AT503190A2 - Verfahren zur herstellung einer halbleitervorrichtung - Google Patents

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Description


  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, insbesondere einer LeistungsHalbleitervorrichtung, wie eines Isoliergate-Bipolartransistors.
Die Fig. 4 und Fig. 5A bis 5D zeigen den herkömmlichen Stand der Technik und veranschaulichen Schritte zur Herstellung einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung, bei der die Rückseite eines Halbleiterwafers poliert und Rückseitenmetall aufgebracht ist. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf ein Halbleiterwafer 1, und die Fig. 5A bis 5D veranschaulichen Querschnittsansichten dieses Halbleiterwafers 1 gemäss Fig. 4 entlang der Linie IV-IV in Fig. 4. Die in den Fig. 5A bis 5D gezeigten, herkömmlichen Herstellungsschritte sind die folgenden Schritte 1 bis 4:
Schritt 1: Wie in Fig. 4 und 5A gezeigt, wird ein Halbleiterelement 2 auf dem Halbleiterwafer 1 aus Silizium (Si) od. dgl. gebildet.

   Die Filmdicke des Halbleiterwafers 1 ist tl (vor dem Polieren) .
Schritt 2: Wie in Fig. 5B gezeigt, wird der Halbleiterwafer 1 zur Verringerung des Widerstands des Halbleiterelements 2 auf seiner Rückseite zu einer Filmdicke t2 (nach dem Polieren) poliert .
Schritt 3: Wie in Fig. 5C gezeigt, wird eine erste Metallschicht 3, z.B. aus Aluminium (AI) oder einer Al-Si-Legierung auf der Rückseite des Halbleiterwafers 1 gebildet.

   Anschliessend werden eine Metallsperrschicht 4 z.B. aus Titan (Ti) , Molybdän (Mo) oder Vanadium (V), eine zweite Metallschicht 5 z.B. aus Nickel (Ni) und eine dritte Metallschicht 6 z.B. aus Gold (Au), Silber (Ag) oder einer Au-Ag-Legierung nacheinander durch Aufdampfen, Sputtern etc. gebildet.
Schritt 4: Der Halbleiterwafer 1, der nunmehr auf seiner Rückseite die vier Metallfilm-Schichten 3 bis 6 aufweist, wird in einen auf einer Temperatur von etwa 300 bis 470 [deg.]C gehaltenen Ofen gebracht und gesintert.

   Dadurch diffundieren die Materialien des Halbleiterwafers 1 und der ersten Metallschicht 3 ineinander, wodurch ein hervorragender Ohm<1>scher Kontakt geschaffen wird (JP-A 04-072764).
Wie in Fig. 5D gezeigt, ergibt sich dabei jedoch das Problem, dass sich der Halbleiterwafer 1 nach dem Sintern biegt, als würde an seiner Rückseite gezogen.
Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke und dem Biegeausmass eines ca. 15 cm (6 Zoll) -Siliziumwafers, auf dessen Rückseite eine 200 nm dicke erste Metallschicht (AI) 3, eine 100 nm dicke Metallsperrschicht (Ti) 4, eine 500 nm dicke zweite Metallschicht (Ni) 5 und eine 200 nm dicke dritte Metallschicht (Au) 6 aufgebracht sind.

   In Fig. 6 repräsentiert das Zeichen  die Beziehung vor dem Sintern und das Zeichen - die Beziehung nach dem Sintern.
Wenn beispielsweise die Dicke des Siliziumwafers 200 [mu]m beträgt, dann macht das Biegeausmass X nach dem Sintern 1,7 mm aus, wenn die Dicke 130 [mu]m beträgt, dann macht das Biegeausmass X 3,8 mm aus, und wenn die Dicke 60 [mu]m beträgt, dann macht das Biegeausmass X 16 mm aus.
Auf diese Weise gebogen verfängt sich der Halbleiterwafer 1 während des Transports in einem Gerät, wodurch es zu einem Transportfehler, einer Verarbeitungsunterbrechung etc. kommt. Darüber hinaus wird die Lötverbindung beim Chipbonden (DieBonden) des zu einem Chip geschnittenen Halbleiterwafers 1 an ein Substrat oder dergl.

   Träger mangelhaft, wodurch es zu einem fehlerhaften Bonden kommt.
Durch intensive Forschungsarbeit wurde nun herausgefunden, dass sich die Beschaffenheit des die zweite Metallschicht 5 (insbesondere aus Ni) bildenden Films bei einer Wärmebehandlung verändert und die Biegung des Halbleiterwafers 1 beeinflusst, was zur vorliegenden Erfindung führte.
Demgemäss liegt ein Ziel der Erfindung im Vorsehen eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei welchem das Biegeausmass einer Halbleitervorrichtung aufgrund einer Wärmebehandlung verringert wird.
Die Erfindung zielt somit auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer Rückenelektrode ab, wobei ein Halbleiterwafer mit einer Vorderseite und einer Rückseite hergestellt sowie eine erste und eine zweite Metallschicht 3, 5 auf der Rückseite des Halbleiterwafers 1 angebracht werden.

   Je nachdem kann weiters eine Metallsperrschicht vor oder nach der Wärmebehandlung angebracht werden, die Metallsperrschicht kann auch zweilagig ausgeführt werden, wobei die Wärmebehandlung vor dem Anbringen der zweiten Lage der Metallsperrschicht gebildet wird.
Der Einsatz des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung ermöglicht eine Verringerung des Biegeausmasses des Halbleiterwafers und die Verhinderung eines Transportfehlers und dgl. am Halbleiterwafer.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen im Einzelnen: die Fig.

   IA bis 1E schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterwafers gemäss einzelnen Schritten eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; die Fig. 2A bis 2E entsprechende Querschnittsansichten gemäss Schritten eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäss einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; die Fig. 3A bis 3E Querschnittsansichten gemäss Schritten eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäss einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

   Fig. 4 eine Draufsicht auf eine herkömmliche Halbleitervorrichtung; die Fig. 5A bis 5D Querschnittsansichten von herkömmlichen Schritten bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung; und Fig. 6 die Beziehung zwischen der Waferdicke und dem Biegeausmass in einer nach einem herkömmlichen Herstellungsverfahren angefertigten Halbleitervorrichtung.
Die Fig. IA bis 1E veranschaulichen ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäss einer ersten Ausführungsform, wobei Querschnittsansichten eines Halbleiterwafers gemäss einzelnen Schritten bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung gezeigt sind. Die
Halbleitervorrichtung ist allgemein mit 100 bezeichnet. Die Querschnittsansichten in den Fig. IA bis 1E zeigen die Halbleitervorrichtung 100 in Schnitten entsprechend der Richtung wie die Richtung gemäss der Linie IV-IV in Fig. 4.

   Dieses Herstellungsverfahren enthält die folgenden Schritte 1 bis 5:
Schritt 1: Wie in Fig. IA gezeigt, wird ein Halbleiterelement 2, wie ein Isoliergate-Bipolartransistor (IGBT Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode) , auf einem Halbleiterwafer 1 aus Silizium od. dgl. gebildet. Die Filmdicke des Halbleiterwafers 1 ist tl (vor dem Polieren) .
Schritt 2: Wie in Fig. 1B gezeigt, wird der Halbleiterwafer 1 zur Verringerung des Widerstands des Halbleiterelements 2 rückseitig auf eine geringere Filmdicke t2 (nach dem Polieren) poliert .
Schritt 3: Wie in Fig.

   IC gezeigt, wird eine erste Metall Schicht 3, z.B. aus AI oder einer Al-Si-Legierung, auf der Rückseite des Halbleiterwafers 1 gebildet, beispielsweise durch Aufdampfen, Sputtern oder dergl..
Vor dem Anbringen der ersten Metallschicht 3 auf der Rückseite des Halbleiterwafers 1 können Bor(B)-, Arsen (As)oder andere Ionen von der Rückseite des Halbleiterwafers 1 her implantiert werden, und so implantierte Ionen können durch Erhitzen aktiviert werden.
Schritt 4: Der Halbleiterwafer 1 wird in einen auf einer Temperatur von etwa 300 bis 470 [deg.]C gehaltenen Ofen gebracht und wärmebehandelt (gesintert) . Dabei wird bewirkt, dass der Halbleiterwafer 1 und die erste Metallschicht 3 ineinander diffundieren, und so ein hervorragender Ohm' scher Kontakt erzeugt.

   Wie in Fig. 1D gezeigt, biegt sich der Halbleiterwafer 1 während dieser Wärmebehandlung kaum durch.
Schritt 5: Wie in Fig. 1E gezeigt, werden sodann eine Metallsperrschicht 4, z.B. aus Ti, Mo oder V, eine zweite Metallschicht 5, z.B. aus Ni, und eine dritte Metallschicht 6, z.B. aus Au, Ag oder einer Au-Ag-Legierung, nacheinander durch Aufdampfen, Sputtern etc. gebildet. Nach Bilden dieser Metallschichten 4, 5, 6 erfolgt keine Wärmebehandlung.
Die zweite Metallschicht 5 soll für eine günstige Lötverbindung beim Chipbonden sorgen.

   Die dritte Metallschicht 6 soll die Oxidation der zweiten Metallschicht 5 verhindern.
Falls ein Siliziumwafer als Halbleiterwafer 1 verwendet wird, dessen Durchmesser 15 cm (6 Zoll) beträgt und dessen Filmdicke t2 60 [mu]m ist, dann macht das Biegeausmass X nach Bilden der ersten Metallschicht 3 mit einer Dicke von 200 nm und nach Durchführen der Wärmebehandlung 1 mm oder weniger aus.
Nach Bilden der Metallsperrschicht 4 mit einer Dicke von 100 nm, der zweiten Metallschicht 5 mit einer Dicke von 500 nm und der dritten Metallschicht 6 mit einer Dicke von 200 nm macht das Biegeausmass X 2 mm oder weniger aus.
Da der Wärmebehandlungsschritt (Sintern) nichtmach dem Bilden der zweiten Metallschicht 5, z.B. aus Ni, durchgeführt wird, ist es möglich, die Durchbiegung des Halbleiterwafers 1 zu verringern.

   Kurz gesagt, die zweite Metallschicht 5 wird keiner Wärmebehandlung mit einer hohen Temperatur, z.B. 300 [deg.]C oder mehr, unterzogen, weshalb die Durchbiegung des Halbleiterwafers 1 verringert wird. Bei Anwendung des Herstellungsverfahrens gemäss der ersten Ausführungsform ist es daher möglich, einen hervorragenden Ohm 'sehen Kontakt durch die Wärmebehandlung zu schaffen und die Durchbiegung des Halbleiterwafers 1 zu verringern.
In Schritt 5 beträgt die Substrattemperatur des Halbleiterwafers 1 während der Bildung der zweiten Metallschicht 5 und der dritten Metallschicht 6 vorzugsweise 80[deg.]C oder weniger.

   Bei der Bildung der zweiten Metallschicht 5 und der dritten Metallschicht 6 bei einer niedrigen Temperatur von 80[deg.]C oder weniger ist es möglich, das Biegeausmass X des Halbleiterwafers 1 noch weiter, nämlich bis auf 1 mm oder weniger, zu reduzieren.
Die Fig. 2A bis 2E zeigen in entsprechenden Querschnittsansichten Schritte des Verfahrens zur Herstellung einer allgemein mit 200 bezeichneten Halbleitervorrichtung gemäss einer zweiten Ausführungsform. Die Querschnittsansichten in den Fig. 2A bis 2E zeigen die Halbleitervorrichtung 200 wiederum entsprechend der Schnittlinie IV-IV in Fig. 4. In den Fig. 2A bis 2E entsprechen dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. IA bis 1E gleichen oder entsprechenden Teilen.

   Das vorliegende Herstellungsverfahren enthält die folgenden Schritte 1 bis 5:
Schritte 1 und 2: Die in den Fig. 2A und 2B gezeigten Schritte 1 und 2 entsprechen den Schritten 1 und 2 gemäss der vorherigen ersten Ausführungsform.
Schritt 3: Wie in Fig. 2C gezeigt, werden die erste Metallschicht 3, z.B. aus AI oder einer Al-Si-Legierung, und die Metallsperrschicht 4, z.B. aus Ti, Mo oder V, auf der Rückseite des Halbleiterwafers 1 gebildet.

   Die erste Metallschicht 3 und die Metallsperrschicht 4 werden durch Aufdampfen, Sputtern etc. aufgebracht.
Vor dem Anbringen der ersten Metallschicht 3 auf der Rückseite des Halbleiterwafers 1 können B-, As- oder andere Ionen von der Rückseite des Halbleiterwafers 1 her implantiert werden, und so implantierte Ionen können hitzeaktiviert werden.
Schritt 4: Der Halbleiterwafer 1 wird in einen auf einer Temperatur von etwa 300 bis 470 [deg.]C gehaltenen Ofen gebracht und wärmebehandelt (gesintert) . Dabei wird bewirkt, dass der Halbleiterwafer 1 und die erste Metallschicht 3 ineinander diffundieren, um so einen hervorragenden Ohm' sehen Kontakt zu erzeugen. Wie in Fig. 2D gezeigt, biegt sich der Halbleiterwafer 1 während dieser Wärmebehandlung praktisch nicht durch.

   Schritt 5: Wie in Fig. 2E gezeigt werden anschliessend die zweite Metallschicht 5, z.B. aus Ni, und die dritte Metallschicht, 6 z.B. aus Au, Ag oder einer Au-Ag-Legierung nacheinander durch Aufdampfen, Sputtern etc. gebildet. Nach Anbringen dieser Metallschichten erfolgt keine Wärmebehandlung.
Falls ein Siliziumwafer als Halbleiterwafer 1 verwendet wird, dessen Durchmesser 15 cm (6 Zoll) und dessen Filmdicke t2 60 [mu]m betragen, dann macht das Biegeausmass X nach Bilden der ersten Metallschicht 3 mit einer Filmdicke von 200 nm und der Metallsperrschicht 4 mit einer Filmdicke von 100 nm und nach Durchführung der Wärmebehandlung 1 mm oder weniger aus.
Nach Bilden der zweiten Metallschicht 5 mit einer Dicke von 500 nm und der dritten Metallschicht 6 mit einer Dicke von 200 nm macht das Biegeausmass X 2 mm oder weniger aus.
Da der Wärmebehandlungsschritt (Sintern)

   nicht nach Bilden der zweiten Metallschicht 5, z.B. aus Ni, durchgeführt wird, ist es möglich, die Durchbiegung des Halbleiterwafers 1 zu verringern. Bei Anwendung des Herstellungsverfahrens gemäss der zweiten Ausführungsform ist es daher ebenfalls möglich, einen hervorragenden Ohm<1>sehen Kontakt durch die Wärmebehandlung zu schaffen und nichtsdestoweniger die Durchbiegung des Halbleiterwafers zu verringern.
Bei Anwendung des Verfahrens gemäss der zweiten Ausführungsform wird insbesondere auch eine verbesserte Adhäsion zwischen der ersten Metallschicht 3 und der Metallsperrschicht 4 erzielt.
In Schritt 5 beträgt die Temperatur des Halbleiterwafers 1 während der Bildung der zweiten Metallschicht 5 und der dritten Metallschicht 6 vorzugsweise 80[deg.]C oder weniger.

   Bei der Bildung der zweiten Metallschicht 5 und der dritten Metallschicht 6 bei einer derart niedrigen Temperatur von 80 [deg.]C oder weniger ist es möglich, das Biegeausmass X des Halbleiterwafers 1 noch weiter, nämlich bis auf 1 mm oder weniger, zu reduzieren.
Die Fig. 3A bis 3E zeigen wiederum entsprechende Querschnittsansichten zur Veranschaulichung der Schritte bei Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung 300 gemäss einer dritten Ausführungsform. Die Querschnittsansichten in den Fig. 3A bis 3E zeigen die Halbleitervorrichtung 300 wieder entsprechend der Schnittlinie IV-IV in der Fig. 4. In den Fig. 3A bis 3E entsprechen dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. IA bis 1E gleichen oder entsprechenden Teilen.

   Das vorliegende Herstellungsverfahren enthält die folgenden Schritte 1 bis 5:
Schritte 1 bis 4: Die in den Fig. 3A bis 3D gezeigten Schritte 1 bis 4 sind ähnlich den Schritten 1 bis 4 gemäss der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform.
Schritt 5: Wie in Fig. 3E gezeigt, wird nun nach Anbringen der ersten Metallschicht 3 und der Metallsperrschicht 4 eine weitere Metallsperrschicht 7 aus Ti, Mo oder V, demselben Material wie die Metallsperrschicht 4, gebildet.

   Da die Metallsperrschicht 7, die aus demselben Material wie die Metallsperrschicht 4 hegestellt ist, nach dem Sintern gebildet wird, verbessert sich die Adhäsion zwischen der Metallsperrschicht 7 und der darüber liegenden zweiten Metallschicht 5.
Im Anschluss daran werden die zweite Metallschicht 5 z.B. aus Ni und die dritte Metallschicht 6 z.B. aus Au, Ag oder einer Au-Ag-Legierung, nacheinander durch Aufdampfen, Sputtern etc. gebildet.

   Nach Anbringen der Metallsperrschicht 7 und dieser Metallschichten 5 und 6 erfolgt keine Wärmebehandlung.
Falls ein Siliziumwafer als Halbleiterwafer 1 verwendet wird, dessen Durchmesser 15 cm (6 Zoll) und dessen Filmdicke t2 60 [mu]m betragen, dann macht das Biegeausmass X nach Bilden der ersten Metallschicht 3 mit einer Filmdicke von 200 nm und der Metallsperrschicht 4 mit einer Filmdicke von 100 nm und nach Durchführung der Wärmebehandlung 1 mm oder weniger aus.
Nach Bilden der Metallsperrschicht 7, der zweiten Metallschicht 5 mit einer Dicke von 500 nm und der dritten Metallschicht 6 mit einer Dicke von 200 nm macht das Biegeausmass X 2 mm oder weniger aus.
Da der Wärmebehandlungsschritt (Sintern) nicht nach dem Bilden der zweiten Metallschicht 5, z.B. aus Ni durchgeführt wird, ist es möglich, die Biegung des Halbleiterwafers 1 zu verringern.

   Bei Anwendung des Herstellungsverfahrens gemäss der dritten Ausführungsform, ist es daher möglich, einen hervorragenden Ohm' sehen Kontakt durch die Wärmebehandlung zu schaffen und die Durchbiegung des Halbleiterwafers zu verringern.
In Schritt 5 beträgt die Temperatur des Halbleiterwafers 1 während der Bildung der Metallsperrschicht 1 , der zweiten Metallschicht 5 und der dritten Metallschicht 6 vorzugsweise 80[deg.]C oder weniger. Bei der Bildung der Metallsperrschicht 7, der zweiten Metallschicht 5 und der dritten Metallschicht 6 bei einer niedrigen Temperatur von 80 [deg.]C oder weniger ist es möglich, das Biegeausmass X des Halbleiterwafers 1 noch weiter, nämlich bis auf 1 mm oder weniger, zu reduzieren.

Claims (6)

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung (100) mit einer Rückenelektrode, wobei ein Halbleiterwafer (1) mit einer Vorderseite und einer Rückseite hergestellt sowie wenigstens eine erste und eine zweite Metallschicht (3, 5) auf der Rückseite des Halbleiterwafers (1) angebracht werden, gekennzeichnet durch einen Wärmebehandlungsschritt beim Bilden der ersten Metallschicht (3) auf der Rückseite des Halbleiterwafers (1), wobei durch die Wärmebehandlung ein Ohm' scher Kontakt zwischen dem Halbleiterwafer (1) und der ersten Metallschicht (3) geschaffen wird, und durch das Bilden der zweiten Metallschicht (5) , insbesondere aus Ni, auf der Rückseite des Halbleitersubstrats (1) nach dem Wärmebehandlungsschritt .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Durchführung der Wärmebehandlung eine Metallsperrschicht (4) und dann, auf letzterer, die zweite Metallschicht (5) gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallsperrschicht (4) auf der ersten Metallschicht (3) gebildet wird, dann die Wärmebehandlung durchgeführt wird und nach der Wärmebehandlung die zweite Metallschicht (5) auf der Metallsperrschicht (4) gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallsperrschicht (4) auf der ersten Metallschicht (3) gebildet wird, dann die Wärmebehandlung durchgeführt wird und nach der Wärmebehandlung eine weitere Metallsperrschicht (7) auf der Metallsperrschicht (4) und schliesslich die zweite Metallschicht
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallschicht (3) aus einem Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus AI und einer Al-Si-Legierung, erzeugt wird.
(5) auf der weiteren Metallsperrschicht (7) gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Schritte nach der Wärmebehandlung unter Halten der Temperatur des Halbleiterwafers (1) auf einem niedrigeren Wert als die bei der Wärmebehandlung verwendete Temperatur durchgeführt wird bzw. werden.
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