半導体装置の金属電極形成方法及び半導体装置
【課題】 切削量の要求精度より大きい厚さばらつきを有する半導体基板に対し、切削量の要求精度を満足する切削加工により金属膜をパターニングして金属電極を形成する半導体装置の金属電極形成方法を実現する。
【解決手段】 吸着ステージ２１ｂに吸着固定されることにより裏面１１ｂの形状を反映して表面部１１ｃの凹凸差が増大した半導体基板１１について、表面部１１ｃの表面形状データを取得し、この表面形状データに基づいて、圧電アクチュエータ２４ａにより半導体基板１１に変位を与えて、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離が切削加工の要求精度内になるように変形させる。そして、半導体基板１１を吸着ステージ２１ｂに吸着固定したまま切削面Ｐにおいて切削加工を行うことにより、金属膜１４のうち開口部１３ａの内部に形成された部分のみを残すようにパターニングされた金属電極１５を形成する。
【解決手段】 吸着ステージ２１ｂに吸着固定されることにより裏面１１ｂの形状を反映して表面部１１ｃの凹凸差が増大した半導体基板１１について、表面部１１ｃの表面形状データを取得し、この表面形状データに基づいて、圧電アクチュエータ２４ａにより半導体基板１１に変位を与えて、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離が切削加工の要求精度内になるように変形させる。そして、半導体基板１１を吸着ステージ２１ｂに吸着固定したまま切削面Ｐにおいて切削加工を行うことにより、金属膜１４のうち開口部１３ａの内部に形成された部分のみを残すようにパターニングされた金属電極１５を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、切削加工により金属膜をパターニングして金属電極を形成する半導体装置の金属電極形成方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造方法において、半導体基板に形成された回路面にはんだ接合用などの金属電極を安価に形成する要求がある。
この要求に対し、例えば、パターニングにホトリソグラフィー工程を行わずに金属電極を形成する技術として、特許文献１に、半導体基板の一面上に下地電極を形成し、下地電極の上に保護膜を形成し、保護膜に開口部を形成するとともに、開口部から臨む下地電極の表面上に、接続用の金属電極を形成してなる半導体装置において、保護膜の上面に対して開口部から臨む下地電極の表面が引っ込むように段差が形成されていることを利用して、下地電極及び保護膜の上に形成した金属膜を切削加工によりパターニングすることによって金属電極を形成する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１８６３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の技術のように、切削により金属電極のパターンを形成する場合、半導体基板の全面において、金属膜の表面を基準した切削量のばらつきが、例えば２μｍ以内、という高い精度で切削加工を行う必要がある。
ここで、半導体基板を吸着ステージ上に吸着固定すると、半導体基板の裏面が平坦になるように変形されるため、主面は、裏面の元の凹凸形状を反映して、凹凸が大きい形状となる。
切削加工は吸着ステージと平行な面に沿って行われるため、半導体基板が切削量の要求精度より大きい厚さのばらつき、例えば３μｍ以上のばらつきを有する場合には、面内の一部に切削量の要求精度を満足しない領域が存在し、製品歩留まりが低下するという問題があった。
【０００４】
そこで、この発明では、切削量の要求精度より大きい厚さばらつきを有する半導体基板に対し、切削量の要求精度を満足する切削加工により金属膜をパターニングして金属電極を形成する半導体装置の金属電極形成方法及び半導体装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体基板の主面に、半導体素子と電気的に接続された下地電極を形成する工程と、前記下地電極を覆って保護膜を形成し、前記保護膜の表面から前記下地電極に向かって、前記下地電極を表出させる開口部を形成する工程と、前記保護膜及び前記開口部から臨む前記下地電極の表面を覆って金属膜を形成する工程と、半導体基板を吸着固定する吸着ステージに、前記金属膜が形成された半導体基板を吸着固定した後に、前記半導体基板の主面に臨んで配設され半導体基板の表面形状を測定する表面形状測定手段により、前記吸着ステージに吸着固定された半導体基板の、前記金属膜のうち前記保護膜を覆っている表面部の表面形状データを取得する工程と、前記表面形状測定手段により取得された前記表面形状データに基づいて、前記吸着ステージに固定された半導体基板に前記吸着ステージ側から変位を与えて変形させる変形手段により、前記吸着ステージと平行に設定された切削面と前記半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように変形させる工程と、前記表面形状測定手段により前記変形された半導体基板の表面部の表面形状を測定し、前記切削面と前記変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であるか否かを判定する工程と、前記切削面と前記変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であると判定された場合に、前記変形された半導体基板を前記吸着ステージに吸着固定したまま、前記切削面において切削を行う切削加工により、前記金属膜をパターニングして金属電極を形成する工程と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、半導体基板の主面に、半導体素子と電気的に接続された下地電極を形成し、下地電極を覆って保護膜を形成し、保護膜の表面から下地電極に向かって、下地電極を表出させる開口部を形成し、保護膜及び開口部から臨む下地電極の表面を覆って金属膜を形成し、切削面において切削を行う切削加工により、金属膜をパターニングして金属電極を形成することができる。
ここで、金属膜が形成された半導体基板を吸着ステージに吸着固定した後に、表面形状測定手段により、吸着ステージに吸着固定された半導体基板の金属膜のうち保護膜を覆っている表面部の表面形状データを取得し、この表面形状データに基づいて、半導体基板に吸着ステージ側から変位を与えて変形させる変形手段により、吸着ステージと平行に設定された切削面と半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように変形させることができる。そして、表面形状測定手段により変形された半導体基板の表面形状を測定し、切削面と表面部との距離が所定の範囲内であると判定された場合に、変形手段により変形された半導体基板を吸着ステージに吸着固定したまま、切削面において切削加工を行うことができる。
これにより、吸着ステージに吸着固定されることにより裏面形状を反映して表面部の凹凸差が増大した半導体基板について、表面部の凹凸差を小さくし、切削面と表面部との距離を所定の範囲（切削加工の要求精度）内にすることができる。このため、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、前記金属電極を形成する工程において、前記金属膜のうち前記開口部の内部に形成された部分のみを残すようにパターニングして金属電極を形成する、という技術的手段を用いる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、金属電極を形成する工程において、金属膜のうち開口部の内部に形成された部分のみを残すようにパターニングして金属電極を形成するため、例えば、開口部から臨む下地電極の表面及び開口部から下地電極の表面に向かって段差を形成する保護膜の側面に金属電極を形成することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、前記変形手段は、前記吸着ステージの裏面に当接して設けられており、前記吸着ステージを介して前記半導体基板に変位を与える、という技術的手段を用いる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、変形手段は、吸着ステージの裏面に当接して設けられており、吸着ステージを介して半導体基板に変位を与えるため、変形手段により半導体基板に局所的に応力が発生し、半導体基板が局所的に変形することを防止することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の半導体装置の金属電極形成方法において、前記変形手段は、変位をそれぞれ制御可能な複数個のアクチュエータを備えている、という技術的手段を用いる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、変形手段は、変位をそれぞれ制御可能な複数個のアクチュエータを備えているため、半導体基板の変形状態に応じて異なる変位を与えることができ、半導体基板の表面形状を精度良く制御することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、前記アクチュエータは、圧電素子を用いた圧電アクチュエータである、という技術的手段を用いる。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、アクチュエータは、圧電素子を用いた圧電アクチュエータであるため、変位制御の精度を高くすることができる。また、圧電アクチュエータは、バックラッシュが少なく、作動時の発熱量も小さい。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項４または請求項５に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、前記表面形状測定手段による前記表面形状データの測定点数は、前記アクチュエータの数よりも多い、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、表面形状測定手段による表面形状データの測定点数は、アクチュエータの数よりも多いため、アクチュエータ間の領域の変位も測定することができるので、表面形状の測定精度を向上させることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の半導体装置の金属電極形成方法において、前記表面形状測定手段は、前記変形手段により変位を与える点に対応する前記表面部の表面形状を少なくとも測定する、という技術的手段を用いる。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、表面形状測定手段は、変形手段により変位を与える点に対応する表面部の表面形状を少なくとも測定するため、最も変形が大きい部分を測定することができるので、表面形状の測定精度を向上させることができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の半導体装置の金属電極形成方法において、前記表面形状測定手段は、前記切削面に平行な面に沿って走査されるレーザ変位計である、という技術的手段を用いる。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、表面形状測定手段は、切削面に平行な面に沿って走査されるレーザ変位計であるため、表面形状を非接触で精度良く測定することができるとともに、測定時間を短くすることができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明では、半導体基板の主面に、半導体素子と電気的に接続された下地電極を形成し、前記下地電極を覆って保護膜を形成し、前記保護膜の表面から前記下地電極に向かって、前記下地電極を表出させる開口部を形成し、前記保護膜及び前記開口部から臨む前記下地電極の表面を覆って金属膜を形成するとともに、前記半導体基板を吸着固定する吸着ステージに前記半導体基板の裏面を吸着固定した状態で前記金属膜を表面より切削加工することにより、前記金属膜をパターニングして金属電極を形成してなる半導体装置において、切削加工により切削された部分の厚さのばらつきが、前記半導体基板の裏面の凹凸差より小さい、という技術的手段を用いる。
【００２２】
請求項９に記載の発明によれば、吸着ステージに半導体基板の裏面を吸着固定した状態で金属膜を表面より切削加工することにより、金属膜をパターニングして金属電極を形成してなる半導体装置において、切削加工により切削された部分の厚さのばらつきが、半導体基板の裏面の凹凸差より小さいため、加工面内の一部に切削量の要求精度を満足しない領域が存在することがなく、製品歩留まりを向上させることができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の半導体装置において、前記保護膜の上面に対して前記開口部から臨む前記下地電極の表面が引っ込むように段差が形成されており、前記金属電極は、前記開口部から臨む前記下地電極の表面及び前記段差を形成する前記保護膜の側面に形成されたものとなっている、という技術的手段を用いる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明によれば、金属電極は、開口部から臨む下地電極の表面及び段差を形成する保護膜の側面に形成されたものとなっているため、下地電極の表面のみに金属電極が形成される場合と比べて、金属電極の強度を向上させることができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の半導体装置において、前記金属電極のうち前記段差を形成する前記保護膜の側面に形成された部位は、前記金属電極を介し、はんだが接している、という技術的手段を用いる。
【００２６】
請求項１１に記載の発明によれば、金属電極のうち段差を形成する保護膜の側面に形成された部位は、金属電極を介し、はんだが接しているため、金属電極にはんだ付けを行う場合に、はんだのぬれ面積を大きくすることができるので、接合強度を向上することができる。
【００２７】
請求項１２に記載の発明では、請求項９に記載の半導体装置において、前記保護膜の上面に対して前記開口部より前記金属電極が突出して形成されている、という技術的手段を用いる。
【００２８】
請求項１２に記載の発明のように、保護膜の上面に対して開口部より突出して形成されている金属電極を用いた場合に、表面が平坦な金属電極を備えた半導体装置を得ることができる。
【００２９】
請求項１３に記載の発明では、請求項９ないし請求項１２のいずれか１つに記載の半導体装置において、前記保護膜は、樹脂よりなる、という技術的手段を用いる。
【００３０】
請求項１３に記載の発明によれば、保護膜として樹脂系材料を用いることにより、下地電極に厚さがある場合でも適切に覆うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
［第１実施形態］
この発明に係る半導体装置の金属電極形成方法及び半導体装置の第２実施形態について、図を参照して説明する。図１は、第１実施形態の金属電極形成方法により金属電極が形成された半導体装置の断面説明図である。図２ないし図４は、第１実施形態の金属電極形成方法の工程図である。図５は、表面形状制御装置の説明図である。図５（Ａ）は、断面図であり、図５（Ｂ）は、半導体基板側から見た平面説明図である。図６は、半導体基板の表面形状制御の一例を示す説明図である。図６（Ａ）は、吸着時の半導体基板の厚さプロファイルであり、図６（Ｂ）は、変形装置により与えた変位のプロファイルであり、図６（Ｃ）は、変形装置により変位を与えた半導体基板の厚さプロファイルである。図７は、金属電極においてはんだ付けを施した半導体装置の断面説明図である。
なお、各図では、説明のために一部を拡大し、一部を省略して示している。
【００３２】
パワーカードなどに用いられる半導体装置１０は、シリコン等により形成された半導体基板１１を本体として形成されている。半導体基板１１の主面１１ａには、素子の電極である下地電極１２が、純ＡｌやＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−ＣｕなどのＡｌ合金などにより形成されている。
【００３３】
主面１１ａと下地電極１２の一部とを覆って絶縁材料からなる保護膜１３が形成されている。保護膜１３は、例えば、厚さ１〜２０μｍのポリイミド系樹脂により形成されている。
保護膜１３には、表面から下地電極１２に向かって開口して形成され、下地電極１２を表出させる開口部１３ａが形成されている。
ここで、保護膜１３の上面１３ｄに対して開口部１３ａから臨む下地電極１２の表面１２ａが引っ込むように段差が形成されている。
【００３４】
開口部１３ａにより表出した下地電極１２の表面１２ａ及び段差を形成する保護膜１３の側面１３ｃを覆って、配線が接続される金属電極１５が形成されている。金属電極１５は、下地電極１２側から積層形成したＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜やＮｉ／Ａｕ膜などにより形成され、下地電極１２と電気的に接続されている。
【００３５】
次に、金属電極１５の形成方法について説明する。
まず、図２（Ａ）に示すように、図示しない半導体素子が形成された半導体基板１１を用意し、ホトリソグラフィー法によりパターニングされ、半導体素子と電気的に接続された下地電極１２を主面１１ａに形成する。
【００３６】
次に、スピンコート法などによりポリイミド系樹脂からなる厚さが例えば１０μｍの保護膜１３を形成し、下地電極１２を表出させる開口部１３ａをホトリソグラフィー法により表面から下地電極１２に向かって開口して形成する。保護膜１３として樹脂系材料を用いることにより、厚さがある下地電極１２を適切に覆うことができる。
ここで、保護膜１３の上面１３ｂに対して開口部１３ａから臨む下地電極１２の表面１２ａが引っ込むような段差を形成する。
【００３７】
続いて、図２（Ｂ）に示すように、下地電極１２及び保護膜１３の上面１３ｂ、側面１３ｃを覆って、めっき法、スパッタ法などにより金属膜１４を形成する。金属膜１４は、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜、Ｎｉ／Ａｕ膜のような積層膜でもよいし、単層の金属膜でもよい。
【００３８】
続いて、図２（Ｃ）に示すように、半導体基板１１を裏面１１ｂにおいて、表面形状制御装置２０（図５）の吸着ステージ２１ｂに設けられた吸着面２１ａに載置し、吸着固定する。このとき、吸着面２１ａにおいて発生する吸着力により、裏面１１ｂが平坦になるため、半導体基板１１の表面部１１ｃは、裏面１１ｂの元の凹凸形状を反映して、凹凸が大きい表面形状となる。
【００３９】
ここで、表面部１１ｃとは、金属膜１４のうち、保護膜１３の上面１３ｂを覆っている部分を示す。また、「表面形状」とは、表面部１１ｃの凹凸のプロファイルであり、表面部１１ｃと後述する切断面Ｐとの距離のプロファイルに対応する。表面形状は、表面部１１ｃにおける半導体基板１１の厚さや表面粗さなどにより数値化して表面形状データとすることができる。
【００４０】
ここで、表面形状制御装置２０の構成について、図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。
表面形状制御装置２０は、半導体基板１１を載置するステージ２１と、半導体基板１１を吸着固定するための吸着装置２２と、半導体基板１１の表面部１１ｃの形状を測定する表面形状測定装置２３と、半導体基板１１を裏面１１ｂから変形させるための変形装置２４と、これらの装置を制御するための制御コンピュータ２５とから構成されている。
【００４１】
ステージ２１は、吸着ステージ２１ｂと下部ステージ２１ｃとの間に中空部２１ｄを有する中空形状に形成されており、吸着ステージ２１ｂには、半導体基板１１を吸着固定する吸着面２１ａと、真空ポンプなどの吸着装置２２を用いて中空部２１ｄを減圧することにより生じる吸着力を半導体基板１１に作用させる吸着孔２１ｅとが形成されている。
【００４２】
吸着ステージ２１ｂは、後述する変形装置２４による変位を半導体基板１１に加えるために、変形しやすく形成されている。ここでは、吸着ステージ２１ｂは、厚さ１ｍｍの板状のステンレス鋼により形成されている。
下部ステージ２１ｃには、吸着装置２２を接続するための減圧孔２１ｆと変形装置２４とが設けられている。
【００４３】
本実施形態では、変形装置２４として、複数個の圧電アクチュエータ２４ａを用いた。圧電アクチュエータ２４ａは、所定の間隔、例えば１ｃｍ間隔で格子状に配置されており、吸着ステージ２１ｂの裏面２１ｇに当接し、上向きの変位を発生させることができるように設けられている。なお、図５（Ａ）及び（Ｂ）には、便宜上、縦４個、横４個ずつの計１６個の圧電アクチュエータ２４ａが配置されている場合を例示した。各圧電アクチュエータ２４ａは、制御コンピュータ２５により独立して変位を制御することができ、それぞれ異なる変位を発生させることができる。ここで、圧電アクチュエータ２４ａは、変位制御の精度が高く、バックラッシュが少ないとともに、作動時の発熱量も小さい。
【００４４】
圧電アクチュエータ２４ａに上向きの変位を生じさせると、吸着ステージ２１ｂを介して半導体基板１１に上向きの変位を与えて、半導体基板１１を変形させることができる。ここで、圧電アクチュエータ２４ａは、吸着ステージ２１ｂを介して半導体基板１１に変位を与えるため、圧電アクチュエータ２４ａにより半導体基板１１に局所的に応力が発生し、局所的に変形することを防止することができる。
また、吸着装置２２による負圧を用いて半導体基板１１に下向きの変位を与えることもできる。
【００４５】
変形装置２４は、上端部を吸着ステージ２１ｂの裏面２１ｇと接合して設けてもよい。この構成を用いると、半導体基板１１に上向きの変位を与える場合に遊びが生じないとともに、半導体基板１１に吸着ステージ２１ｂを介して下向きの変位を与えることもできる。
【００４６】
表面形状測定装置２３は、半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を測定する装置である。本実施形態では、表面形状測定装置２３としてレーザ変位計を用いた。レーザ変位計を用いると、表面形状を非接触で精度良く測定することができるとともに、測定時間を短くすることができる。
表面形状測定装置２３により測定された表面部１１ｃの表面形状データは、制御コンピュータ２５に対して出力される。
【００４７】
続く工程では、図３（Ｄ）に示すように、表面形状測定装置２３により半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を測定する。ここでは、半導体基板１１の表面部１１ｃに格子状に測定点を設定して、表面形状測定装置２３を切削面Ｐに平行な面に沿って走査して半導体基板１１の厚さを測定し、各点の測定データを制御コンピュータ２５に対して出力する。そして、制御コンピュータ２５では、各点の測定データに基づいて、各測定点間を補完して、半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状データを構築する。
【００４８】
ここで、表面形状測定装置２３は、図５（Ｂ）の直線Ｓに示すように、測定点に少なくとも変形装置２４により変位が与えられる点に対応する表面部１１ｃの点が含まれるように走査する。
これによれば、最も変位が大きくなる測定点を測定することができるので、表面形状の測定精度を向上させることができる。
また、測定点の数は圧電アクチュエータ２４ａの数よりも多くすることができる。これによれば、各圧電アクチュエータ２４ａ間の領域の変位も測定することができ、各圧電アクチュエータ２４ａ間を補完する測定点を増やすことができるため、表面形状の測定精度を向上させることができる。
【００４９】
表面形状データの一例を図６（Ａ）に示す。図６（Ａ）において、横軸は半導体基板１１のＸ軸（図５（Ｂ））方向の位置、縦軸は半導体基板１１の厚さを示す。図６（Ａ）は、変形装置２４により変位が与えられる点に対応する表面部１１ｃの点を含み、１ｍｍ間隔で測定した幅約８０ｍｍの領域における厚さのプロファイルを示す。ここで、半導体基板１１の表面部１１ｃの凹凸差は最大３．２μｍである。
【００５０】
続いて、図３（Ｅ）に示すように、半導体基板１１の裏面１１ｂから変形装置２４により変位を加えて、吸着ステージ２１ｂと平行に設定された切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが後述する切削加工における要求精度内に収まるように半導体基板１１を変形させ、表面形状を制御する。つまり、表面部１１ｃの凹凸差が切削加工における要求精度内に収まるように半導体基板１１を変形させる。
【００５１】
具体的には、制御コンピュータ２５において構築された表面形状データに基づいて、表面部１１ｃの凹凸差が、要求精度、例えば１μｍ以内、になるように、制御コンピュータ２５により変形装置２４の各圧電アクチュエータ２４ａの変位量を制御して、吸着ステージ１２ｂを介して裏面１１ｂから半導体基板１１に変位を与える。
ここで、変形装置２４の各圧電アクチュエータ２４ａの変位と半導体基板１１の変形量との関係は、シミュレーションまたは実測によりあらかじめ求めておく。
【００５２】
表面形状の制御の一例を図６（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。図６（Ｂ）において、横軸は半導体基板１１のＸ軸方向の位置、縦軸は変形装置２４により与えられた変位を示す。ここで、図中Ａ〜Ｈが各圧電アクチュエータの配置位置を示し、変位のプロファイルは、圧電アクチュエータＡ〜Ｈにより与えた変位を直線補完したものである。
正の値は上向きの変位、負の値は下向きの変位を表している。圧電アクチュエータＣ、Ｅ、Ｆにおける変位は、吸着装置２２による減圧により発生させた変位である。
【００５３】
続いて、変形された半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を表面形状測定装置２３により測定し、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であるか否かを制御コンピュータ２５において判定する。ここでは、表面部１１ｃの凹凸差が１μｍ以内であるか否かを判定する。
本実施形態では、図６（Ｃ）に示すように、表面部１１ｃの凹凸差が１μｍ以内となり、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内に表面形状を制御することができた。
【００５４】
制御コンピュータ２５において、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であると判定されると、続いて、図４（Ｆ）に示すように、バイト３１を用いて金属膜１４の表面から切削加工を行い、金属膜１４をパターニングして金属電極１５を形成する。ここで、保護膜１３の上面１３ｂも切削加工され、新たな上面１３ｄが表出する。
【００５５】
本実施形態では、バイト３１と半導体装置１０との相対速度は２０ｍ／ｓ、切削加工のピッチは７０μｍに設定した。また、バイト３１の金属膜１４に対する高さ精度は０．１μｍ以下とした。
【００５６】
上述の切削条件で、半導体基板１１の主面１１ａ全面にわたって切削加工を行うことにより、保護膜１３の上面１３ｂ上に位置する金属膜１４を除去し、開口部１３ａの内部にのみ金属膜１４を残すようにパターニングして金属電極１５を形成することができる。つまり、金属電極１５は、開口部１３ａにより表出した下地電極１２の表面１２ａ及び段差を形成する保護膜１３の側面１３ｃを覆って形成される。
【００５７】
そして、図４（Ｇ）に示すように、圧電アクチュエータ２４ａの変位を解除して、半導体基板１１をステージ２１から外すことにより、半導体基板１１に金属電極１５を形成することができる。
【００５８】
上述の工程によれば、半導体基板１１の主面１１ａ全面にわたって切削加工を行うことにより、保護膜１３の上面１３ｂ上に位置する金属膜１４を除去し、開口部１３ａの内部にのみ金属膜１４を残すようにパターニングして金属電極１５を形成することができる。金属電極１５は、開口部１３ａにより表出した下地電極１２の表面１２ａ及び段差を形成する保護膜１３の側面１３ｃを覆って形成されているので、下地電極１２の表面１２ａのみに金属電極１５が形成される場合と比べて、金属電極１５の強度を向上させることができる。
【００５９】
また、吸着ステージ２１ｂに吸着固定されることにより裏面１１ｂの形状を反映して表面部１１ｃの凹凸差が増大した半導体基板１１について、表面部１１ｃの凹凸差を小さくし、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離を所定の範囲（加工の要求精度）内にすることができる。これにより、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
【００６０】
金属電極１５は、はんだやワイヤなどの部材により他の部材と接続される。例えば、図７に示すように、エミッタ電極たる金属電極１５には、はんだ４１を介してヒートシンク４０を接合する構成を用いることができる。
ここで、金属電極１５のうち段差を形成する保護膜１３の側面１３ｃに形成された部位に対しては、金属電極１５を介して、はんだ４１が接している。これにより、はんだ４１が金属電極１５に接触する面積を増大させることができるので、はんだ４１の接合強度を向上させることができる。
【００６１】
［第１実施形態の効果］
（１）半導体基板１１の主面１１ａに、半導体素子と電気的に接続された下地電極１２を形成し、下地電極１２を覆って保護膜１３を形成し、保護膜１３の表面から下地電極１２に向かって、下地電極１２を表出させる開口部１３ａを形成し、保護膜１３及び開口部１３ａから臨む下地電極１２の表面を覆って金属膜１４を形成し、切削面Ｐにおいて切削を行う切削加工により、金属膜１４のうち開口部１３ａの内部に形成された部分のみを残すようにパターニングして金属電極１５を形成することができる。
このとき、金属膜１４が形成された半導体基板１１を吸着ステージ２１ｂに吸着固定した後に、表面形状測定装置２３により、吸着ステージ２１ｂに吸着固定された半導体基板１１の金属膜１４のうち保護膜１３を覆っている表面部１１ｃの表面形状データを取得し、この表面形状データに基づいて、半導体基板１１に吸着ステージ２１ｂ側から変位を与えて変形させる変形装置２４により、吸着ステージ２１ｂと平行に設定された切削面Ｐと半導体基板１１の表面部１１ｃとの距離が所定の範囲（切削加工の要求精度）内になるように変形させることができる。そして、表面形状測定装置２３により、変形された半導体基板１１の表面形状を測定し、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離が所定の範囲内であると判定された場合に、変形装置２４により変形された半導体基板１１を吸着ステージ２１ｂに吸着固定したまま、切削面Ｐにおいて切削加工を行うことができる。
これにより、吸着ステージ２１ｂに吸着固定されることにより裏面１１ｂの形状を反映して表面部１１ｃの凹凸差が増大した半導体基板１１について、表面部１１ｃの凹凸差を小さくし、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離を所定の範囲内にすることができる。このため、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
【００６２】
（２）金属電極１５は、開口部１３ａにより表出した下地電極１２の表面１２ａ及び段差を形成する保護膜１３の側面１３ｃを覆って形成されているので、下地電極１２の表面１２ａのみに金属電極１５が形成される場合と比べて、金属電極１５の強度を向上させることができる。また、金属電極１５にはんだ付けを行う場合には、はんだのぬれ面積を大きくすることができるので、接合強度を向上することができる。
【００６３】
（３）変形装置２４の圧電アクチュエータ２４ａは、吸着ステージ２１ｂの裏面２１ｇに当接して設けられており、吸着ステージ２１ｂを介して半導体基板１１に変位を与えるため、圧電アクチュエータ２４ａにより半導体基板１１に局所的に応力が発生し、半導体基板１１が局所的に変形することを防止することができる。
【００６４】
（４）変形装置２４は、変位をそれぞれ制御可能な複数個の圧電アクチュエータ２４ａを備えているため、半導体基板１１の変形状態に応じて異なる変位を与えることができ、半導体基板１１の表面形状を精度良く制御することができる。圧電アクチュエータ２４ａは、変位制御の精度を高く、バックラッシュが少ないとともに、作動時の発熱量も小さい。
【００６５】
（５）表面形状測定装置２３による表面形状データの測定点数は、圧電アクチュエータ２４ａの数よりも多いため、圧電アクチュエータ２４ａ間の領域の変位も測定することができるので、表面形状の測定精度を向上させることができる。
【００６６】
（６）表面形状測定装置２３は、変形装置２４により変位を与える点に対応する表面部１１ｃの表面形状を少なくとも測定するため、最も変形が大きい部分を測定することができるので、表面形状の測定精度を向上させることができる。
【００６７】
（７）表面形状測定装置２３が、切削面Ｐに平行な面に沿って走査されるレーザ変位計であるため、表面形状を非接触で精度良く測定することができるとともに、測定時間を短くすることができる。
【００６８】
［第２実施形態］
この発明に係る半導体装置の金属電極形成方法及び半導体装置の第２実施形態について、図を参照して説明する。ここでは、バイポーラトランジスタや横拡散型トランジスタ（ＬＤＭＯＳ）などのパワー素子と外部の基板とのコンタクトをとるための電極としてＡｕ電極を用いる場合を例に説明する。図８ないし図１０は、第２実施形態に係る半導体装置の電極形成方法の断面説明図である。
なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【００６９】
金属電極１５の形成方法について説明する。
まず、図８（Ａ）に示すように、図示しないパワー素子が形成された半導体基板１１を用意し、ホトリソグラフィー法によりパターニングされ、半導体素子と電気的に接続された下地電極１２を主面１１ａに形成する。
【００７０】
次に、下地電極１２の上面に窒化けい素（Ｐ−ＳｉＮ）からなる保護膜５３を形成し、下地電極１２の一部を表出させる開口部５３ａを表面から下地電極１２に向かって開口して形成する。
【００７１】
次に、図８（Ｂ）に示すように、スパッタ法により、保護膜５３の表面及び下地電極１２を覆うバリア・シード層５６を形成する。本実施形態では、バリア・シード層５６は、ＴｉＮ膜にＣｕ膜を積層して形成されている。
そして、フォトリソグラフィ法およびエッチング法により、フォトレジスト膜５７を所定の形状にパターニングして形成する。
【００７２】
続いて、図９（Ｃ）に示すように、フォトレジスト膜５７をマスクとし、電解めっき法によりＡｕ電極膜５４を形成する。
【００７３】
続いて、図９（Ｄ）に示すように、フォトレジスト膜５７を除去した後に、保護膜５３の表面で露出したバリア・シード層５６をエッチング法により除去する。
【００７４】
続いて、図１０（Ｅ）に示すように、半導体基板１１を裏面１１ｂにおいて、表面形状制御装置２０（図５）の吸着ステージ２１ｂに設けられた吸着面２１ａに載置し、吸着固定する。このとき、吸着面２１ａにおいて発生する吸着力により、裏面１１ｂが平坦になるため、半導体基板１１の表面部１１ｃは、裏面１１ｂの元の凹凸形状を反映して、凹凸が大きい表面形状となる。ここで、表面部１１ｃとは、Ａｕ電極膜５４の表面部分を示す。
【００７５】
続く工程では、図１１（Ｆ）に示すように、表面形状測定装置２３により半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を測定する。ここでは、半導体基板１１の表面部１１ｃに格子状に測定点を設定して、表面形状測定装置２３を切削面Ｐに平行な面に沿って走査して半導体基板１１の厚さを測定し、各点の測定データを制御コンピュータ２５に対して出力する。そして、制御コンピュータ２５では、各点の測定データに基づいて、各測定点間を補完して、半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状データを構築する。
【００７６】
続いて、図１１（Ｇ）に示すように、半導体基板１１の裏面１１ｂから変形装置２４により変位を加えて、吸着ステージ２１ｂと平行に設定された切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが後述する切削加工における要求精度内に収まるように半導体基板１１を変形させ、表面形状を制御する。つまり、表面部１１ｃの凹凸差が切削加工における要求精度内に収まるように半導体基板１１を変形させる。
【００７７】
具体的には、制御コンピュータ２５において構築された表面形状データに基づいて、表面部１１ｃの凹凸差が、要求精度、例えば１μｍ以内、になるように、制御コンピュータ２５により変形装置２４の各圧電アクチュエータ２４ａの変位量を制御して、吸着ステージ１２ｂを介して裏面１１ｂから半導体基板１１に変位を与える。
【００７８】
続いて、変形された半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を表面形状測定装置２３により測定し、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であるか否かを制御コンピュータ２５において判定する。ここでは、表面部１１ｃの凹凸差が１μｍ以内であるか否かを判定する。
【００７９】
制御コンピュータ２５において、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であると判定されると、続いて、図１２（Ｈ）に示すように、バイト３１を用いてＡｕ電極膜５４の表面から切削加工を行い、金属電極５５を形成する。
【００８０】
そして、図１２（Ｉ）に示すように、圧電アクチュエータ２４ａの変位を解除して、半導体基板１１をステージ２１から外すことにより、半導体基板１１に金属電極５５を形成することができる。
【００８１】
上述の工程によれば、半導体基板１１の主面１１ａ全面にわたって切削加工を行うことにより、表面が平坦な金属電極５５を形成することができる。
また、吸着ステージ２１ｂに吸着固定されることにより裏面１１ｂの形状を反映して表面部１１ｃの凹凸差が増大した半導体基板１１について、表面部１１ｃの凹凸差を小さくし、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離を所定の範囲（加工の要求精度）内にすることができる。これにより、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
【００８２】
［第２実施形態の効果］
（１）半導体基板１１の主面１１ａ全面にわたって切削加工を行うことにより、表面が平坦な金属電極５５を形成することができる。
また、吸着ステージ２１ｂに吸着固定されることにより裏面１１ｂの形状を反映して表面部１１ｃの凹凸差が増大した半導体基板１１について、表面部１１ｃの凹凸差を小さくし、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離を所定の範囲（加工の要求精度）内にすることができる。これにより、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
【００８３】
［その他の実施形態］
（１）上述した実施形態では、変形装置として圧電アクチュエータ２４ａを用いたが、これに限定されるものではなく、変位を制御して加えることができれば適用することができる。例えば、電磁ソレノイド、油圧アクチュエータなどを用いることもできる。この構成を用いると、圧電アクチュエータ２４ａより大きな変位を発生させることができる。
【００８４】
（２）上述した実施形態では、表面形状測定装置２３としてレーザ変位計を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、表面粗さ計や静電容量の変化により距離を検出するギャップセンサなどを用いることもできる。
また、表面形状測定装置２３による測定点の数及び配置は任意であり、均等な間隔で配置する必要もない。また、例えば、表面粗さ計を用いる場合のように、連続した測定により取得したプロファイルデータを用いることもできる。
【００８５】
（３）吸着ステージ２１ｂに貫通孔を形成し、圧電アクチュエータ２４ａを直接接触させて変位を加えてもよい。この構成を用いると、変位を与える際に吸着ステージ２１ｂを介さないので、圧電アクチュエータ２４ａが変位を発生するために必要な力を小さくすることができるので、小型の圧電アクチュエータを使用することができる。
【００８６】
（４）上述した実施形態では、中空部２１ｄの常圧の大気を吸着装置２２で減圧することにより負圧を生じさせたが、中空部２１ｄに水、オイルなどの流体を充填し、この流体を中空部２１ｄの外部に排出することにより負圧を生じさせてもよい。この構成を用いた場合でも、負圧により半導体基板１１に下向きの変位を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】第１実施形態の金属電極形成方法により金属電極が形成された半導体装置の断面説明図である。
【図２】第１実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【図３】第１実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【図４】第１実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【図５】表面形状制御装置の説明図である。図５（Ａ）は、断面図であり、図５（Ｂ）は、半導体基板側から見た平面説明図である。
【図６】半導体基板の表面形状制御の一例を示す説明図である。図６（Ａ）は、吸着時の半導体基板の厚さプロファイルであり、図６（Ｂ）は、変形装置により与えた変位のプロファイルであり、図６（Ｃ）は、変形装置により変位を与えた半導体基板の厚さプロファイルである。
【図７】金属電極においてはんだ付けを施した半導体装置の断面説明図である。
【図８】第２実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【図９】第２実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【図１０】第２実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【図１１】第２実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【図１２】第２実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０ 半導体装置
１１ 半導体基板
１１ａ 主面
１１ｃ 表面部
１２ 下地電極
１３ 保護膜
１３ａ 開口部
１４ 金属膜
１５ 金属電極
２０ 表面形状制御装置
２１ ステージ
２１ａ 吸着ステージ
２３ 表面形状測定装置（表面形状測定手段）
２４ 変形装置（変形手段）
２５ 制御コンピュータ
３１ バイト
Ｐ 切削面
【技術分野】
【０００１】
この発明は、切削加工により金属膜をパターニングして金属電極を形成する半導体装置の金属電極形成方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造方法において、半導体基板に形成された回路面にはんだ接合用などの金属電極を安価に形成する要求がある。
この要求に対し、例えば、パターニングにホトリソグラフィー工程を行わずに金属電極を形成する技術として、特許文献１に、半導体基板の一面上に下地電極を形成し、下地電極の上に保護膜を形成し、保護膜に開口部を形成するとともに、開口部から臨む下地電極の表面上に、接続用の金属電極を形成してなる半導体装置において、保護膜の上面に対して開口部から臨む下地電極の表面が引っ込むように段差が形成されていることを利用して、下地電極及び保護膜の上に形成した金属膜を切削加工によりパターニングすることによって金属電極を形成する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１８６３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の技術のように、切削により金属電極のパターンを形成する場合、半導体基板の全面において、金属膜の表面を基準した切削量のばらつきが、例えば２μｍ以内、という高い精度で切削加工を行う必要がある。
ここで、半導体基板を吸着ステージ上に吸着固定すると、半導体基板の裏面が平坦になるように変形されるため、主面は、裏面の元の凹凸形状を反映して、凹凸が大きい形状となる。
切削加工は吸着ステージと平行な面に沿って行われるため、半導体基板が切削量の要求精度より大きい厚さのばらつき、例えば３μｍ以上のばらつきを有する場合には、面内の一部に切削量の要求精度を満足しない領域が存在し、製品歩留まりが低下するという問題があった。
【０００４】
そこで、この発明では、切削量の要求精度より大きい厚さばらつきを有する半導体基板に対し、切削量の要求精度を満足する切削加工により金属膜をパターニングして金属電極を形成する半導体装置の金属電極形成方法及び半導体装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体基板の主面に、半導体素子と電気的に接続された下地電極を形成する工程と、前記下地電極を覆って保護膜を形成し、前記保護膜の表面から前記下地電極に向かって、前記下地電極を表出させる開口部を形成する工程と、前記保護膜及び前記開口部から臨む前記下地電極の表面を覆って金属膜を形成する工程と、半導体基板を吸着固定する吸着ステージに、前記金属膜が形成された半導体基板を吸着固定した後に、前記半導体基板の主面に臨んで配設され半導体基板の表面形状を測定する表面形状測定手段により、前記吸着ステージに吸着固定された半導体基板の、前記金属膜のうち前記保護膜を覆っている表面部の表面形状データを取得する工程と、前記表面形状測定手段により取得された前記表面形状データに基づいて、前記吸着ステージに固定された半導体基板に前記吸着ステージ側から変位を与えて変形させる変形手段により、前記吸着ステージと平行に設定された切削面と前記半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように変形させる工程と、前記表面形状測定手段により前記変形された半導体基板の表面部の表面形状を測定し、前記切削面と前記変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であるか否かを判定する工程と、前記切削面と前記変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であると判定された場合に、前記変形された半導体基板を前記吸着ステージに吸着固定したまま、前記切削面において切削を行う切削加工により、前記金属膜をパターニングして金属電極を形成する工程と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、半導体基板の主面に、半導体素子と電気的に接続された下地電極を形成し、下地電極を覆って保護膜を形成し、保護膜の表面から下地電極に向かって、下地電極を表出させる開口部を形成し、保護膜及び開口部から臨む下地電極の表面を覆って金属膜を形成し、切削面において切削を行う切削加工により、金属膜をパターニングして金属電極を形成することができる。
ここで、金属膜が形成された半導体基板を吸着ステージに吸着固定した後に、表面形状測定手段により、吸着ステージに吸着固定された半導体基板の金属膜のうち保護膜を覆っている表面部の表面形状データを取得し、この表面形状データに基づいて、半導体基板に吸着ステージ側から変位を与えて変形させる変形手段により、吸着ステージと平行に設定された切削面と半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように変形させることができる。そして、表面形状測定手段により変形された半導体基板の表面形状を測定し、切削面と表面部との距離が所定の範囲内であると判定された場合に、変形手段により変形された半導体基板を吸着ステージに吸着固定したまま、切削面において切削加工を行うことができる。
これにより、吸着ステージに吸着固定されることにより裏面形状を反映して表面部の凹凸差が増大した半導体基板について、表面部の凹凸差を小さくし、切削面と表面部との距離を所定の範囲（切削加工の要求精度）内にすることができる。このため、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、前記金属電極を形成する工程において、前記金属膜のうち前記開口部の内部に形成された部分のみを残すようにパターニングして金属電極を形成する、という技術的手段を用いる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、金属電極を形成する工程において、金属膜のうち開口部の内部に形成された部分のみを残すようにパターニングして金属電極を形成するため、例えば、開口部から臨む下地電極の表面及び開口部から下地電極の表面に向かって段差を形成する保護膜の側面に金属電極を形成することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、前記変形手段は、前記吸着ステージの裏面に当接して設けられており、前記吸着ステージを介して前記半導体基板に変位を与える、という技術的手段を用いる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、変形手段は、吸着ステージの裏面に当接して設けられており、吸着ステージを介して半導体基板に変位を与えるため、変形手段により半導体基板に局所的に応力が発生し、半導体基板が局所的に変形することを防止することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の半導体装置の金属電極形成方法において、前記変形手段は、変位をそれぞれ制御可能な複数個のアクチュエータを備えている、という技術的手段を用いる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、変形手段は、変位をそれぞれ制御可能な複数個のアクチュエータを備えているため、半導体基板の変形状態に応じて異なる変位を与えることができ、半導体基板の表面形状を精度良く制御することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、前記アクチュエータは、圧電素子を用いた圧電アクチュエータである、という技術的手段を用いる。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、アクチュエータは、圧電素子を用いた圧電アクチュエータであるため、変位制御の精度を高くすることができる。また、圧電アクチュエータは、バックラッシュが少なく、作動時の発熱量も小さい。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項４または請求項５に記載の半導体装置の金属電極形成方法において、前記表面形状測定手段による前記表面形状データの測定点数は、前記アクチュエータの数よりも多い、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、表面形状測定手段による表面形状データの測定点数は、アクチュエータの数よりも多いため、アクチュエータ間の領域の変位も測定することができるので、表面形状の測定精度を向上させることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の半導体装置の金属電極形成方法において、前記表面形状測定手段は、前記変形手段により変位を与える点に対応する前記表面部の表面形状を少なくとも測定する、という技術的手段を用いる。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、表面形状測定手段は、変形手段により変位を与える点に対応する表面部の表面形状を少なくとも測定するため、最も変形が大きい部分を測定することができるので、表面形状の測定精度を向上させることができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の半導体装置の金属電極形成方法において、前記表面形状測定手段は、前記切削面に平行な面に沿って走査されるレーザ変位計である、という技術的手段を用いる。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、表面形状測定手段は、切削面に平行な面に沿って走査されるレーザ変位計であるため、表面形状を非接触で精度良く測定することができるとともに、測定時間を短くすることができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明では、半導体基板の主面に、半導体素子と電気的に接続された下地電極を形成し、前記下地電極を覆って保護膜を形成し、前記保護膜の表面から前記下地電極に向かって、前記下地電極を表出させる開口部を形成し、前記保護膜及び前記開口部から臨む前記下地電極の表面を覆って金属膜を形成するとともに、前記半導体基板を吸着固定する吸着ステージに前記半導体基板の裏面を吸着固定した状態で前記金属膜を表面より切削加工することにより、前記金属膜をパターニングして金属電極を形成してなる半導体装置において、切削加工により切削された部分の厚さのばらつきが、前記半導体基板の裏面の凹凸差より小さい、という技術的手段を用いる。
【００２２】
請求項９に記載の発明によれば、吸着ステージに半導体基板の裏面を吸着固定した状態で金属膜を表面より切削加工することにより、金属膜をパターニングして金属電極を形成してなる半導体装置において、切削加工により切削された部分の厚さのばらつきが、半導体基板の裏面の凹凸差より小さいため、加工面内の一部に切削量の要求精度を満足しない領域が存在することがなく、製品歩留まりを向上させることができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の半導体装置において、前記保護膜の上面に対して前記開口部から臨む前記下地電極の表面が引っ込むように段差が形成されており、前記金属電極は、前記開口部から臨む前記下地電極の表面及び前記段差を形成する前記保護膜の側面に形成されたものとなっている、という技術的手段を用いる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明によれば、金属電極は、開口部から臨む下地電極の表面及び段差を形成する保護膜の側面に形成されたものとなっているため、下地電極の表面のみに金属電極が形成される場合と比べて、金属電極の強度を向上させることができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の半導体装置において、前記金属電極のうち前記段差を形成する前記保護膜の側面に形成された部位は、前記金属電極を介し、はんだが接している、という技術的手段を用いる。
【００２６】
請求項１１に記載の発明によれば、金属電極のうち段差を形成する保護膜の側面に形成された部位は、金属電極を介し、はんだが接しているため、金属電極にはんだ付けを行う場合に、はんだのぬれ面積を大きくすることができるので、接合強度を向上することができる。
【００２７】
請求項１２に記載の発明では、請求項９に記載の半導体装置において、前記保護膜の上面に対して前記開口部より前記金属電極が突出して形成されている、という技術的手段を用いる。
【００２８】
請求項１２に記載の発明のように、保護膜の上面に対して開口部より突出して形成されている金属電極を用いた場合に、表面が平坦な金属電極を備えた半導体装置を得ることができる。
【００２９】
請求項１３に記載の発明では、請求項９ないし請求項１２のいずれか１つに記載の半導体装置において、前記保護膜は、樹脂よりなる、という技術的手段を用いる。
【００３０】
請求項１３に記載の発明によれば、保護膜として樹脂系材料を用いることにより、下地電極に厚さがある場合でも適切に覆うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
［第１実施形態］
この発明に係る半導体装置の金属電極形成方法及び半導体装置の第２実施形態について、図を参照して説明する。図１は、第１実施形態の金属電極形成方法により金属電極が形成された半導体装置の断面説明図である。図２ないし図４は、第１実施形態の金属電極形成方法の工程図である。図５は、表面形状制御装置の説明図である。図５（Ａ）は、断面図であり、図５（Ｂ）は、半導体基板側から見た平面説明図である。図６は、半導体基板の表面形状制御の一例を示す説明図である。図６（Ａ）は、吸着時の半導体基板の厚さプロファイルであり、図６（Ｂ）は、変形装置により与えた変位のプロファイルであり、図６（Ｃ）は、変形装置により変位を与えた半導体基板の厚さプロファイルである。図７は、金属電極においてはんだ付けを施した半導体装置の断面説明図である。
なお、各図では、説明のために一部を拡大し、一部を省略して示している。
【００３２】
パワーカードなどに用いられる半導体装置１０は、シリコン等により形成された半導体基板１１を本体として形成されている。半導体基板１１の主面１１ａには、素子の電極である下地電極１２が、純ＡｌやＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−ＣｕなどのＡｌ合金などにより形成されている。
【００３３】
主面１１ａと下地電極１２の一部とを覆って絶縁材料からなる保護膜１３が形成されている。保護膜１３は、例えば、厚さ１〜２０μｍのポリイミド系樹脂により形成されている。
保護膜１３には、表面から下地電極１２に向かって開口して形成され、下地電極１２を表出させる開口部１３ａが形成されている。
ここで、保護膜１３の上面１３ｄに対して開口部１３ａから臨む下地電極１２の表面１２ａが引っ込むように段差が形成されている。
【００３４】
開口部１３ａにより表出した下地電極１２の表面１２ａ及び段差を形成する保護膜１３の側面１３ｃを覆って、配線が接続される金属電極１５が形成されている。金属電極１５は、下地電極１２側から積層形成したＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜やＮｉ／Ａｕ膜などにより形成され、下地電極１２と電気的に接続されている。
【００３５】
次に、金属電極１５の形成方法について説明する。
まず、図２（Ａ）に示すように、図示しない半導体素子が形成された半導体基板１１を用意し、ホトリソグラフィー法によりパターニングされ、半導体素子と電気的に接続された下地電極１２を主面１１ａに形成する。
【００３６】
次に、スピンコート法などによりポリイミド系樹脂からなる厚さが例えば１０μｍの保護膜１３を形成し、下地電極１２を表出させる開口部１３ａをホトリソグラフィー法により表面から下地電極１２に向かって開口して形成する。保護膜１３として樹脂系材料を用いることにより、厚さがある下地電極１２を適切に覆うことができる。
ここで、保護膜１３の上面１３ｂに対して開口部１３ａから臨む下地電極１２の表面１２ａが引っ込むような段差を形成する。
【００３７】
続いて、図２（Ｂ）に示すように、下地電極１２及び保護膜１３の上面１３ｂ、側面１３ｃを覆って、めっき法、スパッタ法などにより金属膜１４を形成する。金属膜１４は、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜、Ｎｉ／Ａｕ膜のような積層膜でもよいし、単層の金属膜でもよい。
【００３８】
続いて、図２（Ｃ）に示すように、半導体基板１１を裏面１１ｂにおいて、表面形状制御装置２０（図５）の吸着ステージ２１ｂに設けられた吸着面２１ａに載置し、吸着固定する。このとき、吸着面２１ａにおいて発生する吸着力により、裏面１１ｂが平坦になるため、半導体基板１１の表面部１１ｃは、裏面１１ｂの元の凹凸形状を反映して、凹凸が大きい表面形状となる。
【００３９】
ここで、表面部１１ｃとは、金属膜１４のうち、保護膜１３の上面１３ｂを覆っている部分を示す。また、「表面形状」とは、表面部１１ｃの凹凸のプロファイルであり、表面部１１ｃと後述する切断面Ｐとの距離のプロファイルに対応する。表面形状は、表面部１１ｃにおける半導体基板１１の厚さや表面粗さなどにより数値化して表面形状データとすることができる。
【００４０】
ここで、表面形状制御装置２０の構成について、図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。
表面形状制御装置２０は、半導体基板１１を載置するステージ２１と、半導体基板１１を吸着固定するための吸着装置２２と、半導体基板１１の表面部１１ｃの形状を測定する表面形状測定装置２３と、半導体基板１１を裏面１１ｂから変形させるための変形装置２４と、これらの装置を制御するための制御コンピュータ２５とから構成されている。
【００４１】
ステージ２１は、吸着ステージ２１ｂと下部ステージ２１ｃとの間に中空部２１ｄを有する中空形状に形成されており、吸着ステージ２１ｂには、半導体基板１１を吸着固定する吸着面２１ａと、真空ポンプなどの吸着装置２２を用いて中空部２１ｄを減圧することにより生じる吸着力を半導体基板１１に作用させる吸着孔２１ｅとが形成されている。
【００４２】
吸着ステージ２１ｂは、後述する変形装置２４による変位を半導体基板１１に加えるために、変形しやすく形成されている。ここでは、吸着ステージ２１ｂは、厚さ１ｍｍの板状のステンレス鋼により形成されている。
下部ステージ２１ｃには、吸着装置２２を接続するための減圧孔２１ｆと変形装置２４とが設けられている。
【００４３】
本実施形態では、変形装置２４として、複数個の圧電アクチュエータ２４ａを用いた。圧電アクチュエータ２４ａは、所定の間隔、例えば１ｃｍ間隔で格子状に配置されており、吸着ステージ２１ｂの裏面２１ｇに当接し、上向きの変位を発生させることができるように設けられている。なお、図５（Ａ）及び（Ｂ）には、便宜上、縦４個、横４個ずつの計１６個の圧電アクチュエータ２４ａが配置されている場合を例示した。各圧電アクチュエータ２４ａは、制御コンピュータ２５により独立して変位を制御することができ、それぞれ異なる変位を発生させることができる。ここで、圧電アクチュエータ２４ａは、変位制御の精度が高く、バックラッシュが少ないとともに、作動時の発熱量も小さい。
【００４４】
圧電アクチュエータ２４ａに上向きの変位を生じさせると、吸着ステージ２１ｂを介して半導体基板１１に上向きの変位を与えて、半導体基板１１を変形させることができる。ここで、圧電アクチュエータ２４ａは、吸着ステージ２１ｂを介して半導体基板１１に変位を与えるため、圧電アクチュエータ２４ａにより半導体基板１１に局所的に応力が発生し、局所的に変形することを防止することができる。
また、吸着装置２２による負圧を用いて半導体基板１１に下向きの変位を与えることもできる。
【００４５】
変形装置２４は、上端部を吸着ステージ２１ｂの裏面２１ｇと接合して設けてもよい。この構成を用いると、半導体基板１１に上向きの変位を与える場合に遊びが生じないとともに、半導体基板１１に吸着ステージ２１ｂを介して下向きの変位を与えることもできる。
【００４６】
表面形状測定装置２３は、半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を測定する装置である。本実施形態では、表面形状測定装置２３としてレーザ変位計を用いた。レーザ変位計を用いると、表面形状を非接触で精度良く測定することができるとともに、測定時間を短くすることができる。
表面形状測定装置２３により測定された表面部１１ｃの表面形状データは、制御コンピュータ２５に対して出力される。
【００４７】
続く工程では、図３（Ｄ）に示すように、表面形状測定装置２３により半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を測定する。ここでは、半導体基板１１の表面部１１ｃに格子状に測定点を設定して、表面形状測定装置２３を切削面Ｐに平行な面に沿って走査して半導体基板１１の厚さを測定し、各点の測定データを制御コンピュータ２５に対して出力する。そして、制御コンピュータ２５では、各点の測定データに基づいて、各測定点間を補完して、半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状データを構築する。
【００４８】
ここで、表面形状測定装置２３は、図５（Ｂ）の直線Ｓに示すように、測定点に少なくとも変形装置２４により変位が与えられる点に対応する表面部１１ｃの点が含まれるように走査する。
これによれば、最も変位が大きくなる測定点を測定することができるので、表面形状の測定精度を向上させることができる。
また、測定点の数は圧電アクチュエータ２４ａの数よりも多くすることができる。これによれば、各圧電アクチュエータ２４ａ間の領域の変位も測定することができ、各圧電アクチュエータ２４ａ間を補完する測定点を増やすことができるため、表面形状の測定精度を向上させることができる。
【００４９】
表面形状データの一例を図６（Ａ）に示す。図６（Ａ）において、横軸は半導体基板１１のＸ軸（図５（Ｂ））方向の位置、縦軸は半導体基板１１の厚さを示す。図６（Ａ）は、変形装置２４により変位が与えられる点に対応する表面部１１ｃの点を含み、１ｍｍ間隔で測定した幅約８０ｍｍの領域における厚さのプロファイルを示す。ここで、半導体基板１１の表面部１１ｃの凹凸差は最大３．２μｍである。
【００５０】
続いて、図３（Ｅ）に示すように、半導体基板１１の裏面１１ｂから変形装置２４により変位を加えて、吸着ステージ２１ｂと平行に設定された切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが後述する切削加工における要求精度内に収まるように半導体基板１１を変形させ、表面形状を制御する。つまり、表面部１１ｃの凹凸差が切削加工における要求精度内に収まるように半導体基板１１を変形させる。
【００５１】
具体的には、制御コンピュータ２５において構築された表面形状データに基づいて、表面部１１ｃの凹凸差が、要求精度、例えば１μｍ以内、になるように、制御コンピュータ２５により変形装置２４の各圧電アクチュエータ２４ａの変位量を制御して、吸着ステージ１２ｂを介して裏面１１ｂから半導体基板１１に変位を与える。
ここで、変形装置２４の各圧電アクチュエータ２４ａの変位と半導体基板１１の変形量との関係は、シミュレーションまたは実測によりあらかじめ求めておく。
【００５２】
表面形状の制御の一例を図６（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。図６（Ｂ）において、横軸は半導体基板１１のＸ軸方向の位置、縦軸は変形装置２４により与えられた変位を示す。ここで、図中Ａ〜Ｈが各圧電アクチュエータの配置位置を示し、変位のプロファイルは、圧電アクチュエータＡ〜Ｈにより与えた変位を直線補完したものである。
正の値は上向きの変位、負の値は下向きの変位を表している。圧電アクチュエータＣ、Ｅ、Ｆにおける変位は、吸着装置２２による減圧により発生させた変位である。
【００５３】
続いて、変形された半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を表面形状測定装置２３により測定し、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であるか否かを制御コンピュータ２５において判定する。ここでは、表面部１１ｃの凹凸差が１μｍ以内であるか否かを判定する。
本実施形態では、図６（Ｃ）に示すように、表面部１１ｃの凹凸差が１μｍ以内となり、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内に表面形状を制御することができた。
【００５４】
制御コンピュータ２５において、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であると判定されると、続いて、図４（Ｆ）に示すように、バイト３１を用いて金属膜１４の表面から切削加工を行い、金属膜１４をパターニングして金属電極１５を形成する。ここで、保護膜１３の上面１３ｂも切削加工され、新たな上面１３ｄが表出する。
【００５５】
本実施形態では、バイト３１と半導体装置１０との相対速度は２０ｍ／ｓ、切削加工のピッチは７０μｍに設定した。また、バイト３１の金属膜１４に対する高さ精度は０．１μｍ以下とした。
【００５６】
上述の切削条件で、半導体基板１１の主面１１ａ全面にわたって切削加工を行うことにより、保護膜１３の上面１３ｂ上に位置する金属膜１４を除去し、開口部１３ａの内部にのみ金属膜１４を残すようにパターニングして金属電極１５を形成することができる。つまり、金属電極１５は、開口部１３ａにより表出した下地電極１２の表面１２ａ及び段差を形成する保護膜１３の側面１３ｃを覆って形成される。
【００５７】
そして、図４（Ｇ）に示すように、圧電アクチュエータ２４ａの変位を解除して、半導体基板１１をステージ２１から外すことにより、半導体基板１１に金属電極１５を形成することができる。
【００５８】
上述の工程によれば、半導体基板１１の主面１１ａ全面にわたって切削加工を行うことにより、保護膜１３の上面１３ｂ上に位置する金属膜１４を除去し、開口部１３ａの内部にのみ金属膜１４を残すようにパターニングして金属電極１５を形成することができる。金属電極１５は、開口部１３ａにより表出した下地電極１２の表面１２ａ及び段差を形成する保護膜１３の側面１３ｃを覆って形成されているので、下地電極１２の表面１２ａのみに金属電極１５が形成される場合と比べて、金属電極１５の強度を向上させることができる。
【００５９】
また、吸着ステージ２１ｂに吸着固定されることにより裏面１１ｂの形状を反映して表面部１１ｃの凹凸差が増大した半導体基板１１について、表面部１１ｃの凹凸差を小さくし、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離を所定の範囲（加工の要求精度）内にすることができる。これにより、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
【００６０】
金属電極１５は、はんだやワイヤなどの部材により他の部材と接続される。例えば、図７に示すように、エミッタ電極たる金属電極１５には、はんだ４１を介してヒートシンク４０を接合する構成を用いることができる。
ここで、金属電極１５のうち段差を形成する保護膜１３の側面１３ｃに形成された部位に対しては、金属電極１５を介して、はんだ４１が接している。これにより、はんだ４１が金属電極１５に接触する面積を増大させることができるので、はんだ４１の接合強度を向上させることができる。
【００６１】
［第１実施形態の効果］
（１）半導体基板１１の主面１１ａに、半導体素子と電気的に接続された下地電極１２を形成し、下地電極１２を覆って保護膜１３を形成し、保護膜１３の表面から下地電極１２に向かって、下地電極１２を表出させる開口部１３ａを形成し、保護膜１３及び開口部１３ａから臨む下地電極１２の表面を覆って金属膜１４を形成し、切削面Ｐにおいて切削を行う切削加工により、金属膜１４のうち開口部１３ａの内部に形成された部分のみを残すようにパターニングして金属電極１５を形成することができる。
このとき、金属膜１４が形成された半導体基板１１を吸着ステージ２１ｂに吸着固定した後に、表面形状測定装置２３により、吸着ステージ２１ｂに吸着固定された半導体基板１１の金属膜１４のうち保護膜１３を覆っている表面部１１ｃの表面形状データを取得し、この表面形状データに基づいて、半導体基板１１に吸着ステージ２１ｂ側から変位を与えて変形させる変形装置２４により、吸着ステージ２１ｂと平行に設定された切削面Ｐと半導体基板１１の表面部１１ｃとの距離が所定の範囲（切削加工の要求精度）内になるように変形させることができる。そして、表面形状測定装置２３により、変形された半導体基板１１の表面形状を測定し、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離が所定の範囲内であると判定された場合に、変形装置２４により変形された半導体基板１１を吸着ステージ２１ｂに吸着固定したまま、切削面Ｐにおいて切削加工を行うことができる。
これにより、吸着ステージ２１ｂに吸着固定されることにより裏面１１ｂの形状を反映して表面部１１ｃの凹凸差が増大した半導体基板１１について、表面部１１ｃの凹凸差を小さくし、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離を所定の範囲内にすることができる。このため、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
【００６２】
（２）金属電極１５は、開口部１３ａにより表出した下地電極１２の表面１２ａ及び段差を形成する保護膜１３の側面１３ｃを覆って形成されているので、下地電極１２の表面１２ａのみに金属電極１５が形成される場合と比べて、金属電極１５の強度を向上させることができる。また、金属電極１５にはんだ付けを行う場合には、はんだのぬれ面積を大きくすることができるので、接合強度を向上することができる。
【００６３】
（３）変形装置２４の圧電アクチュエータ２４ａは、吸着ステージ２１ｂの裏面２１ｇに当接して設けられており、吸着ステージ２１ｂを介して半導体基板１１に変位を与えるため、圧電アクチュエータ２４ａにより半導体基板１１に局所的に応力が発生し、半導体基板１１が局所的に変形することを防止することができる。
【００６４】
（４）変形装置２４は、変位をそれぞれ制御可能な複数個の圧電アクチュエータ２４ａを備えているため、半導体基板１１の変形状態に応じて異なる変位を与えることができ、半導体基板１１の表面形状を精度良く制御することができる。圧電アクチュエータ２４ａは、変位制御の精度を高く、バックラッシュが少ないとともに、作動時の発熱量も小さい。
【００６５】
（５）表面形状測定装置２３による表面形状データの測定点数は、圧電アクチュエータ２４ａの数よりも多いため、圧電アクチュエータ２４ａ間の領域の変位も測定することができるので、表面形状の測定精度を向上させることができる。
【００６６】
（６）表面形状測定装置２３は、変形装置２４により変位を与える点に対応する表面部１１ｃの表面形状を少なくとも測定するため、最も変形が大きい部分を測定することができるので、表面形状の測定精度を向上させることができる。
【００６７】
（７）表面形状測定装置２３が、切削面Ｐに平行な面に沿って走査されるレーザ変位計であるため、表面形状を非接触で精度良く測定することができるとともに、測定時間を短くすることができる。
【００６８】
［第２実施形態］
この発明に係る半導体装置の金属電極形成方法及び半導体装置の第２実施形態について、図を参照して説明する。ここでは、バイポーラトランジスタや横拡散型トランジスタ（ＬＤＭＯＳ）などのパワー素子と外部の基板とのコンタクトをとるための電極としてＡｕ電極を用いる場合を例に説明する。図８ないし図１０は、第２実施形態に係る半導体装置の電極形成方法の断面説明図である。
なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【００６９】
金属電極１５の形成方法について説明する。
まず、図８（Ａ）に示すように、図示しないパワー素子が形成された半導体基板１１を用意し、ホトリソグラフィー法によりパターニングされ、半導体素子と電気的に接続された下地電極１２を主面１１ａに形成する。
【００７０】
次に、下地電極１２の上面に窒化けい素（Ｐ−ＳｉＮ）からなる保護膜５３を形成し、下地電極１２の一部を表出させる開口部５３ａを表面から下地電極１２に向かって開口して形成する。
【００７１】
次に、図８（Ｂ）に示すように、スパッタ法により、保護膜５３の表面及び下地電極１２を覆うバリア・シード層５６を形成する。本実施形態では、バリア・シード層５６は、ＴｉＮ膜にＣｕ膜を積層して形成されている。
そして、フォトリソグラフィ法およびエッチング法により、フォトレジスト膜５７を所定の形状にパターニングして形成する。
【００７２】
続いて、図９（Ｃ）に示すように、フォトレジスト膜５７をマスクとし、電解めっき法によりＡｕ電極膜５４を形成する。
【００７３】
続いて、図９（Ｄ）に示すように、フォトレジスト膜５７を除去した後に、保護膜５３の表面で露出したバリア・シード層５６をエッチング法により除去する。
【００７４】
続いて、図１０（Ｅ）に示すように、半導体基板１１を裏面１１ｂにおいて、表面形状制御装置２０（図５）の吸着ステージ２１ｂに設けられた吸着面２１ａに載置し、吸着固定する。このとき、吸着面２１ａにおいて発生する吸着力により、裏面１１ｂが平坦になるため、半導体基板１１の表面部１１ｃは、裏面１１ｂの元の凹凸形状を反映して、凹凸が大きい表面形状となる。ここで、表面部１１ｃとは、Ａｕ電極膜５４の表面部分を示す。
【００７５】
続く工程では、図１１（Ｆ）に示すように、表面形状測定装置２３により半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を測定する。ここでは、半導体基板１１の表面部１１ｃに格子状に測定点を設定して、表面形状測定装置２３を切削面Ｐに平行な面に沿って走査して半導体基板１１の厚さを測定し、各点の測定データを制御コンピュータ２５に対して出力する。そして、制御コンピュータ２５では、各点の測定データに基づいて、各測定点間を補完して、半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状データを構築する。
【００７６】
続いて、図１１（Ｇ）に示すように、半導体基板１１の裏面１１ｂから変形装置２４により変位を加えて、吸着ステージ２１ｂと平行に設定された切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが後述する切削加工における要求精度内に収まるように半導体基板１１を変形させ、表面形状を制御する。つまり、表面部１１ｃの凹凸差が切削加工における要求精度内に収まるように半導体基板１１を変形させる。
【００７７】
具体的には、制御コンピュータ２５において構築された表面形状データに基づいて、表面部１１ｃの凹凸差が、要求精度、例えば１μｍ以内、になるように、制御コンピュータ２５により変形装置２４の各圧電アクチュエータ２４ａの変位量を制御して、吸着ステージ１２ｂを介して裏面１１ｂから半導体基板１１に変位を与える。
【００７８】
続いて、変形された半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を表面形状測定装置２３により測定し、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であるか否かを制御コンピュータ２５において判定する。ここでは、表面部１１ｃの凹凸差が１μｍ以内であるか否かを判定する。
【００７９】
制御コンピュータ２５において、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であると判定されると、続いて、図１２（Ｈ）に示すように、バイト３１を用いてＡｕ電極膜５４の表面から切削加工を行い、金属電極５５を形成する。
【００８０】
そして、図１２（Ｉ）に示すように、圧電アクチュエータ２４ａの変位を解除して、半導体基板１１をステージ２１から外すことにより、半導体基板１１に金属電極５５を形成することができる。
【００８１】
上述の工程によれば、半導体基板１１の主面１１ａ全面にわたって切削加工を行うことにより、表面が平坦な金属電極５５を形成することができる。
また、吸着ステージ２１ｂに吸着固定されることにより裏面１１ｂの形状を反映して表面部１１ｃの凹凸差が増大した半導体基板１１について、表面部１１ｃの凹凸差を小さくし、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離を所定の範囲（加工の要求精度）内にすることができる。これにより、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
【００８２】
［第２実施形態の効果］
（１）半導体基板１１の主面１１ａ全面にわたって切削加工を行うことにより、表面が平坦な金属電極５５を形成することができる。
また、吸着ステージ２１ｂに吸着固定されることにより裏面１１ｂの形状を反映して表面部１１ｃの凹凸差が増大した半導体基板１１について、表面部１１ｃの凹凸差を小さくし、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離を所定の範囲（加工の要求精度）内にすることができる。これにより、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
【００８３】
［その他の実施形態］
（１）上述した実施形態では、変形装置として圧電アクチュエータ２４ａを用いたが、これに限定されるものではなく、変位を制御して加えることができれば適用することができる。例えば、電磁ソレノイド、油圧アクチュエータなどを用いることもできる。この構成を用いると、圧電アクチュエータ２４ａより大きな変位を発生させることができる。
【００８４】
（２）上述した実施形態では、表面形状測定装置２３としてレーザ変位計を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、表面粗さ計や静電容量の変化により距離を検出するギャップセンサなどを用いることもできる。
また、表面形状測定装置２３による測定点の数及び配置は任意であり、均等な間隔で配置する必要もない。また、例えば、表面粗さ計を用いる場合のように、連続した測定により取得したプロファイルデータを用いることもできる。
【００８５】
（３）吸着ステージ２１ｂに貫通孔を形成し、圧電アクチュエータ２４ａを直接接触させて変位を加えてもよい。この構成を用いると、変位を与える際に吸着ステージ２１ｂを介さないので、圧電アクチュエータ２４ａが変位を発生するために必要な力を小さくすることができるので、小型の圧電アクチュエータを使用することができる。
【００８６】
（４）上述した実施形態では、中空部２１ｄの常圧の大気を吸着装置２２で減圧することにより負圧を生じさせたが、中空部２１ｄに水、オイルなどの流体を充填し、この流体を中空部２１ｄの外部に排出することにより負圧を生じさせてもよい。この構成を用いた場合でも、負圧により半導体基板１１に下向きの変位を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】第１実施形態の金属電極形成方法により金属電極が形成された半導体装置の断面説明図である。
【図２】第１実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【図３】第１実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【図４】第１実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【図５】表面形状制御装置の説明図である。図５（Ａ）は、断面図であり、図５（Ｂ）は、半導体基板側から見た平面説明図である。
【図６】半導体基板の表面形状制御の一例を示す説明図である。図６（Ａ）は、吸着時の半導体基板の厚さプロファイルであり、図６（Ｂ）は、変形装置により与えた変位のプロファイルであり、図６（Ｃ）は、変形装置により変位を与えた半導体基板の厚さプロファイルである。
【図７】金属電極においてはんだ付けを施した半導体装置の断面説明図である。
【図８】第２実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【図９】第２実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【図１０】第２実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【図１１】第２実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【図１２】第２実施形態の金属電極形成方法の工程図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０ 半導体装置
１１ 半導体基板
１１ａ 主面
１１ｃ 表面部
１２ 下地電極
１３ 保護膜
１３ａ 開口部
１４ 金属膜
１５ 金属電極
２０ 表面形状制御装置
２１ ステージ
２１ａ 吸着ステージ
２３ 表面形状測定装置（表面形状測定手段）
２４ 変形装置（変形手段）
２５ 制御コンピュータ
３１ バイト
Ｐ 切削面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主面に、半導体素子と電気的に接続された下地電極を形成する工程と、
前記下地電極を覆って保護膜を形成し、前記保護膜の表面から前記下地電極に向かって、前記下地電極を表出させる開口部を形成する工程と、
前記保護膜及び前記開口部から臨む前記下地電極の表面を覆って金属膜を形成する工程と、
半導体基板を吸着固定する吸着ステージに、前記金属膜が形成された半導体基板を吸着固定した後に、前記半導体基板の主面に臨んで配設され半導体基板の表面形状を測定する表面形状測定手段により、前記吸着ステージに吸着固定された半導体基板の、前記金属膜のうち前記保護膜を覆っている表面部の表面形状データを取得する工程と、
前記表面形状測定手段により取得された前記表面形状データに基づいて、前記吸着ステージに固定された半導体基板に前記吸着ステージ側から変位を与えて変形させる変形手段により、前記吸着ステージと平行に設定された切削面と前記半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように変形させる工程と、
前記表面形状測定手段により前記変形された半導体基板の表面部の表面形状を測定し、前記切削面と前記変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であるか否かを判定する工程と、
前記切削面と前記変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であると判定された場合に、前記変形された半導体基板を前記吸着ステージに吸着固定したまま、前記切削面において切削を行う切削加工により、前記金属膜をパターニングして金属電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項２】
前記金属電極を形成する工程において、前記金属膜のうち前記開口部の内部に形成された部分のみを残すようにパターニングして金属電極を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項３】
前記変形手段は、前記吸着ステージの裏面に当接して設けられており、前記吸着ステージを介して前記半導体基板に変位を与えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項４】
前記変形手段は、変位をそれぞれ制御可能な複数個のアクチュエータを備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項５】
前記アクチュエータは、圧電素子を用いた圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項６】
前記表面形状測定手段による前記表面形状データの測定点数は、前記アクチュエータの数よりも多いことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項７】
前記表面形状測定手段は、前記変形手段により変位を与える点に対応する前記表面部の表面形状を少なくとも測定することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項８】
前記表面形状測定手段は、前記切削面に平行な面に沿って走査されるレーザ変位計であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項９】
半導体基板の主面に、半導体素子と電気的に接続された下地電極を形成し、前記下地電極を覆って保護膜を形成し、前記保護膜の表面から前記下地電極に向かって、前記下地電極を表出させる開口部を形成し、前記保護膜及び前記開口部から臨む前記下地電極の表面を覆って金属膜を形成するとともに、前記半導体基板を吸着固定する吸着ステージに前記半導体基板の裏面を吸着固定した状態で前記金属膜を表面より切削加工することにより、前記金属膜をパターニングして金属電極を形成してなる半導体装置において、
切削加工により切削された部分の厚さのばらつきが、前記半導体基板の裏面の凹凸差より小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
前記保護膜の上面に対して前記開口部から臨む前記下地電極の表面が引っ込むように段差が形成されており、前記金属電極は、前記開口部から臨む前記下地電極の表面及び前記段差を形成する前記保護膜の側面に形成されたものとなっていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記金属電極のうち前記段差を形成する前記保護膜の側面に形成された部位は、前記金属電極を介し、はんだが接していることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記保護膜の上面に対して、前記開口部より前記金属電極が突出して形成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記保護膜は、樹脂よりなることを特徴とする請求項９ないし請求項１２のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１】
半導体基板の主面に、半導体素子と電気的に接続された下地電極を形成する工程と、
前記下地電極を覆って保護膜を形成し、前記保護膜の表面から前記下地電極に向かって、前記下地電極を表出させる開口部を形成する工程と、
前記保護膜及び前記開口部から臨む前記下地電極の表面を覆って金属膜を形成する工程と、
半導体基板を吸着固定する吸着ステージに、前記金属膜が形成された半導体基板を吸着固定した後に、前記半導体基板の主面に臨んで配設され半導体基板の表面形状を測定する表面形状測定手段により、前記吸着ステージに吸着固定された半導体基板の、前記金属膜のうち前記保護膜を覆っている表面部の表面形状データを取得する工程と、
前記表面形状測定手段により取得された前記表面形状データに基づいて、前記吸着ステージに固定された半導体基板に前記吸着ステージ側から変位を与えて変形させる変形手段により、前記吸着ステージと平行に設定された切削面と前記半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように変形させる工程と、
前記表面形状測定手段により前記変形された半導体基板の表面部の表面形状を測定し、前記切削面と前記変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であるか否かを判定する工程と、
前記切削面と前記変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であると判定された場合に、前記変形された半導体基板を前記吸着ステージに吸着固定したまま、前記切削面において切削を行う切削加工により、前記金属膜をパターニングして金属電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項２】
前記金属電極を形成する工程において、前記金属膜のうち前記開口部の内部に形成された部分のみを残すようにパターニングして金属電極を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項３】
前記変形手段は、前記吸着ステージの裏面に当接して設けられており、前記吸着ステージを介して前記半導体基板に変位を与えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項４】
前記変形手段は、変位をそれぞれ制御可能な複数個のアクチュエータを備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項５】
前記アクチュエータは、圧電素子を用いた圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項６】
前記表面形状測定手段による前記表面形状データの測定点数は、前記アクチュエータの数よりも多いことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項７】
前記表面形状測定手段は、前記変形手段により変位を与える点に対応する前記表面部の表面形状を少なくとも測定することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項８】
前記表面形状測定手段は、前記切削面に平行な面に沿って走査されるレーザ変位計であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項９】
半導体基板の主面に、半導体素子と電気的に接続された下地電極を形成し、前記下地電極を覆って保護膜を形成し、前記保護膜の表面から前記下地電極に向かって、前記下地電極を表出させる開口部を形成し、前記保護膜及び前記開口部から臨む前記下地電極の表面を覆って金属膜を形成するとともに、前記半導体基板を吸着固定する吸着ステージに前記半導体基板の裏面を吸着固定した状態で前記金属膜を表面より切削加工することにより、前記金属膜をパターニングして金属電極を形成してなる半導体装置において、
切削加工により切削された部分の厚さのばらつきが、前記半導体基板の裏面の凹凸差より小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
前記保護膜の上面に対して前記開口部から臨む前記下地電極の表面が引っ込むように段差が形成されており、前記金属電極は、前記開口部から臨む前記下地電極の表面及び前記段差を形成する前記保護膜の側面に形成されたものとなっていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記金属電極のうち前記段差を形成する前記保護膜の側面に形成された部位は、前記金属電極を介し、はんだが接していることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記保護膜の上面に対して、前記開口部より前記金属電極が突出して形成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記保護膜は、樹脂よりなることを特徴とする請求項９ないし請求項１２のいずれか１つに記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−４９３５６（Ｐ２００９−４９３５６Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３７０３９（Ｐ２００７−３３７０３９）
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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