(57)【要約】【課題】  表面の外周に沿って外周の内側を一巡している凸部を備えている半導体装置内において半導体装置の厚みが変動することを抑制することができる半導体装置とその製造方法を提供する。【解決手段】  半導体装置１００は、半導体層２と、半導体層２の表面に形成されているエミッタ電極６と、半導体装置１００の表面の外周に沿って外周の内側を一巡しているとともに、少なくとも表面が絶縁性である第１凸部４と、第１凸部４の内側範囲に形成されている第２凸部８を備えている。第１凸部４と第２凸部８の表面は平坦であり、かつ表面が同一平面内にある。第１凸部４の内側範囲に第２凸部８が配置されているために、半導体ウェハの裏面研磨時に、第１凸部４の内側範囲が表面側に撓むことが抑制される。裏面研磨後の厚みの変動が小さい半導体装置１００を実現することができる。【選択図】  図１
2009071044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の表面の外周に沿って外周の内側を一巡している第１凸部と、
半導体装置の表面の第１凸部の内側範囲に配置されている第２凸部を備えており、
第１凸部と第２凸部は表面が平坦であり、かつ表面が同一平面内にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第１凸部が半導体装置の終端領域の表面を覆っている絶縁性物質で形成されており、
半導体装置の表面の第１凸部の内側範囲に表面電極が広がっており、
第２凸部が導電性物質で形成されているとともに、表面電極に導通していることを特徴とする請求項１の半導体装置。
【請求項３】
請求項１の半導体装置を製造する方法であり、
半導体ウェハの表面を複数区画に分割した各区画の外周に沿って外周の内側を一巡する第１凸部を形成する工程と、
半導体ウェハの表面の第１凸部の内側範囲に第２凸部を形成する工程と、
第１凸部と第２凸部が形成された半導体ウェハの表面に保護テープを貼付ける工程と、
表面に保護テープが貼付けられた半導体ウェハの裏面を研磨する工程を備えており、
第１凸部と第２凸部は表面が平坦であり、かつ表面が同一平面内にあるように形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
第２凸部を形成する工程で、凸部と凸部の間隔が裏面研磨に用いる砥石の幅よりも小さくなる関係で、第２凸部を形成することを特徴とする請求項３の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に凸部を有する半導体装置とその製造方法に関する。特に、外周に沿って外周の内側を一巡している凸部を備えているとともに、裏面が研磨されて薄板化されている半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の薄板化が進められている。例えば、縦型のＦＥＴ(Field Effect Transistor)や縦型のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などでは、低損失化のために、半導体ウェハを研磨して薄板化する必要がある。
半導体ウェハを研磨して薄板化する工程では、半導体装置の表面構造を表面に形成した半導体ウェハの裏面を研磨する。
半導体装置の中には、半導体装置の表面の外周に沿って外周の内側を一巡している凸部を備えているものが存在する。例えばＩＧＢＴの場合、半導体装置の表面の外周の内側の範囲に、耐圧を確保するためのガードリングが形成されており、その表面が絶縁膜で覆われている。その絶縁膜は帯電防止等のために厚く形成されている。厚い絶縁膜によって、半導体装置の表面の外周に沿って外周の内側を一巡している凸部が形成されている。
【０００３】
半導体ウェハの裏面を研磨する工程では、半導体ウェハの表面を保護テープで保護した後に半導体ウェハの表面を支持板に押し付けた状態で、半導体ウェハの裏面を砥石で研磨する。半導体ウェハの裏面を砥石で研磨する時に、半導体ウェハの表面側に撓んでしまう可能性がある。
【０００４】
半導体ウェハの外周近傍が表面側に撓んだ状態で裏面を研磨することを抑制する裏面研磨方法が提案されている。この方法では、半導体ウェハ内の半導体装置群の形成範囲には半導体ウェハの表面から突出する電極群が形成されているのに対し、半導体ウェハの外周近傍には電極群が形成されていないことが原因となって半導体ウェハの外周近傍が表面側に撓んだ状態で研磨していることに着目し、半導体ウェハの外周近傍にダミー電極を形成する。半導体ウェハの外周近傍にダミー電極を形成しておいて裏面研磨を行うと、半導体ウェハの外周近傍が表面側に撓んだ状態で研磨することを抑制することができる。この裏面研磨方法が、特許文献１に開示されている。特許文献１の裏面研磨方法によって、研磨後の半導体ウェハの厚みが半導体ウェハの外周近傍で不均一となることを防止することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３１１４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体ウェハのサイズに比して、個々の半導体装置のサイズは格段に小さい。サイズが大きい半導体ウェハの単位で考察すると、半導体ウェハの研磨時に生じる撓みの影響が研磨後の半導体ウェハの厚みに顕著に影響することから、撓みの発生を抑制する研究がなされ、特許文献１等の技術が開発されている。それに対して個々の半導体装置のサイズは格段に小さく、個々の半導体装置内における撓みの影響は無視され、これまで研究対象とされてこなかった。
【０００７】
前記したように、半導体装置の表面構造を表面に形成した半導体ウェハの裏面を研磨して薄板化する。表面構造を形成した半導体ウェハの表面には凹凸が存在している。このために、個々の半導体装置のサイズが小さいとはいえ、正確に観察すると、半導体ウェハの表面が凹部になっている領域の裏面を研磨する時には、半導体ウェハが表面側に撓んだ状態で裏面を研磨する。一方、表面が凸部になっている領域の裏面を研磨する時には、半導体ウェハが撓まない状態で研磨する。その結果、撓みの影響が小さいとはいえ、研磨後の半導体ウェハ厚みが、半導体装置内でばらついてしまう。半導体ウェハの表面が凹部になっている領域では半導体ウェハが厚く、半導体ウェハの表面が凸部になっている領域では半導体ウェハが薄くなってしまう。
【０００８】
半導体装置の薄板化が進行しており、半導体ウェハの裏面研磨時に半導体ウェハが表面側に撓みやすくなっている。このために、研磨後の半導体ウェハの厚みが半導体装置内で不均一となり、それが半導体装置の特性に悪影響を及ぼすことが判明した。例えばＩＧＢＴの場合、半導体装置内に半導体ウェアの厚みが局所的に薄い領域があるとそこに大電流が集中して発熱しやすい。ＩＧＢＴの場合、加熱されるとゲートしきい値電圧が低下してますます大電流が流れやすくなる。大電流が流れて発熱し、それがまた大電流を流すという正のフィードバック現象が現れ、局所的な大発熱によってＩＧＢＴが損傷する可能性がある。個々の半導体装置は小型であるために半導体ウェハの研磨時に半導体ウェハが撓むことによる影響は受けにくいとはいえ、それが問題となるケースが存在することが判明してきた。
本発明は、上記の課題の存在を認識し、それを解決するために創作された。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明で創作された半導体装置は、裏面研磨時に半導体ウェハが撓みにくい構造を備えている。この半導体装置は、半導体装置の表面の外周に沿って外周の内側を一巡している第１凸部と、半導体装置の表面の第１凸部の内側範囲に配置されている第２凸部を備えている。第１凸部と第２凸部は表面が平坦であり、かつ表面が同一平面内にある。
この半導体装置は、半導体ウェハに比して小型であることから裏面研磨時に撓みにくいとはいえ、正確に観察すると、表面の外周部を一巡している凸部が形成されていることから、その内側の範囲の裏面を研磨する際に半導体ウェハが表面側に撓む。この半導体装置は、それに対処するために、半導体装置の表面の外周部を一巡している凸部の内側の範囲に第２凸部を配置している。第２凸部が配置されているために、半導体ウェハの裏面研磨時に、外周部を一巡する凸部の内側範囲が表面側に撓むことを抑制した状態で研磨することができる。半導体装置内における半導体ウェハの厚みの変動が小さい半導体装置を実現することができる。
【００１０】
本発明は、特に、半導体装置の終端領域の表面が厚い絶縁膜で覆われている半導体装置に適している。この場合、半導体装置の終端領域の表面を覆っている絶縁性物質によって第１凸部が形成されている。この種の半導体装置では、半導体装置の表面の第１凸部の内側範囲に表面電極が広がっていることが多い。この場合、第２凸部が導電性物質で形成されているとともに、表面電極に導通していることが好ましい。
この場合、第２凸部は、半導体ウェハの裏面研磨時に第１凸部の内側の範囲が表面側に撓むことを抑制するだけでなく、電極の一部としても機能する。半導体装置をはんだ等で固定する際に、はんだとの接触面積を増大させることができ、接触抵抗を下げることに寄与する。また機械的接合強度を向上するのにも寄与する。さらに、半導体装置の放熱能力をも向上させる。
【００１１】
本発明は、半導体装置を製造する方法をも提供する。本発明で創作された半導体装置の製造方法は、ウェハの表面を複数区画に分割した各区画（各区画に半導体装置が製造される）の外周に沿って外周の内側を一巡する第１凸部を形成する工程と、ウェハの表面の第１凸部の内側範囲に第２凸部を形成する工程と、第１凸部と第２凸部が形成された半導体ウェハの表面に保護テープを貼付ける工程と、表面に保護テープが貼付けられた半導体ウェハの裏面を研磨する工程を備えている。上記において、第１凸部と第２凸部は表面が平坦であり、かつ表面が同一平面内にあるように形成する。第１凸部と第２凸部を形成する順序は特に限定されない。第２凸部の形成後に第１凸部を形成してもよいし、その逆でもよい。
上記の方法によると、外周に沿って一巡する第１凸部の内側範囲に第２凸部が配置されている状態で半導体ウェハの裏面を研磨するために、第１凸部の内側の範囲が表面側に撓むことを抑制した状態で研磨することができる。半導体装置内における半導体ウェハの厚みの変動が小さい半導体装置を製造することができる。
【００１２】
本製造方法では、裏面研磨後に、半導体装置の裏面構造を形成してもよい。例えばＩＧＢＴを製造する場合は、裏面研磨後に裏面から不純物を注入してから熱処理して拡散領域を形成してもよいし、コレクタ電極などを形成してもよい。
本製造法方法では、裏面構造形成後に、半導体ウェハをダイシングして個々の半導体装置に切り分けてもよい。
なお、これらの工程は、半導体装置内における半導体ウェハの厚みの変動が小さい半導体装置を製造するのに直接関係する工程でない。
【００１３】
第２凸部を形成する工程では、凸部と凸部の間隔が裏面研磨に用いる砥石の幅よりも小さくなる関係で、第２凸部を形成することが好ましい。
この場合、半導体ウェハの裏面研磨時に半導体ウェハが表面側に撓む現象が顕著に抑制される。半導体装置内における半導体ウェハの厚みの変動が極めて小さい半導体装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、表面の外周に沿って外周の内側を一巡している凸部を備えている半導体装置内において半導体装置の厚みが変動することを抑制することができる。半導体装置内において特性が均質化されている半導体装置を実現することができる。特性が半導体装置で不均一に変化していると局所的な特性劣化部が存在し、それが半導体装置の全体品質を低下させる。本発明によると、全体品質が高い半導体装置を実現することができる。
特に、第２凸部が導電性材料で形成されている場合、電極の表面積を増やことができ、半導体装置の放熱能力を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
下記に説明する実施例の好ましい特徴を列記する。
（第１特徴）  半導体装置は、直方体状のＩＧＢＴである。表面の外周の内側の範囲に、耐圧確保用のガードリングが形成されており、ガードリングが形成されている終端領域の表面が絶縁膜で覆われている。表面の外周に沿って一巡している絶縁膜の内側の範囲では、半導体装置の表面に金属電極膜が形成されている。金属電極膜の少なくとも最表面はアルミニウムで形成されており、第２凸部もアルミニウムで形成されている。
（第２特徴）  外周部を一巡している凸部の内側範囲に、複数個の第２凸部が分散して配置されている。
（第３特徴）  外周部を一巡している凸部の内側範囲に、長く伸びる第２凸部が配置されている。
【実施例】
【００１６】
（第１実施例）
図１に、本発明の第１実施例である半導体装置１００の表面近傍の断面図を示す。半導体装置１００はＩＧＢＴである。半導体装置１００は、半導体層２と、半導体層２の表面に形成されているエミッタ電極６と、半導体装置１００の表面の外周に沿って外周の内側を一巡しているとともに、少なくとも表面が絶縁性である第１凸部４と、第１凸部４の内側範囲に形成されている金属製の第２凸部８を備えている。第１凸部４と第２凸部８の表面は平坦であり、かつ表面が同一平面内にある。半導体装置１００の裏面には、図示はしないが、コレクタ電極などの裏面構造が形成されている。また、半導体層２内には、図示はしないが、エミッタ領域、ボディ領域、ドリフト領域、コレクタ領域などで構成されるＩＧＢＴの内部構造が形成されており、半導体層２の表面の外周に沿って外周の内側を一巡するガードリングが形成されている。第１凸部４は、ガードリングが形成されている終端領域の表面を覆っている。第１凸部４は帯電防止膜としても機能する。
【００１７】
図２に、半導体装置１００の斜視図を示す。図１は図２のI−I断面における断面図を示したものである。参照符号１０の内側をゲート配線が伸びている。ゲート配線は絶縁性の保護膜１０で被覆されており、保護膜１０は第１凸部４と連続している。半導体装置１００には、４ブロックのＩＧＢＴが配置されている。各ブロック毎に半導体装置が完成しているということができる。
保護膜１０と第１凸部４の表面は平坦であり、同一平面内に揃っている。保護膜１０と第１凸部４は、４ブロックに分割されたＩＧＢＴのそれぞれの外周に沿って外周の内側を一巡している。保護膜１０は、各ブロックの外周に沿って外周の内側を一巡する凸部の一部であるということもできる。
第２凸部８が存在しなければ、裏面研磨時に、一巡する凸部４，１０で取り囲まれている４つの領域毎に、半導体ウェハが表面側に撓んでしまう。第２凸部８が配置されているために、裏面研磨時に半導体層２が表面側に撓むことを防止している。
なお、参照符号Ｌ１は第１凸部４と第２凸部８の間の最大間隔を示し、参照符号Ｌ２は第２凸部８と第２凸部８の間の間隔を示している。
【００１８】
図３に、本発明の半導体装置１００の裏面研磨工程における断面図を示す。図３に示すように、半導体ウェハ５０の表面を複数個に分割した各区画内に、半導体装置１００が製造される。すなわち、半導体ウェハ５０の表面を複数区画に分割した各区画の外周に沿って外周の内側を一巡する第１凸部４が形成される。さらに、半導体ウェハ５０の表面の第１凸部４の内側範囲に第２凸部８も形成される。
裏面研磨工程では、複数個の半導体装置１００が形成されている半導体ウェハ５０を上下反転し、半導体ウェハ５０の表面を支持板１４の上に固定する。なお、半導体ウェハ５０の表面には、図示はしないが、半導体装置１００の表面構造を保護するための保護テープが貼り付けられている。次に、支持板１４の上に固定した半導体ウェハ５０の裏面を砥石１２を用いて研磨する。半導体ウェハ５０の裏面を砥石１２を用いて研磨する際に、半導体ウェハ５０には半導体ウェハ５０を支持板１４に押し付ける力が作用する。
第１凸部４と第２凸部８の間隔Ｌ１と、第２凸部８と第２凸部８の間隔Ｌ２は、いずれも、砥石１２の幅Ｌ３以下である。そのため、半導体装置１００の表面が凹部となっている領域の裏面を研磨する際にも、半導体装置ウェハ５０が表面側に撓むことがない。半導体装置ウェハ５０は、均一な厚みに研磨される。
【００１９】
図４（１）〜（４）に、半導体装置１００を製造する方法の一例を示す。
図４（１）に示すように、半導体ウェハ５０の表面を複数個に分割した各区画内に、半導体装置１００の表面構造が完成している半導体ウェハ５０を用意する。この段階で、各区画内の半導体層２の表面には、エミッタ電極（表面電極）６が形成されている。また、半導体層２の表面の外周に沿って外周の内側を一巡する第１凸部４も形成されている。第１凸部４は、表面が絶縁性であればよく、内部まで絶縁性であってもよいし、内部は導電性であってもよい。第１凸部４は、表面が平坦になるよう形成する。
次に、図４（２）に示すように、第１凸部４の内側範囲に金属製の第２凸部８を形成する。第２凸部８は、第１凸部４の内側範囲に任意の幅及び個数で形成することができる。第２凸部８は、表面が平坦であり、かつ表面が第１凸部４と同一平面内にあるように形成する。
ここで、同一平面内とは、研磨時に第２凸部８が圧縮されて第１凸部４の表面と第２凸部８の表面が同一平面内になることも含まれる。第２凸部８の材料や研磨時に半導体ウェハ５０が押される力次第では、研磨時に第２凸部８が圧縮されて表面の高さが低くなる可能性があるためである。そのため、研磨時に第２凸部８が圧縮される分を見込んで、第２凸部８の高さを第１凸部４の高さよりも若干高く形成してもよい。
次に図４（３）に示すように、第１凸部４と第２凸部８を形成した半導体ウェハ５０の表面に保護テープ１６を貼り付ける。保護テープ１６によって、裏面研磨時に傷などがつかないよう表面構造が保護される。
次に図４（４）に示すように、半導体ウェハ５０の裏面を研磨して薄板化する。裏面研磨工程は、図３に示した方法で行う。裏面研磨後、半導体装置１００の裏面構造を形成する。その後、半導体ウェハ５０をダイシングして個々の半導体装置１００に切り分け、半導体装置１００を製造する。
【００２０】
（第２実施例）
図５に、本発明の第２実施例である半導体装置２００の上視図を示す。また、図６に、図５のVI−VI断面における表面近傍の断面図を示す。
半導体装置２００は、第２凸部８がVI−VI断面方向に連続して形成されている。第２凸部８がこのように形成されていると、半導体装置１００に比べて凹部の幅が小さくなるため、裏面研磨時の撓み抑制効果が大きい。
なお図５に示すように、半導体装置２００の縦幅Ｌ５は９．４ｍｍ、横幅Ｌ７は１３ｍｍ、凹部の縦幅Ｌ４は６．３ｍｍ、凹部の横幅Ｌ６は１．５ｍｍ、第２凸部の横幅Ｌ８は１ｍｍとなるよう形成されている。
【００２１】
（第３実施例）
図７に、本発明の第３実施例である半導体装置３００の上視図を示す。また、図８に、図７のVIII−VIII断面における表面近傍の断面図を示す。
半導体装置３００は、第２凸部８がVIII−VIII断面方向に複数個形成されている。第２凸部８がこのように形成されていると、半導体装置１００に比べて第２凸部８の表面積が大きくなるため、接触抵抗をさらに下げることができる。また機械的接合強度を向上することもできる。半導体装置３００の放熱能力をもさらに向上させることができる。
【００２２】
（第４実施例）
図９に、本発明の第４実施例である半導体装置４００の上視図を示す。また、図１０に、図９のX−X断面における表面近傍の断面図を示す。
半導体装置４００は、第２凸部８が、第１凸部４の内側の凹部全体に形成されている。第２凸部８がこのように形成されていると、表面に凹部が存在しなくなるため、裏面研磨時の撓みが生じにくい。裏面研磨後に半導体装置４００の厚みが変動することを大きく抑制することができる。
【００２３】
本発明の半導体装置は、半導体装置の表面に形成されている金属電極膜の少なくとも最表面がアルミニウムで形成されており、第２凸部８もアルミニウムで形成されていることが好ましい。アルミニウムは柔らかい金属であるため、衝撃吸収性が高い。第２凸部８をワイヤボンディング時の緩衝材として利用することもできる。
【００２４】
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。
例えば、実施例ではＩＧＢＴについて記載したが、他の半導体装置であってもよい。
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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施例である半導体装置１００の表面近傍の断面図を示す。
【図２】半導体装置１００の斜視図を示す。
【図３】半導体装置１００の裏面研磨工程の断面図を示す。
【図４】（１）〜（４）は半導体装置１００の製造方法を示す。
【図５】本発明の第２実施例である半導体装置２００の上視図を示す。
【図６】半導体装置２００の表面近傍の断面図を示す。
【図７】本発明の第３実施例である半導体装置３００の上視図を示す。
【図８】半導体装置３００の表面近傍の断面図を示す。
【図９】本発明の第４実施例である半導体装置４００の上視図を示す。
【図１０】半導体装置４００の表面近傍の断面図を示す。
【符号の説明】
【００２６】
２：半導体層
４：第１凸部
６：エミッタ電極
８：第２凸部
１０：保護膜
１２：砥石
１４：支持板
１６：保護テープ
５０：半導体ウェハ
１００、２００、３００、４００：半導体装置
Ｌ１：半導体装置１００の第１凸部と第２凸部の間隔
Ｌ２：半導体装置１００の第２凸部と第２凸部の間隔
Ｌ３：砥石の幅
Ｌ４：半導体装置２００の縦幅
Ｌ５：半導体装置２００の横幅
Ｌ６：半導体装置２００の凹部の縦幅
Ｌ７：半導体装置２００の凹部の横幅
Ｌ８：半導体装置２００の第２凸部の横幅
【図１】
2009071044.tif 000003
【図２】
2009071044.tif 000004
【図３】
2009071044.tif 000005
【図４】
2009071044.tif 000006
【図５】
2009071044.tif 000007
【図６】
2009071044.tif 000008
【図７】
2009071044.tif 000009
【図８】
2009071044.tif 000010
【図９】
2009071044.tif 000011
【図１０】
2009071044.tif 000012