JP5157654B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置の製造方法にかかり、特には、腐食性のあるガス雰囲気に対して耐食性が低い半導体圧力半導体装置チップを簡単に選別しまたは除去し、耐食性の高い半導体装置チップのみをアセンブリ工程に送るためのスクリーニング方法を含む半導体装置の製造方法に関する。

半導体歪ゲージを応用した半導体圧力センサは従来自動車用の吸気圧力の測定などに使用されている。近年排気ガスのクリーン度向上のため、排気ガスを吸気側へ還流させるＥＧＲの採用が拡大し、特にディーゼルエンジン用ではこのＥＧＲの還流率を拡大する方向にある。このため、吸気側の圧力を測定するために用いられている半導体圧力センサの設置環境もＥＧＲによる排気ガスにさらされる環境へと変化してきている。その結果、半導体圧力センサについても排気ガスに対する耐性が必要となってきている。
また、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスに多く含まれ、環境問題にもなっている粒子状物質（ＰＭ）を低減させるためにＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）の採用が始まっている。このＤＰＦの採用に伴い、その目詰まりの検知という観点からも、ＤＰＦ前後の排気ガス圧力を検出するニーズが高くなっている。いずれにしても、半導体圧力センサの、特に感圧部は排気ガスに対する耐性が強く求められるようになってきている。
従来の半導体圧力センサでは排気ガスなどに対する耐食性を持たせるために、感圧部を有する半導体装置チップ表面を窒化シリコン（ＳｉＮ）膜などの耐食性のある材料でコーティングして保護する構造にしている。ただし、感圧部を構成する半導体歪ゲージが受けた機械的変位を変換して生じる電気信号の入出力部となるワイヤボンディング用パッド部および特性確認用のプローブ用パッド部は前記窒化シリコン膜では保護されない。そこで、これらのパッド部に対しては、当該パッド部の半導体基板表面に被着されているＡｌ（アルミニウム）電極膜配線上に密着度確保と相互拡散防止のための金属層を積層し、さらにその上の最表面を金膜でコーティングしてなる積層金属膜構造を採用することにより、外部気体に曝される感圧部の全体を耐食性とする構造が知られている（特許文献１）。

一方、めっき製品を酸性またはアルカリ性の溶液に浸漬させて、ピンホールを通って下地金属を腐食させることにより発生するガスを検知することにより、ピンホ−ルを検出する方法は既に公知になっている（特許文献２）。
さらに半導体基板上に下層の金属層と上層の化学蒸着膜との積層金属膜を有する基板を、前記金属層に対する反応速度が前記化学蒸着膜に対する反応速度より大きい化学腐食液に浸漬することにより、前記化学蒸着膜のピンホールを前記金属層に拡大転写して検知するピンホール検知方法が知られている（特許文献３）。
国際公開第２００７−０５２３３５号パンフレット（特許請求の範囲の請求項（１）） 特開平１−２７６０６４号公報（特許請求の範囲） 特開昭５５−５４４３８号公報（特許請求の範囲）

しかしながら、従来の半導体圧力センサ領域（感圧部）を含む半導体装置の前記パッド部に設けられている前記積層金属膜に腐食性ガスに対する保護膜として被着される金膜には、ピンホールと呼ばれる目視が困難な程度に微細な孔が形成されている場合がある。このようなピンホールを有する半導体装置チップを搭載した半導体圧力センサ装置を排気ガスが含まれる環境下で長時間曝して使用すると、排気ガスに含まれる窒素酸化物から生じた硝酸イオンに曝される半導体装置チップの半導体圧力センサ領域に腐食が発生する。従って、前述のように、たとえ、最表面に金膜が形成されていても耐食性の保証という点では必ずしも充分とは言えななかった。
本発明は、以上説明した問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、下層にＡｌ（アルミニウム）電極膜を有する積層金属膜の最表面に金膜を形成することにより前記下層のＡｌ（アルミニウム）電極膜の腐食を防止するようにした半導体装置に対して、金膜にピンホールを有する半導体装置を有効に選別または除去できる半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明は、請求項１の記載のように、パッド部を除く半導体基板の表面に耐食性絶縁膜を形成し、続いて、前記パッド部の前記半導体基板表面上に被着されているアルミニウム電極膜またはアルミニウム合金電極膜上に密着度向上用および相互拡散防止用の金属膜を介して金膜を形成して積層金属膜とする工程を有する半導体装置の製造方法において、前記積層金属膜を形成する工程後に、前記半導体基板をアルミニウムのエッチング液に浸漬する工程と、該浸漬する工程の後、前記半導体基板を水で冷却しながらブレードソーを用いるダイシングを行って半導体装置チップに分割し、前記水の水圧により前記金膜にピンホールが発生した箇所の前記金膜を、凹ませるまたは剥がす工程と、前記半導体装置チップの外観検査を行いピンホール不良を判別する工程と、を設ける半導体装置の製造方法とするものである。
また、本発明では請求項２の記載のように、前記半導体装置が半導体圧力センサである特許請求の範囲の請求項１記載の半導体装置の製造方法とすることが好ましい。
また、本発明では請求項３の記載のように、前記耐食性絶縁膜が窒化シリコン膜である特許請求の範囲の請求項１記載の半導体装置の製造方法とすることもできる。
また、本発明では請求項４の記載のように、前記密着度向上用および相互拡散防止用の金属膜がチタンタングステン膜である前記請求項１記載の半導体装置の製造方法とすることが好ましい。
さらにまた、本発明では請求項５の記載のように、前記エッチング液として燐硝酸を用いる前記特許請求の範囲の請求項１記載の半導体装置の製造方法とすることがより好ましい。

前記特許文献１で開示されているように、半導体装置チップに含まれるシリコン圧力センサ領域の表面は、まず、受圧時に半導体歪ゲージに発生する電気信号の入出力部となるワイヤボンディング用パッドおよび特性確認用のプローブパッド以外の全面を窒化シリコン（ＳｉＮ）などの耐食性のある材料でコーティングされる。さらに、前記ワイヤボンディング用パッド部および特性確認用のプローブパッド部の表面にも、既に形成されているアルミニウム電極膜またはアルミニウム合金電極膜上に、さらに密着度確保と相互拡散防止のためのチタンタングステン（ＴｉＷ）層を介して最表面を金膜をコーティングすることにより、前述の耐食性を向上させるという製造方法が知られている。その際に最表面を金でコーティングした膜には目視では見つけられないピンホールと呼ばれる微細な孔が形成されている場合があり、耐食性の保証という点では充分ではないことを見つけて改良されたのが本発明である。金膜のピンホールを検出するためにスクリーニング方法として、Ａｌ（アルミニウム）電極膜またはＡｌ合金電極膜のエッチング液を用いて、目視では見つけられない微細な金膜のピンホールを容易に検知可能にして、ピンホールを有して低信頼性の半導体装置チップを選別除去するのである。

本発明によれば、下層にＡｌ（アルミニウム）電極膜またはＡｌ合金電極膜を有する積層金属膜の最表面に金膜を形成することにより前記下層のＡｌ（アルミニウム）電極膜またはＡｌ合金電極膜の腐食を防止するようにした半導体装置に対して、金膜にピンホールを有する半導体装置を有効に選別または除去できる半導体装置の製造方法を提供することができる。

以下、本発明にかかる半導体装置の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。
図１は本発明の半導体装置の製造方法により製造される半導体装置チップを搭載した半導体圧力センサユニットの断面図である。図２は本発明の半導体装置の製造方法により製造される半導体装置チップの、前記図１で破線の丸枠で示す部分の拡大断面図である。図３は本発明の半導体装置の製造方法により製造される半導体装置チップの、前記図１で破線の丸枠で示す部分の製造工程を示す拡大断面図である。図４は本発明の半導体装置の製造方法により製造される半導体装置チップのスクリーニング方法の工程フロー図である。図５は本発明にかかる半導体装置チップのスクリーニング方法に関する拡大断面図である。

図１は本発明の半導体装置の製造方法にかかる一実施例により製造された半導体圧力センサ領域を有する半導体装置チップ１００を用いて組み立てた半導体圧力センサユニット２００の断面図である。この図１の半導体圧力センサユニット２００は、表面側に歪ゲージ抵抗（図示せず）と、ダイヤフラム１状の感圧部を形成するために、裏面側に凹部を有する半導体装置チップ１００を有する。さらにこの半導体装置チップ１００の裏面側に陽極接合して小型のサブモジュールとするためのガラス支持基板７と、このサブモジュールを凹部内に接着剤９で固定させる下部ケース８と、前記半導体装置チップ１００で検出し電気信号に変換された圧力信号を外部に送るために、半導体装置チップ１００と金ワイヤ１４で接続された端子１０とを有する。
前記半導体装置チップ１００は、半導体基板の裏面側を凹状に削ってダイヤフラム部１を形成し、基板表面側には図示しない歪ゲージ抵抗とその抵抗を接続するアルミニウム電極膜配線を形成する構成を有する。ここで、アルミニウム電極膜に代えてＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕなどのアルミニウム合金電極膜で形成してもよい。この歪ゲージ抵抗とアルミニウム電極膜配線を含む半導体装置チップ１００の表面は、排気ガスなどの腐食性ガスなどから保護するために、窒化シリコン（ＳｉＮ）４で覆われている。しかし、受圧によって歪ゲージ抵抗で発生した信号を外部に出力するためのワイヤボンディング用パッド部と特性確認用のプローブ用パッド部は窒化シリコン４で被覆できない。通常、これらの露出部分のＡｌ（アルミニウム）電極膜３上にはチタンタングステン（ＴｉＷ）膜５による密着確保と相互拡散防止層を形成した上で、さらに最表層に金メッキなどによる金膜６をコーティングすると共に、金ワイヤ１４を用いて端子１０と接続して外部に信号出力している。このような構成とすることにより、排気ガス等の環境下で使用した場合に、窒素酸化物（Ｎｏｘ）と水から生成される硝酸などの腐食性物質によりアルミニウム電極膜３などが腐食されることを防止している。

半導体装置チップ１００は裏面側にガラス基板７が陽極接合で接合されサブモジュール化されている。半導体装置チップ１００表面の前記パッド部のＡｌ（アルミニウム）電極膜３上に前記のチタンタングステン膜５による密着確保と相互拡散防止層を介して金膜６を先に積層し、その後、ガラス基板７と半導体装置チップ１００を陽極接合する製造方法の場合は、陽極接合時に高温を印加し接合する。
ガラス基板７上に陽極接合した半導体装置チップ１００はサブモジュールとして、センサ本体の下部ケース８の凹部内へ接着剤９で接着され固着される。
下部ケース８には、サブモジュール上の半導体装置チップ１００で受けた圧力から変換された電気信号を外部へ出力するための端子１０がインサート成形されている。この端子１０は銅などの母材１１の周囲にニッケルメッキ１２を被着させた後に最表面に金メッキ１３が施されている。端子１０のうち、半導体装置チップ１００と電気的に接続する部分は、半導体装置チップ１００と同様に腐食環境に曝されるため、金メッキ１３により耐食性を向上させる必要がある。
半導体装置チップ１００の金膜６と端子１０の金メッキ１３とは金ワイヤ１４によるワイヤボンディング接続にて電気的接続がされる。金ワイヤ１４を用いることで、腐食性物質による耐食性を向上させている。

金ワイヤ１４によりボンディング接続後、半導体装置チップ１００と金ワイヤ１４をさらに腐食性物質から保護するために、本実施例１ではフッ素系のゲル１５を、サブモジュール上部の上部ケース２０の凹部に充填している。このゲル１５の上面全体が圧力の受圧部となる構成にされている。
図２に、図１で破線の丸枠で示した、本発明の半導体装置の製造方法にかかる半導体基板の表面に設けられている前記パッド部の積層金属膜部分（金ワイヤを除く）の拡大断面図を示す。
半導体基板１００ａの表面の前記パッド部に形成されているアルミニウム（Ａｌ）電極膜３の上に設けたチタンタングステン膜５は良好な密着性と相互拡散防止機能を有しているが、さらに前記層５を窒化シリコン４にオーバーハングするようスパッタなどにより被着させる。これは窒化シリコン４とチタンタングステン膜５の界面を伝わって腐食性物質が下層のＡｌ（アルミニウム）電極膜３へ到達し難いように界面の距離を長くするためである。さらにチタンタングステン膜５の上に金メッキを施して全体を金で覆う金膜６をメッキなどにより被着させる。このような構成とすることによって、腐食性物資がこれらの積層金属の界面に侵入した場合でも、電気的不具合が発生する可能性のある部分を全てイオン化傾向の一番小さい金で覆っているため、耐食性が向上する。

ところが、最表面の金膜６には通常ピンホールと呼ばれる微細な孔が形成されていることのあることがわかった。従って、金でコーティングするだけでは、耐食性の保証という点では充分とは言えなかったのである。そこで、金膜６のピンホールを検出して不良品として選別または除去するためのスクリーニング法としてＡｌ（アルミニウム）エッチング液を用いることとした。
図３に、前記図２で示したパッド部の積層金属膜部分の製造プロセスを示す。いずれも図示しないダイヤフラム、所要の歪ゲージ抵抗および所要の半導体回路などを作り込んだ半導体基板１００ａの表面に、所要の配線パターンを有するアルミニウム電極膜３の信号の入出力用パッド部と、半導体基板１００ａの表面の保護膜となる窒化シリコン膜４を形成し、アルミニウム電極膜３からなる入出力用パッド部を露出させるように開口する（図３（ａ））。チタンタングステン膜５を全面にスパッタ蒸着により形成する（図３（ｂ））。金膜をスパッタ蒸着により形成する（図３（ｃ））。チタンタングステン膜５はアルミニウムとの密着性および積層金属間の相互拡散防止の機能を有する。
次にポジレジストをマスクとしてＡｕバンプメッキを行う（図３（ｄ））。ポジレジストを剥離（図３（ｅ））後、従来はＡｕバンプをマスクとして、チタンタングステン膜５と金のスパッタ膜をウエットエッチングにより除去する（図３（ｆ））。本発明では、前記図３（ｅ）の工程で、図３（ｇ）に示すように、Ａｕバンプにピンホール２１があると、図３（ｆ）の工程に相当する図３（ｈ）に示すように、チタンタングステン膜５のスパッタ膜のウエットエッチング時に同時に、ピンホール２１中のチタンタングステン膜５までエッチングされる。その結果、耐食性の劣るＡｌ（アルミニウム）電極膜が露出することとなる。次に、下記に説明する本発明にかかるＡｌのエッチング液に浸漬する。

本発明の半導体装置の製造方法にかかるピンホール２１の有する半導体装置チップを検出するためのスクリーニング方法第一の方法として、具体的には前記図３（ｇ）の工程の半導体基板をＡｌ（アルミニウム）のエッチング液である燐硝酸に浸漬させる。
燐硝酸からなるアルミニウムエッチングの条件の一例を次に示す。
燐酸：硝酸＝１０：１（容量比）、液温６０℃でエッチング時間を３０分とする。エッチング後、水洗４０分行う。
このスクリーニング方法により、Ａｕバンプ６にピンホール２１がある場合、ピンホール２１発生箇所よりパッド部のアルミニウム電極膜３のエッチングが進行し、Ａｌ（アルミニウム）が無くなった部分に空隙が形成されて凹んでいる状態となり、ピンホール２１不良の状態を当初よりは顕在化させることができる。後工程の外観検査工程において金属顕微鏡や、金属顕微鏡に微分干渉フィルタを用いることで、Ａｕバンプ６のピンホール２１からのＡｌ（アルミニウム）電極膜３のエッチング部における凹みを容易に確認し不良チップとして選別することができる。このスクリーニング方法によれば、製造工程内のウエハ状態で、Ａｕバンプ６の製造の際に形成されるピンホール不良を選別することが可能である。その後、ダイシングにより個別の半導体装置チップ化し、ピンホール２１のない耐食性能を充分に満たす金バンプ６が形成された半導体装置チップのみをピックアップして搭載した半導体圧力センサユニットを市場へ提供することが可能となる。

また、別の第二の方法として、前述のように図３（ｈ）でスパッタ膜をウエットエッチングで除去した後、ウエハ状態で燐硝酸エッチング液への浸漬をし、選別しないで先に、ブレードソーを用いるダイシング工程を実施する方法とすることができる。この方法によれば、ダイシング時の冷却水がピンホール２１を通ってＡｌ（アルミニウム）電極膜３まで到達することでピンホール２１不良を外観的にいっそう顕在化して選別を容易に確実にするスリーニング方法とすることができる。この方法は、ダイシング時の水圧により「Ａｕバンプ６の金膜が押されて凹む」、「金膜６が剥れる」という２つの効果が得られ、外観によるピンホール不良チップの検出がより確実に容易になるためである。その結果、ダイシング工程実施後に外観検査をする場合でもピンホール不良が判別し易くなる効果がある。そのようなピンホール２１不良を容易に判別し易くするダイシングの条件は、水圧、約１ＭｐＰａ、０．２〜１．５？／ｍｉｎ．の純水を冷却用として切削面に吹き付けるという通常のダイシング条件でよい。以上説明した２つの方法のＡｕバンプ６のピンホールスクリーニング工程を採用した工程フローを図４に示す。
図５は、ピンホール２１からエッチング液が浸透して、パッド部のアルミニウム電極膜３がエッチングされる状態を示す前記図２および図３と同じ箇所の拡大断面図である。

図５（ａ）は、前記第一の方法で燐硝酸エッチング液へ浸漬した後の状態を示す。第５図（ｂ）および図５（ｃ）は、前記第二の方法で燐硝酸エッチング液へ浸漬した後、ダイシングを行った後の状態を示し、同図（ａ）は、Ａｕバンプ６の金膜が押されて凹んだ状態を示し、同図（ｂ）は、金膜６の一部が剥がれた状態を示す。
以上の実施例ではシリコン圧力センサ領域を有する半導体装置の製造方法について、説明したが、本発明は、シリコン圧力センサ領域を有する半導体装置だけでなく、半導体基板表面のアルミニウム電極膜の上に金膜が形成されてなる積層金属膜を有する半導体装置の製造方法にも適用することができる。

本発明の半導体装置の製造方法により製造される半導体装置チップを搭載した半導体圧力センサユニットの断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法により製造される半導体装置チップの、前記図１で破線の丸枠で示す部分の拡大断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法により製造される半導体装置チップの、前記図１で破線の丸枠で示す部分の製造工程を示す拡大断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法により製造される半導体装置チップのスクリーニング方法の工程フロー図である。 本発明にかかる半導体装置チップのスクリーニング方法に関する拡大断面図である。

符号の説明

１ ダイヤフラム
２ 半導体基板
３ アルミニウム電極膜
４ 窒化シリコン膜
５ チタンタングステン膜
６ Ａｕバンプ、金膜
７ ガラス支持基板
８ 下部ケース
９ 接着剤
１０ 端子
１１ 銅材
１２ ニッケルメッキ
１３ 金メッキ
１４ 金ワイヤ
１５ ゲル
１６ ポジレジスト
２０ 上部ケース
２１ ピンホール
１００ 半導体装置チップ
２００ 半導体圧力センサユニット。

Claims (5)

1. パッド部を除く半導体基板の表面に耐食性絶縁膜を形成し、続いて、前記パッド部の前記半導体基板表面上に被着されているアルミニウム電極膜またはアルミニウム合金電極膜上に密着度向上用および相互拡散防止用の金属膜を介して金膜を形成して積層金属膜とする工程を有する半導体装置の製造方法において、前記積層金属膜を形成する工程後に、前記半導体基板をアルミニウムのエッチング液に浸漬する工程と、該浸漬する工程の後、前記半導体基板を水で冷却しながらブレードソーを用いるダイシングを行って半導体装置チップに分割し、前記水の水圧により前記金膜にピンホールが発生した箇所の前記金膜を、凹ませるまたは剥がす工程と、前記半導体装置チップの外観検査を行いピンホール不良を判別する工程と、
   を設けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記半導体装置が半導体圧力センサであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記耐食性絶縁膜が窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記密着度向上用および相互拡散防止用の金属膜がチタンタングステン膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記エッチング液として燐硝酸を用いることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。

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