JP2009272521A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極パッド上に所望の形状でめっき層を形成できる構成を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、半導体基板１と、グラウンドに接続された電極パッド３ａと、電極パッド３ａの上に形成されためっき層６ａと、半導体基板１のうち、電極パッド３ａの下方に位置する領域を区画する絶縁膜７とを備えている。ウェハ裏面の一部または全部が電極パッド３ａと電気的に分離される。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体装置の構造、特に電極パッドにめっきなどを施すことで得られる半導体装置の構造に関するものである。

通常、種々の回路が搭載された半導体装置には、外部機器との接続用の電極パッドが設けられている。この電極パッドは、金属で構成された電極上にめっき層を形成することで得られる。以下、従来の半導体装置における電極パッドの構造について説明する。

図７は、従来の半導体装置の電極パッド構造を示す断面図である。ここではめっき工程の前の状態を示している。

図７に示すように、半導体装置は、ＳｉやＧａＡｓなどからなる半導体ウェハ１０１上に形成され、外部装置との電気的接合を取るための電極パッド１０３ａ、１０３ｂを備えている。半導体装置の上面のうち電極パッドを除く部分は、表面保護膜１０２で覆われている。この電極パッド１０３ａ、１０３ｂはＡｌなどで構成されている。電極パッドは大別すると２種類に分けられ、１つは電極パッド１０３ａのようにウェハ裏面に電気的に接続されたグラウンド電極パッドであり、もう１つはサージ保護回路１０４などに接続され、ウェハ裏面と電気的に接続されないグラウンドクローズ電極パッドである。

図８は、従来の半導体装置に無電解めっきを施す工程を示す断面図である。

同図に示すように、めっき工程では、無電解めっき液１０５に半導体ウェハ１０１を沈積させる。このことで電極パッドを構成しているＡｌをはじめとする金属と無電解めっき液１０５中の金属のイオン化傾向の差を利用し、互いの金属イオンを置換することで電極パッドに無電解めっき液中の金属イオンを析出させ、めっき層１０６を電極パッド１０３ａ、１０３ｂ上に形成する。
特開昭５９−１３８３５８号公報

しかしながら、図７に示す従来の電極パッド構造では以下に示す不具合があった。図８に示すように、サージ保護回路１０４などに接続され、ウェハ裏面と電気的に接続されていない電極パッド１０３ｂについては、電極パッド部分のみしか無電解めっき液１０５に当たらない。したがって、電極パッド部分のみで電極パッドを構成している金属と無電解めっき液１０５に含まれる金属とが置換を行う。これにより、確実にグラウンドクローズ電極である電極パッド１０３ｂ上のみにめっき層１０６が形成される。

しかし、ウェハ裏面と電気的に接続されるグラウンド電極パッドである電極パッド１０３ａについては、電極パッド部分以外にも電気的にウェハ裏面に接続されており、このウェハ裏面でも無電解めっき液１０５に含まれる金属イオンの還元が生じてしまう。ウェハ裏面での金属イオンの置換（還元）はバックグラインド工程で研磨され、シリコンメンが出ている場合に特に顕著となる。また、このウェハ裏面の表面積は電極パッド１０３ａと比較してはるかに大きい。つまり、電極パッド部分のみで電極パッドを構成する金属と無電解めっき液１０５中の金属とが置換するのが理想であるところ、はるかに広い面積を持つウェハ裏面もこの置換に加わることになる。このことで、電極パッド１０３上以外にウェハ裏面上にもめっき層１０６が形成される恐れがある。また、このことで電極パッド１０３ａ上のめっき層１０６の厚みが薄くなったり、形成されなかったりする恐れがある。

本発明は、上記の不具合に鑑み、電極パッド上に所望の形状でめっき層を形成できる構成を有する半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、グラウンドに接続された電極パッドと、前記電極パッドの上に形成されためっき層と、前記半導体基板のうち、前記電極パッドの下方に位置する領域を区画する絶縁膜とを備えている。

この構成により、半導体ウェハの裏面のうち電極パッドに接続される領域を小さく（あるいは無くす）ことができるので、めっき層を形成する際にウェハ裏面への金属の析出が抑制され、電極パッド上に所望の形状でめっき層を形成することが可能となる。

上記の電極パッドの構成をとることで、電極パッド上にめっき層を形成する際にウェハ裏面への金属の析出が抑えられ、めっき層の形成不良を防ぐことができる。

（第１の実施形態）
本発明の一実施形態について、半導体装置の構造、特に電極パッド構造について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の電極パッド構造を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態の半導体装置には、ＳｉやＧａＡｓなどからなる半導体ウェハ１と、半導体ウェハ１上に形成され、外部装置との電気的接合を取るための電極パッド３ａ、３ｂとが設けられている。また、半導体装置の上面のうち、電極パッド３ａ、３ｂの上面を除く領域は表面保護膜２で覆われている。この電極パッド３ａ、３ｂは、例えばＡｌなどの導電体で構成されている。電極パッドは大別すると２種類に分けられ、１つは電極パッド３ａのように、ウェハ裏面に電気的に接続されたグラウンド電極パッドであり、もう１つは電極パッド３ｂのように、サージ保護回路４などに接続され、ウェハ裏面と電気的に接続されていないグラウンドクローズ電極パッドである。

本発明の半導体装置の特徴は、ウェハ裏面に電気的に接続された電極パッド３ａの周辺を区画し、半導体ウェハ１の上面から裏面に達する絶縁膜７が形成されていることにある。ここで、ウェハ裏面のうち絶縁膜７により区画された領域の面積が、電極パッド３ａ上面の面積とほぼ同じ程度であれば好ましい。つまり、ウェハ裏面での金属イオンの置換を効果的に抑えるためには、電極パッド３ａの周囲ぎりぎりの位置に絶縁膜７を形成することが好ましい。例えば、電極パッド３ａの上面面積が８０μｍ×１００μｍ＝８０００μｍ^２であれば、絶縁膜７により区画されたウェハ裏面の面積も８０００μｍ^２程度にすることが好ましい。

図２は、本実施形態の半導体装置に無電解めっきを行った場合を示す断面図である。無電解めっき工程においては、図２に示すように、金属イオンを含む無電解めっき液５に半導体ウェハ１を沈積させる。電極パッドを構成するＡｌなどの金属と無電解めっき液５中の金属とのイオン化傾向の差を利用し、互いの金属イオンを置換することで電極パッド３ａ、３ｂ上に無電解めっき液中の金属イオンを析出させ、めっき層６ａ、６ｂをそれぞれ形成する。

図２に示すように、サージ保護回路４に接続し、ウェハ裏面と電気的に接続されないグラウンドクローズ電極パッドである電極パッド３ｂについては、電極パッド３ｂの上面上でしか無電解めっき液５に接触しない。したがって、電極パッド３ｂのみで電極パッドを構成している金属と無電解めっき液５中の金属とが置換を行う。これにより、確実に電極パッド３ｂ上のみにめっき層６ｂが形成される。

次に、ウェハ裏面と電気的に接続されているグラウンド電極パッドである電極パッド３ａは、本実施形態の半導体装置ではウェハの上面から裏面にまで達する酸化膜などからなる絶縁膜７で囲まれている。このことで、従来の半導体装置では非常に面積の大きいウェハ裏面の全体が電極パッド３ａに電気的に接続され、無電解めっき液５と接触していたが、本実施形態の半導体装置では、めっき液５と接触するウェハ裏面のうち電極パッド３ａと電気的に接続する領域の面積が小さくなる。つまり、従来は電極パッドを形成している金属と広い面積のウェハ裏面の半導体ウェハを構成する材料（Ｓｉ、ＧａＡｓなど）が無電解めっき液５の金属と互いの金属イオンを置換していたものが、ウェハ裏面の一部のみでの置換になる。このため、本実施形態の半導体装置では、めっき層がウェハ裏面に形成されにくくなっており、電極パッド３ａ上に所望な厚みおよび形状を有するめっき層６ａが形成される。

以上のように、ウェハ裏面を区画する絶縁膜７を設けることで、ウェハ裏面にめっき層が形成するのが防がれ、所望の形状を有し、厚みや形状が均一で信頼性の高い複数の電極パッド構造を形成することが可能となる。特に、絶縁膜７が区画するウェハ裏面の面積は小さい方が好ましく、電極パッド３ａの平面面積と等しい場合が最も好ましい。なお、本実施形態の構成の場合、ウェハ上面で配線を引き回して電極パッド３ａをグラウンドに接続することが好ましい。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の電極パッド構造を示す断面図である。また、図６は、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、めっき層の形成工程を示す断面図である。

本実施形態の半導体装置は、半導体ウェハ１と、半導体ウェハ１上に形成され、グラウンドに接続された電極パッド３ａと、半導体ウェハ１のうち電極パッド３ａの下方に位置する領域に埋め込まれた絶縁層８と、電極パッド３ａを囲み、半導体ウェハ１の上面から絶縁層８にまで達する絶縁膜７と、半導体ウェハ１の上面および電極パッド３ａの側面を覆う表面保護膜２とを備えている。絶縁層８および絶縁膜７はシリコン酸化物などで構成されている。電極パッド３ａの下方に位置する半導体ウェハ１は、絶縁層８および絶縁膜７により囲まれている。このため、電極パッド３ａは半導体ウェハ１の裏面部には電気的に接続されていない。なお、電極パッド３ａの周囲の領域は例えばトランジスタや配線などが設けられており、電極パッド３ａ下の半導体ウェハ１は電気的に浮遊状態になっているわけではない。

さらに、図６に示すように、厚みや形状が均一なめっき層６ａが各電極パッド３ａの上に形成されている。めっき層６ａは、例えばＮｉ、Ｃｕ、Ａｕなどの金属により構成される。

図６に示すように、本実施形態の半導体装置を作製するためには、図３に示す状態の半導体装置（半導体ウェハ１）を無電解めっき液５にを沈積する。これにより、電極パッド３ａを形成しているＡｌをはじめとする金属と無電解めっき液５中の金属とのイオン化傾向の差を利用し、互いの金属イオンを置換することで電極パッドに無電解めっき液中の金属イオンを析出させ、めっき層６ａを電極パッド３ａ上に形成する。

図６に示すように、本実施形態の構造では電極パッド３ａの下方全体に絶縁層８などが形成され、電極パッド３ａはウェハ裏面と電気的に完全に分離される。このため、無電解めっき液５中の金属イオンは電極パッド３ａ上でのみ置換、析出し、ウェハ裏面上で置換、析出することはなくなる。

このため、電極パッド３ａ上のめっき層６ａの厚みが所望の厚みより薄くなることがなくなり、均一な形状のめっき層６ａを形成することが可能となる。従って、本実施形態の半導体装置では、外部機器との接続不良が防がれている。

−その他の実施形態−
図４は、本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。同図は、めっき層の形成前の状態の半導体装置を示している。図４に示す例では、絶縁層８が半導体ウェハ１の全体に亘って埋め込まれており、絶縁膜７は電極パッド３ａの周辺に、半導体ウェハ１の上面から絶縁層８に達するまで形成されている。

この構成であっても、第２の実施形態と同様に、電極パッド３ａがウェハ裏面と電気的に遮断されているので、めっき工程においてウェハ裏面にめっき層が形成されることなく、めっき層を所望の形状に形成することができる。

また、図５は、本発明の半導体装置の別の一例を示す断面図である。同図に示す例では、絶縁層８は半導体ウェハ１の全体に亘って埋め込まれており、絶縁膜７は複数の電極パッド３ａが設けられた領域を囲むように形成されており、半導体ウェハ１の上面から絶縁層８に達するまで形成されている。

この構成であっても、第２の実施形態と同様に、電極パッド３ａがウェハ裏面と電気的に遮断されているので、めっき工程においてウェハ裏面にめっき層が形成されることなく、めっき層を所望の形状に形成することができる。

本発明は電極パッドを備えた半導体装置全般に適用可能であり、当該半導体装置を有する種々の機器の実現に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の電極パッド構造を示す断面図である。 第１の実施形態の半導体装置に無電解めっきを行った場合を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の電極パッド構造を示す断面図である。 本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。 本発明の半導体装置の別の一例を示す断面図である。 第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、めっき層の形成工程を示す断面図である。 従来の半導体装置の電極パッド構造を示す断面図である。 従来の半導体装置に無電解めっきを施す工程を示す断面図である。

符号の説明

１ 半導体ウェハ
２ 表面保護膜
３ａ、３ｂ 電極パッド
４ サージ保護回路
５ めっき液
６ａ、６ｂ めっき層
７ 絶縁膜
８ 絶縁層

Claims (6)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成され、グラウンドに接続された電極パッドと、
   前記電極パッドの上に形成されためっき層と、
   前記半導体基板のうち、前記電極パッドの下方に位置する領域を区画する絶縁膜とを備えている半導体装置。
2. 前記絶縁膜は、前記半導体基板の上面から裏面まで貫通していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記半導体基板の裏面のうち、前記絶縁膜により区画された領域の面積は、前記電極パッドの平面面積と等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記半導体基板のうち少なくとも前記電極パッドの下方に位置する領域に埋め込まれた絶縁層をさらに備え、
   前記絶縁膜は前記半導体基板の上面から前記絶縁層に達するまで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記絶縁層は、前記半導体基板の全体に埋め込まれていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記電極パッドは前記半導体基板上に複数個設けられており、
   前記絶縁膜は、平面的に見て複数個の前記電極パッドが設けられた領域を囲むように形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体装置。

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