JP4618295B2 - 半導体装置の金属電極形成方法 - Google Patents
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Description
この要求に対し、例えば、パターニングにホトリソグラフィー工程を行わずに金属電極を形成する技術として、特許文献1に、半導体基板の一面上に下地電極を形成し、下地電極の上に保護膜を形成し、保護膜に開口部を形成するとともに、開口部から臨む下地電極の表面上に、接続用の金属電極を形成してなる半導体装置において、保護膜の上面に対して開口部から臨む下地電極の表面が引っ込むように段差が形成されていることを利用して、下地電極及び保護膜の上に形成した金属膜を切削加工によりパターニングすることによって金属電極を形成する技術が開示されている。
ここで、半導体基板を吸着ステージ上に吸着固定すると、半導体基板の裏面が平坦になるように変形されるため、主面は、裏面の元の凹凸形状を反映して、凹凸が大きい形状となる。
切削加工は吸着ステージと平行な面に沿って行われるため、半導体基板が切削量の要求精度より大きい厚さのばらつき、例えば3μm以上のばらつきを有する場合には、面内の一部に切削量の要求精度を満足しない領域が存在し、製品歩留まりが低下するという問題があった。
また、請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の金属電極形成方法において、前記吸着ステージは、薄板状のステンレス綱であるという技術的手段を用いる。
ここで、金属膜が形成された半導体基板を吸着ステージに吸着固定した後に、表面形状測定手段により、吸着ステージに吸着固定された半導体基板の金属膜のうち保護膜を覆っている表面部の表面形状データを取得し、この表面形状データに基づいて、半導体基板に吸着ステージ側から変位を与えて変形させる変形手段により、吸着ステージと平行に設定された切削面と半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように変形させることができる。そして、表面形状測定手段により変形された半導体基板の表面形状を測定し、切削面と表面部との距離が所定の範囲内であると判定された場合に、変形手段により変形された半導体基板を吸着ステージに吸着固定したまま、切削面において切削加工を行うことができる。
これにより、吸着ステージに吸着固定されることにより裏面形状を反映して表面部の凹凸差が増大した半導体基板について、表面部の凹凸差を小さくし、切削面と表面部との距離を所定の範囲(切削加工の要求精度)内にすることができる。このため、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
この発明に係る半導体装置の金属電極形成方法及び半導体装置の第2実施形態について、図を参照して説明する。図1は、第1実施形態の金属電極形成方法により金属電極が形成された半導体装置の断面説明図である。図2ないし図4は、第1実施形態の金属電極形成方法の工程図である。図5は、表面形状制御装置の説明図である。図5(A)は、断面図であり、図5(B)は、半導体基板側から見た平面説明図である。図6は、半導体基板の表面形状制御の一例を示す説明図である。図6(A)は、吸着時の半導体基板の厚さプロファイルであり、図6(B)は、変形装置により与えた変位のプロファイルであり、図6(C)は、変形装置により変位を与えた半導体基板の厚さプロファイルである。図7は、金属電極においてはんだ付けを施した半導体装置の断面説明図である。
なお、各図では、説明のために一部を拡大し、一部を省略して示している。
保護膜13には、表面から下地電極12に向かって開口して形成され、下地電極12を表出させる開口部13aが形成されている。
ここで、保護膜13の上面13dに対して開口部13aから臨む下地電極12の表面12aが引っ込むように段差が形成されている。
まず、図2(A)に示すように、図示しない半導体素子が形成された半導体基板11を用意し、ホトリソグラフィー法によりパターニングされ、半導体素子と電気的に接続された下地電極12を主面11aに形成する。
ここで、保護膜13の上面13bに対して開口部13aから臨む下地電極12の表面12aが引っ込むような段差を形成する。
表面形状制御装置20は、半導体基板11を載置するステージ21と、半導体基板11を吸着固定するための吸着装置22と、半導体基板11の表面部11cの形状を測定する表面形状測定装置23と、半導体基板11を裏面11bから変形させるための変形装置24と、これらの装置を制御するための制御コンピュータ25とから構成されている。
下部ステージ21cには、吸着装置22を接続するための減圧孔21fと変形装置24とが設けられている。
また、吸着装置22による負圧を用いて半導体基板11に下向きの変位を与えることもできる。
表面形状測定装置23により測定された表面部11cの表面形状データは、制御コンピュータ25に対して出力される。
これによれば、最も変位が大きくなる測定点を測定することができるので、表面形状の測定精度を向上させることができる。
また、測定点の数は圧電アクチュエータ24aの数よりも多くすることができる。これによれば、各圧電アクチュエータ24a間の領域の変位も測定することができ、各圧電アクチュエータ24a間を補完する測定点を増やすことができるため、表面形状の測定精度を向上させることができる。
ここで、変形装置24の各圧電アクチュエータ24aの変位と半導体基板11の変形量との関係は、シミュレーションまたは実測によりあらかじめ求めておく。
正の値は上向きの変位、負の値は下向きの変位を表している。圧電アクチュエータC、E、Fにおける変位は、吸着装置22による減圧により発生させた変位である。
本実施形態では、図6(C)に示すように、表面部11cの凹凸差が1μm以内となり、切削面Pと表面部11cとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内に表面形状を制御することができた。
ここで、金属電極15のうち段差を形成する保護膜13の側面13cに形成された部位に対しては、金属電極15を介して、はんだ41が接している。これにより、はんだ41が金属電極15に接触する面積を増大させることができるので、はんだ41の接合強度を向上させることができる。
(1)半導体基板11の主面11aに、半導体素子と電気的に接続された下地電極12を形成し、下地電極12を覆って保護膜13を形成し、保護膜13の表面から下地電極12に向かって、下地電極12を表出させる開口部13aを形成し、保護膜13及び開口部13aから臨む下地電極12の表面を覆って金属膜14を形成し、切削面Pにおいて切削を行う切削加工により、金属膜14のうち開口部13aの内部に形成された部分のみを残すようにパターニングして金属電極15を形成することができる。
このとき、金属膜14が形成された半導体基板11を吸着ステージ21bに吸着固定した後に、表面形状測定装置23により、吸着ステージ21bに吸着固定された半導体基板11の金属膜14のうち保護膜13を覆っている表面部11cの表面形状データを取得し、この表面形状データに基づいて、半導体基板11に吸着ステージ21b側から変位を与えて変形させる変形装置24により、吸着ステージ21bと平行に設定された切削面Pと半導体基板11の表面部11cとの距離が所定の範囲(切削加工の要求精度)内になるように変形させることができる。そして、表面形状測定装置23により、変形された半導体基板11の表面形状を測定し、切削面Pと表面部11cとの距離が所定の範囲内であると判定された場合に、変形装置24により変形された半導体基板11を吸着ステージ21bに吸着固定したまま、切削面Pにおいて切削加工を行うことができる。
これにより、吸着ステージ21bに吸着固定されることにより裏面11bの形状を反映して表面部11cの凹凸差が増大した半導体基板11について、表面部11cの凹凸差を小さくし、切削面Pと表面部11cとの距離を所定の範囲内にすることができる。このため、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
この発明に係る半導体装置の金属電極形成方法及び半導体装置の第2実施形態について、図を参照して説明する。ここでは、バイポーラトランジスタや横拡散型トランジスタ(LDMOS)などのパワー素子と外部の基板とのコンタクトをとるための電極としてAu電極を用いる場合を例に説明する。図8ないし図10は、第2実施形態に係る半導体装置の電極形成方法の断面説明図である。
なお、第1実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
まず、図8(A)に示すように、図示しないパワー素子が形成された半導体基板11を用意し、ホトリソグラフィー法によりパターニングされ、半導体素子と電気的に接続された下地電極12を主面11aに形成する。
そして、フォトリソグラフィ法およびエッチング法により、フォトレジスト膜57を所定の形状にパターニングして形成する。
また、吸着ステージ21bに吸着固定されることにより裏面11bの形状を反映して表面部11cの凹凸差が増大した半導体基板11について、表面部11cの凹凸差を小さくし、切削面Pと表面部11cとの距離を所定の範囲(加工の要求精度)内にすることができる。これにより、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
(1)半導体基板11の主面11a全面にわたって切削加工を行うことにより、表面が平坦な金属電極55を形成することができる。
また、吸着ステージ21bに吸着固定されることにより裏面11bの形状を反映して表面部11cの凹凸差が増大した半導体基板11について、表面部11cの凹凸差を小さくし、切削面Pと表面部11cとの距離を所定の範囲(加工の要求精度)内にすることができる。これにより、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
(1)上述した実施形態では、変形装置として圧電アクチュエータ24aを用いたが、これに限定されるものではなく、変位を制御して加えることができれば適用することができる。例えば、電磁ソレノイド、油圧アクチュエータなどを用いることもできる。この構成を用いると、圧電アクチュエータ24aより大きな変位を発生させることができる。
また、表面形状測定装置23による測定点の数及び配置は任意であり、均等な間隔で配置する必要もない。また、例えば、表面粗さ計を用いる場合のように、連続した測定により取得したプロファイルデータを用いることもできる。
11 半導体基板
11a 主面
11c 表面部
12 下地電極
13 保護膜
13a 開口部
14 金属膜
15 金属電極
20 表面形状制御装置
21 ステージ
21a 吸着ステージ
23 表面形状測定装置(表面形状測定手段)
24 変形装置(変形手段)
25 制御コンピュータ
31 バイト
P 切削面
Claims (9)
- 半導体基板の主面に、半導体素子と電気的に接続された下地電極を形成する工程と、
前記下地電極を覆って保護膜を形成し、前記保護膜の表面から前記下地電極に向かって、前記下地電極を表出させる開口部を形成する工程と、
前記保護膜及び前記開口部から臨む前記下地電極の表面を覆って金属膜を形成する工程と、
半導体基板を吸着固定する吸着ステージに、前記金属膜が形成された半導体基板を吸着固定した後に、前記半導体基板の主面に臨んで配設され半導体基板の表面形状を測定する表面形状測定手段により、前記吸着ステージに吸着固定された半導体基板の、前記金属膜のうち前記保護膜を覆っている表面部の表面形状データを取得する工程と、
前記表面形状測定手段により取得された前記表面形状データに基づいて、前記吸着ステージに固定された半導体基板に前記吸着ステージ側から変位を与えて変形させる変形手段により、前記吸着ステージと平行に設定された切削面と前記半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように変形させる工程と、
前記表面形状測定手段により前記変形された半導体基板の表面部の表面形状を測定し、前記切削面と前記変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であるか否かを判定する工程と、
前記切削面と前記変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であると判定された場合に、前記変形された半導体基板を前記吸着ステージに吸着固定したまま、前記切削面において切削を行う切削加工により、前記金属膜をパターニングして金属電極を形成する工程と
を備え、
前記吸着ステージは、一枚の薄板状の変形しやすい材質により形成されており、半導体基板の裏面全体に吸着固定されることを特徴とする半導体装置の金属電極形成方法。 - 請求項1に記載の金属電極形成方法において、
前記吸着ステージは、薄板状のステンレス綱であることを特徴とする半導体装置の金属電極形成方法。 - 請求項1または請求項2に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、
前記金属電極を形成する工程において、前記金属膜のうち前記開口部の内部に形成された部分のみを残すようにパターニングして金属電極を形成することを特徴とする半導体装置の金属電極形成方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、
前記変形手段は、前記吸着ステージの裏面に当接して設けられており、前記吸着ステージを介して前記半導体基板に変位を与えることを特徴とする半導体装置の金属電極形成方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、
前記変形手段は、変位をそれぞれ制御可能な複数個のアクチュエータを備えていることを特徴とする半導体装置の金属電極形成方法。 - 請求項5に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、
前記アクチュエータは、圧電素子を用いた圧電アクチュエータであることを特徴とする半導体装置の金属電極形成方法。 - 請求項5または請求項6に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、
前記表面形状測定手段による前記表面形状データの測定点数は、前記アクチュエータの数よりも多いことを特徴とする半導体装置の金属電極形成方法。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、
前記表面形状測定手段は、前記変形手段により変位を与える点に対応する前記表面部の表面形状を少なくとも測定することを特徴とする半導体装置の金属電極形成方法。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、
前記表面形状測定手段は、前記切削面に平行な面に沿って走査されるレーザ変位計であることを特徴とする半導体装置の金属電極形成方法。
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