JP5343979B2 - 半導体装置、半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置、および半導体装置の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法、および半導体装置の評価方法に関する。

半導体基板の裏面に、複数の金属層から成る裏面電極が設けられている半導体装置では、例えば、リードフレーム等の外部部材に裏面電極をはんだ付けにより接続固定した後、半導体基板の表面に形成された表面電極にワイヤボンディングを行う。裏面電極は、例えば、半導体基板側から、アルミニウム層、チタン層、ニッケル層、金層が積層されることによって構成されている。裏面電極の特性としては、半導体基板やはんだとの接着性に優れていること、裏面電極を構成する各金属層間の密着性が高いことが要求される。裏面電極がこれらの特性を十分に備えていないと、ワイヤボンディング工程等における不良発生の要因となり得る。そのため、例えば特許文献１では、裏面電極を構成する各金属層間の密着性を向上させるため、蒸着により裏面電極を形成した後、４００〜４５０℃で熱処理を行うことが提案されている。
特開平１０−１６３４６７号公報

本発明者は、鋭意研究の結果、以下のことを見出すに至った。すなわち、はんだ付けにより外部部材と接着固定した半導体装置に対して、後工程のワイヤボンディング工程を行うと、裏面電極のチタン層とニッケル層との界面において剥離すること（いわゆるクレタリング等の不良が発生すること）があることを見出した。このため、不良発生を防ぐためには、裏面電極におけるチタン層とニッケル層との密着性を向上することが必要であり、種々の検討を行った結果、界面の近傍でのチタン層の酸素含有量を適切に管理する必要があるとの知見を得るに至った。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体装置の裏面電極を構成するチタン層とニッケル層との界面における剥離（クレタリング等の不良発生）を抑制することにある。

本発明者らは、鋭意研究の結果、チタン層とニッケル層との界面における剥離を防止するためには、チタン層とニッケル層との界面近傍でのチタン層の酸素含有量を十分に低くする必要があることを見出し、本発明をなすに至った。

そこで、本明細書は、半導体基板と、半導体基板側からアルミニウム層（アルミニウム含有層を含む）、チタン層、ニッケル層、ニッケル酸化防止層が積層された裏面電極とを備えた半導体装置の製造方法であって、チタン層は、酸素分圧が５×１０^−６Ｐａ以下の雰囲気下でスパッタリングを行うことによって形成する半導体装置の製造方法を開示する。

本発明者らは、鋭意研究の結果、チタン層のスパッタリングする工程において、酸素分圧を管理することで、クレタリング等の不良発生を抑制できることを見出すに至った。酸素分圧が５×１０^−６Ｐａ以下の雰囲気下でスパッタリングを行うことによってチタン層を形成すれば、チタン層とニッケル層との界面近傍でのチタン層の酸素含有量を十分に低くすることができる。これによって、チタン層とニッケル層との密着性が向上し、チタン層とニッケル層との界面での剥離（クレタリング等の不良発生）を低減できる。また、チタン層のスパッタリングを行う工程において過度に減圧装置を運転させることを防ぐこともできるから、製造工程の効率向上にも寄与し得る。

本明細書が開示する半導体装置の製造方法では、さらに、ニッケル層も酸素分圧が５×１０^−６Ｐａ以下の雰囲気下でスパッタリングを行うことによって形成されることが好ましい。チタン層とニッケル層との界面近傍でのニッケル層の酸素含有量を低くすることができ、チタン層とニッケル層との界面の密着性をより向上させることができる。

また、本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、チタン層をスパッタリングするスパッタリング装置のチャンバ内で、ターゲットを交換する第１工程と、チャンバ内の酸素分圧が５×１０^−６Ｐａ以下の範囲で予め設定した閾値以下となるまで、前記チャンバ内の酸素分圧を調整する第２工程と、チャンバ内の酸素分圧が前記閾値以下となった場合に、スパッタリングを開始する第３工程とを含む製造方法によって実施することができる。

本明細書は、半導体装置の製造方法を実施するための装置も開示する。本発明の半導体装置を製造する装置は、スパッタリング装置と、スパッタリング装置のチャンバ内の酸素分圧を検知する検知装置と、チャンバ内の酸素分圧を調整する調整装置と、制御装置とを備えている。制御装置は、チタン層をスパッタリングによって成膜するときに、検知装置の検知値に基づいて、チャンバ内の酸素分圧が３×１０ ^−６ Ｐａ以上かつ５×１０^−６Ｐａ以下の雰囲気下でスパッタリングによってチタン層が形成されるように、調整装置を制御する。

また、本発明の半導体装置を製造する装置では、制御装置は、検知装置の検知値が、３×１０ ^−６ Ｐａ以上かつ５×１０^−６Ｐａ以下の範囲で予め設定した閾値以下となった場合に、スパッタリング装置がスパッタリングによるチタン層の成膜を開始するように制御してもよい。

本発明では、不良発生率の低い半導体装置を提供することもできる。本発明者は、鋭意研究の結果、半導体基板と、半導体基板側からアルミニウム含有層、チタン層、ニッケル層、ニッケル酸化防止層が積層された裏面電極とを備えた半導体装置であって、チタン層とニッケル層との界面のチタン層に存在する酸素が、２次イオン質量分析による１秒当りの酸素原子カウント数が２×１０^４以下である場合に、チタン層とニッケル層との界面での剥離が防止されることを見出した。

また、本発明では、半導体装置の不良判定方法についても提供することができる。本発明の不良判定方法では、チタン層とニッケル層との界面のチタン層に存在する酸素が、２次イオン質量分析による１秒当りの酸素原子カウント数が２×１０^４以下の範囲で予め設定した閾値以下である場合に、良品と判定する。これによって、裏面電極のチタン層とニッケル層との界面において剥離するといった不良品を排除することができる。例えば、はんだ付け工程やワイヤボンディング工程を行う前に、クレタリング等の不良が発生する可能性の高い半導体装置を排除することができる。

本発明によれば、裏面電極を構成するチタン層とニッケル層の界面で剥離する半導体装置の不良発生を抑制しつつ、製造工程の効率化を図ることができる。

実施例の半導体装置を示す図。 図２（ａ）および図２（ｂ）は、実施例の半導体装置を外部部材に接続した状態を示す図である。 実施例の半導体装置を製造する製造装置を構成するスパッタリング装置を示す図。 実施例の半導体装置を製造する製造装置を構成するスパッタリング装置を示す図。 実施例の半導体装置の裏面電極についてのＳＩＭＳ分析結果。 比較例の半導体装置の裏面電極についてのＳＩＭＳ分析結果。 従来の半導体装置の裏面電極についてのＳＩＭＳ分析結果。 従来の半導体装置の裏面電極の断面を示すＳＥＭ像。 従来の半導体装置の裏面電極の断面を示すＳＥＭ像。

以下に説明する実施例の主要な特徴を以下に列記する。
（特徴１）ニッケル酸化防止層として金（Ａｕ）層を用いている。
（特徴２）アルミニウム含有層としては、アルミニウム−シリコン合金(Ａｌ−Ｓｉ)を用いている。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。本実施例に係る半導体装置１０は、図１に示すように、半導体基板１、裏面電極２、表面電極３によって構成されている。裏面電極２は、半導体基板１側から、アルミニウム含有層としてのアルミニウム−シリコン合金(Ａｌ−Ｓｉ)層４、チタン（Ｔｉ）層５、ニッケル（Ｎｉ）層６、ニッケル酸化防止層としての金（Ａｕ）層７が順に積層されている。アルミニウム含有層は、本実施例のように、Ａｌ合金を用いてもよいし、高純度Ａｌを用いてもよい。半導体基板１は、シリコン基板、炭化シリコン基板等に回路形成されたものを用いることができる。本実施例では、Ａｌ−Ｓｉ層の厚さは８００ｎｍ、Ｔｉ層の厚さは２００ｎｍ、Ｎｉ層６の厚さは７００ｎｍ、Ａｕ層７の厚さは１００ｎｍである。

図２（ａ）に示すように、半導体装置１０は、その裏面電極２をはんだ付けすることによって、リードフレーム等の外部部材１２に接続固定される。この状態で、表面電極の上面から、はんだ層８の下面までの厚さは１６５μｍ程度であり、はんだ層８の厚さは１００μｍ程度である。はんだ層８は、すず（Ｓｎ）合金を材料としている。はんだ付けを行った後、ワイヤボンディング工程において、半導体装置１０の表面電極３とワイヤ９を接続し、リードフレームのインナリード等とを導通させると、図２（ｂ）に示す状態となる。

本実施例の半導体装置１０の裏面電極２の製造方法について説明する。半導体素子が形成されたウェハ１００の表面に表面電極３を形成した後、ウェハ１００の裏面に、スパッタリングによってＡｌ−Ｓｉ層４、Ｔｉ層５、Ｎｉ層６、Ａｕ層７をこの順序で形成し、裏面電極２を形成する。

図３および図４は本実施例の裏面電極２を形成するために用いられるスパッタリング装置３０の構成を示す模式図である。スパッタリング装置３０は、開閉可能なドアバルブ３８で隔てられたロードロックチャンバ３２と、搬送チャンバ３３と、複数のスパッタリングチャンバ３４と、搬送機構（図示しない）と、制御装置４０とを備えている。ロードロックチャンバ３２、搬送チャンバ３３、複数のスパッタリングチャンバ３４には、それぞれ減圧装置（図４の３４１）と接続している減圧口（図示しない）が設置されている。減圧装置としては、ドライポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ等の真空ポンプを好適に用いることができる。減圧装置は、各々のチャンバごとに設置されていてもよいし、いくつかのチャンバで共用されていてもよい。搬送チャンバ３３は、異なるチャンバ間でのウェハ１００のやり取りを真空下で行うために設置されている。ロードロックチャンバ３２と複数のスパッタリングチャンバ３４は、搬送チャンバ３３を介して接続している。搬送機構としては、例えばウェハの側面を挟持するフロッグレッグ型ロボットを用いることができる。搬送機構は、ウェハ１００を１枚ずつ保持して、ロードロックチャンバ３２、搬送チャンバ３３、スパッタリングチャンバ３４の間でウェハ１００の搬出入を行う。

ロードロックチャンバ３２は、ウェハ搬入口（図示しない）と、ウェハ搬出口（図示しない）とを備えている。ウェハ１００は、例えばマガジンセットに複数枚が載置された状態で、ロードロックチャンバ３２に搬送される。搬送機構は、マガジンセットからウェハ１００を１枚ずつ取り出し、ロードロックチャンバ３２、搬送チャンバ３３、スパッタリングチャンバ３４の間でウェハ１００を搬送する。

複数のスパッタリングチャンバ３４は、図４に示すように、それぞれ成膜装置３６と、ガス供給路３４５と、酸素分圧を検知する検知装置３４７とを備えている。スパッタリングチャンバ３４内には、ステージ３４３が設けられている。ステージ３４３の上には誘電層が設けられている。ステージ３４３は、ステージ３４３とウェハ１００の間に電圧を印加し、両者の間に発生した力によってウェハを吸着して保持する（いわゆる静電チャックである）。ステージ３４３には、ウェハを加熱する加熱ユニット（図示しない）と冷却ユニット（図示しない）が設けられている。減圧装置３４１としては、真空ポンプを用いることができる。減圧装置３４１は、制御装置４０と電気的に接続されている。減圧装置３４１の運転は、制御装置４０によって制御される。検知装置３４７としては、例えば真空中に残留するガスの種類と分圧を測定可能な四重極ガス分析計を用いることができる。検知装置３４７は、制御装置４０に電気的に接続されている。検知装置３４７で検知された結果（ガスの種類と種類毎の分圧）は、制御装置４０に出力される。本実施例では、ガス供給路３４５によってスパッタリングチャンバ３４内に、Ａｒガスを導入することができる。

成膜装置３６は、バッキングプレート３６１とターゲット３６２とを備えている。バッキングプレート３６１は、ターゲット３６２が取り付けられている面と反対側の面が、図示していない冷却水等によって冷却されている。成膜装置３６は、ターゲット３６２と、ステージ３４３上に載置するウェハ１００との間に高電圧を印加することが可能な構成となっている。ターゲット３６２とステージ３４３とは、スパッタリングチャンバ３６内において対向しており、離間して配置されている。ターゲット３６２は、形成する電極層によって交換される。本実施例では、複数のスパッタリングチャンバ３４のそれぞれには異なる金属からなるターゲット３６２が設けられている。搬送チャンバ３３を介してウェハ１００が複数のスパッタリングチャンバ３４に搬出入することによって、ウェハ１００の裏面にＡｌ−Ｓｉ層４、Ｔｉ層５、Ｎｉ層６、Ａｕ層７を形成していく。本実施例では、Ａｌ−Ｓｉ層４とＴｉ層５を形成するスパッタリングチャンバ、Ｎｉ層６を形成するスパッタリングチャンバ、Ａｕ層７を形成するスパッタリングチャンバが設置されている。

本実施例に係る半導体装置の裏面電極の製造工程においては、まず、ドアバルブ３８を閉じた状態で、ウェハ１００が載置されたマガジンセットをロードロックチャンバ３２に搬送する。制御装置４０は、ロードロックチャンバ３２を閉じて減圧装置を作動し、ロードロックチャンバ３２に設置された減圧口を開放してロードロックチャンバ３２を減圧する。

ロードロックチャンバ３２内の減圧が完了すると、制御装置４０は、ロードロックチャンバ３２と搬送チャンバ３３とを仕切っているドアバルブ３８を開放し、搬送機構を用いてマガジンセットに載置されたウェハ１００をロードロックチャンバ３２から搬送チャンバ３３に移動させ、ロードロックチャンバ３２と搬送チャンバ３３とを仕切っているドアバルブ３８を閉止する。次に、制御装置４０は、搬送チャンバ３３とスパッタリングチャンバ３４とを仕切っているドアバルブ３８を開放して、ウェハ１００を搬送機構によってスパッタリングチャンバ３４のステージ３４３に移動させる。なお、この時点で、搬送チャンバ３３内およびスパッタリングチャンバ３４内は、既に減圧装置３４１によって減圧されている。搬送機構は、ウェハ１００をスパッタリングチャンバ３４のステージ３４３上に載置する。搬送機構は、ウェハ１００の裏面がターゲット３４３に対向するように、ウェハ１００をステージ３４３に載置する。その後、制御装置４０は、搬送チャンバ３３とスパッタリングチャンバ３４とを仕切っているドアバルブ３８を閉止する。

スパッタリングチャンバ３４の減圧が完了したら、制御装置４０はガス供給路３４５からスパッタリングチャンバ３４内にＡｒガスを導入しながら減圧装置３４１を運転する。

この状態でターゲット３６２とウェハ１００との間に高電圧を印加する。その結果イオン化したＡｒがターゲット３６２に衝突する。Ａｒイオンが衝突したエネルギーにより、ターゲット３６２からターゲット３６２の材料である金属原子がたたき出される。たたき出された金属原子が、ターゲット３６２と対向しているウェハ１００の裏面に堆積する。これによって、ウェハ１００の裏面にターゲット３６２の材料である金属の層が形成されていく。ウェハ１００が入っているスパッタリングチャンバで行われるスパッタリング工程が終了した後は、制御装置４０は搬送チャンバ３３とスパッタリングチャンバ３４とを仕切っているドアバルブ３８を開放して、ウェハ１００を搬送装置によって次のスパッタリングチャンバ３４に移動させ、同様に金属層を形成する。このように、順次異なるターゲット３６２を用いてスパッタリングを行うことによって、ウェハ１００の裏面に、Ａｌ−Ｓｉ層４、Ｔｉ層５、Ｎｉ層６、Ａｕ層７の順序で金属層を積層し、ウェハ１００の裏面に裏面電極２を形成する。尚、製造工程においては、ターゲット３６２を交換した後や、製品の製造前には、余分なウェハを何枚か処理する前処理工程を実施し、その後で、製品の製造を行う。前処理工程の終了後に、スパッタリングチャンバ３４内を減圧してから、製品となるウェハ１００に対してスパッタリングを行う。

具体的には、まず、Ａｌ−Ｓｉ層４を形成する。ターゲット３６２として、Ａｌ−Ｓｉ合金を材料とするターゲットが用いられる。前処理工程を行った後のスパッタリングチャンバ３４に、ウェハ１００が搬送され、ターゲット３６２と対向する位置に設置される。制御装置４０は、予め設定した減圧運転条件に従って減圧装置３４１を制御してスパッタリングチャンバ３４を減圧し、ステージ３４３を７０℃に加熱する。減圧が完了した後に、ガス供給路３４５からＡｒガスの導入を開始し、表１に示す投入電圧およびスパッタ時間で成膜装置３６を操作する。表１に示すＡｉ−Ｓｉ層の投入電力およびスパッタ時間で成膜装置３６を操作することによってウェハ１００の裏面にＡｌ−Ｓｉ層４を形成する。

次に、Ｔｉ層５を形成する。ターゲット３６２をＴｉを材料とするターゲットに交換する。ウェハ１００は、ターゲット３６２と対向する。制御装置４０は、予め設定した減圧運転条件に従って減圧装置３４１を制御してスパッタリングチャンバ３４を減圧し、ステージ３４３を７０℃に加熱する。減圧条件は、予め実験等を行うことによって求められる。例えば、酸素分圧が５×１０^−６Ｐａ以下の雰囲気下でのスパッタリングが実施可能な減圧条件に設定されている。制御装置４０は、減圧条件に従って減圧装置３４１を操作し、スパッタリングチャンバ３４内の酸素分圧が５×１０^−６Ｐａ以下となる状態にする。その後、成膜装置３６を操作してスパッタリングを開始する。スパッタリング実施中においても、スパッタリングチャンバ３４内の酸素分圧が５×１０^−６Ｐａ以下となるように制御装置４０が減圧装置３４１を制御する。表１に示すＴｉ層の投入電力およびスパッタ時間で成膜装置３６を操作することによってウェハ１００の裏面にＴｉ層５を形成する。

次に、Ｎｉ層６を形成する。Ｎｉを材料とするターゲット３６２を備えたスパッタリングチャンバ３４にウェハ１００が搬送される。ウェハ１００は、ターゲット３６２と対向する位置に搬送される。制御装置４０は、予め設定した減圧運転条件に従って減圧装置３４１を制御してスパッタリングチャンバ３４を減圧し、ステージ３４３の静電チャックによってウェハ１００を冷却する。減圧条件は、予め実験等を行うことによって求められ、酸素分圧が５×１０^−６Ｐａ以下の雰囲気下でのスパッタリングが実施可能な条件に設定されている。制御装置４０は、減圧条件に従って減圧装置３４１を操作し、スパッタリングチャンバ３４内の酸素分圧が５×１０^−６Ｐａ以下となる状態にする。その後、成膜装置３６を操作してスパッタリングを開始する。スパッタリング実施中においても、スパッタリングチャンバ３４内の酸素分圧が５×１０^−６Ｐａ以下となるように制御装置４０が減圧装置３４１を制御する。表１に示すＴｉ層の投入電力およびスパッタ時間で成膜装置３６を操作することによってウェハ１００の裏面にＮｉ層６を形成する。

さらに、Ａｕ層７を形成する。Ａｕを材料とするターゲット３６２を備えたスパッタリングチャンバ３４にウェハ１００が搬送される。ウェハ１００は、ターゲット３６２と対向する位置に搬送される。制御装置４０は、予め設定した減圧運転条件に従って減圧装置３４１を制御してスパッタリングチャンバ３４を減圧し、ステージ３４３の静電チャックによってウェハ１００を冷却する。減圧が完了した後に、成膜装置３６を操作することによってウェハ１００の裏面にＡｕ層７を形成する。上記のようにウェハ１００に裏面電極２を形成した後、ウェハ１００をダイシングすることによって、半導体装置１０を製造することができる。

尚、本実施例では、制御装置４０は予め設定された減圧運転条件を実施したが、制御装置４０が検知装置３４７によって検知される酸素分圧に基づいて減圧装置３４１を制御し、スパッタリングを開始するようにしてもよい。例えば、Ｔｉ層５やＮｉ層６等をスパッタリングによって形成する工程において、制御装置４０は、５×１０^−６Ｐａ以下の範囲で予め設定した閾値Ａに基づいて、検知装置３４７によって検知される酸素分圧が閾値Ａ以下となった場合に、成膜装置３６がスパッタリングを開始するように制御するようにしてもよい。酸素分圧が閾値Ａ（≦５×１０^−６Ｐａ）以下となるまで制御装置４０によって減圧装置３４１の運転が継続され、その後、スパッタリングが開始されるから、確実に酸素分圧が５×１０^−６Ｐａ以下の雰囲気下でのスパッタリングが実施可能となる。

表２に示すようにスパッタリングチャンバ３４で行う減圧工程の条件を変更することによって、Ｔｉ層形成工程を実施するスパッタリングチャンバ３４内の酸素分圧を調整し、半導体装置の裏面電極を作製した。本実施例に係る酸素分圧の検知装置３４７としては、アルバック社製のベーシックプロセスガスモニタＱｕｌｅｅ ＢＧＭを用いた。表２に示す減圧工程を実施した後のスパッタリングチャンバ内の酸素分圧について、この検知装置３４７によって検知した値を併せて表２に示した。さらに、実施例および比較例において作製した半導体装置をはんだ付けした後、ワイヤボンディングを行い、クレタリングが発生したサンプルの個数を調べ、その結果も表２に示した。

（実施例１）
実施例１では、まずＴｉ層５をスパッタリングによって形成する前に、前処理工程を１２時間行った。前処理工程を行った後、スパッタリングチャンバ３４に備えられた減圧装置３４１を用いて、６ｈ減圧（真空引き）を行った。この減圧工程を実施した後のスパッタリングチャンバ３４内の酸素分圧は、５×１０^−６Ｐａであった。実施例１において作製した半導体装置１０を３５個用いて、クレタリングが発生したサンプルの個数を調べたところ、クレタリングが発生したサンプルは０個であった。

（実施例２）
実施例２では、前処理工程を１２時間行った後、スパッタリングチャンバ３４に備えられた減圧装置３４１を用いて、９ｈ減圧（真空引き）を行った。この減圧工程を実施した後のスパッタリングチャンバ３４内の酸素分圧は、３×１０^−６Ｐａであった。実施例２において作製した半導体装置１０を３５個用いて、クレタリングが発生したサンプルの個数を調べたところ、クレタリングが発生したサンプルは０個であった。

（比較例）
比較例では、前処理工程を１２時間行った後、スパッタリングチャンバ３４に備えられた減圧装置３４１を用いて、１ｈ減圧（真空引き）を行った。この減圧工程を実施した後のスパッタリングチャンバ３４内の酸素分圧は、７×１０^−６Ｐａであった。比較例において作製した半導体装置１０を３５個用いて、クレタリングが発生したサンプルの個数を調べたところ、クレタリングが発生したサンプルは６個であった。

表２に示した実施例１、２および比較例における酸素分圧とクレタリング発生の頻度を比較すると、Ｔｉ層５を形成する工程において、実施例１、２のようにスパッタリングチャンバ３４内の酸素分圧を５×１０^−６Ｐａ以下とすれば、クレタリングの発生を効果的に抑制できることがわかる。

実施例２によって作製された半導体装置の裏面電極を２次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry：ＳＩＭＳ）によって分析した。その結果を図５に示す。ＳＩＭＳ分析装置としては、ＰＨＩ社製 ＡＤＥＰＴ１０１０を用い、１次イオン：Ｃｓ^＋、１次イオン加速エネルギー：３ｋｅＶの条件で測定を行った。同様に、比較例によって作製された半導体装置の裏面電極についても、ＳＩＭＳ分析を実施し、その結果を図６に示した。

図５と図６とを比較すると、図６では、Ｔｉ層とＮｉ層との界面において、ＳＩＭＳ分析による１秒当りの酸素原子カウント数の急峻なピークが認められる。図６においては、Ｔｉ層とＮｉ層との界面でのＴｉ層の２次イオン質量分析による１秒当りの酸素原子カウント数が、２×１０^４よりも大きい。これは、図７に示す従来の不良品サンプルと同様の結果を示している。一方、図５においては、ＳＩＭＳ分析による１秒当りの酸素原子カウント数が、Ｔｉ層とＮｉ層との界面にピークを有していない。図５においては、Ｔｉ層とＮｉ層との界面でのＴｉ層の２次イオン質量分析による１秒当りの酸素原子カウント数が、２×１０^４以下となっている。これらの結果より、酸素分圧が５×１０^−６Ｐａよりも高い条件下でＮｉ層のスパッタリング工程を実施することによって、Ｔｉ層とＮｉ層との界面において、酸素含有量を低くすることができることが明らかになった。

図８は、従来のスパッタリング工程によって作製した半導体装置について、はんだ付け工程とワイヤボンディング工程を行った場合に、クレタリングが発生しなかった良品サンプルについて、はんだ層および裏面電極の断面をＳＥＭにより撮影したものである。それに対して、図９は、従来のスパッタリング工程によって作製した半導体装置について、はんだ付け工程とワイヤボンディング工程を行った場合に、クレタリングが発生した不良品サンプルについて、はんだ層および裏面電極の断面をＳＥＭにより撮影したものである。クレタリングが発生した不良品の裏面電極の状態は、図９に示すように、はんだ層からＡｌ−Ｓｉ層にかけて、それぞれの金属層が層を成している。これに対して、クレタリングが発生しなかった良品の裏面電極の状態を示す図８では、Ｔｉ層からはんだ層にかけて明確な界面が形成されておらず、はんだ層と、Ｎｉ層と、Ｔｉ層が合金を形成していることがわかる。

上記の不良品サンプルの裏面電極をＳＩＭＳ分析した結果を図７に示す。ＳＩＭＳ分析装置としては、ＰＨＩ社製 ＡＤＥＰＴ１０１０を用い、１次イオン：Ｃｓ^＋、１次イオン加速エネルギー：３ｋｅＶの条件で測定を行った。図７に示すように、不良品サンプルでは、図６と同様に、Ｔｉ層とＮｉ層との界面において、ＳＩＭＳ分析による１秒当りの酸素原子カウント数の急峻なピークが認められた。図５〜９に示す分析結果より、Ｔｉ層とＮｉ層との界面においてＴｉ層の酸素濃度が高過ぎると、図９のように、はんだ層と、Ｎｉ層と、Ｔｉ層を合金化させることができなくなることが推察される。すなわち、後述するように、Ｔｉ層やＮｉ層を形成する工程において酸素分圧を適切に管理することによって、Ｔｉ層とＮｉ層との界面においてＴｉ層の酸素含有量を低くすることができ、裏面電極とはんだ層との密着性を向上させることができる。これによって、Ｔｉ層とＮｉ層との界面の剥離（クレタリング）が発生することを抑制し得る。

実施例１の半導体装置では、Ｔｉ層とＮｉ層との界面において、酸素含有量のピークが無い状態を得ることができている。このため、図８に示すようにはんだ層と裏面電極のＴｉ層やＮｉ層とが合金層が形成された状態となっており、Ｔｉ層とＮｉ層との界面での剥離（クレタリング）の発生が抑制されているものと推察される。

上記のとおり、本実施例に係る製造方法によって半導体装置の裏面電極を形成すると、Ｔｉ層とＮｉ層との界面において、酸素含有量を低くすることができる。このため、ワイヤボンディング工程において、裏面電極のＴｉ層とＮｉ層との界面での剥離（クレタリング）の発生を効果的に抑制できる。

また、本実施例のように、半導体基板と、半導体基板側からＡｌ含有層、Ｔｉ層、Ｎｉ層、Ｎｉ酸化防止層が積層された裏面電極とを備えた半導体装置において、Ｔｉ層とＮｉ層との界面でのＴｉ層の２次イオン質量分析による１秒当りの酸素原子カウント数が２×１０^４以下である場合には、Ｔｉ層とＮｉ層との界面での剥離が防止される。

この知見を利用して、半導体装置の不良判定を行うことができる。例えば、半導体基板と、半導体基板側からＡｌ含有層、Ｔｉ層、Ｎｉ層、Ｎｉ酸化防止層が積層された裏面電極とを備えた半導体装置に対して、裏面電極の２次イオン質量分析を行う。Ｔｉ層とＮｉ層との界面でのＴｉ層の２次イオン質量分析による１秒当りの酸素原子カウント数が、２×１０^４以下の範囲で予め設定した閾値以下である場合に、良品と判定する。これによって、裏面電極のＴｉ層とＮｉ層との界面において剥離する可能性のある不良品を排除することができる。例えば、はんだ付け工程やワイヤボンディング工程を行う前に、クレタリング等の不良が発生する可能性の高い半導体装置を排除することができる。従来、ワイヤボンディング工程で発生するクレタリング等は、実際にはんだ付けを行って、引き剥がし等の試験を行って調べる必要があった。ＳＩＭＳ分析法によって裏面電極のＴｉ層とＮｉ層との界面の酸素含有量を調べる判定方法を実施すれば、はんだ付けを行う前の段階で半導体装置の不良判定を行うことが可能であるため、製造工程の効率向上に寄与し得る。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、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合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合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し得るものであり、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。

Claims (3)

1. 半導体基板と、前記半導体基板側からアルミニウム含有層、チタン層、ニッケル層、ニッケル酸化防止層が積層された裏面電極とを備えた半導体装置を製造する装置であって、
   スパッタリング装置と、
   前記スパッタリング装置のチャンバ内の酸素分圧を検知する検知装置と、
   前記チャンバ内の酸素分圧を調整する調整装置と、
   前記チタン層をスパッタリングによって成膜するときに、前記検知装置の検知値に基づいて、前記チャンバ内の酸素分圧が３×１０ ^−６ Ｐａ以上かつ５×１０^−６Ｐａ以下となるように前記調整装置を制御する制御装置と、を備えている製造装置。
2. 前記制御装置は、前記検知装置の検知値が、３×１０ ^−６ Ｐａ以上かつ５×１０^−６Ｐａ以下の範囲で予め設定した閾値以下となった場合に、前記スパッタリング装置がスパッタリングによる前記チタン層の成膜を開始するように制御することを特徴とする請求項１に記載の製造装置。
3. 半導体基板と、前記半導体基板側からアルミニウム含有層、チタン層、ニッケル層、ニッケル酸化防止層が積層された裏面電極とを備えた半導体装置の不良判定方法であって、
   前記チタン層と前記ニッケル層との界面のチタン層に存在する酸素は、２次イオン質量分析による１秒当りの酸素原子カウント数が２×１０^４以下の範囲で予め設定した閾値以下である場合に、良品と判定することを特徴とする半導体装置の不良判定方法。