专利名称：半导体设备以及在其基片上图案化树脂绝缘层的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体设备以及在半导体设备的基片上图案化树脂绝缘层的方法。
背景技术：
如在例如JP-3069468中公开的，公知地，使用化学反应的光刻术用来选择性地移 除半导体设备比如金属氧化物半导体(M0Q设备的绝缘层以在绝缘层中形成孔。尤其，在比如功率晶体管之类的半导体设备中，树脂绝缘层用来电隔绝基片表面 上的电极和引线图案。树脂绝缘层通过光刻术中的曝光、显影和蚀刻工艺来图案化。然而 这种方法会涉及以下问题1.绝缘层越厚，蚀刻绝缘层所需的时间就越长。2.在绝缘层的厚度和绝缘层的图案尺寸之间存在着折中。在厚绝缘层的情况下， 难以形成优良的绝缘层图案。3.难以在绝缘层中形成具有期望锥角的锥形孔。4.绝缘层的表面在锥形孔的开口周围升高。因此，需要一种不管树脂绝缘层的厚度而在绝缘层中形成具有期望锥角的锥形孔 的方法。已经建议了除了光刻术之外的一些方法来在半导体基片上图案化树脂绝缘层。在JP2005-12098A、W02004/061935、JP2006186304A 和相应于 JP2000-173954A 的 US6, 428，393所公开的方法中，半导体基片上的树脂绝缘层被机械加工以平面化半导体基 片上的树脂绝缘层。然而，由于树脂绝缘层通过使用光刻术来图案化，就难以形成期望图案 的树脂绝缘层。在相应于JP2008-1M150A的US2008/01i;3466中公开的方法中，通过使用切割工 具在树脂绝缘层中形成孔。然而，由于通过将树脂绝缘层刮擦至一侧而形成孔，就难以在树 脂绝缘层中形成具有期望形状的孔。尤其，树脂绝缘层的表面在孔的开口周围升高。New Flip Bonding Method Using Ultra-precisionCutting of Metal/Adhesive Layers, International Conference on ElectronicsPackaging, Outstanding papers of the 2007 Conference，，中公开的一种方法用于平面化树脂绝缘层 但不是用于图案化树脂绝缘层。
发明内容
考虑到以上情况，本发明的一个目标是提供一种不管绝缘树脂层的厚度以期望图 案来图案化基片上的树脂绝缘层的方法。本发明的另一个目标是提供一种具有这种树脂绝 缘层的半导体设备。根据本发明的一个方面，一种制造半导体设备的方法包括在半导体基片的表面上 形成绝缘层，以及使用刀头切除绝缘层的不必要部分。优选地，该方法能还包括在半导体基片的表面上形成电极层。形成绝缘层的步骤能包括用绝缘层覆盖电极层。切除绝缘层的不 必要部分的步骤能包括使用刀头形成锥形孔。锥形孔能具有由绝缘层限定的开口、由电极 层限定的底部、以及将开口连接至底部的侧壁。刀头的刀面角能为零或负值。根据本发明的另一个方面，一种半导体设备包括半导体基片、位于半导体基片的 表面上的电极层、以及位于半导体基片的表面上以部分地覆盖电极层的树脂绝缘层。树脂 绝缘层和电极层限定锥形孔。锥形孔的开口由树脂绝缘层限定。锥形孔的底部由电极层的 第一部分限定。锥形孔的侧壁将开口连接至底部。电极层在第一部分处具有第一厚度并且 在由树脂绝缘层覆盖的第二部分处具有第二厚度。第一厚度小于第二厚度。电极层的第一 部分和第二部分之间的台阶部分和树脂绝缘层的侧面部分限定锥形孔的侧壁。形成于电极 层的台阶部分和锥形孔的底部之间的角度等于形成于树脂绝缘层的侧面部分和锥形孔的 底部之间的角度。树脂绝缘层的侧面部分的下端连续地接合至电极层的台阶部分的上端以 形成连续表面。
本发明的以上和其它目标、特点和优点从以下参照附图进行的详细描述中将变得 更加明显。在附图中图1是示出通过光刻术图案化的树脂绝缘层的横截面照片的视图；图2是示出具有通过光刻术图案化的树脂绝缘层的半导体设备的视图；图3A-3D是示出剥离方法的视图；图4是示出通过光刻术形成倒锥形孔的方法的视图；图5是示出通过非锥形孔形成电极层的方法的视图；图6A-6D是示出根据本发明第一实施例的制造半导体设备的方法的视图，并且图 6E是示出由图6A-6D的方法制造的半导体设备的放大视图；图7A和7B是示出当树脂绝缘层由常规方法切除时在树脂绝缘层中引起的裂纹的 视图；图8是当树脂绝缘层由常规方法切除时在树脂绝缘层中引起的裂纹的放大照片；图9A示出由本发明人实施的测量由根据第一实施例的方法切除的树脂绝缘层的 切割表面的表面粗糙度的实验结果，并且图9B示出了典型的应力应变曲线；图10示出由本发明人实施的测量在树脂绝缘层由刀头切割时一段时期内第一和 第二类型树脂绝缘层的每个中的应力分布的实验结果；图IlA和IlB示出在第一树脂绝缘层由刀头切除时一段时期内第一树脂绝缘层中 的应力分布，并且图IlC示出在第二树脂绝缘层由刀头切除时一段时期内第二树脂绝缘层 中的应力分布；以及图12A和12B是示出根据本发明第二实施例的制造半导体设备的方法的视图。
具体实施例方式本发明人已经研究了现有技术中的上述问题。首先，下面描述研究结果。在比如用于处理大量电流的功率晶体管之类的半导体设备中，电流在厚度方向上 流动同时均勻化表面方向中的电流。因此，导线和电极通常具有大约数个微米(Pm)的厚度，例如5μπι。由于难以用通过化学气相沉积形成的层(例如氮化硅层)完全覆盖这些导 线和电极，树脂绝缘层用来覆盖这些导线和电极。在此情况下，树脂绝缘层需要具有例如 IOym或更大的厚度。而且，半导体设备通常用模塑树脂封装以提高耐环境性能。于是，由 于模塑树脂中的填料引起的局部应力可施加至半导体设备并影响设备性质。因此，树脂绝 缘层需要具有足够大的厚度以减小局部应力。考虑到成本优势，包括显影步骤和蚀刻步骤(例如快速各向同性湿蚀刻)的光刻 术通常用于图案化树脂绝缘层。图1是示出通过使用光刻术图案化的树脂绝缘层的横截视 图的照片。在图1中，圆圈包围的部分表示在树脂绝缘层中形成的锥形孔的侧壁。注意到， 图1中的“6.011”意思是“6.0μπι”。图2是示出具有通过使用光刻术图案化的树脂绝缘层 的半导体设备的视图。下面参照图1和2讨论在通过使用光刻术图案化树脂绝缘层时引起 的问题。在显影和湿蚀刻步骤中，如图2所示，树脂绝缘层3被图案化以形成锥形孔31。第 一电极层2的接触表面21通过锥形孔31暴露。正是接触表面21用作锥形孔31的底部。 通常，锥形孔31具有从110°至140°的锥角θ。也即是，锥角θ是钝角。锥角θ定义为 侧壁10和接触表面21之间的角度。当锥角θ是钝角时，第一电极层2周围需要另外的区 域。于是，半导体设备的尺寸就增大。而且，如图2所示，锥形孔31的开口周围的侧壁10的上部11升高。在此情况下， 担心在下游的制造阶段中应力可能会集中于升高上部11上。于是，在下游的制造阶段中树 脂绝缘层3的性质在升高上部11处和其它部分处会改变。而且，还担心侧壁10的下部12 由于钝锥角θ而尖锐化。于是，在下游的制造阶段中树脂绝缘层3的性质在尖锐下部12 处和其它部分处也会改变。而且，还担心侧壁10和接触表面21会形成不连续表面。在此 情况下，树脂绝缘层3和形成于第一电极层2上的第二电极层(未示出)很可能会从第一 电极层2上剥离。接着，下面参照图3A-3D讨论剥离工艺所涉及的问题。图3A-3D是示出通常用于制造微机电系统(MEMS)、电致发光(EL)等的剥离工艺的 视图。在剥离工艺中，如图3Α所示，准备半导体基片1。然后，如图:3Β所示，树脂绝缘层3 形成于半导体基片1上。然后，如图3C所示，倒锥形孔31形成于树脂绝缘层3中。然后， 如图3D所示，通过倒锥形孔31形成第二电极层14。于是，第二电极层14的第一部分1 形成于树脂绝缘层3上，并且第二电极层14的第二部分14b形成于半导体基片1上。因为 倒锥形孔31的形状，第一部分1 和第二部分14b彼此电绝缘。例如，当倒锥形孔31具有 大约60°的锐角锥角时，确保第一部分Ha和第二部分14b彼此电绝缘。在比如用于处理大量电流的功率晶体管之类的半导体设备的情况下，树脂绝缘层 3的厚度增大以使得树脂绝缘层3能具有高的击穿电压(例如，数千伏或更大)。也就是， 随着树脂绝缘层3的厚度变大，第一部分1 和第二部分14b之间在厚度方向上的距离也 变大，因此能提高树脂绝缘层3的击穿电压。因此，为了将剥离工艺用于半导体设备的制造，重要的是在厚的树脂绝缘层中用 相对小的锐角锥形角(例如60° )形成倒锥形孔。图4是示出通过使用光刻术在树脂绝缘层中形成倒锥形孔的方法的视图。假定树 脂绝缘层由负光敏树脂制成，树脂绝缘层暴露于光线的一部分变得不可溶于显影剂。树脂绝缘层由掩模覆盖的未暴露部分由显影剂溶解。由于树脂绝缘层不是完全透明的，施加至 树脂绝缘下部的光的强度就很弱。因此，树脂绝缘层暴露于光线的下部由显影剂溶解，因此 倒锥形孔能形成于树脂绝缘层中。通常，根据图4所示方法，倒锥形孔具有90° -α的稍微 锐角的锥角，其中α是几度。换言之，根据图4所示方法，难以形成具有小锐角锥角(例如 60° )的倒锥形孔。图5是示出其中第二电极层14借助于溅射方法或真空沉积方法通过非锥形孔 31(即具有90°的锥角)形成的情况的视图。在此情况下，由于金属颗粒具有对角速度分 量，金属颗粒沉积在非锥形孔31的侧壁上。于是，树脂绝缘层3上的第一部分1 和半导 体基片1上的第二部分14b不能彼此电绝缘。因此，图3A-3D所示剥离工艺不能用来通过 非锥形孔31形成第二电极层14。由于相同的原因，难以使用剥离工艺用由图4所示方法形 成的90° -α的稍微锐角锥角通过倒锥形孔31形成第二电极层14。并不是完全不可能通过使用光刻术形成具有小锐角锥角的倒锥形孔。然而，在此 情况下，由负光敏树脂制成的树脂绝缘层的光敏性需要调节，以使得树脂绝缘层能包含大 量通过光能可交联的官能组。于是，机械性能，比如杨氏模量、延伸率、强度和耐热性，以及 电气性质，比如树脂绝缘层的介电常数和耗散因数可能会降低。因此，尽管具有小锐角锥角的倒锥形孔可通过使用光刻术形成于树脂绝缘层中， 但是难以在树脂绝缘层的光敏性、机械性能和电气性能之间实现理想的平衡。基于以上研究结果，下面描述本发明的实施例。(第一实施例)下面参照图6Α-6Ε描述本发明的第一实施例。图6A-6D示出了根据第一实施例的 制造半导体设备的方法，并且图6Ε示出了根据第一实施例的半导体设备的局部细节图。在图6Α所示的工序中，准备半导体基片1。然后，在图6Β所示的工序中，第一电极 层2形成于半导体基片1的表面上。然后，在图6C所示的工序中，树脂绝缘层3形成于半 导体基片1的表面上以使得第一电极层2能由树脂绝缘层3覆盖。然后，在图6D所示的工 序中，锥形孔31通过切出树脂绝缘层3的不必要部分而形成于树脂绝缘层3中，以使得第 一电极层2能通过锥形孔31暴露。具体地，在图6D所示的工序中，锥形孔31通过使用具 有0度或负值刀面角的刀头4形成。如上所述，根据第一实施例，第一电极层21在接触表面21处厚度减小。也就是， 在图6D所示的工序中，第一电极层2在接触表面21处由刀头4切除。因此，接触表面21 变得清洁，因此第一电极层2能适当地形成与形成于接触表面21上的第二电极层14(参照 图3)的金属结合。因而，第一电极层2和第二电极层4不大可能彼此剥离，例如，即使在温 度改变的情况下。而且，尽管应力集中于锥形孔31的角部上，树脂绝缘层3和第一电极层2之间的 界面没有定位于锥形孔31的角部处。因此，第一电极层2和树脂绝缘层3不大可能彼此剥1 O在图6A-6E所示的例子中，锥形孔31是非倒转的锥形孔。替代地，锥形孔31能是 倒转的锥形孔。也就是，根据第一实施例的方法能允许锥形孔31具有期望的锥角。注意到， 树脂绝缘层3的切割表面的形状能取决于刀头4的侧面的形状。因此，例如，具有期望锥角 的锥形孔31能通过移动其侧面以等于树脂绝缘层3中的期望锥角的角度倾斜的刀头4来形成。例如，在非倒转锥形孔的情况下，优选地锥角为135°或更小。在用于剥离工序的 倒转锥形孔的情况下，优选地锥角为80°或更小，并且更优选地锥角应当在大约55°至大 约65°的范围内。这样，形成在树脂绝缘层3中的锥形孔31能具有期望的锥角，即使在树脂绝缘层 3很厚的情况下。因此，树脂绝缘层3的厚度能增大以使得树脂绝缘层3能具有较高的击 穿电压。而且，由于锥形孔31能具有大约60°的较小锐角锥角，第二电极层14(参照图3) 能在剥离工序中通过溅射方法或真空沉积方法穿过锥形孔31形成。优选地，锥形孔31的开口应当具有曲率半径等于或大于1 μ m的圆化形状。而且， 优选地锥形孔31的底部应当具有曲率半径等于或大于Iym的圆化形状。而且，根据第一实施例，具有不同锥角的多个锥形孔31能易于通过使用数控(NC) 机器等形成。通过常规光刻术难以有意地形成具有不同锥角的多个锥形孔。例如，锥形孔31能通过使得刀头4在三维空间中移动同时保持半导体基片1固定 来形成。替代地，锥形孔31能通过使得半导体基片1和刀头4相对彼此在三维空间中移动 来形成。例如，锥形孔31能通过使得半导体基片1在X轴方向上移动，使得刀头4在Y轴 方向上移动，以及使得刀头4在作为切割轴线的Z轴方向上移动来形成。注意到，X轴、Y轴 和Z轴形成笛卡尔坐标系统。在第一电极层2和树脂绝缘层3形成于半导体基片1上之后，半导体基片1可具 有厚度变化。因此，如果半导体基片1的一侧固定至平的平面，半导体基片1的另一侧以数 个微米(例如7μπι)的高度差起伏。于是，难以准确地形成锥形孔31。例如，根据第一实施 例，锥形孔31需要具有3士 1微米的深度。在这种情况下，半导体基片1的厚度变化不可忽 视。为了解决这个问题，根据第一实施例，半导体基片1的一侧由吸盘(未示出)吸引 并保持，以使得半导体基片1的另一侧能是平的。注意到，第一电极层2和树脂绝缘层3限 定半导体基片1的另一侧。吸盘具有吸引表面和空心部分。吸引孔形成于吸引表面上。当空心部分被真空装 置比如真空泵减压时，吸引力通过吸引孔施加至半导体基片1的一侧以使得半导体基片1 能被吸引至吸盘的吸引表面。注意到，吸引表面是可变形的。吸盘包括具有多个压电致动器的变形设备。压电 致动器布置于空心部分中并且以预定间隔布置为例如栅格图案。压电致动器与吸引表面的 背面相接触以引起吸引表面在向上方向上位移。当吸引表面在向上方向上位移时，吸引表 面上的半导体基片1于是也在向上方向上位移。这样，半导体基片1变形，以使得半导体基 片1的另一侧能是平的。具体来说，半导体基片1的另一侧的形状以非接触的方式由轮廓曲线仪比如激光 变位仪来测量。然后，致动压电致动器以补偿由轮廓曲线仪测量的位移，以使得半导体基片 1的另一侧能是平的。在这种方法中，即使半导体基片1具有厚度变化，锥形孔31也能准确 地形成于半导体基片1的另一侧中。根据第一实施例，例如，由NACHI-FUJIKOSHI公司制造的数控(NC)切割机 器“AMG-42P”能用来形成锥形孔31。注意到，用来形成锥形孔31的切割机器不限于“AMG-42P”。优选地刀头4应当是金刚石钻头。如后更详细地描述，在树脂绝缘层的切割期间，张应力紧邻刀头的刀刃之后施加 至树脂绝缘层。在刀头插入树脂绝缘层以开始切割时以及在刀头从树脂绝缘层移除以完成 切割时，很可能局部张应力超过树脂绝缘层的破裂强度。如果局部张应力超过树脂绝缘层 的破裂强度，树脂绝缘层就破裂。为了防止这个问题，根据第一实施例，刀头4的刀面角设 置为零或负值。在这种方法中，在刀头4的刀刃周围产生压应力，以使得局部张应力能被压 应力所抵消。因而，树脂绝缘层3的切割表面能平滑化。刀头4的刀刃和侧面被锋利化。刀头4的侧面以等于锥形孔31的锥角(即50° ) 倾斜。在这种方法中，具有这个锥角的锥形孔31能通过在树脂绝缘层3中以预定的进给速 度(例如70 μ m)移动刀头4来形成。当由聚酰亚胺制成的树脂绝缘层3被切割至8 μ m或更小的深度以形成锥形孔31 时，树脂绝缘层3的切割表面(即锥形孔31的侧壁10)能是平滑的。相反，当由聚酰亚胺 制成的树脂绝缘层3切割至超过8 μ m的深度以形成锥形孔31时，树脂绝缘层3的切割表 面很可能会由于切屑的硬度而破裂。因此，当需要形成深度超过8 μ m的锥形孔31时，优选 地执行数次将树脂绝缘层3切割至8μπι或更小的深度。例如，深度为18 μ m的锥形孔31 能通过执行三次将树脂绝缘层3切割至6 μ m的深度来形成。下面，参照图7A、7B和8描述在通过常规技术使用刀头40切除树脂绝缘层3时引 起的问题。在图7A、7B和8中，空心箭头指示刀头40的移动方向。如图7A和7B所示，在使用刀头40切除树脂绝缘层3时，张应力紧邻刀头40的刀 刃之后施加至树脂绝缘层3。因此，局部张应力很可能超过树脂绝缘层3的破裂强度。如果 局部张应力超过树脂绝缘层3的破裂强度，树脂绝缘层3如图7A和7B所示破裂。图7A示 出其中由于紧邻刀头40的刀刃之后张应力超过树脂绝缘层3的破裂强度的事实树脂绝缘 层3中出现裂纹的情况。图7B示出其中裂纹自动地延伸到刀头40的刀刃前面的情况。图 8是有裂纹的树脂绝缘层3的放大照片。例如，鉴于树脂绝缘层3需要切割至从士 1 μ m至士 IOOnm的精度，半导体基片1 的厚度具有从3μπι至8μπι的公差。厚度变化出现在一个半导体晶片的随机点处。因此， 当树脂绝缘层3形成于半导体基片1的一侧上并且通过将半导体基片1的另一侧固定至平 面来相对于半导体基片1的另一侧进行切割时，树脂绝缘层3会被过度地或不充分地切割。而且，厚度变化出现在形成于半导体基片1上的第一电极层2和树脂绝缘层3中。 于是，在六英寸晶片的情况下，总体厚度变化能达到大约7μπι。因此，当半导体基片1的另 一侧固定至平面时，半导体基片1上的树脂绝缘层3的表面具有大约7 μ m的粗糙度。因此， 难以以纳米级别的准确度切割树脂绝缘层3。为了解决常规技术涉及的以上问题，根据第一实施例，刀头4具有零度或负值的 刀面角，并且锥形孔31通过在由吸盘保持半导体基片1的同时使用刀头4形成于树脂绝缘 层3中，以使得树脂绝缘层3的表面形状能是平坦的。优选地，树脂绝缘层3具有60 %或更小的断裂延伸率。在这种方法中，树脂绝缘层 3的切割表面能是平滑的。其原因在下面参照图9A、9B、10和11A-11C详细描述。在图10 中，空心箭头指示刀头4的移动方向。图9A示出由本发明人实施的对由根据第一实施例的方法切割的树脂绝缘层的切割表面的表面粗糙度Rz进行测量的实验结果。图9B示出典型的应力应变曲线。Lotl代 表树脂绝缘层由PIX3400(其是Hitachi DuPontMicroSystems, LLC的聚酰亚胺)制成的情 况。Lot2代表树脂绝缘层由HD4110 (其是Hitachi DuPont MicroSystems，LLC的聚酰亚 胺)制成的情况。Lot3代表树脂绝缘层由HD8820(其是Hitachi DuPont MicroSystems, LLC的聚酰亚胺)制成的情况。Lot4代表树脂绝缘层由PD(5878(其是HitachiDuPont MicroSystems, LLC的聚酰亚胺)制成的情况。Lot5代表树脂绝缘层由SP483 (其是Toray hdustries公司的聚酰亚胺)制成的情况。如从图9A和9B能看出的，当树脂绝缘层具有 60%或更低的断裂延伸率时，树脂绝缘层的切割表面的表面粗糙度Rz很小。表面粗糙度Rz 测量为在日本工业标准(JIQ中定义的10点平均粗糙度。注意到，尽管在JIS中定义的10 点平均粗糙度基于十个点(即五个最高顶点和五个最低谷点)来测量，但是为了简单起见， 表面粗糙度Rz基于六个点(即三个最高顶点和三个最低谷点)来测量。而且，使用真实测量和计算机辅助工程(CAE)，本发明人已经分析了在树脂绝缘层 的切割期间由刀头刀刃施加至树脂绝缘层的应力的分布。在分析中，使用了由不同类型树 脂制成的两个树脂绝缘层。如图10所示，第一种类型的树脂绝缘层具有60%的断裂延伸 率、140MPa的强度、3. OGPa的弹性模量以及120nm的表面粗糙度，并且第二种类型的树脂绝 缘层具有102%的断裂延伸率、139MPa的强度、2. IGPa的弹性模量以及700nm的表面粗糙 度Rz。也就是，第一种类型的树脂绝缘层由PIX3400制成，并且第二种类型的树脂绝缘层 由HD8820制成。注意到，比如强度之类的性质根据批次而变化。图IlA和IlB示出了切割 期间第一树脂层中的应力分布，并且图IlC示出了切割期间第二树脂层中的应力分布。如 能从图10中看出的，尽管具有60%小断裂延伸率的第一种类型树脂绝缘层的切割表面是 平滑的，但具有102%断裂延伸率的第二种类型树脂绝缘层的切割表面破裂。而且，如能从 图10中看出的，尽管由刀头施加至第一种类型树脂绝缘层的应力集中于刀头的刀刃上，但 由刀头施加至第二种类型树脂绝缘层的应力遍布于刀头的刀刃上。基于分析结果，本发明人已经推断出，树脂绝缘层的切割表面的粗糙度和树脂绝 缘层的断裂延伸率具有以下关系。第一种类型的树脂绝缘层由刀头的刀刃延伸并且在延伸 至大约60%时断裂。第二种类型的树脂绝缘层由刀头的刀刃延伸并且在延伸至大约105% 时断裂。能估计到，延伸越大，在刀头的刀刃后面施加至树脂绝缘层的张应力越大。在第二 种类型的树脂绝缘层的情况下，在从95%至105%的延伸范围内张应力能显著地较大。较 大的张应力在切割表面中引起裂纹。因此，尽管第一种类型的树脂绝缘层具有平滑的切割 表面，但是第二种类型的树脂绝缘层具有破裂的切割表面。考虑到以上情况，优选地树脂绝缘层3具有60%或更小的断裂延伸率。(第二实施例)下面参照图12A和12B描述本发明的第二实施例。根据第二实施例，如图12A所示，第二电极层14形成于锥形孔31中。而且，如图 12B所示，导体60形成于第二电极层14上并且连接至第二电极层14。类似于第一实施例，第一电极层2的表面由刀头4切除以使得能暴露接触表面21。 第一电极层2的接触表面21用作锥形孔31的底部。例如，第一电极层2能由铝制成。第 二电极层14形成于锥形孔31的底部上并围绕该底部。第二电极层14能通过使用金刚石 砂轮、GC(绿SiC)砂轮、电镀砂轮等以如图12A所示的形状图案化。导体60形成于第二电极层14上并与之接触。例如，功率晶体管能形成于半导体基片1中。在这种情况下，第一电极层2能用作 发射极或栅极。例如，当第一电极层2是发射极时，导体60能是焊料，并且当第一电极层2 是栅极时，导体60能是焊线。第二电极层14能是镀层。例如，第二电极层14能是Ti/Ni/Au的电镀多层、Ni/Au 的电镀多层、Cu电镀层或者M-Fe合金的电镀层。在图12A所示的例子中，第二电极层14具有包括第一层14c、第二层14d和第三层 14e的三层结构。第一层Hc形成于第一电极层2上。第二层14d形成于第一层Hc上。 第三层He形成于第二层14d上。第一层Hc提供与第一电极层2的良好连接。例如，第一层Hc能是薄钛(Ti)层。 替代地，第一层14c能由钒(V)、铬(Cr)、锆(Zr)、铝(Al)、钽(Ta)、钨(W)、这些金属的氮化 物、或主要包含这些金属的合金制成。当第一层14c是薄钛层时，第一层Hc能通过还原第 一电极层2的氧化层而由其自身氧化。因此，能省略移除氧化层的工序。第二层14d实质上连接至导体60。例如，第二层14d能是薄镍(Ni)层。替代地， 第二层14d能由铜(Cu)、钯(Pb)或主要具有这些金属的合金制成。第三层He能具有对焊料的良好可湿性。例如，第三层He能是金(Au)层。替代 地，第三层14e能由铜(Cu)、银(Ag)、钼(Pt)、铁(Fe)、锡(Sn)或Cu-Sn合金制成。当第二 层14d由具有对焊料良好可湿性的金属(例如镍)制成时，能省略第三层14e。然而，考虑 到当镍层的表面被氧化时对焊料的可湿性退化，优选地第三层14e形成于第二层14d上。如图12B所示，导体60在第三层He处接合至第二电极层14。例如，当第三层He 由金制成时，第三层14e熔化入导体60并且因而消失。因此，在导体60接合至第二电极层 14后，第二电极层14具有包括由例如钛制成的第一层Hc和由例如镍制成的第二层14d的 两层结构。例如，树脂绝缘层3能由聚酰亚胺树脂制成。具体地，树脂绝缘层3能由聚酰亚胺 树脂和一种强度为50MPa或更低的比如Teflon (注册商标)的材料、刚性模量为0. 3GPa或 更低的材料、和/或对金刚石的摩擦系数小的材料的混合物制成。在这种方法中，切割摩擦 降低，因此树脂绝缘层3的切割表面能是平滑的。替代地，树脂绝缘层3能由无机材料制成或由无机材料和有机材料的混合物制 成。例如，当树脂绝缘层3由具有高导热性的有机材料和无机材料的混合物制成时，能提高 树脂绝缘层3的散热性能。替代地，树脂绝缘层3由热膨胀系数与周围元件(比如树脂绝缘层3的底层元件) 的材料的热膨胀系数接近的有机材料和无机材料的混合物制成。在这种方法中，能减小树 脂绝缘层3和周围元件之间的热膨胀系数的差别。例如，导体60能是共晶材料、各向异性导电膏、或各向异性导电膜。替代地，导体 60能是直径为10 μ m至Inm的颗粒状烧结材料。这些变化和变型将理解为在本发明如所附权利要求所限定的范围内。
权利要求
1.一种制造半导体设备的方法，包括在半导体基片(1)的表面上形成绝缘层(3)；以及 使用刀头(4)切除绝缘层的不必要部分。
2.根据权利要求1的方法，还包括 在半导体基片的表面上形成电极层O)；以及 使用刀头(4)切除电极层的不必要部分，其中 功率晶体管形成于半导体基片中。
3.根据权利要求1的方法，还包括 在半导体基片的表面上形成电极层O)，其中 功率晶体管集成入半导体基片并且连接至电极层0)，形成绝缘层(3)的步骤包括用绝缘层( 覆盖电极层O)，并且 切除绝缘层(3)的不必要部分的步骤包括使用刀头(4)形成锥形孔(31)，所述锥形孔 具有由绝缘层⑶限定的开口、由电极层⑵限定的底部01)、以及将开口(31)连接至底 部(21)的侧壁(10)。
4.根据权利要求1的方法，还包括在半导体基片(1)的表面上形成电极层O)，其中 形成绝缘层(3)的步骤包括用绝缘层( 覆盖电极层0)，切除绝缘层(3)的不必要部分的步骤包括通过使用刀头(4)形成锥形孔(31)，所述锥 形孔具有由绝缘层⑶限定的开口、由电极层(2)限定的底部01)、以及将开口(31)连接 至底部的侧壁(10)，并且 刀头的刀面角为零或负值。
5.根据权利要求4的方法，其中锥形孔(31)的开口小于锥形孔(31)的底部(21)，使得形成于侧壁(10)和底部 之间的角度小于80°。
6.根据权利要求5的方法，其中 所述角度的范围从至65°。
7.根据权利要求4的方法，其中 所述刀头是金刚石刀头。
8.根据权利要求7的方法，还包括通过使用与用来切除绝缘层(3)的不必要部分的金刚石刀头不同的金刚石刀头来切 除电极层O)的不必要部分，以形成锥形孔(31)的底部01)。
9.根据权利要求4的方法，其中形成锥形孔(31)的步骤包括使半导体基片(1)和刀头(4)相对彼此在三维空间中移动。
10.根据权利要求4的方法，其中形成锥形孔(31)的步骤包括在保持半导体基片(1)固定的同时使刀头(4)在三维空 间中移动。
11.根据权利要求9的方法，其中使半导体基片(1)和刀头(4)相对彼此移动的步骤包括使半导体基片(1)在X轴方向上移动，使刀头(4)在Y轴方向上移动，以及使刀头(4)在Z轴方向上移动， X轴、Y轴和Z轴形成笛卡尔坐标系，并且 Z轴是切割轴线。
12.根据权利要求4-9的任何一个的方法，还包括通过使用具有多个压电致动器的吸盘吸引和保持半导体基片(1)，以非接触方式测量 半导体基片(1)上的树脂绝缘层(3)的表面形状，其中形成锥形孔(31)的步骤包括独立地致动所述多个压电致动器以使得树脂绝缘层(3) 的表面形状变平坦。
13.根据权利要求4的方法，其中侧壁(10)的形状取决于刀头刀刃的侧表面的形状。
14.根据权利要求4的方法，还包括形成覆盖锥形孔(31)的侧壁(10)和底部的另一电极层(14)。
15.根据权利要求1的方法，其中树脂绝缘层(3)具有60%或更小的断裂延伸率。
16.一种半导体设备，其包括 半导体基片⑴；位于半导体基片⑴的表面上的电极层⑵；以及位于半导体基片(1)的表面上以局部覆盖电极层O)的树脂绝缘层(3)，其中 树脂绝缘层C3)和电极层( 限定锥形孔(31)，锥形孔(31)具有由树脂绝缘层(3)限 定的开口、由电极层⑵的第一部分限定的底部01)、以及将开口连接至底部的侧壁 (10)，电极层( 在第一部分处具有第一厚度并且在由树脂绝缘层( 覆盖的第二部 分处具有第二厚度04)，第一厚度03)小于第二厚度04)，电极层( 的第一部分和第二部分之间的台阶部分和树脂绝缘层( 的侧面部分限定 锥形孔(31)的侧壁(10)，形成于电极层O)的台阶部分和锥形孔(31)的底部之间的角度等于形成于树脂绝缘 层(3)的侧面部分和锥形孔(31)的底部之间的角度，并且树脂绝缘层(3)的侧面部分的下端(3 连续地接合至电极层O)的台阶部分的上端 (25)以形成连续表面。
17.根据权利要求16的半导体设备，其中锥形孔(31)的开口小于锥形孔(31)的底部01)，以使得形成于侧壁(10)和底部 之间的角度小于80°。
18.根据权利要求17的半导体设备，其中 所述角度的范围从至65°。
19.根据权利要求16的半导体设备，其中锥形孔(31)的开口具有曲率半径等于或大于1微米的圆化形状。
20.根据权利要求16的半导体设备，其中锥形孔(31)的底部具有曲率半径等于或大于1微米的圆化形状。
21.根据权利要求16的半导体设备，其中 锥形孔(31)包括多个锥形孔(31)，第一角度形成于所述多个锥形孔(31)中的第一个的侧壁(10)和底部之间， 第二角度形成于所述多个锥形孔(31)中的第二个的侧壁(10)和底部之间，并且 第一角度不同于第二角度。
22.根据权利要求16的半导体设备，其中侧壁(10)的作为日本工业标准(JIS)中定义的10点平均粗糙度Rz的表面粗糙度的 范围从50纳米至400纳米。
23.根据权利要求16-22的任何一个的半导体设备，还包括 覆盖锥形孔(31)的侧壁(10)和底部的另一电极层(14)。
24.根据权利要求16的半导体设备，其中树脂绝缘层(3)具有60%或更小的断裂延伸率。
全文摘要
在一种制造半导体设备的方法，电极层(2)形成于半导体基片(1)的表面上，并且树脂绝缘层(3)形成于半导体基片(1)的表面上以使得电极层(2)能由树脂绝缘层(3)覆盖。锥形孔(31)通过使用刀面角为零或负值的刀头(4)形成于绝缘层(3)中。锥形孔(31)具有由绝缘层(3)限定的开口、由电极层(2)限定的底部(21)、以及将开口(31)连接至底部(21)的侧壁(10)。刀头(4)的刀面角为零或负值。
文档编号H01L21/02GK102044417SQ201010292890
公开日2011年5月4日 申请日期2010年9月25日 优先权日2009年10月14日
发明者加藤和人, 富坂学, 深谷辉和, 田井明, 福田丰, 赤松和夫, 龟山美知夫 申请人:株式会社电装