(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記主面上に設けられた半導体素子と、
前記半導体基板の前記主面上に直接的に設けられ、前記半導体素子に直接的に接続された電極パッドと、
前記半導体素子及び前記電極パッドを取り囲んで前記半導体基板の前記主面上に直接的に設けられたガードリングと、
前記ガードリングの内側で前記半導体基板の一部と前記半導体素子の全体を覆い、前記ガードリング及び前記ガードリングの外側の前記半導体基板の一部を覆う絶縁膜とを備え、
前記絶縁膜は水分を通さない材料からなり、前記半導体素子及び前記電極パッドが設けられていない領域において前記半導体基板の前記主面及び前記ガードリングに直接的に接していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ガードリングは導電性の半導体からなり、
前記絶縁膜は前記ガードリングを全て覆う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】
前記ガードリングは金属からな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４】
前記絶縁膜は前記ガードリングを覆い、前記ガードリング上の前記絶縁膜の一部が開口されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体素子は受動素子を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体基板はＳｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板の何れか１つであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い耐湿性を持った半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ、ＧａＮなどの化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ素子を代表とする高周波半導体装置の汎用化が急速に進んでいる。これまでの高周波半導体装置は、半導体装置が実装されるパッケージ内部の気密性を高く保持することにより、外部環境からの水分の影響を考慮する必要性が無かった。しかし、近年、例えば廉価なプラスチックモールド材を用いてパッケージ実装を行うことで、コスト削減が図られるようになってきている。プラスチックモールド材は水分の浸入を抑制することが困難であるため、半導体装置の耐湿性を確保することが製品の信頼性を確保するうえでの重要な要素となっている。
【０００３】
半導体装置の外周領域においてガードリングを導電性の半導体で構成し、絶縁膜からガードリングの一部を露出させた半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１（２９頁、第７図、第８図）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２７１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に従って電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を作製した場合、外周部に形成された半導体層の変質を防止することができ、半導体層と保護膜との間から不純物が半導体装置の内部に侵入するのを防ぐことで耐湿性が向上するとされるが、実際には絶縁膜から露出したガードリングの半導体が腐食する場合があった。このため、特許文献１の構成を採らない従来の半導体装置と比較してチップ外周領域の半導体層の腐食現象についての優位性がほとんど見出せない場合があった。さらに、ガードリングの半導体の腐食がドレイン電極パッド方向へ次第に進行し、電極パッドの金属までが腐食される。このため、パッド周辺を保護している絶縁膜の割れ・剥離を副次的に引き起こし、トランジスタ領域が劣化する。この問題は高電圧動作が要求されるＧａＮデバイスにおいて顕著である。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は高い耐湿性を持った半導体装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体装置は、主面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記主面上に設けられた半導体素子と、前記半導体基板の前記主面上に直接的に設けられ、前記半導体素子に直接的に接続された電極パッドと、前記半導体素子及び前記電極パッドを取り囲んで前記半導体基板の前記主面上に直接的に設けられたガードリングと、前記ガードリングの内側で前記半導体基板の一部と前記半導体素子の全体を覆い、前記ガードリング及び前記ガードリングの外側の前記半導体基板の一部を覆う絶縁膜とを備え、前記絶縁膜は水分を通さない材料からなり、前記半導体素子及び前記電極パッドが設けられていない領域において前記半導体基板の前記主面及び前記ガードリングに直接的に接していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明ではガードリングの内側で半導体基板の主面の半導体が露出した領域を全て覆う絶縁膜が樹脂膜に比べて水分を通しにくい材料からなる。これにより、高い耐湿性を持った半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体装置がパッケージに実装された状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る半導体装置がパッケージに実装された状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。半導体基板１はＳｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板の何れか１つであり、所定のトランジスタ動作をするための半導体の多層膜構造を有する。
【００１２】
半導体基板１の主面上に半導体素子２が設けられている。ここでは半導体素子２は高出力増幅器用途の電界効果トランジスタ素子であるが、バイポーラトランジスタ素子等でもよい。半導体素子２はゲート電極２ａ、ソース電極２ｂ、及びドレイン電極２ｃとを有する。
【００１３】
ゲート電極パッド３ａ、ソース電極パッド３ｂ、及びドレイン電極パッド３ｃが半導体基板１の主面上に設けられ、それぞれ半導体素子２のゲート電極２ａ、ソース電極２ｂ、及びドレイン電極２ｃに接続されている。半導体基板１の裏面側には裏面金属膜４が設けられ、裏面金属膜４はビアホール５を通ってソース電極パッド３ｂに接続されている。
【００１４】
ガードリング６が半導体素子２及び電極パッド３ａ，３ｂ，３ｃを取り囲んで半導体基板１の主面上のチップ外周領域に設けられている。絶縁膜７がガードリング６の内側で半導体基板１の半導体が電極２ａ，２ｂ，２ｃや電極パッド３ａ，３ｂ，３ｃから露出した領域を全て覆う。なお、ゲート電極パッド３ａ、ソース電極パッド３ｂ、及びドレイン電極パッド３ｃ等、半導体以外で覆われている領域は、絶縁膜７で覆わなくてもよい。これらの領域は外部と電気的接続を取る必要がある。
【００１５】
さらに、本実施の形態ではガードリング６は導電性の半導体からなり、絶縁膜７はガードリング６も全て覆う。ガードリング６よりもチップ外周側においてウエハから個別チップに分離するためのチップ間の境界領域やチップ最外周の絶縁膜７は開口してもよい。ガードリング６よりもチップ内側にある金属と半導体の界面部分は絶縁膜で覆わなければならない。
【００１６】
ここで、絶縁膜７は水分を通さない材料、少なくとも樹脂膜に比べて水分を通しにくい材料からなる。例えば、絶縁膜７として、水分の浸透、拡散を防ぐことができるシリコン窒化膜などを用いることが好ましい。シリコン窒化膜はプラズマＣＶＤによって形成する場合が多く、化学量論的組成であるＳｉ３Ｎ４に近い条件で成膜することが好ましい。一般に化学量論的組成からずれるとシリコン窒化膜の水分の浸透性、拡散性は変動する。このため、半導体基板１の主面、及びトランジスタを構成する各種金属材料にまで水分の浸透を防ぐのに十分なシリコン窒化膜の膜厚を各々のシリコン窒化膜の成膜条件に対して設計する必要がある。
【００１７】
図３は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置がパッケージに実装された状態を示す断面図である。半導体装置の裏面金属膜４がパッケージベース材８に半田材９により接合されている。パッケージベース材８には基準電位となるＧＮＤ電位（０Ｖ）が与えられるため、半導体装置のソース電極２ｂにビアホール５とソース電極パッド３ｂを経由して基準電位が与えられる。そして、ガードリング６にも基準電位が与えられる。ガードリング６よりも外周の半導体層も電位差が生じずに０Ｖが保たれている。これによって電気化学反応による腐食反応の発生を抑制することができる。
【００１８】
また、プラス電位が与えられるドレイン電極パッド３ｃと基準電位が与えられるガードリング６との間では電位差が生じているが、絶縁膜７又は金属の電極パッド３ａ，３ｂ，３ｃで半導体の表面が保護されていることで水分の影響を排除することができる。従って、半導体の腐食反応に付随して起きる電極パッド３ａ，３ｂ，３ｃの金属の腐食、絶縁膜７の割れ・剥離、トランジスタ領域への劣化の進行も防ぐことができる。
【００１９】
また、ガードリング６の内側で半導体基板１の半導体が露出した領域を全て覆う絶縁膜７は水分を通さない材料からなる。従って、高い耐湿性を持った半導体装置を得ることができる。
【００２０】
また、ガードリング６は導電性の半導体からなる場合には、ガードリング６の半導体も腐食反応の起点となる。しかし、絶縁膜７がガードリング６も全て覆うことで腐食反応を防ぐことができる。
【００２１】
なお、半導体素子２は、抵抗、キャパシタ、又はインダクタ等の受動素子を有する集積回路でもよい。この受動素子の形成領域についても半導体基板１の半導体が露出した領域を絶縁膜７が覆う。
【００２２】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。図５は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す平面図である。図６は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置がパッケージに実装された状態を示す断面図である。
【００２３】
本実施の形態ではガードリング６は金属からなる。そして、ソース電極パッド３ｂがガードリング層の一部を兼ねている。絶縁膜７はガードリング６を覆い、ソース電極パッド３ｂ（ガードリング６の一部）上の絶縁膜７が開口されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００２４】
ガードリング６が金属からなる場合、ガードリング６の一部を絶縁膜７から露出させても、腐食反応の起点となる半導体が露出しない。従って、実施の形態１と同様に高い耐湿性を持った半導体装置を得ることができる。さらに、ガードリング６が金属からなる場合、ガードリング６よりもチップ外周側の絶縁膜７を開口しても、ガードリング６よりもチップ外周側の半導体が露出した領域は電位差が生じずに０Ｖが保たれ、耐湿性が損なわれることがない。
【符号の説明】
【００２５】
１  半導体基板、２  半導体素子、３ａ，３ｂ，３ｃ  電極パッド、６  ガードリング、７  絶縁膜
【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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