JP2009152279A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハから、上側電極と下側電極を有する半導体装置を製造する方法に関する。なお、本明細書においては、「半導体ウエハ」はダイシング前の半導体を意味し、「半導体基板」はダイシング後(すなわち、個々の半導体装置に分離した後)の半導体を意味する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having an upper electrode and a lower electrode from a semiconductor wafer. In this specification, “semiconductor wafer” means a semiconductor before dicing, and “semiconductor substrate” means a semiconductor after dicing (that is, after being separated into individual semiconductor devices).
モータのインバータ制御等に用いられる大電流制御用の半導体装置が知られている。この種の半導体装置は、大電流を扱うことから発熱量が高い。そこで、半導体装置の上面に形成されている上側電極を電極板等にはんだ接合する技術が知られている。はんだ接合すると、半導体装置から電極板へ向かう熱伝導率を上昇させて、半導体装置の放熱性能を向上させることができる。上側電極をはんだ接合するためには、上側電極の表面に、はんだ濡れ性が高いニッケルや銅を含む金属層(以下では、表面金属層という)を形成する必要がある。
半導体ウエハには、通常は複数の半導体装置が形成される。半導体ウエハに形成された複数の半導体装置は、ダイシングして個々の半導体装置に分離される。電極(すなわち、金属)をダイシングすると、金属の延性によりチッピング等の不具合が発生し易い。したがって、通常は、上側電極はダイシング領域(ダイシング時に削り取られる領域)を回避するようにパターニングして形成される。また、複数の上側電極を有する半導体装置(例えば、上面にエミッタ電極とゲート電極を有するIGBT等)では、個々の装置領域(ダイシング領域によって区画された領域)内でも、各上側電極が適切な位置に配置されるようにパターニングして形成される。一般的に用いられる上側電極(アルミニウム等)は、エッチング等を用いて高精度にパターニングすることができる。一方、ニッケル等の表面金属層は精密なエッチングが困難であり、パターニングして形成することが難しい。したがって、表面金属層は、メッキ(電解メッキまたは無電解メッキ)により形成される。すなわち、半導体ウエハの上面にエッチングし易い金属層をパターニングして形成し、その金属層の表面に表面金属層をメッキによって形成する。このとき、金属層の表面だけにメッキ層を形成するメッキ法を用いる。この方法によれば、表面金属層を備えた上側電極を高精度にパターニングして形成することができる。また、メッキ法によれば、表面金属層を厚く形成することが容易であり、上側電極の放熱性能を向上できるという利点もある。
一方、下側電極は、通常は、半導体ウエハの下面全域に形成される。ダイシング時には下側電極ごと半導体ウエハが切断される。電極(すなわち、金属)をダイシングするときには、金属の延性によりチッピング等の不具合が発生し易い。したがって、ダイシング時の不具合を抑制するために、下側電極は薄く形成することが好ましい。すなわち、下側電極は、薄い層を形成可能なスパッタリングにより形成することが好ましい。なお、上側電極は、ダイシング領域を避けて形成するので、メッキにより厚く形成しても問題はない。
2. Description of the Related Art A large current control semiconductor device used for motor inverter control and the like is known. This type of semiconductor device generates a large amount of heat because it handles a large current. Therefore, a technique for soldering the upper electrode formed on the upper surface of the semiconductor device to an electrode plate or the like is known. When soldered, the thermal conductivity from the semiconductor device to the electrode plate can be increased, and the heat dissipation performance of the semiconductor device can be improved. In order to solder-join the upper electrode, it is necessary to form a metal layer (hereinafter referred to as a surface metal layer) containing nickel or copper having high solder wettability on the surface of the upper electrode.
A plurality of semiconductor devices are usually formed on a semiconductor wafer. The plurality of semiconductor devices formed on the semiconductor wafer are diced and separated into individual semiconductor devices. When the electrode (that is, metal) is diced, defects such as chipping are likely to occur due to the ductility of the metal. Therefore, normally, the upper electrode is formed by patterning so as to avoid a dicing region (a region scraped off during dicing). In addition, in a semiconductor device having a plurality of upper electrodes (for example, an IGBT having an emitter electrode and a gate electrode on the upper surface), each upper electrode is positioned appropriately in each device region (region divided by a dicing region). It is formed by patterning so as to be disposed on the surface. A commonly used upper electrode (aluminum or the like) can be patterned with high accuracy using etching or the like. On the other hand, a surface metal layer such as nickel is difficult to precisely etch and is difficult to form by patterning. Therefore, the surface metal layer is formed by plating (electrolytic plating or electroless plating). That is, a metal layer that is easy to etch is formed on the upper surface of the semiconductor wafer by patterning, and a surface metal layer is formed on the surface of the metal layer by plating. At this time, a plating method in which a plating layer is formed only on the surface of the metal layer is used. According to this method, the upper electrode provided with the surface metal layer can be formed by patterning with high accuracy. Further, according to the plating method, it is easy to form a thick surface metal layer, and there is an advantage that the heat dissipation performance of the upper electrode can be improved.
On the other hand, the lower electrode is usually formed over the entire lower surface of the semiconductor wafer. During dicing, the semiconductor wafer is cut together with the lower electrode. When dicing an electrode (ie, metal), defects such as chipping are likely to occur due to the ductility of the metal. Therefore, it is preferable to form the lower electrode thin in order to suppress problems during dicing. That is, the lower electrode is preferably formed by sputtering capable of forming a thin layer. Since the upper electrode is formed avoiding the dicing area, there is no problem even if it is formed thick by plating.
このように、表面金属層をメッキにより形成し、下側電極をスパッタリングにより形成する半導体装置の製造方法が、特許文献1に開示されている。特許文献1の技術では、まず、半導体ウエハの上面に、オーミック金属層(アルミニウム層)をパターンニングして形成する。その後、半導体ウエハの下面研磨等を実施した後に、半導体ウエハの下面にスパッタリングによって下側電極を形成する。次に、形成した下側電極の表面にマスキングテープ(ダイシングテープ)を接着し、下側電極の表面をマスキングする。次に、マスキングテープごと半導体ウエハを無電解ニッケルメッキ液に含浸し、オーミック金属層の表面に表面金属層(ニッケル層)を形成する。これによって、オーミック金属層と表面金属層からなる上側電極を形成する。なお、メッキ時には下側電極はマスキングテープでマスキングされているので、下側電極の表面にはメッキ層(ニッケル層)が形成されない。
As described above,
特許文献1の技術によれば、上側電極の表面金属層をメッキにより高精度に形成することができるとともに、下側電極をスパッタリングによって薄く形成することができる。しかしながら、この技術では、メッキ処理の間に、マスキングテープの接着剤がメッキ液中に溶出する場合がある。メッキ液に対する耐性を向上させる処理を施したとしても、接着剤の溶出を完全に防止することはできない。メッキ液中に接着剤が溶出すると、溶出した接着剤がオーミック金属層の表面に付着することがある。接着剤がオーミック金属層の表面に付着すると、その付着箇所には表面金属層が形成されず、上側電極を好適に形成することができないという問題があった。
According to the technique of
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、好適に表面金属層を形成することが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。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of suitably forming a surface metal layer.
本発明の半導体装置の製造方法では、半導体ウエハから上側電極と下側電極とを有する半導体装置を製造する。上側電極は、オーミック金属層と表面金属層を備えている。この製造方法は、オーミック金属層形成工程と、下側電極形成工程と、酸化シリコン層形成工程と、表面金属層形成工程と、酸化シリコン層除去工程と、ダイシング工程を有している。オーミック金属層形成工程では、半導体ウエハの上面に、半導体ウエハの上面とオーミック接触するオーミック金属層を形成する。オーミック金属層は、少なくともダイシング領域を回避して形成する。下側電極形成工程では、半導体ウエハの下面に、スパッタリングによって下側電極を形成する。酸化シリコン層形成工程では、下側電極の表面に、酸化シリコン層を形成する。表面金属層形成工程では、金属の表面だけにメッキ層が形成されるメッキ法によって、オーミック金属層の表面に、ニッケルと銅の少なくとも一方を含む表面金属層を形成する。酸化シリコン層除去工程では、エッチングにより酸化シリコン層を除去する。ダイシング工程では、ダイシング領域に沿って半導体ウエハをダイシングする。
なお、オーミック金属層は、複数の金属層を積層した構造であってもよい。例えば、オーミック金属層を、半導体基板とオーミック接触する金属層と、はんだ接合時にはんだの拡散を防止するチタン層との積層構造としてもよい。同様に、表面金属層と下側電極も、複数の金属を積層した構造であってもよい。
この半導体装置の製造方法では、下側電極の表面を酸化シリコン層で覆った状態で、メッキを行う。これによって、メッキ時に下側電極の表面にメッキ層が形成されることが防止される。したがって、オーミック金属層の表面だけに、表面金属層を形成することができる。また、接着剤を用いることなく下側電極の表面を覆うことができるので、メッキ液中に接着剤が溶出することもない。好適に表面金属層を形成することができる。
In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, a semiconductor device having an upper electrode and a lower electrode is manufactured from a semiconductor wafer. The upper electrode includes an ohmic metal layer and a surface metal layer. This manufacturing method includes an ohmic metal layer forming step, a lower electrode forming step, a silicon oxide layer forming step, a surface metal layer forming step, a silicon oxide layer removing step, and a dicing step. In the ohmic metal layer forming step, an ohmic metal layer that is in ohmic contact with the upper surface of the semiconductor wafer is formed on the upper surface of the semiconductor wafer. The ohmic metal layer is formed avoiding at least the dicing region. In the lower electrode formation step, the lower electrode is formed on the lower surface of the semiconductor wafer by sputtering. In the silicon oxide layer forming step, a silicon oxide layer is formed on the surface of the lower electrode. In the surface metal layer forming step, a surface metal layer containing at least one of nickel and copper is formed on the surface of the ohmic metal layer by a plating method in which a plating layer is formed only on the metal surface. In the silicon oxide layer removal step, the silicon oxide layer is removed by etching. In the dicing process, the semiconductor wafer is diced along the dicing area.
The ohmic metal layer may have a structure in which a plurality of metal layers are stacked. For example, the ohmic metal layer may have a stacked structure of a metal layer that is in ohmic contact with the semiconductor substrate and a titanium layer that prevents diffusion of solder during solder joining. Similarly, the surface metal layer and the lower electrode may have a structure in which a plurality of metals are laminated.
In this method of manufacturing a semiconductor device, plating is performed with the surface of the lower electrode covered with a silicon oxide layer. This prevents a plating layer from being formed on the surface of the lower electrode during plating. Therefore, the surface metal layer can be formed only on the surface of the ohmic metal layer. Further, since the surface of the lower electrode can be covered without using an adhesive, the adhesive is not eluted into the plating solution. A surface metal layer can be suitably formed.
本発明の製造方法の酸化シリコン層形成工程では、スパッタリングによって酸化シリコン層を形成することが好ましい。
このような構成によれば、下側電極をスパッタリングによって形成した後に、引き続き同じスパッタリング装置を用いて酸化シリコン層を形成することができる。高い製造効率で半導体装置を製造することができる。
In the silicon oxide layer forming step of the production method of the present invention, it is preferable to form a silicon oxide layer by sputtering.
According to such a configuration, after the lower electrode is formed by sputtering, the silicon oxide layer can be continuously formed using the same sputtering apparatus. A semiconductor device can be manufactured with high manufacturing efficiency.
半導体装置内の電流経路を低抵抗化するために、半導体装置の製造時に半導体ウエハを薄型化する技術が知られている。上述した従来の製造方法(下側電極の表面にマスキングテープを接着した状態でメッキする製造方法)においても半導体ウエハの薄型化が行われている。但し、上述した従来の製造方法では、半導体ウエハの下面全体を研磨して、半導体ウエハ全体を薄型化している。これは、半導体ウエハの下面(すなわち、下側電極の表面)にマスキングテープを密着させるために、半導体ウエハの下面を平坦化する必要があるためであると考えられる。しかしながら、このように半導体ウエハ全体を薄型化すると、半導体ウエハの強度が極めて弱くなるという問題がある。
本発明の半導体装置の製造方法では、遅くても下側電極形成工程より前に、半導体ウエハの下面の中央部を研削またはエッチングして、半導体ウエハの中央部を薄くする薄型化工程をさらに有していることが好ましい。
このような構成によれば、半導体装置が形成される領域である半導体ウエハの中央部が薄型化されるので、製造される半導体装置の特性を向上させることができる。また、元の厚さを維持している半導体ウエハの外周部によって半導体ウエハの中央部が支持されるので、半導体ウエハの強度はそれほど低下しない。また、この製造方法では、酸化シリコン層によって下側電極の表面を覆うので、酸化シリコン層の形成時に半導体ウエハの下面の凹部が邪魔になることもない。適切に下側電極の表面を酸化シリコン層で覆うことができる。
In order to reduce the resistance of a current path in a semiconductor device, a technique for thinning a semiconductor wafer at the time of manufacturing the semiconductor device is known. In the above-described conventional manufacturing method (a manufacturing method in which plating is performed with a masking tape adhered to the surface of the lower electrode), the semiconductor wafer is thinned. However, in the conventional manufacturing method described above, the entire lower surface of the semiconductor wafer is polished to make the entire semiconductor wafer thinner. This is considered to be because it is necessary to flatten the lower surface of the semiconductor wafer in order to bring the masking tape into close contact with the lower surface of the semiconductor wafer (that is, the surface of the lower electrode). However, there is a problem that the strength of the semiconductor wafer becomes extremely weak if the entire semiconductor wafer is thinned in this way.
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention further includes a thinning step for thinning the central portion of the semiconductor wafer by grinding or etching the central portion of the lower surface of the semiconductor wafer at the latest before the lower electrode forming step. It is preferable.
According to such a configuration, since the central portion of the semiconductor wafer, which is a region where the semiconductor device is formed, is thinned, the characteristics of the manufactured semiconductor device can be improved. Further, since the central portion of the semiconductor wafer is supported by the outer peripheral portion of the semiconductor wafer that maintains the original thickness, the strength of the semiconductor wafer does not decrease so much. Further, in this manufacturing method, since the surface of the lower electrode is covered with the silicon oxide layer, the concave portion on the lower surface of the semiconductor wafer does not get in the way when the silicon oxide layer is formed. Suitably the surface of the lower electrode can be covered with a silicon oxide layer.
上述した本発明の製造方法では、半導体ウエハの上面のうちのダイシング領域によって区画される装置領域内に、複数の上側電極を形成することが好ましい。
このように、上側電極を複数形成する場合には、表面金属層を高精度に形成可能な本発明の製造方法が特に適している。
In the manufacturing method of the present invention described above, it is preferable to form a plurality of upper electrodes in the device region defined by the dicing region on the upper surface of the semiconductor wafer.
Thus, when a plurality of upper electrodes are formed, the manufacturing method of the present invention capable of forming the surface metal layer with high accuracy is particularly suitable.
上述した本発明の製造方法は、拡散層形成工程と金属層形成工程をさらに有していることが好ましい。拡散層形成工程では、半導体ウエハの下面にイオンを注入し、イオン注入後の半導体ウエハを熱処理する。金属層形成工程では、表面金属層の表面に、金と白金と銀のうちの少なくとも1つを含む金属層を形成する。金属層形成工程は、早くても、拡散層形成工程より後に実施する。
このような構成によれば、表面金属層の表面に金と白金と銀のうちの少なくとも1つを含む金属層が形成されるので、表面金属層の表面の酸化を防止することができる。したがって、より好適に上側電極をはんだ接合することが可能となる。また、金属層形成工程は、拡散層形成工程より後に行われるので、形成した金属層(金と白金と銀の少なくとも1つを含む金属層)が拡散層形成工程の熱処理によって拡散(消失)することもない。
The manufacturing method of the present invention described above preferably further includes a diffusion layer forming step and a metal layer forming step. In the diffusion layer forming step, ions are implanted into the lower surface of the semiconductor wafer, and the semiconductor wafer after the ion implantation is heat-treated. In the metal layer forming step, a metal layer containing at least one of gold, platinum, and silver is formed on the surface of the surface metal layer. The metal layer forming step is performed after the diffusion layer forming step at the earliest.
According to such a configuration, since the metal layer containing at least one of gold, platinum, and silver is formed on the surface of the surface metal layer, the surface of the surface metal layer can be prevented from being oxidized. Therefore, it becomes possible to solder the upper electrode more suitably. Further, since the metal layer forming step is performed after the diffusion layer forming step, the formed metal layer (metal layer including at least one of gold, platinum, and silver) diffuses (disappears) by the heat treatment in the diffusion layer forming step. There is nothing.
本発明によれば、半導体装置の表面金属層を好適に形成することができる。上側電極(オーミック金属層と表面金属層)と、下側電極を備えた半導体装置を好適に製造することができる。 According to the present invention, the surface metal layer of the semiconductor device can be suitably formed. A semiconductor device including an upper electrode (an ohmic metal layer and a surface metal layer) and a lower electrode can be preferably manufactured.
下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
(特徴1)オーミック金属層は、アルミニウムと、アルミニウム−シリコン合金と、チタンのいずれかにより形成されている。
(特徴2)表面金属層は、無電解メッキにより形成する。
The main features of the embodiments described in detail below are listed first.
(Feature 1) The ohmic metal layer is formed of any one of aluminum, an aluminum-silicon alloy, and titanium.
(Feature 2) The surface metal layer is formed by electroless plating.
本発明をIGBTの製造方法に適用した実施例の製造方法について説明する。図1は、実施例の製造方法により製造するIGBT10の概略断面図を示している。図1に示すように、IGBT10は、主にシリコンからなる半導体基板12と、半導体基板12の上面12a及び下面12bに形成された電極、絶縁層等により構成されている。
The manufacturing method of the Example which applied this invention to the manufacturing method of IGBT is demonstrated. FIG. 1: has shown schematic sectional drawing of IGBT10 manufactured with the manufacturing method of an Example. As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、半導体基板12の上面12aには複数のトレンチ30が規則的に間隔を隔てて形成されている。トレンチ30の壁面はゲート絶縁膜40で覆われている。トレンチ30の内部には、ゲート電極42が充填されている。
As shown in FIG. 1, a plurality of
半導体基板12の下面12bに臨む領域には、p型のコレクタ層14が形成されている。コレクタ層14の上側に、n型のドリフト層16が形成されている。ドリフト層16の上側の所定領域内に、p型のボディ層20が形成されている。上述したトレンチ30は、ボディ層20を貫通してドリフト層16に達する深さまで伸びている。半導体基板12の上面12aに臨む領域には、n型のエミッタ領域22とp型のボディコンタクト領域24が形成されている。エミッタ領域22は、ゲート絶縁膜40と接する領域に形成されている。ボディコンタクト領域24は、2つのエミッタ領域22の間に形成されている。ボディコンタクト領域24中のp型不純物濃度は、ボディ層20中のp型不純物濃度よりも高い。半導体基板12の上面12aに臨む領域のうち、半導体基板12の縁部12c近傍の領域には、p型のリサーフ層26が形成されている。リサーフ層26中のp型不純物濃度は、ボディ層20中のp型不純物濃度よりも低い。
A p-
半導体基板12の上面12aには、層間絶縁膜44が形成されている。ゲート電極42の上面とリサーフ層26の上面は、層間絶縁膜44によって覆われている。図示していないが、半導体基板12の上面12aには、ゲート配線(金属配線)が形成されている。ゲート配線は、図示しない位置で各ゲート電極42と電気的に接続されている。また、図示していないが、ゲート配線には、外部と電気的に接続するためのパッドが設けられている。半導体基板12の上面12aのうちボディ層20が分布している範囲には、エミッタ電極46が形成されている。エミッタ電極46は、エミッタ領域22とボディコンタクト領域24にオーミック接触している。また、エミッタ電極46は、層間絶縁膜44によってゲート電極42及びゲート配線から絶縁されている。
An interlayer insulating
図2は、エミッタ電極46の拡大断面図を示している。図示するように、エミッタ電極46は、アルミニウム層46aと、チタン層46bと、ニッケル層46cと、金(Au)層46dの4つの金属層が積層された積層構造を備えている。アルミニウム層46aは、半導体基板12(すなわち、エミッタ領域22とボディコンタクト領域24)とオーミック接触している。また、アルミニウム層46aは、層間絶縁膜44にも接している。チタン層46bはアルミニウム層46aの表面に形成されている。チタン層46bは、エミッタ電極46がはんだ付けされるときに、はんだの構成金属が半導体基板12へ拡散するのを防止する。ニッケル層46cは、チタン層46bの表面に形成されている。ニッケル層46cは、はんだ濡れ性が高く、はんだと強固に接続される。金層46dは、ニッケル層46cの表面に形成されている。金層46dは、ニッケル層46cの表面の酸化を防止する。なお、図2では、図の見易さを考慮して各金属層46a〜46dを同じ厚さで示しているが、実際には、ニッケル層46cは他の金属層に比べて厚い層であり、金層46dは他の金属層に比べて非常に薄い層である。
また、図示していないが、上述したゲート配線のパッドも、エミッタ電極46と同様の積層構造を備えている。本実施例では、エミッタ電極46とゲート配線のパッドが、外部とはんだ接合される上側電極である。
FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional view of the
Although not shown, the gate wiring pad described above also has a laminated structure similar to that of the
図1に示すように、半導体基板12の下面12bには、コレクタ電極(下側電極)48が形成されている。コレクタ電極48は、半導体基板12の下面12b全域に形成されている。なお、図1では、コレクタ電極48とエミッタ電極46を略同じ厚さで示しているが、実際にはコレクタ電極48はエミッタ電極46に比べて非常に薄い。
図3は、コレクタ電極48の拡大断面図を示している。図示するように、コレクタ電極48は、アルミニウム層48aと、チタン層48bと、ニッケル層48cと、金(Au)層48dの4つの金属層が積層された積層構造を備えている。アルミニウム層48aは、半導体基板12の下面12bとオーミック接触している。チタン層48bはアルミニウム層48aの表面に形成されている。ニッケル層48cは、チタン層48bの表面に形成されている。金層48dは、ニッケル層48cの表面に形成されている。なお、図3では、図の見易さを考慮して各金属層48a〜48dを同じ厚さで示しているが、実際には、ニッケル層48cは他の金属層に比べて厚い層であり、金層48dは他の金属層に比べて非常に薄い層である。
As shown in FIG. 1, a collector electrode (lower electrode) 48 is formed on the
FIG. 3 shows an enlarged cross-sectional view of the
上述したIGBT10は、はんだ接合により外部と接続される。
すなわち、上側電極(エミッタ電極46とゲート配線のパッド)は、はんだ接合により外部の電極板に接続される。ニッケル層46cのはんだ濡れ性がよく、金層46dによってニッケル層46c表面の酸化が防止されているので、上側電極を好適にはんだ接合することができる。また、はんだ接合時には、チタン層46bによってはんだの構成金属(錫等)の半導体基板12中への拡散が防止される。上側電極を外部の電極板にはんだ接合することで、ワイヤーボンディング等を用いる場合に比べてIGBT10の放熱性能を向上させることができる。
また、コレクタ電極48も、はんだ接合により外部の電極板に接続される。コレクタ電極48は、上側電極と同じ積層構造を備えているので、好適にはんだ接合される。コレクタ電極48を外部の電極板にはんだ接合することで、導電性ペースト等を用いる場合に比べてIGBT10の放熱性能を向上させることができる。
The
That is, the upper electrode (the
The
次に、IGBT10の製造方法について説明する。図4は、IGBT10の製造工程を示すフローチャートである。IGBT10は、n型の半導体ウエハ100(インゴットから切り出された略円板状のシリコンウエハ)から製造される。1枚の半導体ウエハ100から複数のIGBT10が製造される。
Next, the manufacturing method of IGBT10 is demonstrated. FIG. 4 is a flowchart showing the manufacturing process of the
ステップS2では、半導体ウエハ100の上面に、上側IGBT構造(すなわち、ボディ層20、エミッタ領域22、ボディコンタクト領域24、リサーフ層26、トレンチ30、ゲート絶縁膜40、ゲート電極42、ゲート配線及び層間絶縁膜44)を形成する。上側IGBT構造の形成方法は従来公知の方法であるので、詳細な説明は省略する。
In step S2, the upper IGBT structure (that is, the
ステップS4では、上側電極(すなわち、エミッタ電極46とゲート配線のパッド)のアルミニウム層46aを形成する。すなわち、まず、スパッタリングにより半導体ウエハ100の上面全域にアルミニウム層46aを形成する。次に、アルミニウム層46aを選択的にエッチングして、アルミニウム層46aを上側電極に対応した形状にパターニングする。図5は、ステップS4実施後の半導体ウエハ100の断面を示している。図5では、後のダイシング工程で削り取られるダイシング領域102を含む半導体ウエハ100の断面(隣接するIGBT10の境界部分の断面)を示している。図示するように、ステップS4では、ダイシング領域102にはアルミニウム層46aを形成しない。すなわち、エッチング時にダイシング領域102内のアルミニウム層46aを全て除去する。
In step S4, an
ステップS6では、上側電極のチタン層46bを形成する。すなわち、まず、スパッタリングにより半導体ウエハ100の上面全域にチタン層46bを形成する(アルミニウム層46aが存在する箇所では、アルミニウム層46a上にチタン層46bが形成される)。次に、チタン層46bを選択的にエッチングして、アルミニウム層46aと同様にチタン層46bをパターンニングする。
In step S6, the upper
ステップS8では、半導体ウエハ100の下面を研磨して、半導体ウエハ100を薄型化する。このとき、半導体ウエハ100のうちの中央部(IGBT10を形成する範囲)を研磨し、半導体ウエハ100の外周部(IGBT10を形成しない範囲、すなわち、ダイシング後に破棄する範囲)は研磨しない。すなわち、半導体ウエハ100の中央部だけを薄型化し、外周部は薄型化しない。このように、半導体ウエハ100の外周部を厚くしておくことで、半導体ウエハ100の強度を保持したまま、IGBT10の形成範囲を薄型化することができる。
In step S8, the lower surface of the
ステップS10では、半導体ウエハ100の下面にp型不純物(ボロン等)を注入し、その後、半導体ウエハ100を熱処理する。これによって、半導体ウエハ100の下面に注入したp型不純物が活性化し、コレクタ層14が形成される。
In step S10, p-type impurities (boron or the like) are implanted into the lower surface of the
ステップS12では、半導体ウエハ100の下面にコレクタ電極48(すなわち、下側電極)を形成する。すなわち、まず、スパッタリングにより、半導体ウエハ100の下面全域にアルミニウム層48aを形成する。次に、スパッタリングにより、アルミニウム層48aの表面全域にチタン層48bを形成する。次に、スパッタリングにより、チタン層48bの表面全域にニッケル層48cを形成する。次に、スパッタリングにより、ニッケル層48cの表面全域に金層48dを形成する。これによって、半導体ウエハ100の下面全域に、アルミニウム層48aとチタン層48bとニッケル層48cと金層48dからなるコレクタ電極48が形成される。
In step S <b> 12, the collector electrode 48 (that is, the lower electrode) is formed on the lower surface of the
ステップS14では、スパッタリングにより、コレクタ電極48の表面全域に酸化シリコン層50を形成する。なお、酸化シリコン層50の形成(すなわち、スパッタリング)は、ステップS14のコレクタ電極48の形成(すなわち、スパッタリング)に引き続いて同一のスパッタリング装置で行う。すなわち、複数のチャンバーを有するスパッタリング装置を用いて、アルミニウム用チャンバー、チタン用チャンバー、ニッケル用チャンバー、金用チャンバー、酸化シリコン用チャンバーの順に半導体ウエハ100を移動させ、各チャンバーでスパッタリングを行う。ステップS14の実施後に、半導体ウエハ100は図6に示す構造となる。
In step S14, the
ステップS16では、メッキにより、上側電極のニッケル層46cと金層46dを形成する。図7は、ステップS16のメッキ処理の詳細を示すフローチャートである。
In step S16, the
最初に、ステップS30〜S36のメッキ前処理を実施する。
ステップS30では、図7の状態の半導体ウエハ100をクリーニング液に含浸して半導体ウエハ100を洗浄(脱脂)する。
ステップS32では、半導体ウエハ100をエッチング液に含浸してチタン層46bの表面をエッチングする。これによって、チタン層46bの表面の酸化膜等の被膜を除去し、チタン層46bの表面状態を整える。
ステップS34では、半導体ウエハ100を硝酸(HNO3)に含浸して、前工程(ステップS32)の残渣を除去する。
ステップS36では、チタン層46bの表面に亜鉛メッキ(置換型無電解メッキ)を施す。置換型無電解メッキによれば、金属の表面(すなわち、チタン層46bの表面)にのみ亜鉛層が形成される。なお、ステップS36で形成する亜鉛メッキは、非常に薄い層である。この亜鉛メッキは、チタン層46bの表面にニッケル層46cを好適に形成するためのものである。ステップS36では、まず、半導体ウエハ100を亜鉛メッキ液に含浸して、チタン層46bの表面に亜鉛層を形成する。次に、半導体ウエハ100を硝酸(HNO3)に含浸して、形成した亜鉛層を除去する。次に、再度、半導体ウエハ100を亜鉛メッキ液に含浸して、チタン層46b上に亜鉛層を形成する。このように、亜鉛層を除去した後に再度、亜鉛層を形成することで、好適な亜鉛層を得ることができる。
First, the plating pretreatment in steps S30 to S36 is performed.
In step S30, the
In step S32, the surface of the
In step S34, the
In step S36, the surface of the
次に、ステップS38で、メッキ(自己触媒型還元型無電解メッキ)により、亜鉛メッキ処理後のチタン層46bの表面にニッケル層46cを形成する。すなわち、ニッケルメッキ液を約80℃に保持した状態で、ニッケルメッキ液に半導体ウエハ100を含浸する。この方法によれば、金属の表面にだけニッケル層を成長させることができる。したがって、半導体ウエハ100の表面(半導体が露出している領域)や酸化シリコンの表面にニッケル層が成長せず、チタン層46bの表面にのみニッケル層46cを形成することができる。ニッケル層46cは、他の金属層に比べて厚く形成する。
Next, in step S38, a
ステップS40では、メッキ(置換型無電解メッキ)により、ニッケル層46cの表面に金層46dを形成する。すなわち、金メッキ液を約75℃に保持した状態で、金メッキ液に半導体ウエハ100を含浸する。これによって、ニッケル層46cの表面に金層46dを薄く形成される。
In step S40, a
以上に説明したステップS16(すなわち、図7のステップS30〜S40)を実施することにより、アルミニウム層46aとチタン層46bとニッケル層46cと金層46dからなる上側電極(すなわち、エミッタ電極46とゲート配線のパッド)が完成する。また、ステップS16では、コレクタ電極48(すなわち、下側電極)が酸化シリコン層50に覆われているので、コレクタ電極48の表面にメッキ層が形成されることはない。
By performing step S16 described above (ie, steps S30 to S40 in FIG. 7), the upper electrode (ie,
ステップS18では、フッ酸(HF)用いたスピンウェットエッチングにより、酸化シリコン層50を除去する。フッ酸によれば、酸化シリコン層50だけを選択的に除去できる。したがって、酸化シリコン層50の除去後に、清浄なコレクタ電極48の表面が得られる。ステップS18が終了すると、半導体ウエハ100が、図8に示す構造となる。
In step S18, the
ステップS20では、半導体ウエハ100をダイシングして、半導体ウエハ100を複数のIGBT10に分離する。これによって、IGBT10が完成する。ステップS20では、図8に示すダイシング領域102を削り取る。図8に示すように、上側電極(すなわち、エミッタ電極46とゲート配線のパッド)はダイシング領域102内には形成されていない。したがって、上側電極はダイシング時に削られない。また、コレクタ電極48は半導体ウエハ100の下面全域に形成されているので、ダイシング時に削られる。しかし、コレクタ電極48はスパッタリングにより薄く形成されているので、ダイシング時にチッピングが起きることもない。
In step S20, the
以上に説明したように、実施例の半導体装置の製造方法では、接着剤を用いることなく、コレクタ電極48の表面にメッキ層が形成されることを防止することができる。したがって、ニッケル層46cと金層46dの形成時(メッキ時)に、接着剤がメッキ液中に溶出することがない。ニッケル層46cと金層46dを好適に形成することができる。
また、エッチングにより酸化シリコン層50を除去するので、酸化シリコン層50の除去後に清浄なコレクタ電極48の表面を得ることができる。
また、メッキによりニッケル層46cを形成するので、上側電極を厚く形成することができる。上側電極の放熱性能をより向上させることができる。
また、スパッタリングによりコレクタ電極48を形成するので、コレクタ電極48を薄く形成することができる。したがって、ダイシング時のチッピングを抑制することができる。
As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment, it is possible to prevent a plating layer from being formed on the surface of the
Further, since the
Moreover, since the
Moreover, since the
また、実施例の半導体装置の製造方法では、酸化シリコン層50をスパッタリングにより形成する。したがって、コレクタ電極48(すなわち、アルミニウム層48aとチタン層48bとニッケル層48cと金層48d)の形成に引き続いて、同一のスパッタリング装置で酸化シリコン層50を形成することができる。したがって、IGBT10を高い製造効率で製造することができる。
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device of the embodiment, the
また、実施例の半導体装置の製造方法では、酸化シリコン層50によってコレクタ電極48の表面を覆うので、半導体ウエハ100の薄型化時に半導体ウエハ100の中央部だけを薄型化することができる(コレクタ電極の表面にマスキング部材を接着する技術では、半導体ウエハ100の下面に凹部があるとマスキング部材を好適に接着できない)。すなわち、半導体ウエハ100の中央部だけを薄型化し、外周部を薄型化しない。したがって、薄型化後の半導体ウエハ100の強度が高く、薄型化後に半導体ウエハ100を補強する補強部材等を使用する必要がない。したがって、IGBT10を高い製造効率で製造することができる。
In the semiconductor device manufacturing method of the embodiment, since the surface of the
また、実施例の半導体装置の製造方法では、金層46d及び金層48dを形成する前に、ステップS10とS12でコレクタ層14を形成する。すなわち、金層46d及び金層48dが高温に晒されることがない。したがって、金層46d及び金層48dが高温により拡散してしまうことが防止されている。
In the method for manufacturing the semiconductor device of the embodiment, the
なお、実施例の半導体装置の製造方法では、ニッケル層46cの形成に還元型無電解メッキを用いた。しかしながら、置換型無電解メッキや電解メッキによってニッケル層46cを形成してもよい。これらのメッキによっても、チタン層46bの表面にだけニッケル層46cを形成することができる。
In the semiconductor device manufacturing method of the example, reduction type electroless plating was used to form the
また、実施例の半導体装置の製造方法では、半導体基板12(半導体ウエハ100)とオーミック接触するオーミック金属としてアルミニウムを用いたが、アルミニウム−シリコン合金またはチタンを用いてもよい。オーミック金属層をチタンで形成する場合には、チタン層によってはんだの半導体基板12内への拡散を防止することもできる。
In the semiconductor device manufacturing method of the embodiment, aluminum is used as an ohmic metal that is in ohmic contact with the semiconductor substrate 12 (semiconductor wafer 100), but an aluminum-silicon alloy or titanium may be used. When the ohmic metal layer is formed of titanium, diffusion of solder into the
また、実施例の半導体装置の製造方法では、表面金属層にニッケルを用いたが、銅を用いてもよい。また、ニッケルと銅の少なくとも一方を含む合金を用いてもよい。 In the semiconductor device manufacturing method of the embodiment, nickel is used for the surface metal layer, but copper may be used. An alloy containing at least one of nickel and copper may be used.
また、実施例の半導体装置の製造方法では、ニッケルの酸化を防止する金属層に金(Au)を用いたが、白金や銀を用いてもよい。また、金(Au)と白金と銀の少なくとも一つを含む合金を用いてもよい。 In the semiconductor device manufacturing method of the embodiment, gold (Au) is used for the metal layer that prevents oxidation of nickel, but platinum or silver may be used. Alternatively, an alloy containing at least one of gold (Au), platinum, and silver may be used.
また、実施例の半導体装置の製造方法では、IGBT10の製造方法について説明したが、本発明は上側電極と下側電極を有する他の半導体装置の製造にも用いることができる。例えば、MOS−FET、PNP型トランジスタ、NPN型トランジスタ、ダイオード等の種々の半導体装置の製造に用いることができる。
In the semiconductor device manufacturing method of the embodiment, the manufacturing method of the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
10:IGBT
12:半導体基板
14:コレクタ層
16:ドリフト層
20:ボディ層
22:エミッタ領域
24:ボディコンタクト領域
26:リサーフ層
30:トレンチ
40:ゲート絶縁膜
42:ゲート電極
44:層間絶縁膜
46:エミッタ電極
46a:アルミニウム層
46b:チタン層
46c:ニッケル層
46d:金層
48:コレクタ電極
48a:アルミニウム層
48b:チタン層
48c:ニッケル層
48d:金層
50:酸化シリコン層
100:半導体ウエハ
102:ダイシング領域
10: IGBT
12: Semiconductor substrate 14: Collector layer 16: Drift layer 20: Body layer 22: Emitter region 24: Body contact region 26: RESURF layer 30: Trench 40: Gate insulating film 42: Gate electrode 44: Interlayer insulating film 46:
Claims (5)
半導体ウエハの上面に、少なくともダイシング領域を回避して、半導体ウエハの上面とオーミック接触するオーミック金属層を形成するオーミック金属層形成工程と、
半導体ウエハの下面に、スパッタリングによって下側電極を形成する下側電極形成工程と、
下側電極の表面に、酸化シリコン層を形成する酸化シリコン層形成工程と、
金属の表面だけにメッキ層が形成されるメッキ法によって、オーミック金属層の表面に、ニッケルと銅の少なくとも一方を含む表面金属層を形成する表面金属層形成工程と、
エッチングにより酸化シリコン層を除去する酸化シリコン層除去工程と、
ダイシング領域に沿って半導体ウエハをダイシングするダイシング工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having an upper electrode having an ohmic metal layer and a surface metal layer, and a lower electrode,
An ohmic metal layer forming step for forming an ohmic metal layer in ohmic contact with the upper surface of the semiconductor wafer, avoiding at least a dicing region on the upper surface of the semiconductor wafer;
A lower electrode forming step of forming a lower electrode by sputtering on the lower surface of the semiconductor wafer;
A silicon oxide layer forming step of forming a silicon oxide layer on the surface of the lower electrode;
A surface metal layer forming step of forming a surface metal layer containing at least one of nickel and copper on the surface of the ohmic metal layer by a plating method in which a plating layer is formed only on the metal surface;
A silicon oxide layer removing step of removing the silicon oxide layer by etching;
A dicing process for dicing the semiconductor wafer along the dicing region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
早くても拡散層形成工程より後に、表面金属層の表面に、金と白金と銀のうちの少なくとも1つを含む金属層を形成する金属層形成工程をさらに有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 A diffusion layer forming step of implanting ions into the lower surface of the semiconductor wafer and heat-treating the semiconductor wafer after the ion implantation;
2. The metal layer forming step of forming a metal layer containing at least one of gold, platinum, and silver on the surface of the surface metal layer after the diffusion layer forming step at the earliest. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of -4.
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