氮化硅膜往往通过等离子体CVD形成，优选以与作为化学计量组分的Si3N4近似的条件进行成膜。一般而言，如果与化学计量组分偏离，则氮化硅膜的水分的浸透性、扩散性发生变动。因此，需要针对各个氮化硅膜的成膜条件设计足以防止水分浸透至半导体衬底1的主面、以及构成晶体管的各种金属材料的氮化硅膜膜厚。
[0026]图3是表示将本发明的实施方式1所涉及的半导体装置安装在封装件中的状态的剖面图。半导体装置的背面金属膜4利用焊料9与封装件基材8进行接合。向封装件基材8赋予作为基准电位的GND电位(0V)，因此经由通路孔5和源极电极焊盘3b向半导体装置的源极电极2b赋予基准电位。并且，向保护环6也赋予基准电位。与保护环6相比位于外周的半导体层也不产生电位差而保持0V。由此，能够抑制由电化学反应造成的腐蚀反应的发生。
[0027]另外，在被赋予正电位的漏极电极焊盘3c与被赋予基准电位的保护环6之间产生电位差，但通过利用绝缘膜7或金属电极焊盘3a、3b、3c对半导体的表面进行保护，从而能够排除水分的影响。因此，也能够防止与半导体的腐蚀反应相伴随而发生的电极焊盘3a、3b,3c的金属的腐蚀，绝缘膜7的破裂、剥离，劣化向晶体管区域的发展。
[0028]另外，对在保护环6的内侧处半导体衬底1的半导体露出的区域全部进行覆盖的绝缘膜7由不使水分通过的材料构成。因此，能够得到具有高耐湿性的半导体装置。
[0029]另外，在保护环6由导电性的半导体构成的情况下，保护环6的半导体也成为腐蚀反应的起点。但是，通过由绝缘膜7对保护环6也全部进行覆盖，从而能够防止腐蚀反应。
[0030]此外，半导体元件2也可以是具有电阻器、电容器、或电感器等无源元件的集成电路。对于该无源元件的形成区域，也由绝缘膜7对半导体衬底1的半导体露出的区域进行覆盖。
[0031]实施方式2
[0032]图4是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的剖面图。图5是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的俯视图。图6是表示将本发明的实施方式2所涉及的半导体装置安装在封装件中的状态的剖面图。
[0033]在本实施方式中，保护环6由金属构成。并且，源极电极焊盘3b兼用作保护环层的一部分。绝缘膜7覆盖保护环6，源极电极焊盘3b (保护环6的一部分)上的绝缘膜7进行开口。其他结构与实施方式1相同。
[0034]在保护环6由金属构成的情况下，即便使保护环6的一部分从绝缘膜7露出，作为腐蚀反应的起点的半导体也不露出。因此，与实施方式1同样，能够得到具有高耐湿性的半导体装置。并且，在保护环6由金属构成的情况下，即使将比保护环6更靠近芯片外周侧的绝缘膜7进行开口，比保护环6更靠近芯片外周侧的半导体露出的区域也不产生电位差而保持0V，耐湿性不会受损。
【主权项】
1.一种半导体装置，其特征在于， 具备: 半导体衬底，其具有主面； 半导体元件，其设置在所述半导体衬底的所述主面上； 电极焊盘，其设置在所述半导体衬底的所述主面上，与所述半导体元件连接； 保护环，其包围所述半导体元件以及所述电极焊盘而设置在所述半导体衬底的所述主面上；以及 绝缘膜，其对在所述保护环的内侧处所述半导体衬底的所述主面的半导体露出的区域全部进行覆盖， 所述绝缘膜由不使水分通过的材料构成。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 所述保护环由导电性的半导体构成， 所述绝缘膜对所述保护环全部进行覆盖。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 所述保护环由金属构成。4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于， 所述绝缘膜对所述保护环进行覆盖，所述保护环上的所述绝缘膜的一部分进行开口。5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于， 所述半导体元件具有无源元件。6.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于， 所述半导体衬底是Si衬底、GaAs衬底、InP衬底、SiC衬底、GaN衬底中的任一种。
【专利摘要】本发明得到一种具有高耐湿性的半导体装置。在半导体衬底(1)的主面上设置有半导体元件(2)。电极焊盘(3a、3b、3c)设置在半导体衬底(1)的主面上，与半导体元件(2)连接。保护环(6)包围半导体元件(2)以及电极焊盘(3a、3b、3c)而设置在半导体衬底(1)的主面上，被赋予基准电位。绝缘膜(7)对在保护环(6)的内侧处半导体衬底(1)的半导体露出的区域全部进行覆盖。绝缘膜(7)由不使水分通过的材料构成。
【IPC分类】H01L23/29, H01L23/31
【公开号】CN105489567
【申请号】CN201510640745
【发明人】野上洋一
【申请人】三菱电机株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月30日
【公告号】DE102015215648A1, US20160099193
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