JP4466495B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電極間の絶縁分離を研削または切削によって行う場合に、研削または切削時に発生する静電気等によって素子特性変動を起こすことを抑制できる半導体装置の製造方法に関するものである。

従来より、パワー素子やダイオードなど半導体素子が形成された半導体装置の電極として一般的にＡｌが用いられているが、Ａｌは腐食の問題があったり、ボンディングワイヤとの密着性が十分でないという問題がある。このため、Ａｌ表面に例えばＮｉやＡｕ等の金属層を無電解メッキ法によって積層する手法が用いられている。
特開２００５−６４４５１号公報

しかしながら、上記のような無電解メッキによると例えばＮｉ等の金属層が厚くなってしまい、Ｎｉ等の金属層の線膨張係数と半導体装置内の他の材質の線膨張係数との相違により、半導体チップに反りが発生することがある。

このため、無電解メッキではなく、例えばデポジション、スパッタ、蒸着などによってＮｉ等の金属層を形成することで、Ｎｉ等の金属層を薄く形成できるようにすれば上記のような半導体チップの反りを抑制できると考えられる。

ところが、デポジション、スパッタ、蒸着などによってＮｉ等の金属層を形成した場合、ウェハ全面に形成されることになるため、電極間の絶縁のために、デポジション、スパッタもしくは蒸着でＮｉ等の金属層を形成した後でそれをパターニングしなければならない。このとき、Ｎｉ等の金属層の種類に応じてエッチング時に使用する材料が異なってくるため、金属層が多層化するほど、沢山の種類のエッチング材料を用意しなければならない。

このため、本発明者らは、機械加工によってＮｉ等の金属層を部分的に研削することで、金属層の材質に関わらず、一挙に金属層の除去を行うことを考えた。しかしながら、このような機械加工を行う場合には、研削時にそれまで一体であった部分が切り離されたことにより発生する電荷や研削用のバイトとの摩擦によって発生する静電気により、半導体素子内に電荷がチャージされ、素子特性変動を起こしてしまう。このような電荷のチャージの対策として、半導体装置が構成される半導体チップ内に保護回路を別途設けることも考えられるが、保護回路が必要となる分、半導体チップの面積拡大を招くこと、保護回路の機能が十分でない場合に素子特性変動を防ぐことができず、阻止破壊に至る可能性があるということ等から、好ましくない。

本発明は上記点に鑑みて、電極間の絶縁分離を研削または切削によって行う場合に、研削または切削時に発生する静電気等によって素子特性変動を起こすことを抑制できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１ないし４に記載の発明では、半導体素子が形成された半導体基板（１）の上に、半導体素子の所望場所と電気的に接続される第１金属膜（２）と、第１金属膜（２）におけるパッドとなる領域を露出させるコンタクトホール（３ａ）を有する保護膜（３）を形成したのち、保護膜（３）の表面と第１金属膜（２）におけるパッドとなる領域の表面とに、デポジションとスパッタと蒸着法のいずれか１つの手法にて、第２金属膜（４）を形成し、さらに、機械加工にて、該機械加工に用いる冶具（１０）を接地状態にした状態で用いて、保護膜（３）および第２金属膜（４）を保護膜（３）の厚みの途中まで研削または切削し、保護膜（３）におけるコンタクトホール（３ａ）の側壁面と第１金属膜（２）におけるパッドとなる領域の表面に第２金属膜（４）を残すことを特徴としている。

このように、デポジション、スパッタもしくは蒸着によって第２金属膜（４）を形成しつつ、ウェハ全面に形成される第２金属膜（４）を保護膜（３）の表面に形成することで、保護膜（３）の一部と共に第２金属膜（４）のうちの不要部分を除去するようにしている。このとき、不要部分の除去を機械加工によって行うと共に、冶具（１０）を接地状態としているため、研削または切削時に発生する静電気や保護膜（３）などが切り離されたときに発生する電荷が冶具（１０）を伝って吸収され、半導体素子がチャージされてしまうことを防止することができる。

このため、電極間の絶縁分離を研削または切削によって行う場合に、研削または切削時に発生する静電気等によって素子特性変動を起こすことを抑制できる半導体装置の製造方法にできる。

例えば、請求項２に示されるように、保護膜（３）としては有機樹脂材料を用いることができる。

請求項４に記載の発明では、機械加工中に、少なくとも研削または切削が行われる部分の雰囲気を導電性雰囲気とすることを特徴としている。

このように、研削または切削部位を導電性雰囲気で包むようにすれば、より電荷のチャージを防止できる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態が適用された製造方法を用いて製造された半導体装置の断面図を図１に示す。

図１に示されるように、半導体装置は、パワー素子やダイオードなどの半導体素子が作り込まれた半導体チップ１の表面にはＳＯ₂等で構成された図示しない絶縁膜を介して、Ａｌ膜２が形成されている。このＡｌ膜２は、本発明における第１金属膜に相当するもので、図示しない絶縁膜に形成されたコンタクトホールを通じて半導体チップ１に作りこまれた半導体素子の所望部位と電気的に接続された構造となっている。

Ａｌ膜２の表面および図示しない絶縁膜の表面には、保護膜３が形成されている。この保護膜３は、後述するバイト１０（図２（ｂ）参照）によって形崩れすることなく削ることができる材質、つまり脆性材料ではない材質で、かつ、Ａｕとの密着性が高い材質の材料、例えばポリイミド等の有機樹脂材料で構成されている。例えば、図１において、保護膜３の膜厚は、１０μｍ程度とされている。

なお、ここでは保護膜３の膜厚を１０μｍとしているが、必ずしもこの値でなければならない訳ではない。例えば、保護膜３の膜厚を２μｍ〜３０μｍの範囲で変更可能である。ここで、下限値を２μｍとしたのは、切削加工、研削加工などの装置側で位置決め精度を考慮したものであり、上限値を３０μｍとしたのはスピンコートによって膜厚の分布を小さくして塗布できる上限がこの値となるためである。また、保護膜３の膜厚を７μｍ〜２０μｍとすると好ましい。現状のウェハの厚さばらつき、切削の機械加工精度で加工するとき、量産時の工程能力を考慮すると、保護膜３の膜厚を７μｍ以上とするのが好ましい。一方、１回の切削量に上限があるので、あまり厚いと繰り返し切削しなければならず、合計加工時間が長くなるため、保護膜３の膜厚を２０μｍ以下とするのが好ましい。さらに、加工歩留まりに対する量産時の工程能力、経済性を考慮すると、保護膜３の膜厚を１０μｍ以上かつ１５μｍ以下とすると最適である。

さらに、保護膜３のコンタクトホール３ａの側壁面と保護膜３の開口部から露出したＡｌ膜２の表面には、Ａｌ膜２と電気的に接続された金属膜４が形成されている。この金属膜４は、本発明における第２金属膜に相当するものである。

この金属膜４は、本実施形態では複数種類の金属が積層された積層膜で構成され、最下層から順に、Ａｌ膜２との密着の信頼性の高いＡｌ層（第１層）、Ａｌ層との密着性および金属膜４の表面にはんだを接合するときにボンディングワイヤ６内のスズの拡散をブロックする役割を果たすＴｉ層（第２層）、Ｔｉ層と同様にスズのブロックを行うＮｉ層（第３層）およびＮｉ層の表面の酸化防止とはんだの濡れ性の向上のためのＡｕ層（第４層）を有した構成となっている。

そして、この金属膜４の表面に図示しないはんだが接合され、金属膜４やＡｌ膜２を介して、はんだが半導体チップ１に形成された半導体素子と電気的に接合された構造となっている。

続いて、本実施形態における半導体装置の製造方法について説明する。図２に、本実施形態における半導体装置の製造工程中の断面図を示し、この図に基づいて説明する。

図２（ａ）に示されるように、パワー素子やダイオードなどが作り込まれた半導体チップ１の表面に、図示しない絶縁膜を形成後、この絶縁膜の所望位置にコンタクトホールを形成する。そして、絶縁膜上にＡｌ膜２を形成すると共に、Ａｌ膜２をパターニングすることで、絶縁膜に形成したコンタクトホールを通じて半導体素子の所望位置と電気的な接続が行われる。続いて、Ａｌ膜２および図示しない絶縁膜の表面に、例えばポリイミドによって保護膜３を例えば１５μｍ程度で形成したのち、フォトエッチング等を行うことで、コンタクトホール３ａを形成し、Ａｌ膜２の所望位置を露出させる。そして、デポジション、スパッタもしくは蒸着により、金属膜４を成膜する。このとき、金属膜４はウェハ全面に形成されることになる。

また、図２（ｂ）に示す工程では、研削用のダイヤモンド製のバイト１０をＧＮＤ配線１１に接続することで接地状態とし、バイト１０に電荷が蓄積されないようにしつつ、ウェハ面内においてバイト１０を走査することで、バイト１０によって金属膜４および保護膜３の上部を削り取る。このとき、例えば、保護膜３の表面から数μｍ程度のみがバイト１０によって除去できるように、バイト１０を走査する。換言すれば、保護膜３の厚みの途中までバイト１０で削り取り、金属膜４のうちＡｌ膜２の表面に形成された表面よりも上の位置まで保護膜３を残すようにしている。

なお、バイト１０による表面研削は、一般的に金属加工技術において使用されているものであるが、その研削深さには幾らかバラツキが生じることになる。このバラツキを考慮し、バラツキが発生しても研削表面が金属膜４のうち保護膜３の表面に形成されたものの表面から保護膜３の研削前の表面までの間に位置するように、保護膜３の厚みを設定している。

このようにして、図１に示されるように、保護膜３のコンタクトホール３ａの側壁面とコンタクトホール３ａから露出したＡｌ膜２の表面にのみ金属膜４が形成された構造が完成する。

この後、はんだ等による接合を行うことで、半導体装置と外部配線などとの電気的な接続構造が完成する。

以上説明した本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、金属膜４と保護膜３との間からの腐食媒体の透過をし難くできるデポジション、スパッタもしくは蒸着によって金属膜４を形成しつつ、ウェハ全面に形成される金属膜４を保護膜３の表面に形成することで、保護膜３の一部と共に金属膜４のうちの不要部分を除去するようにしている。このとき、不要部分の除去をバイト１０を用いた機械加工によって行うと共に、バイト１０を接地状態としているため、研削時に発生する静電気や保護膜３などが切り離されたときに発生する電荷がバイト１０を伝って吸収され、半導体素子がチャージされてしまうことを防止することができる。

このため、電極間の絶縁分離を研削によって行う場合に、研削時に発生する静電気等によって素子特性変動を起こすことを抑制できる半導体装置の製造方法にできる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、バイト１０を接地状態にすることで静電気等による電荷のチャージを防止するようにしたが、図３に示す半導体装置の製造工程図に表したように、バイト１０での研削中にエアブローやＣＯ₂バブラー等の雰囲気調整装置２０を用いて、研削が行われる装置内もしくは研削部位を導電性雰囲気、つまり導電性の高められた気体で包まれるようにしても良い。このように、研削部位を導電性雰囲気で包むようにすれば、より電荷のチャージを防止できる。例えば、ＣＯ₂バブラーのように、ＣＯ₂を雰囲気中に導入することで、雰囲気中の気体の導電性を高めることが可能である。

上記実施形態では、冶具としてバイト１０を用い、バイト１０によって金属膜４や保護膜３を研削する機械加工について説明したが、その他、冶具として多刃工具を用いて切削を行っても良い。

本発明の第１実施形態における半導体装置の断面構成を示す図である。 図１に示す半導体装置の製造工程を示した断面図である。 他の実施形態で示す半導体装置の製造工程を示した断面図である。

符号の説明

１…半導体チップ（半導体基板）、２…Ａｌ膜、３…保護膜、４…金属膜、
１０…バイト、２０…雰囲気調整装置。

Claims (4)

1. 半導体素子が形成された半導体基板（１）を用意する工程と、
   前記半導体基板（１）の上に、前記半導体素子の所望場所と電気的に接続される第１金属膜（２）を形成する工程と、
   前記第１金属膜（２）の上に、前記第１金属膜（２）におけるパッドとなる領域を露出させるコンタクトホール（３ａ）を有する保護膜（３）を形成する工程と、
   前記保護膜（３）の表面と前記第１金属膜（２）における前記パッドとなる領域の表面とに、デポジションとスパッタと蒸着法のいずれか１つの手法にて、第２金属膜（４）を形成する工程と、
   機械加工にて、該機械加工に用いる冶具（１０）を接地状態にした状態で用いて、前記保護膜（３）および前記第２金属膜（４）を前記保護膜（３）の厚みの途中まで研削または切削し、前記保護膜（３）における前記コンタクトホール（３ａ）の側壁面と前記第１金属膜（２）における前記パッドとなる領域の表面に前記第２金属膜（４）を残す工程と、を有していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記保護膜（３）を形成する工程では、前記保護膜（３）を有機樹脂材料で形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記冶具としてバイトもしくは多刃工具を用いた切削加工を行うことで前記機械加工を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記機械加工中に、少なくとも前記研削または切削が行われる部分の雰囲気を導電性雰囲気とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

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