CN117425948B - 半导体装置及激光打标方法 - Google Patents

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Abstract

一种能够面朝下安装的芯片尺寸封装型的半导体装置(1)，具有：半导体衬底(11)；以及金属层(20)，形成于半导体衬底(11)，露出到外部；在金属层(20)的露出面，形成有1个以上的标记；标记包括形成激光的轮廓的轮廓部(22b)以及位于轮廓部(22b)的内侧的中央部(22a)；在对金属层(20)的露出面进行平面观察时，轮廓部(22b)的颜色与金属层(20)的露出面中的没有形成标记的部分即基体部(22c)的颜色或中央部(22a)的颜色不同。

Description

半导体装置及激光打标方法
技术领域
本发明涉及具有形成有激光标记的金属层的半导体装置、以及对金属层形成激光标记的激光打标方法。
背景技术
提出了通过对半导体装置的露出面照射激光来形成字符、数字等激光标记的激光打标方法(例如专利文献1)。
作为这种激光打标方法，已知如下技术，即：对半导体装置的金属层(电极等)或半导体衬底照射激光而将金属层或半导体衬底的露出面部分性地切削，从而将字符、数字等激光标记刻印在金属层或半导体衬底上。这样刻印的激光标记，凭借通过激光的照射而被切削掉的部分(字符部分)与没有被照射激光而没有被切削的部分之间的凹凸差所带来的对比度从而能够使用户识别。
该情况下，如果刻印激光标记的对象物(打标对象物)是由铜、银等熔点比较低的金属材料构成的金属层、或者是由硅衬底构成的半导体衬底，则不论金属层的厚度或半导体衬底的厚度如何，都能够通过激光将打标对象物的表面层切削而形成凹凸。即，能够将能够识别的激光标记刻印于打标对象物。
另一方面，在作为打标对象物的金属层由镍等高熔点的金属材料构成的情况下，虽然通过激光难以将金属层切削，但如果金属层的厚度较薄，则能够通过激光将金属层切削而使形成在金属层之下的基底层露出。由此，由于在金属层及其基底层中表面反射率不同，所以通过该对比度，能够使用户识别激光标记。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11－156565号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在作为打标对象物的金属层由高熔点的金属材料构成的情况下，如果金属层的厚度变厚，则有即使照射激光也无法将金属层切削直到使形成在金属层之下的基底层露出、无法对金属层形成能够识别的激光标记的情况。
本公开是为了解决这样的课题而做出的，目的在于提供即使是用激光难以切削的金属层也能够对金属层形成能够识别的激光标记的激光打标方法、以及具有形成有该激光标记的金属层的半导体装置等。
用来解决课题的手段
为了达成上述目的，本公开的半导体装置的一技术方案，是能够面朝下安装的芯片尺寸封装型的半导体装置，具有：半导体衬底；以及金属层，形成于上述半导体衬底，露出到外部；在上述金属层的露出面，形成有1个以上的标记；上述标记包括形成上述标记的轮廓的轮廓部和位于上述轮廓部的内侧的中央部；在对上述金属层的露出面进行平面观察时，上述轮廓部的颜色与上述金属层的露出面中的没有形成上述标记的部分即基体部的颜色或上述中央部的颜色不同。
此外，本公开的激光打标方法的一技术方案，是在金属层的露出面形成标记的激光打标方法，通过在规定的条件下向上述金属层的露出面连续地将激光进行脉冲照射，从而并行地产生(i)与上述金属层的露出面中的不受上述激光的照射的影响的基体部相比将形成上述标记的轮廓的轮廓部的氧化程度提高的第1作用、和(ii)与上述金属层的露出面中的上述基体部相比将上述标记的位于上述轮廓部的内侧的中央部的氧化程度降低的第2作用，形成包括上述轮廓部和上述中央部的上述标记。
发明效果
即使是用激光难以切削的金属层也能够对金属层形成能够识别的激光标记。
附图说明
图1是实施方式的半导体装置的剖视图。
图2是实施方式的半导体装置的俯视图。
图3是实施方式的半导体装置的后视图。
图4是实施方式的半导体装置的金属层的附加有代码的部分的放大图。
图5是构成图4所示的代码的1个激光标记的放大图。
图6是沿着图5的VI－VI线切断时的剖视图。
图7是用来说明实施方式的激光打标方法的图。
图8是表示脉冲照射的激光的每1个激光照射光斑的第1作用和第2作用的图。
图9是表示使用实施方式的激光打标方法实际在半导体装置的金属层上形成的激光标记的图。
图10是将图9的激光标记的一部分放大而示意地表示的剖视图及该部分的平面像。
图11是图10的XI－XI线的截面SEM像。
图12是用来说明以往工艺方法A的图。
图13是使用以往工艺方法A在金属层的露出面上形成了激光标记时的显微镜照片及自动识别图像。
图14是表示示出通过以往工艺方法A在金属层上形成的激光标记的一部分的电子显微镜像、和通过EDX分析对该激光标记周边的金属层的氧质量浓度进行测定的结果的图。
图15是用来说明以往工艺方法B的图。
图16是使用以往工艺方法B在金属层的露出面形成了激光标记时的显微镜照片及自动识别图像。
图17是表示示出通过以往工艺方法B在金属层上形成的激光标记的一部分的电子显微镜像、和该激光标记周边的金属层的EDX映射的图。
图18是使用实施方式的激光打标方法在金属层的露出面上形成了激光标记时的显微镜照片及自动识别图像。
图19是表示示出通过实施方式的激光打标方法在第2金属层上形成的激光标记的一部分的电子显微镜像、和通过EDX分析对该激光标记周边的第2金属层中的氧质量浓度进行测定的结果的图(大气中放置1个月后)。
图20是表示示出通过实施方式的激光打标方法在第2金属层上形成的激光标记的一部分的电子显微镜像、和通过EDX分析对该激光标记周边的第2金属层中的氧质量浓度进行测定的结果的图(大气中放置6个月后)。
图21是在金属层的基体部的表面粗糙度小的情况和表面粗糙度大的情况下、将通过以往工艺方法A形成的激光标记的一例和该激光标记的一部分放大表示的显微镜照片。
图22是在金属层的基体部的表面粗糙度小的情况和表面粗糙度大的情况下、将通过本工艺方法形成的激光标记的一例和该激光标记的一部分放大表示的显微镜照片。
图23是用来说明通过实施方式的激光打标方法刻印激光标记时的激光的1条刻印线及一个字符的尺寸的图。
图24是关于实施方式的激光打标方法而表示相邻的两个激光照射光斑连续地重合了多个的状态的图。
图25是关于实施方式的激光打标方法而表示激光照射光斑的半径r、相邻的两个激光照射光斑的间隔d、多个激光照射光斑重合的个数n和图7的角度θ的关系的图。
图26是关于实施方式的激光打标方法而表示相邻的两个激光照射光斑的间隔d、激光的频率a和激光的扫描速度b的关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。另外，以下说明的实施方式都表示本公开的一具体例。因而，在以下的实施方式中表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态、以及步骤(工序)及步骤的顺序等作为一例而并不意欲限定本公开。由此，关于以下的实施方式的构成要素中的、在表示本公开的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，设为任意的构成要素进行说明。
另外，各图是示意图，并不一定严格地图示。此外，在各图中，对于实质上相同的结构赋予相同的标号，将重复的说明省略或简化。此外，在本说明书中，“上”及“下”的用语并不一定是指绝对空间识别中的上方(铅直上方)及下方(铅直下方)。
(实施方式)
[半导体装置]
首先，使用图1、图2及图3对实施方式的半导体装置1的结构进行说明。图1是实施方式的半导体装置1的剖视图。图2是实施方式的半导体装置1的俯视图。图3是实施方式的半导体装置1的后视图。另外，图1表示图2的I－I线的截面。
图1所示的半导体装置1是能够面朝下安装的芯片尺寸封装(Chip Size Package：CSP)型的半导体器件。在本实施方式中，半导体装置1是形成有两个纵型MOS(Metal OxideSemiconductor)晶体管的双重型(dual type)半导体器件。该两个纵型MOS晶体管是功率晶体管，是所谓的沟槽MOS型FET(Field Effect Transistor)。
如图1及图2所示，半导体装置1具备半导体层10和层叠于半导体层10的金属层20。
半导体层10是由半导体材料构成的半导体元件。具体而言，半导体层10包括半导体衬底11和形成在半导体衬底11上方的低浓度杂质层12。
半导体衬底11例如是由硅构成的硅衬底。具体而言，半导体衬底11是包含第1导电型的杂质的硅衬底。另外，半导体衬底11并不限于硅衬底。
低浓度杂质层12形成在半导体衬底11的上表面。低浓度杂质层12包含比半导体衬底11的第1导电型的杂质的浓度低的浓度的第1导电型的杂质。低浓度杂质层12例如通过外延生长而形成。
在半导体层10之上，作为绝缘膜而形成有氧化膜30。具体而言，氧化膜30形成在低浓度杂质层12之上。此外，在氧化膜30之上，形成有由聚酰亚胺等树脂材料构成的保护层40。
金属层20形成于半导体层10。具体而言，金属层20形成于半导体衬底11。在本实施方式中，金属层20是背面电极，形成在半导体衬底11的下表面(背面)。
金属层20由多个金属层构成。在本实施方式中，金属层20是第1金属层21和第2金属层22的两层构造。因而，在半导体衬底11，形成有第1金属层21及第2金属层22。
第1金属层21位于半导体衬底11侧，第2金属层22位于与半导体衬底11侧相反的一侧。即，在半导体衬底11的下表面形成有第1金属层21，在第1金属层21的下表面形成有第2金属层22。在本实施方式中，由于第2金属层22是金属层20的最表面层(最外层)，所以金属层20的下表面成为第2金属层22的下表面。
此外，金属层20露出到外部。具体而言，金属层20的下表面是露出到外部的露出面。在本实施方式中，由于第2金属层22是金属层20的最外层，所以第2金属层22露出到外部。因而，第2金属层22的下表面成为露出到外部的露出面。另外，第1金属层21的侧面及第2金属层22的侧面也是金属层20的露出面的一部分。
第1金属层21形成在半导体衬底11的下表面。构成第1金属层21的金属材料例如是银或铜。作为一例，第1金属层21的厚度是30μm以上60μm以下。另外，构成第1金属层21的金属材料并不限于银或铜。
第2金属层22形成在第1金属层21之上。即，第1金属层21是形成在第2金属层22之下的基底层。构成第2金属层22的金属材料的熔点比构成第1金属层21的金属材料的熔点高。此外，构成第2金属层22的金属材料的杨氏模量比构成第1金属层21的金属材料的杨氏模量高。构成第2金属层22的金属材料例如是镍。作为一例，第2金属层22的厚度是2μm以上。在本实施方式中，第2金属层22的厚度是10μm以上35μm以下。另外，第2金属层22的厚度比第1金属层21的厚度薄，但不限于此。此外，构成第2金属层22的金属材料不限于镍。
在本实施方式中，第1金属层21及第2金属层22都是通过镀层法形成的镀膜。但是，第1金属层21及第2金属层22并不限于镀膜。该情况下，第1金属层21及第2金属层22也可以是通过蒸镀法形成的蒸镀膜，也可以是通过溅射法形成的溅射膜。此外，在第2金属层22是镀膜的情况下，与第2金属层22是蒸镀膜的情况相比，第2金属层22的露出面变得不平滑的情况较多。另外，在第1金属层21及第2金属层22中，也可以包含成为主成分的金属材料以外的金属材料等。例如，在第1金属层21及第2金属层22中，也可以微量地含有在制造工序中混入的杂质。
如图1所示，在半导体装置1中，形成有第1纵型MOS晶体管50a和第2纵型MOS晶体管50b这两个晶体管。如图2所示，第1纵型MOS晶体管50a形成在第1区域A1，第2纵型MOS晶体管50b形成在第2区域A2。第1区域A1及第2区域A2在半导体装置1的俯视中相互邻接，并且是将半导体装置1二等分的一方和另一方。
在低浓度杂质层12的第1区域A1，形成有第1纵型MOS晶体管50a的第1体区域12a。第1体区域12a包含与第1导电型不同的第2导电型的杂质。
此外，在低浓度杂质层12的第2区域A2，形成有第2纵型MOS晶体管50b的第2体区域12b。第2体区域12b包含第2导电型的杂质。即，第1体区域12a及第2体区域12b都包含第2导电型的杂质。
第1纵型MOS晶体管50a具有第1栅极电极(第1栅极导体)51a、第1栅极绝缘膜52a和第1源极电极53a。
第1栅极电极51a形成在第1体区域12a。第1栅极电极51a与图2所示的第1栅极焊盘54a电连接。此外，在第1体区域12a，还形成有第1栅极绝缘膜52a和包含第1导电型的杂质的第1源极区域55a。
第1源极电极53a经由形成在氧化膜30中的开口部而与第1体区域12a接触。第1源极电极53a例如由包含铝、铜、金及银中的某1种以上的金属材料构成。
在第1源极电极53a之上，形成有第1源极焊盘56a。第1源极焊盘56a经由第1源极电极53a而与第1源极区域55a及第1体区域12a连接。第1源极焊盘56a从保护层40的开口部露出。如图2所示，在本实施方式中，形成有多个(在图2中是6个)第1源极焊盘56a。
在通过面朝下安装将半导体装置1向安装基板安装时，第1源极焊盘56a经由焊料等接合材料而与安装基板接合。例如，第1源极焊盘56a在面朝下安装中的回流时与焊料等接合材料接合。作为一例，第1源极焊盘56a由包含镍、钛、钨、铜及钯中的某1种以上的金属材料构成。另外，在第1源极焊盘56a的上表面，可以形成有金等的镀膜。此外，第1源极焊盘56a的上表面或形成于上表面的镀膜可以与焊料凸块或焊料球连接。此外，在本实施方式中，通过面朝下安装将半导体装置1安装，但也可以通过面朝上安装将半导体装置1安装。例如，在将半导体装置1作为在电路基板等内安装的基板内置部件使用的情况下，在电路基板内将下方的通孔与第1源极焊盘56a等连接的情况下能够进行面朝下安装，在电路基板内将上部的通孔与第1源极焊盘56a等连接的情况下能够进行面朝上安装。另外，不论是面朝下安装还是面朝上安装，半导体装置1的背面(反面)都是形成有后述的激光标记61的标记面。
第2纵型MOS晶体管50b基本上为与第1纵型MOS晶体管50a相同的构造。具体而言，第2纵型MOS晶体管50b具有第2栅极电极(第2栅极导体)51b、第2栅极绝缘膜52b和第2源极电极53b。
第2栅极电极51b形成在第2体区域12b。第2栅极电极51b与图2所示的第2栅极焊盘54b电连接。此外，在第2体区域12b，还形成有第2栅极绝缘膜52b和包含第1导电型的杂质的第2源极区域55b。
第2源极电极53b经由形成在氧化膜30中的开口部而与第2体区域12b接触。第2源极电极53b由与第1源极电极53a相同的金属材料构成。
在第2源极电极53b之上，形成有第2源极焊盘56b。第2源极焊盘56b经由第2源极电极53b而与第2源极区域55b及第2体区域12b连接。第2源极焊盘56b从保护层40的开口部露出。如图2所示，在本实施方式中，形成有多个(在图2中是6个)第2源极焊盘56b。
第2源极焊盘56b与第1源极焊盘56a同样，在将半导体装置1面朝下安装时经由焊料等接合材料而与安装基板接合。第2源极焊盘56b由与第1源极焊盘56a相同的金属材料构成。另外，在第2源极焊盘56b的上表面，可以形成有金等的镀膜。此外，第2源极焊盘56b的上表面或形成于上表面的镀膜可以与焊料凸块或焊料球连接。此外，与上述同样，也可以通过面朝上安装将半导体装置1安装。例如，在将半导体装置1作为在电路基板等内安装的基板内置部件使用的情况下，在电路基板内将下方的通孔与第2源极焊盘56b等连接的情况下能够进行面朝下安装，在电路基板内将上部的通孔与第2源极焊盘56b等连接的情况下能够进行面朝上安装，无论在哪种情况下，半导体装置1的背面(反面)都是标记面。
在这样形成的第1纵型MOS晶体管50a及第2纵型MOS晶体管50b中，第1纵型MOS晶体管50a的第1漏极区域是半导体衬底11及低浓度杂质层12，第2纵型MOS晶体管50b的第2漏极区域是半导体衬底11及低浓度杂质层12。即，关于形成在1个半导体装置1中的第1纵型MOS晶体管50a及第2纵型MOS晶体管50b，漏极区域被共通化，半导体装置1中的半导体衬底11和低浓度杂质层12作为第1纵型MOS晶体管50a及第2纵型MOS晶体管50b的共通的漏极区域发挥功能。
此外，如本实施方式那样，在半导体装置1是具有两个纵型MOS晶体管的双重型半导体器件的情况下，双向通电用的电流流经金属层20。因而，优选使金属层20的厚度较厚。通过使金属层20的厚度较厚，能够使导通电阻变低。此外，为了使导通电阻更低，优选使半导体衬底11较薄，使金属层20较厚，但如果这样，则有可能在半导体装置1中发生翘曲。因此，为了抑制该翘曲，优选使金属层20中的作为镍层的第2金属层22的厚度较厚。另外，基于使导通电阻较低并且抑制半导体装置1的翘曲的观点，第2金属层22的厚度优选为2μm以上。
如图3所示，在半导体装置1的背面(反面)附加有代码60。在本实施方式中，在金属层20的露出面即金属层20的下表面附加有代码60。具体而言，在第2金属层22的露出面即第2金属层22的下表面附加有代码60。
代码60例如是半导体装置1的个体识别用的识别代码。在本实施方式中，以英文字符(英语字母)等构成语言的字符、阿拉伯数字或罗马数字等数字、圆或四方形等图形为代表，通过将各种记号组合多个而构成代码60。图3所示的代码60通过“U920”这样的由1个英文字符及3个数字组成的字符串、“M12”这样的由1个英文字符及两个数字组成的字符串、以及“〇”图形构成。更具体地讲，“U920”字符串和“M12”字符串以两段配置，在“M12”字符串的左下端配置“〇”图形。另外，“〇”示出了表示在制品规格书中记载的1号引脚(pin)所处位置的圆形痕迹(引脚标记)。
构成代码60的一个个字符或数字等由激光标记61构成。即，1个激光标记61对应于1个字符、1个数字或1个图形等，代码60由1个或多个激光标记61构成。因而，在金属层20的露出面(在本实施方式中是第2金属层22的露出面)，形成有1个以上的激光标记61。
另外，激光标记61不限于字符、数字、图形，也可以是花纹、图案、符号等其他记号。在本说明书中，将字符、数字、图形、花纹、图案、符号等记号一起记作字符类。这样，激光标记61是由字符类构成的字符状的构造物。
激光标记61是表示构成代码60的1个字符类的标记的一例。在本实施方式中，激光标记61是表示通过激光形成的字符类的标记。激光标记61通过激光而形成在金属层20的露出面。具体而言，通过向被刻印激光标记61的对象物(打标对象物)即金属层20的露出面照射激光，将激光标记61刻印到金属层20的露出面。
这里，使用图4～图6对激光标记61的详细情况进行说明。图4是半导体装置1的金属层20的附加有代码60的部分的放大图。图5是表示图4所示的代码60中的“M”的激光标记61的放大图。图6是图5的VI－VI线的剖视图。
激光标记61通过将金属层20的露出面的一部分用激光进行加工而形成。在本实施方式中，激光标记61是将第2金属层22的露出面的一部分加工而成的。在将规定的字符类的激光标记61形成在第2金属层22的露出面的情况下，通过将照射在第2金属层22上的激光以描绘规定的字符类的方式进行扫描，能够将规定的字符类的激光标记61形成在第2金属层22的露出面。
如图4～图6所示，激光标记61包括形成该激光标记61的内部的中央部22a和形成该激光标记61的轮廓的轮廓部22b。在第2金属层22中，中央部22a及轮廓部22b是作为激光标记61所表示的字符类而被识别的字符部分。构成激光标记61的中央部22a及轮廓部22b都是通过激光将第2金属层22加工后的部分。中央部22a及轮廓部22b以在形成激光标记61时的激光的扫描方向上延伸的方式形成为直线及/或曲线等线状。中央部22a对应于被照射了激光的部分(激光照射光斑)本身的区域，轮廓部22b对应于被照射了激光的部分(激光照射光斑)的周边区域，详情后述。
如图5及图6所示，在第2金属层22的平面视及剖视中，中央部22a位于轮廓部22b的内侧。具体而言，中央部22a在与激光的扫描方向正交的方向上位于轮廓部22b的内侧。
此外，在第2金属层22的平面视及剖视中，轮廓部22b位于中央部22a的两侧。具体而言，轮廓部22b在与激光的扫描方向正交的方向上位于中央部22a的外侧。轮廓部22b以将中央部22a的两侧镶边的方式形成。因而，中央部22a被一对轮廓部22b夹着。
另外，第2金属层22的露出面中的没有形成激光标记61的部分是第2金属层22的基体部22c。即，基体部22c是第2金属层22的露出面中的没有被激光加工的部分。基体部22c是第2金属层22的露出面中的不被激光打标的背景部分。
并且，在将第2金属层22的露出面进行平面视时，轮廓部22b的颜色与中央部22a的颜色或基体部22c的颜色不同。在本实施方式中，轮廓部22b的颜色与中央部22a及基体部22c的哪个的颜色都不同。
中央部22a的颜色与基体部22c的颜色既可以相同也可以不同。在本实施方式中，中央部22a的颜色与基体部22c的颜色不同，但比轮廓部22b的颜色更接近于基体部22c的颜色。具体而言，中央部22a的颜色和基体部22c的颜色是相同程度的颜色或同色系颜色。即，关于本实施方式中的激光标记61，中央部22a和基体部22c是相同程度的颜色或同色系颜色，但轮廓部22b的颜色与中央部22a的颜色及基体部22c的颜色不同。
另外，轮廓部22b中的第2金属层22的表面的组分与基体部22c中的第2金属层22的表面的组分及/或中央部22a中的第2金属层22的表面的组分不同。在本实施方式中，轮廓部22b中的第2金属层22的表面的组分与基体部22c中的第2金属层22的表面的组分及中央部22a中的第2金属层22的表面的组分的哪个都不同。另外，所谓第2金属层22的表面的组分，是第2金属层22的表面的元素的种类和比例。在第2金属层22中，构成第2金属层22的金属和氧为主要元素。
在构成第2金属层22的金属是镍(Ni)的情况下，通过激光照射，镍氧化变黑。因此，通过激光的照射，第2金属层22氧化而组分变化，由此，与基体部22c及中央部22a相比，轮廓部22b的颜色变化得较黑。即，第2金属层22的一部分黑化(氧化)而成为轮廓部22b。另外，氧化带来的金属的颜色变化由氧化的程度(含氧量)决定，所以颜色变化程度也成为轮廓部>>基体部≈中央部的关系。
这样，在将激光标记61形成于第2金属层22时，通过照射激光，第2金属层22氧化而组分变化，所以第2金属层22中的含氧量局部地变化。具体而言，轮廓部22b中的第2金属层22的表面的含氧量相比于中央部22a中的第2金属层22的表面的含氧量变大。此外，轮廓部22b中的第2金属层22的表面的含氧量相比于基体部22c中的第2金属层22的表面的含氧量变大。在本实施方式中，第2金属层22的表面的含氧量在轮廓部22b中变得最大。
具体而言，设轮廓部22b中的第2金属层22的表面的含氧量为A，设基体部22c中的第2金属层22的表面的含氧量为B，设中央部22a中的第2金属层22的表面的含氧量为C，则满足A>B≥C的关系。含氧量例如能够由氧质量浓度[％]表示。
这样的第2金属层22中的含氧量的变化是由第2金属层22的氧化作用带来的。该情况下，第2金属层22氧化从而第2金属层22的光吸收系数变化，结果，根据氧化程度，第2金属层22的颜色看起来局部性地不同。
另外，在本实施方式中，构成第2金属层22的金属为镍，但不限于此。例如，构成第2金属层22的金属也可以是镁、铝、铬或铜等。在构成第2金属层22的金属是镁或铝的情况下，通过氧化而形成的轮廓部22b成为白色。此外，在构成第2金属层22的金属是铬的情况下，根据铬的氧化状态，第2金属层22的颜色变化。
[激光打标方法]
接着，使用图7对在金属层20的露出面形成激光标记61的激光打标方法进行说明。图7是用来说明实施方式的激光打标方法的图。另外，本实施方式中，在金属层20中的第2金属层22的露出面形成有激光标记61。
在本实施方式的激光打标方法中，通过使用脉冲激光器在规定的条件下向第2金属层22的露出面将激光进行脉冲照射，将规定的字符类的激光标记61刻印到第2金属层22的露出面。
图7的(a)表示向第2金属层22的露出面照射了第1发脉冲的激光的状态。图7的(b)表示将该激光进行脉冲照射并进行了扫描时的状况。如图7的(b)所示，向第2金属层22的露出面连续地将激光进行脉冲照射。由此，能够向第2金属层22的露出面刻印由中央部22a及轮廓部22b构成的激光标记61。
在本实施方式中，通过在规定的条件下向第2金属层22的露出面将激光进行脉冲照射，使第2金属层22的露出面并行地产生第1作用和第2作用。
第1作用是将被照射了激光的区域(半径为r的圆形的激光照射光斑)及其周边区域中的第2金属层22的露出面不是进行物理加工而是进行化学加工的作用。在本实施方式中，对第2金属层22实施的化学加工是氧化。即，通过向第2金属层22的露出面照射激光，被照射了激光的半径r的圆形区域、和该圆形区域的周边区域即从半径r到+Δr的圆环状区域被氧化。由此，在被照射了激光的区域及其周边区域中，第2金属层22的颜色变化而成为氧化区域。例如，在第2金属层22为镍的情况下，通过照射激光，第2金属层22氧化而黑化。该被照射了激光的区域及其周边区域分别对应于激光标记61中的中央部22a和轮廓部22b。即，由中央部22a和轮廓部22b构成的激光标记61的字符部分通过第1作用而成为氧化区域，成为与基体部22c不同的颜色。
另外，第2金属层22的露出面中的基体部22c是没有受到激光的照射的影响的部分，所以不被激光氧化。但是，基体部22c有可能通过自然氧化而氧化。
这样，第1作用是与第2金属层22的露出面中的基体部22c相比提高中央部22a及轮廓部22b的氧化程度的作用。
另一方面，第2作用是仅针对与中央部22a对应的被照射了激光的区域降低氧化程度的作用。具体而言，第2作用是在通过第1作用而第2金属层22氧化了的氧化区域中仅将被照射了激光的区域通过激光进行切削的作用。即，第2作用是仅将第2金属层22的氧化区域中的被照射了激光的区域进行物理加工的作用。通过该第2作用，第2金属层22的氧化区域中的仅被照射了激光的部分被切削而被除去。由于氧化区域被切削，所以存在于氧化区域的下层的第2金属层22的没有被氧化的层露出。
这样，第2作用是与第2金属层22的露出面中的基体部22c相比降低中央部22a的氧化程度的作用。具体而言，第2作用是将第2金属层22的氧化区域切削的作用。
并且，在本实施方式的激光打标方法中，控制激光的照射条件，以使得对于第2金属层22的露出面，第1作用和第2作用并行发生。结果，被照射了激光的区域(半径r的圆形的激光照射光斑)在刚成为氧化区域之后被切削，成为激光标记61的中央部22a。另一方面，被照射了激光的区域的周边区域(从半径r到+Δr的圆环状的区域)不被切削而是以氧化区域的状态残留，成为激光标记61的轮廓部22b。即，中央部22a是通过物理加工形成的区域，轮廓部22b是几乎不被物理加工、仅发生由化学加工带来的变化而形成的区域。这样，通过调整激光的照射条件，能够通过1次的激光照射并行地同时形成中央部22a及轮廓部22b。
在本实施方式的激光打标方法中，如图7的(b)所示，通过将脉冲状的激光扫描，描绘出规定的字符类的激光标记61。该情况下，通过激光的脉冲照射，半径r的圆形的激光照射光斑以间隔d依次相连。即，相连的多个激光照射光斑中，相邻的两个激光照射光斑彼此相互重叠。
由此，通过第2金属层22的露出面中的激光的激光照射光斑，按每个激光照射光斑将由第1作用形成的氧化区域通过第2作用连续地切削，从而形成激光标记61的中央部22a。结果，按规定的字符类刻印出的激光标记61的中央部22a形成为褶皱状。即，在中央部22a留下褶皱状的痕迹。另外，相邻的两个激光照射光斑的间隔d能够通过测定多个将两个激光照射光斑的中心彼此连结的直线(中心线)上的褶皱的距离并求出其平均值来计算。
另一方面，激光标记61的轮廓部22b通过将第2金属层22的露出面中的激光的激光照射光斑的周边区域中的由第1作用形成的氧化区域多次重叠而形成。
使用图8对这样形成的中央部22a及轮廓部22b详细地进行说明。图8是表示被进行脉冲照射的激光的每1个激光照射光斑(每1发)的第1作用和第2作用的图。图8的(a)表示连续的4个激光，图8的(b)表示连续的两个激光。另外，在图8的(a)中，黑圆表示在将连续的激光照射光斑的中心彼此连结的直线(中心线)上被1个激光照射光斑的激光氧化的区域，白圆表示在该中心线上被1个激光照射光斑的激光切削的区域。此外，在图8的(b)中，“d”表示相邻的两个激光照射光斑的间隔，“r”表示被照射了激光的区域中的激光的照射光斑(激光照射光斑)的半径，“Δr”表示被照射了激光的区域的周边区域的范围，“θ”表示将激光照射光斑的中心与相邻的两个激光照射光斑的交点连结的直线、和将相邻的两个激光照射光斑的中心彼此连结的中心线所成的角。
如图8的(a)及(b)所示，在与中央部22a对应的第2金属层22的露出面，在通过物理加工被切削后，该被切削了的区域由于接下来的激光照射光斑而后续产生r+Δr的范围从而再次被氧化，但是与轮廓部22b被氧化的程度相比被抑制。因此，中央部22a相对于轮廓部22b能得到较高的亮度。此外，在中央部22a，即使再次氧化，该氧化区域也在刚氧化后就被激光切削掉。
另一方面，在与轮廓部22b对应的第2金属层22的露出面，由于从半径r到+Δr的圆环状的范围从激光照射光斑的中心偏离而照射强度较小，所以通过化学加工(具体而言热作用)，仅发生氧化。因而，在与轮廓部22b对应的第2金属层22的露出面，按每个激光照射光斑而被氧化了的区域重复并连续地反复。结果，在第2金属层22为镍的情况下，轮廓部22b重叠从而黑色调增加。由此，轮廓部22b的颜色变深，所以能够提高激光标记61的目视性。
另外，在中央部22a，由于通过利用激光将第2金属层22的露出面以半径r的范围较薄地切削掉而形成，所以第2金属层22的表面的自然氧化部分被激光除去。因此，中央部22a的氧化程度与轮廓部22b的氧化程度相比暂时变低。此外，在第2金属层22中，氧化区域的层的厚度如后述那样是距第2金属层22的露出面大约100nm以下的深度的极薄厚度，所以在第2金属层22中，氧化区域被用激光简单地除去。因此，对于第2金属层22的氧化程度而言，在激光标记61刚形成后，暂时成为轮廓部22b的氧化程度>>基体部22c的氧化程度(自然氧化)≥中央部22a的氧化程度的关系，但如果经过长时间，则成为轮廓部22b的氧化程度>>基体部22c的氧化程度(自然氧化)≈中央部22a的氧化程度(自然氧化)的关系。
这样，根据本实施方式的激光打标方法，激光标记61的中央部22a及轮廓部22b是激光照射光斑沿着激光的扫描方向连续地重叠而形成的。
这里，为了确保激光标记61的目视性，希望以某种程度的大小确保中央部22a的宽度。为此，关于半径r+Δr的圆形区域中的中央部22a(半径r的圆形的激光照射光斑)的宽度，希望其尽可能大，并且，关于通过氧化作用的重叠而黑化的轮廓部22b，尽量使其尽可能靠外侧。即，中央部22a的宽度(2r)可以比轮廓部22b的宽度(Δr)大。
因此，在从半径r到+Δr的圆环状的区域中，希望使激光照射光斑邻接而重复的部分的最低点(即相邻的两个激光照射光斑的交点)从中心线以一定程度离开而靠近上部或下部(参照图8的(b))。该情况下，如果相邻的两个激光照射光斑的间隔d过宽，则最低点接近于中心线，所以希望将间隔d以某种程度缩窄。能够通过适当设定激光的扫描速度[mm/s]和脉冲的频率[kHz]来控制间隔d。另外，关于1个激光照射光斑的半径r及其周边区域(从半径r到+Δr的区域)，能够通过调整激光的照射强度及激光的焦距等条件来控制。
此外，相邻的两个激光照射光斑的交点为d/2的位置。因而，如图8的(b)所示，设将半径r的圆形的激光照射光斑的中心与相邻的两个激光照射光斑的交点连结的直线、和将相邻的两个激光照射光斑的中心彼此连结的中心线所成的角为θ，半径r、间隔d和角度θ成立以下的关系式。
d＝2r·cosθ
此时，角度θ优选为66°≤θ≤87°。即，优选为，角度θ的下限(即间隔d的上限)为66°，角度θ的上限(即间隔d的下限)为87°。
如果θ<66°，则轮廓部22b最小也以激光照射光斑的半径r的10％的量接近于中心线，所以中央部22a的宽度变窄，轮廓部22b与中央部22a的差异不清晰，激光标记61的目视性有可能下降。
另一方面，如果θ>87°，则虽然轮廓部22b与中央部22a的差异不会不清晰，但必须使激光的扫描速度较大地下降或将激光的脉冲的频率过度地增大。如果使扫描速度较大地下降，则形成激光标记61的时间变长。此外，如果将频率过度地增大，则激光功率不足，难以通过1个激光照射光斑使第2金属层22氧化，轮廓部22b的黑化下降(即黑色调不增加)，激光标记61的目视性反而有可能下降。
在本实施方式中，角度θ设为θ＝81°左右。通过设为θ＝81°，能够使中央部22a的宽度的减少上下包含在半径r的2％的量以内。由此，能够抑制形成激光标记61的时间的变长，并且确保中央部22a的宽度而容易地得到激光标记61的目视性。
图9表示使用实施方式的激光打标方法实际在半导体装置1的金属层20上形成的激光标记61。激光的打标对象物是由银构成的第1金属层21和由镍构成的第2金属层22的两层构造的金属层20中的第2金属层22的露出面。激光的激光照射光斑的半径r是10μm，相邻的两个激光照射光斑的间隔d是3μm，氧化区域(轮廓部22b)的宽度(Δr)是15μm。另外，夹着中央部22a的一对轮廓部22b的宽度(Δr)可以相互相同也可以不同。
如图9的外观照片所示，可知形成了由中央部22a及轮廓部22b构成的激光标记61。
此外，图10是将图9的激光标记61的一部分放大并示意地表示的剖视图及该部分的平面像。如图10的平面光学显微镜像及平面SEM像所示，可知在激光标记61中，明确地形成了残留有褶皱状的痕迹的中央部22a和轮廓部22b。具体而言，在平面光学显微镜像中，作为轮廓部22b，能够确认氧化的程度较大的氧化区域。但是，并不是仅轮廓部22b被氧化。此外，在平面SEM像中，虽然氧化区域不清晰，但能够确认到中央部22a被形成为褶皱状。另外，在激光照射光斑的半径(r)及轮廓部22b的氧化区域(Δr)的测定中，优选的是使用平面光学显微镜像。此外，在相邻的两个激光照射光斑的间隔(d)的测定中，优选的是使用平面SEM像。此外，关于中央部22a与轮廓部22b的边界，理解为是与中央部22a保持褶皱状的间隔的区域，能够认为具有该褶皱状的间隔成为零而褶皱彼此连接之处而成为轮廓部22b。
图11表示图10的XI－XI线的截面SEM像。此外，在图11中表示了通过EDX分析对由镍构成的第2金属层22的氧(O)及镍(Ni)的浓度分布进行测定的结果。
如图11的浓度分布所示，可知在从第2金属层22的最表面到100nm的深度的区域中形成有氧化层。即，作为氧化区域的轮廓部22b的厚度是100μm以下。
接着，关于本实施方式的激光打标方法(以下，也记作“本工艺方法”)，与以往工艺方法A及以往工艺方法B的两个以往的激光打标方法比较而进行说明。
图12是用来说明以往工艺方法A的图。在图12中，在半导体装置的由银构成的金属层20X的露出面形成有激光标记。
如图12所示，在以往工艺方法A中，通过向半导体装置的金属层20X将激光进行脉冲照射，将由银构成的金属层20X的表面层局部地切削。通过由通过激光的照射而切削掉的部分(字符部分)和没有被照射激光而没有被切削的部分之间的凹凸差所带来的对比度，通过以往工艺方法A刻印的激光标记被用户识别。
图13表示实际使用以往工艺方法A在由银构成的金属层20X的露出面形成了激光标记时的显微镜照片及自动外观检查相机图像。如图13所示，能够识别通过以往工艺方法A形成的激光标记。
此时，设由银构成的金属层20X的厚度为3μm，设激光的激光功率为22％，设激光的频率为40kHz，设激光的扫描速度为400mm/s，设相邻的两个激光照射光斑的间隔d为10μm。该情况下，如果作为表示每1个激光照射光斑的能量大小的基准而使用激光功率[％]/频率[kHz]的值，则该值较小，是0.55。另外，激光功率是将最大输出设为100％时的比例。
图14表示了示出通过以往工艺方法A在金属层20X上形成的激光标记的一部分的电子显微镜像、和通过EDX分析对该激光标记周边的金属层20X中的氧质量浓度进行测定的结果。如图14的EDX分析的结果所示，通过以往工艺方法A，在金属层20X的露出面没有形成氧化区域。即，在金属层20X的激光加工部和基体部中，含氧量没有变化。此外，即使在激光加工后金属层20X的露出面自然氧化，也限于金属层20X的露出面的整面均匀地自然氧化，不发生颜色差。即，根据以往工艺方法A，不存在相当于通过本工艺方法形成的轮廓部22b的高氧浓度区域(颜色变化区域)。
这样的以往工艺方法A在作为形成激光标记的打标对象物的金属层20X由银等熔点比较低的金属材料构成的情况下，不论金属层20X的厚度如何，都能够用激光将金属层20X的表面层切削而形成凹凸。
但是，在作为打标对象物的金属层20X由镍等高熔点的金属材料构成的情况下，由于激光的功率不足而难以对金属层20X实施物理加工。即，难以通过激光将金属层20X切削。此外，即使假设能够对由高熔点的金属材料构成的金属层20X实施物理加工，也有通过该加工而产生的金属层20X的露出面的凹凸被金属层20X的表面粗糙度埋没的情况。即，即使在金属层20X的露出面形成了凹凸，其凹凸差也较小，所以难以通过由凹凸差带来的对比度看到激光标记，难以识别为规定的字符类的激光标记。这样，根据以往工艺方法A，难以形成能够识别的激光标记。
图15是用来说明以往工艺方法B的图。在图15中，通过向由银构成的第1金属层21和由镍构成的第2金属层22Y的两层构造的金属层20Y的露出面将激光进行脉冲照射而形成激光标记。具体而言，在由镍构成的第2金属层22Y的露出面形成了激光标记。
如图15所示，即使第2金属层22Y由高熔点的镍构成，如果作为最表面层的第2金属层22Y的厚度较薄(例如小于0.5μm的厚度)，则也能够利用激光将第2金属层22Y切削掉而使形成在第2金属层22Y之下的作为基底层的第1金属层21露出。由此，由于第2金属层22Y和第1金属层21的表面反射率不同，所以通过该对比度来识别激光标记。
图16表示实际使用以往工艺方法B在金属层20Y的露出面形成了激光标记时的显微镜照片及自动外观检查相机图像。如图16所示，能够识别通过以往工艺方法B形成的激光标记。另外，第2金属层22Y被切削掉后的激光标记的字符部分是由银构成的第1金属层21的表面、或者银和镍的合金层的表面。
此时，设由银构成的第1金属层21的厚度为10μm，设由镍构成的第2金属层22Y的厚度为0.4μm，设激光的激光功率为45％，设激光的频率为100kHz，设激光的扫描速度为600mm/s，设相邻的两个激光照射光斑的间隔d为6μm。该情况下，如果与以往工艺方法A同样地使用激光功率[％]/频率[kHz]的值作为每1个激光照射光斑的能量大小的基准，则该值较小，是0.45。
图17表示了示出通过以往工艺方法B在金属层20Y上形成的激光标记的一部分的电子显微镜像、和该激光标记周边(加工部周边)的金属层20Y的银及镍的EDX映射(EDXmapping)。如银的EDX映射所示，从激光加工部中较多地检测出Ag。考虑这是因为，第2金属层22Y的基底层即第1金属层21露出而第1金属层21的主成分即银本身露出了，或者，构成第1金属层21的银合金化了。此外，如镍的EDX映射所示，在第2金属层22Y的整个面中检测出镍。
这样的以往工艺方法B，即使作为打标对象物的第2金属层22Y由高熔点的金属材料构成，如果第2金属层22Y的厚度较薄，则也能够利用激光将第2金属层22Y局部地除去而使形成在第2金属层22Y之下的第1金属层21露出。
但是，如果第2金属层22Y的厚度较厚，则存在如下情况：即使照射激光也无法将第2金属层22Y切削直到使第1金属层21露出，无法在金属层20Y上形成能够识别的激光标记。例如，在第2金属层22Y是镍的情况下，如果第2金属层22Y的厚度为2μm以上，则即使照射激光也无法使作为基底层的第1金属层21露出。
相对于此，根据本实施方式的激光打标方法(本工艺方法)，即使作为激光打标对象物的第2金属层22较厚而无法使作为基底层的第1金属层21露出，即使第2金属层22由高熔点的金属材料构成而难以用激光切削，由于如上述那样使第2金属层22的露出面并行地产生第1作用和第2作用，所以也能够形成能够识别的激光标记。
图18表示实际使用本工艺方法在金属层20的露出面形成了激光标记时的显微镜照片及自动识别图像。具体而言，在第2金属层22的露出面形成了激光标记。根据本工艺方法，由于通过氧化这样的化学加工将第2金属层22的露出面氧化，改变颜色而在中央部22a的两侧形成了轮廓部22b，所以如图18所示，能够以较高的目视性识别激光标记。
此时，设由银构成的第1金属层21的厚度为40μm，设由镍构成的第2金属层22的厚度为34μm，设激光的激光功率为60％，设激光的频率为65kHz，设激光的扫描速度为200mm/s，设相邻的两个激光照射光斑的间隔d为3μm。此外，激光的焦点位置设定在激光照射光斑的半径r为15μm的位置。该情况下，如果与以往工艺方法A及以往工艺方法B同样地使用激光功率[％]/频率[kHz]的值作为每1个激光照射光斑的能量大小的基准，则该值较大，是0.92。
这样，在本工艺方法中，每1个激光照射光斑的能量与以往工艺方法A及以往工艺方法B相比成为约2倍。由此，能够使由镍构成的第2金属层22的露出面氧化。
这里，该第2金属层22的氧化通过因照射激光带来的第2金属层22的高温化而发生。根据本工艺方法，通过将扫描速度设为以往工艺方法的一半以下，提高了激光的每1次照射的高温化的效率。此外，根据本工艺方法，通过激光的扫描而连续的激光照射光斑使间隔d较短而使相邻的两个激光照射光斑之间靠近，以使得相邻的两个激光照射光斑在一定程度上具有重合的重叠部。由此，能够维持重叠部的高温化，所以能够提高第2金属层22的氧化程度。具体而言，根据本工艺方法，将相邻的两个激光照射光斑的间隔d设为3μm，设为以往工艺方法A及以往工艺方法B的一半以下。
另外，根据以往工艺方法A，在金属层的露出面形成凹凸差即可，此外，根据以往工艺方法B，能够将金属层除去或实现合金化即可，所以在以往工艺方法A及以往工艺方法B中，相邻的两个激光照射光斑的重叠部除了将连续的激光照射的痕迹相连而使其成为字符状以外，不成为重要的要素。因此，根据以往工艺方法A及以往工艺方法B，以打标工序的时间的缩短为优先即可，与本工艺方法不同，将相邻的两个激光照射光斑的间隔d设定得较大。
图19及图20表示了示出通过本工艺方法形成于第2金属层22的激光标记的一部分的电子显微镜像、和通过EDX分析对该激光标记周边的第2金属层22中的氧质量浓度进行测定的结果。图19表示在大气中放置了1个月时的电子显微镜像和氧质量浓度，图20表示在大气中放置了6个月时的电子显微镜像和氧质量浓度。
如图19的EDX分析的测定结果所示，可知在激光标记的中央部22a，氧化区域不存在，或者可以认为微量到通过EDX分析无法检测到的程度。可以认为这是因为，在中央部22a，即使被氧化，氧化区域也被激光除去。另一方面，在激光标记的轮廓部22b，可知氧化区域原样残留而存在。
另外，如图20的EDX分析的测定结果所示，可知通过在大气中放置6个月(长时间放置)，中央部22a、轮廓部22b及基体部22c中的氧质量浓度增加。可以认为这是因为，中央部22a、轮廓部22b及基体部22c的表面在等待中持续被暴露而自然氧化了。此外，还可知通过在大气中长时间放置，中央部22a的氧化程度和基体部22c的氧化程度变得大致相同。但是，在大气中放置了1个月的情况以及在大气中放置了6个月的情况下，轮廓部22b的含氧量都为最多。
这样，无论在大气中放置了1个月的情况以及在大气中放置了6个月的情况的哪种情况下，轮廓部22b的氧质量浓度都比中央部22a及基体部22c的氧质量浓度大，在第2金属层22的露出面中轮廓部22b的氧质量浓度最大。另外，在大气中放置了1个月的情况下的轮廓部22b、基体部22c和中央部22a的各氧质量浓度满足轮廓部22b的氧质量浓度>基体部22c的氧质量浓度>中央部22a的氧质量浓度的关系。
这样，第2金属层22的表面的氧质量浓度在轮廓部22b处最大。由此，即使中央部22a和基体部22c是相同程度的颜色，也能够仅使激光标记中的轮廓部22b的颜色较黑而醒目。
在本实施方式中，轮廓部22b的氧质量浓度超过了3％。即，在形成由中央部22a及轮廓部22b构成的激光标记时，形成了轮廓部22b以使通过EDX分析测定的氧质量浓度超过3％。由此，即使在经过长时间而自然氧化后，也能够维持轮廓部22b相对于基体部22c及中央部22a的颜色差异(黑度)。即，由于即使经过长时间后轮廓部22b的颜色也仍然较深，所以能够提高激光标记的目视性。另外，基体部22c的氧质量浓度是1.7％左右。另外，可以是，轮廓部22b的氧质量浓度在激光标记刚形成后及经过长时间后都超过3％。
此外，如图19及图20的平面SEM像所示，可知关于通过本工艺方法形成的激光标记，轮廓部22b进一步被分为第1区域22b1和第2区域22b2。
轮廓部22b中的第1区域22b1是轮廓部22b的内侧的区域。具体而言，第1区域22b1与中央部22a相接。第1区域22b1是在激光照射光斑的外侧形成的有相连部的凹凸区域。此外，第1区域22b1的凹凸比基体部22c的凹凸大。因而，第1区域22b1的表面粗糙度比基体部22c的表面粗糙度大。
另外，第1区域22b1在第2金属层22的厚度方向上具有比基体部22c高的部分。此外，第1区域22b1成为各激光照射光斑的外缘构造物的连结体。具体而言，第1区域22b1为牛奶皇冠(milk crown)的边缘那样的形状。
轮廓部22b中的第2区域22b2是轮廓部22b的外侧的区域。具体而言，第2区域22b2是比第1区域22b1距中央部22a远的区域。在图19及图20中，第2区域22b2的宽度比第1区域22b1的宽度大。此外，第2区域22b2的凹凸比第1区域22b1的凹凸小。因而，第2区域22b2的表面粗糙度比第1区域22b1的表面粗糙度小。作为一例，第2区域22b2的表面粗糙度与基体部22c的表面粗糙度等同。
在平面视图中，第2区域22b2的颜色与中央部22a的颜色及/或基体部22c的颜色不同。具体而言，第2区域22b2相对于中央部22a及/或基体部22c而言氧化程度不同。结果，第2区域22b2相对于中央部22a及/或基体部22c而言颜色不同。另外，基体部22c的氧化程度和中央部22a的氧化程度既可以等同也可以不同。
根据以上内容，如果将以往工艺方法A、以往工艺方法B及本工艺方法的特征、和通过以往工艺方法A、以往工艺方法B及本工艺方法形成的激光标记的特征进行总结，则成为以下的表1、表2、表3所示的结果。
表1表示通过以往工艺方法A形成的激光标记的特征，表2表示通过以往工艺方法B形成的激光标记的特征，表3表示通过本工艺方法形成的激光标记的特征。
另外，以往工艺方法A的表1及以往工艺方法B的表2各自中的中央部及轮廓部表示与通过本工艺方法形成的激光标记的中央部及轮廓部对应的位置处的特征，并非表示通过以往工艺方法A及以往工艺方法B形成了中央部22a及轮廓部22b。
[表1]
[表2]
[表3]
此外，将以往工艺方法A与本工艺方法比较可知，形成激光标记的金属层的露出面的表面粗糙度(即基体部的表面粗糙度)对激光标记的目视性带来影响。使用图21及图22对这一点进行说明。图21是在金属层20X的基体部的表面粗糙度较小的情况和较大的情况下通过以往工艺方法A形成的激光标记61的一例和将该激光标记61的一部分放大表示的显微镜照片。图22是在金属层20的基体部的表面粗糙度较小的情况和较大的情况下通过本工艺方法形成的激光标记61的一例和将该激光标记61的一部分放大表示的显微镜照片。
如图21所示，可知根据以往工艺方法A，金属层20X的基体部的粗糙度对激光标记61的目视性带来影响。具体而言，根据以往工艺方法A，如果金属层20X的基体部的粗糙度变小，则由激光标记61产生的粗糙度成为与金属层20X相同的程度，所以激光标记61的目视性变差。
另一方面，如图22所示，可知在本工艺方法的情况下，金属层20的基体部的粗糙度不对激光标记61的目视性带来影响。这是因为，本工艺方法通过轮廓部22b与中央部22a或基体部22c的颜色差异而得到激光标记61的良好的目视性。即，根据本工艺方法，与基体部22c的粗糙度无关地，能够确保激光标记61的良好的目视性。
接着，使用图23对通过本工艺方法形成的激光标记61的优选的尺寸进行说明。图23是用来说明通过本工艺方法将激光标记61刻印时的激光的1条刻印线及一个字符的尺寸的图。
如图23所示，在将激光标记61刻印时，将激光进行扫描。此时，1个激光标记61中的1条刻印线的线宽(W)作为中央部22a的线宽(2r)与轮廓部22b(单侧轮廓部)的线宽(Δr)的2倍(×2)的和来表示。即，W＝2×r+2×Δr。
此时，1个激光标记61形成在既定的矩形区域内。在图23中，表示了在既定的矩形区域内作为激光标记61而刻印字符“m”的情况。
此时，如果激光标记61的轮廓部22b的线宽较宽，则构成激光标记61(字符)的线(刻印线)彼此重叠而目视性下降。具体而言，表示激光标记61的字符变形而难以判别为字符。因此，越是小尺寸的激光标记61越难以清晰地刻印，但通过本工艺方法形成的激光标记61由于是中央部22a和在其两侧具备的轮廓部22b的组合，所以与不存在中央部22a的激光标记相比，即使是小尺寸在目视性上也有优势。
但是，为了在即使通过本工艺方法形成小尺寸的激光标记61的情况下也确保充分的目视性，以下的两点变得重要。
第一点是，在相邻的刻印线处轮廓部22b不重叠。例如，即使在刻印的激光标记61的字符类是“m”、“M”、“E”、“W”、“5”、“6”等情况下，也只要在表示字符尺寸的1个矩形区域内最大能够并行3个刻印线即可。这是因为，在英语字母及数字中没有超过3个刻印线的情况。
第二点是，轮廓部22b不被中央部22a相对地过度侵蚀(即中央部22a的线宽不过粗)，此外，相反地，不是仅残留轮廓部22b(即中央部22a的线宽不过细)。
根据本发明人的实验结果，关于通过激光将激光标记61刻印时的1条刻印线，得到了以下的表4所示的结果。
[表4]
具体而言，如表4所示，首先可知，1条刻印线的线宽W(＝2r+2Δr)是38μm以上100μm以下即可。该情况下，中央部22a的线宽(2r)可以是14μm以上50μm以下，1条刻印线的单侧轮廓部的线宽(Δr)可以是12μm以上25μm以下。作为一例，1条刻印线的线宽W是50μm，中央部22a的线宽是20μm，1条刻印线的单侧轮廓部的线宽是15μm。
此外，基于上述的下限条件研究可知，在将较小的字符尺寸的激光标记61刻印的情况下，其字符尺寸(矩形区域)的宽度尺寸及高度尺寸可以是114μm以上300μm以下。
典型的是，激光标记61的字符尺寸(矩形区域)为150μm，优选的是，激光标记61的字符尺寸为150μm以上。即，将激光标记61刻印时的既定的矩形区域的宽度尺寸及高度尺寸可以都是150μm以上。由此，能够确保激光标记61的目视性。这是因为，在该条件下能够实现的1条刻印线的线宽的3倍成为能够刻印的激光标记61的字符尺寸的下限。即，通过将激光标记61的字符尺寸设为150μm以上，相邻的刻印线彼此不再重叠，能够抑制激光标记61的目视性的下降。换言之，关于存在规定的字符尺寸的字符类、包含在该字符尺寸中的(即能够目视的)激光标记61，1条刻印线的线宽为其尺寸的1/3那样的激光照射条件成为限度。
因而，激光标记61的1条刻印线的线宽可以小于被刻印1个该激光标记61的既定的矩形区域的宽度尺寸及高度尺寸中的较小尺寸的1/3。由此，即使是较小尺寸的激光标记61，也能够不变形地刻印清晰的激光标记61。
此外，如果激光标记61的1条刻印线的线宽W变粗，则r及Δr都变粗，但如果基于在本工艺方法中被确认了能够确保字符类的目视性的激光照射条件中的中央部22a的线宽变得最粗的条件，则通过将1条刻印线中的仅相对的轮廓部22b的线宽(即，(1条刻印线的线宽－中央部22a的线宽)/1条刻印线的线宽)设为0.5以上，能够抑制仅轮廓部22b的线宽变得过细而激光标记61的目视性下降的情况。相反，如果激光标记61的1条刻印线的线宽W变得过细，则有可能中央部22a的线宽变细而激光标记61的目视性下降。因而，如果基于在本工艺方法中被确认了能够确保字符类的目视性的激光照射条件中的中央部22a的线宽变得最细的条件，则“(1条刻印线的线宽－中央部22a的线宽)/1条刻印线的线宽”的上限可以为0.63。根据以上，“(1条刻印线的线宽－中央部22a的线宽)/1条刻印线的线宽”可以是0.50以上0.63以下(作为典型例是0.6)。
接着，使用图24说明对激光标记61中的轮廓部22b的黑化进行的控制。图24关于本工艺方法而表示了相邻的两个激光照射光斑连续地重合了多个的状态。图24的左图表示n个(n是2以上的整数)的多个激光照射光斑重合时的第1个和第n个激光照射光斑(中间省略)。此外，图24的右图表示5个(n＝5)激光照射光斑重合时的状态。
激光标记61的轮廓部22b的黑色调(黑色的深浅)能够通过重复的激光照射光斑的个数的增减来控制。具体而言，重复的激光照射光斑的个数越多，轮廓部22b的黑色调越增加。
如图24所示，在由本工艺方法形成的激光标记61中，中央部22a通过半径r的圆形的激光照射光斑以间隔d相连而形成，轮廓部22b通过从该激光照射光斑的同心圆的半径r+Δr的圆形中去掉半径r的圆形后的宽度Δr的圆环状的区域相连而形成。此时，在平面视图中，相邻的两个激光照射光斑彼此存在相互重合的重叠部，该重叠部比半径r的圆形靠外侧。
为了满足该情况，只要第1个激光照射光斑和第n个激光照射光斑在半径r的圆形的外侧具有重叠部即可，所以半径r、宽度Δr及间隔d只要在几何学上成立以下的关系式即可。
d＝2·Δr/(n－1)·(2r/Δr+1)1/2
此时，根据本发明人的实验结果可知，关于激光照射光斑重复的个数n，只要个数n的下限(即间隔d的上限)为7，个数n的上限(即间隔d的下限)为45即可。
如果n<7，则激光照射光斑的重叠部不足而轮廓部22b的黑色调变淡。具体而言，轮廓部22b的亮度成为～0.65，轮廓部22b的亮度和中央部22a的亮度成为相同的程度。结果，轮廓部22b和中央部22a的颜色及亮度的差异变得不清晰，激光标记61的目视性下降。另外，亮度是将256灰阶的单色摄影得到的图像数据通过将黑设为0且将白设为1而数值化的明亮度。虽然按各像素的每个而存在数值，但在本公开中也有使用将与405×405μm的面积对应的180个像素的数值进行平均后的值作为指标从而称作平均亮度的情况。此外，在图像的摄影中使用了1个像素为1.5μm的显微镜及相机。
另一方面，如果n>45，则虽然轮廓部22b的黑色调充分可见，但重合的部分过度连续，对激光的物理加工带来影响或发生因高温化导致的构造破坏的可能性变高。
这样，可以是，半径r、宽度Δr及间隔d满足d＝2·Δr/(n－1)·(2r/Δr+1)1/2，7≤n≤45的关系。由此，能够使轮廓部22b较黑，并且能够确保一定的宽度的中央部22a且使中央部22a较白。结果，能够减轻激光标记61的不清晰度，能够使激光标记61的目视性提高。
该情况下，典型地可以是n＝16。由此，能够维持轮廓部22b的适当的黑色调(例如亮度为～0.42)并且抑制对激光的物理加工带来影响或发生因高温化导致的构造破坏的情况。
此外，间隔d可以是1μm≤d≤8μm。由此，不仅能够使轮廓部22b较黑且使中央部22a较白而使激光标记61的目视性提高，而且能够实现激光打标工序的时间的缩短。此外，半径r可以是7μm≤r≤25μm，宽度Δr可以是12μm≤Δr≤25μm。作为一例，d＝3μm，r＝10μm，Δr＝15μm，n＝16。该情况下，θ＝81.4°，轮廓部22b的亮度为0.42。
此外，可以是，间隔d和半径r满足d＝2·Δr/(n－1)·(2r/Δr+1)1/2，7≤n≤45的关系，并且如上述那样还满足d＝2r·cosθ，66°≤θ≤87°的关系。
此时，半径r如上述那样可以是7μm≤r≤25μm，所以间隔d和半径r的优选的范围为图25的阴影部分的范围。例如，在半径r＝10μm的情况下，如图25所示，间隔d的优选的范围是约1μm以上约8μm以下。另外，半径r和Δr如上述那样，能够通过调整激光的照射强度及焦距等来控制。
此外，间隔d[μm]如上述那样，能够通过适当设定激光的频率[kHz]和激光的扫描速度[mm/s]来控制。这里，如果设激光的频率为a[kHz]，设激光的扫描速度为b[mm/sec]，则间隔d[μm]为d＝b/a。
图26表示间隔d、激光的频率a和激光的扫描速度b的关系。
扫描速度是照射激光的激光照射机移动的速度或被照射激光的一侧的半导体装置1移动的速度。如果扫描速度变慢则在激光打标工序中需要时间。例如，如果扫描速度小于100[mm/sec]则激光打标工序的效率下降。
频率是通过脉冲激光器照射激光时的每1秒的激光的照射次数。频率越高则激光的每1发(照射)的照射强度越下降，所以难以通过激光将与中央部22a对应的金属层较薄地切削加工，并且难以将金属层氧化而形成轮廓部22b(氧化区域)。例如，如果以130[kHz]～150[kHz]的高频率照射激光而形成激光标记61，则激光标记61的目视性变差。
根据以上，在本工艺方法中，作为将激光进行脉冲照射而形成激光标记61时的扫描速度及频率的规定的条件，可以是a≤130[kHz]，b≥100[mm/s]，1.0≤b/a≤8.0。由此，能够使轮廓部22b较黑且使中央部22a较白而使激光标记61的目视性进一步提高，并且能够进一步实现激光打标工序的时间的缩短。
另外，在本工艺方法中，在形成激光标记61的轮廓部22b时重要的要素是间隔d，但即使间隔d相同，频率越低，也由于每1个激光照射光斑的黑白的清晰性越清楚，所以激光标记61的目视性提高。即，在图26中，即使是相同的d的直线上的条件，优选的条件也为频率变低的方向(向左上接近的方向)的条件。
如以上说明那样，本实施方式的激光打标方法是在金属层20(具体而言是第2金属层22)的露出面形成激光标记61的方法，通过在规定的条件下对金属层20(具体而言是第2金属层22)的露出面连续地将激光进行脉冲照射，并行地产生(i)与金属层20的露出面中的不受激光照射的影响的基体部22c相比提高形成激光标记61的轮廓的轮廓部22b的氧化程度的第1作用、以及(ii)与金属层20的露出面中的基体部22c相比降低激光标记61的位于轮廓部22b内侧的中央部22a的氧化程度的第2作用，形成包括轮廓部22b和中央部22a的激光标记61。
由此，即使是由高熔点的金属材料构成或厚度较厚而难以用激光切削的金属层20，也能够使轮廓部22b的颜色与基体部22c的颜色或中央部22a不同，所以能够在金属层20形成能够识别的激光标记61。并且，根据本实施方式的激光打标方法，能够通过一次的激光照射同时并行地形成中央部22a和轮廓部22b，所以能够缩短激光打标工序的时间。
此外，本实施方式的半导体装置1是能够面朝下安装的芯片尺寸封装型的半导体装置，具有：半导体衬底11；以及金属层20，形成于半导体衬底11，露出到外部；在金属层20的露出面，形成有包括中央部22a和轮廓部22b的1个以上的激光标记61。并且，在将金属层20的露出面进行平面视时，轮廓部22b的颜色与基体部22c的颜色或中央部22a的颜色不同。
通过该结构，即使是难以用激光切削的金属层20，也能够在金属层20形成能够识别的激光标记61。
(变形例)
以上，基于实施方式对本公开的半导体装置及激光打标方法等进行了说明，但本公开并不限定于上述实施方式。
例如，在上述实施方式中，形成在半导体装置1的金属层20上的代码60是一个个相互分离的激光标记61的组合，但不限于此。例如，代码60也可以将多个激光标记61以相互接触的方式组合。作为一例，代码60也可以是由多个图形的激光标记61的组合构成的二维条码。
此外，在上述实施方式中，形成有激光标记61的半导体装置1的露出面是第2金属层22的下表面(背面)，但不限于此。例如，激光标记61也可以是第2金属层22的侧面或第1金属层21的侧面，也可以是第1栅极焊盘54a、第1源极焊盘56a、第2栅极焊盘54b或第2源极焊盘56b的露出面。即，只要是由金属材料构成的露出到外部的金属部件的露出面，就能够在该金属部件的露出面形成激光标记61。
此外，在上述实施方式中，半导体装置1是形成有两个纵型MOS晶体管的双重型半导体器件，但不限于此。例如，半导体装置1也可以是形成有1个纵型MOS晶体管的单一(Single)型半导体器件。
此外，在上述实施方式中，半导体装置1的晶体管是纵型MOS晶体管，但不限于此。例如，半导体装置1的晶体管也可以是横型(平面型)MOS晶体管。此外，半导体装置1的晶体管不限于FET，半导体装置1本身也不限于具有晶体管。半导体装置1具有形成激光标记61的金属部件即可。
除此以外，对上述实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的形态、或在不脱离本公开的主旨的范围内通过将实施方式的构成要素及功能任意地组合而实现的形态也包含在本公开中。
工业实用性
本公开的技术对于刻印了激光标记的半导体装置等各种器件是有用的。
标号说明
1 半导体装置
10 半导体层
11 半导体衬底
12 低浓度杂质层
12a 第1体区域
12b 第2体区域
20 金属层
21 第1金属层
22 第2金属层
22a 中央部
22b 轮廓部(单侧轮廓部)
22b1 第1区域
22b2 第2区域
22c 基体部
30 氧化膜
40 保护层
50a 第1纵型MOS晶体管
51a 第1栅极电极
52a 第1栅极绝缘膜
53a 第1源极电极
54a 第1栅极焊盘
55a 第1源极区域
56a 第1源极焊盘
50b 第2纵型MOS晶体管
51b 第2栅极电极
52b 第2栅极绝缘膜
53b 第2源极电极
54b 第2栅极焊盘
55b 第2源极区域
56b 第2源极焊盘
60 代码
61 激光标记

Claims (13)

1.一种半导体装置，是能够面朝下安装的芯片尺寸封装型的半导体装置，其特征在于，
具有：
半导体衬底；以及
金属层，形成于上述半导体衬底，露出到外部；
在上述金属层的露出面，形成有1个以上的标记；
上述标记包括形成上述标记的轮廓的轮廓部和位于上述轮廓部的内侧的中央部；
上述轮廓部中的上述金属层的表面的含氧量比上述中央部中的上述金属层的表面的含氧量大；
上述金属层的主成分是镍、镁、铝、铬或铜的某一种；
上述金属层的厚度是2μm以上。
2.一种半导体装置，是能够面朝下安装的芯片尺寸封装型的半导体装置，其特征在于，
具有：
半导体衬底；以及
金属层，形成于上述半导体衬底，露出到外部；
在上述金属层的露出面，形成有1个以上的标记；
上述标记包括形成上述标记的轮廓的轮廓部和位于上述轮廓部的内侧的中央部；
上述轮廓部中的上述金属层的表面的光吸收系数与上述中央部中的上述金属层的表面的光吸收系数不同；
上述金属层的主成分是镍、镁、铝、铬或铜的某一种；
上述金属层的厚度是2μm以上。
3.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
上述金属层的表面的含氧量在上述轮廓部是最大的。
4.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
设上述轮廓部中的上述金属层的表面的含氧量为A，设上述金属层的露出面中的没有形成上述标记的部分即基体部中的上述金属层的表面的含氧量为B，设上述中央部中的上述金属层的表面的含氧量为C时，满足A>B≥C的关系。
5.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
上述轮廓部中的上述金属层的表面的组分与上述金属层的露出面中的没有形成上述标记的部分即基体部中的上述金属层的表面的组分或上述中央部中的上述金属层的表面的组分不同。
6.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
上述标记的1条刻印线的线宽小于刻印有1个该标记的既定的矩形区域的宽度尺寸及高度尺寸中的较小尺寸的1/3。
7.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
上述中央部通过半径r的圆形的激光照射光斑以间隔d相连而形成；
上述半径r和上述间隔d满足d＝2r·cosθ，66°≤θ≤87°的关系。
8.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
上述中央部通过半径r的圆形的激光照射光斑以间隔d相连而形成；
上述轮廓部通过从上述激光照射光斑的同心圆的半径r+Δr的圆形中去除了半径r的圆形后的宽度Δr的圆环状的区域相连而形成；
上述半径r、上述宽度Δr及上述间隔d满足d＝2·Δr/(n－1)·(2r/Δr+1)1/2，7≤n≤45的关系。
9.如权利要求7所述的半导体装置，其特征在于，
上述间隔d是1μm≤d≤8μm。
10.一种激光打标方法，是在以镍、镁、铝、铬或铜的某一种为主成分且厚度为2μm以上的金属层的露出面形成标记的激光打标方法，其特征在于，
通过在规定的条件下向上述金属层的露出面连续地将激光进行脉冲照射，从而并行地产生(i)与上述金属层的露出面中的不受上述激光的照射的影响的基体部相比将形成上述标记的轮廓的轮廓部的氧化程度提高的第1作用、和(ii)与上述金属层的露出面中的上述基体部相比将上述标记的位于上述轮廓部的内侧的中央部的氧化程度降低的第2作用，形成包括上述轮廓部和上述中央部的上述标记。
11.如权利要求10所述的激光打标方法，其特征在于，
上述轮廓部通过将上述金属层的露出面中的上述激光的激光照射光斑的周边区域中的由上述第1作用带来的氧化区域多次重叠而形成。
12.如权利要求10所述的激光打标方法，其特征在于，
将上述轮廓部形成为，通过EDX分析而测定的氧质量浓度超过3％。
13.如权利要求10所述的激光打标方法，其特征在于，
设上述激光的频率为a且单位为kHz，设上述激光的扫描速度为b且单位为mm/sec时，
上述规定的条件是a≤130kHz，b≥100mm/s，1.0≤b/a≤8.0。
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