半导体装置的制造方法_3

文档序号:9383197阅读:来源:国知局
、镍镀覆的覆盖性能良好、析出速度快、焊料附着性良好的特点。考虑到焊料接合时在焊料层熔融的部分,镍-磷镀膜的厚度可以为例如3μπι以上且6μπι以下。金镀膜具有防止镍-磷镀膜氧化的功能。金镀膜的厚度可以为例如0.03 μ m左右。
[0090]在半导体芯片I的背面,设置有成为集电极的背面电极3。背面电极3是由从半导体芯片I侧例如依次层叠铝硅层、钛(Ti)层、镍层和金层而成。钛层用作防止镍层中的镍原子向铝硅层中扩散的缓冲层。镍层具有提高与后述的焊料层的密合性的功能。金层具有防止镍层氧化的功能。铝硅层、钛层、镍层和金层的厚度例如可以分别为0.5 μπκΟ.2 μπκ0.7μπ?和0.05μπ?。另外,也可以设置0.5 μπι以上且I μπι以下的厚度的银(Ag)层来取代金层。
[0091]半导体芯片I的第一正面电极2a介由焊料层11而与第一金属板4的背面接合。第一金属板4的正面介由焊料层12而与第二金属板5的背面接合。半导体芯片I的背面电极3介由焊料层13而与第三金属板6的正面接合。半导体芯片I的第二正面电极2b介由键合线14,与例如用于与外部装置(未图示)连接的第四金属板7电连接。作为键合线14,可以使用例如包括铝和/或金等的线。夹在第二金属板5与第三金属板6之间的各部件被树脂8包封。也就是说,几乎整个半导体装置10都被包封。
[0092]第一金属板4和第二金属板5与半导体芯片I的第一正面电极2a —起构成了发射电极。第三金属板6与半导体芯片I的第二正面电极2b—起构成了集电极。另外,第一金属板4、第二金属板5和第三金属板6由热导性优异的材料形成,并用作使在半导体芯片I产生的热进行散热的散热体。具体来说,作为第一金属板4、第二金属板5和第三金属板6,例如可以使用被镀膜覆盖了表面的铜(Cu)板,其中,该镀膜包括通过无电解镀覆处理而依次层叠的镍-磷镀膜和金镀膜。焊料层11?13可以使用锡(Sn)-银-铜系焊料和/或锡-镍-铜系焊料等不含铅(Pb)的无铅焊料。为了不使在半导体装置10中的焊料层的热阻成分增大,焊料层11、12、13的厚度可以为例如100 μπι以下。
[0093]接下来,对在上述的封装结构的半导体装置10安装的半导体芯片I进行切割之前的半导体晶片的状态进行说明。图2是示出第一实施方式的半导体装置在制造过程中的半导体晶片的状态的俯视图。如图2所示,对于制造第一实施方式的半导体装置,在半导体晶片20中,在切割时成为各个半导体芯片I的区域分别形成例如IGBT等半导体元件(未图示)。在切割半导体晶片20后,成为半导体芯片I的区域配置为例如格子状,在切割后成为半导体芯片I的区域之间配置有切割线20a。
[0094]接下来,针对在半导体芯片I的正面的第一正面电极2a和第二正面电极2b的平面布局进行说明。图3是示出图1的半导体芯片的正面电极的平面布局的俯视图。如图3所示,在半导体芯片I的正面分别设置有多个第一正面电极2a和第二正面电极2b。第一正面电极2a和第二正面电极2b的平面形状例如为大约矩形,第一正面电极2a的所占面积比第二正面电极2b的所占面积大。第二正面电极2b例如沿半导体芯片I的外周并排配置。在半导体芯片I的正面,除第一正面电极2a和第二正面电极2b以外,也可以再设置电极。在图3中,半导体芯片I上的除第一正面电极2a和第二正面电极2b以外的部分是包括聚酰亚胺等绝缘材料的保护膜。
[0095]接下来,针对第一实施方式的半导体装置的制造方法,以制造上述封装结构的半导体装置10的情况为例进行说明。图4是示出针对第一实施方式的半导体装置的制造方法的流程图。图5?图10是示出第一实施方式的半导体装置在制造过程中的状态的截面图。首先,准备例如直径为6英寸150mm)厚度为600 μ m的包括硅的半导体晶片20。接下来,通过通常的方法,在半导体晶片20的正面的表面层形成例如栅区和/或发射区等一般的IGBT的正面结构(未图示)(步骤SI)。正面结构分别在切割后成为各个半导体芯片I的区域形成。
[0096]接下来,通过溅射法等,在半导体晶片20的正面,使例如包括铝硅的正面电极层21成膜。并且,如图5所示,使正面电极层21图案化(步骤S2)。接下来,例如使用旋涂机,从而在整个半导体晶片20的正面形成例如包括聚酰亚胺等绝缘材料的保护膜22。接下来,如图6所示,通过光刻使保护膜22图案化而除去保护膜22的正面电极层21上的部分,形成露出正面电极层21的开口部。
[0097]这时,为了在半导体晶片20的外周部残留保护膜22,优选进行保护膜22的形成和图案化。其理由如下。在后述的镀覆处理时,在硅部和/或正面电极层21的蚀刻残渣不被保护膜22覆盖而处于露出状态的情况下,镀膜在半导体晶片20的外周部析出,在镀覆处理过程中和/或镀覆处理后有可能脱落。由于该脱落的镀膜,可能会出现因上述现有技术所导致的不良状况。
[0098]接下来,如图7所示,使用通常的磨削装置,从背面侧对半导体晶片20进行磨削(晶背磨削)。进一步,通过蚀刻半导体晶片20的背面,除去由磨削产生的损坏层。通过该磨削和蚀刻,将半导体晶片20薄化至上述半导体芯片I的厚度(步骤S3)。接下来,通过通常的方法(例如离子注入和热扩散),在半导体晶片20的磨削后的背面的表面层形成集电极区等背面结构(未图示)(步骤S4)。
[0099]在步骤S4中,例如在离子注入加速能量为50keV、剂量为IX 115Cm 2的硼(B)等p型杂质后,使注入的P型杂质热扩散,在η型的半导体芯片I形成P型的集电极区。另外,也可以在离子注入例如磷和/或质子(H+)等η型杂质后,使注入的η型杂质热扩散,在η型的半导体芯片I的背面侧形成η型场停止区。该η型场停止区具有使在截止时从基区与漂移区之间的Pn结延伸的耗尽层不到达集电极区的功能。用于使离子注入的杂质热扩散的热处理,例如可以在300°C以上的温度下进行。
[0100]接下来如图8所示,在半导体晶片20的背面粘贴支撑基板23,以保护半导体晶片20的背面(即硅部)。支撑基板23在后述的镀覆处理时,用于防止向半导体晶片20的背面的镀覆析出。因此,对于支撑基板23,也可以实施以下处理,即通过胶粘剂来粘贴玻璃、粘贴带有胶粘剂的胶带、在旋转涂布对镀覆液有耐受性的热固化性树脂后进行热处理使其固化或者在旋转涂布对镀覆液有耐受性的紫外线固化性树脂后照射紫外线使树脂固化等处理。接下来,如图9所示,例如通过无电解镀覆处理,在正面电极层21的表面依次层叠多个镀膜,形成电极镀膜24 (步骤S5)。
[0101]在步骤S5中,作为电极镀膜24,如上所述,例如依次层叠镍-磷镀膜和金镀膜。镍-磷镀膜例如可以使用保持浴温在75°C以上且85°C以下的镀覆液来形成。其理由为,由于在无电解镍镀覆处理具有随着温度上升,镀覆析出速度指数级增大的特性,所以优选在成膜速度快、不会引起镀覆液分解的75°C以上且85°C以下的浴温下进行镀覆处理。在进行用于形成电极镀膜24的镀覆处理之前,也可以进行用于提高正面电极层21与电极镀膜24的密合性的前处理(例如锌酸盐处理)。
[0102]如图1所示,在成为第一正面电极2a的正面电极层21上的电极镀膜24用于焊接。并且,成为第二正面电极2b的正面电极层21上的电极镀膜24用于引线键合。
[0103]接下来,从半导体晶片20背面除去支撑基板23。并且,如图10所示,在半导体晶片20的背面,通过溅射法等物理气相沉积法依次层叠多个金属层,形成背面电极3 (步骤S6)0在步骤S6,作为背面电极3,如上所述,依次层叠例如铝硅层、钛层、镍层和金层。由于在步骤S6使用物理气相沉积法,因此背面电极3的端部3a形成为从半导体晶片20的外周部绕到正面侧。但是,由于在形成背面电极3后不进行镀覆处理,所以在背面电极3的端部3a上没有镀膜析出。
[0104]接下来,进行例如350°C的热处理,形成背面电极3与半导体晶片20的硅部的欧姆接触,降低背面电极3的接触电阻。接下来,通过沿着切割线20a对半导体晶片20进行切害J,完成安装在图1的半导体装置10的半导体芯片I。
[0105]接下来,通过通常的方法,使半导体芯片1、第一金属板4、第二金属板5和第三金属板6成为预定配置的方式焊接各个部件。然后,通过键合线14将第四金属板7连接到半导体芯片I的成为第二正面电极2b的电极镀膜24。之后,通过用树脂8包封至少整个半导体芯片1,完成图1所示的封装结构的半导体装置10。
[0106](第二实施方式)
[0107]针对第二实施方式的半导体装置的制造方法,以制造上述封装结构的半导体装置10的情况为例进行说明。图11是示出针对第二实施方式的半导体装置的制造方法的流程图。图12?图14是示出第二实施方式的半导体装置在制造过程中的状态的截面图。在以下的第二实施方式中,与上述第一实施方式相对应的部分标记相同的符号,并省略重复部分的说明。
[0108]首先,准备包括硅的半导体晶片20。接下来,如图12所示,根据通常的方法,在半导体晶片20的正面的表面层形成一般的IGBT的正面结构(未图示)(步骤SI)。
[0109]接下来使用通常的磨削装置,从背面侧开始磨削(晶背磨削)半导体晶片20。进一步,如
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