半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体装置。
【背景技术】
[0002]当前，例如日本特开平10-303198号公报中公开所示，已知一种半导体装置，其具备通路孔(Via Hole)，该通路孔从背面侧贯穿半导体衬底而到达表面的电极焊盘，在该通路孔内设置焊料。该公报所涉及的半导体装置构成为，在半导体衬底的表面设置半导体元件的电极，到达电极下表面的开口设置于半导体衬底的背面。在该开口内依次层叠Au膜和Ni膜后，利用AuSn焊料将半导体衬底和封装件基板粘接。
[0003]专利文献1:日本特开平10-303198号公报
[0004]专利文献2:日本特开平7-066384号公报
[0005]专利文献3:日本特开2007-095853号公报
[0006]镍具有排斥焊料的性质。因此，在上述现有技术所涉及的半导体装置中，由于Ni膜和焊料之间的密接性下降，所以可能在焊料内产生残留有空气的区域。焊料内残留有空气的区域也称为空隙(void)。
[0007]通路孔内的焊料还具有使在半导体元件动作时产生的热扩散的作用。如果在焊料内存在空隙，则会妨碍上述热扩散。其结果，无法进行经由焊料的散热，热量在半导体元件中蓄积，使半导体元件的特性下降。
【发明内容】
[0008]本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供一种能够抑制在通路孔内设置有焊料时的空隙的产生的半导体装置。
[0009]本发明所涉及的半导体装置的特征在于，
[0010]具备:
[0011]半导体衬底，其具备表面和背面，在所述表面设置半导体元件以及所述半导体元件的电极，到达所述电极下表面的开口设置于所述背面；
[0012]第I金属层，其覆盖所述开口的侧面以及底面；
[0013]阻挡金属层，其设置为在所述开口内覆盖所述第I金属层；以及
[0014]第2金属层，其由与所述阻挡金属层的材料相比，对焊料的密接性更高的材料形成，该第2金属层以在所述开口内将所述阻挡金属层的至少一部分覆盖的方式，层叠于所述阻挡金属层。
[0015]发明的效果
[0016]根据本发明，通过在通路孔内在阻挡金属层表面设置第2金属层，从而在防止第I金属层和焊料之间的反应的同时，提高焊料的密接性，因此，能够抑制在通路孔内设置有焊料时的空隙的产生。
【附图说明】
[0017]图1是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的剖面图。
[0018]图2是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的制造工序的剖面图。
[0019]图3是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的制造工序的剖面图。
[0020]图4是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的制造工序的剖面图。
[0021]图5是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的制造工序的剖面图。
[0022]图6是表示本发明的实施方式的变形例所涉及的半导体装置的剖面图。
[0023]图7是表示本发明的实施方式的变形例所涉及的半导体装置的剖面图。
[0024]图8是表示本发明的实施方式的变形例所涉及的半导体装置的剖面图。
[0025]图9是表示本发明的实施方式的变形例所涉及的半导体装置的剖面图。
[0026]图10是表示本发明的实施方式的变形例所涉及的半导体装置的剖面图。
[0027]图11是表示与实施方式相对的对比例所涉及的半导体装置的剖面图。
[0028]图12是表示与实施方式相对的对比例所涉及的半导体装置的剖面图。
[0029]标号的说明
[0030]12 半导体衬底，12a 表面，12b 背面，12c 侧面，12d 开口，14、18、19、38Au 层，16Ν?层，16a露出部，20源极电极，20a上表面，20b下表面，22栅极电极，24漏极电极，26晶体管，30、40通路孔，32焊料层，42氧化Ni层，42a露出部，50阻挡金属层，50a露出部，100、111、112、113、114、115半导体装置，132空隙。
【具体实施方式】
[0031]图1是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置100的剖面图。图2?5是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的制造工序的剖面图。半导体装置100具备:半导体衬底12，其形成有晶体管26 ;通路孔30 ;Au层18，其设置于半导体衬底12的背面12b ;以及焊料层32，其填埋通路孔30内部。
[0032]通路孔30在半导体衬底12的开口 12d内设置有Au层14、Ni层16以及Au层19。Ni层16是如后述所示用于对焊料和Au层14之间的AuSn反应进行阻挡的阻挡金属层。
[0033]实施方式所涉及的半导体装置100中设置的半导体元件是晶体管26。晶体管26是场效应晶体管(FET)，在半导体衬底12的表面12a按顺序排列地设置栅极、源极、漏极，分别在源极的上方设置有源极电极20，在栅极的上方设置有栅极电极22，在漏极的上方设置有漏极电极24。此外，本发明并不限定于FET，能够应用于形成在半导体衬底的公知的半导体元件。
[0034]半导体衬底12具备表面12a和背面12b。在表面12a设置有晶体管26的源极电极20、栅极电极22以及漏极电极24。源极电极20具有上表面20a以及下表面20b。到达下表面20b的开口 12d设置于背面12b。Au层14覆盖开口 12d的侧面12c以及底面即下表面20b。
[0035]Ni层16设置为在开口 12d内将Au层14全部覆盖。Ni层16具有排斥焊料的性质，对焊料作为阻挡金属起作用。即使在Au层18、19和焊料层32之间发生AuSn反应，由于Ni层16作为阻挡金属起作用，因此使AuSn反应停止。因此，能够防止焊料爬升至晶体管26的源极电极20。
[0036]在本实施方式中，Ni层16设置于从开口 12d的内部至背面12b的开口 12d的缘部，但不设置于开口 12d的缘部的外侧。在半导体衬底12中，通过在凹凸更少的背面12b局部地设置Ni层16，而不是在设置有晶体管26的表面12a进行设置，从而在平滑的面上设置较少量的Ni层而减少应力。由于这样对设置Ni层16的位置以及范围进行改进，所以能够抑制Ni层16的剥落。
[0037]Au层19在开口 12d内以将Ni层16的一部分覆盖的方式层叠于Ni层16上。Au与Ni相比，对焊料的密接性高。在本实施方式中，Au层19将Ni层16中的与开口 12d的底面重叠的部分覆盖，使Ni层16中的与侧面12c重叠的部分露出。其结果，Ni层16具有露出部16a。该露出部16a构成通路孔30的侧面。此外，并不是必须使Ni层16中的与侧面12c重叠的部分全部露出，也可以仅使Ni层16中的与侧面12c重叠的部分的一部分露出。
[0038]焊料层32设置为填埋开口 12d内部，与Ni层16的一部分以及Au层19抵接。该焊料层32是下述焊料，即，当将形成了半导体装置100的半导体衬底12在后续处理中切割而进行半导体芯片化后，将该半导体芯片向封装件基板(未图示)等进行芯片接合时夹在它们之间的焊料。由于存在Au层19而确保了通路孔30内的焊料的密接性，因此，使焊料填充至通路孔30内的各个角落，抑制了空隙的产生。
[0039]另外，在比Au层19低I层的位置处存在Ni层16，并且，在通路孔30内Ni层16具备露出部16a。Ni层16相对于焊料成为阻挡金属，能够防止焊料爬升至晶体管26的源极电极20。
[0040]如以上说明所示，通路孔30内在Ni层16的表面局部地设置Au层19，在防止Au层14和焊料之间的反应的同时，提高焊料的密接性，因此，能够抑制在通路孔30内产生空隙。
[0041]〔实施方式所涉及的制造方法〕
[0042]以下，作为利用图2?图5进行说明的制造工艺中使用的金属形成方法，只要适当地利用电解镀、无电解镀、蒸镀、以及喷镀等公知的金属层叠技术即可。
[0043]首先，在半导体衬底12的表面12a，形成未图示的源极、漏极、栅极，进而在它们上方设置源极电极20、漏极电极24、栅极电极22，形成晶体管26。然后，为了在源极电极20的正下方形成通路孔30，从背面12b侧对半导体衬底12进行蚀刻。由此，在半导体衬底12形成开口 12d。其结果，得到图2的构造。
[0044]在形成开口 12d之后，在背面12b侧，以将包含开口 12d在内的背面12b整体覆盖的方式，形成Au层14。其结果，得到图3的构造。Au层14将开口 12d的侧面12c以及开口 12d的底面即源极电极20的下表面20b覆盖。此外，也可以取代Au层14，而在与Au层14相同的位置上层叠Ti/Au层、或者Ti/Pt/Au层。
[0045]然后，将Ni层16在背面12b侧层叠于Au层14的上方。具体而言，在包含开口12d在内的背面12b的整体层叠Ni之后，进行图案化，以使得Ni仅残留在开口 12d内以及该开口 12d的缘周边部。通过蚀刻将除了该缘周缘部以外的Ni去除。由此，形成Ni层16。其结果，得到图4的构造。
[0046]然后，形成Au层18、19。Au层18形成为在背面12b的整个面处于最表面侧。Au层19局部地设置于开口 12d的底面侧。Au层19覆盖Ni层16中的开口 12d的底面侧部分，但不覆盖Ni层16中的与开口 12d的侧面12c重叠的部分。其结果，得到图5的构造。通过使用各向异性较强的喷镀或者蒸镀装置等，在与开口 12d的底面垂直的方向上层叠Au，从而能够在侧面12c侧不形成Au层，在开口 12d的底面侧局部地设置Au层19。此外，也可以取代Au层18、19，在与Au层18、19相同的位置层叠例如Ti/Au层或者Ti/Pt/Au层。
[0047]然后，进行使用了焊料的芯片接合。关于作为芯片接合目标的封装件基板等，省略了图示。通过以填埋通路孔30的方式在背面12b整体设置焊料，从而形成焊料层32。其结果，得到图1的构造。
[0048]〔对比例的说明〕
[0049]图11及图12是表示与实施方式相对的对比例所涉及的半导体装置200的剖面图。图11是对比例所涉及的半导体装置200的剖面图，与实施方式所涉及的半导体装置100的区别在于不具备Au层18、19。图12示出利用焊料对形成半导体装置200后的半导体衬底12进行芯片接合的情况下，由于Ni层16和焊料的密接性较差而在焊料层32内的Ni层16周边产生了空隙132的状态。
[0050]作为用于进行晶体管的源极接地的电连接方法，存在对源极电极进行接线的方法、以及以与源极电极连接的方式形成通路孔的方法。在对源极电极形成通路孔30的情况下，作为设置于通路孔30的内表面的金属，通常使用Au。
[0051]如果焊料和Au