金屬電極形成方法和具有金屬電極的半導體器件的製作方法

2023-06-15 12:22:16

專利名稱：金屬電極形成方法和具有金屬電極的半導體器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬電極形成方法和具有金屬電極的半導體器件。
背景技術：
近年來，有一種需求，希望在形成於半導體襯底上的電路表面上以低成本形成用 於焊接接縫等的金屬電極。 響應於該需求，作為一種在構圖中無需包括光刻步驟的形成金屬電極的技術，專 利文獻1 (JP-A-2006-186304)公開了一種在製造半導體器件的過程中實施的形成金屬電 極的技術，其中在半導體襯底的一側上形成基底電極(bed eletrode);在基底電極上形 成保護膜並在保護膜中形成開口 ；以及在通過開口裸露的基底電極表面上形成用於連接的 金屬電極。根據該技術，製造出一個水平高度差，使得通過開口暴露的基底電極的表面從保 護膜頂部下凹，利用該水平高度差，從而通過切削處理對形成於基底電極上的金屬膜和類 似的保護膜進行構圖。於是，形成了金屬電極。 如上述技術那樣，在通過切削形成金屬電極的圖案時，必須要以這樣的高精度來 實現切削處理，使得在半導體襯底的整個表面上以金屬膜表面為基準的切削量的變化降到 例如2iim以下。 這裡，當把半導體襯底吸附或緊固到吸附臺上時，使半導體襯底發生形變從而使 半導體襯底的背面平坦化。因此，當反映出其背側的原始不規則形狀時，半導體襯底的主要 側的形狀被形成為具有很大的不規則性。 在平行於吸附臺的平面上執行切削工作。因此，當半導體襯底的厚度變化大於所 要求的切削量精確度時，例如為3ym時，在該平面的一部分中會存在不滿足所要求的切削 量精確度的區域。這造成產率降低的問題。 因此，需要通過切削處理對金屬膜進行構圖而實現金屬電極形成方法和半導體器 件，該方法用於在半導體襯底上形成有金屬電極的半導體器件，半導體襯底的厚度變化大 於對切削量所要求的精確度，執行所述切削處理用於滿足切削量所要求的精確度。
此外，如上述技術那樣，在通過切削形成金屬電極圖案時，必須要切削樹脂材料制 成的保護膜上層疊有金屬膜的區域。當保護膜的表面粗糙度增大時，絕緣強度降低。因此， 必須要將經過切削處理的保護膜的表面粗糙度限制在100nm或更小。 由於金屬膜和保護膜在剛性方面彼此很不相同，因此在切削保護膜上層疊有金屬 膜的區域時，在切削夾具的尖端附近作用於保護膜的拉應力變高。因此，作為金屬膜的下層 膜的保護膜的處理側被拉動(plucked)。這導致了一個問題，即經過切削處理的保護膜的表 面粗糙度增大了。
因此，需要實現一種用於半導體器件的金屬電極形成方法，其能夠減小經過切削 處理的保護膜的表面粗糙度。

發明內容
鑑於以上問題，本發明的目的在於提供一種金屬電極形成方法。本發明的另一目 的是提供一種具有金屬電極的半導體器件。 根據本公開的第一方面，一種用於半導體器件的金屬電極形成方法包括在半導 體襯底的主表面上形成基底電極，其中所述基底電極電連接到半導體元件；在所述基底電 極上形成保護膜，並在所述保護膜中形成開口 ，使得所述基底電極從所述開口暴露出來；在 所述保護膜上形成金屬膜，以覆蓋所述保護膜和所述保護膜的所述開口 ；在吸附臺上安裝 具有所述金屬膜的所述半導體襯底，並通過表面形狀測量裝置測量所述金屬膜的至少一部 分的表面形狀，其中所述吸附臺在所述臺上吸附和固定所述半導體襯底，並且其中所述金 屬膜的一部分設置在所述保護膜上；利用能夠使所述半導體襯底發生位移的形變裝置，基 於所述金屬膜的一部分的表面形狀數據使所述半導體襯底發生形變，使得所述半導體襯底 的所述主表面和切削表面之間的差異在預定範圍之內，並且其中所述形變裝置設置在臺一 側上；測量所述半導體襯底的所述主表面的表面形狀，並判斷所述切削表面和所述半導體 襯底的所述主表面之間的差異是否在預定範圍之內；以及當所述切削表面和所述半導體襯 底的所述主表面之間的差異在所述預定範圍之內時，沿所述切削表面切削具有所述金屬膜 的所述半導體襯底，以便將所述金屬膜構圖成金屬電極。 當把半導體襯底吸附或緊固到吸附臺時，雖然在反映出其背側的形狀的同時表面 部分的凹陷和凸起部分之間的差異增大，但能夠減小表面部分的凹陷和凸起部分之間的差 異。此外，可以將切削平面和表面部分之間的距離限定到預定範圍內。因此，由於可以提高 切削處理中的精度，因此可以提高形成金屬電極的產率。 或者，在切削具有所述金屬膜的所述半導體襯底期間，僅一部分所述金屬膜保留
在所述保護膜的所述開口中，從而使所述金屬膜的所述部分提供所述金屬電極。 或者，所述形變裝置可以設置在所述吸附臺的背側上，使得所述形變裝置與所述
半導體襯底位置相反，並且所述形變裝置經由所述吸附臺使所述半導體襯底發生位移。 或者，所述形變裝置可以包括多個致動器，並且每個致動器獨立地使所述半導體
襯底發生位移。此外，每個致動器都可以是具有壓電元件的壓電致動器。此外所述表面形
狀測量裝置可以在多個測量點處測量所述金屬膜的表面形狀，並且所述測量點的數目大於
所述致動器的數目。 或者，所述表面形狀測量裝置可以在多個測量點處測量所述金屬膜的表面形狀， 並且其中所述形變裝置以如下方式使所述半導體襯底發生位移所述形變裝置在每一個均 對應於所述測量點的多個位移點處向所述半導體襯底施加位移。 或者，所述表面形狀測量裝置可以是雷射位移計，其沿著平行於所述切削表面的 平面掃描所述金屬膜的表面形狀。 根據本公開的第二方面，一種半導體器件包括半導體襯底，其具有主表面和背側 表面；基底電極，其電連接到半導體元件，其中所述基底電極設置在所述半導體襯底的所述 主表面上；保護膜，其設置於所述基底電極上，其中所述保護膜包括開口 ，所述基底電極的一部分通過所述開口而暴露出來；以及金屬電極，其設置在所述保護膜的所述開口中並接 觸所述基底電極的所述部分。所述保護膜的表面和所述金屬電極的表面的平坦度偏差小於 所述半導體襯底的所述背側表面的粗糙度，並且所述金屬電極以如下方式提供切削用於 覆蓋所述保護膜和所述保護膜的所述開口的金屬膜，以便在具有所述金屬膜的所述半導體 襯底被安裝在吸附臺上的條件下，將所述保護膜構圖成所述金屬電極。 在該半導體器件中，通過切削處理切削的部分的厚度變化小於半導體襯底的背側 的凹陷和凸起部分之間的差異。因此，所有區域都滿足切削量所要求的精確度。可以提高產率。 或者，所述保護膜的所述開口和所述基底電極的所述部分可以以如下方式提供溝 槽所述保護膜提供所述溝槽的側壁，而所述基底電極的所述部分提供所述溝槽的底部，並 且所述金屬電極設置在所述溝槽的所述側壁和所述底部上。
或者，所述半導體器件還可以包括設置在溝槽中的金屬電極上的焊料層。
或者，所述金屬電極可以從保護膜的開口突出出來。
或者，所述保護膜可以由樹脂製成。 根據本公開的第三方面，一種用於半導體器件的金屬電極形成方法包括在半導 體襯底的主表面上形成基底電極，其中所述基底電極電連接到半導體元件；在所述基底電 極上形成保護膜，並在所述保護膜中形成開口 ，使得所述基底電極從所述開口暴露出來；在 所述保護膜上形成金屬膜，以覆蓋所述保護膜和所述保護膜的所述開口 ；在第一吸附臺上 安裝所述半導體襯底，以在所述第一吸附臺上接觸所述金屬膜，其中所述第一吸附臺包括 用於在其上吸附所述半導體襯底的第一平坦表面；設置具有平行於所述第一吸附臺的所 述第一平坦表面的第二平坦表面的平坦化臺，在所述半導體襯底的背側表面和所述平坦化 臺的所述第二平坦表面之間插入填充物，並且固化所述填充物從而使所述半導體襯底的切 削表面平坦化，其中所述背側表面與所述主表面相反；以及通過所述填充物在第二吸附臺 上吸附和固定所述半導體襯底，並且沿所述切削表面切削具有所述金屬膜的所述半導體襯 底，使得僅一部分所述金屬膜保留在所述保護膜的所述開口中，其中所述金屬膜的所述部 分提供金屬電極。 在上述方法中，改善了金屬膜表面的平坦度。此外，即使在切削處理期間半導體襯
底被吸附或緊固時，金屬膜的表面的形狀在反映背側原始不規則形狀的同時也不會具有大
的不規則性。亦即，減小了金屬膜表面的凹陷和凸起部分之間的差異，且將用於切削處理的
切削平面和金屬膜表面之間的距離約束到預定範圍之內。因此，由於可以提高切削處理中
的精度，因此可以提高形成金屬電極的產率。 或者，填充物可以由加熱時表現出流動性的材料製成。 或者，可以以如下方式插入所述填充物在所述平坦化臺的所述第二平坦表面上 塗布所述填充物，並且將具有所述填充物的所述平坦化臺施壓接觸(press-contact)到所 述半導體襯底的所述背側表面。 根據本公開的第四方面，一種用於半導體器件的金屬電極形成方法包括在半導 體襯底的主表面上形成基底電極，其中所述基底電極電連接到半導體元件；在所述基底電 極上形成保護膜，並在所述保護膜中形成開口 ，使得所述基底電極從所述開口暴露出來；在 所述保護膜上形成金屬膜，以覆蓋所述保護膜和所述保護膜的所述開口 ；在第一吸附臺上
7安裝所述半導體襯底，以在所述第一吸附臺上接觸所述金屬膜，其中所述第一吸附臺包括用於在其上吸附所述半導體襯底的第一平坦表面；以所述背側表面面對所述第三吸附臺的方式在第三吸附臺上方設置所述半導體襯底，以所述位移裝置與所述半導體襯底相反的方式在所述第三吸附臺下方設置位移裝置，並向所述第三吸附臺施加位移，使得所述第三吸附臺匹配並接觸所述半導體襯底的所述背側表面；以及在所述第三吸附臺上吸附和固定所述半導體襯底的所述背側表面，並切削具有所述金屬膜的所述半導體襯底，使得僅一部分所述金屬膜保留在所述保護膜的所述開口中，其中所述金屬膜的所述部分提供金屬電極。
在上述方法中，改善了金屬膜表面的平坦度。即使在切削處理期間半導體襯底被吸附或緊固時，金屬膜的表面形狀在反映背側原始不規則形狀的同時也不會具有大的不規則性。亦即，減小了金屬膜表面的凹陷和凸起部分之間的差異，且將用於切削處理的切削平面和金屬膜表面之間的距離約束到預定範圍之內。因此，由於可以提高切削處理中的精度，因此可以提高形成金屬電極的產率。 或者，所述位移裝置可以包括多個致動器，每個致動器都能夠獨立控制位移。
或者，每個致動器可以是包括壓電元件的壓電致動器。 根據本公開的第五方面，一種用於半導體器件的金屬電極形成方法包括在半導體襯底的主表面上形成基底電極，其中所述基底電極電連接到半導體元件；在所述基底電極上形成保護膜，並在所述保護膜中形成開口 ，使得所述基底電極從所述開口暴露出來；在所述保護膜上形成金屬膜，以覆蓋所述保護膜和所述保護膜的所述開口 ；以及利用切削工具切削具有所述金屬膜的所述半導體襯底，使得僅一部分所述金屬膜保留在所述保護膜的所述開口中，其中所述金屬膜的所述部分提供金屬電極。所述切削工具包括切削表面，所述切削表面具有第一刀刃部分和第二刀刃部分。所述第一刀刃部分設置在所述切削表面的第一側上，而所述第二刀刃部分設置在所述切削表面的第二側上。所述切削表面的所述第一側面向所述切削工具的前向(forward direction)，而所述切削表面的所述第二側面向所述切削工具的後向(backward direction)。所述切削工具沿所述前向移動，而所述後向與所述前向相反。所述切削工具以預定的間距按步進方式移動。以如下方式確定所述間距所述第一刀刃部分切削所述金屬膜在所述保護膜上的堆疊層；以所述預定間距移動所述切削工具；並且所述第二刀刃部分切削所述保護膜暴露出來的區域。 在上述方法中，可以在以指定間距移動切削工具之後要執行的切削期間，利用第二刀刃部分切削保護膜(被第一刀刃部分切削，並且其表面已被削掉從而增大了表面粗糙度)被暴露出來的區域。因此，可以減小經過切削處理的保護膜的表面粗糙度。
或者，所述第一刀刃部分可以利用具有定義為R的曲率半徑的預定弧連接到所述第二刀刃部分，所述切削工具以定義為d的切削深度切削所述保護膜，並且定義為P的所述預定間距具有關係0 < P《2/3(2Rd_d2)1/2。 或者，所述第一刀刃部分以第一面和第二面連接到所述第二刀刃部分，所述第一面和所述第二面中的每一個相對於所述金屬膜的表面都傾斜定義為e的預定角。所述切削工具以定義為d的切削深度切削所述保護膜，並且定義為P的所述預定間距具有關係0< P《2d/(3tan e )。 或者，所述保護膜可以由聚醯亞胺樹脂製成，所述切削工具以等於或小於8ym的切削深度切削所述保護膜。


通過參考附圖給出的如下詳細描述，本發明的上述和其他目的、特徵和優點將變得更加明顯。在附圖中 圖1為其上根據第一實施例的金屬電極形成方法的其上形成有金屬電極的半導體器件的截面說明圖； 圖2A到圖2C示出了第一實施例的金屬電極形成方法中包括的步驟； 圖3A和圖3B示出了第一實施例的金屬電極形成方法中包括的步驟； 圖4A和圖4B示出了第一實施例的金屬電極形成方法中包括的步驟； 圖5A和圖5B為示出了表面形狀控制設備的說明圖，圖5A為表面形狀控制設備的
截面圖，圖5B為從半導體襯底一側看到的其平面說明圖； 圖6A到圖6C為示出了用於半導體襯底的表面形狀控制的範例的說明圖，圖6A為
在吸附期間檢測到的半導體襯底的厚度的分布曲線(profile)，圖6B為形變單元施加的位
移的分布曲線，圖6C為形變單元移動的半導體襯底的厚度的分布曲線； 圖7為已焊接其金屬電極的半導體器件的截面說明圖； 圖8A和圖8B示出了第二實施例的金屬電極形成方法中包括的步驟； 圖9A和圖9B示出了第二實施例的金屬電極形成方法中包括的步驟； 圖10示出了第二實施例的金屬電極形成方法中包括的步驟； 圖IIA和圖IIB示出了第二實施例的金屬電極形成方法中包括的步驟； 圖12A和圖12B示出了第二實施例的金屬電極形成方法中包括的步驟； 圖13A到圖13C示出了第三實施例的金屬電極形成方法中包括的步驟； 圖14A和圖14B示出了第三實施例的金屬電極形成方法中包括的步驟； 圖15A和圖15B示出了第三實施例的金屬電極形成方法中包括的步驟； 圖16A和圖16B為傾倒填充物以形成平坦部分的方法的變型的說明圖； 圖17A和圖17B為第四實施例的金屬電極形成方法中採用的位移控制吸附設備的
說明圖，圖17A為截面圖，而圖17B為從半導體襯底側看到的設備的平面說明圖； 圖18A和圖18B示出了第四實施例的金屬電極形成方法中包括的步驟； 圖19A和圖19B示出了第四實施例的金屬電極形成方法中包括的步驟； 圖20A到圖20C示出了根據第五實施例的金屬電極形成方法包括的步驟； 圖21為切削工具切削金屬電極和保護膜的狀態的截面說明圖； 圖22A和圖22B為保護膜的切削間距和切削狀態之間的關係的截面說明圖； 圖23為決定切削間距的條件的方法的截面說明圖，該方法能夠減小經過切削處
理的保護膜的表面粗糙度；以及 圖24為由根據第六實施例的金屬電極形成方法中採用的切削工具切削金屬電極和保護膜的狀態的截面說明圖。
具體實施例方式(第一實施例) 參考附圖，以下將描述根據本發明的半導體器件的金屬電極形成方法和半導體器件的第一實施例。圖l為其上根據第一實施例的金屬電極形成方法形成有金屬電極的半導體器件的截面說明圖。圖2A到圖4B示出了金屬電極形成方法中包括的步驟。圖5A和圖5B為表面形狀控制設備的說明圖。圖5A為截面圖，而圖5B為從半導體襯底側看到的表面形狀控制設備的平面說明圖。圖6A到圖6C為給出半導體襯底的表面形狀控制的範例的說明圖。圖6A為在吸附期間檢測到的半導體襯底的厚度的分布曲線，圖6B為由形變單元施加的位移的分布曲線，圖6C為由形變單元移動的半導體襯底的厚度的分布曲線。圖7為其金屬電極已焊接的半導體器件的截面說明圖。 適用於電源卡(power card)等的半導體器件10是以半導體襯底11為主體形成的，半導體襯底11由矽等製成。利用純鋁(Al)或諸如鋁-矽(Al-Si)合金或鋁-矽-銅(Al-Si-Cu)合金的鋁合金，在半導體襯底11的主要側lla上形成作為元電極(elementelectrode)的基底電極12。 形成絕緣材料製成的保護膜13以覆蓋主要側lla和每個基底電極12的一部分。例如，由厚度在1到20 ii m範圍內的聚醯亞胺樹脂製造保護膜13。 從保護膜的表面到基底電極12在保護膜13中形成開口 13a，基底電極12通過開口 13a暴露出來。 製造水平高度差，使得通過開口 13a暴露出來的基底電極12的表面12a從保護膜13的頂部13b下凹。 形成金屬電極15以覆蓋通過各個開口 13a暴露的基底電極12的表面12a和產生水平高度差的保護膜13的側面13c，導線耦合到該金屬電極15。通過在基底電極12的側上由鈦(Ti)-鎳(Ni)-金(Au)疊層或Ni-Au疊層按該順序疊置其各部分來形成金屬電極15，並將金屬電極15電連接到各個基底電極12。
接下來，下文將描述形成金屬電極15的方法。 首先，如圖2A所示，製備半導體襯底ll，半導體襯底11中形成有未示出的半導體元件，並依照光刻法對襯底進行構圖以在其主要側lla上形成電連接到半導體元件的基底電極12。 之後，依照旋塗法等形成保護膜13，保護膜13的厚度例如為lOym且由聚醯亞胺樹脂製造。依照光刻法從保護膜的表面向基底電極12形成開口 13a，基底電極12通過該開口 13a暴露出來。當把樹脂材料用作保護膜13時，可以適當地覆蓋具有厚度的基底電極12。 產生了水平高度差，從而通過開口 13a暴露出來的基底電極12的表面12a將從保護膜13的頂部13b下凹。 之後，如圖2B所示，依照電鍍法或濺射法形成金屬膜14，以覆蓋每個基底電極12、保護膜13的頂部13b和保護膜13的側面13c。金屬膜14可以是一種疊層，例如Ti-Ni-Au疊層或Ni-Au疊層，或可以是單層金屬膜。 之後，如圖2C所示，將半導體襯底11設置在表面形狀控制設備20(圖5A和圖5B)中包括的吸附臺21b的吸附表面21a上，半導體襯底11的背側lib接觸吸附表面21a並被吸附或緊固。此時，背側lib由於吸附表面21a上產生的吸附力而變平坦。因此，當反映出背側lib的原始不規則形狀時，半導體襯底11的表面部分lie的形狀具有很大的不規則性。
現在，表面部分11c指覆蓋保護膜13的頂部13b的金屬膜14的一部分。此外，表
面形狀指表面部分11c的不規則的輪廓，由表面部分11c和稍後描述的切削表面P之間的
距離值曲線表示。可以根據從表面部分llc觀察到的半導體襯底11的厚度或其表面粗糙
度以數值表達表面形狀，並由表面形狀數據表示該表面形狀。 現在，將參考圖5A和圖5B描述表面形狀控制設備20的構造。 表面形狀控制設備20包括臺21，其上放置半導體襯底11 ;吸附單元22，其吸附
或緊固半導體襯底11 ;表面形狀測量單元23，其測量半導體襯底11的表面部分11c的形
狀；形變單元24，從半導體襯底11背側lib使半導體襯底11發生形變；以及控制計算機
25，其控制這些單元。 臺21具有中空形狀，並且包括吸附臺21b和下方臺21c之間的空洞21d。吸附臺21b包括吸附或緊固半導體襯底ll的吸附表面21a以及吸附孔21e，吸附力通過吸附孔21e作用在半導體襯底11上，利用諸如真空泵等的吸附單元22通過使空洞21d內的壓力降低生成吸附力。 將吸附臺21b形成為容易發生形變的，以便向半導體襯底11施加位移，該位移由稍後描述的形變單元24生成。這裡，用厚度為1mm的不鏽鋼板形成吸附臺21b。
在下方臺21c中形成或者在其上設置減壓孔21f和形變單元24，通過減壓孔21f連接吸附單元22。 在本實施例中，採用多個壓電致動器24a作為形變單元24。將壓電致動器24a設置成具有預定間隔的網格形式，例如，相鄰壓電致動器之間的空間為lcm。將壓電致動器24a緊靠在吸附臺21b的背側21g上，並將其設置為能夠產生向上的位移。圖5A和圖5B涉及到這樣的情況為了方便起見將總共十六個壓電致動器24a設置成四列四行。壓電致動器24a能夠產生可由控制計算機25相互獨立地加以控制的相互不同的位移。可以高度精確地控制各個壓電致動器24a產生的位移，壓電致動器24造成的後衝得到限制，且在運行期間從壓電致動器24a散發的熱量小。 當壓電致動器24a產生向上的位移時，經由吸附臺21b將向上的位移施加到半導體襯底ll。因此，使半導體襯底ll發生形變。壓電致動器24a經由吸附臺21b向半導體襯底11施加位移。因此，可以防止出現這樣的事件壓電致動器24a在半導體襯底11中局部施加應力，導致半導體襯底11局部形變。 此外，可以用吸附單元22產生的負壓向半導體襯底ll施加向下的位移。
可以將形變單元24設置成其上端結合到吸附臺21b的背側21g。利用這種構造，在向半導體襯底ll施加向上的位移時，不會造成遊隙(Play)。此外，可以經由吸附臺21b向半導體襯底11施加向下的位移。 表面形狀測量單元23是測量半導體襯底11的表面部分llc的表面形狀的單元。在本實施例中，採用雷射位移計作為表面形狀測量單元23。利用雷射位移計能夠以非接觸方式高度精確地測量表面形狀。此外，可以縮短測量時間。 將表面形狀測量單元23所測量的表面部分llc的表面形狀數據輸出到控制計算機25。 在下一個步驟中，如圖3A所示，用表面形狀測量單元23測量半導體襯底11的表面部分llc的表面形狀。這裡，以半導體襯底11的表面部分llc上的網格的形式指定測量點。將表面形狀測量單元23沿著平行於切削平面P的平面掃過，以測量半導體襯底11的厚度。將各個點的測量數據項輸出到控制計算機25。基於各個點的測量數據項，控制計算機25在每對測量點之間插入點的數據，從而構建半導體襯底11的表面部分11c的表面形狀數據。 在圖5B中，如直線S所表示的那樣，使表面形狀測量單元23掃過，使得測量點將包括形變單元24向其施加位移的表面部分11c上的點。 因此，由於能夠測量被施加了最大位移的測量點，因此能夠改善表面形狀的測量精度。 此夕卜，測量點的數目可以大於壓電致動器24a的數目。在這種情況下，可以測量壓電致動器24a之間的區域中發生的位移，其數據項可用於內插壓電致動器之間的點的數據項的測量點數目。因此，可以提高測量表面形狀的精度。 圖6A示出了表面形狀數據的範例。在圖6A中，橫軸表示半導體襯底11上沿X軸(圖5B)方向的位置，縱軸表示半導體襯底ll的厚度。圖6A為以lmm間隔測量的大約80mm寬的區域中、包括形變單元24向其施加位移的表面部分llc上的點的各點處的厚度分布曲線。這裡，半導體襯底11的表面部分llc的凹陷和凸起部分之間的差異最大為3. 2ym。
之後，如圖3B所示，用形變單元24向半導體襯底11的背側llb施加位移。於是，使半導體襯底11發生形變，從而切削平面P和表面部分llc之間的距離變化將降到後述切削處理所要求的精確度之下，其中切削平面P被指定為與吸附臺21b平行。表面形狀得到控制。換言之，使半導體襯底11發生形變，從而表面部分llc的凹陷和凸起部分之間的差異將降到切削處理所要求的精確度之下。 更具體地講，基於由控制計算機25構建的表面形狀數據，控制計算機25控制由形變單元24的各個壓電致動器24a產生的位移大小，從而表面部分llc的凹陷和凸起部分之間的差異將落在所要求的精確度之下，例如為m。然後經由吸附臺21b向半導體襯底11的背側lib施加位移。 現在，通過仿真或實際測量來預先確定形變單元24的各個壓電致動器24a產生的位移和半導體襯底11的形變量之間的關係。 圖6B和圖6C示出了表面形狀控制的範例。在圖6B中，橫軸表示半導體襯底11上的沿x軸方向的位置，縱軸表示由形變單元24施加的位移。這裡，字母A到H表示相應的壓電致動器的設置位置。通過基於致動器A到H所施加的位移進行線性內插獲得位移分布曲線。 正值表示向上的位移，負值表示向下的位移。由壓電致動器C、 E和F產生的位移是從吸附單元22執行的減壓得到的位移。 之後，用表面形狀測量單元23測量發生形變的半導體襯底11的表面部分lie的表面形狀。控制計算機25判斷切削平面P和表面部分lie之間的距離變化是否落在切削處理所要求的精確度之下。這裡，對表面部分lie的凹陷和凸起部分之間的差異是否落在liim以下做出判斷。 在本實施例中，如圖6C所示，表面部分llc的凹陷和凸起部分之間的差異落在lym以下。因此能夠控制表面形狀，使得切削平面P和表面部分llc之間的距離變化落在切削處理所要求的精確度之下。
如果控制計算機25判斷切削平面P和表面部分11c之間的距離變化落在了切削處理所要求的精確度之下，如圖4A所示，用切削工具31在金屬膜14的表面上進行切削處理。於是金屬膜14被構圖，以形成金屬電極15。此時，保護膜13的頂部13b也受到切削處理，出現新的頂部13d。 在本實施例中，切削工具31和半導體器件10之間的相對速度設置成20m/s，切削處理的間距設置成70ym。此外，切削工具31的刀頭相對於金屬膜14的高度的精確度為0. 1 u m或更小。 在上述切削條件下，在半導體襯底11的整個主要側lla上執行切削處理，由此對金屬膜14進行構圖，以便將金屬膜從保護膜13的頂部13b去除，並且在開口 13a內部將保持金屬膜完整無損。從而形成了金屬電極15。亦即，形成金屬電極15以覆蓋通過開口 13a暴露出來的基底電極12的表面12a和產生水平高度差的保護膜13的側面13c。
如圖4B所示，解除半導體襯底11上的壓電致動器24a所產生的位移，並從臺21上拆下半導體襯底11。因此，在半導體襯底11上形成了金屬電極15。
依照前面的步驟，在半導體襯底11的整個主要側lla上執行切削處理以對金屬膜14進行構圖，從而將金屬膜14從保護膜13的頂部13b上除去，而在開口 13a內部保持金屬膜完整無損。從而形成了金屬電極15。形成金屬電極15，以覆蓋通過各個開口 13a暴露的基底電極12的表面12a和產生水平高度差的保護膜13的側面13c。與僅在基底電極12的表面12a上形成金屬電極15的情況相比，提高了金屬電極15的強度。
此外，當把半導體襯底11吸附或緊固到吸附臺21b時，在反映出背側lib的形狀的同時，半導體襯底11的表面部分lie的凹陷和凸起部分之間的差異增大。不過，可以減小表面部分lie的凹陷和凸起部分之間的差異並能夠將切削平面P和表面部分llc之間的距離限定在預定範圍內(設置到處理中要求的精確度)。因此，可以提高切削處理的精度。最終，可以提高形成金屬電極的產率。 利用諸如焊料或導線等的構件將金屬電極15耦合到其他構件。例如，如圖7所示，可以通過焊料41將熱沉40連接到作為發射極電極的金屬電極15。 焊料41與形成在保護膜13的產生水平高度差的側面13c上的金屬電極15的區域接觸。因此，增大了焊料與金屬電極15接觸的面積。最終提高了焊料41的接合強度。
電連接到半導體元件的基底電極12形成於半導體襯底11的主要側lla上。形成保護膜13以覆蓋基底電極12。從保護膜13的表面向基底電極12形成開口 13a，基底電極12通過開口 13a暴露出來。形成金屬膜14以覆蓋保護膜13以及通過開口 13a而暴露的基底電極12的表面。執行切削處理以切削切削平面P上的半導體襯底，由此對金屬膜14進行構圖，使得僅形成於開口 13a內部的金屬膜14的部分將保持完整無損。於是，形成了金屬電極15。 此時，將其上形成有金屬膜14的半導體襯底11吸附或緊固到吸附臺21b。之後，用表面形狀測量單元23獲取半導體襯底11的覆蓋保護膜13的金屬膜14的表面部分llc的表面形狀數據，該半導體襯底11被吸附或緊固到吸附臺21。基於該表面形狀數據，由形變單元24使半導體襯底發生形變，形變單元24通過從吸附臺21b —側向半導體襯底施加位移來使半導體襯底形變，從而使被指定平行於吸附臺21b的切削平面P和半導體襯底11的表面部分llc之間的距離降到預定範圍內(降到切削處理所要求的精確度之下)。用表面形狀測量單元23測量形變的半導體襯底11的表面形狀。如果判斷出切削平面P和表面部分lie之間的距離降到預定範圍內，在被形變單元24造成形變的半導體襯底11保持吸附或緊固到吸附臺21b的情況下，在切削平面P上對半導體襯底11執行切削處理。
因此，當把半導體襯底11吸附或緊固到吸附臺21b時，雖然在反映出背側lib的形狀時半導體襯底11的表面部分11c的凹陷和凸起部分之間的差異增大，但能夠減小表面部分11c的凹陷和凸起部分之間的差異。此外，切削平面P和表面部分llc之間的距離可以被約束到預定範圍內。因此，可以提高切削處理中的精度，且可以提高形成金屬電極的產率。 形成金屬電極15，以覆蓋通過各個開口 13a暴露出來的基底電極12的表面12a和產生水平高度差的保護膜13的側面13c。因此，與僅在基底電極12的表面12a上形成金屬電極15的情況相比，可以提高金屬電極15的強度。此外，在焊接金屬電極15時，可以擴大焊料的潤溼區。最終，可以改善接合強度。 將形變單元24的壓電致動器24a布置成緊靠吸附臺21b的背側21g，並經由吸附臺21b向半導體襯底ll施加位移。因此，可以防止這種事件由於壓電致動器24a在半導體襯底11的局部上施加應力，使得半導體襯底11局部發生形變。 形變單元24包括多個其位移可控制的壓電致動器24a。因此，形變單元24能夠根據半導體襯底11的形變狀態施加不同的位移。因此，可以高度精確地控制半導體襯底11的表面形狀。可以高度精確地控制由壓電致動器24a施加的位移，由此限制所造成的反衝，且因此操作期間散發的熱量小。 用表面形狀測量單元23構建表面形狀數據的測量點數目大於壓電致動器24a的數目。因此能夠測量壓電致動器24a之間的區域中發生的位移。最終可以提高測量表面形狀的精度。 表面形狀測量單元23至少測量形變單元24向表面部分11c施加位移的點處的表面部分11c的表面形狀。因此，由於可以測量形變最大的部分，因此可以提高表面形狀測量的精度。 由於表面形狀測量單元23是將要沿平行於切削平面P掃過的雷射位移計，因此可以以非接觸方式高度精確地測量表面形狀。此外，可以縮短測量時間。
(第二實施例) 以下將參考附圖描述根據本發明的半導體器件的金屬電極形成方法和半導體器件的第二實施例。這裡，假設採用Au電極作為使功率元件與外部襯底接觸的電極來進行描述，功率元件例如為雙極型電晶體或橫向擴散電晶體(L匿0S)。圖8A到圖10為關於第二實施例的半導體器件的電極形成方法的截面說明圖。 順便指出，將給與第一實施例中相同的組件分配同樣的參考標記。將省略重複的描述。 下文將描述形成金屬電極15的方法。 首先，如圖8A所示，製備半導體襯底11 ，半導體襯底11中形成有未示出的功率元件，並依照光刻法對襯底進行構圖以在其主要側lla上形成電連接到半導體元件的基底電極12。 之後，在基底電極12的頂部上形成由氮化矽(P-SiN)製成的保護膜53，並從保護膜53的表面向基底電極12形成開口 53a，基底電極12的部分通過開口 53a暴露出來。 之後，如圖8B所示，依照濺射法形成阻擋晶種層56，用於覆蓋保護膜53和基底電
極12的表面。在本實施例中，通過在氮化鈦(TiN)膜上疊置銅(Cu)膜形成阻擋晶種層56。 使用光刻法和蝕刻法通過構圖形成預定形狀的光致抗蝕劑膜57。 之後，如圖9A所示，用光致抗蝕劑膜57作為掩模，依照電解電鍍法形成Au電極膜54。 之後，如圖9B所示，在除去光致抗蝕劑膜57之後，依照蝕刻法除去暴露於保護膜53的表面上的阻擋晶種層56。 之後，如圖10所示，通過半導體襯底11背側lib將半導體襯底11置於表面形狀控制單元20(圖5)的吸附臺21b的吸附表面21a上，並將其吸附或緊固。此時，背側llb利用吸附表面21a上產生的吸附力而變平坦。因此，半導體襯底11的表面部分llc呈現出具有大的不規則性而同時反映出背側lib的原始不規則形狀的表面形狀。這裡，表面部分llc指Au電極膜54的表面部分。 在後續步驟中，如圖11A所示，利用表面形狀測量單元23測量半導體襯底11的表面部分lie的表面形狀。這裡，以半導體襯底11的表面部分llc上的網格的形式指定測量點。將表面形狀測量單元23沿著平行於切削平面P的平面掃過，以測量半導體襯底11的厚度。將在各個點獲取的測量數據項輸出到控制計算機25。控制計算機25基於在各個點獲取的測量數據項在測量點之間插入點的數據項，從而構建半導體襯底11的表面部分llc的表面形狀數據。 之後，如圖11B所示，形變單元24向半導體襯底11的背側llb施加位移，使半導體襯底11發生形變，使得被指定平行於吸附臺21b的切削平面P和表面部分llc之間的距離變化降到稍後說明的切削處理所要求的精確度。於是，表面形狀得到控制。換言之，使半導體襯底11發生形變，從而表面部分llc的凹陷和凸起部分之間的差異將降到切削處理所要求的精確度之下。 更具體地講，控制計算機25基於由控制計算機25構建的表面形狀數據控制由形變單元24的各個壓電致動器24a所產生的位移大小，使得表面部分llc的凹陷和凸起部分之間的差異落在所要求的精確度(例如lPm)之下。於是，經由吸附臺21b向半導體襯底11的背側llb施加位移。 之後，用表面形狀測量單元23測量發生形變的半導體襯底11的表面部分llc的表面形狀。控制計算機25判斷切削平面P和表面部分llc之間的距離變化是否落在切削處理所要求的精確度之下。這裡，對表面部分llc的凹陷和凸起部分之間的差異是否落在liim以下做出判斷。 如果控制計算機25判定切削平面P和表面部分llc之間的距離變化降到切削處理所要求的精確度以下，如圖12A所示，用切削工具31在Au電極膜54的表面上進行切削處理，以形成金屬電極55。 如圖12B所示，解除半導體襯底11上的壓電致動器24a所產生的位移，並從臺21上拆下半導體襯底11。因此，在半導體襯底11上形成了金屬電極55。
依照前面的步驟，由於切削處理是在半導體襯底11的整個主要側lla上進行的，因此可以形成具有平坦表面的金屬電極55。
此外，當把半導體襯底11吸附或緊固到吸附臺21b時，雖然在反映出背側lib的 形狀時半導體襯底11的表面部分11c的凹陷和凸起部分之間的差異增大，但能夠減小表面 部分11c的凹陷和凸起部分之間的差異。此外，可以將切削平面P和表面部分11c之間的 距離限定在預定範圍內(設置到處理所要求的精確度)。因此，可以提高切削處理的精度。 最終，可以提高形成金屬電極的產率。 由於切削處理是在半導體襯底11的整個主要側lla上進行的，因此可以形成具有 平坦表面的金屬電極55。 此外，當把半導體襯底吸附或緊固到吸附臺21b時，雖然在反映出背側lib的形狀 時半導體襯底11的表面部分11c的凹陷和凸起部分之間的差異增大，但能夠減小表面部分 llc的凹陷和凸起部分之間的差異。此外，可以將切削平面P和表面部分llc之間的距離限 定在預定範圍內(設置到處理所要求的精確度)。因此，可以提高切削處理的精度。最終， 可以提高形成金屬電極的產率。
(變型) 在前述實施例中，將壓電致動器24a用作形變單元。不過，本發明不限於壓電致動 器。可以使用任何其他器件，只要該器件能夠控制和施加位移。例如，可以採用電磁螺線管 或液壓致動器。使用這種部件，可以施加比每個壓電致動器24a所產生的位移都大的位移。
在前述實施例中，採用雷射位移計作為表面形狀測量單元23。本發明不限於雷射 位移計。例如，可以採用基於靜電電容的改變來檢測距離的表面粗糙度檢查儀或間隙傳感 器(gap sensor)。 此外，可以任意地確定要使用表面形狀測量單元23測量的測量點數目及其布置， 而無需等間距地設置。此外，例如，當使用表面粗糙度檢查儀時，可以使用通過連續測量獲 取的剖面數據。 可以在吸附臺21b中形成通孔以便壓電致動器24a直接接觸半導體襯底，從而施 加位移。使用該部件，在不施加位移時，由於未插入吸附臺21b，因此可以減小使壓電致動器 24a產生位移所需的力。這意味著可以使用密集的壓電致動器。 在前述實施例中，吸附單元22使空洞21d中的正常大氣壓下降以產生負壓。或者， 空洞21d可以用水、油或任何其他流體填充，將流體釋放到空洞21d外部以便產生負壓。即 使採用該結構，也可以利用負壓向半導體襯底ll施加向下的位移。
(第三實施例) 參考附圖，以下將描述根據本發明的半導體器件金屬電極形成方法的第三實施 例。圖1為其上根據第三實施例的金屬電極形成方法形成具有金屬電極的半導體器件的截 面說明圖。圖13A到圖15B示出了金屬電極形成方法中包括的步驟。圖16A和圖16B為示 出了傾倒填充物以形成平坦部分的方法的變型的說明圖。 適用於電源卡等的半導體器件10是以半導體襯底11為主體形成的，半導體襯底 11由矽等製成。利用純鋁(Al)或諸如鋁-矽(Al-Si)或鋁-矽-銅(Al-Si-Cu)合金等的 鋁合金在半導體襯底11的主要側lla上形成作為元電極的基底電極12。
形成絕緣材料製成的保護膜13，以覆蓋主要側lla和每個基底電極12的一部分。 例如，由厚度在1到20 ii m範圍內的聚醯亞胺樹脂製造保護膜13。 從保護膜的表面到基底電極12在保護膜13中形成開口 13a，基底電極12通過開
16口 13a暴露出來。 產生水平高度差，使得通過開口 13a暴露出來的基底電極12的表面12a從保護膜 13的頂部13b下凹。 形成金屬電極15以覆蓋通過各個開口 13a暴露出來的基底電極12的表面12a， 導線耦合到金屬電極15。通過在基底電極12的側上由鈦(Ti)-鎳(Ni)-金(Au)疊層或 Ni-Au疊層按該順序疊置其各部分來形成金屬電極15，並將金屬電極15電連接到各個基底 電極12。 接下來，下文將描述形成金屬電極15的方法。 首先，如圖13A所示，製備半導體襯底11，半導體襯底11中形成有未示出的半導體 元件，並依照光刻法對襯底進行構圖以在其主要側lla上形成電連接到半導體元件的基底 電極12。 之後，依照旋塗法等形成保護膜13，保護膜13厚度例如為lOym且由聚醯亞胺樹 脂製造。依照光刻法從保護膜的表面向基底電極12形成開口 13a，基底電極12通過該開口 13a暴露出來。 產生水平高度差，使得通過開口 13a暴露出來的基底電極12的表面12a從保護膜 13的頂部13b下凹。 之後，如圖13B所示，依照電鍍法或濺射法形成金屬膜14，以覆蓋基底電極12和保 護膜13。金屬膜14可以是一種疊層，例如Ti-Ni-Au疊層或Ni-Au疊層，或可以是單層金屬 膜。 之後，如圖13C所示，將半導體襯底11的表面部分llc吸附或緊固到具有被平坦 化的吸附表面225a的表面吸附臺225上。此時，由於吸附表面225a上誘發的吸附力，改善 了表面部分llc的平坦度。 現在，表面部分llc指覆蓋保護膜13的金屬膜14的一部分。 之後，如圖14A所示，準備具有平坦化基準面226a的平坦化臺226，並設置其使得
基準面226a平行於表面吸附臺225的吸附表面225a。從背側lib的頂端向基準面226a和
背側lib之間的間隙澆鑄填充物並固化，以形成下表面平坦的平坦部分216。 作為填充物，優選採用在加熱時表現出流動性的材料，例如，諸如聚碳酸酯等的熱
塑性樹脂。在採用這種填充物時，在加熱填充物以表現出流動性的同時，將其澆鑄到間隙
中。 一旦填充物冷卻，它便固化。因此，可以容易地形成平坦部分216。 此外，基準面226a和背側lib之間的間隙應當僅僅具有容許樹脂流入間隙以掩埋
或平坦化背側lib的不規則性的空間，並被指定為落在例如lmm以下。 之後，如圖14B所示，表面吸附臺225和平坦化臺226都被從半導體襯底ll拆下。
通過形成於半導體襯底11的背側lib上的平坦部分216將半導體襯底11吸附或緊固到背
側吸附臺227上。 之後，如圖15A所示，沿著被指定為平行於背側吸附臺227的切削平面P在金屬膜 14的表面上用切削工具31執行切削處理。於是金屬膜14被構圖，以形成金屬電極15。
在本實施例中，切削工具31和半導體器件10之間的相對速度設置成20m/s，切削 處理的間距設置成70ym。此外，切削工具31的刀頭相對於金屬膜14的高度的精確度為 0. 1 u m或更小。
在上述切削條件下在半導體襯底11的整個主要側lla上執行切削處理，由此對金 屬膜14進行構圖，以便使金屬膜從保護膜13的頂部13b被除去且在開口 13a內部將保持 完整無損。從而形成了金屬電極15。 如圖15B所示，從背側吸附臺227分離半導體襯底11，通過進行加熱或施加溶劑除 去平坦部分llb。從而在半導體器件11上形成了金屬電極15。 依照前面的步驟，在半導體襯底11的整個主要側lla上執行切削處理以對金屬膜 14進行構圖，從而使金屬膜14被從保護膜13的頂部13b上除去，而在開口 13a內部將保持 完整無損。從而形成了金屬電極15。 此外，在背側lib上形成使背側lib的不規則性平坦化的平坦部分216，而表面部 分llc被表面吸附臺225進行平坦化。因此，改善了表面部分llc的平坦度。此外，即使在 把半導體襯底11吸附或緊固到背側吸附臺227時，表面部分lie的形狀也不會在反映背側 lib的原始不規則形狀的同時具有大的不規則性。 亦即，減小了表面部分lie的凹陷和凸起部分之間的差異並將切削平面P和表面 部分llc之間的距離約束在預定範圍內(設置到工作要求的精確度)。因此，由於可以提高 切削處理中的精度，因此可以提高形成金屬電極的產率。 作為用於形成平坦部分216的填充物，除了樹脂之外，還可以採用低熔點材料，例 如石蠟、焊料或銦合金。 平坦化臺226可以由諸如玻璃或丙烯酸樹脂等的透明材料製成，並且可以將光固
化樹脂用作填充物。在採用這些材料時，在將光固化樹脂澆鑄到間隙中之後，將紫外線照射
到平坦化臺226的下表面上以固化光固化樹脂。於是，可以形成平坦部分216。 澆鑄填充物不限於參考圖14A所述的方法。例如，首先，如圖16A所示，可以將填
充物塗布到平坦化臺226的基準面226a上。然後，如圖16B所示，可以將平坦化臺按壓到
背側llb上。於是，可以將填充物澆入間隙中。在這種情況下，例如，即使在所用的材料太
粘以至於不能容易地進入間隙時，也能夠容易地將填充物澆入間隙中。 在圖15A所示的切削步驟中，可以不從半導體襯底11拆下平坦化臺226，而是將半
導體襯底11和平坦化臺226 —起吸附或緊固，然後進行切削處理。此外，只要其不對半導
體器件10的運行造成負面影響，可以不去除平坦部分216。 電連接到半導體元件的基底電極12形成於半導體襯底11的主要側lla上。在基 底電極12上形成保護膜13，且從保護膜13的表面向基底電極12形成開口 13a，基底電極 12通過開口 13a暴露出來。形成金屬膜14以覆蓋保護膜13和通過開口 13a暴露出來的基 底電極12的表面。通過切削處理對金屬膜14進行構圖以形成金屬電極15，其中在切削平 面P上執行切削，使得僅形成於開口 13a內部的金屬膜14的部分保持完整無損。
此外，在背側lib上形成用於使背側lib的不規則性平坦化的平坦部分216，其中 表面部分lie通過表面吸附臺225進行平坦化。因此，改善了表面部分llc的平坦度。此 外，即使在把半導體襯底11吸附或緊固到背側吸附臺227時，表面部分llc的形狀也不會 在反映背側lib的原始不規則形狀的同時具有大的不規則性。 亦即，減小了表面部分llc的凹陷和凸起部分之間的差異並將切削平面P和表面 部分llc之間的距離限定在預定範圍內(設置到工作要求的精確度)。因此，由於可以提高 切削處理中的精度，因此可以提高形成金屬電極的產率。
作為填充物，採用在加熱時表現出流動性的材料，例如，諸如聚碳酸酯等的熱塑性 樹脂。因此，在填充物被加熱從而表現出流動性時將其澆入間隙中。 一旦填充物冷卻，它便 固化。因此，可以容易地形成平坦部分216。 在形成平坦部分216的步驟中，可以採用這樣的方法來把填充物澆入間隙中向 平坦化臺226的基準面226a上塗布填充物，並將平坦化臺壓到背側lib上。在這種情況下，
即使在所用的材料太粘以至於不能容易地進入間隙時，也可以可靠地將填充物澆入基準面 226a和背側1 lb之間的間隙中。
(第四實施例) 下文將參考附圖描述根據本發明的半導體器件的金屬電極形成方法的第四實施 例。圖17A和圖17B為第四實施例的金屬電極形成方法中採用的位移控制吸附設備的說明 圖。圖17A為截面圖，圖17B為從半導體襯底側看到的位移控制吸附設備的平面說明圖。圖 18A到圖19B示出了第四實施例的金屬電極形成方法中包括的步驟。 在下文中將參照圖17A和圖17B描述第四實施例的金屬電極形成方法中採用的位 移控制吸附設備220。 位移控制吸附設備220包括其上放置半導體襯底11的臺221，吸附或緊固半導體 襯底11的吸附單元22，通過半導體襯底11的背側lib向半導體襯底11的背側llb施加位 移的位移單元223，以及控制這些單元的控制計算機25。 臺221具有中空形狀，包括插在吸附臺221b和下方臺221c之間的空洞221d。吸 附臺221b包括吸附或緊固半導體襯底11的吸附表面221a以及吸附孔221e，吸附力通過吸 附孔221e作用在半導體襯底11上，利用諸如真空泵的吸附單元22通過使空洞221d內壓 力降低生成吸附力。 將吸附臺221b形成為易於形變以向半導體襯底ll施加由位移單元223產生的位 移。這裡，用厚度為1mm的不鏽鋼板形成吸附臺221b。 在下方臺221c中形成或在其上設置減壓孔221f和位移單元223，通過減壓孔連接 吸附單元22。 在本實施例中，將多個壓電致動器223a用作位移單元223。將壓電致動器223a 設置成具有預定間隔的網格形式，例如，相鄰壓電致動器之間的空間為lcm。將壓電致動器 223a緊靠在吸附臺221b的背側221g上並將其設置為能夠產生向上的位移。圖17A和圖 17B涉及到這樣的情況為了方便起見將十六個壓電致動器223a設置成總共四列和四行。 壓電致動器223a能夠產生可由控制計算機25相互獨立地加以控制的彼此不同的位移。可 以高度精確地控制各個壓電致動器223a產生的位移，壓電致動器223a造成的後衝得到限 制，且在運行期間壓電致動器223a散發的熱量小。 直到圖13C中所示的步驟，第四實施例的金屬電極形成方法與第三實施例的方法 都相同。因此將針對後續步驟進行描述。在圖13C中所示的步驟之後，如圖18A所示，準備 位移控制吸附設備220，利用位移單元223的壓電致動器223a施加向上的位移，使得吸附臺 221b緊靠半導體襯底11的背側llb。 此時，控制計算機25監測各個壓電致動器223a的介電常數(電容)，以檢測吸附 臺221b是否緊靠在背側llb上。 在下一個步驟，如圖18B所示，在保持由位移單元223的壓電致動器223a產生的
19位移的同時，將半導體襯底11吸附或緊固到吸附臺221b。拆卸掉表面吸附臺225。 此時，基於由控制計算機25檢測到的壓電致動器223a的介電常數(電容)，將用
於保持位移的電壓施加到相應的壓電致動器223a。從而，位移得到保持。 之後，如圖19A所示，沿著被指定為平行於背側吸附臺227的切削平面P在金屬膜
14的表面上用切削工具31執行切削處理。於是金屬膜14被構圖，以形成金屬電極15。 如圖19B所示，使半導體襯底11從壓電致動器223a產生的位移釋放，並從臺221
上拆下半導體襯底。於是，在半導體襯底11上形成了金屬電極15。 依照前面的步驟，由壓電致動器223a向半導體襯底11的背側llb施加位移，以保 持被表面吸附臺225平坦化的表面部分lie的狀態。當把半導體襯底11吸附或緊固到吸 附臺221b時，可以保持位移。 因此，改善了表面部分lie的平坦度。此外，即使在把半導體襯底11吸附或緊固 到吸附臺221b時，表面部分lie的形狀也不會在反映背側lib的原始不規則形狀的同時具 有大的不規則性。 亦即，減小了表面部分11c的凹陷和凸起部分之間的差異並將切削平面P和表面 部分llc之間的距離限定在預定範圍內(設置到處理要求的精確度)。因此，由於可以提高 切削處理中的精度，因此可以提高形成金屬電極的產率。 在上述實施例中，採用壓電致動器223a作為位移單元。本發明不限於壓電致動 器。例如，可以採用電磁螺線管、液壓致動器或任何其他器件，只要該器件能夠施加可控制 的位移。該器件可以產生比壓電致動器223a所能產生的位移更大的位移。
可以在吸附臺221b中形成通孔使得壓電致動器223a直接接觸半導體襯底，以便 向其施加位移。利用這種結構，在施加位移時，由於未插入吸附臺221b，因此可以減小壓電 致動器223a產生位移所需的力。因此，可以使用密集的壓電致動器。 由壓電致動器223a向半導體襯底11的背側lib施加位移，以保持被表面吸附臺 225平坦化的表面部分llc的狀態。當把半導體襯底11吸附或緊固到吸附臺221b時，可以 保持位移。 因此，改善了表面部分llc的平坦度。即使在把半導體襯底11吸附或緊固到吸附 臺221b時，表面部分llc的形狀也不會在反映背側lib的原始不規則形狀的同時具有大的 不規則性。 亦即，減小了表面部分llc的凹陷和凸起部分之間的差異並將切削平面P和表面 部分llc之間的距離約束在預定範圍內(設置到處理要求的精確度)。因此，由於可以提高 切削處理中的精度，因此可以提高形成金屬電極的產率。 由於位移單元223包括多個產生可控制位移的壓電致動器223a，因此可以根據半 導體襯底11的背側lib的形狀向吸附臺221b施加不同的位移。因此，可以根據背側lib 的形狀高度精確地將吸附臺221b緊靠在背側llb上。此外，可以高度精確地控制由壓電致 動器223a產生的位移，由此限制所造成的反衝，且因此操作期間從其散發的熱量小。
(第五實施例) 參考附圖，以下將描述根據本發明的半導體器件金屬電極形成方法的第五實施 例。
圖1為其上根據第五實施例的金屬電極形成方法形成具有金屬電極的半導體器
20件的截面說明圖。圖20A到圖20C示出了金屬電極形成方法包括的步驟。圖21為切削工 具切削金屬電極和保護膜的狀態的截面說明圖。圖22A和圖22B為涉及保護膜的切削間距 和切削狀態之間的關係的截面說明圖。圖23為涉及決定切削間距條件的方法的截面說明 圖，該方法能夠減小經過切削處理的保護膜的表面粗糙度。 適用於電源卡等的半導體器件10是以半導體襯底11為主體形成的，半導體襯底 11由矽等製造。利用純鋁(Al)或諸如鋁-矽(Al-Si)合金或鋁-矽-銅(Al-Si-Cu)合金 的鋁合金在半導體襯底11的襯底側lla(即主要側)上形成作為元電極的基底電極12。
形成由絕緣材料製成的保護膜13，以覆蓋襯底側lla和每個基底電極12的一部 分。例如，由厚度在1到20iim範圍內的聚醯亞胺樹脂製造保護膜13。
從保護膜的表面到基底電極12在保護膜13中形成開口 13a，基底電極12通過開 口 13a暴露出來。 產生水平高度差，使得通過開口 13a暴露出來的基底電極12的表面12a從保護膜 13的頂部13b下凹。 形成金屬電極15以覆蓋通過各個開口 13a暴露出來的基底電極12的表面12a， 導線耦合到金屬電極15。通過在基底電極12的側上由鈦(Ti)-鎳(Ni)-金(Au)疊層或 Ni-Au疊層按該順序疊置其各部分來形成金屬電極15，並將金屬電極15電連接到各個基底 電極12。 接下來，下文將描述形成金屬電極15的方法。 首先，如圖20A所示，製備其中形成有未示出的半導體元件的半導體襯底ll，並依 照光刻法對其進行構圖以形成電連接到半導體元件的基底電極12。 之後，依照旋塗法等形成保護膜13，保護膜13厚度例如為lOym且由聚醯亞胺樹 脂製造。依照光刻法從保護膜的表面向基底電極12形成開口 13a，基底電極12通過該開口 13a暴露出來。 產生水平高度差，使得通過開口 13a暴露出來的基底電極12的表面12a從保護膜 13的頂部下凹。 之後，如圖20B所示，依照電鍍法或濺射法形成金屬膜14，以覆蓋基底電極12和保 護膜13。金屬膜14可以是一種疊層，例如Ti-Ni-Au疊層或Ni-Au疊層，或者可以是單層金 屬膜。 之後，如圖20C所示，用切削工具321在金屬膜14的表面上進行切削處理。於是 金屬膜14被構圖，以形成金屬電極15。 在本實施例中，作為切削工具321，如圖21所示，使用直型工具，該直型工具在其 切削麵321a上具有寬度為3mm、曲率半徑R(在下文中稱為刀尖半徑R)為10mm的邊緣。
當把聚醯亞胺樹脂作為保護膜13時，如果僅單獨切削保護膜13，只要切削深度為 8ym或更小，樹脂就不會從切削平面被削掉(plucked)。因此，獲得了光滑的切削平面。另 一方面，一旦切削深度超過8ym，切屑(g卩，切削的碎屑)的剛性就增大。因此，樹脂易於被 削掉，表面粗糙度易於增大。在本實施例中，將切削深度設置成3ym。 在本實施例中，切削工具321和半導體器件10之間的相對速度設置成20m/s，切削 處理的間距設置成70ym。可以基於軸的旋轉次數和處理進刀速度控制間距P。例如，當把 軸的轉速設置成2000rpm且處理進刀速度設置成2. 3mm/s時，將間距P指定為大約70 y m。
此外，切削工具321的刀頭相對於金屬膜14的高度的精確度為0. liim或更小。
在上述切削條件下在半導體襯底11的整個襯底側11a上執行切削處理，由此通 過對金屬膜14進行構圖形成金屬電極15，以便將金屬膜從保護膜13的頂部除去並在開口 13a內部保持完整無損。 在本實施例的金屬電極形成方法中，在指定適當的間距時，減小了經過切削處理
的保護膜13的表面粗糙度。以下將描述防止削掉保護膜13的切削間距。 圖21為圖20C中所示的部分的截面圖。這裡，假設在圖中向前推進頂端部分刀尖
半徑為R的切削工具321，以在保護膜13上執行深度為d的切削處理，基於該假設進行描
述。點r為從曲率中心C向切削對象垂直推進長度R之後，切削工具321的切削麵321a的
最頂端所達到的點。 這裡，在本實施例中，由於切削工具321在附圖中是向左移動的(參見圖22A和圖 22B)，點r左邊的刀刃部分對應於第一刀刃部分，而其右邊的刀刃部分對應於第二刀刃部 分。 被切削的金屬膜14和保護膜13的截面呈現由刀尖半徑為R的弧的一部分確定的 形狀，並由點P、q、r、s和t限定。在表示通過切削工具321暴露出來的金屬膜和保護膜的 部分的弧p-q-r-s-t中，弧p-q或弧s_t表示金屬膜14被暴露出來的部分，弧q-r_s表示 保護膜13被暴露出來的部分。 這裡，將從曲率中心C垂直延伸的直線經過的保護膜13的表面上的點定義為點u， 將線段qu的長度定義為保護膜13的最大切削寬度D。 由於三角形Cqu為直角三角形，其角Cuq為直角，基於勾股定理確立以下方程(1) 和(2)。 Cq2 = Cu2+qu2 (1)
R2 = (R-d) 2+D2 (2) 因此，利用刀尖半徑R和深度d由以下方程(3)表示最大切削寬度D。
D = (2Rd-d2)1/2 (3) 接下來，以下將描述能夠減小經過切削處理的保護膜13的表面粗糙度的切削間 距條件。 圖22A和圖22B示出了在用切削工具321在圖中向左以間距P移動而完成第n次 到第n+2次的切削處理之後所獲得的保護膜13和金屬膜14的狀態。圖22A涉及到P較大 的情況，圖22B涉及到P較小的情況。 在圖中，線段plp2、 p2p3、 qlq2、 q2q3、 ulu2和u2u3代表間距P。 如圖22A所示，在完成第n次切削之後，弧pl-ql表示金屬膜14被暴露出來的部
分，而弧ql-rl表示保護膜13被暴露出來的部分。亦即，在點ql的左邊保持金屬膜14完
整無損。 之後，以間距P向左移動切削工具321，執行第n+l次切削。弧p2-q2_r2表示由第 一刀刃部分執行切削處理的區域。 在該區域中，在金屬膜14層疊在保護膜13上的區域中，金屬膜14限制切屑形變， 而保護膜13被削掉。假設從ql垂直延伸的線和弧q2-r2之間的交點為點v，用弧q2_v表 示保護膜13被切除的區域。
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另一方面，當僅切削保護膜13時，一旦指定了適當的切削條件，就可以獲得光滑 的切削平面，其上面的在十個點處的平均粗糙度水平為0. 1 m或更小。
因此，為了減小保護膜13的表面粗糙度，在第n+2次切削處理期間應當切削弧 q2-v，該弧表示表面粗糙度大的區域。 用弧p3-q3_r3i表示在第n+2次切削處理中新生成的切削麵。在該弧內，弧r3i 表示第二刀刃部分進行切削處理的區域。點w為表示第n+1次切削處理生成的切削麵的弧 和表示第n+l次切削生成的切削麵的弧之間的交點。如圖22A所示，在間距P大的條件下， 點v位於點w的右邊。 在第n+1次切削處理期間，在由弧q2_v表示且金屬膜14的下層膜被削掉而增大 表面粗糙度的區域中，在第n+2次切削期間對弧q2i表示的區域進行另一次切削處理。因 此，可以減小經過切削處理的保護膜13的表面粗糙度。 不過，在弧q2-v中，剩餘的弧w-v表示僅進行過第n+l次切削處理的區域。因此， 在該區域中表面粗糙度保持較大。 相反，如圖22B所示，在使間距P變小且點v位於點w左邊時，弧q2_v表示的整個 區域在第n+2次切削處理中都受到第二刀刃部分的另一次切削處理，第二刀刃部分延伸到 點r3的右邊。因此，經過切削處理的保護膜13的表面粗糙度大的區域未保持不變。
如圖22B所示，為了使弧q2-v表示的整個區域可以受到延伸到點r3右邊的第二 刀刃部分的另一次切削處理，點w應當位於點v的左邊或者點v和w應當彼此重合。
如圖23所示，當點v和w彼此重合時，點ql充當著線段u2u3的中點。因此，確立 了以下的方程(4)和(5)。
qlq2 = q2u2-q2ql (4)
1/2P = D-P (5) 因此，當點v和w彼此重合時，利用最大切削寬度D由以下方程(6)表示間距P。
P = 2/3D (6) 因此，為了使點w可以位於點v的左邊或點v和w可以彼此重合，間距P應當滿足
如下表達式(7)給出的關係。 0 < P《2/3 (2Rd-d2)1/2 (7) —旦間距P滿足表達式(7)所給出的關係，弧q2-v表示的整個區域都會在第n+2 次切削期間受到另一次切削處理。因此，在經過切削處理的保護膜13中未留下表面粗糙度 大的區域。最終，可以減小經過切削處理的保護膜13的表面粗糙度。 順便指出，前述切削條件滿足表達式(7)所給出的關係。此外，在該切削條件下， 可以將經切削處理的保護膜13上十個點處的粗糙度水平的平均值Rz設置到0. 1 ii m或更 小。 在半導體襯底11的襯底側lla上形成電連接到半導體元件的基底電極12。在基 底電極12上形成保護膜13，且從保護膜13的表面向基底電極12形成開口 13a，基底電極 12通過開口 13a暴露出來。形成金屬膜14，以覆蓋保護膜13和通過開口 13a暴露出來的 基底電極12的表面12a。通過用切削工具321以間距P進行旨在切削金屬膜14表面的切 削處理，通過對金屬膜14進行構圖形成了金屬電極15，使得僅開口 13a內部的金屬膜14的 部分將保持完整無損。
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這裡，當指定間距P，以在切削工具321的曲率半徑R、保護膜13中的切削深度d 和間距P之間確立如下所示的關係時，在以指定間距P移動切削工具321之後將要進行的 切削期間可以切削保護膜13(其表面被削掉，從而增大了表面粗糙度)被暴露出來的區域。
0 < P《2/3 (2Rd-d2)1/2 因此，可以減小經過切削處理的保護膜13的表面粗糙度。
(第六實施例) 在下文中將參考附圖描述根據本發明的半導體器件的金屬電極形成方法的第六 實施例。圖24為涉及利用根據第六實施例的金屬電極形成方法中採用的切削工具切削金 屬電極和保護膜的狀態的截面說明圖。 將把同樣的參考標記分配給與第五實施例中相同的部件。將省略重複的描述。
如圖24所示，根據第六實施例的金屬電極形成方法，使用切削工具331，其切削麵 331a的頂端部分的邊緣形狀類似等腰三角形，該等腰三角形的邊具有相等的長度，它們相 對於金屬膜14形成角9 。 在本實施例中，作為切削工具331，採用直型工具，其切削麵331a上具有寬度為 3mm的邊緣，其角度9在2°到3°的範圍內。 點r為切削工具331的切削麵331a的最頂端處的點。在本實施例中，類似於第五 實施例，由於切削工具331在附圖中是向左移動的，點r左邊的刀刃部分對應於第一刀刃部 分，點r右邊的刀刃部分對應於第二刀刃部分。 金屬膜14和保護膜13的截面呈現由具有點p、 q、 r、 s和t的等腰三角形限定的 形狀。在表示由切削工具331暴露出來的金屬膜和保護膜的部分的線段pr和rt中，線段 pq和st均表示金屬膜14的暴露出來的部分，線段qr和rs均表示保護膜13的暴露出來部 分。 現在，將從點r延伸的直線經過的保護膜13表面上的點定義為點y，將線段qy的 長度定義為保護膜13的最大切削寬度D2。
對於三角形qry，建立方程(8)和(9)。
tan 9 = yr/qy = d/D2 (8) 因此，利用角度9和深度d由方程(9)表示最大切削寬度D2。
D2 = d/tan 9 (9) 與第五實施例類似，由於僅應當滿足由0 < P《2/3D2表示的關係，因此間距P僅
應滿足由下式(10)表示的關係。 0 < P《2d/ (3tan 9 ) (10) —旦間距P滿足式(10)的關係，類似於第五實施例，將不會留下經過切削處理的 保護膜13的表面粗糙度。最終，可以改善經過切削處理的保護膜13的表面粗糙度。
在採用其切削麵331a的頂端部分的邊緣(形成得類似邊具有相等長度的等腰三 角形那樣)與金屬膜14形成角度9的切削工具331時，如果指定間距P以在角度e、保 護膜13中的切削深度d和間距P之間確立下面給出的關係，在以指定間距P移動切削工 具331之後將要執行的切削期間，可以切削保護膜13 (其表面被削掉，從而增大了表面粗糙 度)被暴露出來的區域。
0 < P《2d/ (3tan 9 )
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因此，可以減小經過切削處理的保護膜13的表面粗糙度。
(變型) 作為在切削處理中使用的切削工具，採用了切削麵包括形成為類似弧形或等腰三 角形的刀刃部分的切削工具321或31。不過，本發明不限於該切削工具。
可以使用具有各種形狀的任何切削工具，只要該切削工具在其切削麵的頂端部 分具有第一刀刃部分和第二刀刃部分，第一刀刃部分形成為沿切削工具進刀方向從切削麵 的最頂端延伸，而第二刀刃部分形成為沿與切削工具進刀方向相反的方向從最頂端延伸； 並且可以指定間距P，使得能夠在以間距P移動切削工具之後將要執行的切削期間，利用第 二刀刃部分切削使用第一刀刃部分通過切削層壓部分而暴露出來的保護膜13的區域，其 中在所述層壓部分中金屬膜14疊置在保護膜13上。例如，第一刀刃部分和第二刀刃部分 相對於從切削麵的最頂端延伸到切削對象的垂線可以彼此不對稱。 對於保護膜13，可以採用楊氏模量小且彈性形變區域寬的樹脂材料，例如聚四氟 乙烯。利用該材料，可以抑制因切削處理導致的保護膜的剝離。可以將切削工具321或31 在保護膜13中的切削深度一直增大到大約50 ii m。因此，可以減小表面粗糙度，並有效地實 現切削處理。 以上公開具有以下各方面。 根據本公開的第一方面，一種用於半導體器件的金屬電極形成方法包括在半導 體襯底的主要側上形成電連接到半導體元件的基底電極的步驟；在所述基底電極上形成保 護膜並從所述保護膜的表面向所述基底電極形成開口的步驟，所述基底電極通過所述開口 暴露出來；形成金屬膜以覆蓋保護膜和通過開口暴露出來的基底電極的步驟；在將其上形 成有金屬膜的半導體襯底吸附或緊固到吸附或緊固半導體襯底的吸附臺上之後，利用表面 形狀測量裝置來獲取半導體襯底上的覆蓋所述保護膜的金屬膜的表面部分的表面形狀數 據的步驟，所述表面形狀測量裝置設置在所述半導體襯底的主要側的上方並且測量所述半 導體襯底的表面形狀，所述半導體襯底被吸附並緊固到所述吸附臺；利用形變裝置使所述 半導體襯底發生形變的步驟，以使被指定平行於吸附臺的切削平面和半導體襯底的表面部 分之間的距離落在預定範圍內，基於使用所述表面形狀測量裝置所獲取的表面形狀數據， 所述形變裝置通過從所述吸附臺一側施加位移來使緊固到吸附臺的半導體襯底發生形變； 利用所述表面形狀測量裝置測量形變半導體襯底的表面部分的表面形狀並判斷所述切削 平面和所述形變半導體襯底的表面部分之間的距離是否落在所述預定範圍之內的步驟；如 果判定所述切削平面和所述形變半導體襯底的表面部分之間的距離落在所述預定範圍之 內，通過切削處理對所述金屬膜進行構圖以形成金屬電極的步驟，其中在所述形變半導體 襯底保持吸附或緊固到吸附臺的情況下，在所述切削平面上執行切削。 在上述方法中，在半導體襯底的主要側上形成電連接到半導體元件的基底電極。 在基底電極上形成保護膜，並從所述保護膜的表面向著所述基底電極形成開口 ，基底電極 通過該開口暴露出來。形成金屬膜以覆蓋所述保護膜和通過所述開口暴露出來的基底電極 的表面。通過切削處理對金屬膜進行構圖來形成金屬電極，其中在切削平面上執行切削。
這裡，在其上形成有金屬膜的半導體襯底被吸附或緊固到吸附臺之後，使用表面 形狀測量裝置獲取金屬膜的表面部分的表面形狀數據，該金屬膜處於被吸附或緊固到吸附 臺的半導體襯底上，覆蓋所述保護膜。基於所述表面形狀數據，形變裝置使半導體襯底發生形變，使得被指定為平行於吸附臺的切削平面和半導體襯底的表面部分之間的距離落在預 定範圍內，其中形變裝置用於通過從吸附臺側施加位移而使半導體襯底發生形變。用表面 形狀測量裝置測量發生形變的半導體襯底的表面形狀。如果判定切削平面和表面部分之間 的距離落在預定範圍之內，在被形變裝置形變的半導體襯底保持被吸附和緊固到吸附臺的 情況下，在切削平面上執行切削處理。 當把半導體襯底吸附或緊固到吸附臺時，雖然在反映出其背側的形狀的同時表面 部分的凹陷和凸起部分之間的差異增大，但能夠減小表面部分的凹陷和凸起部分之間的差 異。此外，可以將切削平面和表面部分之間的距離限定到預定範圍(可以設置到切削處理 所要求的精確度)。因此，由於可以提高切削處理中的精度，因此可以提高形成金屬電極的產率。 或者，在形成金屬電極的步驟中，可以通過對金屬膜進行構圖以使僅形成於開口 內部的金屬膜部分保持完整無損來形成金屬電極。在形成金屬電極的步驟中，通過對金屬 膜進行構圖以使形成於開口內部的金屬膜部分保持完整無損來形成金屬電極。因此可以在 通過開口暴露出來的基底電極的表面上以及保護膜的側面上形成金屬電極，所述側面從開 口向著基底電極的表面生成水平高度差。 或者，可以將形變裝置設置成緊靠在吸附臺的背側上並且經由吸附臺向半導體襯 底施加位移。將形變裝置設置成緊靠在吸附臺的背側上，並經由吸附臺向半導體襯底施加 位移。因此，可以防止發生這種事件形變裝置在半導體襯底上局部地施加應力；且半導體 襯底局部發生形變。 或者，形變裝置可以包括多個產生可控制位移的致動器。由於形變裝置包括多個 產生可控制位移的致動器，形變裝置可以根據半導體襯底的形變狀態施加各種位移，並可 以高度精確地控制半導體襯底的表面形狀。 或者，致動器可以是每一個都包括壓電元件的壓電致動器。由於致動器為沒一個 都包括壓電元件的壓電致動器，因此可以改善位移控制的精度。此外，壓電致動器產生很小 的反衝，且在工作期間僅發散少量的熱。 或者，可以用表面形狀測量裝置來獲取的表面形狀數據的測量點的數目大於致動 器數目。由於可以用表面形狀測量裝置來獲取的表面形狀數據的測量點的數目大於致動器 的數目，因此可以測量致動器之間的區域中發生的位移。因此，可以提高在對表面形狀的測 量中的精度。 或者，表面形狀測量裝置至少可以在形變裝置施加位移的點處測量表面部分的表 面形狀。由於表面形狀測量裝置至少在形變裝置施加位移的點處測量表面部分的表面形 狀，因此表面形狀測量裝置可以測量形變最大的部分。因此，可以提高測量表面形狀的精度。 或者，表面形狀測量裝置可以是沿平行於切削平面的平面掃過的雷射位移計。由
於表面形狀測量裝置是將要沿平行於切削平面的平面掃過的雷射位移計，因此表面形狀測
量裝置可以以非接觸方式高度精確地測量表面形狀。此外，可以縮短測量時間。 根據本公開的第二方面，根據如下工藝製造半導體器件，其中在半導體襯底的主
要側上形成電連接到半導體元件的基底電極；在基底電極上形成保護膜，並且所述保護膜
的表面向著所述基底電極形成開口，基底電極通過該開口暴露出來；形成金屬膜以覆蓋所述保護膜和通過所述開口暴露出來的基底電極的表面；以及在半導體襯底的背側保持被吸 附或緊固到吸附或緊固半導體襯底的吸附臺上的情況下，通過在金屬膜的表面上執行切削 處理來對金屬膜進行構圖，由此形成金屬電極，通過切削處理切削的部分的厚度變化小於 半導體襯底的背側的凹陷和凸起部分之間的差異。 在根據該工藝製造的半導體器件中，通過切削處理切削第部分的厚度變化小於半 導體襯底的背側的凹陷和凸起部分之間的差異，在所述工藝中，在半導體襯底的背側保持 被吸附或緊固到吸附臺的情況下，通過在金屬膜的表面上執行切削處理來對金屬膜進行構 圖，由此形成金屬電極。因此，在經處理的平面的部分中不存在不滿足切削量所要求的精確 度的區域。可以提高產率。 或者，可以製造出水平高度差，使得通過開口暴露出來的基底電極表面從保護膜 頂部下凹；並可以在通過開口暴露出來的基底電極表面上和產生水平高度差的保護膜的側 面上形成金屬電極。由於在通過開口暴露出來的基底電極表面和產生水平高度差的保護膜 的側面上形成金屬電極，與僅僅在基底電極表面上形成金屬電極的情況相比，提高了金屬 電極的強度。 或者，形成於產生水平高度差的保護膜的側面上的金屬電極區域可以與焊料接 觸。由於形成於產生水平高度差的保護膜的側面上的金屬電極區域與焊料接觸，因此在焊 接金屬電極時，可以擴展焊料的潤溼區域。因此，可以提高接合強度。 或者，可以將金屬電極形成為通過開口從保護膜的頂部突出。當所採用的金屬電 極被形成為通過開口從保護膜的頂部突出時，可以提供其金屬電極的表面平坦的半導體器 件。 或者，保護膜可以由樹脂製成。由於把樹脂材料用作保護膜，所以即使在基底電極 具有厚度時，也可以適當地覆蓋基底電極。 根據本公開的第三方面，一種用於半導體器件的金屬電極形成方法包括在半導 體襯底的主要側上形成電連接到半導體元件的基底電極的步驟；在所述基底電極上形成保 護膜並且從所述保護膜的表面向所述基底電極形成開口的步驟，所述基底電極通過所述開 口暴露出來；形成金屬膜以覆蓋保護膜和通過開口暴露出來的基底電極的步驟；通過半導 體襯底的金屬膜一側將其上形成有金屬膜的半導體襯底吸附或緊固到第一吸附臺的步驟， 該第一吸附臺將半導體襯底吸附或緊固到平坦表面；如下步驟準備具有第二平坦表面的 臺，該第二平坦表面被指定為平行於第一吸附臺的平坦表面，將填充物澆入與半導體襯底 的主要側相反的背側和第二平坦表面之間的間隙，並固化填充物以形成使所述背側平坦化 的平坦部分；以及如下步驟通過半導體襯底的平坦部分側將其上形成有平坦部分的半導 體襯底吸附或緊固到第二吸附臺，並通過切削處理來對金屬膜進行構圖，從而形成金屬電 極，使得僅形成於開口內部的金屬膜的部分將保持完整無損。 在上述方法中，在半導體襯底的主要側上形成電連接到半導體元件的基底電極。 在基底電極上形成保護膜，並從所述保護膜的表面向著所述基底電極形成開口 ，基底電極 通過該開口暴露出來。形成金屬膜以覆蓋所述保護膜和通過所述開口暴露出來的基底電極 的表面。通過對金屬膜進行構圖，使得僅形成於開口內部的金屬膜部分將保持完整無損，以 形成金屬電極。 此外，將半導體襯底的金屬膜側吸附或緊固到第一吸附臺，以便使金屬膜的表面平坦化。準備具有第二平坦表面的臺，該第二平坦表面被指定為平行於第一吸附臺的平坦 表面。通過將填充物澆入半導體襯底背側和第二平坦表面之間的間隙並固化填充物來形成 使背側平坦化的平坦部分。因此，改善了金屬膜的表面的平坦度。此外，即使在切削處理期 間半導體襯底被吸附或緊固時，金屬膜的表面形狀在反映背側的原始不規則形狀的同時也 不會具有大的不規則性。 亦即，減小了金屬膜表面的凹陷和凸起部分之間的差異，並將用於切削處理的切 削平面和金屬膜表面之間的距離限定在預定範圍內(設置到處理要求的精確度)。因此，由 於可以提高切削處理中的精度，因此可以提高形成金屬電極的產率。 或者，填充物可以由加熱時表現出流動性的材料製成。在使用加熱時表現出流動 性的材料製成的填充物(例如熱塑性樹脂)時，在加熱以表現處流動性的同時把填充物澆 入間隙之後，一旦冷卻了填充物，填充物就被固化。因此，可以容易地形成平坦部分。
或者，在形成平坦部分的步驟中，可以將填充物塗布到第二平坦表面上，並把具有 第二平坦表面的臺壓到半導體襯底的背側，以便在背側和第二平坦表面之間的間隙中澆入 填充物。在形成平坦部分的步驟中，將填充物塗布到第二平坦表面上，並把具有第二平坦表 面的臺壓到半導體襯底的背側，以便在背側和第二平坦表面之間的間隙中澆入填充物。即 使在被用作填充物的材料太粘以至於不能容易地進入間隙時，也能夠可靠地將填充物澆入 間隙中。 根據本公開的第四方面，一種用於半導體器件的金屬電極形成方法包括在半導 體襯底的主要側上形成電連接到半導體元件的基底電極的步驟；在所述基底電極上形成保 護膜並從所述保護膜的表面向所述基底電極形成開口的步驟，所述基底電極通過所述開口 暴露出來；形成金屬膜以覆蓋保護膜和通過開口暴露出來的基底電極的步驟；通過半導體 襯底的金屬膜一側將其上形成有金屬膜的半導體襯底吸附或緊固到第一吸附臺的步驟，該 第一吸附臺將半導體襯底吸附或緊固到平坦表面；準備第三吸附臺和位移裝置的步驟，第 三吸附臺吸附或緊固半導體襯底的背側，位移裝置用於從與第三吸附臺吸附或緊固半導體 襯底的一側相反的一側施加位移，利用該位移裝置向第三吸附臺施加位移，從而使第三吸 附臺發生形變，使得第三吸附臺將緊靠在被吸附或緊固到第一吸附臺的半導體襯底的背側 上；以及如下步驟在保持位移的同時將半導體襯底的背側吸附或緊固到第三吸附臺，並 通過切削處理對金屬膜進行構圖，使得僅形成於開口內部的金屬膜將保持完整無損，以形 成金屬電極。 在上述方法中，在半導體襯底的主要側上形成電連接到半導體元件的基底電極。 在基底電極上形成保護膜，並從所述保護膜的表面向著所述基底電極形成開口，所述基底 電極從開口暴露出來。形成金屬膜以覆蓋所述保護膜和通過所述開口暴露出來的基底電極 的表面。通過切削處理對金屬膜進行構圖，使得僅形成於開口內部的金屬膜部分將保持完 整無損，以形成金屬電極。 此外，準備吸附或緊固半導體襯底的背側的第三吸附臺以及位移裝置，該位移裝 置向與第三吸附臺吸附或緊固的半導體襯底的一側相反的一側施加位移。位移裝置用於向 第三吸附臺施加位移，以便使第三吸附臺發生形變，使得第三吸附臺將緊靠在被吸附或緊 固到第一吸附臺的半導體襯底的背側上。在保持位移的同時，通過其背側將半導體襯底吸 附或緊固到第三吸附臺。通過切削處理對金屬膜進行構圖，以形成金屬電極。因此，改善了金屬膜的表面的平坦度。即使在切削處理期間半導體襯底被吸附或緊固，金屬膜的表面形 狀在反映背側的原始不規則形狀的同時也不會具有大的不規則性。 亦即，減小了金屬膜表面的凹陷和凸起部分之間的差異，並將用於切削處理的切 削平面和金屬膜表面之間的距離約束在預定範圍內(設置到處理要求的精確度)。因此，由 於可以提高切削處理中的精度，因此可以提高形成金屬電極的產率。 或者，位移裝置可以包括多個產生可控制位移的致動器。位移裝置包括多個產生
可控制位移的致動器。因此，由於可以根據半導體襯底的背側形狀施加不同的位移，可以高
度精確地使第三吸附臺發生形變，使得其將緊靠在半導體襯底的背側上。 或者，致動器可以是每一個都包括壓電元件的壓電致動器。由於致動器為每一個
都包括壓電元件的壓電致動器，因此可以改善位移控制的精度。此外，由壓電致動器導致的
後衝很小，且工作期間從其散發的熱量小。 根據本公開的第五方面，一種用於半導體器件的金屬電極形成方法包括在半導 體襯底的襯底側上形成電連接到半導體元件的基底電極的步驟；在所述基底電極上形成保 護膜並從所述保護膜的表面向所述基底電極形成開口的步驟，所述基底電極通過所述開口 暴露出來；形成金屬膜以覆蓋保護膜和通過開口暴露出來的基底電極的步驟；通過切削處 理對金屬膜進行構圖以形成金屬電極的步驟，切削處理旨在利用切削工具以預定間距的間 隔切削金屬膜的表面，使得僅形成於開口內部的金屬膜部分將保持完整無損。這裡，該切削 工具在其切削麵的頂端部分具有第一刀刃部分和第二刀刃部分，第一刀刃部分形成為沿切 削工具進刀方向從切削麵的最頂端延伸，第二刀刃部分形成為沿與切削工具進刀方向相反 的方向從最頂端延伸。指定間距，使得能夠在以該間距移動切削工具之後將要執行的切削 期間，利用第二刀刃部分切削使用第一刀刃部分通過切削層壓部分而暴露出來的保護膜的 區域，其中在所述層壓部分中金屬膜疊置在保護膜上。 在上述方法中，在半導體襯底的襯底側上形成電連接到半導體元件的基底電極。 在基底電極上形成保護膜，並從所述保護膜的表面向著所述基底電極形成開口，所述基底 電極通過所述開口暴露出來。形成金屬膜以覆蓋所述保護膜和通過所述開口暴露出來的基 底電極的表面。通過切削處理對金屬膜進行構圖，以形成金屬電極，切削處理旨在利用切削 工具以預定間距的間隔切削金屬膜的表面，使得僅形成於開口內部的金屬膜部分將保持完 整無損。 切削處理中所用的切削工具在其切削麵的頂端部分具有第一刀刃部分和第二刀 刃部分，第一刀刃部分形成為沿切削工具進刀方向從切削麵的最頂端延伸，第二刀刃部分 形成為沿與切削工具進刀方向相反的方向從最頂端延伸。可以在以指定間距移動切削工具 之後要執行的切削期間，利用第二刀刃部分切削保護膜(被第一刀刃部分切削，並且其表 面已被削掉從而大了表面粗糙度)被暴露出來的區域。因此，可以減小經過切削處理的保 護膜的表面粗糙度。 或者，切削工具可以具有其第一和第二刀刃部分，它們的形狀形成曲率半徑為R
的連續弧河以指定間距以在曲率半徑R、切削工具在保護膜中造成的切削深度d和間距P
之間建立如下表示的關係。 0 < P《2/3 (2Rd-d2)1/2 當所用的切削工具具有其第一和第二刀刃部分、它們的形狀形成曲率半徑為R的連續弧時，當指定間距以在曲率半徑R、保護膜中的切削深度d和間距P之間建立如下表示
的關係時，可以減小經過切削處理的保護膜的表面粗糙度。 0 < P《2/3 (2Rd-d2)1/2 或者，該切削工具可以具有其第一和第二刀刃部分、它們的形狀為相對於金屬膜 的表面傾斜一角度e ;且指定間距以在角度e、切削工具在保護膜中造成的切削深度d和 間距P之間建立如下所示的關係。
0 < P《2d/(3tan 9 ) 當所用的切削工具具有其第一和第二刀刃部分、它們的形狀為相對於金屬膜的表
面傾斜一角度e時，如果指定間距以在角度e 、保護膜中的切削深度d和間距之間建立如
下表示的關係，就可以減小經過切削處理的保護膜的表面粗糙度。 0 < P《2d/(3tan 9 ) 在切削工具的切削麵上，第一和第二刀刃部分形成的角度為180° -2 e 。
或者，保護膜可以由聚醯亞胺樹脂製成，且其中的切削深度為8ym或更小。
當保護膜由聚醯亞胺樹脂製成時，如果其中的切削深度被設置成8 ii m或更小，就 可以減小經過切削處理的保護膜的表面粗糙度。 儘管已經參考其優選實施例描述了本發明，應當理解，本發明不限於優選實施例 和構造。本發明意在覆蓋各種變型和等同設置。此外，儘管有各種優選的組合和構造，包括 更多、更少或僅僅單個元件的其他組合和構造也在本發明的精神和範圍內。
權利要求
一種半導體器件，包括半導體襯底(11)，其具有主表面和背側表面；基底電極(12)，其電連接到半導體元件，其中所述基底電極(12)設置在所述半導體襯底(11)的所述主表面上；保護膜(13，53)，其設置於所述基底電極(12)上，其中所述保護膜(13，53)包括開口(13a，53a)，所述基底電極(12)的一部分通過所述開口而暴露出來；以及金屬電極(15，55)，其設置在所述保護膜(13，53)的所述開口(13a，53a)中並接觸所述基底電極(12)的所述部分，其中所述保護膜(13，53)的表面和所述金屬電極(15，55)的表面的平坦度偏差小於所述半導體襯底(11)的所述背側表面的粗糙度，並且其中以如下方式提供所述金屬電極(15，55)切削用於覆蓋所述保護膜(13，53)和所述保護膜(13，53)的所述開口(13a，53a)的金屬膜(14，54)，以便在具有所述金屬膜(14，54)的所述半導體襯底(11)被安裝在吸附臺(21)上的條件下，將所述金屬膜(14，54)構圖成所述金屬電極(15，55)。
2. 根據權利要求1所述的半導體器件，其中所述保護膜(13，53)的所述開口 (13a，53a)和所述基底電極(12)的所述部分以 如下方式提供溝槽所述保護膜(13，53)提供所述溝槽的側壁，而所述基底電極(12)的所 述部分提供所述溝槽的底部，並且其中所述金屬電極(15,55)設置在所述溝槽的所述側壁和所述底部上。
3. 根據權利要求2所述的半導體器件，還包括焊料層(41)，其設置在所述溝槽中的所述金屬電極(15)上。
4. 根據權利要求1所述的半導體器件，其中所述金屬電極(55)從所述保護膜(53)的所述開口 (53a)突出出來。
5. 根據權利要求1-4中任一項所述的半導體器件， 其中所述保護膜(13， 53)由樹脂製成。
6. —種用於半導體器件的金屬電極形成方法，包括在半導體襯底(11)的主表面上形成基底電極(12)，其中所述基底電極(12)電連接到 半導體元件；在所述基底電極(12)上形成保護膜，並在所述保護膜(13)中形成開口 (13a)，使得所 述基底電極(12)從所述開口 (13a)暴露出來；在所述保護膜(13)上形成金屬膜(14)，以覆蓋所述保護膜(13)和所述保護膜(13)的 所述開口 (13a);在第一吸附臺(225)上安裝所述半導體襯底(ll)，以在所述第一吸附臺(225)上接觸 所述金屬膜(14)，其中所述第一吸附臺(225)包括用於在其上吸附所述半導體襯底(11)的 第一平坦表面；設置具有平行於所述第一吸附臺(225)的所述第一平坦表面的第二平坦表面的平坦 化臺(226)，在所述半導體襯底(11)的背側表面和所述平坦化臺(226)的所述第二平坦表 面之間插入填充物(216)，並且固化所述填充物(216)從而使所述半導體襯底(11)的切削 表面平坦化，其中所述背側表面與所述主表面相反；以及通過所述填充物(216)將所述半導體襯底(11)吸附和固定在第二吸附臺(227)上，並 且沿所述切削表面切削具有所述金屬膜(14)的所述半導體襯底(ll)，使得僅一部分所述 金屬膜(14)保留在所述保護膜(13)的所述開口 (13a)中，其中所述金屬膜(14)的所述部 分提供金屬電極(15)。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中所述填充物(216)由加熱時表現出流動性的材料製成。
8. 根據權利要求6或7所述的方法，其中以如下方式插入所述填充物(216):將所述填充劑(216)施加在所述平坦化臺 (226)的所述第二平坦表面上，並且將具有所述填充劑(216)的所述平坦化臺(226)施壓接 觸到所述半導體襯底(11)的所述背側表面。
9. 一種用於半導體器件的金屬電極形成方法，包括在半導體襯底(11)的主表面上形成基底電極(12)，其中所述基底電極(12)電連接到 半導體元件；在所述基底電極(12)上形成保護膜(13)，並在所述保護膜(13)中形成開口 (13a)，使 得所述基底電極(12)從所述開口 (13a)暴露出來；在所述保護膜(13)上形成金屬膜(14)，以覆蓋所述保護膜(13)和所述保護膜(13)的 所述開口 (13a);以及利用切削工具(321,331)切削具有所述金屬膜(14)的所述半導體襯底(ll)，使得僅一 部分所述金屬膜(14)保留在所述保護膜(13)的所述開口 (13a)中，其中所述金屬膜(14) 的所述部分提供金屬電極(15)，其中所述切削工具(321,331)包括切削表面(321a，331a)，所述切削表面具有第一刀 刃部分和第二刀刃部分，其中所述第一刀刃部分設置在所述切削表面(321a，331a)的第一側上，而所述第二刀 刃部分設置在所述切削表面(321a，331a)的第二側上，其中所述切削表面(321a，331a)的所述第一側面向所述切削工具(321,331)的前向， 而所述切削表面(321a，331a)的所述第二側面向所述切削工具(321,331)的後向，其中所述切削工具(321,331)沿所述前向移動，而所述後向與所述前向相反，其中所述切削工具(321,331)以預定的間距按步進方式移動，並且其中以如下方式確定所述間距所述第一刀刃部分切削所述金屬膜(14)在所述保護 膜(13)上的堆疊層；以所述預定間距移動所述切削工具(321,331);並且所述第二刀刃部 分切削所述保護膜(13)暴露出來的區域。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中所述第一刀刃部分以具有定義為R的曲率半徑的預定弧連接到所述第二刀刃部分，其中所述切削工具(321)以定義為d的切削深度切削所述保護膜(13)，並且 其中定義為P的所述預定間距具有如下關係0 < P《2/3(2Rd-d2)1/2。
11. 根據權利要求9所述的方法，其中其中所述第一刀刃部分以第一面和第二面連接到所述第二刀刃部分，所述第一面和所 述第二面中的每一個相對於所述金屬膜(14)的表面都傾斜定義為9的預定角，其中所述切削工具(331)以定義為d的切削深度切削所述保護膜(13)，並且 其中定義為P的所述預定間距具有如下關係0 < P《2d/(3tan e)。
12.根據權利要求9-11中任一項所述的方法， 其中所述保護膜(13)由聚醯亞胺樹脂製成，並且其中所述切削工具(321,331)以等於或小於8ym的切削深度切削所述保護膜(13)。
全文摘要
本發明涉及金屬電極形成方法和具有金屬電極的半導體器件，其中一種金屬電極形成方法包括在襯底(11)上形成基底電極(12)；形成保護膜(13，53)，其在基底電極上具有開(13a，53a)，以從該開口將基底電極暴露出來；形成覆蓋保護膜和開口的金屬膜(14，54)；在吸附臺(21)上固定襯底，並通過表面形狀測量裝置(23)測量表面形狀；通過形變裝置(24)使襯底形變，使得主表面和切削表面之間的差異在預定範圍內；測量主表面的表面形狀，並判斷該差異是否在預定範圍內；以及沿該切削表面切削襯底，以將金屬膜構圖成金屬電極(15，55)。
文檔編號H01L21/66GK101707193SQ200910225920
公開日2010年5月12日 申請日期2008年3月6日 優先權日2007年3月6日
發明者富坂學, 小島久稔, 新美彰浩 申請人:株式會社電裝