CN101261946A - 金属电极形成方法和具有金属电极的半导体器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属电极形成方法和具有金属电极的半导体器件，其中一种金属电极形成方法包括：在衬底(11)上形成基底电极(12)；形成保护膜(13，53)，其在基底电极上具有开口(13a，53a)，以从该开口将基底电极暴露出来；形成覆盖保护膜和开口的金属膜(14，54)；在吸附台(21)上固定衬底，并通过表面形状测量装置(23)测量表面形状；通过形变装置(24)使衬底形变，使得主表面和切削表面之间的差异在预定范围内；测量主表面的表面形状，并判断该差异是否在预定范围内；以及沿该切削表面切削衬底，以将金属膜构图成金属电极(15，55)。

Description

金属电极形成方法和具有金属电极的半导体器件

技术领域

本发明涉及一种金属电极形成方法和具有金属电极的半导体器件。

背景技术

近年来，有一种需求，希望在形成于半导体衬底上的电路表面上以低成本形成用于焊接接缝等的金属电极。

响应于该需求，作为一种在构图中无需包括光刻步骤的形成金属电极的技术，专利文献1(JP-A-2006-186304)公开了一种在制造半导体器件的过程中实施的形成金属电极的技术，其中：在半导体衬底的一侧上形成基底电极(bed eletrode)；在基底电极上形成保护膜并在保护膜中形成开口；以及在通过开口裸露的基底电极表面上形成用于连接的金属电极。根据该技术，制造出一个水平高度差，使得通过开口暴露的基底电极的表面从保护膜顶部下凹，利用该水平高度差，从而通过切削处理对形成于基底电极上的金属膜和类似的保护膜进行构图。于是，形成了金属电极。

如上述技术那样，在通过切削形成金属电极的图案时，必须要以这样的高精度来实现切削处理，使得在半导体衬底的整个表面上以金属膜表面为基准的切削量的变化降到例如2μm以下。

这里，当把半导体衬底吸附或紧固到吸附台上时，使半导体衬底发生形变从而使半导体衬底的背面平坦化。因此，当反映出其背侧的原始不规则形状时，半导体衬底的主要侧的形状被形成为具有很大的不规则性。

在平行于吸附台的平面上执行切削工作。因此，当半导体衬底的厚度变化大于所要求的切削量精确度时，例如为3μm时，在该平面的一部分中会存在不满足所要求的切削量精确度的区域。这造成产率降低的问题。

因此，需要通过切削处理对金属膜进行构图而实现金属电极形成方法和半导体器件，该方法用于在半导体衬底上形成有金属电极的半导体器件，半导体衬底的厚度变化大于对切削量所要求的精确度，执行所述切削处理用于满足切削量所要求的精确度。

此外，如上述技术那样，在通过切削形成金属电极图案时，必须要切削树脂材料制成的保护膜上层叠有金属膜的区域。当保护膜的表面粗糙度增大时，绝缘强度降低。因此，必须要将经过切削处理的保护膜的表面粗糙度限制在100nm或更小。

由于金属膜和保护膜在刚性方面彼此很不相同，因此在切削保护膜上层叠有金属膜的区域时，在切削夹具的尖端附近作用于保护膜的拉应力变高。因此，作为金属膜的下层膜的保护膜的处理侧被拉动(plucked)。这导致了一个问题，即经过切削处理的保护膜的表面粗糙度增大了。

因此，需要实现一种用于半导体器件的金属电极形成方法，其能够减小经过切削处理的保护膜的表面粗糙度。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种金属电极形成方法。本发明的另一目的是提供一种具有金属电极的半导体器件。

根据本公开的第一方面，一种用于半导体器件的金属电极形成方法包括：在半导体衬底的主表面上形成基底电极，其中所述基底电极电连接到半导体元件；在所述基底电极上形成保护膜，并在所述保护膜中形成开口，使得所述基底电极从所述开口暴露出来；在所述保护膜上形成金属膜，以覆盖所述保护膜和所述保护膜的所述开口；在吸附台上安装具有所述金属膜的所述半导体衬底，并通过表面形状测量装置测量所述金属膜的至少一部分的表面形状，其中所述吸附台在所述台上吸附和固定所述半导体衬底，并且其中所述金属膜的一部分设置在所述保护膜上；利用能够使所述半导体衬底发生位移的形变装置，基于所述金属膜的一部分的表面形状数据使所述半导体衬底发生形变，使得所述半导体衬底的所述主表面和切削表面之间的差异在预定范围之内，并且其中所述形变装置设置在台一侧上；测量所述半导体衬底的所述主表面的表面形状，并判断所述切削表面和所述半导体衬底的所述主表面之间的差异是否在预定范围之内；以及当所述切削表面和所述半导体衬底的所述主表面之间的差异在所述预定范围之内时，沿所述切削表面切削具有所述金属膜的所述半导体衬底，以便将所述金属膜构图成金属电极。

当把半导体衬底吸附或紧固到吸附台时，虽然在反映出其背侧的形状的同时表面部分的凹陷和凸起部分之间的差异增大，但能够减小表面部分的凹陷和凸起部分之间的差异。此外，可以将切削平面和表面部分之间的距离限定到预定范围内。因此，由于可以提高切削处理中的精度，因此可以提高形成金属电极的产率。

或者，在切削具有所述金属膜的所述半导体衬底期间，仅一部分所述金属膜保留在所述保护膜的所述开口中，从而使所述金属膜的所述部分提供所述金属电极。

或者，所述形变装置可以设置在所述吸附台的背侧上，使得所述形变装置与所述半导体衬底位置相反，并且所述形变装置经由所述吸附台使所述半导体衬底发生位移。

或者，所述形变装置可以包括多个致动器，并且每个致动器独立地使所述半导体衬底发生位移。此外，每个致动器都可以是具有压电元件的压电致动器。此外所述表面形状测量装置可以在多个测量点处测量所述金属膜的表面形状，并且所述测量点的数目大于所述致动器的数目。

或者，所述表面形状测量装置可以在多个测量点处测量所述金属膜的表面形状，并且其中所述形变装置以如下方式使所述半导体衬底发生位移：所述形变装置在每一个均对应于所述测量点的多个位移点处向所述半导体衬底施加位移。

或者，所述表面形状测量装置可以是激光位移计，其沿着平行于所述切削表面的平面扫描所述金属膜的表面形状。

根据本公开的第二方面，一种半导体器件包括：半导体衬底，其具有主表面和背侧表面；基底电极，其电连接到半导体元件，其中所述基底电极设置在所述半导体衬底的所述主表面上；保护膜，其设置于所述基底电极上，其中所述保护膜包括开口，所述基底电极的一部分通过所述开口而暴露出来；以及金属电极，其设置在所述保护膜的所述开口中并接触所述基底电极的所述部分。所述保护膜的表面和所述金属电极的表面的平坦度偏差小于所述半导体衬底的所述背侧表面的粗糙度，并且所述金属电极以如下方式提供：切削用于覆盖所述保护膜和所述保护膜的所述开口的金属膜，以便在具有所述金属膜的所述半导体衬底被安装在吸附台上的条件下，将所述保护膜构图成所述金属电极。

在该半导体器件中，通过切削处理切削的部分的厚度变化小于半导体衬底的背侧的凹陷和凸起部分之间的差异。因此，所有区域都满足切削量所要求的精确度。可以提高产率。

或者，所述保护膜的所述开口和所述基底电极的所述部分可以以如下方式提供沟槽：所述保护膜提供所述沟槽的侧壁，而所述基底电极的所述部分提供所述沟槽的底部，并且所述金属电极设置在所述沟槽的所述侧壁和所述底部上。

或者，所述半导体器件还可以包括：设置在沟槽中的金属电极上的焊料层。

或者，所述金属电极可以从保护膜的开口突出出来。

或者，所述保护膜可以由树脂制成。

根据本公开的第三方面，一种用于半导体器件的金属电极形成方法包括：在半导体衬底的主表面上形成基底电极，其中所述基底电极电连接到半导体元件；在所述基底电极上形成保护膜，并在所述保护膜中形成开口，使得所述基底电极从所述开口暴露出来；在所述保护膜上形成金属膜，以覆盖所述保护膜和所述保护膜的所述开口；在第一吸附台上安装所述半导体衬底，以在所述第一吸附台上接触所述金属膜，其中所述第一吸附台包括用于在其上吸附所述半导体衬底的第一平坦表面；设置具有平行于所述第一吸附台的所述第一平坦表面的第二平坦表面的平坦化台，在所述半导体衬底的背侧表面和所述平坦化台的所述第二平坦表面之间插入填充物，并且固化所述填充物从而使所述半导体衬底的切削表面平坦化，其中所述背侧表面与所述主表面相反；以及通过所述填充物在第二吸附台上吸附和固定所述半导体衬底，并且沿所述切削表面切削具有所述金属膜的所述半导体衬底，使得仅一部分所述金属膜保留在所述保护膜的所述开口中，其中所述金属膜的所述部分提供金属电极。

在上述方法中，改善了金属膜表面的平坦度。此外，即使在切削处理期间半导体衬底被吸附或紧固时，金属膜的表面的形状在反映背侧原始不规则形状的同时也不会具有大的不规则性。亦即，减小了金属膜表面的凹陷和凸起部分之间的差异，且将用于切削处理的切削平面和金属膜表面之间的距离约束到预定范围之内。因此，由于可以提高切削处理中的精度，因此可以提高形成金属电极的产率。

或者，填充物可以由加热时表现出流动性的材料制成。

或者，可以以如下方式插入所述填充物：在所述平坦化台的所述第二平坦表面上涂布所述填充物，并且将具有所述填充物的所述平坦化台施压接触(press-contact)到所述半导体衬底的所述背侧表面。

根据本公开的第四方面，一种用于半导体器件的金属电极形成方法包括：在半导体衬底的主表面上形成基底电极，其中所述基底电极电连接到半导体元件；在所述基底电极上形成保护膜，并在所述保护膜中形成开口，使得所述基底电极从所述开口暴露出来；在所述保护膜上形成金属膜，以覆盖所述保护膜和所述保护膜的所述开口；在第一吸附台上安装所述半导体衬底，以在所述第一吸附台上接触所述金属膜，其中所述第一吸附台包括用于在其上吸附所述半导体衬底的第一平坦表面；以所述背侧表面面对所述第三吸附台的方式在第三吸附台上方设置所述半导体衬底，以所述位移装置与所述半导体衬底相反的方式在所述第三吸附台下方设置位移装置，并向所述第三吸附台施加位移，使得所述第三吸附台匹配并接触所述半导体衬底的所述背侧表面；以及在所述第三吸附台上吸附和固定所述半导体衬底的所述背侧表面，并切削具有所述金属膜的所述半导体衬底，使得仅一部分所述金属膜保留在所述保护膜的所述开口中，其中所述金属膜的所述部分提供金属电极。

在上述方法中，改善了金属膜表面的平坦度。即使在切削处理期间半导体衬底被吸附或紧固时，金属膜的表面形状在反映背侧原始不规则形状的同时也不会具有大的不规则性。亦即，减小了金属膜表面的凹陷和凸起部分之间的差异，且将用于切削处理的切削平面和金属膜表面之间的距离约束到预定范围之内。因此，由于可以提高切削处理中的精度，因此可以提高形成金属电极的产率。

或者，所述位移装置可以包括多个致动器，每个致动器都能够独立控制位移。

或者，每个致动器可以是包括压电元件的压电致动器。

根据本公开的第五方面，一种用于半导体器件的金属电极形成方法包括：在半导体衬底的主表面上形成基底电极，其中所述基底电极电连接到半导体元件；在所述基底电极上形成保护膜，并在所述保护膜中形成开口，使得所述基底电极从所述开口暴露出来；在所述保护膜上形成金属膜，以覆盖所述保护膜和所述保护膜的所述开口；以及利用切削工具切削具有所述金属膜的所述半导体衬底，使得仅一部分所述金属膜保留在所述保护膜的所述开口中，其中所述金属膜的所述部分提供金属电极。所述切削工具包括切削表面，所述切削表面具有第一刀刃部分和第二刀刃部分。所述第一刀刃部分设置在所述切削表面的第一侧上，而所述第二刀刃部分设置在所述切削表面的第二侧上。所述切削表面的所述第一侧面向所述切削工具的前向(forward direction)，而所述切削表面的所述第二侧面向所述切削工具的后向(backward direction)。所述切削工具沿所述前向移动，而所述后向与所述前向相反。所述切削工具以预定的间距按步进方式移动。以如下方式确定所述间距：所述第一刀刃部分切削所述金属膜在所述保护膜上的堆叠层；以所述预定间距移动所述切削工具；并且所述第二刀刃部分切削所述保护膜暴露出来的区域。

在上述方法中，可以在以指定间距移动切削工具之后要执行的切削期间，利用第二刀刃部分切削保护膜(被第一刀刃部分切削，并且其表面已被削掉从而增大了表面粗糙度)被暴露出来的区域。因此，可以减小经过切削处理的保护膜的表面粗糙度。

或者，所述第一刀刃部分可以利用具有定义为R的曲率半径的预定弧连接到所述第二刀刃部分，所述切削工具以定义为d的切削深度切削所述保护膜，并且定义为P的所述预定间距具有关系0＜P≤2/3(2Rd-d²)^1/2。

或者，所述第一刀刃部分以第一面和第二面连接到所述第二刀刃部分，所述第一面和所述第二面中的每一个相对于所述金属膜的表面都倾斜定义为θ的预定角。所述切削工具以定义为d的切削深度切削所述保护膜，并且定义为P的所述预定间距具有关系0＜P≤2d/(3tanθ)。

或者，所述保护膜可以由聚酰亚胺树脂制成，所述切削工具以等于或小于8μm的切削深度切削所述保护膜。

附图说明

通过参考附图给出的如下详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中：

图1为其上根据第一实施例的金属电极形成方法的其上形成有金属电极的半导体器件的截面说明图；

图2A到图2C示出了第一实施例的金属电极形成方法中包括的步骤；

图3A和图3B示出了第一实施例的金属电极形成方法中包括的步骤；

图4A和图4B示出了第一实施例的金属电极形成方法中包括的步骤；

图5A和图5B为示出了表面形状控制设备的说明图，图5A为表面形状控制设备的截面图，图5B为从半导体衬底一侧看到的其平面说明图；

图6A到图6C为示出了用于半导体衬底的表面形状控制的范例的说明图，图6A为在吸附期间检测到的半导体衬底的厚度的分布曲线(profile)，图6B为形变单元施加的位移的分布曲线，图6C为形变单元移动的半导体衬底的厚度的分布曲线；

图7为已焊接其金属电极的半导体器件的截面说明图；

图8A和图8B示出了第二实施例的金属电极形成方法中包括的步骤；

图9A和图9B示出了第二实施例的金属电极形成方法中包括的步骤；

图10示出了第二实施例的金属电极形成方法中包括的步骤；

图11A和图11B示出了第二实施例的金属电极形成方法中包括的步骤；

图12A和图12B示出了第二实施例的金属电极形成方法中包括的步骤；

图13A到图13C示出了第三实施例的金属电极形成方法中包括的步骤；

图14A和图14B示出了第三实施例的金属电极形成方法中包括的步骤；

图15A和图15B示出了第三实施例的金属电极形成方法中包括的步骤；

图16A和图16B为倾倒填充物以形成平坦部分的方法的变型的说明图；

图17A和图17B为第四实施例的金属电极形成方法中采用的位移控制吸附设备的说明图，图17A为截面图，而图17B为从半导体衬底侧看到的设备的平面说明图；

图18A和图18B示出了第四实施例的金属电极形成方法中包括的步骤；

图19A和图19B示出了第四实施例的金属电极形成方法中包括的步骤；

图20A到图20C示出了根据第五实施例的金属电极形成方法包括的步骤；

图21为切削工具切削金属电极和保护膜的状态的截面说明图；

图22A和图22B为保护膜的切削间距和切削状态之间的关系的截面说明图；

图23为决定切削间距的条件的方法的截面说明图，该方法能够减小经过切削处理的保护膜的表面粗糙度；以及

图24为由根据第六实施例的金属电极形成方法中采用的切削工具切削金属电极和保护膜的状态的截面说明图。

具体实施方式

(第一实施例)

参考附图，以下将描述根据本发明的半导体器件的金属电极形成方法和半导体器件的第一实施例。图1为其上根据第一实施例的金属电极形成方法形成有金属电极的半导体器件的截面说明图。图2A到图4B示出了金属电极形成方法中包括的步骤。图5A和图5B为表面形状控制设备的说明图。图5A为截面图，而图5B为从半导体衬底侧看到的表面形状控制设备的平面说明图。图6A到图6C为给出半导体衬底的表面形状控制的范例的说明图。图6A为在吸附期间检测到的半导体衬底的厚度的分布曲线，图6B为由形变单元施加的位移的分布曲线，图6C为由形变单元移动的半导体衬底的厚度的分布曲线。图7为其金属电极已焊接的半导体器件的截面说明图。

适用于电源卡(power card)等的半导体器件10是以半导体衬底11为主体形成的，半导体衬底11由硅等制成。利用纯铝(Al)或诸如铝-硅(Al-Si)合金或铝-硅-铜(Al-Si-Cu)合金的铝合金，在半导体衬底11的主要侧11a上形成作为元电极(element electrode)的基底电极12。

形成绝缘材料制成的保护膜13以覆盖主要侧11a和每个基底电极12的一部分。例如，由厚度在1到20μm范围内的聚酰亚胺树脂制造保护膜13。

从保护膜的表面到基底电极12在保护膜13中形成开口13a，基底电极12通过开口13a暴露出来。

制造水平高度差，使得通过开口13a暴露出来的基底电极12的表面12a从保护膜13的顶部13b下凹。

形成金属电极15以覆盖通过各个开口13a暴露的基底电极12的表面12a和产生水平高度差的保护膜13的侧面13c，导线耦合到该金属电极15。通过在基底电极12的侧上由钛(Ti)-镍(Ni)-金(Au)叠层或Ni-Au叠层按该顺序叠置其各部分来形成金属电极15，并将金属电极15电连接到各个基底电极12。

接下来，下文将描述形成金属电极15的方法。

首先，如图2A所示，制备半导体衬底11，半导体衬底11中形成有未示出的半导体元件，并依照光刻法对衬底进行构图以在其主要侧11a上形成电连接到半导体元件的基底电极12。

之后，依照旋涂法等形成保护膜13，保护膜13的厚度例如为10μm且由聚酰亚胺树脂制造。依照光刻法从保护膜的表面向基底电极12形成开口13a，基底电极12通过该开口13a暴露出来。当把树脂材料用作保护膜13时，可以适当地覆盖具有厚度的基底电极12。

产生了水平高度差，从而通过开口13a暴露出来的基底电极12的表面12a将从保护膜13的顶部13b下凹。

之后，如图2B所示，依照电镀法或溅射法形成金属膜14，以覆盖每个基底电极12、保护膜13的顶部13b和保护膜13的侧面13c。金属膜14可以是一种叠层，例如Ti-Ni-Au叠层或Ni-Au叠层，或可以是单层金属膜。

之后，如图2C所示，将半导体衬底11设置在表面形状控制设备20(图5A和图5B)中包括的吸附台21b的吸附表面21a上，半导体衬底11的背侧11b接触吸附表面21a并被吸附或紧固。此时，背侧11b由于吸附表面21a上产生的吸附力而变平坦。因此，当反映出背侧11b的原始不规则形状时，半导体衬底11的表面部分11c的形状具有很大的不规则性。

现在，表面部分11c指覆盖保护膜13的顶部13b的金属膜14的一部分。此外，表面形状指表面部分11c的不规则的轮廓，由表面部分11c和稍后描述的切削表面P之间的距离值曲线表示。可以根据从表面部分11c观察到的半导体衬底11的厚度或其表面粗糙度以数值表达表面形状，并由表面形状数据表示该表面形状。

现在，将参考图5A和图5B描述表面形状控制设备20的构造。

表面形状控制设备20包括：台21，其上放置半导体衬底11；吸附单元22，其吸附或紧固半导体衬底11；表面形状测量单元23，其测量半导体衬底11的表面部分11c的形状；形变单元24，从半导体衬底11背侧11b使半导体衬底11发生形变；以及控制计算机25，其控制这些单元。

台21具有中空形状，并且包括吸附台21b和下方台21c之间的空洞21d。吸附台21b包括吸附或紧固半导体衬底11的吸附表面21a以及吸附孔21e，吸附力通过吸附孔21e作用在半导体衬底11上，利用诸如真空泵等的吸附单元22通过使空洞21d内的压力降低生成吸附力。

将吸附台21b形成为容易发生形变的，以便向半导体衬底11施加位移，该位移由稍后描述的形变单元24生成。这里，用厚度为1mm的不锈钢板形成吸附台21b。

在下方台21c中形成或者在其上设置减压孔21f和形变单元24，通过减压孔21f连接吸附单元22。

在本实施例中，采用多个压电致动器24a作为形变单元24。将压电致动器24a设置成具有预定间隔的网格形式，例如，相邻压电致动器之间的空间为1cm。将压电致动器24a紧靠在吸附台21b的背侧21g上，并将其设置为能够产生向上的位移。图5A和图5B涉及到这样的情况：为了方便起见将总共十六个压电致动器24a设置成四列四行。压电致动器24a能够产生可由控制计算机25相互独立地加以控制的相互不同的位移。可以高度精确地控制各个压电致动器24a产生的位移，压电致动器24造成的后冲得到限制，且在运行期间从压电致动器24a散发的热量小。

当压电致动器24a产生向上的位移时，经由吸附台21b将向上的位移施加到半导体衬底11。因此，使半导体衬底11发生形变。压电致动器24a经由吸附台21b向半导体衬底11施加位移。因此，可以防止出现这样的事件：压电致动器24a在半导体衬底11中局部施加应力，导致半导体衬底11局部形变。

此外，可以用吸附单元22产生的负压向半导体衬底11施加向下的位移。

可以将形变单元24设置成其上端结合到吸附台21b的背侧21g。利用这种构造，在向半导体衬底11施加向上的位移时，不会造成游隙(play)。此外，可以经由吸附台21b向半导体衬底11施加向下的位移。

表面形状测量单元23是测量半导体衬底11的表面部分11c的表面形状的单元。在本实施例中，采用激光位移计作为表面形状测量单元23。利用激光位移计能够以非接触方式高度精确地测量表面形状。此外，可以缩短测量时间。

将表面形状测量单元23所测量的表面部分11c的表面形状数据输出到控制计算机25。

在下一个步骤中，如图3A所示，用表面形状测量单元23测量半导体衬底11的表面部分11c的表面形状。这里，以半导体衬底11的表面部分11c上的网格的形式指定测量点。将表面形状测量单元23沿着平行于切削平面P的平面扫过，以测量半导体衬底11的厚度。将各个点的测量数据项输出到控制计算机25。基于各个点的测量数据项，控制计算机25在每对测量点之间插入点的数据，从而构建半导体衬底11的表面部分11c的表面形状数据。

在图5B中，如直线S所表示的那样，使表面形状测量单元23扫过，使得测量点将包括形变单元24向其施加位移的表面部分11c上的点。

因此，由于能够测量被施加了最大位移的测量点，因此能够改善表面形状的测量精度。

此外，测量点的数目可以大于压电致动器24a的数目。在这种情况下，可以测量压电致动器24a之间的区域中发生的位移，其数据项可用于内插压电致动器之间的点的数据项的测量点数目。因此，可以提高测量表面形状的精度。

图6A示出了表面形状数据的范例。在图6A中，横轴表示半导体衬底11上沿X轴(图5B)方向的位置，纵轴表示半导体衬底11的厚度。图6A为以1mm间隔测量的大约80mm宽的区域中、包括形变单元24向其施加位移的表面部分11c上的点的各点处的厚度分布曲线。这里，半导体衬底11的表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异最大为3.2μm。

之后，如图3B所示，用形变单元24向半导体衬底11的背侧11b施加位移。于是，使半导体衬底11发生形变，从而切削平面P和表面部分11c之间的距离变化将降到后述切削处理所要求的精确度之下，其中切削平面P被指定为与吸附台21b平行。表面形状得到控制。换言之，使半导体衬底11发生形变，从而表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异将降到切削处理所要求的精确度之下。

更具体地讲，基于由控制计算机25构建的表面形状数据，控制计算机25控制由形变单元24的各个压电致动器24a产生的位移大小，从而表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异将落在所要求的精确度之下，例如为1μm。然后经由吸附台21b向半导体衬底11的背侧11b施加位移。

现在，通过仿真或实际测量来预先确定形变单元24的各个压电致动器24a产生的位移和半导体衬底11的形变量之间的关系。

图6B和图6C示出了表面形状控制的范例。在图6B中，横轴表示半导体衬底11上的沿X轴方向的位置，纵轴表示由形变单元24施加的位移。这里，字母A到H表示相应的压电致动器的设置位置。通过基于致动器A到H所施加的位移进行线性内插获得位移分布曲线。

正值表示向上的位移，负值表示向下的位移。由压电致动器C、E和F产生的位移是从吸附单元22执行的减压得到的位移。

之后，用表面形状测量单元23测量发生形变的半导体衬底11的表面部分11c的表面形状。控制计算机25判断切削平面P和表面部分11c之间的距离变化是否落在切削处理所要求的精确度之下。这里，对表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异是否落在1μm以下做出判断。

在本实施例中，如图6C所示，表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异落在1μm以下。因此能够控制表面形状，使得切削平面P和表面部分11c之间的距离变化落在切削处理所要求的精确度之下。

如果控制计算机25判断切削平面P和表面部分11c之间的距离变化落在了切削处理所要求的精确度之下，如图4A所示，用切削工具31在金属膜14的表面上进行切削处理。于是金属膜14被构图，以形成金属电极15。此时，保护膜13的顶部13b也受到切削处理，出现新的顶部13d。

在本实施例中，切削工具31和半导体器件10之间的相对速度设置成20m/s，切削处理的间距设置成70μm。此外，切削工具31的刀头相对于金属膜14的高度的精确度为0.1μm或更小。

在上述切削条件下，在半导体衬底11的整个主要侧11a上执行切削处理，由此对金属膜14进行构图，以便将金属膜从保护膜13的顶部13b去除，并且在开口13a内部将保持金属膜完整无损。从而形成了金属电极15。亦即，形成金属电极15以覆盖通过开口13a暴露出来的基底电极12的表面12a和产生水平高度差的保护膜13的侧面13c。

如图4B所示，解除半导体衬底11上的压电致动器24a所产生的位移，并从台21上拆下半导体衬底11。因此，在半导体衬底11上形成了金属电极15。

依照前面的步骤，在半导体衬底11的整个主要侧11a上执行切削处理以对金属膜14进行构图，从而将金属膜14从保护膜13的顶部13b上除去，而在开口13a内部保持金属膜完整无损。从而形成了金属电极15。形成金属电极15，以覆盖通过各个开口13a暴露的基底电极12的表面12a和产生水平高度差的保护膜13的侧面13c。与仅在基底电极12的表面12a上形成金属电极15的情况相比，提高了金属电极15的强度。

此外，当把半导体衬底11吸附或紧固到吸附台21b时，在反映出背侧11b的形状的同时，半导体衬底11的表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异增大。不过，可以减小表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异并能够将切削平面P和表面部分11c之间的距离限定在预定范围内(设置到处理中要求的精确度)。因此，可以提高切削处理的精度。最终，可以提高形成金属电极的产率。

利用诸如焊料或导线等的构件将金属电极15耦合到其他构件。例如，如图7所示，可以通过焊料41将热沉40连接到作为发射极电极的金属电极15。

焊料41与形成在保护膜13的产生水平高度差的侧面13c上的金属电极15的区域接触。因此，增大了焊料与金属电极15接触的面积。最终提高了焊料41的接合强度。

电连接到半导体元件的基底电极12形成于半导体衬底11的主要侧11a上。形成保护膜13以覆盖基底电极12。从保护膜13的表面向基底电极12形成开口13a，基底电极12通过开口13a暴露出来。形成金属膜14以覆盖保护膜13以及通过开口13a而暴露的基底电极12的表面。执行切削处理以切削切削平面P上的半导体衬底，由此对金属膜14进行构图，使得仅形成于开口13a内部的金属膜14的部分将保持完整无损。于是，形成了金属电极15。

此时，将其上形成有金属膜14的半导体衬底11吸附或紧固到吸附台21b。之后，用表面形状测量单元23获取半导体衬底11的覆盖保护膜13的金属膜14的表面部分11c的表面形状数据，该半导体衬底11被吸附或紧固到吸附台21。基于该表面形状数据，由形变单元24使半导体衬底发生形变，形变单元24通过从吸附台21b一侧向半导体衬底施加位移来使半导体衬底形变，从而使被指定平行于吸附台21b的切削平面P和半导体衬底11的表面部分11c之间的距离降到预定范围内(降到切削处理所要求的精确度之下)。用表面形状测量单元23测量形变的半导体衬底11的表面形状。如果判断出切削平面P和表面部分11c之间的距离降到预定范围内，在被形变单元24造成形变的半导体衬底11保持吸附或紧固到吸附台21b的情况下，在切削平面P上对半导体衬底11执行切削处理。

因此，当把半导体衬底11吸附或紧固到吸附台21b时，虽然在反映出背侧11b的形状时半导体衬底11的表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异增大，但能够减小表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异。此外，切削平面P和表面部分11c之间的距离可以被约束到预定范围内。因此，可以提高切削处理中的精度，且可以提高形成金属电极的产率。

形成金属电极15，以覆盖通过各个开口13a暴露出来的基底电极12的表面12a和产生水平高度差的保护膜13的侧面13c。因此，与仅在基底电极12的表面12a上形成金属电极15的情况相比，可以提高金属电极15的强度。此外，在焊接金属电极15时，可以扩大焊料的润湿区。最终，可以改善接合强度。

将形变单元24的压电致动器24a布置成紧靠吸附台21b的背侧21g，并经由吸附台21b向半导体衬底11施加位移。因此，可以防止这种事件：由于压电致动器24a在半导体衬底11的局部上施加应力，使得半导体衬底11局部发生形变。

形变单元24包括多个其位移可控制的压电致动器24a。因此，形变单元24能够根据半导体衬底11的形变状态施加不同的位移。因此，可以高度精确地控制半导体衬底11的表面形状。可以高度精确地控制由压电致动器24a施加的位移，由此限制所造成的反冲，且因此操作期间散发的热量小。

用表面形状测量单元23构建表面形状数据的测量点数目大于压电致动器24a的数目。因此能够测量压电致动器24a之间的区域中发生的位移。最终可以提高测量表面形状的精度。

表面形状测量单元23至少测量形变单元24向表面部分11c施加位移的点处的表面部分11c的表面形状。因此，由于可以测量形变最大的部分，因此可以提高表面形状测量的精度。

由于表面形状测量单元23是将要沿平行于切削平面P扫过的激光位移计，因此可以以非接触方式高度精确地测量表面形状。此外，可以缩短测量时间。

(第二实施例)

以下将参考附图描述根据本发明的半导体器件的金属电极形成方法和半导体器件的第二实施例。这里，假设采用Au电极作为使功率元件与外部衬底接触的电极来进行描述，功率元件例如为双极型晶体管或横向扩散晶体管(LDMOS)。图8A到图10为关于第二实施例的半导体器件的电极形成方法的截面说明图。

顺便指出，将给与第一实施例中相同的组件分配同样的参考标记。将省略重复的描述。

下文将描述形成金属电极15的方法。

首先，如图8A所示，制备半导体衬底11，半导体衬底11中形成有未示出的功率元件，并依照光刻法对衬底进行构图以在其主要侧11a上形成电连接到半导体元件的基底电极12。

之后，在基底电极12的顶部上形成由氮化硅(P-SiN)制成的保护膜53，并从保护膜53的表面向基底电极12形成开口53a，基底电极12的部分通过开口53a暴露出来。

之后，如图8B所示，依照溅射法形成阻挡晶种层56，用于覆盖保护膜53和基底电极12的表面。在本实施例中，通过在氮化钛(TiN)膜上叠置铜(Cu)膜形成阻挡晶种层56。

使用光刻法和蚀刻法通过构图形成预定形状的光致抗蚀剂膜57。

之后，如图9A所示，用光致抗蚀剂膜57作为掩模，依照电解电镀法形成Au电极膜54。

之后，如图9B所示，在除去光致抗蚀剂膜57之后，依照蚀刻法除去暴露于保护膜53的表面上的阻挡晶种层56。

之后，如图10所示，通过半导体衬底11背侧11b将半导体衬底11置于表面形状控制单元20(图5)的吸附台21b的吸附表面21a上，并将其吸附或紧固。此时，背侧11b利用吸附表面21a上产生的吸附力而变平坦。因此，半导体衬底11的表面部分11c呈现出具有大的不规则性而同时反映出背侧11b的原始不规则形状的表面形状。这里，表面部分11c指Au电极膜54的表面部分。

在后续步骤中，如图11A所示，利用表面形状测量单元23测量半导体衬底11的表面部分11c的表面形状。这里，以半导体衬底11的表面部分11c上的网格的形式指定测量点。将表面形状测量单元23沿着平行于切削平面P的平面扫过，以测量半导体衬底11的厚度。将在各个点获取的测量数据项输出到控制计算机25。控制计算机25基于在各个点获取的测量数据项在测量点之间插入点的数据项，从而构建半导体衬底11的表面部分11c的表面形状数据。

之后，如图11B所示，形变单元24向半导体衬底11的背侧11b施加位移，使半导体衬底11发生形变，使得被指定平行于吸附台21b的切削平面P和表面部分11c之间的距离变化降到稍后说明的切削处理所要求的精确度。于是，表面形状得到控制。换言之，使半导体衬底11发生形变，从而表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异将降到切削处理所要求的精确度之下。

更具体地讲，控制计算机25基于由控制计算机25构建的表面形状数据控制由形变单元24的各个压电致动器24a所产生的位移大小，使得表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异落在所要求的精确度(例如1μm)之下。于是，经由吸附台21b向半导体衬底11的背侧11b施加位移。

之后，用表面形状测量单元23测量发生形变的半导体衬底11的表面部分11c的表面形状。控制计算机25判断切削平面P和表面部分11c之间的距离变化是否落在切削处理所要求的精确度之下。这里，对表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异是否落在1μm以下做出判断。

如果控制计算机25判定切削平面P和表面部分11c之间的距离变化降到切削处理所要求的精确度以下，如图12A所示，用切削工具31在Au电极膜54的表面上进行切削处理，以形成金属电极55。

如图12B所示，解除半导体衬底11上的压电致动器24a所产生的位移，并从台21上拆下半导体衬底11。因此，在半导体衬底11上形成了金属电极55。

依照前面的步骤，由于切削处理是在半导体衬底11的整个主要侧11a上进行的，因此可以形成具有平坦表面的金属电极55。

此外，当把半导体衬底11吸附或紧固到吸附台21b时，虽然在反映出背侧11b的形状时半导体衬底11的表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异增大，但能够减小表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异。此外，可以将切削平面P和表面部分11c之间的距离限定在预定范围内(设置到处理所要求的精确度)。因此，可以提高切削处理的精度。最终，可以提高形成金属电极的产率。

由于切削处理是在半导体衬底11的整个主要侧11a上进行的，因此可以形成具有平坦表面的金属电极55。

此外，当把半导体衬底吸附或紧固到吸附台21b时，虽然在反映出背侧11b的形状时半导体衬底11的表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异增大，但能够减小表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异。此外，可以将切削平面P和表面部分11c之间的距离限定在预定范围内(设置到处理所要求的精确度)。因此，可以提高切削处理的精度。最终，可以提高形成金属电极的产率。

(变型)

在前述实施例中，将压电致动器24a用作形变单元。不过，本发明不限于压电致动器。可以使用任何其他器件，只要该器件能够控制和施加位移。例如，可以采用电磁螺线管或液压致动器。使用这种部件，可以施加比每个压电致动器24a所产生的位移都大的位移。

在前述实施例中，采用激光位移计作为表面形状测量单元23。本发明不限于激光位移计。例如，可以采用基于静电电容的改变来检测距离的表面粗糙度检查仪或间隙传感器(gap sensor)。

此外，可以任意地确定要使用表面形状测量单元23测量的测量点数目及其布置，而无需等间距地设置。此外，例如，当使用表面粗糙度检查仪时，可以使用通过连续测量获取的剖面数据。

可以在吸附台21b中形成通孔以便压电致动器24a直接接触半导体衬底，从而施加位移。使用该部件，在不施加位移时，由于未插入吸附台21b，因此可以减小使压电致动器24a产生位移所需的力。这意味着可以使用密集的压电致动器。

在前述实施例中，吸附单元22使空洞21d中的正常大气压下降以产生负压。或者，空洞21d可以用水、油或任何其他流体填充，将流体释放到空洞21d外部以便产生负压。即使采用该结构，也可以利用负压向半导体衬底11施加向下的位移。

(第三实施例)

参考附图，以下将描述根据本发明的半导体器件金属电极形成方法的第三实施例。图1为其上根据第三实施例的金属电极形成方法形成具有金属电极的半导体器件的截面说明图。图13A到图15B示出了金属电极形成方法中包括的步骤。图16A和图16B为示出了倾倒填充物以形成平坦部分的方法的变型的说明图。

适用于电源卡等的半导体器件10是以半导体衬底11为主体形成的，半导体衬底11由硅等制成。利用纯铝(A1)或诸如铝-硅(Al-Si)或铝-硅-铜(A1-Si-Cu)合金等的铝合金在半导体衬底11的主要侧11a上形成作为元电极的基底电极12。

形成绝缘材料制成的保护膜13，以覆盖主要侧11a和每个基底电极12的一部分。例如，由厚度在1到20μm范围内的聚酰亚胺树脂制造保护膜13。

从保护膜的表面到基底电极12在保护膜13中形成开口13a，基底电极12通过开口13a暴露出来。

产生水平高度差，使得通过开口13a暴露出来的基底电极12的表面12a从保护膜13的顶部13b下凹。

形成金属电极15以覆盖通过各个开口13a暴露出来的基底电极12的表面12a，导线耦合到金属电极15。通过在基底电极12的侧上由钛(Ti)-镍(Ni)-金(Au)叠层或Ni-Au叠层按该顺序叠置其各部分来形成金属电极15，并将金属电极15电连接到各个基底电极12。

接下来，下文将描述形成金属电极15的方法。

首先，如图13A所示，制备半导体衬底11，半导体衬底11中形成有未示出的半导体元件，并依照光刻法对衬底进行构图以在其主要侧11a上形成电连接到半导体元件的基底电极12。

之后，依照旋涂法等形成保护膜13，保护膜13厚度例如为10μm且由聚酰亚胺树脂制造。依照光刻法从保护膜的表面向基底电极12形成开口13a，基底电极12通过该开口13a暴露出来。

产生水平高度差，使得通过开口13a暴露出来的基底电极12的表面12a从保护膜13的顶部13b下凹。

之后，如图13B所示，依照电镀法或溅射法形成金属膜14，以覆盖基底电极12和保护膜13。金属膜14可以是一种叠层，例如Ti-Ni-Au叠层或Ni-Au叠层，或可以是单层金属膜。

之后，如图13C所示，将半导体衬底11的表面部分11c吸附或紧固到具有被平坦化的吸附表面225a的表面吸附台225上。此时，由于吸附表面225a上诱发的吸附力，改善了表面部分11c的平坦度。

现在，表面部分11c指覆盖保护膜13的金属膜14的一部分。

之后，如图14A所示，准备具有平坦化基准面226a的平坦化台226，并设置其使得基准面226a平行于表面吸附台225的吸附表面225a。从背侧11b的顶端向基准面226a和背侧11b之间的间隙浇铸填充物并固化，以形成下表面平坦的平坦部分216。

作为填充物，优选采用在加热时表现出流动性的材料，例如，诸如聚碳酸酯等的热塑性树脂。在采用这种填充物时，在加热填充物以表现出流动性的同时，将其浇铸到间隙中。一旦填充物冷却，它便固化。因此，可以容易地形成平坦部分216。

此外，基准面226a和背侧11b之间的间隙应当仅仅具有容许树脂流入间隙以掩埋或平坦化背侧11b的不规则性的空间，并被指定为落在例如1mm以下。

之后，如图14B所示，表面吸附台225和平坦化台226都被从半导体衬底11拆下。通过形成于半导体衬底11的背侧11b上的平坦部分216将半导体衬底11吸附或紧固到背侧吸附台227上。

之后，如图15A所示，沿着被指定为平行于背侧吸附台227的切削平面P在金属膜14的表面上用切削工具31执行切削处理。于是金属膜14被构图，以形成金属电极15。

在本实施例中，切削工具31和半导体器件10之间的相对速度设置成20m/s，切削处理的间距设置成70μm。此外，切削工具31的刀头相对于金属膜14的高度的精确度为0.1μm或更小。

在上述切削条件下在半导体衬底11的整个主要侧11a上执行切削处理，由此对金属膜14进行构图，以便使金属膜从保护膜13的顶部13b被除去且在开口13a内部将保持完整无损。从而形成了金属电极15。

如图15B所示，从背侧吸附台227分离半导体衬底11，通过进行加热或施加溶剂除去平坦部分11b。从而在半导体器件11上形成了金属电极15。

依照前面的步骤，在半导体衬底11的整个主要侧11a上执行切削处理以对金属膜14进行构图，从而使金属膜14被从保护膜13的顶部13b上除去，而在开口13a内部将保持完整无损。从而形成了金属电极15。

此外，在背侧11b上形成使背侧11b的不规则性平坦化的平坦部分216，而表面部分11c被表面吸附台225进行平坦化。因此，改善了表面部分11c的平坦度。此外，即使在把半导体衬底11吸附或紧固到背侧吸附台227时，表面部分11c的形状也不会在反映背侧11b的原始不规则形状的同时具有大的不规则性。

亦即，减小了表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异并将切削平面P和表面部分11c之间的距离约束在预定范围内(设置到工作要求的精确度)。因此，由于可以提高切削处理中的精度，因此可以提高形成金属电极的产率。

作为用于形成平坦部分216的填充物，除了树脂之外，还可以采用低熔点材料，例如石蜡、焊料或铟合金。

平坦化台226可以由诸如玻璃或丙烯酸树脂等的透明材料制成，并且可以将光固化树脂用作填充物。在采用这些材料时，在将光固化树脂浇铸到间隙中之后，将紫外线照射到平坦化台226的下表面上以固化光固化树脂。于是，可以形成平坦部分216。

浇铸填充物不限于参考图14A所述的方法。例如，首先，如图16A所示，可以将填充物涂布到平坦化台226的基准面226a上。然后，如图16B所示，可以将平坦化台按压到背侧11b上。于是，可以将填充物浇入间隙中。在这种情况下，例如，即使在所用的材料太粘以至于不能容易地进入间隙时，也能够容易地将填充物浇入间隙中。

在图15A所示的切削步骤中，可以不从半导体衬底11拆下平坦化台226，而是将半导体衬底11和平坦化台226一起吸附或紧固，然后进行切削处理。此外，只要其不对半导体器件10的运行造成负面影响，可以不去除平坦部分216。

电连接到半导体元件的基底电极12形成于半导体衬底11的主要侧11a上。在基底电极12上形成保护膜13，且从保护膜13的表面向基底电极12形成开口13a，基底电极12通过开口13a暴露出来。形成金属膜14以覆盖保护膜13和通过开口13a暴露出来的基底电极12的表面。通过切削处理对金属膜14进行构图以形成金属电极15，其中在切削平面P上执行切削，使得仅形成于开口13a内部的金属膜14的部分保持完整无损。

此外，在背侧11b上形成用于使背侧11b的不规则性平坦化的平坦部分216，其中表面部分11c通过表面吸附台225进行平坦化。因此，改善了表面部分11c的平坦度。此外，即使在把半导体衬底11吸附或紧固到背侧吸附台227时，表面部分11c的形状也不会在反映背侧11b的原始不规则形状的同时具有大的不规则性。

亦即，减小了表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异并将切削平面P和表面部分11c之间的距离限定在预定范围内(设置到工作要求的精确度)。因此，由于可以提高切削处理中的精度，因此可以提高形成金属电极的产率。

作为填充物，采用在加热时表现出流动性的材料，例如，诸如聚碳酸酯等的热塑性树脂。因此，在填充物被加热从而表现出流动性时将其浇入间隙中。一旦填充物冷却，它便固化。因此，可以容易地形成平坦部分216。

在形成平坦部分216的步骤中，可以采用这样的方法来把填充物浇入间隙中：向平坦化台226的基准面226a上涂布填充物，并将平坦化台压到背侧11b上。在这种情况下，即使在所用的材料太粘以至于不能容易地进入间隙时，也可以可靠地将填充物浇入基准面226a和背侧11b之间的间隙中。

(第四实施例)

下文将参考附图描述根据本发明的半导体器件的金属电极形成方法的第四实施例。图17A和图17B为第四实施例的金属电极形成方法中采用的位移控制吸附设备的说明图。图17A为截面图，图17B为从半导体衬底侧看到的位移控制吸附设备的平面说明图。图18A到图19B示出了第四实施例的金属电极形成方法中包括的步骤。

在下文中将参照图17A和图17B描述第四实施例的金属电极形成方法中采用的位移控制吸附设备220。

位移控制吸附设备220包括其上放置半导体衬底11的台221，吸附或紧固半导体衬底11的吸附单元22，通过半导体衬底11的背侧11b向半导体衬底11的背侧11b施加位移的位移单元223，以及控制这些单元的控制计算机25。

台221具有中空形状，包括插在吸附台221b和下方台221c之间的空洞221d。吸附台221b包括吸附或紧固半导体衬底11的吸附表面221a以及吸附孔221e，吸附力通过吸附孔221e作用在半导体衬底11上，利用诸如真空泵的吸附单元22通过使空洞221d内压力降低生成吸附力。

将吸附台221b形成为易于形变以向半导体衬底11施加由位移单元223产生的位移。这里，用厚度为1mm的不锈钢板形成吸附台221b。

在下方台221c中形成或在其上设置减压孔221f和位移单元223，通过减压孔连接吸附单元22。

在本实施例中，将多个压电致动器223a用作位移单元223。将压电致动器223a设置成具有预定间隔的网格形式，例如，相邻压电致动器之间的空间为1cm。将压电致动器223a紧靠在吸附台221b的背侧221g上并将其设置为能够产生向上的位移。图17A和图17B涉及到这样的情况：为了方便起见将十六个压电致动器223a设置成总共四列和四行。压电致动器223a能够产生可由控制计算机25相互独立地加以控制的彼此不同的位移。可以高度精确地控制各个压电致动器223a产生的位移，压电致动器223a造成的后冲得到限制，且在运行期间压电致动器223a散发的热量小。

直到图13C中所示的步骤，第四实施例的金属电极形成方法与第三实施例的方法都相同。因此将针对后续步骤进行描述。在图13C中所示的步骤之后，如图18A所示，准备位移控制吸附设备220，利用位移单元223的压电致动器223a施加向上的位移，使得吸附台221b紧靠半导体衬底11的背侧11b。

此时，控制计算机25监测各个压电致动器223a的介电常数(电容)，以检测吸附台221b是否紧靠在背侧11b上。

在下一个步骤，如图18B所示，在保持由位移单元223的压电致动器223a产生的位移的同时，将半导体衬底11吸附或紧固到吸附台221b。拆卸掉表面吸附台225。

此时，基于由控制计算机25检测到的压电致动器223a的介电常数(电容)，将用于保持位移的电压施加到相应的压电致动器223a。从而，位移得到保持。

之后，如图19A所示，沿着被指定为平行于背侧吸附台227的切削平面P在金属膜14的表面上用切削工具31执行切削处理。于是金属膜14被构图，以形成金属电极15。

如图19B所示，使半导体衬底11从压电致动器223a产生的位移释放，并从台221上拆下半导体衬底。于是，在半导体衬底11上形成了金属电极15。

依照前面的步骤，由压电致动器223a向半导体衬底11的背侧11b施加位移，以保持被表面吸附台225平坦化的表面部分11c的状态。当把半导体衬底11吸附或紧固到吸附台221b时，可以保持位移。

因此，改善了表面部分11c的平坦度。此外，即使在把半导体衬底11吸附或紧固到吸附台221b时，表面部分11c的形状也不会在反映背侧11b的原始不规则形状的同时具有大的不规则性。

亦即，减小了表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异并将切削平面P和表面部分11c之间的距离限定在预定范围内(设置到处理要求的精确度)。因此，由于可以提高切削处理中的精度，因此可以提高形成金属电极的产率。

在上述实施例中，采用压电致动器223a作为位移单元。本发明不限于压电致动器。例如，可以采用电磁螺线管、液压致动器或任何其他器件，只要该器件能够施加可控制的位移。该器件可以产生比压电致动器223a所能产生的位移更大的位移。

可以在吸附台221b中形成通孔使得压电致动器223a直接接触半导体衬底，以便向其施加位移。利用这种结构，在施加位移时，由于未插入吸附台221b，因此可以减小压电致动器223a产生位移所需的力。因此，可以使用密集的压电致动器。

由压电致动器223a向半导体衬底11的背侧11b施加位移，以保持被表面吸附台225平坦化的表面部分11c的状态。当把半导体衬底11吸附或紧固到吸附台221b时，可以保持位移。

因此，改善了表面部分11c的平坦度。即使在把半导体衬底11吸附或紧固到吸附台221b时，表面部分11c的形状也不会在反映背侧11b的原始不规则形状的同时具有大的不规则性。

亦即，减小了表面部分11c的凹陷和凸起部分之间的差异并将切削平面P和表面部分11c之间的距离约束在预定范围内(设置到处理要求的精确度)。因此，由于可以提高切削处理中的精度，因此可以提高形成金属电极的产率。

由于位移单元223包括多个产生可控制位移的压电致动器223a，因此可以根据半导体衬底11的背侧11b的形状向吸附台221b施加不同的位移。因此，可以根据背侧11b的形状高度精确地将吸附台221b紧靠在背侧11b上。此外，可以高度精确地控制由压电致动器223a产生的位移，由此限制所造成的反冲，且因此操作期间从其散发的热量小。

(第五实施例)

参考附图，以下将描述根据本发明的半导体器件金属电极形成方法的第五实施例。

图1为其上根据第五实施例的金属电极形成方法形成具有金属电极的半导体器件的截面说明图。图20A到图20C示出了金属电极形成方法包括的步骤。图21为切削工具切削金属电极和保护膜的状态的截面说明图。图22A和图22B为涉及保护膜的切削间距和切削状态之间的关系的截面说明图。图23为涉及决定切削间距条件的方法的截面说明图，该方法能够减小经过切削处理的保护膜的表面粗糙度。

适用于电源卡等的半导体器件10是以半导体衬底11为主体形成的，半导体衬底11由硅等制造。利用纯铝(Al)或诸如铝-硅(Al-Si)合金或铝-硅-铜(Al-Si-Cu)合金的铝合金在半导体衬底11的衬底侧11a(即主要侧)上形成作为元电极的基底电极12。

形成由绝缘材料制成的保护膜13，以覆盖衬底侧11a和每个基底电极12的一部分。例如，由厚度在1到20μm范围内的聚酰亚胺树脂制造保护膜13。

从保护膜的表面到基底电极12在保护膜13中形成开口13a，基底电极12通过开口13a暴露出来。

产生水平高度差，使得通过开口13a暴露出来的基底电极12的表面12a从保护膜13的顶部13b下凹。

形成金属电极15以覆盖通过各个开口13a暴露出来的基底电极12的表面12a，导线耦合到金属电极15。通过在基底电极12的侧上由钛(Ti)-镍(Ni)-金(Au)叠层或Ni-Au叠层按该顺序叠置其各部分来形成金属电极15，并将金属电极15电连接到各个基底电极12。

接下来，下文将描述形成金属电极15的方法。

首先，如图20A所示，制备其中形成有未示出的半导体元件的半导体衬底11，并依照光刻法对其进行构图以形成电连接到半导体元件的基底电极12。

之后，依照旋涂法等形成保护膜13，保护膜13厚度例如为10μm且由聚酰亚胺树脂制造。依照光刻法从保护膜的表面向基底电极12形成开口13a，基底电极12通过该开口13a暴露出来。

产生水平高度差，使得通过开口13a暴露出来的基底电极12的表面12a从保护膜13的顶部下凹。

之后，如图20B所示，依照电镀法或溅射法形成金属膜14，以覆盖基底电极12和保护膜13。金属膜14可以是一种叠层，例如Ti-Ni-Au叠层或Ni-Au叠层，或者可以是单层金属膜。

之后，如图20C所示，用切削工具321在金属膜14的表面上进行切削处理。于是金属膜14被构图，以形成金属电极15。

在本实施例中，作为切削工具321，如图21所示，使用直型工具，该直型工具在其切削面321a上具有宽度为3mm、曲率半径R(在下文中称为刀尖半径R)为10mm的边缘。

当把聚酰亚胺树脂作为保护膜13时，如果仅单独切削保护膜13，只要切削深度为8μm或更小，树脂就不会从切削平面被削掉(plucked)。因此，获得了光滑的切削平面。另一方面，一旦切削深度超过8μm，切屑(即，切削的碎屑)的刚性就增大。因此，树脂易于被削掉，表面粗糙度易于增大。在本实施例中，将切削深度设置成3μm。

在本实施例中，切削工具321和半导体器件10之间的相对速度设置成20m/s，切削处理的间距设置成70μm。可以基于轴的旋转次数和处理进刀速度控制间距P。例如，当把轴的转速设置成2000rpm且处理进刀速度设置成2.3mm/s时，将间距P指定为大约70μm。

此外，切削工具321的刀头相对于金属膜14的高度的精确度为0.1μm或更小。

在上述切削条件下在半导体衬底11的整个衬底侧11a上执行切削处理，由此通过对金属膜14进行构图形成金属电极15，以便将金属膜从保护膜13的顶部除去并在开口13a内部保持完整无损。

在本实施例的金属电极形成方法中，在指定适当的间距时，减小了经过切削处理的保护膜13的表面粗糙度。以下将描述防止削掉保护膜13的切削间距。

图21为图20C中所示的部分的截面图。这里，假设在图中向前推进顶端部分刀尖半径为R的切削工具321，以在保护膜13上执行深度为d的切削处理，基于该假设进行描述。点r为从曲率中心C向切削对象垂直推进长度R之后，切削工具321的切削面321a的最顶端所达到的点。

这里，在本实施例中，由于切削工具321在附图中是向左移动的(参见图22A和图22B)，点r左边的刀刃部分对应于第一刀刃部分，而其右边的刀刃部分对应于第二刀刃部分。

被切削的金属膜14和保护膜13的截面呈现由刀尖半径为R的弧的一部分确定的形状，并由点p、q、r、s和t限定。在表示通过切削工具321暴露出来的金属膜和保护膜的部分的弧p-q-r-s-t中，弧p-q或弧s-t表示金属膜14被暴露出来的部分，弧q-r-s表示保护膜13被暴露出来的部分。

这里，将从曲率中心C垂直延伸的直线经过的保护膜13的表面上的点定义为点u，将线段qu的长度定义为保护膜13的最大切削宽度D。

由于三角形Cqu为直角三角形，其角Cuq为直角，基于勾股定理确立以下方程(1)和(2)。

Cq²＝Cu²+qu²(1)

R²＝(R-d)²+D²(2)

因此，利用刀尖半径R和深度d由以下方程(3)表示最大切削宽度D。

D＝(2Rd-d²)^1/2(3)

接下来，以下将描述能够减小经过切削处理的保护膜13的表面粗糙度的切削间距条件。

图22A和图22B示出了在用切削工具321在图中向左以间距P移动而完成第n次到第n+2次的切削处理之后所获得的保护膜13和金属膜14的状态。图22A涉及到P较大的情况，图22B涉及到P较小的情况。

在图中，线段p1p2、p2p3、q1q2、q2q3、u1u2和u2u3代表间距P。

如图22A所示，在完成第n次切削之后，弧p1-q1表示金属膜14被暴露出来的部分，而弧q1-r1表示保护膜13被暴露出来的部分。亦即，在点q1的左边保持金属膜14完整无损。

之后，以间距P向左移动切削工具321，执行第n+1次切削。弧p2-q2-r2表示由第一刀刃部分执行切削处理的区域。

在该区域中，在金属膜14层叠在保护膜13上的区域中，金属膜14限制切屑形变，而保护膜13被削掉。假设从q1垂直延伸的线和弧q2-r2之间的交点为点v，用弧q2-v表示保护膜13被切除的区域。

另一方面，当仅切削保护膜13时，一旦指定了适当的切削条件，就可以获得光滑的切削平面，其上面的在十个点处的平均粗糙度水平为0.1μm或更小。

因此，为了减小保护膜13的表面粗糙度，在第n+2次切削处理期间应当切削弧q2-v，该弧表示表面粗糙度大的区域。

用弧p3-q3-r3-w表示在第n+2次切削处理中新生成的切削面。在该弧内，弧r3-w表示第二刀刃部分进行切削处理的区域。点w为表示第n+1次切削处理生成的切削面的弧和表示第n+1次切削生成的切削面的弧之间的交点。如图22A所示，在间距P大的条件下，点v位于点w的右边。

在第n+1次切削处理期间，在由弧q2-v表示且金属膜14的下层膜被削掉而增大表面粗糙度的区域中，在第n+2次切削期间对弧q2-w表示的区域进行另一次切削处理。因此，可以减小经过切削处理的保护膜13的表面粗糙度。

不过，在弧q2-v中，剩余的弧w-v表示仅进行过第n+1次切削处理的区域。因此，在该区域中表面粗糙度保持较大。

相反，如图22B所示，在使间距P变小且点v位于点w左边时，弧q2-v表示的整个区域在第n+2次切削处理中都受到第二刀刃部分的另一次切削处理，第二刀刃部分延伸到点r3的右边。因此，经过切削处理的保护膜13的表面粗糙度大的区域未保持不变。

如图22B所示，为了使弧q2-v表示的整个区域可以受到延伸到点r3右边的第二刀刃部分的另一次切削处理，点w应当位于点v的左边或者点v和w应当彼此重合。

如图23所示，当点v和w彼此重合时，点q1充当着线段u2u3的中点。因此，确立了以下的方程(4)和(5)。

q1q2＝q2u2-q2q1  (4)

1/2P＝D-P    (5)

因此，当点v和w彼此重合时，利用最大切削宽度D由以下方程(6)表示间距P。

P＝2/3D  (6)

因此，为了使点w可以位于点v的左边或点v和w可以彼此重合，间距P应当满足如下表达式(7)给出的关系。

0＜P≤2/3(2Rd-d²)^1/2(7)

一旦间距P满足表达式(7)所给出的关系，弧q2-v表示的整个区域都会在第n+2次切削期间受到另一次切削处理。因此，在经过切削处理的保护膜13中未留下表面粗糙度大的区域。最终，可以减小经过切削处理的保护膜13的表面粗糙度。

顺便指出，前述切削条件满足表达式(7)所给出的关系。此外，在该切削条件下，可以将经切削处理的保护膜13上十个点处的粗糙度水平的平均值Rz设置到0.1μm或更小。

在半导体衬底11的衬底侧11a上形成电连接到半导体元件的基底电极12。在基底电极12上形成保护膜13，且从保护膜13的表面向基底电极12形成开口13a，基底电极12通过开口13a暴露出来。形成金属膜14，以覆盖保护膜13和通过开口13a暴露出来的基底电极12的表面12a。通过用切削工具321以间距P进行旨在切削金属膜14表面的切削处理，通过对金属膜14进行构图形成了金属电极15，使得仅开口13a内部的金属膜14的部分将保持完整无损。

这里，当指定间距P，以在切削工具321的曲率半径R、保护膜13中的切削深度d和间距P之间确立如下所示的关系时，在以指定间距P移动切削工具321之后将要进行的切削期间可以切削保护膜13(其表面被削掉，从而增大了表面粗糙度)被暴露出来的区域。

0＜P≤2/3(2Rd-d²)^1/2

因此，可以减小经过切削处理的保护膜13的表面粗糙度。

(第六实施例)

在下文中将参考附图描述根据本发明的半导体器件的金属电极形成方法的第六实施例。图24为涉及利用根据第六实施例的金属电极形成方法中采用的切削工具切削金属电极和保护膜的状态的截面说明图。

将把同样的参考标记分配给与第五实施例中相同的部件。将省略重复的描述。

如图24所示，根据第六实施例的金属电极形成方法，使用切削工具331，其切削面331a的顶端部分的边缘形状类似等腰三角形，该等腰三角形的边具有相等的长度，它们相对于金属膜14形成角θ。

在本实施例中，作为切削工具331，采用直型工具，其切削面331a上具有宽度为3mm的边缘，其角度θ在2°到3°的范围内。

点r为切削工具331的切削面331a的最顶端处的点。在本实施例中，类似于第五实施例，由于切削工具331在附图中是向左移动的，点r左边的刀刃部分对应于第一刀刃部分，点r右边的刀刃部分对应于第二刀刃部分。

金属膜14和保护膜13的截面呈现由具有点p、q、r、s和t的等腰三角形限定的形状。在表示由切削工具331暴露出来的金属膜和保护膜的部分的线段pr和rt中，线段pq和st均表示金属膜14的暴露出来的部分，线段qr和rs均表示保护膜13的暴露出来部分。

现在，将从点r延伸的直线经过的保护膜13表面上的点定义为点y，将线段qy的长度定义为保护膜13的最大切削宽度D2。

对于三角形qry，建立方程(8)和(9)。

tanθ＝yr/qy＝d/D2    (8)

因此，利用角度θ和深度d由方程(9)表示最大切削宽度D2。

D2＝d/tanθ    (9)

与第五实施例类似，由于仅应当满足由0＜P≤2/3D2表示的关系，因此间距P仅应满足由下式(10)表示的关系。

0＜P≤2d/(3tanθ)    (10)

一旦间距P满足式(10)的关系，类似于第五实施例，将不会留下经过切削处理的保护膜13的表面粗糙度。最终，可以改善经过切削处理的保护膜13的表面粗糙度。

在采用其切削面331a的顶端部分的边缘(形成得类似边具有相等长度的等腰三角形那样)与金属膜14形成角度θ的切削工具331时，如果指定间距P以在角度θ、保护膜13中的切削深度d和间距P之间确立下面给出的关系，在以指定间距P移动切削工具331之后将要执行的切削期间，可以切削保护膜13(其表面被削掉，从而增大了表面粗糙度)被暴露出来的区域。

0＜P≤2d/(3tanθ)

因此，可以减小经过切削处理的保护膜13的表面粗糙度。

(变型)

作为在切削处理中使用的切削工具，采用了切削面包括形成为类似弧形或等腰三角形的刀刃部分的切削工具321或31。不过，本发明不限于该切削工具。

可以使用具有各种形状的任何切削工具，只要：该切削工具在其切削面的顶端部分具有第一刀刃部分和第二刀刃部分，第一刀刃部分形成为沿切削工具进刀方向从切削面的最顶端延伸，而第二刀刃部分形成为沿与切削工具进刀方向相反的方向从最顶端延伸；并且可以指定间距P，使得能够在以间距P移动切削工具之后将要执行的切削期间，利用第二刀刃部分切削使用第一刀刃部分通过切削层压部分而暴露出来的保护膜13的区域，其中在所述层压部分中金属膜14叠置在保护膜13上。例如，第一刀刃部分和第二刀刃部分相对于从切削面的最顶端延伸到切削对象的垂线可以彼此不对称。

对于保护膜13，可以采用杨氏模量小且弹性形变区域宽的树脂材料，例如聚四氟乙烯。利用该材料，可以抑制因切削处理导致的保护膜的剥离。可以将切削工具321或31在保护膜13中的切削深度一直增大到大约50μm。因此，可以减小表面粗糙度，并有效地实现切削处理。

以上公开具有以下各方面。

根据本公开的第一方面，一种用于半导体器件的金属电极形成方法包括：在半导体衬底的主要侧上形成电连接到半导体元件的基底电极的步骤；在所述基底电极上形成保护膜并从所述保护膜的表面向所述基底电极形成开口的步骤，所述基底电极通过所述开口暴露出来；形成金属膜以覆盖保护膜和通过开口暴露出来的基底电极的步骤；在将其上形成有金属膜的半导体衬底吸附或紧固到吸附或紧固半导体衬底的吸附台上之后，利用表面形状测量装置来获取半导体衬底上的覆盖所述保护膜的金属膜的表面部分的表面形状数据的步骤，所述表面形状测量装置设置在所述半导体衬底的主要侧的上方并且测量所述半导体衬底的表面形状，所述半导体衬底被吸附并紧固到所述吸附台；利用形变装置使所述半导体衬底发生形变的步骤，以使被指定平行于吸附台的切削平面和半导体衬底的表面部分之间的距离落在预定范围内，基于使用所述表面形状测量装置所获取的表面形状数据，所述形变装置通过从所述吸附台一侧施加位移来使紧固到吸附台的半导体衬底发生形变；利用所述表面形状测量装置测量形变半导体衬底的表面部分的表面形状并判断所述切削平面和所述形变半导体衬底的表面部分之间的距离是否落在所述预定范围之内的步骤；如果判定所述切削平面和所述形变半导体衬底的表面部分之间的距离落在所述预定范围之内，通过切削处理对所述金属膜进行构图以形成金属电极的步骤，其中在所述形变半导体衬底保持吸附或紧固到吸附台的情况下，在所述切削平面上执行切削。

在上述方法中，在半导体衬底的主要侧上形成电连接到半导体元件的基底电极。在基底电极上形成保护膜，并从所述保护膜的表面向着所述基底电极形成开口，基底电极通过该开口暴露出来。形成金属膜以覆盖所述保护膜和通过所述开口暴露出来的基底电极的表面。通过切削处理对金属膜进行构图来形成金属电极，其中在切削平面上执行切削。

这里，在其上形成有金属膜的半导体衬底被吸附或紧固到吸附台之后，使用表面形状测量装置获取金属膜的表面部分的表面形状数据，该金属膜处于被吸附或紧固到吸附台的半导体衬底上，覆盖所述保护膜。基于所述表面形状数据，形变装置使半导体衬底发生形变，使得被指定为平行于吸附台的切削平面和半导体衬底的表面部分之间的距离落在预定范围内，其中形变装置用于通过从吸附台侧施加位移而使半导体衬底发生形变。用表面形状测量装置测量发生形变的半导体衬底的表面形状。如果判定切削平面和表面部分之间的距离落在预定范围之内，在被形变装置形变的半导体衬底保持被吸附和紧固到吸附台的情况下，在切削平面上执行切削处理。

当把半导体衬底吸附或紧固到吸附台时，虽然在反映出其背侧的形状的同时表面部分的凹陷和凸起部分之间的差异增大，但能够减小表面部分的凹陷和凸起部分之间的差异。此外，可以将切削平面和表面部分之间的距离限定到预定范围(可以设置到切削处理所要求的精确度)。因此，由于可以提高切削处理中的精度，因此可以提高形成金属电极的产率。

或者，在形成金属电极的步骤中，可以通过对金属膜进行构图以使仅形成于开口内部的金属膜部分保持完整无损来形成金属电极。在形成金属电极的步骤中，通过对金属膜进行构图以使形成于开口内部的金属膜部分保持完整无损来形成金属电极。因此可以在通过开口暴露出来的基底电极的表面上以及保护膜的侧面上形成金属电极，所述侧面从开口向着基底电极的表面生成水平高度差。

或者，可以将形变装置设置成紧靠在吸附台的背侧上并且经由吸附台向半导体衬底施加位移。将形变装置设置成紧靠在吸附台的背侧上，并经由吸附台向半导体衬底施加位移。因此，可以防止发生这种事件：形变装置在半导体衬底上局部地施加应力；且半导体衬底局部发生形变。

或者，形变装置可以包括多个产生可控制位移的致动器。由于形变装置包括多个产生可控制位移的致动器，形变装置可以根据半导体衬底的形变状态施加各种位移，并可以高度精确地控制半导体衬底的表面形状。

或者，致动器可以是每一个都包括压电元件的压电致动器。由于致动器为没一个都包括压电元件的压电致动器，因此可以改善位移控制的精度。此外，压电致动器产生很小的反冲，且在工作期间仅发散少量的热。

或者，可以用表面形状测量装置来获取的表面形状数据的测量点的数目大于致动器数目。由于可以用表面形状测量装置来获取的表面形状数据的测量点的数目大于致动器的数目，因此可以测量致动器之间的区域中发生的位移。因此，可以提高在对表面形状的测量中的精度。

或者，表面形状测量装置至少可以在形变装置施加位移的点处测量表面部分的表面形状。由于表面形状测量装置至少在形变装置施加位移的点处测量表面部分的表面形状，因此表面形状测量装置可以测量形变最大的部分。因此，可以提高测量表面形状的精度。

或者，表面形状测量装置可以是沿平行于切削平面的平面扫过的激光位移计。由于表面形状测量装置是将要沿平行于切削平面的平面扫过的激光位移计，因此表面形状测量装置可以以非接触方式高度精确地测量表面形状。此外，可以缩短测量时间。

根据本公开的第二方面，根据如下工艺制造半导体器件，其中：在半导体衬底的主要侧上形成电连接到半导体元件的基底电极；在基底电极上形成保护膜，并且所述保护膜的表面向着所述基底电极形成开口，基底电极通过该开口暴露出来；形成金属膜以覆盖所述保护膜和通过所述开口暴露出来的基底电极的表面；以及在半导体衬底的背侧保持被吸附或紧固到吸附或紧固半导体衬底的吸附台上的情况下，通过在金属膜的表面上执行切削处理来对金属膜进行构图，由此形成金属电极，通过切削处理切削的部分的厚度变化小于半导体衬底的背侧的凹陷和凸起部分之间的差异。

在根据该工艺制造的半导体器件中，通过切削处理切削第部分的厚度变化小于半导体衬底的背侧的凹陷和凸起部分之间的差异，在所述工艺中，在半导体衬底的背侧保持被吸附或紧固到吸附台的情况下，通过在金属膜的表面上执行切削处理来对金属膜进行构图，由此形成金属电极。因此，在经处理的平面的部分中不存在不满足切削量所要求的精确度的区域。可以提高产率。

或者，可以制造出水平高度差，使得通过开口暴露出来的基底电极表面从保护膜顶部下凹；并可以在通过开口暴露出来的基底电极表面上和产生水平高度差的保护膜的侧面上形成金属电极。由于在通过开口暴露出来的基底电极表面和产生水平高度差的保护膜的侧面上形成金属电极，与仅仅在基底电极表面上形成金属电极的情况相比，提高了金属电极的强度。

或者，形成于产生水平高度差的保护膜的侧面上的金属电极区域可以与焊料接触。由于形成于产生水平高度差的保护膜的侧面上的金属电极区域与焊料接触，因此在焊接金属电极时，可以扩展焊料的润湿区域。因此，可以提高接合强度。

或者，可以将金属电极形成为通过开口从保护膜的顶部突出。当所采用的金属电极被形成为通过开口从保护膜的顶部突出时，可以提供其金属电极的表面平坦的半导体器件。

或者，保护膜可以由树脂制成。由于把树脂材料用作保护膜，所以即使在基底电极具有厚度时，也可以适当地覆盖基底电极。

根据本公开的第三方面，一种用于半导体器件的金属电极形成方法包括：在半导体衬底的主要侧上形成电连接到半导体元件的基底电极的步骤；在所述基底电极上形成保护膜并且从所述保护膜的表面向所述基底电极形成开口的步骤，所述基底电极通过所述开口暴露出来；形成金属膜以覆盖保护膜和通过开口暴露出来的基底电极的步骤；通过半导体衬底的金属膜一侧将其上形成有金属膜的半导体衬底吸附或紧固到第一吸附台的步骤，该第一吸附台将半导体衬底吸附或紧固到平坦表面；如下步骤：准备具有第二平坦表面的台，该第二平坦表面被指定为平行于第一吸附台的平坦表面，将填充物浇入与半导体衬底的主要侧相反的背侧和第二平坦表面之间的间隙，并固化填充物以形成使所述背侧平坦化的平坦部分；以及如下步骤：通过半导体衬底的平坦部分侧将其上形成有平坦部分的半导体衬底吸附或紧固到第二吸附台，并通过切削处理来对金属膜进行构图，从而形成金属电极，使得仅形成于开口内部的金属膜的部分将保持完整无损。

在上述方法中，在半导体衬底的主要侧上形成电连接到半导体元件的基底电极。在基底电极上形成保护膜，并从所述保护膜的表面向着所述基底电极形成开口，基底电极通过该开口暴露出来。形成金属膜以覆盖所述保护膜和通过所述开口暴露出来的基底电极的表面。通过对金属膜进行构图，使得仅形成于开口内部的金属膜部分将保持完整无损，以形成金属电极。

此外，将半导体衬底的金属膜侧吸附或紧固到第一吸附台，以便使金属膜的表面平坦化。准备具有第二平坦表面的台，该第二平坦表面被指定为平行于第一吸附台的平坦表面。通过将填充物浇入半导体衬底背侧和第二平坦表面之间的间隙并固化填充物来形成使背侧平坦化的平坦部分。因此，改善了金属膜的表面的平坦度。此外，即使在切削处理期间半导体衬底被吸附或紧固时，金属膜的表面形状在反映背侧的原始不规则形状的同时也不会具有大的不规则性。

亦即，减小了金属膜表面的凹陷和凸起部分之间的差异，并将用于切削处理的切削平面和金属膜表面之间的距离限定在预定范围内(设置到处理要求的精确度)。因此，由于可以提高切削处理中的精度，因此可以提高形成金属电极的产率。

或者，填充物可以由加热时表现出流动性的材料制成。在使用加热时表现出流动性的材料制成的填充物(例如热塑性树脂)时，在加热以表现处流动性的同时把填充物浇入间隙之后，一旦冷却了填充物，填充物就被固化。因此，可以容易地形成平坦部分。

或者，在形成平坦部分的步骤中，可以将填充物涂布到第二平坦表面上，并把具有第二平坦表面的台压到半导体衬底的背侧，以便在背侧和第二平坦表面之间的间隙中浇入填充物。在形成平坦部分的步骤中，将填充物涂布到第二平坦表面上，并把具有第二平坦表面的台压到半导体衬底的背侧，以便在背侧和第二平坦表面之间的间隙中浇入填充物。即使在被用作填充物的材料太粘以至于不能容易地进入间隙时，也能够可靠地将填充物浇入间隙中。

根据本公开的第四方面，一种用于半导体器件的金属电极形成方法包括：在半导体衬底的主要侧上形成电连接到半导体元件的基底电极的步骤；在所述基底电极上形成保护膜并从所述保护膜的表面向所述基底电极形成开口的步骤，所述基底电极通过所述开口暴露出来；形成金属膜以覆盖保护膜和通过开口暴露出来的基底电极的步骤；通过半导体衬底的金属膜一侧将其上形成有金属膜的半导体衬底吸附或紧固到第一吸附台的步骤，该第一吸附台将半导体衬底吸附或紧固到平坦表面；准备第三吸附台和位移装置的步骤，第三吸附台吸附或紧固半导体衬底的背侧，位移装置用于从与第三吸附台吸附或紧固半导体衬底的一侧相反的一侧施加位移，利用该位移装置向第三吸附台施加位移，从而使第三吸附台发生形变，使得第三吸附台将紧靠在被吸附或紧固到第一吸附台的半导体衬底的背侧上；以及如下步骤：在保持位移的同时将半导体衬底的背侧吸附或紧固到第三吸附台，并通过切削处理对金属膜进行构图，使得仅形成于开口内部的金属膜将保持完整无损，以形成金属电极。

在上述方法中，在半导体衬底的主要侧上形成电连接到半导体元件的基底电极。在基底电极上形成保护膜，并从所述保护膜的表面向着所述基底电极形成开口，所述基底电极从开口暴露出来。形成金属膜以覆盖所述保护膜和通过所述开口暴露出来的基底电极的表面。通过切削处理对金属膜进行构图，使得仅形成于开口内部的金属膜部分将保持完整无损，以形成金属电极。

此外，准备吸附或紧固半导体衬底的背侧的第三吸附台以及位移装置，该位移装置向与第三吸附台吸附或紧固的半导体衬底的一侧相反的一侧施加位移。位移装置用于向第三吸附台施加位移，以便使第三吸附台发生形变，使得第三吸附台将紧靠在被吸附或紧固到第一吸附台的半导体衬底的背侧上。在保持位移的同时，通过其背侧将半导体衬底吸附或紧固到第三吸附台。通过切削处理对金属膜进行构图，以形成金属电极。因此，改善了金属膜的表面的平坦度。即使在切削处理期间半导体衬底被吸附或紧固，金属膜的表面形状在反映背侧的原始不规则形状的同时也不会具有大的不规则性。

亦即，减小了金属膜表面的凹陷和凸起部分之间的差异，并将用于切削处理的切削平面和金属膜表面之间的距离约束在预定范围内(设置到处理要求的精确度)。因此，由于可以提高切削处理中的精度，因此可以提高形成金属电极的产率。

或者，位移装置可以包括多个产生可控制位移的致动器。位移装置包括多个产生可控制位移的致动器。因此，由于可以根据半导体衬底的背侧形状施加不同的位移，可以高度精确地使第三吸附台发生形变，使得其将紧靠在半导体衬底的背侧上。

或者，致动器可以是每一个都包括压电元件的压电致动器。由于致动器为每一个都包括压电元件的压电致动器，因此可以改善位移控制的精度。此外，由压电致动器导致的后冲很小，且工作期间从其散发的热量小。

根据本公开的第五方面，一种用于半导体器件的金属电极形成方法包括：在半导体衬底的衬底侧上形成电连接到半导体元件的基底电极的步骤；在所述基底电极上形成保护膜并从所述保护膜的表面向所述基底电极形成开口的步骤，所述基底电极通过所述开口暴露出来；形成金属膜以覆盖保护膜和通过开口暴露出来的基底电极的步骤；通过切削处理对金属膜进行构图以形成金属电极的步骤，切削处理旨在利用切削工具以预定间距的间隔切削金属膜的表面，使得仅形成于开口内部的金属膜部分将保持完整无损。这里，该切削工具在其切削面的顶端部分具有第一刀刃部分和第二刀刃部分，第一刀刃部分形成为沿切削工具进刀方向从切削面的最顶端延伸，第二刀刃部分形成为沿与切削工具进刀方向相反的方向从最顶端延伸。指定间距，使得能够在以该间距移动切削工具之后将要执行的切削期间，利用第二刀刃部分切削使用第一刀刃部分通过切削层压部分而暴露出来的保护膜的区域，其中在所述层压部分中金属膜叠置在保护膜上。

在上述方法中，在半导体衬底的衬底侧上形成电连接到半导体元件的基底电极。在基底电极上形成保护膜，并从所述保护膜的表面向着所述基底电极形成开口，所述基底电极通过所述开口暴露出来。形成金属膜以覆盖所述保护膜和通过所述开口暴露出来的基底电极的表面。通过切削处理对金属膜进行构图，以形成金属电极，切削处理旨在利用切削工具以预定间距的间隔切削金属膜的表面，使得仅形成于开口内部的金属膜部分将保持完整无损。

切削处理中所用的切削工具在其切削面的顶端部分具有第一刀刃部分和第二刀刃部分，第一刀刃部分形成为沿切削工具进刀方向从切削面的最顶端延伸，第二刀刃部分形成为沿与切削工具进刀方向相反的方向从最顶端延伸。可以在以指定间距移动切削工具之后要执行的切削期间，利用第二刀刃部分切削保护膜(被第一刀刃部分切削，并且其表面已被削掉从而大了表面粗糙度)被暴露出来的区域。因此，可以减小经过切削处理的保护膜的表面粗糙度。

或者，切削工具可以具有其第一和第二刀刃部分，它们的形状形成曲率半径为R的连续弧；可以指定间距以在曲率半径R、切削工具在保护膜中造成的切削深度d和间距P之间建立如下表示的关系。

0＜P≤2/3(2Rd-d²)^1/2

当所用的切削工具具有其第一和第二刀刃部分、它们的形状形成曲率半径为R的连续弧时，当指定间距以在曲率半径R、保护膜中的切削深度d和间距P之间建立如下表示的关系时，可以减小经过切削处理的保护膜的表面粗糙度。

0＜P≤2/3(2Rd-d²)^1/2

或者，该切削工具可以具有其第一和第二刀刃部分、它们的形状为相对于金属膜的表面倾斜一角度θ；且指定间距以在角度θ、切削工具在保护膜中造成的切削深度d和间距P之间建立如下所示的关系。

0＜P≤2d/(3tanθ)

当所用的切削工具具有其第一和第二刀刃部分、它们的形状为相对于金属膜的表面倾斜一角度θ时，如果指定间距以在角度θ、保护膜中的切削深度d和间距之间建立如下表示的关系，就可以减小经过切削处理的保护膜的表面粗糙度。

0＜P≤2d/(3tanθ)

在切削工具的切削面上，第一和第二刀刃部分形成的角度为180°-2θ。

或者，保护膜可以由聚酰亚胺树脂制成，且其中的切削深度为8μm或更小。

当保护膜由聚酰亚胺树脂制成时，如果其中的切削深度被设置成8μm或更小，就可以减小经过切削处理的保护膜的表面粗糙度。

尽管已经参考其优选实施例描述了本发明，应当理解，本发明不限于优选实施例和构造。本发明意在覆盖各种变型和等同设置。此外，尽管有各种优选的组合和构造，包括更多、更少或仅仅单个元件的其他组合和构造也在本发明的精神和范围内。

Claims (23)

1、一种用于半导体器件的金属电极形成方法，包括：

在半导体衬底(11)的主表面上形成基底电极(12)，其中所述基底电极(12)电连接到半导体元件；

在所述基底电极(12)上形成保护膜(13，53)，并在所述保护膜(13，53)中形成开(13a，53a)，使得所述基底电极(12)从所述开口(13a，53a)暴露出来；

在所述保护膜(13，53)上形成金属膜(14，54)，以覆盖所述保护膜(13，53)和所述保护膜(13，53)的所述开(13a，53a)；

在吸附台(21)上安装具有所述金属膜(14，54)的所述半导体衬底(11)，并通过表面形状测量装置(23)测量所述金属膜(14，54)的至少一部分的表面形状，其中所述吸附平台(21)将所述半导体衬底(11)吸附和固定在该平台(21)上，并且其中所述金属膜(14，54)的一部分设置在所述保护膜(13，53)上；

利用能够使所述半导体衬底(11)发生位移的形变装置(24)，基于所述金属膜(14，54)的一部分的表面形状数据使所述半导体衬底(11)发生形变，使得所述半导体衬底(11)的所述主表面和切削表面之间的差异在预定范围之内，并且其中所述形变装置(24)设置在台一侧上；

测量所述半导体衬底(11)的所述主表面的表面形状，并判断所述切削表面和所述半导体衬底(11)的所述主表面之间的差异是否在预定范围之内；以及

当所述切削表面和所述半导体衬底(11)的所述主表面之间的差异在所述预定范围之内时，沿所述切削表面切削具有所述金属膜(14，54)的所述半导体衬底(11)，以便将所述金属膜(14，54)构图成金属电极(15，55)。

2、根据权利要求1所述的方法，

其中，在所述切削具有所述金属膜(14)的所述半导体衬底(11)期间，仅一部分所述金属膜(14)保留在所述保护膜(13)的所述开口(13a)中，从而使所述金属膜(14)的所述部分提供所述金属电极(15)。

3、根据权利要求1所述的方法，

其中所述形变装置(24)设置在所述吸附台(21)的背侧上，使得所述形变装置(24)与所述半导体衬底(11)位置相反，并且

其中所述形变装置(24)经由所述吸附台(21)使所述半导体衬底(11)发生位移。

4、根据权利要求1-3中任一项所述的方法，

其中所述形变装置(24)包括多个致动器(24a)，并且

其中每个致动器(24a)独立地使所述半导体衬底(11)发生位移。

5、根据权利要求4所述的方法，

其中每个致动器(24a)都是具有压电元件的压电致动器。

6、根据权利要求4所述的方法，

其中所述表面形状测量装置(23)在多个测量点处测量所述金属膜(14，54)的表面形状，并且

其中所述测量点的数目大于所述致动器(24a)的数目。

7、根据权利要求1-3中任一项所述的方法，

其中所述表面形状测量装置(23)在多个测量点处测量所述金属膜(14，54)的表面形状，并且

其中所述形变装置(24)以如下方式使所述半导体衬底(11)发生位移：所述形变装置(24)在每一个均对应于所述测量点的多个位移点处向所述半导体衬底(11)施加位移。

8、根据权利要求1-3中任一项所述的方法，

其中所述表面形状测量装置(23)为激光位移计，其沿着平行于所述切削表面的平面扫描所述金属膜(14，54)的表面形状。

9、一种半导体器件，包括：

半导体衬底(11)，其具有主表面和背侧表面；

基底电极(12)，其电连接到半导体元件，其中所述基底电极(12)设置在所述半导体衬底(11)的所述主表面上；

保护膜(13，53)，其设置于所述基底电极(12)上，其中所述保护膜(13，53)包括开口(13a，53a)，所述基底电极(12)的一部分通过所述开口而暴露出来；以及

金属电极(15，55)，其设置在所述保护膜(13，53)的所述开口(13a，53a)中并接触所述基底电极(12)的所述部分，

其中所述保护膜(13，53)的表面和所述金属电极(15，55)的表面的平坦度偏差小于所述半导体衬底(11)的所述背侧表面的粗糙度，并且

其中以如下方式提供所述金属电极(15，55)：切削用于覆盖所述保护膜(13，53)和所述保护膜(13，53)的所述开口(13a，53a)的金属膜(14，54)，以便在具有所述金属膜(14，54)的所述半导体衬底(11)被安装在吸附台(21)上的条件下，将所述金属膜(14，54)构图成所述金属电极(15，55)。

10、根据权利要求9所述的半导体器件，

其中所述保护膜(13，53)的所述开口(13a，53a)和所述基底电极(12)的所述部分以如下方式提供沟槽：所述保护膜(13，53)提供所述沟槽的侧壁，而所述基底电极(12)的所述部分提供所述沟槽的底部，并且

其中所述金属电极(15，55)设置在所述沟槽的所述侧壁和所述底部上。

11、根据权利要求10所述的半导体器件，还包括：

焊料层(41)，其设置在所述沟槽中的所述金属电极(15)上。

12、根据权利要求9所述的半导体器件，

其中所述金属电极(55)从所述保护膜(53)的所述开口(53a)突出出来。

13、根据权利要求9-12中任一项所述的半导体器件，

其中所述保护膜(13，53)由树脂制成。

14、一种用于半导体器件的金属电极形成方法，包括：

在半导体衬底(11)的主表面上形成基底电极(12)，其中所述基底电极(12)电连接到半导体元件；

在所述基底电极(12)上形成保护膜，并在所述保护膜(13)中形成开口(13a)，使得所述基底电极(12)从所述开口(13a)暴露出来；

在所述保护膜(13)上形成金属膜(14)，以覆盖所述保护膜(13)和所述保护膜(13)的所述开口(13a)；

在第一吸附台(225)上安装所述半导体衬底(11)，以在所述第一吸附台(225)上接触所述金属膜(14)，其中所述第一吸附台(225)包括用于在其上吸附所述半导体衬底(11)的第一平坦表面；

设置具有平行于所述第一吸附台(225)的所述第一平坦表面的第二平坦表面的平坦化台(226)，在所述半导体衬底(11)的背侧表面和所述平坦化台(226)的所述第二平坦表面之间插入填充物(216)，并且固化所述填充物(216)从而使所述半导体衬底(11)的切削表面平坦化，其中所述背侧表面与所述主表面相反；以及

通过所述填充物(216)将所述半导体衬底(11)吸附和固定在第二吸附平台(227)上，并且沿所述切削表面切削具有所述金属膜(14)的所述半导体衬底(11)，使得仅一部分所述金属膜(14)保留在所述保护膜(13)的所述开口(13a)中，其中所述金属膜(14)的所述部分提供金属电极(15)。

15、根据权利要求14所述的方法，

其中所述填充物(216)由加热时表现出流动性的材料制成。

16、根据权利要求14或15所述的方法，

其中以如下方式插入所述填充物(216)：将所述填充剂(216)施加在所述平坦化平台(226)的所述第二平坦表面上，并且将具有所述填充剂(216)的所述平坦化平台(226)施压接触到所述半导体衬底(11)的所述背侧表面。

17、一种用于半导体器件的金属电极形成方法，包括：

在半导体衬底(11)的主表面上形成基底电极(12)，其中所述基底电极(12)电连接到半导体元件；

在所述基底电极(12)上形成保护膜，并在所述保护膜(13)中形成开口(13a)，使得所述基底电极(12)从所述开口(13a)暴露出来；

在所述保护膜(13)上形成金属膜(14)，以覆盖所述保护膜(13)和所述保护膜(13)的所述开口(13a)；

在第一吸附台(225)上安装所述半导体衬底(11)，以在所述第一吸附台(225)上接触所述金属膜(14)，其中所述第一吸附台(225)包括用于在其上吸附所述半导体衬底(11)的第一平坦表面；

以所述背侧表面面对所述第三吸附台(221)的方式在第三吸附台(221)上方设置所述半导体衬底(11)，以所述位移装置(223)与所述半导体衬底(11)相反的方式在所述第三吸附台(221)下方设置位移装置(223)，并向所述第三吸附台(221)施加位移，使得所述第三吸附台(221)匹配并接触所述半导体衬底(11)的所述背侧表面；以及

将所述半导体衬底(11)的所述背侧表面吸附和固定在所述第三吸附平台(221)上，并切削具有所述金属膜(14)的所述半导体衬底(11)，使得仅一部分所述金属膜(14)保留在所述保护膜(13)的所述开口(13a)中，其中所述金属膜(14)的所述部分提供金属电极(15)。

18、根据权利要求17所述的方法，

其中所述位移装置(223)包括多个致动器(223a)，并且

其中每个致动器(223a)都能够独立控制所述位移。

19、根据权利要求18所述的方法，

其中每个致动器(223a)为包括压电元件的压电致动器。

20、一种用于半导体器件的金属电极形成方法，包括：

在半导体衬底(11)的主表面上形成基底电极(12)，其中所述基底电极(12)电连接到半导体元件；

在所述基底电极(12)上形成保护膜(13)，并在所述保护膜(13)中形成开口(13a)，使得所述基底电极(12)从所述开口(13a)暴露出来；

在所述保护膜(13)上形成金属膜(14)，以覆盖所述保护膜(13)和所述保护膜(13)的所述开口(13a)；以及

利用切削工具(321，331)切削具有所述金属膜(14)的所述半导体衬底(11)，使得仅一部分所述金属膜(14)保留在所述保护膜(13)的所述开口(13a)中，其中所述金属膜(14)的所述部分提供金属电极(15)，

其中所述切削工具(321，331)包括切削表面(321a，331a)，所述切削表面具有第一刀刃部分和第二刀刃部分，

其中所述第一刀刃部分设置在所述切削表面(321a，331a)的第一侧上，而所述第二刀刃部分设置在所述切削表面(321a，331a)的第二侧上，

其中所述切削表面(321a，331a)的所述第一侧面向所述切削工具(321，331)的前向，而所述切削表面(321a，331a)的所述第二侧面向所述切削工具(321，331)的后向，

其中所述切削工具(321，331)沿所述前向移动，而所述后向与所述前向相反，

其中所述切削工具(321，331)以预定的间距按步进方式移动，并且

其中以如下方式确定所述间距：所述第一刀刃部分切削所述金属膜(14)在所述保护膜(13)上的堆叠层；以所述预定间距移动所述切削工具(321，331)；并且所述第二刀刃部分切削所述保护膜(13)暴露出来的区域。

21、根据权利要求20所述的方法，

其中所述第一刀刃部分以具有定义为R的曲率半径的预定弧连接到所述第二刀刃部分，

其中所述切削工具(321)以定义为d的切削深度切削所述保护膜(13)，并且

其中定义为P的所述预定间距具有如下关系：

0＜P≤2/3(2Rd-d²)^1/2。

22、根据权利要求20所述的方法，其中：

其中所述第一刀刃部分以第一面和第二面连接到所述第二刀刃部分，所述第一面和所述第二面中的每一个相对于所述金属膜(14)的表面都倾斜定义为θ的预定角，

其中所述切削工具(331)以定义为d的切削深度切削所述保护膜(13)，并且

其中定义为P的所述预定间距具有如下关系：0＜P≤2d/(3tanθ)。

23、根据权利要求20-22中任一项所述的方法，

其中所述保护膜(13)由聚酰亚胺树脂制成，并且

其中所述切削工具(321，331)以等于或小于8μm的切削深度切削所述保护膜(13)。

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