JP6456494B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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    • H01L2224/05617—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
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    • H01L2224/27001—Involving a temporary auxiliary member not forming part of the manufacturing apparatus, e.g. removable or sacrificial coating, film or substrate
    • H01L2224/27009—Involving a temporary auxiliary member not forming part of the manufacturing apparatus, e.g. removable or sacrificial coating, film or substrate for protecting parts during manufacture
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    • H01L2224/27011—Involving a permanent auxiliary member, i.e. a member which is left at least partly in the finished device, e.g. coating, dummy feature
    • H01L2224/27019—Involving a permanent auxiliary member, i.e. a member which is left at least partly in the finished device, e.g. coating, dummy feature for protecting parts during the process
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    • H01L2224/274—Manufacturing methods by blanket deposition of the material of the layer connector
    • H01L2224/27444—Manufacturing methods by blanket deposition of the material of the layer connector in gaseous form
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    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/27—Manufacturing methods
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    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/29111—Tin [Sn] as principal constituent
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    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29155—Nickel [Ni] as principal constituent
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    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/2954—Coating
    • H01L2224/29599—Material
    • H01L2224/296—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29638—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29644—Gold [Au] as principal constituent
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    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/30—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of a plurality of layer connectors
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    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
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Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に半導体素子と外部電極とがはんだ接合されている半導体装置の製造方法に関する。
半導体素子に形成されている電極と外部電極とがはんだ接合されている半導体装置が知られている（たとえば特開２００８−１８２０７４号公報参照）。はんだにより半導体素子の電極と外部電極とを直接接合することにより、電気抵抗を下げ、大電流通電が可能な配線接続を実現することができる。
また、はんだ接合される半導体素子の電極上に、酸化膜の形成を抑制するための酸化防止膜が形成された半導体装置が知られている。特開２０１０−２７２７１１号公報には、半導体素子の電極上に、はんだ接合用の金属膜としてニッケル（Ｎｉ）からなる導電体層と、該導体層の酸化を防止する膜として金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）などからなる酸化防止層とが積層した付加電極が形成されている半導体デバイスが開示されている。
特開２００８−１８２０７４号公報 特開２０１０−２７２７１１号公報
しかしながら、従来の酸化防止膜は上述のようにＡｕやＡｇなどの高価な貴金属材料で構成されており、半導体装置の製造コストを高めているという問題がある。
また、パワー半導体装置などでは、通電性能を改善するために半導体基板を薄く研削し研削面に電極形成することが行われている。このとき、研削前に、研削されない面にはんだ接合用の金属膜を構成する重金属が露出していたり、はんだ接合用金属膜上に例えば重金属材料からなる酸化防止膜を形成しておくと、研削時において半導体基板材料（たとえばケイ素（Ｓｉ））が露出している研削面に重金属材料が付着し、研削後に実施される熱拡散などの熱処理工程を経ることにより基板材料中に重金属材料が取り込まれ、素子中のキャリアのライフタイムに与える影響が甚大であった。そのため、従来の半導体装置の製造方法では、研削面に電極を形成して研削面を被覆した後であって熱処理工程前に、研削されていない面上にはんだ接合用の金属膜および酸化防止膜を形成する方法が採用されていた。原子番号２２以下で、かつ、アルカリ金属、アルカリ土類金属を除く金属元素は、素子中のキャリアのライフタイムまたは研削面のオーミックコンタクトなどの半導体特性に影響を与える可能性が低く、研削前に、研削されない面上に堆積することができる。一方、原子番号２６以上の重金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、もしくは磁性を有する金属元素は、素子中のキャリアのライフタイムや研削面のオーミックコンタクトなどの半導体特性に影響を与える可能性が高いため、研削前に、研削されない面上に堆積することは避けることが望ましい。
しかしながら、研削後に研削されていない面上に酸化防止膜などを形成する場合、搬送中や成膜中などに半導体基板に割れが生じることがあり、歩留まりが低下するといった問題が発生していた。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、製造コストが低減されているとともに、半導体基板の割れが抑制されており、さらにウエハ研削前にはんだ接合用金属膜を形成してもライフタイムに影響しない半導体素子を形成できるとともに、はんだ接合用金属膜の酸化が防止されることによりはんだ接合用金属膜と外部電極とが良好にはんだ接合されている、半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、第１の主面と、前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有する半導体基板を準備する工程と、前記第１の主面上に第１電極を形成する工程と、前記第１電極上にはんだ接合用金属膜を形成する工程と、前記はんだ接合用金属膜上に犠牲膜を形成する工程と、前記犠牲膜を形成した後に前記第２の主面を研削する工程と、前記研削する工程の後に熱処理を行う工程と、前記熱処理を行う工程の後に前記犠牲膜を除去する工程と、前記はんだ接合用金属膜と外部電極とをはんだ接合する工程とを備える。
本発明によれば、はんだ接合用金属膜上に犠牲膜が形成されている状態で熱処理が行われるため、はんだ接合用金属膜の熱酸化が抑制されているので、はんだ接合用金属膜の酸化が防止されることによりはんだ接合用金属膜と外部電極とが良好にはんだ接合されている、半導体装置の製造方法を提供することができる。また、犠牲膜は半導体装置上から最終的に除去されるものであり犠牲膜自体は熱酸化されてもよいため、半導体装置上から除去されずに残される酸化防止膜のように貴金属で構成されている必要がない。そのため、製造コストが低減されている、半導体装置の製造方法を提供することができる。さらにウエハ研削前にはんだ接合用金属膜を形成してもライフタイムに影響しない半導体素子を形成できる。また、研削する工程の後に第１の主面上に酸化防止膜などを形成する工程が実施されないため、半導体基板に割れが生じることが抑制されている、半導体装置の製造方法を提供することができる。
本実施の形態に係る半導体装置を説明するための断面図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートである。 本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
図１を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１００について説明する。半導体装置１００は、半導体基板１０に形成されている半導体素子１を備える。
半導体基板１０は、第１の主面１０Ａと第１の主面１０Ａの反対側に位置する第３の主面１０Ｃとを有している。第３の主面１０Ｃは、半導体基板１０の第１の主面１０Ａの反対側に位置する第２の主面１０Ｂ（図３〜図７参照）が部分的に研削されることにより形成された研削面である。半導体素子１は、任意の素子構造を有していればよく、たとえば縦型ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として構成されていてもよいし、整流ダイオードとして構成されていてもよい。なお、図１〜図１０において、素子構造の図示は省略する。
第１の主面１０Ａ上には、半導体素子１の主な電流経路となる第１電極１１と、制御用電極１３とが形成されている。第１電極１１上には、第１はんだ接合用金属膜２１が形成されている。第１はんだ接合用金属膜２１は、はんだ３１を介して第１外部電極４１と接続されている。第１はんだ接合用金属膜２１と第１外部電極４１とは、はんだ接合されている。制御用電極１３は、金属ワイヤ３３を介して第３外部電極４３と接続されている。言い換えると、制御用電極１３と第３外部電極４３とは、ワイヤボンディングされている。
また、第１の主面１０Ａにおいて第１電極１１および制御用電極１３を囲うようにガードリング１４が形成されている。言い換えると、半導体素子１の素子構造が形成されているセル領域を囲むように耐圧保持領域が形成されている。半導体素子１がＩＧＢＴとして構成されている場合には、たとえば第１電極１１がエミッタ電極、制御用電極１３がゲート電極として構成されている。第１の主面１０Ａ上には、保護膜１５が形成されている。保護膜１５は、少なくともガードリング１４が形成されている耐圧保持領域上に形成されていればよいが、第１電極１１および制御用電極１３上に開口部を有するように第１の主面１０Ａ上に形成されていてもよい。
第３の主面１０Ｃ上には、半導体素子１の主な電流経路となる第２電極１２が形成されている。第２電極１２上には、第２はんだ接合用金属膜２２が形成されている。第２はんだ接合用金属膜２２は、はんだ３２を介して第２外部電極４２，５２と接続されている。第２外部電極４２，５２は、上部電極４２と下部電極５２とが積層して接合されたものである。第２はんだ接合用金属膜２２と上部電極４２とは、はんだ接合されている。上部電極４２は、はんだ３４を介して第４外部電極４４と接続されている。
半導体装置１００は、第１外部電極４１、第２外部電極４２，５２の下部電極５２、第３外部電極４３、第４外部電極４４の一部を除き、封止体６０により封止されている。
半導体基板１０を構成する材料は、たとえばシリコンである。第１電極１１および制御用電極１３を構成する材料は、導電性を有する任意の材料とすればよいが、好ましくはアルミニウム（Ａｌ）を９５質量％以上含む。第２電極１２を構成する材料は、たとえばＡｌを含む。
はんだ３１，３２，３４は、任意のはんだ材料で構成されていればよく、主な構成材料がＳｎである。
第１はんだ接合用金属膜２１および第２はんだ接合用金属膜２２を構成する材料は、たとえばニッケル（Ｎｉ）を含む。つまり、第１はんだ接合用金属膜２１および第２はんだ接合用金属膜２２を構成する材料は、原子番号２３以上の金属元素を含んでいてもよい。このようにすれば、はんだ３１の主な構成材料であるスズ（Ｓｎ）と金属間化合物を容易に形成することができ、周知の方法により容易にはんだ接合可能である。第１はんだ接合用金属膜２１の膜厚は、はんだ３１を介した第１外部電極４１との接合条件に応じて任意に設定され得るが、たとえば０．５μｍ以上５μｍ以下であり、好ましくは１μｍ程度である。第２はんだ接合用金属膜２２の膜厚は、はんだ３２を介した上部電極４２との接合条件や、半導体基板１０に対するダイシング条件などに応じて任意に設定され得るが、たとえば０．５μｍ以上５μｍ以下であり、好ましくは１μｍ程度である。このようにすれば、第１はんだ接合用金属膜２１および第２はんだ接合用金属膜２２の機械的強度を第１外部電極４１または第２外部電極４２，５２とのはんだ接合前後で維持することができる。その結果、第１はんだ接合用金属膜２１と第１外部電極４１との接合界面の信頼性および第２はんだ接合用金属膜２２と上部電極４２との接合界面の信頼性を確保することができる。また、第１はんだ接合用金属膜２１および第２はんだ接合用金属膜２２の膜厚を上記数値範囲内に抑えることにより第１はんだ接合用金属膜２１および第２はんだ接合用金属膜２２を容易に形成することができる。その結果、第１はんだ接合用金属膜２１を形成する工程での処理時間および第２はんだ接合用金属膜２２を形成する工程での処理時間を短縮することができ、かつ製造歩留まりの低下を抑制することができる。
保護膜１５を構成する材料は、電気的絶縁性を有する任意の材料であればよいが、たとえばポリイミド（感光性ポリイミドまたは非感光性ポリイミド）を含む。
金属ワイヤ３３を構成する材料は導電性を有する任意の材料であればよく、たとえばＡｌを含む。金属ワイヤ３３はたとえばＡｌワイヤとして構成されている。
第１外部電極４１、第２外部電極４２，５２、第３外部電極４３、および第４外部電極４４を構成する材料は、導電性を有する任意の材料であればよいが、たとえば銅（Ｃｕ）を含む。第１外部電極４１、第２外部電極４２，５２、第３外部電極４３、および第４外部電極４４は、たとえばＣｕ板として構成されている。
封止体６０を構成する材料は、電気的絶縁性を有する任意の材料であればよいが、たとえば樹脂材料であり、たとえば硬化前においてはゲル状の樹脂材料である。
図２〜図１０を参照して、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
まず、半導体基板１０が準備される（工程（Ｓ０１））。半導体基板１０は、第１の主面１０Ａと第１の主面１０Ａと反対側に位置する第２の主面１０Ｂとを有する。半導体基板１０の膜厚（第１の主面１０Ａと第２の主面１０Ｂとの距離）は、半導体素子１として必要な膜厚（半導体装置１００における半導体基板１０の膜厚）よりも厚く、たとえば７５０μｍである。
次に、半導体基板１０の第１の主面１０Ａ側において半導体素子１の素子構造（図示しない）が形成される（工程（Ｓ０２））。具体的には、半導体基板１０の第１の主面１０Ａに対し、たとえばイオン注入または熱拡散などにより第１の主面１０Ａ側の素子構造が形成される。半導体素子１がＩＧＢＴとして構成される場合には、本工程（Ｓ０１）はゲート絶縁膜を形成する工程を含み、これにより第１の主面１０Ａ側に絶縁ゲート型電界効果トランジスタの素子構造が形成される。
次に、図３に示されるように、半導体基板１０の第１の主面１０Ａ上に第１電極１１が形成される（工程（Ｓ０３）。第１電極１１を成膜する方法は、任意の方法を採用することができ、たとえばスパッタリング法または蒸着法である。また、第１電極１１をパターニングする方法は、任意の方法を採用することができるが、たとえばマスクスパッタリング法やリフトオフ法である。本工程（Ｓ０３）では、第１電極１１に加えて、半導体基板１０の第１の主面１０Ａ上に、制御用電極１３およびガードリング１４が形成される。
次に、図４に示されるように、第１電極１１上に第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３が形成される（工程（Ｓ０４）。第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３を成膜する方法は、任意の方法を採用することができるが、たとえばスパッタリング法または蒸着法である。図４は、スパッタリング法により第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３を形成する方法を示す断面図である。
図４（ａ）に示されるように、開口部７０ａを有するスパッタリング用の金属マスク７０を準備する。金属マスク７０の開口部７０ａは、第１の主面１０Ａ上における第１電極１１の中央部分（第１はんだ接合用金属膜２１が形成されるべき領域）上と、第１の主面１０Ａに交差する方向（たとえば垂直な方向）において重なるように形成され、配置されている。言い換えると、金属マスク７０は、第１の主面１０Ａ上において第１はんだ接合用金属膜２１が形成されるべき領域以外の領域と上記交差する方向において重なるよう形成されている。
次に、図４（ｂ）に示されるように、金属マスク７０を介して第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３が成膜される。第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３は、マスクスパッタリング法により成膜される。これにより、図４（ｃ）に示されるように、第１電極１１上において開口部７０ａと重なる領域上にのみ第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３が形成される。
犠牲膜２３を構成する材料は、第１はんだ接合用金属膜２１と比べてエッチングにより選択的に除去可能な材料であればよいが、好ましくは原子番号２２以下で、かつ、アルカリ金属、アルカリ土類金属を含まない元素で構成されており、より好ましくはチタン（Ｔｉ）またはＡｌを含む。このようにすれば、後述する犠牲膜２３を除去する工程（Ｓ１０）において、第１はんだ接合用金属膜２１のエッチングを抑制しながら犠牲膜２３を容易に除去することができる。また、このようにすれば、第１はんだ接合用金属膜２１と犠牲膜２３とを同一工程において連続して容易に形成することができる。
犠牲膜２３の膜厚は、本工程（Ｓ０４）後に実施される熱処理条件や犠牲膜２３を除去する工程でのエッチング条件などに応じて任意に設定され得るが、たとえば０．０２μｍ以上１μｍ以下であり、好ましくは０．１μｍ程度である。このようにすれば、本工程（Ｓ０４）後に実施される熱処理工程（たとえば、第３の主面１０Ｃ側において素子構造を形成する工程でのイオン注入または熱拡散工程）において、酸素（Ｏ２）が第１はんだ接合用金属膜２１に到達することを防止することができ、第１はんだ接合用金属膜２１に含まれるＮｉが熱酸化することを防止することができる。また、犠牲膜２３の膜厚を上記数値範囲内に抑えることにより犠牲膜２３を容易に形成しまた除去することができるため、犠牲膜２３を形成する工程および除去する工程での処理時間を短縮することができ、かつ製造歩留まりの低下を抑制することができる。
なお、本工程（Ｓ０４）は、リフトオフ法により第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３が形成されてもよい。図５は、リフトオフ法により第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３を形成する方法を示す断面図である。
図５（ａ）に示されるように、開口部８０ａを有するリフトオフ用マスク８０を準備する。リフトオフ用マスク８０は、たとえばレジスト膜であり、写真製版により開口部８０ａが形成されている。開口部８０ａは、第１の主面１０Ａ上における第１電極１１の中央部分（第１はんだ接合用金属膜２１が形成されるべき領域）を露出するように形成されている。言い換えると、リフトオフ用マスク８０は、第１の主面１０Ａ上において第１はんだ接合用金属膜２１が形成されるべき領域以外の領域を覆うように形成されている。
次に、図５（ｂ）に示されるように、リフトオフ用マスク８０を介して第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３が成膜される。第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３は、たとえばスパッタリング法により成膜される。これにより、第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３は、リフトオフ用マスク８０の開口部８０ａ内に露出している第１電極１１上およびリフトオフ用マスク８０上に形成される。その後、任意の方法によりリフトオフ用マスク８０が除去される。これにより、リフトオフ用マスク８０上に形成されていた第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３も第１の主面１０Ａ上から取り除かれ、図５（ｃ）に示されるように、第１電極１１上に直接形成された第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３のみが残される。
なお、第１はんだ接合用金属膜２１と犠牲膜２３とは、別工程により形成されてもよい。たとえば、本工程（Ｓ０４）では、第１はんだ接合用金属膜２１を形成する工程の後に、犠牲膜２３を形成する工程が実施されてもよい。
次に、図６に示されるように、第１の主面１０Ａ上に保護膜１５が形成される（工程（Ｓ０５））。具体的には、保護膜１５は、第１の主面１０Ａ上において、第１電極１１および第１はんだ接合用金属膜２１の外周端部と、制御用電極１３の外周端部と、ガードリング１４上を覆うように形成される。保護膜１５を構成する材料が感光性ポリイミドである場合には、写真製版により保護膜１５が形成される。また、保護膜１５を構成する材料が非感光性ポリイミドである場合には、非感光性ポリイミドを第１の主面１０Ａ上に塗布した後、非感光性ポリイミド上に感光性レジストを用いて写真製版によりエッチングマスクを形成し、該エッチングマスクを用いて非感光性ポリイミドを加工することにより、保護膜１５が形成される。保護膜１５は、好ましくは後述するダイシング工程においてダイシングされる領域上に形成されない。
次に、図７に示されるように、半導体基板１０の裏面（第２の主面１０Ｂ）が研削される（工程（Ｓ０６））。具体的には、半導体基板１０の第２の主面１０Ｂが、半導体基板１０の外周端部から径方向に所定の距離（たとえば２ｍｍ）内にある外周領域ｃを残して研削され、第３の主面１０Ｃが面出しされる。このようにして、半導体基板１０において研削された部分の膜厚（第１の主面１０Ａと第２の主面１０Ｂとの距離）は、たとえば１００μｍとなる。半導体基板１０を研削する方法は、任意の方法を採用し得る。外周領域ｃの膜厚を維持して外周領域ｃに囲まれている内側領域のみを研削することにより、研削後の半導体基板１０に反りなどが発生することを抑制することができる。なお、本工程（Ｓ０６）は、第１の主面１０Ａおよび第３の主面１０Ｃ側において、金（Ａｕ）などの貴金属、およびＮｉなどの重金属が露出していない状態で行われる。本工程（Ｓ０６）は、半導体基板１０、第１はんだ接合用金属膜２１、制御用電極１３、および保護膜１５が露出している状態で行われるが、いずれも貴金属および重金属を構成材料に含んでいない。そのため、本工程（Ｓ０６）では、研削により形成される第２の主面１０Ｂ上および第１の主面１０Ａ上において半導体基板１０が表出している領域などに貴金属または重金属を含む研削粉が付着することが防止されている。
次に、第３の主面１０Ｃ側において半導体素子１の素子構造（図示しない）が形成される（工程（Ｓ０７））。たとえば半導体素子１がＩＧＢＴとして構成される場合には、第３の主面１０Ｃに対するイオン注入および熱拡散により、コレクタ領域が形成される。本工程（Ｓ０７）では、半導体基板１０は所定の温度に加熱される。このとき、貴金属または重金属を含む研削粉は第３の主面１０Ｃおよび第１の主面１０Ａ上において半導体基板１０が表出している領域上に付着していないため、本工程（Ｓ０７）により半導体基板１０内に貴金属および重金属が熱拡散することが防止されている。
次に、半導体基板１０の裏面（第３の主面１０Ｃ）に第２電極１２が形成される（工程（Ｓ０８））。第２電極１２は、任意の方法により形成され得るが、たとえばスパッタリング法により形成される。このとき、半導体基板１０が所定の温度に加熱された状態で第２電極１２を構成する材料（たとえばＡｌ）を第３の主面１０Ｃ上に成膜することにより、上記コレクタ領域と第２電極１２との接合界面の電気抵抗を低減することができる。また、半導体基板１０を加熱せずに第２電極１２を構成する材料を成膜した後、半導体基板１０を所定の温度に加熱することによっても、同様の効果を奏することができる。なお、この場合の半導体基板１０に対する熱処理工程は、後述する第２はんだ接合用金属膜２２を形成する工程（Ｓ０９）の後に実施してもよい。
次に、第２電極１２上に第２はんだ接合用金属膜２２が形成される（工程（Ｓ０９））。第２はんだ接合用金属膜２２を形成する方法は、任意の方法を採用し得るが、たとえばスパッタリング法または蒸着法などである。本工程（Ｓ０９）では、第２はんだ接合用金属膜２２上に酸化防止膜２４が形成されるのが好ましい。酸化防止膜２４を構成する材料は、第２はんだ接合用金属膜２２と比べて酸化し難い任意の材料とすることができるが、好ましくはＡｕである。酸化防止膜２４の膜厚は、はんだ３２を介した第２外部電極４２，５２との接合条件に応じて任意に設定され得るが、たとえば０．０２μｍ以上１μｍ以下であり、好ましくは０．１μｍ程度である。
このようにすれば、酸化防止膜２４により第２はんだ接合用金属膜２２が覆われていることにより第２はんだ接合用金属膜２２の酸化を防止することができ、第２はんだ接合用金属膜２２のはんだ濡れ性の低下を防止することができる。第２はんだ接合用金属膜２２のはんだ濡れ性が低下している場合には、はんだ３２中にボイドが発生し、当該ボイド上で半導体素子１から第２外部電極４２，５２への熱伝導が阻害されてボイド上で局所的に発熱するといった問題が生じることがある。これに対し、酸化防止膜２４が形成されていることにより、第２はんだ接合用金属膜２２と第２外部電極４２，５２とを接続するはんだ３２中にボイドが発生することを抑制することができき、第２はんだ接合用金属膜２２と上部電極４２との接合面全体（たとえば第３の主面１０Ｃの全体）において良好な熱伝導および電気伝導を実現することができる。
なお、半導体装置１００において、第３の主面１０Ｃ側ではんだ３２を介してはんだ接合されている領域ｂ（図１参照）の面積は、第１の主面１０Ａ側ではんだ３１を介してはんだ接合されている領域ａ（図１参照）の面積よりも大きい。そのため、はんだ３２は、はんだ３１と比べて半導体素子１の冷却に対する寄与率が大きい。よって、第２はんだ接合用金属膜２２の全面上においてはんだ３２中のボイド発生が抑制されているのが好ましく、そのために酸化防止膜２４が第２はんだ接合用金属膜２２の全面上に形成されるのが好ましい。
このようにして、図８に示されるように、第２電極１２、第２はんだ接合用金属膜２２、および酸化防止膜２４が半導体基板１０の第３の主面１０Ｃ上に積層して形成される。なお、第２電極１２、第２はんだ接合用金属膜２２、および酸化防止膜２４は、同一工程において連続して形成されてもよい。
次に、図９に示されるように、犠牲膜２３が除去される（工程（Ｓ１０））。犠牲膜２３を除去する方法は、任意の方法を採用し得るが、たとえばウエットエッチング法である。犠牲膜２３を構成する材料がＴｉである場合には、本工程（Ｓ１０）はたとえば半導体基板１０の第１の主面１０Ａをフッ酸に浸漬させることにより実施される。また、犠牲膜２３を構成する材料がＡｌである場合には、本工程（Ｓ１０）はたとえば半導体基板１０の第１の主面１０Ａをリン酸に浸漬させることにより実施される。いずれの方法によっても、第１はんだ接合用金属膜２１と比べてウエットエッチングにより犠牲膜２３を選択的に除去することができる。
次に、図１０に示されるように、半導体基板１０がダイシングされる（工程（Ｓ１１））。これにより、半導体基板１０から半導体素子１が切り出される。半導体基板１０をダイシングする方法は、任意の方法を採用し得るが、たとえばブレードダイシング法である。
次に、半導体素子１の第１はんだ接合用金属膜２１と第１外部電極４１とがはんだ接合される（工程（Ｓ１２））。たとえば、第１はんだ接合用金属膜２１と第１外部電極４１との間に固相のはんだを配置し熱処理を加えて冷却することにより、第１はんだ接合用金属膜２１と第１外部電極４１とがはんだ３１を介して接合される。同様に、第２はんだ接合用金属膜２２と第２外部電極４２，５２の上部電極４２との間に固相のはんだを配置し熱処理を加えて冷却することにより、第２はんだ接合用金属膜２２と第２外部電極４２，５２とがはんだ３２を介して接合される。
このとき、犠牲膜２３が除去された先の工程（Ｓ１０）から熱処理が施されること無く本工程（Ｓ１２）が実施されるため、本工程（Ｓ１２）において第１はんだ接合用金属膜２１上には熱処理に伴う酸化膜が形成されていない。しかし、第１はんだ接合用金属膜２１上には自然酸化膜が形成され得るため、本工程（Ｓ１２）の前処理として、還元性雰囲気下において半導体基板１０が所定の温度に加熱される熱処理が施されてもよい。このようにすれば、第１はんだ接合用金属膜２１および固相のはんだ表面に形成されている酸化膜を同時に除去することができ、第１はんだ接合用金属膜２１のはんだ濡れ性を回復することができる。なお、第２はんだ接合用金属膜２２上には酸化防止膜２４が形成されているため、酸化膜が形成されていない。また、酸化防止膜２４の膜厚が０．１μｍ程度である場合には、酸化防止膜２４は第２はんだ接合用金属膜２２と第２外部電極４２，５２とのはんだ接合時にはんだ３２内に拡散することによって消滅する。
次に、半導体素子１が封止体６０により封止される（工程（Ｓ１３））。封止体６０を形成する工程は、たとえばトランスファモールド法である。このようにして、図１に示されるような半導体装置１００が製造される。
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の作用効果について説明する。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第１の主面１０Ａと、第１の主面１０Ａの反対側に位置する第２の主面１０Ｂとを有する半導体基板１０を準備する工程（Ｓ０１）と、第１の主面１０Ａ上に第１電極１１を形成する工程（Ｓ０２）と、第１電極１１上に第１はんだ接合用金属膜２１（はんだ接合用金属膜）を形成する工程（Ｓ０３）と、第１はんだ接合用金属膜２１上に犠牲膜２３を形成する工程（Ｓ０４）と、犠牲膜２３を形成した後に第２の主面１０Ｂを研削する工程（Ｓ０６）と、研削する工程（Ｓ０６）の後に熱処理を行う工程（第３の主面１０Ｃ側に素子構造を形成する工程（Ｓ０７））と、熱処理を行う工程（Ｓ０７）の後に犠牲膜２３を除去する工程（Ｓ１０）と、第１はんだ接合用金属膜２１と第１外部電極４１とをはんだ接合する工程（Ｓ１２）とを備える。
このようにすれば、熱処理を行う工程（Ｓ０７）は第１はんだ接合用金属膜２１に犠牲膜２３を形成する工程（Ｓ０４）の後に実施され、当該工程（Ｓ０７）において第１はんだ接合用金属膜２１上には犠牲膜２３が形成されている。犠牲膜２３を除去する工程（Ｓ１０）は熱処理を行う工程（Ｓ０７）の後に実施され、さらにその後第１はんだ接合用金属膜２１が第１外部電極４１とをはんだ接合する工程（Ｓ１２）が実施される。そのため、はんだ接合する工程（Ｓ１２）において、第１はんだ接合用金属膜２１上には熱処理による熱酸化膜は形成されておらず、自然酸化膜のみが形成されている。
そのため、接合する工程（Ｓ１２）におけるはんだ接合する前の前処理として、第１はんだ接合用金属膜２１上に貴金属からなる酸化防止膜を形成することなく、自然酸化膜を除去するための簡単な前処理のみを行うことによって、第１はんだ接合用金属膜２１と第１外部電極４１とはボイドが発生していないはんだ３１を介して良好にはんだ接合され得る。
また、犠牲膜２３は半導体装置１００上から最終的に除去されるものであり犠牲膜２３自体は酸化されやすい材料で構成されていてもよい。つまり、第１はんだ接合用金属膜２１上には、半導体装置１００上から除去されずに残される酸化防止膜２４のように重金属で構成された膜を形成する必要がなく、酸化防止膜２４よりも低コスト材料からなる犠牲膜２３により第１はんだ接合用金属膜２１の熱酸化を抑制することができる。
また、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、研削する工程（Ｓ０６）の後に第１の主面１０Ａ上に酸化防止膜などを形成する工程が実施されないため、半導体基板１０に割れが生じることが抑制されている。
つまり、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法により製造される半導体装置１００は、製造コストが抑制されているとともに、半導体基板の割れが抑制されており、かつ、第１はんだ接合用金属膜２１と第１外部電極４１とがはんだ３１を介して熱的および電気的に良好に接続されている。
また、第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３を形成する工程（Ｓ０３）は、研削する工程（Ｓ０７）の前に実施されるため、該工程（Ｓ０３）は半導体基板１０の膜厚が部分的に減じられる前の一様な膜厚を有する半導体基板１０に対して実施される。そのため、当該工程（Ｓ０３）において、半導体基板１０に反りなどが生じることが抑制されているため、たとえば写真製版を利用したリフトオフ法などにより第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３を容易に形成することができる。また、第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３をスパッタリング法により形成する場合に、半導体基板１０の膜厚が部分的に減じられていると半導体基板１０の温度が部分的に急上昇して温度ムラが生じて半導体基板１０の割れなどが生じる。しかし、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、部分的に研削される前の膜厚が一様な半導体基板１０に第１はんだ接合用金属膜２１および犠牲膜２３を形成するため、スパッタリング法を用いても半導体基板１０に割れなどが生じることを抑制することができる。また、当該工程（Ｓ０３）において、各処理装置内での半導体基板１０の搬送または半導体基板１０の固定などの物理的接触によっても、半導体基板１０に割れなどが生じることを抑制することができ、半導体基板１０を容易に取扱うことができる。
犠牲膜２３を構成する材料は、第１はんだ接合用金属膜２１と比べてエッチングにより選択的に除去可能な材料であるのが好ましい。
このようにすれば、犠牲膜２３を除去する工程（Ｓ１０）において、犠牲膜２３を容易に除去することができる。さらに、当該工程（Ｓ１０）において第１はんだ接合用金属膜２１の膜減りが抑制されているため、第１はんだ接合用金属膜２１の機械的強度を第１外部電極４１とのはんだ接合前後で維持することができる。その結果、第１はんだ接合用金属膜２１と第１外部電極４１との接合界面の信頼性を確保することができる。
第１はんだ接合用金属膜２１を構成する材料はＮｉを含むのが好ましい。このようにすれば、第１はんだ接合用金属膜２１中のＮｉがはんだ３１の主な構成材料であるＳｎと金属間化合物を容易に形成することができるため、第１はんだ接合用金属膜２１と第１外部電極４１とは良好な接合状態を有している。また、このようにすれば、第１はんだ接合用金属膜２１と第１外部電極４１とを周知の方法により容易にはんだ接合可能である。
また、犠牲膜２３を構成する材料はＴｉおよびＡｌの少なくともいずれか一方を含むのが好ましい。このようにすれば、後述する犠牲膜２３を除去する工程（Ｓ１０）において、第１はんだ接合用金属膜２１のエッチングを抑制しながら犠牲膜２３を容易に除去することができる。また、このようにすれば、第１はんだ接合用金属膜２１と犠牲膜２３とを同一工程において連続して容易に形成することができる。これにより、製造コストが低減されており、かつ、はんだ接合用金属膜の酸化が防止されることによりはんだ接合用金属膜と外部電極とが良好にはんだ接合されている、半導体装置１００を製造することができる。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板１０の第１の主面１０Ａ上に保護膜１５を形成する工程（Ｓ０５）を備えるのが好ましい。
このようにすれば、第１はんだ接合用金属膜２１と第１外部電極４１とをはんだ接合する工程（Ｓ１２）において、いわゆるはんだ飛び（はんだボールの飛散）が生じた場合にも、飛散したはんだが半導体装置１００の電気的特性不良を引き起こすことを防止することができる。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法において、犠牲膜２３を除去する工程（Ｓ１０）は、保護膜１５を形成する工程（Ｓ０５）の後に実施されるのが好ましい。
このようにすれば、このようにすれば、保護膜１５を形成する工程（Ｓ０５）において保護膜１５の残差が生じた場合にも、後の犠牲膜２３を除去する工程（Ｓ１０）におけるエッチング処理により、犠牲膜２３とともに当該残差を除去することができる。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法において、研削する工程（Ｓ０６）は、保護膜１５を形成する工程（Ｓ０５）の後に実施されるのが好ましい。
このようにすれば、保護膜１５を形成する工程（Ｓ０５）および当該工程（Ｓ０５）前に実施される各工程（Ｓ０１〜Ｓ０４）は、半導体基板１０の膜厚が部分的に減じられる前の一様な膜厚を有する半導体基板１０に対して実施される。そのため、当該工程（Ｓ０５）において、半導体基板１０に反りなどが生じることが抑制されているため、たとえば写真製版を利用して保護膜１５を容易に形成することができる。また、保護膜１５を形成する工程（Ｓ０５）において、半導体基板１０に割れなどが生じることを抑制することができ、また、半導体基板１０を容易に取扱うことができる。
保護膜１５を構成する材料はポリイミドを含むのが好ましい。このようにすれば、保護膜１５を形成する工程（Ｓ０５）において保護膜１５の残差が生じた場合にも、後の犠牲膜２３を除去する工程（Ｓ１０）におけるフッ酸またはリン酸を用いたエッチング処理により、犠牲膜２３とともに当該残差を容易に除去することができる。
第１電極１１を構成する材料はＡｌを含み、第１電極１１中のＡｌの含有率は９５質量％以上であるのが好ましい。このようにすれば、第１電極１１は周知の方法で容易に形成され得る。また、金属ワイヤ３３がＡｌワイヤとして構成されている場合には、金属ワイヤ３３と制御用電極１３との優れた接合信頼性を実現するため、制御用電極１３を構成する材料はＡｌを含み、制御用電極１３中のＡｌの含有率が９５質量％以上であるのが好ましい。このような場合にも、第１電極１１を上記のような構成とすれば、第１電極１１を形成する工程において第１電極１１と制御用電極１３とは第１の主面１０Ａ上に同時に形成されることができる。
なお、本実施の形態に係る半導体装置１００の製造方法は、犠牲膜２３を形成した後に研削する工程（Ｓ０６）を実施し、該工程（Ｓ０６）の後に第３の主面１０Ｃ側に素子構造を形成する工程（Ｓ０７）を実施し、該工程（Ｓ０７）の後に犠牲膜２３を除去する工程（Ｓ１０）を実施し、かつ、該工程（Ｓ１０）の後にはんだ接合する工程（Ｓ１２）を実施する限りにおいて、他の工程間の前後関係については上記順に限られるものでは無い。たとえば、第１はんだ接合用金属膜２１を形成した後に保護膜１５を形成し、その後犠牲膜２３を形成してもよい。この場合、犠牲膜２３は、たとえば第１はんだ接合用金属膜２１および保護膜１５において第１はんだ接合用金属膜２１を表出している開口部に面している一部分上に形成されてもよい。このようにしても、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、半導体素子と外部電極とがはんだ接合されており、かつ研削されて膜厚が減じられた半導体基板を備える半導体装置の製造方法に特に有利に適用される。
１ 半導体素子、１０ 半導体基板、１０Ａ 第１の主面、１０Ｂ 第２の主面、１０Ｃ 第３の主面、１１ 第１電極、１２ 第２電極、１３ 制御用電極、１４ ガードリング、１５ 保護膜、２１ 第１はんだ接合用金属膜、２２ 第２はんだ接合用金属膜、２３ 犠牲膜、２４ 酸化防止膜、３１，３２，３４ はんだ、３３ 金属ワイヤ、４１ 第１外部電極、４２ 上部電極（第２外部電極）、５２ 下部電極（第２外部電極）、４３ 第３外部電極、４４ 第４外部電極、６０ 封止体、７０ 金属マスク、７０ａ，８０ａ 開口部、８０ リフトオフ用マスク、１００ 半導体装置。

Claims (10)

  1. 半導体素子が形成される予定である第１の主面と、前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有する半導体基板を準備する工程と、
    前記半導体基板の前記第１の主面側に前記半導体素子の素子構造を形成する工程と、
    前記第１の主面上に第１電極を形成する工程と、
    前記第１電極上にはんだ接合用金属膜を形成する工程と、
    前記はんだ接合用金属膜上に犠牲膜を形成する工程と、
    前記犠牲膜を形成した後に前記第２の主面を研削し、第３の主面を面出しする工程と、
    前記第３の主面を面出しする工程の後に前記半導体基板に対し熱処理を行う工程と、
    前記熱処理を行う工程の後に前記犠牲膜を除去する工程と、
    前記はんだ接合用金属膜と外部電極とをはんだ接合する工程とを備え、
    前記犠牲膜を構成する材料は、原子番号２２以下であり、かつ、前記犠牲膜はアルカリ金属、アルカリ土類金属を含まない元素で構成されている、半導体装置の製造方法。
  2. 前記犠牲膜を構成する材料は、前記はんだ接合用金属膜と比べてエッチングにより選択的に除去可能な材料である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記犠牲膜を構成する材料はチタンおよびアルミニウムの少なくともいずれか一方を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記はんだ接合用金属膜を構成する材料は、原子番号２３以上の金属元素を含む、請求項請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記はんだ接合用金属膜を構成する材料はニッケルを含む、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記半導体基板の前記第１の主面上に保護膜を形成する工程を備える、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記犠牲膜を除去する工程は、前記保護膜を形成する工程の後に実施される、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記第３の主面を面出しする工程は、前記保護膜を形成する工程の後に実施される、請求項６または請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記保護膜を構成する材料はポリイミドを含む、請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記第１電極を構成する材料はアルミニウムを含み、
    前記第１電極中のアルミニウムの含有率は９５質量％以上である、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
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