(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア走行層及びキャリア供給層を含む窒化物半導体積層構造を備える半導体チップと、
前記半導体チップの表面を覆い、カップリング剤を含有する第１樹脂層と、
前記第１樹脂層の表面を覆い、界面活性剤を含有する第２樹脂層と、
前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層で覆われた前記半導体チップを封止する封止樹脂層とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第２樹脂層と前記封止樹脂層との接合界面は、前記第１樹脂層と前記第２樹脂層との接合界面よりも平坦になってい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】
キャリア走行層及びキャリア供給層を含む窒化物半導体積層構造を備える半導体チップと、
前記半導体チップの表面を覆い、カップリング剤を含有する第１樹脂層と、
前記第１樹脂層の表面を覆い、界面活性剤を含有する第２樹脂層と、
前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層で覆われた前記半導体チップを封止する封止樹脂層とを備える半導体装置を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
キャリア走行層及びキャリア供給層を含む窒化物半導体積層構造を備える半導体チップの表面を覆うようにカップリング剤を含有する第１樹脂層を形成し、
前記第１樹脂層の表面を覆うように界面活性剤を含有する第２樹脂層を形成し、
前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層で覆われた前記半導体チップを封止する封止樹脂層を形成する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、半導体装置及びその製造方法、電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、キャリア走行層及びキャリア供給層を含む半導体積層構造を有する高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：high electron mobility transistor）がある。
近年、ＧａＮ系の化合物半導体であるＡｌＧａＮ／ＧａＮのヘテロ接合を利用し、ＧａＮを電子走行層とし、ＡｌＧａＮを電子供給層として用い、これらを積層したＨＥＭＴ構造を備えるＧａＮ−ＨＥＭＴの開発が活発である。
【０００３】
ＧａＮは、バンドギャップが約３．４ｅＶであり、Ｓｉのバンドギャップ（約１．１ｅＶ）及びＧａＡｓのバンドギャップ（約１．４ｅＶ）よりも大きく、高い破壊電界強度を有する材料である。また、ＧａＮは、大きい飽和電子速度を有する材料である。このため、ＧａＮは、高電圧動作が可能で、高出力が得られる電源用半導体装置を実現するための材料として極めて有望である。また、ＧａＮ−ＨＥＭＴは、例えば、電子装置に備えられる電源装置に用いられる高効率のスイッチング素子や電気自動車に用いられる高耐圧の電力デバイスとして期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許２９８４８０４号公報
【特許文献２】特許３１９６８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＧａＮ−ＨＥＭＴを上述の高効率スイッチング素子や高耐圧電力デバイスなどの用途に用いる場合、例えばエポキシ樹脂などの封止樹脂によって半導体チップを封止しただけでは、耐湿性及び耐電圧性が不十分であった。
そこで、樹脂封止に先立ち、半導体チップの表面を、封止樹脂よりも高い耐電圧性を有する樹脂で被覆することで、耐湿性及び耐電圧性を確保することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、半導体チップの表面側には電極や配線などが形成されているため、半導体チップの表面は平坦になっておらず、図６（Ａ）に示すように、凹凸（段差）ができている。なお、図６（Ａ）では、トランジスタのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の各電極の上方の表面に形成されている凹凸を示している。このため、例えばリードフレームや基板などの支持板１００上にダイアタッチ剤１０１によって半導体チップ１０２を固定し、樹脂封止に先立ち、半導体チップ１０２の表面を凹凸に沿って樹脂層１０３で被覆すると、凸部分のコーナー部で膜厚が薄くなってしまう。このように膜厚が薄くなっている部分があると、局所的に高電圧が印加されることになるため、封止樹脂よりも高い耐電圧性を有する樹脂層１０３で被覆したとしても、十分な耐電圧性を確保することができない。つまり、半導体チップ１０２の表面を、単に高い耐電圧性を有する樹脂層１０３で被覆しただけでは、耐電圧性を確保するのは難しい。なお、ダイアタッチ剤をダイボンド剤ともいう。
【０００７】
この場合、図６（Ｂ）に示すように、半導体チップ１０２の表面の凸部分のコーナー部で樹脂層１０３の膜厚が厚くなるように、樹脂層全体の膜厚を厚くすることが考えられる。
しかしながら、樹脂層全体の膜厚を厚くすると、半導体チップ１０２の中央部から外周部までの位置によってその上に形成される樹脂層１０３の膜厚に差が生じてしまう。このため、半導体チップ１０２の中央部から外周部までの位置によって樹脂層１０３から半導体チップ１０２に加わる応力に差が生じてしまう。この結果、半導体チップ１０２の中央部から外周部までの位置によってトランジスタ特性がばらついてしまい、デバイス特性が劣化してしまうことになる。
【０００８】
そこで、耐湿性及び耐電圧性を確保しながら、デバイス特性が劣化しないようにしたい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本半導体装置及び電源装置は、キャリア走行層及びキャリア供給層を含む窒化物半導体積層構造を備える半導体チップと、半導体チップの表面を覆い、カップリング剤を含有する第１樹脂層と、第１樹脂層の表面を覆い、界面活性剤を含有する第２樹脂層と、第１樹脂層及び第２樹脂層で覆われた半導体チップを封止する封止樹脂層とを備えることを要件とする。
【００１０】
本半導体装置の製造方法は、キャリア走行層及びキャリア供給層を含む窒化物半導体積層構造を備える半導体チップの表面を覆うようにカップリング剤を含有する第１樹脂層を形成し、第１樹脂層の表面を覆うように界面活性剤を含有する第２樹脂層を形成し、第１樹脂層及び第２樹脂層で覆われた半導体チップを封止する封止樹脂層を形成することを要件とする。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、本半導体装置及びその製造方法、電源装置によれば、耐湿性及び耐電圧性を確保しながら、デバイス特性が劣化しないようにすることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態にかかる半導体装置の構成を示す模式的断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｆ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態の変形例にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図４】第１実施形態にかかる半導体装置の構成を示す模式的平面図である。
【図５】第２実施形態にかかる電源装置に含まれるＰＦＣ回路の構成を示す模式図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の課題を説明するための模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる半導体装置及びその製造方法、電源装置について説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１４】
本実施形態にかかる半導体装置は、窒化物系（例えばＧａＮ系）の化合物半導体を用いた化合物半導体装置であって、キャリア走行層及びキャリア供給層を含む窒化物半導体積層構造を備える半導体チップを樹脂封止した半導体パッケージである。なお、半導体チップを、半導体素子ともいう。
以下、ディスクリートパッケージを例に挙げて説明する。
【００１５】
本半導体装置は、図４に示すように、半導体チップ１と、半導体チップ１を搭載するステージ２と、ゲートリード２１と、ソースリード２２と、ドレインリード２３と、ボンディングワイヤ４（ここではＡｌワイヤ）と、封止樹脂層７とを備える。なお、封止樹脂層７をモールド樹脂ともいう。
そして、半導体チップ１は、ステージ２上に搭載されており、例えばはんだ等のダイアタッチ剤３を用いて固定されている。
【００１６】
また、ステージ２上に搭載された半導体チップ１のゲートパッド２４、ソースパッド２５及びドレインパッド２６は、それぞれ、ゲートリード２１、ソースリード２２及びドレインリード２３に、Ａｌワイヤ４によって接続されており、これらが封止樹脂層７によって封止されている。
ここでは、半導体チップ１の基板裏面がダイアタッチ剤３によって固定されたステージ２は、ドレインリード２３と電気的に接続されている。なお、これに限られるものではなく、ステージ２がソースリード２２と電気的に接続されるようにしても良い。
【００１７】
ここでは、半導体チップ１は、ＧａＮ電子走行層及びＡｌＧａＮ電子供給層を含むＧａＮ系半導体積層構造を有するＧａＮ−ＨＥＭＴを備え、例えば電子機器や電源装置に備えられるスイッチング素子に用いられる電源向けのＧａＮ−ＨＥＭＴチップである。このＧａＮ系ＨＥＭＴチップ１は、ＧａＮ系半導体積層構造の上方にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を備え、これらの電極の上方に絶縁膜及び配線を含む配線層を備える。このように、ＧａＮ−ＨＥＭＴチップ１は、その表面側に電極や配線などが形成されているため、その表面は平坦になっておらず、図１に示すように、凹凸ができている。なお、図１では、トランジスタのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の各電極の上方の表面に形成されている凹凸を示している。また、ＧａＮ−ＨＥＭＴチップ１の表面は、絶縁膜で覆われており、ゲートパッド２４、ソースパッド２５、ドレインパッド２６が露出している（図４参照）。なお、ＧａＮ−ＨＥＭＴをＧａＮ系ＨＥＭＴともいう。また、ＧａＮ−ＨＥＭＴチップをＧａＮ系ＨＥＭＴチップともいう。
【００１８】
ここで、半導体チップ１の表面の絶縁膜は、無機系の絶縁膜、有機系の絶縁膜などである。例えば、無機系の絶縁膜としては、酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ；例えばＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ；例えばＡｌ２Ｏ３）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等のうち少なくとも一つの材料からなる絶縁膜が用いられる。また、有機系の絶縁膜としては、ポリイミド、ＳｉＯＦ（フッ素添加酸化シリコン）、ＳｉＯＣ（炭素添加酸化シリコン）、ＣＦ（フッ素添加カーボン）、ＭＳＱ（メチル含有ポリシロキサン；メチルシルセスキオキサン）等のうち少なくとも一つの材料からなる絶縁膜が用いられる。なお、無機系の絶縁膜を、無機膜ともいう。また、有機系の絶縁膜を、有機膜ともいう。また、絶縁膜を、層間絶縁膜ともいう。
【００１９】
ところで、例えば高効率スイッチング素子や高耐圧電力デバイスなどの用途に用いる場合、例えば無機フィラー含有エポキシ樹脂などの封止樹脂層７によって半導体チップ１を封止しただけでは、耐湿性及び耐電圧性が不十分である。
そこで、本実施形態では、図１に示すように、半導体チップ１の表面をカップリング剤を含有する第１樹脂層５で覆い、さらに、第１樹脂層５の表面を界面活性剤を含有する第２樹脂層６で覆い、第１樹脂層５及び第２樹脂層６で覆われた半導体チップ１を封止樹脂層７で封止している。つまり、本実施形態では、樹脂封止に先立ち、封止樹脂層７よりも高い耐電圧性を有する第１樹脂層５及び第２樹脂層６、特に、カップリング剤を含有する第１樹脂層５及び界面活性剤を含有する第２樹脂層６によって、半導体チップ１の表面を被覆するようにしている。このため、半導体チップ１の表面は、第１樹脂層５、第２樹脂層６、封止樹脂層７を順に積層させた３層構造の樹脂層によって覆われている。
【００２０】
なお、第１樹脂層５及び第２樹脂層６を、ジャンクションコーティングレジン（Junction Coating Resin：ＪＣＲ）ともいう。また、第１樹脂層５、第２樹脂層６及び封止樹脂層７を、表面保護膜ともいう。
このような樹脂封止パッケージ構造を採用することで、デバイス特性の劣化を抑制しながら、耐湿性及び耐電圧性を確保することが可能となる。
【００２１】
つまり、まず、第１樹脂層５がカップリング剤を含有するため、半導体チップ１の表面の絶縁膜と第２樹脂層６との間の密着強度を大きくすることができ、密着性及び耐湿性を大幅に向上させることができる。
また、半導体チップ１の表面を凹凸に沿って被覆する第１樹脂層５に、膜厚の薄くなっている部分があったとしても、第１樹脂層５を、封止樹脂層７よりも高い耐電圧性を有する第２樹脂層６で被覆するため、十分な耐電圧性を確保することができる。つまり、半導体チップ１の表面を凹凸に沿って第１樹脂層５で被覆し、樹脂封止したものでは、凸部分のコーナー部で第１樹脂層５の膜厚が薄くなり、この部分に局所的に高電圧が印加されてしまい、封止樹脂も耐電圧性が低いため、全体として十分な耐電圧性を確保することができない。これに対し、本実施形態のように、半導体チップ１の表面を凹凸に沿って第１樹脂層５で被覆し、さらに、封止樹脂層７よりも高い耐電圧性を有する第２樹脂層６で被覆することで、十分な耐電圧性を確保することが可能となる。ここでは、第２樹脂層６は、半導体チップ１の表面の凹凸の全体が埋め込まれるように形成されている。このため、第２樹脂層６は、第１樹脂層５のように凸部分のコーナー部で膜厚が薄くならず、局所的に高電圧が印加されることもないため、耐電圧を大幅に向上させることができる。
【００２２】
さらに、第２樹脂層６が界面活性剤を含有するため、第２樹脂層６の表面張力は小さくなる。このため、第２樹脂層６は半導体チップ１の表面の凹凸を埋め込み、その表面が平坦となる。この場合、第２樹脂層６と封止樹脂層７との接合界面は、第１樹脂層５と第２樹脂層６との接合界面よりも平坦になる。つまり、第２樹脂層６と封止樹脂層７との接合界面の平坦度は、第１樹脂層５と第２樹脂層６との接合界面の平坦度よりも高くなる。これにより、半導体チップ１の表面上に形成される樹脂層５、６の膜厚が半導体チップ１の中央部から外周部までの位置によって変化せず、膜厚に差が生じないため、例えば樹脂硬化時の残留応力が大きいところと小さいところが生じない。したがって、樹脂層５、６から半導体チップ１に加わる応力に差が生じないため、半導体チップ１の中央部から外周部までの位置によってトランジスタ特性がばらつかず、デバイス特性が劣化しない。
【００２３】
このように、半導体チップ１と封止樹脂層７との間に設ける樹脂層を２層構造としている。そして、その一方の第１樹脂層５にカップリング剤を含ませて、密着性や耐湿性を確保する役割を持たせ、他方の第２樹脂層６に界面活性剤を含ませて、耐電圧性を確保しながら、デバイス特性の劣化を抑制する役割を持たせるようにしている。
特に、第１樹脂層５と第２樹脂層６とは、樹脂成分が同一であることが好ましい。例えば、第１樹脂層５にポリイミド系の樹脂を用いる場合は、第２樹脂層６にもポリイミド系の樹脂を用いるのが好ましい。これにより、第１樹脂層５と第２樹脂層６との間の密着性をより向上させることができる。また、第１樹脂層５と第２樹脂層６との間に作用する応力を抑制することができるため、半導体チップ１の表面の絶縁膜、第１樹脂層５及び第２樹脂層６の全体の密着性をより向上させることもできる。
【００２４】
具体的には、第１樹脂層５は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂のいずれかを含むことが好ましい。つまり、第１樹脂層５は、カップリング剤を含有するポリイミド樹脂、カップリング剤を含有するポリアミド樹脂、カップリング剤を含有するシリコーン樹脂のいずれかの樹脂からなる樹脂層であることが好ましい。また、第１樹脂層５は、カップリング剤を含有するポリイミド樹脂、カップリング剤を含有するポリアミド樹脂、カップリング剤を含有するシリコーン樹脂の少なくとも１種類を含む樹脂層であることが好ましい。例えば、これらの樹脂のいずれかが混ざっている樹脂層であることが好ましい。なお、第１樹脂層５を、第１絶縁層又は第１絶縁膜ともいう。
【００２５】
ここで、カップリング剤は、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、ジルコニウムカップリング剤、又は、アルミニウムカップリング剤などを使用することができる。
また、カップリング剤は、有機官能基として、例えばビニル基、エポキシ基、ニトロ基、メタクリル基、アミノ基、メルカプト基、イソシアナト基、カルボキシル基、水酸基のうちの少なくとも一つを含んでいても良い。また、カップリング剤は、加水分解性基として、例えばクロル基、アルコキシ基、アセトキシ基、イソプロペノキシ基、アミノ基のうちの少なくとも一つを含んでいても良い。さらに、カップリング剤は、これらの有機官能基と加水分解性基とを含んでいても良い。
【００２６】
例えば、シランカップリング剤としては、３−メルカプトプロピルトリメトキシシランを用いることができるが、これ以外にも、ビニルトリクロルシラン、ビニルメトキシシラン、ビニルトリス（２メトキシエトキシ）シラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−（メタクリロキシプロピル）トリメトキシシラン、２−（３、４エポキシシクロヘキシル）３−グリシドキシプロピル３メチルジエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリメトキシシランなどを用いることができる。つまり、これらのうち少なくとも一つを用いることができる。
【００２７】
また、例えば、チタンカップリング剤、ジルコニウムカップリング剤、アルミニウムカップリング剤としては、上記シランカップリング剤の例示において、シランを、チタン、ジルコニウム、アルミニウムに置き換えたものを用いることができる。
特に、第１樹脂層５は、カップリング剤の含有量（配合量）が１０ｗｔ％以下であることが好ましい。これにより、第１樹脂層５の樹脂成分の低下に起因する第１樹脂層自体の強度の低下を招くことなく、半導体チップ１の表面の絶縁膜や第２樹脂層６との間の密着性を向上させることができる。
【００２８】
また、第２樹脂層６は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂のいずれかを含むことが好ましい。つまり、第２樹脂層６は、界面活性剤を含有するポリイミド樹脂、界面活性剤を含有するポリアミド樹脂、界面活性剤を含有するシリコーン樹脂のいずれかの樹脂からなる樹脂層であることが好ましい。また、第２樹脂層６は、界面活性剤を含有するポリイミド樹脂、界面活性剤を含有するポリアミド樹脂、界面活性剤を含有するシリコーン樹脂の少なくとも１種類を含む樹脂層であることが好ましい。例えば、これらの樹脂のいずれかが混ざっている樹脂層であることが好ましい。なお、第２樹脂層６を、第２絶縁層又は第２絶縁膜ともいう。
【００２９】
ここで、界面活性剤は、例えば、フッ素系、炭化水素系、シリコーン系などの界面活性剤を使用することができる。特に、フッ素系の界面活性剤を用いるのが好ましい。例えば、フッ素系の界面活性剤としては、ＰＦＯＡ（パーフルオロオクタン酸）を用いることができるが、これ以外にも、ＰＦＯＳ（パーフルオロスルホン酸）、長鎖ＰＦＣＡｓ（ＰＦＯＡよりも炭素数の多いパーフルオロカルボン酸）、ＰＦＢＳ（パーフルオロブタンスルホン酸）、ＰＦＨＸＡ（パーフルオロヘキサン酸）などを用いることができる。つまり、これらのうち少なくとも一つを用いることができる。
【００３０】
特に、第２樹脂層６は、界面活性剤の含有量（配合量）が１ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。これにより、第２樹脂層６の樹脂成分の低下に起因する第２樹脂層自体の強度の低下を招くことなく、また、第１樹脂層５や封止樹脂層６との間の密着性を低下させることなく、第２樹脂層６の表面の平坦性を向上させることができる。
また、封止樹脂層７は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂を含むことが好ましい。つまり、封止樹脂層７は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂のいずれかの樹脂からなる樹脂層であることが好ましい。また、封止樹脂層７は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂の少なくとも１種類を含む樹脂層であることが好ましい。例えば、これらの樹脂のいずれかが混ざっている樹脂層であることが好ましい。なお、封止樹脂層７を、第３絶縁層又は第３絶縁膜ともいう。
【００３１】
特に、封止樹脂層７は、無機粒子を含むことが好ましい。つまり、無機粒子を含有する封止樹脂層７を用いるのが好ましい。これにより、半導体チップ１を封止する樹脂パッケージ全体の熱伝導率を大幅に向上させることができる。例えば、無機粒子としては、シリカ、アルミナ、マグネシア、ジルコニアなどを使用することができる。このほか、ガラス粒子、種々のセラミックス粒子、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）粒子なども使用することができる。また、粒子の形状は特に制限されない。例えば、真球状、粒状、塊状、破砕状、多孔質状、凝集状、フレーク状、スパイク状、フィラメント状、ファイバー状、ウイスカー状など、用途に応じて各種の形状の粒子を使用することができる。なお、無機粒子は、無機フィラーともいう。なお、第１樹脂層５及び第２樹脂層６には無機粒子は含まれていない。これは、半導体チップ１に近いところに無機粒子があると半導体チップ１にダメージを与えるおそれがあるからである。
【００３２】
また、封止樹脂層７は、カップリング剤を含有するものであることが好ましい。これにより、第２樹脂層６と封止樹脂層７との間の密着性を向上させることができる。
なお、上述の第１樹脂層５、第２樹脂層６、封止樹脂層７を形成するための材料として例示したものは、任意に組み合わせることができる。例えば、第１樹脂層５及び第２樹脂層６にポリイミド系の樹脂を用い、界面活性剤にフッ素系の界面活性剤を用い、封止樹脂層７に例えばオルソクレゾールノボラック（ＯＣＮ）系又は多芳香環レジン（ＭＡＲ）系のエポキシ樹脂を用いることで、耐湿性及び耐電圧性の更なる向上が期待できる。
【００３３】
次に、本実施形態にかかる半導体装置（ディスクリートパッケージ）の製造方法について説明する。
まず、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、キャリア走行層及びキャリア供給層を含む窒化物半導体積層構造を備える半導体チップ１を、例えばはんだ等のダイアタッチ剤３を用いてリードフレームのステージ２上に固定する。
【００３４】
つまり、まず、図示していないが、半導体チップ１の裏面に、例えばスパッタ法、蒸着法、めっき法等の技術を用いて、例えばＴｉ、Ｎｉ、Ａｕを順に積層させた金属被膜（密着層）を形成する。
次に、図２（Ａ）に示すように、リードフレームのステージ２上の半導体チップ１が搭載される領域に、例えばＡｇペースト又ははんだペーストなどのダイアタッチ剤３を、例えばディスペンス法、印刷法、転写等の技術を用いて供給する。
【００３５】
そして、図２（Ｂ）に示すように、半導体チップ１をフェイスアップで搭載し、例えばコンベア式リフロー炉にて約１８０℃で約１０分間加熱して、ダイアタッチ剤３によって半導体チップ１をリードフレームのステージ２上に接合する。これにより、半導体チップ１が、リードフレームのステージ２上に固定される。なお、この工程をダイボンディング工程という。
【００３６】
次に、図２（Ｃ）に示すように、例えばＡｌワイヤなどのワイヤ４を用いたボンディングによって、半導体チップ１のゲートパッド２４をゲートリード２１に接続し、ドレインパッド２６をドレインリード２３に接続し、ソースパッド２５をソースリード２２に接続する（図４参照）。これにより、半導体チップ１の各パッド２４〜２６とリードフレームの各リード２１〜２３とが電気的に接続される。なお、この工程をワイヤボンディング工程という。
【００３７】
次に、図２（Ｄ）に示すように、半導体チップ１の表面を覆うようにカップリング剤を含有する第１樹脂層５を形成する。なお、この工程を第１樹脂層形成工程という。
例えば、まず、シラン系カップリング剤を含有するポリイミド樹脂ワニスを、スプレー法やディスペンス法等によって、ワイヤボンディングされた半導体チップ１の表面に塗布する。その後、ポリイミド樹脂を加熱して硬化させる。このようにして、半導体チップ１の表面にカップリング剤を含有する第１樹脂層５を形成する。
【００３８】
なお、ここでは、半導体チップ１の表面にカップリング剤を含有する樹脂材料を塗布し、この樹脂材料を硬化させているが、これに限られるものではない。例えば、半導体チップ１の表面（絶縁膜）にあらかじめカップリング剤を塗布した後、樹脂材料を塗布し、この樹脂材料を硬化させるようにしても良い。この場合、樹脂材料は、カップリング剤を含有するものであっても良いし、カップリング剤を含有しないものであっても良い。この場合も、この工程で形成される第１樹脂層５は、カップリング剤を含有するものとなる。
【００３９】
次に、図２（Ｅ）に示すように、第１樹脂層５の表面を覆うように界面活性剤を含有する第２樹脂層６を形成する。なお、この工程を第２樹脂層形成工程という。
例えば、フッ素系の界面活性剤を含有するポリイミド樹脂ワニスを、スプレー法やディスペンス法等によって、第１樹脂層５によって覆われた半導体チップ１上に塗布し、ポリイミド樹脂を加熱して硬化させることで、界面活性剤を含有する第２樹脂層６を形成する。
【００４０】
そして、図２（Ｆ）に示すように、第１樹脂層５及び第２樹脂層６で覆われた半導体チップ１を封止する封止樹脂層７を形成する。なお、この工程を樹脂封止工程という。
例えば、ステージ２を含むリードフレームと、第１樹脂層５及び第２樹脂層６で覆われた半導体チップ１と、これらを接続するワイヤ４とを含む組立体を、樹脂封止装置の金型にセットし、例えばトランスファーモールド法で熱硬化性のアルミナフィラー含有エポキシ樹脂を用いて封止する。これにより、第１樹脂層５及び第２樹脂層６で覆われた半導体チップ１を封止する封止樹脂層７として、アルミナフィラー含有エポキシ樹脂層が形成される。なお、樹脂封止装置を、モールド装置ともいう。
【００４１】
なお、第２樹脂層６と封止樹脂層７との密着性を向上させるために、封止樹脂層７を形成する封止樹脂材料として、カップリング剤を含有する封止樹脂材料を用いても良い。この場合、封止樹脂層７は、カップリング剤を含有するものとなる。また、この樹脂封止に先立って、半導体チップ１を覆っている第２樹脂層６の表面にあらかじめカップリング剤を塗布した後、封止樹脂材料で封止するようにしても良い。この場合、封止樹脂材料は、カップリング剤を含有するものであっても良いし、カップリング剤を含有しないものであっても良い。この場合も、この工程で形成される封止樹脂層７は、カップリング剤を含有するものとなる。
【００４２】
その後、樹脂封止された組立体は、樹脂封止装置の金型から外され、図示しないアウタリードの切断工程などを経てリードフレームから切り離し、個々に分離することで、所望の半導体装置（ディスクリートパッケージ）が得られる。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、耐湿性及び耐電圧性を確保しながら、デバイス特性が劣化しないようにすることができるという利点がある。
【００４３】
実際、上述の実施形態のように構成される半導体装置において、半導体チップ動作時のパッケージ全体の耐電圧を測定したところ、１２００Ｖ以上であった。また、８５℃／８５ＲＨ％、１０００ｈｒの高温高湿試験（温度サイクル試験）後の耐電圧を測定したところ、１２００Ｖ以上であった。さらに、各測定後の半導体チップ／第１樹脂層／第２樹脂層／封止樹脂層の断面ＳＥＭ解析を行なったところ、クラックや破断箇所は認められず、初期の状態を良好に維持していることを確認した。
【００４４】
これに対し、比較例として、上述の実施形態の第１及び第２樹脂層の代わりに単層のポリイミド樹脂を用いた半導体装置を作製し、同様に半導体チップ動作時のパッケージ全体の耐電圧を測定したところ、６００Ｖ程度で、上述の実施形態のものの半分以下であった。また、８５℃／８５ＲＨ％、１０００ｈｒの高温高湿試験後の耐電圧を測定したところ、１００Ｖ以下に低下した。さらに、各測定後の半導体チップ／樹脂層／封止樹脂層の断面ＳＥＭ解析を行なったところ、クラックが認められた。
【００４５】
このように、上述の実施形態のように構成された半導体装置によれば、耐湿性、耐電圧性、放熱性に優れ、特性劣化の少ない高信頼性を持つ半導体装置を実現することができ、歩留りを大幅に向上させることが可能となる。
なお、上述の実施形態の半導体装置の製造方法において、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、第２樹脂層６を形成した後、封止樹脂層７で封止する前に、第２樹脂層６をレベリング処理して、第２樹脂層６の膜厚を薄くしても良い。この場合、第２樹脂層６のレベリング処理には、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）、エッチングやミリングなどの化学的手法及び／又は物理的手法を用いれば良い。これにより、例えば樹脂硬化時の残留応力などの半導体チップ１に作用する応力を低減することができ、デバイス特性の劣化を抑制することが可能となる。つまり、半導体チップ１に備えられる各トランジスタのそれぞれに加わる応力自体を低減することができ、各トランジスタ自体の特性劣化を抑制することが可能となる。
【００４６】
また、上述の実施形態では、ディスクリートパッケージを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、他の半導体パッケージであっても良い。
また、上述の実施形態では、リードフレームを用いて半導体装置を製造するため、製造された半導体装置は、リードフレームのステージ２上に半導体チップ１を備えるものとなっているが、これに限られるものではない。例えば、パッケージ基板上に半導体チップを備える半導体装置に本発明を適用することもできる。なお、リードフレームのステージやパッケージ基板を、支持板ともいう。
【００４７】
また、上述の実施形態では、半導体パッケージを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、回路基板上に半導体チップを備える半導体装置に本発明を適用することもできる。なお、回路基板を支持板ともいう。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかる電源装置について、図５を参照しながら説明する。
【００４８】
本実施形態にかかる電源装置は、上述のＧａＮ−ＨＥＭＴを含む半導体パッケージを備える電源装置である。
以下、サーバに用いられる電源装置に備えられるＰＦＣ（power factor correction）回路に、上述の半導体パッケージに含まれるＧａＮ−ＨＥＭＴを用いる場合を例に挙げて説明する。
【００４９】
本ＰＦＣ回路は、図５に示すように、ダイオードブリッジ３０と、チョークコイル３１と、第１コンデンサ３２と、上述の半導体パッケージに含まれるＧａＮ−ＨＥＭＴ３３と、ダイオード３４と、第２コンデンサ３５とを備える。
ここでは、本ＰＦＣ回路は、回路基板上に、ダイオードブリッジ３０、チョークコイル３１、第１コンデンサ３２、上述の半導体パッケージに含まれるＧａＮ−ＨＥＭＴ３３、ダイオード３４、及び、第２コンデンサ３５が実装されて構成されている。
【００５０】
本実施形態では、上述の半導体パッケージのドレインリード２３、ソースリード２２及びゲートリード２１が、それぞれ、回路基板のドレインリード挿入部、ソースリード挿入部及びゲートリード挿入部に挿入され、例えばはんだなどによって固定されている。このようにして、回路基板に形成されたＰＦＣ回路に、上述の半導体パッケージに含まれるＧａＮ−ＨＥＭＴ３３が接続されている。
【００５１】
そして、本ＰＦＣ回路では、ＧａＮ−ＨＥＭＴ３３のドレイン電極Ｄに、チョークコイル３１の一方の端子及びダイオード３４のアノード端子が接続されている。また、チョークコイル３１の他方の端子には第１コンデンサ３２の一方の端子が接続され、ダイオード３４のカソード端子には第２コンデンサ３５の一方の端子が接続されている。そして、第１コンデンサ３２の他方の端子、ＧａＮ−ＨＥＭＴ３３のソース電極Ｓ及び第２コンデンサ３５の他方の端子が接地されている。また、第１コンデンサ３２の両端子には、ダイオードブリッジ３０の一対の端子が接続されており、ダイオードブリッジ３０の他の一対の端子は、交流（ＡＣ）電圧が入力される入力端子に接続されている。また、第２コンデンサ３５の両端子は、直流（ＤＣ）電圧が出力される出力端子に接続されている。また、ＧａＮ−ＨＥＭＴ３３のゲート電極Ｇには、図示しないゲートドライバが接続されている。そして、本ＰＦＣ回路では、ゲートドライバによってＧａＮ−ＨＥＭＴ３３を駆動することで、入力端子から入力されたＡＣ電圧を、ＤＣ電圧に変換して、出力端子から出力するようになっている。
【００５２】
したがって、本実施形態にかかる電源装置によれば、信頼性を向上させることができるという利点がある。つまり、上述の第１実施形態及び変形例における信頼性の高い半導体チップを備えるため、信頼性の高い電源装置を構築することができるという利点がある。
なお、ここでは、上述の半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ又はＧａＮ−ＨＥＭＴを含む半導体パッケージ）を、サーバに用いられる電源装置に備えられるＰＦＣ回路に用いる場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、上述の半導体装置（ＧａＮ−ＨＥＭＴ又はＧａＮ−ＨＥＭＴを含む半導体パッケージ）を、サーバ以外のコンピュータなどの電子機器（電子装置）に用いても良い。また、上述の半導体装置（半導体パッケージ）を、電源装置に備えられる他の回路（例えばＤＣ−ＤＣコンバータなど）に用いても良い。
［その他］
なお、本発明は、上述した各実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【００５３】
以下、上述の各実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
キャリア走行層及びキャリア供給層を含む窒化物半導体積層構造を備える半導体チップと、
前記半導体チップの表面を覆い、カップリング剤を含有する第１樹脂層と、
前記第１樹脂層の表面を覆い、界面活性剤を含有する第２樹脂層と、
前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層で覆われた前記半導体チップを封止する封止樹脂層とを備えることを特徴とする半導体装置。
【００５４】
（付記２）
前記第１樹脂層と前記第２樹脂層とは、樹脂成分が同一であることを特徴とする、付記１に記載の半導体装置。
（付記３）
前記封止樹脂層は、カップリング剤を含有することを特徴とする、付記１又は２に記載の半導体装置。
【００５５】
（付記４）
前記第１樹脂層は、前記カップリング剤の含有量が１０ｗｔ％以下であることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
（付記５）
前記第２樹脂層は、前記界面活性剤の含有量が１ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【００５６】
（付記６）
前記第１樹脂層は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂のいずれかを含むことを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
（付記７）
前記第２樹脂層は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂のいずれかを含むことを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【００５７】
（付記８）
前記封止樹脂層は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂を含むことを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
（付記９）
前記封止樹脂層は、無機粒子を含むことを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【００５８】
（付記１０）
前記第２樹脂層と前記封止樹脂層との接合界面は、前記第１樹脂層と前記第２樹脂層との接合界面よりも平坦になっていることを特徴とする、付記１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
（付記１１）
キャリア走行層及びキャリア供給層を含む窒化物半導体積層構造を備える半導体チップと、
前記半導体チップの表面を覆い、カップリング剤を含有する第１樹脂層と、
前記第１樹脂層の表面を覆い、界面活性剤を含有する第２樹脂層と、
前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層で覆われた前記半導体チップを封止する封止樹脂層とを備える半導体装置を備えることを特徴とする電源装置。
【００５９】
（付記１２）
キャリア走行層及びキャリア供給層を含む窒化物半導体積層構造を備える半導体チップの表面を覆うようにカップリング剤を含有する第１樹脂層を形成し、
前記第１樹脂層の表面を覆うように界面活性剤を含有する第２樹脂層を形成し、
前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層で覆われた前記半導体チップを封止する封止樹脂層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００６０】
（付記１３）
前記第２樹脂層を形成した後、前記封止樹脂層で封止する前に、前記第２樹脂層の膜厚を薄くすることを特徴とする、付記１２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４）
前記第１樹脂層を形成する工程は、前記半導体チップの表面に前記カップリング剤を含有する第１樹脂材料を塗布し、前記第１樹脂材料を硬化させる工程を含むことを特徴とする、付記１２又は１３に記載の半導体装置の製造方法。
【００６１】
（付記１５）
前記第１樹脂層を形成する工程は、前記半導体チップの表面に前記カップリング剤を塗布した後、第１樹脂材料を塗布し、前記第１樹脂材料を硬化させる工程を含むことを特徴とする、付記１２又は１３に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１６）
前記封止樹脂層を形成する工程は、カップリング剤を含有する封止樹脂材料で封止する工程を含むことを特徴とする、付記１２〜１５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００６２】
（付記１７）
前記封止樹脂層を形成する工程は、前記半導体チップを覆っている前記第２樹脂層の表面にカップリング剤を塗布した後、封止樹脂材料で封止する工程を含むことを特徴とする、付記１２〜１５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１８）
前記第１樹脂層は、前記カップリング剤の含有量が１０ｗｔ％以下であることを特徴とする、付記１２〜１７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００６３】
（付記１９）
前記第２樹脂層は、前記界面活性剤の含有量が１ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする、付記１２〜１８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
（付記２０）
前記封止樹脂層は、無機粒子を含むことを特徴とする、付記１２〜１９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００６４】
１  半導体チップ
２  ステージ
３  ダイアタッチ剤
４  ワイヤ
５  第１樹脂層
６  第２樹脂層
７  封止樹脂層
２１  ゲートリード
２２  ソースリード
２３  ドレインリード
２４  ゲートパッド
２５  ソースパッド
２６  ドレインパッド
３０  ダイオードブリッジ
３１  チョークコイル
３２  第１コンデンサ
３３  ＧａＮ−ＨＥＭＴ
３４  ダイオード
３５  第２コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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