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的制造方法。
【背景技术】
[0002]作为电力用半导体元件之一的IGBT (绝缘栅型双极晶体管)具有MOSFET (绝缘栅型场效应晶体管)的高速开关特性和电压驱动特性以及双极晶体管的低导通电压特性。其应用范围从以往的通用逆变器、AC伺服器、不间断电源(UPS)和开关电源等正在扩大至面向混合动力车的升压型DC-DC转换器。
[0003]作为制造上述那样的半导体元件的方法，提出了如下的方法。在硅(Si)基板的正面侧形成元件的正面结构，磨削背面使基板厚度变薄，在硅基板的背面侧形成缓冲层和集电极层。接下来，在背面侧的集电极层的表面，形成厚度为0.3 μπι以上且Ι.Ομπι以下、硅浓度为0.5wt%以上且2wt%以下(优选为lwt%以下)的招娃(AlSi)层。接下来，在招硅层的表面，通过蒸镀或者溅射，依次形成钛(Ti)、镍(Ni)和金(Au)等的多个金属层(例如，参考以下专利文献I)。
[0004]另外，在正面和背面分别具备电极的IGBT等纵型的半导体元件的安装中，集电极等背面电极使用焊料而与成为散热器的金属板接合。另一方面，发射电极等正面电极通过使用铝线的引线键合而进行接合的方法是主流方法。然而在最近，在与正面电极的接合中，有时也使用焊料接合。通过在与正面电极的接合中采用焊接，能够高密度安装、提高电流密度、为了实现开关速度高速化而降低布线电容、提高半导体装置的冷却效率等大幅度地改善各种特性。
[0005]作为在半导体元件的正面电极焊接了其他部件的半导体装置，提出有以下的装置。成为散热器的第一导体部件的背面被焊接于各半导体芯片的正面电极，第二导体部件的正面被焊接于各半导体芯片的背面。第三导体部件的背面被焊接于散热器的正面。在散热器设置有阶梯部从而形成薄壁部，散热器与第三导体部件的接合面积比散热器与各半导体芯片的接合面积小。在第二导体部件的背面和第三导体部件的正面露出的状态下，各部件被树脂包封(例如，参考以下专利文献2)。
[0006]另外，作为其他装置，提出了具备半导体元件、第一金属体、第二金属体和第三金属体，并且几乎整体被树脂塑模的以下半导体装置。第一金属体接合于半导体元件的背面兼具电极与散热体的功能。第二金属体接合于半导体元件的正面兼具电极与散热体的功能。第三金属体接合于半导体元件的正面与第二金属体之间。并且，减薄半导体元件的厚度，以降低半导体元件正面的剪切应力，或者减少在接合半导体元件与金属体的接合层中的形变成分等。进一步地，接合层由锡(Sn)系焊料构成(例如，参考以下专利文献3)。
[0007]实际上，在半导体元件的正面电极焊接其他部件的情况下，为了提高焊料与正面电极的密合性，有必要在正面电极的表面形成由镍等所成的镀膜。作为形成镀膜的镀覆处理法，一般有电镀法和无电解镀覆法等。电镀法是通过向被镀覆部件供给外部电流，使溶液中的金属离子还原析出至被镀覆部件的方法。另一方面，无电解镀覆法是不使用电而将溶液中的金属离子以化学的方式还原析出至被镀覆部件的方法(例如，参考以下非专利文献I)。与需要反电极和/或直流电源等的电路的电镀法相比，无电解镀覆法能够使处理装置的构成和/或处理工序简化。
[0008]作为安装了通过无电解镀覆法在正面电极的表面形成了镀膜的半导体元件(半导体芯片)的半导体装置，提出有以下的装置。半导体元件的背面电极与在绝缘基板上构成的电路图案接合，正面电极与连接导体接合。在形成半导体芯片的正面电极的铝层之上形成有电极镀膜，该电极镀膜通过利用锌酸盐法的无电解镀覆处理依次形成镍镀膜和金镀膜而成。由于通过利用锌酸盐法的无电解镀覆处理而形成电极镀膜，因此电极镀膜的热导率均匀。电极镀膜介由几乎不含铅的无铅焊料层而与成为散热路径的连接导体接合(例如，参考以下专利文献4)。
[0009]接下来，以制造IGBT的情况为例，对安装了在正面电极可焊接其他部件的半导体元件(半导体芯片)的半导体装置的制造方法进行说明。图15是示出现有的半导体装置的制造方法的流程图。图16?图21是示出现有的半导体装置在制造过程中的状态的截面图。首先，如图16所示，在半导体晶片100的正面的表面层，形成例如基区和/或发射区等IGBT的正面结构(未图示)(步骤S101)。正面结构在切割(切断)后分别形成成为各个半导体芯片的区域。接下来，作为正面电极101，形成与栅区和发射区分别接触的栅电极和发射电极(步骤S102)。
[0010]接下来，如图17所示，在半导体晶片100的正面的整个面，形成包括聚酰亚胺的保护膜102。接下来，使保护膜102图案化而除去保护膜102的正面电极101上的一部分，由此形成使正面电极101露出的开口部。接下来，如图18所示，从背面侧磨削(晶背磨削)半导体晶片100，进一步通过蚀刻背面的表面，使半导体晶片100的厚度减薄到作为半导体装置而使用的产品的厚度(以下，有时也将本工序称为“薄化”)(步骤S103)。接下来，通过离子注入和热扩散，在半导体晶片100的背面的表面层形成集电极区等背面结构(未图示)(步骤S104) ο
[0011]接下来，如图19所示，通过派射等PVD (Physical Vapor Deposit1n:物理气相沉积)法，在半导体晶片100的背面依次层叠多个金属层，从而形成背面电极103(步骤S105)。接下来，如图20所示，在半导体晶片100的背面粘贴支撑基板104，以保护背面电极103。接下来，如图21所示，通过无电解镀覆处理，在正面电极101的表面依次层叠多个镀膜105从而形成电极镀膜(步骤S106)。之后，通过对半导体晶片100进行切割，完成在正面电极101的表面形成有镀膜105的半导体芯片。
[0012]如此，作为通过无电解镀覆法在正面电极的表面形成镀膜的半导体装置的制造方法，提出有以下的制造方法。在包括硅的晶片的正面侧形成的电极端子的端子面进行无电解镀覆时，在晶片的背面侧的整个面粘贴作为电绝缘材料的切割带而使其绝缘。之后，在电极端子的端子面通过无电解镀覆形成镀膜(例如，参考以下专利文献5)。
[0013]另外，对于制造由一对金属板夹住半导体芯片的两面，几乎整个装置被树脂塑模而成的半导体装置，提出有以下的方法。在配置了保持治具的状态下，对处于层叠状态的第一金属体、第一接合材料、半导体元件、第二接合材料、第三金属体、第三接合材料和第二金属体进行加热处理。由此，分别使第一金属体与半导体元件、半导体元件与第三金属体、第三金属体与第二金属体接合(例如，参照以下专利文献6)。在专利文献6所记载的制造方法，抑制了因最终接合时接合于半导体芯片上的金属板移动而导致产生半导体装置的工作不良的发生，并抑制了半导体装置的寿命降低。
[0014]另外，对于制造以下的半导体芯片，即该半导体芯片安装于在半导体芯片的正面电极和背面电极分别配置兼作电极和散热体的金属体并且几乎整个装置被树脂塑模的半导体装置，提出有以下的方法。在将半导体晶片的背面固定于支撑基板的状态下，在半导体晶片的正面形成正面电极(例如，参考以下专利文献7)。
[0015]另外，作为其他方法，还提出有以下的方法。首先，在半导体晶片的正面侧形成镀膜从而形成正面电极，磨削半导体晶片的背面而使半导体晶片薄化。然后，在半导体晶片的磨削后的背面形成含有镍膜的背面电极，之后，在半导体晶片的正面侧形成镀膜(例如，参考以下专利文献8)。
[0016]另外，作为其他方法，还提出有以下的方法。首先，在半导体晶片的正面侧形成半导体元件区，该半导体元件区由性质不同的多个半导体区以预定的位置关系配置而成。接下来，相对于半导体元件区的位置关系以预定的位置关系在半导体晶片的正面侧形成被图案化的正面侧电极。接下来，在半导体晶片的背面固定带切割框的切割带。接下来，介由切割框一边支撑半导体晶片，一边在半导体晶片的正面进行镀覆处理(例如，参考以下专利文献9) ο
[0017]另外，作为其他方法，还提出有以下的方法。首先，在半导体晶片的正面的铝电极的表面上形成镀膜。接下来，从半导体晶片的背面侧进行磨削，从而使半导体晶片达到期望的厚度。之后，在半导体晶片的磨削后的背面形成背面电极(例如，参考以下专利文献10)。
[0018]现有技术文献
[0019]专利文献
[0020]专利文献1:日本特开2007-036211号公报
[0021]专利文献2:日本特开2002-110893号公报
[0022]专利文献3:日本特开2003-110064号公报
[0023]专利文献4:日本专利第4344560号公报
[0024]专利文献5:日本特开2005-353960号公报
[0025]专利文献6:日本专利第3823974号公报
[0026]专利文献7:日本专利第3829860号公报
[0027]专利文献8:日本专利第4049035号公报
[0028]专利文献9:日本特开2007-027477号公报
[0029]专利文献10:日本特开2006-261415号公报
[0030]非专利文献
[0031]非专