JP2022050231A

JP2022050231A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2022050231A
Application number: JP2020156714A
Authority: JP
Inventors: 千里古川; Chisato Furukawa
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date: 2020-09-17
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2022-03-30

Abstract

【課題】微細なパターンを有する電極の形成が可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】インクジェットノズルを用いて、金属材料を含有するインクを半導体ウェハの第１面に吐出し、第１面に電極を形成する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置は、パッケージ内のリードフレームの上等に固定される。かかる固定の際には、Ａｇ（銀）ペーストや、ＡｕＳｎ（金錫）のプリフォーム等が用いられる。半導体装置が固定される面には、適宜、固定のための電極や、電気的導通を取るための電極が形成されている。

特許第５２１６９５９号公報

本発明が解決しようとする課題は、微細なパターンを有する電極の形成が可能な半導体装置の製造方法を提供することである。

実施形態の半導体装置の製造方法は、インクジェットノズルを用いて、金属材料を含有するインクを半導体ウェハの第１面に吐出し、第１面に電極を形成する。

第１実施形態の半導体装置の製造方法の要部を示す模式断面図である。第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。第１実施形態の半導体装置の製造方法に用いられるインクジェットノズルの第１態様の模式図である。第１実施形態の半導体装置の製造方法に用いられるインクジェットノズルの第２態様の模式図である。第１実施形態の半導体装置の製造方法に用いられるインクジェットノズルの第３態様の模式図である。第１実施形態の半導体装置の製造方法に用いられるインクジェットノズルの第４態様の模式図である。第２実施形態の半導体装置の製造方法の要部を示す模式断面図である。第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する。

本明細書中、部品等の位置関係を示すために、図面の上方向を「上」、図面の下方向を「下」と記述する。本明細書中、「上」、「下」の概念は、必ずしも重力の向きとの関係を示す用語ではない。

（第１実施形態）
本実施形態の半導体装置の製造方法は、インクジェットノズルを用いて、金属材料を含有するインクを半導体ウェハの第１面に吐出し、第１面に電極を形成する。

図１は、本実施形態の半導体装置の製造方法の要部を示す模式断面図である。図１においては、半導体ウェハ５０の第１面５０ａに、インクジェットノズル４を用いて、金属材料を含有するインクＩが吐出されている。第１面５０ａには、周囲に凸部５２が形成されている。

半導体ウェハ５０は、第１面５０ａと、第２面５０ｂと、を有する。半導体ウェハ５０は、例えばシリコン（Ｓｉ）ウェハである。なお、半導体ウェハ５０は、炭化シリコン（ＳｉＣ）ウェハ、窒化ガリウム（ＧａＮ）ウェハ又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）ウェハ等の、他の半導体ウェハであってもかまわない。

半導体ウェハ５０のウェハ厚ｔは、例えば研磨等により、薄膜化されている。例えば、半導体ウェハ５０の中心部を研磨した場合、図１に示すように、半導体ウェハ５０の中心部におけるウェハ厚ｔは薄膜化されている。例えば、かかる薄膜化された部分に、電極５６が形成されている。また、例えば、かかる薄膜化された部分の周囲に、凸部５２が形成されている。半導体ウェハ５０が薄膜化することにより強度が低下してしまうおそれがある。そのため、周囲に凸部５２を設けて半導体ウェハ５０の強度を維持するようにしたものである。なお、凸部５２は設けられていなくてもかまわない。

半導体ウェハ５０のウェハ厚ｔは、１００μｍ以下であることが好ましい。なお、ウェハ厚ｔが１００μｍより大きくても、本実施形態の半導体装置の製造方法は、好ましく適用可能である。また、薄膜化されていない半導体ウェハ５０に対しても、本実施形態の半導体装置の製造方法は、好ましく適用可能である。

インクジェットノズルの軸２は、内部に空洞２ａを有している。空洞２ａには、金属材料を含有するインクＩが充填されている。

インクＩに含有される金属材料は、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料である。インクＩは、例えば、上述の金属材料を含有する、ペースト状の金属又はナノペーストである。インクＩに含まれる金属材料は、例えば、直径が１μｍ未満の、いわゆる金属ナノ粒子の形態を有する。インクジェットノズルの軸２には、インクジェットノズル４としての、インクジェットノズル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｋ、４ｌ、４ｍ、４ｎ、４ｏ、４ｐ、４ｑ、４ｒ、４ｓ、４ｔ、４ｕ及び４ｖが設けられている。例えば、インクジェットノズル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｋ、４ｌ、４ｍ、４ｎ、４ｏ、４ｐ、４ｑ、４ｒ、４ｓ、４ｔ、４ｕ及び４ｖは、一列に並んでいるものとする。それぞれのインクジェットノズル４は、空洞２ａと接続されている。そして、インクＩは、インクジェットノズル４から吐出される。なお、インクジェットノズル４は、二列以上の列に並んでいてもかまわない。

例えば、インクＩ_ａ及びインクＩ_ｂにより、電極５６ａが形成される。また、例えば、インクＩ_ｃ及びインクＩ_ｄにより、電極５６ｂが形成される。なお、例えば、第１面５０ａに設けられた溝や穴に電極５６が形成されてもかまわない。

第１面５０ａに平行な面内における電極５６ａの幅ｄ_１及び第１面５０ａに平行な面内における電極５６ｂの幅ｄ_２は、例えば、５μｍ以下である。なお、ｄ_１及びｄ_２は、５μｍより大きくてもかまわない。

なお、図１では、電極５６ａ及び電極５６ｂの２個の電極が形成されるものとしている。しかし、形成される電極５６の個数は、勿論２個に限定されるものではない。

また、インクジェットノズル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｉ、４ｊ、４ｋ、４ｌ、４ｍ、４ｎ、４ｑ、４ｒ、４ｓ、４ｔ、４ｕ及び４ｖからは、インクＩは吐出されていない。

なお、インクＩが吐出されるインクジェットノズル４及びインクＩが吐出されないインクジェットノズル４は、形成される電極５６の形状や個数により、適宜選択される。

第２面５０ｂには、上部電極６０としての上部電極６０ａ及び上部電極６０ｂ、及びポリイミド６２が設けられている。

図２は、本実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。

まず、半導体ウェハ５０の第２面５０ｂの上に、例えばＣｕ又はアルミニウム（Ａｌ）等を含む、上部電極６０としての上部電極６０ａ及び上部電極６０ｂ、及びポリイミド６２を形成する。次に、上部電極６０及びポリイミド６２の上に、ＢＧ（バックグラインド）テープ５８を貼り付ける（図２（ａ））。なお、半導体装置が例えば縦型のＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である場合、半導体ウェハ５０内の第２面５０ｂ側には適宜、図示しないドレイン層、ドリフト層、ソース領域、ベース領域、ゲート電極等が形成されているものとする。

次に、図２（ａ）において示した製造途中の半導体装置を上下反転させ、ウェハ５０を切削して薄膜化する。次に、ＢＧテープ５８を用いて製造途中の半導体ウェハを固定する。次に、半導体ウェハ５０の第２面５０ｂの反対側の面を研磨し、半導体ウェハ５０の一部を薄膜化する。これにより、第１面５０ａと、第１面５０ａの周囲に設けられた凸部５２と、を形成する。なお、かかる研磨により形成された破砕層は、例えばエッチング等により除去する（図２（ｂ））。

次に、ＢＧテープ５８を剥離する。次に、図１に記載した製造方法を用いて、第１面５０ａに、電極５６ａ及び電極５６ｂを形成する（図２（ｃ））。なお、例えばここで、ベーキング装置を用いて、インクＩに含まれているバインダーを、ベーキング装置等を使って気化させても良い。

次に、製造途中の半導体装置を上下反転させる。次に、例えばめっき法等を用いて、上部電極６０ａ及び上部電極６０ｂの上に、例えばＮｉ（ニッケル）とＡｕ（金）の合金を含むめっき電極６４ａ及びめっき電極６４ｂを形成する（図２（ｄ））。

次に、凸部５２を有する部分を、例えばブレード等を用いて除去する。次に、電極５６ａ及び電極５６ｂを、ダイシングテープ６６に固定する。次にダイシングを行い、本実施形態の半導体装置１００としての、半導体装置１００ａ及び半導体装置１００ｂを得る（図２（ｅ））。

なお、さらに、イオン注入等やアニール等の他の工程が、適宜設けられていてもかまわない。

図３は、本実施形態の半導体装置の製造方法に用いられるインクジェットノズル４の第１態様の模式図である。インクＩは、メインタンク６ａに貯留されている。かかるインクＩは、配管６ｂ及び配管６ｄを経由して、ポンプ６Ｃによりインクジェットノズル４から吐出される。吐出されたインクＩは、互いに対向するように設けられた帯電電極６ｅにより帯電される。帯電されたインクＩは、互いに対向するように設けられた偏向電極６ｆの間を通過する際に、偏向電極６ｆの間に生じている電界により曲げられて、半導体ウェハ５０上に吐出される。偏向電極６ｆの間に生じている電界により曲げられなかったインクＩは、配管６ｇを経由してメインタンク６ａに回収される。

図４は、本実施形態の半導体装置の製造方法に用いられるインクジェットノズル４の第２態様の模式図である。インクジェットノズル４は、ピエゾ素子１０を有する。また、インクジェットノズル４は、穴８ａと、穴８ｂと、を有する。インクジェットノズル４内に、穴８ａを介してインクＩが供給される。ピエゾ素子１０は、例えば図４（ｂ）に示したように、中央部が紙面右側に凸になるように変形する。この変形により、インクジェットノズル４内に供給されたインクＩは、図４（ｂ）に示したように、穴８ｂから吐出される。

図５は、本実施形態の半導体装置の製造方法に用いられるインクジェットノズル４の第３態様の模式図である。例えばソレノイド１４を用いてバルブ１２を紙面において左右方向に移動させることにより、穴８ｂからインクＩを吐出する。

図６は、本実施形態の半導体装置の製造方法に用いられるインクジェットノズル４の第４態様の模式図である。ヒータ１６を用いてインクＩ内に気泡Ｂを発生させて、インクＩを穴８ｂから吐出する。

図３乃至図６に示したインクジェットノズル４は、本実施形態の半導体装置の製造方法において、いずれも好ましく用いることができる。

次に、本実施形態の半導体装置の作用効果について記載する。

半導体ウェハの薄膜化要求に伴い、いくつかの薄膜化の方法が提案されている。例えば縦型のＭＯＳＦＥＴの場合、オン抵抗低減のため、半導体ウェハの薄膜化によるドリフト層の薄膜化が求められている。そして、ウェハ厚が１００μｍ以下での流品がおこなわれるようになってきている。

また、半導体装置をダイパッドにマウントする際に用いられる面（例えば第１面５０ａ）には、適宜、固定のため、又は電気的導通を取るために、電極が形成されている。このような電極は、従前は、半導体装置が固定される面に、一様なものとして形成されていた。また、このような電極は、半導体チップとしての半導体装置において、半導体チップのダイシングラインに電極が形成されないように簡単なパターニングが行われた上で、形成されていた。このため、微細なパターンを有する電極を形成することは求められていなかった。

一方、最近は、半導体装置の固定に用いられる面に、高精細なパターンを有する電極の形成が求められている。しかし、薄膜化された半導体ウェハに高精細なパターンを有する電極を形成することは、多くの困難を伴う。まず、薄膜化された半導体ウェハは割れやすい。次に、薄膜化された半導体ウェハは反りを有することが多い。反りを有する半導体ウェハの上には、均一な膜厚でフォトレジストを塗布することが困難である。そのため、通常のフォトリソグラフィ工程を用いて、薄膜化された半導体ウェハに対して高精細なパターンを有する電極の形成は、困難であった。また、かかる反りを有する半導体ウェハについては、搬送が困難であるという問題もあった。

薄膜化された半導体ウェハの割れや反りを抑制するために、薄膜化された半導体ウェハの周囲に凸部５２を設け、半導体ウェハを補強することが考えられる。しかし、凸部５２が設けられた第１面５０ａに、フォトレジストをスピンコート等により回転塗布しようとしても、第１面５０ａの外側に排出されるはずのフォトレジストが、凸部５２によりせき止められてしまう。そのため、均一な膜厚を有するフォトレジストの形成が困難になり、微細なパターンを有する電極の形成が困難になるという問題があった。さらに、特に凸部５２の近辺におけるフォトレジストの膜厚が不均一になりやすいため、凸部５２の近辺からダイシングされた半導体チップを使用することが出来ず、歩留まりが下がってしまうという問題があった。

そこで、金属３Ｄプリンタを用いて電極を形成することが考えられる。金属３Ｄプリンタを用いた電極形成としては、金属粉末や合金ワイヤを溶融し、所定の場所に積層・凝固して形成するメタルデポジッション方式による電極形成が考えられる。また、金属３Ｄプリンタを用いた電極形成としては、金属粉末を敷き詰めて、熱源となるレーザーや電子ビームで造形する部分を溶融・凝固して形成するパウダーベッド方式が考えられる。しかし、金属粉末を溶融・凝固して微細なパターンを形成することは困難であるという問題があった。また、合金ワイヤを原料とする場合にはアーク放電が溶融のために用いられるが、半導体ウェハの表面にアーク放電を行うのはプロセス上現実的でないという問題があった。

そこで、本実施形態の半導体装置の製造方法においては、インクジェットノズル４を用いて、金属材料を含有するインクを半導体ウェハの第１面５０ａに吐出し、第１面５０ａに電極５６を形成する。かかる方法によれば、微細なパターンを有する電極５６を、直接第１面５０ａに形成することが出来る。また、レーザーや電子ビームを用いる必要がないため、簡便に電極５６を形成することが出来る。なお、膜厚の厚い電極５６が好ましい場合には、例えば同一の工程を再度繰り返せば良い。

本実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体ウェハのウェハ厚は１００μｍ以下である場合に、特に好ましく適用可能である。薄膜化された半導体ウェハは反りを有したりするため、フォトレジストの塗布が困難である。しかし、本実施形態の半導体装置の製造方法は、フォトレジストを用いない。そのため、反りを有する半導体ウェハであっても、微細なパターンを有する電極５６を、直接第１面５０ａに形成することが出来るためである。

また、本実施形態の半導体装置の製造方法は、第１面５０ａに平行な面内における電極５６の幅が５μｍ以下である場合に、特に好ましく適用可能である。本実施形態の半導体装置の製造方法は、幅が５μｍ以下であるような微細なパターンの電極の形成に、特に適しているためである。

また、本実施形態の半導体装置の製造方法においては、一列に並んだ複数のインクジェットノズル４を用いて、インクを第１面５０ａに吐出することが好ましい。複数のインクジェットノズル４を半導体ウェハ５０が通過する際に電極５６を形成することにより、効率的に電極５６を形成可能であるため、半導体装置の生産工程において容易に適用が可能であるためである。なお、パターン形成のため、複数のインクジェットノズル４のうちのいくつかは、インクＩを吐出しなくても良い。

また、本実施形態の半導体装置の製造方法は、第１面５０ａが溝又は穴を有し、インクＩを第１面５０ａの溝に吐出する場合にも、適用可能である。金属粉末を用いる方法の場合には、金属粉末を溝や穴に詰めることは容易でない。しかし、インクを吐出する方法であれば、溝や穴にも容易に電極５６が形成可能であるためである。

また、本実施形態の半導体装置の製造方法は、第１面５０ａの周囲に凸部５２が設けられている場合に、特に好ましく適用可能である。上記の通り、凸部５２が設けられている場合には、均一な膜厚を有するフォトレジストの形成が困難であるため、微細なパターンを有する電極５６の形成が困難である。しかし、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、フォトレジストを用いないため、第１面５０ａが凸部５２を有する場合であっても、微細なパターンを有する電極５６の形成が可能であるためである。

本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、微細なパターンを有する電極の形成が可能な半導体装置の製造方法の提供が可能となる。

（第２実施形態）
本実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体ウェハの第２面５０ｂに支持基板（基板の一例）が設けられている点で、第１実施形態の半導体装置の製造方法と異なっている。ここで、第１実施形態の半導体装置の製造方法と重複する内容の記載は省略する。

図７は、本実施形態の半導体装置の製造方法の要部を示す模式断面図である。第２面５０ｂには、ポリイミド６２及び接着剤７０を介して、支持基板８０が設けられている。支持基板８０は、薄膜化された半導体ウェハ５０の取扱いを容易にするために設けられている。なお支持基板８０は、例えばガラス基板であるが、これに限定されるものではない。

図８は、本実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。

まず、半導体ウェハ５０の第２面５０ｂに、上部電極６０としての上部電極６０ａ及び上部電極６０ｂ、ポリイミド６２、及びめっき電極６４としてのめっき電極６４ａ及びめっき電極６４ｂを形成する（図８（ａ））。

次に、面取りのため、半導体ウェハ５０の端（ベベリングの部分）をトリミングにより切り落とす。次に、ポリイミド６２及びめっき電極６４の上に、接着剤７０を介して支持基板８０を貼り付ける（図８（ｂ））。

次に、支持基板８０が貼り付けられていない側の半導体ウェハ５０を研磨し、薄膜化する。なお研磨により生じた破砕層は、エッチング等を用いて除去する。研磨及びエッチング等により形成された面を、第１面５０ａとする（図８（ｃ））。

次に、図８（ｃ）において示した製造途中の半導体ウェハを上下反転させる。次に、支持基板８０の、半導体ウェハ５０が設けられた面と反対側の面に、デバイス表面保護テープ８２を貼り付けて支持基板８０を、電極５６形成のため、例えば金属３Ｄプリンタの所定の台に固定する。次に、図７に図示したように、第１面５０ａに、電極５６ａ及び電極５６ｂを形成する（図８（ｄ））。

次に、デバイス表面保護テープ８２を支持基板８０から剥離する。次に、製造途中の半導体ウェハを上下反転させる。次に、第１面５０ａを、ダイシングテープを用いて固定する（図８（ｅ））。

次に、接着剤７０を除去して、支持基板８０を半導体ウェハ５０から剥離する（図８（ｆ））。次に、適宜ダイシングを行い、本実施形態の半導体装置を得る。

本実施形態の半導体装置の製造方法のように、支持基板８０を用いて薄膜化された半導体ウェハ５０を支持する方法の場合でも、微細なパターンを有する電極の形成が可能な半導体装置の製造方法の提供が可能となる。

以上、インクジェット方式による金属３Ｄプリンタを用いた、半導体装置の製造方法について記載した。なお、レーザー焼き付け方式による金属３Ｄプリンタを用いてもかまわない。

本発明のいくつかの実施形態及び実施例を説明したが、これらの実施形態及び実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２インクジェットノズルの軸
２ａ空洞
４インクジェットノズル
５０半導体ウェハ
５０ａ第１面
５０ｂ第２面
５６電極
８０支持基板（基板）
１００半導体装置
Ｉインク

Claims

インクジェットノズルを用いて、金属材料を含有するインクを半導体ウェハの第１面に吐出し、
前記第１面に電極を形成する、
半導体装置の製造方法。
前記半導体ウェハのウェハ厚は１００μｍ以下である、
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記第１面に平行な面内における前記電極の幅は５μｍ以下である、
請求項１又は請求項２記載の半導体装置の製造方法。
一列に並んだ複数のインクジェットノズルを用いて、前記インクを前記第１面に吐出する、
請求項１乃至請求項３いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
前記複数のインクジェットノズルのうちのいくつかは、前記インクを吐出しない、
請求項４記載の半導体装置の製造方法。
前記第１面の周囲に凸部が設けられている、
請求項１乃至請求項５いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体ウェハの第２面に基板が設けられている、
請求項１乃至請求項５いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。