(57)【要約】【課題】複数の金属層が積層された電極構造を有する半導体装置を容易に製造することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  半導体層と、その半導体層の表面に形成されている第１金属層と、第１金属層の少なくとも一部が露出するように第１金属層に隣接する位置に形成されている絶縁層とを有する半導体基板を用いて、半導体装置を製造する方法であって、露出部分の第１金属層の表面及び絶縁層の表面に、絶縁層に対するよりも第１金属層に対する接着性が高い第２金属層を形成する工程と、第１金属層の表面に形成された第２金属層を残存させながら、絶縁層の表面に形成された第２金属層を絶縁層から剥離する工程を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、その半導体層の表面に形成されている第１金属層と、第１金属層の少なくとも一部が露出するように第１金属層に隣接する位置に形成されている絶縁層とを有する半導体基板を用いて、半導体装置を製造する方法であって、
露出部分の第１金属層の表面及び絶縁層の表面に、絶縁層に対するよりも第１金属層に対する接着性が高い第２金属層を形成する工程と、
第１金属層の表面に形成された第２金属層を残存させながら、絶縁層の表面に形成された第２金属層を絶縁層から剥離する工程、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
第２金属層を形成する前に、絶縁層の表面をプラズマ改質することで、絶縁層の第２金属層に対する接着性を低下させることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
第２金属層を形成した後、かつ、第２金属層を絶縁層から剥離する前に、半導体基板を熱処理することを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体層と、半導体層の表面に形成されている第１金属層（Ａｌ層）と、第１金属層に隣接する位置に形成されている絶縁層（ＰＩ層）と、絶縁層に覆われていない範囲の第１金属層の表面に形成されている第２金属層（Ｎｉ層またはＣｕ層）を備えた半導体装置が開示されている。第１金属層と第２金属層によって、電極が形成されている。特許文献１に開示の電極構造によれば、電極をハンダ接合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１１０９８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、ハンダ接合のために、複数の金属層が積層された電極構造が採用されている。ハンダ接合する目的の他にも、種々の目的で、半導体装置の電極に、複数の金属層が積層された構造が採用されることが多い。
【０００５】
特許文献１の技術では、第１金属層の表面にメッキにより第２金属層を形成する。このように、メッキにより第２金属層を形成する場合には、メッキ工程で生じる廃液の処理等が必要となり、これによって半導体装置の製造コストが上昇するという問題がある。
【０００６】
また、複数の金属層が積層された電極構造の形成方法として、リフトオフが用いられる場合もある。この場合には、図６に示す様に、第１金属層３２の一部が露出するように絶縁層５０が形成されている半導体基板上に、マスク層５４を形成する。マスク層５４は、第１金属層３２の露出部分が開口となるように形成される。そして、マスク層３２が形成された半導体基板上に、スパッタリング等によって第２金属層３４を形成する。第２金属層３４は、第１金属層３２の露出部分の表面と、マスク層５４の表面に形成される。次に、エッチングによってマスク層５４を除去する。マスク層５４が除去されると、その表面に形成されている第２金属層３４も一緒に除去される。したがって、第１金属層３２の露出部分の表面に第２金属層３４が残存する。これによって、上述した電極構造が完成する。この方法でも、マスク層５４のエッチング工程で廃液が生じるため、廃液処理による製造コストの上昇の問題が生じる。また、エッチング工程では、マスク層５４以外の層（例えば、裏面側の電極等）がエッチングされるのを防止するために、保護措置等が必要となる場合がある。このような保護措置も、製造コスト上昇の要因となる。
【０００７】
以上に説明したように、従来の方法では、複数の金属層が積層された電極構造を容易に形成することができず、これが半導体装置の製造コストの上昇の要因となっていた。したがって、本明細書では、複数の金属層が積層された電極構造を有する半導体装置を容易に製造することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書では、半導体層と、その半導体層の表面に形成されている第１金属層と、第１金属層の少なくとも一部が露出するように第１金属層に隣接する位置に形成されている絶縁層とを有する半導体基板を用いて、半導体装置を製造する方法を提供する。この方法は、露出部分の第１金属層の表面及び絶縁層の表面に、絶縁層に対するよりも第１金属層に対する接着性が高い第２金属層を形成する工程と、第１金属層の表面に形成された第２金属層を残存させながら、絶縁層の表面に形成された第２金属層を絶縁層から剥離する工程を有する。
【０００９】
なお、接着性とは、ある層（例えば、第２金属層）を他の層（例えば、第１金属層または絶縁層）の表面に形成したときに、それら２つの層の間で得られる接着強度の高さをいう。したがって、「絶縁層に対するよりも第１金属層に対する接着性が高い第２金属層」とは、第２金属層を第１金属層の表面に形成したときにこれらの層の間で得られる接着強度が、第２金属層を絶縁層の表面に形成したときにこれらの層の間で得られる接着強度よりも高いことを意味する。
【００１０】
この製造方法では、第１金属層の表面に形成された第２金属層を残存させながら、絶縁層の表面に形成された第２金属層を絶縁層から剥離する。剥離工程は、種々の方法で実行することができる。例えば、第２金属層全体に粘着するように粘着テープを貼り付け、その後、粘着テープを半導体基板から剥がすことによって、剥離工程を実行することができる。粘着テープを剥がすと、粘着テープと共に、第２金属層を絶縁層から剥がすことができる。また、半導体基板の表面に向けて水を噴射することで、絶縁層から第２金属層を剥がすこともできる。第２金属層は、絶縁層に対するよりも第１金属層に対する接着性が高い。したがって、第１金属層の表面に形成された第２金属層を残存させながら、絶縁層の表面に形成された第２金属層を絶縁層から剥離することができる。このようにして絶縁層の表面に形成された第２金属層を除去することができる。この方法では、第２金属層を第１金属層の表面だけに形成する必要が無いので、メッキ等を用いることなく、スパッタリング等によって第２金属層を形成することができる。したがって、メッキ液の廃液の問題が生じない。また、剥離によって第２金属層を除去するので、第２金属層を除去するためにエッチング液等を用いる必要がない。したがって、エッチング液の廃液の問題が生じず、また、他の層をエッチング時に保護する必要もない。したがって、この方法によれば、低コストで半導体装置を製造することができる。
【００１１】
上述した製造方法は、第２金属層を形成する前に、絶縁層の表面をプラズマ改質することで、絶縁層の第２金属層に対する接着性を低下させることが好ましい。
【００１２】
なお、「絶縁層の表面をプラズマ改質することで、絶縁層の第２金属層に対する接着性を低下させる」とは、第２金属層を形成する前の絶縁層の表面をプラズマ改質することで、その後に形成される第２金属層の絶縁層に対する接着強度を低下させることを意味する。したがって、プラズマ改質していない絶縁層の表面に形成された第２金属層の絶縁層に対する接着強度と、プラズマ改質後の絶縁層の表面に形成された第２金属層の絶縁層に対する接着強度とを比較したときに、前者よりも後者が低ければ、プラズマ改質によって絶縁層の第２金属層に対する接着性を低下させたことになる。
【００１３】
このように、絶縁層の第２金属層に対する接着性を低下させることで、より容易に第２金属層を絶縁層から剥離することができる。
【００１４】
上述した製造方法は、第２金属層を形成した後、かつ、第２金属層を絶縁層から剥離する前に、半導体基板を熱処理することが好ましい。
【００１５】
このような構成によれば、熱処理時に半導体基板が熱膨張することによって、第２金属層に応力が加わる。第２金属層の第１金属層に対する接着性が高いので、応力が加わったとしても第２金属層の第１金属層に対する接着性はほとんど変化しない。一方、第２金属層の絶縁層に対する接着性が低いので、応力が加わることで第２金属層の絶縁層に対する接着強度がより低くなる。したがって、この方法によれば、より容易に第２金属層を絶縁層から剥離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例の製造方法により製造される半導体装置１０の断面図。
【図２】上部電極３０の拡大断面図。
【図３】絶縁層５０を形成した後のウエハ８０の断面図。
【図４】表面金属層３４を形成した後のウエハ８０の断面図。
【図５】熱処理後のウエハ８０の断面図。
【図６】リフトオフを用いる従来の製造方法による電極形成方法を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１７】
実施例の半導体装置の製造方法について説明する。最初に、実施例の製造方法により製造される半導体装置１０について説明する。図１は、実施例の製造方法により製造される半導体装置１０の概略断面図を示している。図示するように、半導体装置１０は、半導体層２０と、上部電極３０と、絶縁層５０を備えている。なお、本実施例の製造方法は、上部電極３０の形成方法に特徴を有するため、図１では、上部電極３０近傍の半導体装置１０の構造を主に示しており、半導体層２０の裏面側の構造、及び、半導体層２０の内部の構造の図示を省略している。図示していないが、半導体層２０には、半導体素子（例えば、ＩＧＢＴ、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ等）が形成されている。上部電極３０は、これらの半導体素子の電極の１つである。
【００１８】
半導体層２０は、シリコンにより構成されている。半導体層２０の上面２０ａには、複数の上部電極３０が形成されている。各上部電極３０は、半導体層２０に接続されているアルミニウム層３２（以下、Ａｌ層３２という）と、Ａｌ層３２の表面に形成されている表面金属層３４を有している。Ａｌ層３２は、半導体層２０に対してオーミック接続されている。絶縁層５０は、半導体層２０の上面２０ａのうち、Ａｌ層３２に覆われていない領域に形成されている。絶縁層５０は、Ａｌ層３２よりも厚い。絶縁層５０は、Ａｌ層３２の外周部の表面を覆うように形成されている。絶縁層５０は、ポリイミドにより形成されている。表面金属層３４は、絶縁層５０の開口部５２（絶縁層５０に覆われていない領域）内に形成されている。図２は、上部電極３０の拡大断面図を示している。図２に示すように、表面金属層３４は、チタン層３６（以下、Ｔｉ層３６という）と、ニッケル層３８（以下、Ｎｉ層３８という）と、金層４０（以下、Ａｕ層４０という）を有している。Ｔｉ層３６、Ｎｉ層３８、及び、Ａｕ層４０は、この順番で、Ａｌ層３２上に積層されている。上部電極３０は、外部の導電板に対してハンダ接合される電極である。Ｔｉ層３６は、ハンダ接合時に金属が半導体層２０内に拡散することを防止するための層である。Ｎｉ層３８は、上部電極３０のハンダ濡れ性を確保するための層である。Ａｕ層４０は、Ｎｉ層３８の表面酸化を防止するための層である。
【００１９】
次に、半導体装置１０の製造方法について説明する。半導体装置１０は、シリコン製の半導体ウエハから製造される。半導体ウエハは、上記の半導体層２０に相当する。最初に、半導体ウエハの内部に半導体素子の構造を形成する。次に、半導体ウエハの上面にＡｌ層３２を形成する。Ａｌ層３２は、スパッタリング等により形成する。次に、フォトリソ技術及びエッチング等を用いて、Ａｌ層３２を図１に示すようにパターニングする。次に、半導体ウエハ上に、絶縁層５０を形成する。次に、フォトリソ技術及びエッチング等を用いて、絶縁層５０をパターニングする。すなわち、開口部５２を形成する。次に、半導体ウエハの裏面に電極を形成する。以下では、半導体ウエハとその表面に形成された電極及び絶縁層を含めたウエハ全体をウエハ８０という。ここまでの工程によって、ウエハ８０が、図３に示す状態となる。ここまでの工程は、従来公知の技術と略同様である。
【００２０】
次に、プラズマ処理によって、絶縁層５０の表面を改質する。より詳細には、ＣＦ４等のガスをプラズマ化させて、絶縁層５０の表面をプラズマに曝す。すると、絶縁層５０を構成しているポリイミドの分子構造の終端部にフッ素が結合する。これによって、絶縁層５０が、後に形成される表面金属層３４に対して接着し難くなる。
【００２１】
次に、スパッタリング又は蒸着によって、ウエハ８０上に、Ｔｉ層３６、Ｎｉ層３８、Ａｕ層４０を順に形成する。これによって、図４に示すように、表面金属層３４を形成する。例えば、Ｔｉ層３６は５０〜３００ｎｍの厚さで形成し、Ｎｉ層３８は７００〜５０００ｎｍの厚さで形成し、Ａｕ層４０は５０〜２００ｎｍの厚さで形成する。これらの層の形成は、絶縁層５０であるポリイミドの耐熱性を考慮して、３００℃以下の温度で実施することが好ましい。表面金属層３４によって、絶縁層５０の表面と、開口部５２内のＡｌ層３２の表面が覆われる。絶縁層５０であるポリイミドは表面金属層３４に対して接着し難く、さらに、上述したプラズマ処理によって絶縁層５０の表面金属層３４に対する接着性が低下させられている。したがって、表面金属層３４の絶縁層５０に対する接着強度は弱い。一方、表面金属層３４のＡｌ層３２に対する接着強度は強い。引張試験により評価した結果の一例では、表面金属層３４のＡｌ層３２に対する接着強度は約１５０Ｎ／ｃｍ２であったのに対し、表面金属層３４の絶縁層５０に対する接着強度は約１０Ｎ／ｃｍ２であった。
【００２２】
次に、ウエハ８０の上面にランプを照射することで、ウエハ８０を熱処理する。これにより、ウエハ８０を、１００℃〜３００℃の温度に昇温させる。ウエハ８０を加熱すると、各層の熱膨張率の違いによって、ウエハ８０の各層に応力が加わる。この際、絶縁層５０の表面に形成されている表面金属層３４の絶縁層５０に対する接着強度が弱いので、応力が加わることによって表面金属層３４と絶縁層５０との間で位置ずれが生じる。これによって、表面金属層３４の絶縁層５０に対する接着強度が極めて低くなる。一方、表面金属層３４のＡｌ層３２に対する接着強度が強いので、Ａｌ層３２の表面の表面金属層３４は応力が加わってもＡｌ層３２に対して位置ずれを起さない。また、図４に示す開口部５２の側壁部５２ａ近傍の領域では、応力によって大部分の表面金属層３４が裂けて、Ａｌ層３２上の表面金属層３４が絶縁層５０上の表面金属層３４から分離する。その後、ウエハ８０の温度を常温に戻すと、ウエハ８０は図５に示す状態となる。図５では、表面金属層３４が絶縁層５０に対して位置ずれした結果、絶縁層５０上の表面金属層３４が側壁部５２ａからめくれあがった状態となり、絶縁層５０側の表面金属層３４が、Ａｌ層３２側の表面金属層３４から分離している。
【００２３】
次に、ウエハ８０の上面にテープを貼り付け、その後、テープをウエハ８０の上面から剥がす。すると、絶縁層５０上の表面金属層３４がテープに貼り付き、絶縁層５０の表面から剥離する。これによって、絶縁層５０上の表面金属層３４が除去される。一方、Ａｌ層３２上の表面金属層３４は、Ａｌ層３２から剥離することなく、Ａｌ層３２上に残存する。その結果、図１に示すように、Ａｌ層３２の表面にのみ表面金属層３４が形成されている構造が得られる。その後、ウエハ８０をダイシングすることで、図１の半導体装置１０が完成する。
【００２４】
以上に説明したように、実施例の製造方法では、スパッタリングによってウエハ８０の表面全体に表面金属層３４を形成し、その後、接着強度が弱い絶縁層５０上の表面金属層３４を剥離させ、接着強度が強いＡｌ層３２上の表面金属層３４をＡｌ層３２上に残存させる。すなわち、メッキやエッチングを用いることなく、開口部５２内のＡｌ層３２の表面のみに表面金属層３４を形成することができる。したがって、この製造方法によれば、半導体装置の製造コストを低減することができる。
【００２５】
また、この製造方法では、開口部５２内のＡｌ層３２の表面全体に、表面金属層３４を形成することができる。一方、従来のリフトオフを用いる製造方法で上述した半導体装置１０を製造する場合には、開口部５２内全体に表面金属層３４を形成することはできない。すなわち、リフトオフを用いる製造方法では、図６に示すように、絶縁層５０が覆われるようにマスク層５４を形成し、その上に表面金属層３４を形成する。その後、マスク層５４をエッチングで除去することで、Ａｌ層３２の表面以外の表面金属層３４をマスク層５４と共に除去する。この技術では、絶縁層５０の表面に表面金属層３４が形成されることを防止するために、マスク層５４の開口部５６を絶縁層５０の開口部５２より小さくする必要がある。このため、開口部５２内のＡｌ層３２の外周部分３２ａにマスク層５４が形成され、その外周部分３２ａ上に表面金属層３４を形成することができない。開口部５２と開口部５６の位置合わせの誤差を考慮すると、開口部５６を開口部５２より相当量小さくせざるを得ない。したがって、リフトオフによる製造方法では、ハンダ接合可能な領域が狭くなり、半導体装置１０の放熱性能が低下する。実施例の製造方法によれば、開口部５２内のＡｌ層３２の表面全体に表面金属層３４を形成することができるので、このような問題を解消することができる。また、実施例の製造方法では、上記の位置合わせが不要であるので、容易に半導体装置を製造することができる。
【００２６】
なお、上述した実施例では、ウエハ８０の表面にテープを貼り付け、そのテープをウエハ８０から剥がすことで絶縁層５０から表面金属層３４を剥離したが、ウエハ８０に向けて水を噴射し、その水流によって絶縁層５０から表面金属層３４を剥離してもよい。その他、種々の方法によって絶縁層５０から表面金属層３４を剥離することができる。
【００２７】
また、上述した実施例では、ウエハ８０に対してプラズマ処理と熱処理を行うことで、絶縁層５０の表面金属層３４に対する接着性を低下させた。しかしながら、絶縁層５０の表面金属層３４に対する接着強度が十分に低くなる場合には、これらの処理を実施しなくてもよい。また、何れか一方の処理のみを実施するようにしてもよい。
【００２８】
また、上述した実施例では、半導体層２０上にＡｌ層３２を形成したが、Ａｌ層に代えて、ＡｌＳｉ層、ＡｌＣｕ層等を形成してもよい。また、上述した実施例では、最も表層の金属層がＡｕ層であったが、Ａｕ層に代えて、Ｐｔ層やＡｇ層を形成してもよい。また、上述した実施例では、Ｔｉ層を形成したが、Ｔｉ層は無くてもよい。また、上述した実施例では、ハンダ接合用の電極を形成する工程について説明したが、実施例の技術を、他の用途の電極を形成する際に使用しても良い。
【００２９】
また、上述した実施例では、絶縁層５０がポリイミドにより構成されていたが、絶縁層５０は、酸化シリコンや窒化シリコンであってもよい。
【００３０】
また、上述した実施例では、熱処理時にランプによりウエハ８０を加熱したが、ホットプレート等他の加熱手段によりウエハ８０を加熱してもよい。
【００３１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、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み合わ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み合わ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するものであり、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。
【符号の説明】
【００３２】
１０：半導体装置
２０：半導体層
２０ａ：上面
３０：上部電極
３２：Ａｌ層
３２ａ：外周部分
３４：表面金属層
３６：Ｔｉ層
３８：Ｎｉ層
４０：Ａｕ層
５０：絶縁層
５２：開口部
５４：マスク層
５６：開口部
８０：ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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