(57)【要約】【課題】半導体基板の破壊強度を向上でき、割れ、欠けを防止できること。【解決手段】半導体基板１１と、半導体基板１１の主面１ａの外周部Ａｏ、主面１ａの反対側面１ｂの外周部Ａｏ、側面部のいずれか、あるいはすべてに、半導体基板１１の線膨張係数よりも大きい線膨張係数の材料を用いて形成され、半導体基板１１に圧縮応力を発生させる薄膜１２，１３と、を有する。薄膜１２，１３は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物もしくはセラミックスを材料とする。半導体基板１１は、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、ダイアモンドのいずれかを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の一方の主面の外周部、前記主面の反対側面の外周部、側面部のいずれか、あるいはすべてに、前記半導体基板の線膨張係数よりも大きい線膨張係数の材料を用いて形成され、前記半導体基板に圧縮応力を発生させる薄膜と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記薄膜は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物もしくはセラミックスを材料とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記薄膜は、炭化チタン、窒化チタン、アルミナのいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体基板は、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、ダイアモンドのいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体基板の一方の主面の外周部、前記主面の反対側面の外周部、側面部のいずれか、あるいはすべてに、前記半導体基板の線膨張係数よりも大きい線膨張係数の材料を用いて薄膜を形成し、前記半導体基板に圧縮応力を発生させる工程と、
前記薄膜形成後に、半導体装置の製造プロセスに基づき前記半導体装置の外周部、もしくは側面をハンドリングする工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の破壊強度を向上させた半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン半導体基板、あるいは炭化ケイ素などのワイドバンドギャップ半導体基板は、脆性材料であり、外部からの衝撃により比較的容易に破壊に至る。半導体基板に半導体装置を形成する場合、半導体装置が形成されない側の面（主面あるいは主面の反対面）の外周部、もしくは側面でハンドリングが行われるので、固定具との接触部分に生じる引張応力によって、割れ、欠けを生じやすい。特に、該外周部から側面に渡る領域で鋭利な部分が存在すると、引張応力の影響が出やすいため、通常は基板に対して事前に適当な面取り、あるいは曲率を与える加工が施される。
【０００３】
パワー半導体等に適用される縦型半導体装置の場合、その抵抗低減のために該基板を研削あるいは研摩加工により薄化することがある。基板が薄いと、機械強度の低下により割れ、欠けが生じやすい。薄化前の半導体基板では面取り、あるいは曲率形状であったところが、薄化加工後には側面に鋭利な部分が出現するため、さらに割れ、欠けを生じる可能性が高くなる。
【０００４】
このため、炭化ケイ素基板の外周あるいは側面部に圧縮応力を生じさせ、基板の損傷を防止しようとする技術が提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。上記のように、半導体基板材料であるシリコン、あるいは炭化ケイ素などの脆性材料は、引張応力が掛かると、その表面に存在する微小な傷、あるいは欠陥を起点として亀裂が伸展し破壊に至る。このため、予め表面に圧縮応力を掛けておけば、その分だけハンドリングの引張応力を減じて破壊強度が向上する。
【０００５】
特許文献１の技術では、この圧縮応力を生じさせる手段として、基板に対する１．イオン注入、２．酸化膜、窒化膜、酸窒化膜の成膜、３．金属膜の成膜、を挙げている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−７１２５４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５９６８５号公報（段落［００６８］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、下記の問題がある。
上記圧縮応力を生じさせる手段１．のイオン注入の場合、表面に欠陥が増えるため、かえって強度を低下させる虞がある。
【０００８】
上記圧縮応力を生じさせる手段２．の酸化膜、窒化膜、酸窒化膜の成膜の場合、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜として、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素を用いた成膜では圧縮応力は生じない。
【０００９】
基板表面に薄膜を成膜する場合、その成膜時点で結晶構造が形成されるため、その段階では格子間距離の不一致などに起因する内部応力などを除けば、基本的には応力が発生せず、その成膜温度から冷却するときに、基板と薄膜との間に線膨張係数に差があると応力が発生する。このことは、成膜後にアニールを行う場合でも同様で、アニール時点では応力が開放され、そこから冷却される段階で応力が発生する。この冷却時に応力が発生する事実は一般的に知られている（例えば、上記特許文献２参照。）。
【００１０】
ここで、薄膜材料である酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素の線膨張係数は、いずれも約３［１０-6／Ｋ］であり、一方半導体基板である炭化ケイ素の線膨張係数は４〜５［１０-6／Ｋ］である。したがって成膜温度から冷却される際、半導体基板から見ると薄膜は膨張する方向に働くため、半導体基板には引張応力が生じ損傷防止効果が得られない。
【００１１】
上記圧縮応力を生じさせる手段３．の金属膜の成膜の場合、金属膜の線膨張係数は、通常、基板材料である炭化ケイ素の線膨張係数よりも大きいため、成膜温度からの冷却で圧縮応力を得ることができる。しかしながら、金属は半導体プロセスにおいて汚染源となるため、イオン注入等所定の半導体プロセスが終了した最終段以降でなければ成膜できず、損傷防止効果として不十分であった。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑み、半導体基板の破壊強度を向上でき、割れ、欠けを防止できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面の外周部、前記主面の反対側面の外周部、側面部のいずれか、あるいはすべてに、前記半導体基板の線膨張係数よりも大きい線膨張係数の材料を用いて形成され、前記半導体基板に圧縮応力を発生させる薄膜と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、前記薄膜は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物もしくはセラミックスを材料とすることを特徴とする。
【００１５】
また、前記薄膜は、炭化チタン、窒化チタン、アルミナのいずれかであることを特徴とする。
【００１６】
また、前記半導体基板は、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、ダイアモンドのいずれかであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の一方の主面の外周部、前記主面の反対側面の外周部、側面部のいずれか、あるいはすべてに、前記半導体基板の線膨張係数よりも大きい線膨張係数の材料を用いて薄膜を形成し、前記半導体基板に圧縮応力を発生させる工程と、前記薄膜形成後に、半導体装置の製造プロセスに基づき前記半導体装置の外周部、もしくは側面をハンドリングする工程と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、半導体基板の主面の外周部、該主面の反対側面の外周部、あるいは側面部のいずれかあるいはすべてに、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物あるいはセラミックスで、かつ半導体基板の線膨張係数よりも大きい線膨張係数の材料を成膜することにより、半導体基板に圧縮応力を持たせる。これにより、成膜後に半導体基板にプロセスを施す際、ハンドリングにより、半導体基板に加わる引張応力を減じることができ、半導体基板の損傷を防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、半導体基板の破壊強度を向上でき、割れ、欠けを防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の半導体基板外周部の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施の形態）
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる半導体装置の半導体基板外周部の断面模式図である。半導体基板の外周部から側面にわたる部分には、実際には面取りが形成され、所定の形状となることが多いが、図１は簡単のため矩形形状とした。
【００２２】
本実施の形態では、半導体装置１の半導体基板１１として、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイアモンド（Ｃ）のいずれかを半導体材料とする半導体基板を用いる。そして、この半導体基板１１の主面１ａの内周部Ａｉに半導体製造プロセスを施す前に、半導体基板１１の主面１ａの外周部Ａｏに薄膜１２を形成する。この外周部Ａｏは、半導体プロセスのハンドリングにより損傷の可能性がある箇所である。
【００２３】
薄膜１２は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、セラミックス等の、半導体基板の線膨張係数よりも線膨張係数が大きい材料を用いる。例えば、炭化チタン（ＴｉＣ）あるいは窒化チタン（ＴｉＮ）、もしくはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を用い、スパッタリングやフォトリソグラフィーにより形成する。
【００２４】
同時に、半導体基板１１の側面にも薄膜１２と同様の材質を用いて薄膜１３を形成する。薄膜１３は、薄膜１２を形成する際、半導体基板１１表面から薄膜１２の回り込みを利用して形成する。このほか、側面に薄膜１３が成膜できるように半導体基板１１に角度を持たせた状態で回転させることとしてもよい。これにより、半導体基板１１の外周部に面取りが形成されていても、半導体基板１１表面から側面にわたって薄膜１２，１３を形成することができる。
【００２５】
半導体基板１１は、プロセス中の適当な段階で薄化加工が施され、その基板厚はシリコンの場合には、例えば１２０μｍ以下となり、炭化ケイ素の場合には、例えば２００μｍ以下になる。
【００２６】
そして、半導体基板１１である炭化ケイ素の線膨張係数４〜５［１０-6／Ｋ］に対して、薄膜１２，１３の炭化チタン、窒化チタン、アルミナの線膨張係数は７〜１０［１０-6／Ｋ］であり、半導体基板１１の線膨張係数よりも薄膜１２，１３の線膨張係数の方が大きい。
【００２７】
したがって、薄膜１２，１３の成膜後の冷却過程では、半導体基板１１に対して薄膜１２，１３が収縮するため、半導体基板１１には圧縮応力が発生する。
【００２８】
このように、上記の薄膜１２，１３を形成した後の半導体基板１１には圧縮応力が発生しており、この半導体基板１１に対して、内周部Ａｉに半導体プロセスを施す際には、半導体基板１１の外周部Ａｏ、あるいは側面がハンドリングされる。
【００２９】
この際、半導体基板１１に引張応力が加わるが、元々有していた圧縮応力により、この引張応力を減じることができる。これにより、半導体基板１１の破壊強度を向上でき、割れ、欠け等の損傷を防止できるようになる。
【００３０】
また、薄膜１２，１３は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物あるいはセラミックスであるため、金属のように汚染源となる可能性は低く、薄膜１２，１３の形成後にイオン注入等所定の半導体プロセスを施しても問題は生じない。
【００３１】
以上説明した実施の形態では、薄膜１２の材料として、炭化チタン、窒化チタン、アルミナを適用したが、プロセスに応じて金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、セラミックス等を用いる。薄膜１２として、この薄膜１２の線膨張係数が半導体基板１１の線膨張係数よりも大きい材料を選択することにより、同様の効果が得られる。
【００３２】
また、本実施の形態では、主面１ａに薄膜を形成したが、半導体装置の製造プロセスの都合上、あるいはハンドリング方法などにより、反対側面１ｂに薄膜を形成する、あるいは主面１ａと反対側面１ｂの両方に薄膜１２を形成することとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明にかかる半導体装置は、例えば、インバータ、スイッチング電源等に使用されるシリコン基板、あるいは炭化ケイ素などのワイドバンドギャップ半導体基板を有する半導体装置に適用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１  半導体装置
１ａ  主面
１ｂ  反対側面
１１  半導体基板
１２，１３  薄膜
Ａｉ  内周部
Ａｏ  外周部
【図１】
2015065349.tif 000003