特許 7507322 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-19

(45)【発行日】2024-06-27

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/78 20060101AFI20240620BHJP

   H01L 21/301 20060101ALI20240620BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 652L

H01L29/78 652Q

H01L21/78 R

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023571108

(86)(22)【出願日】2023-06-02

(86)【国際出願番号】 JP2023020639

【審査請求日】2023-11-14

(31)【優先権主張番号】63/400,638

(32)【優先日】2022-08-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】520133916

【氏名又は名称】ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】中山 佑介

(72)【発明者】

【氏名】田口 晶英

【審査官】戸川 匠

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０２５１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１９２９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１１４６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０５３４５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フェイスダウン実装が可能なチップサイズパッケージ型の半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された半導体層と、
前記半導体層に形成された縦型電界効果トランジスタと、
前記半導体層の表面側に形成された、高さ１００μｍ以上のボール型のバンプ電極と、
前記半導体基板の裏面側の全面に接触して形成された多層構成の金属層と、を備え、
前記金属層のうち、最も厚い第１の金属層は、Ａｇ以上の延性を有する金属を主成分とし、
前記第１の金属層は厚さが８μｍ以上で、
前記半導体層の平面視において、前記金属層の外周には前記半導体基板の裏面側下方に突き出る突起が備わり、
前記突起の断面視において、前記突起の幅は５μｍ以上となる個所が備わり、
前記金属層は、第２の金属層を有し、
前記第２の金属層は、前記第１の金属層に接触して積層形成され、
前記平面視において、前記半導体装置の中央に面する方を内側とし、前記半導体装置の外周に面する方を外側とすると、前記個所における、前記突起の内側側面は、厚さが１μｍ未満の前記第２の金属層が露出し、
前記個所における、前記突起の外側側面は前記第１の金属層が露出し、
前記個所における、前記突起の、前記半導体基板の裏面側下方に突き出る長さは２０μｍ以下である
半導体装置。

【請求項2】

前記個所における前記突起の断面視で、前記突起は、前記突起を構成する前記第１の金属層が、前記半導体層の側面よりも前記外側へ膨らむ形状である
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記個所における前記突起の断面視で、前記半導体層の側面に直交する方向で、前記半導体層の側面から、前記突起を構成する前記第１の金属層が前記外側へ最も膨らむ位置までの長さの２倍をＬ１［μｍ］とし、前記突起の長さをＨｂ［μｍ］とすると、
前記第１の金属層の厚さは５×Ｈｂ／Ｌ１［μｍ］以上である
請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記個所における前記突起の断面視において、前記突起を構成する前記第１の金属層で、前記半導体層と近接する部分における前記外側側面は、前記半導体層の側面に起点がある湾曲形状を有し、
前記半導体層の側面に直交する方向で、前記半導体層の側面から、前記湾曲形状を多項式近似したときの近似曲線が極小となる位置までの長さの２倍をＬ２［μｍ］とし、前記突起の長さをＨｂ［μｍ］とすると、
前記第１の金属層の厚さは５×Ｈｂ／Ｌ２［μｍ］以上である
請求項２に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記個所における前記突起の断面視において、前記突起は、前記半導体基板の裏面側下方に向かって、前記突起の根元から先端までの区間において幅が増加する部分を有さない
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記個所における前記突起の断面視において、前記突起は、前記突起の先端が前記半導体基板の裏面側下方における最下点である
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記半導体基板の厚さは１５０μｍ以上であり、
前記半導体装置の厚さは３９０μｍ以下である
請求項１に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置に関し、特には、チップサイズパッケージ型の半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

縦型電界効果トランジスタにおいてボール型のバンプ電極を有することが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５０７３９９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に、ボール型のバンプ電極を有する縦型電界効果トランジスタで、裏面に２μｍ程度の厚さの電極金属を備える構造が開示されている。ボール型のバンプ電極を有する縦型電界効果トランジスタでは、裏面の電極金属に形成された突起（バリ）が、超音波洗浄後に脱落して他部品との短絡要因となることがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記の課題を解決するために、本開示に係る半導体装置は、フェイスダウン実装が可能なチップサイズパッケージ型の半導体装置であって、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された半導体層と、前記半導体層に形成された縦型電界効果トランジスタと、前記半導体層の表面側に形成された、高さ１００μｍ以上のボール型のバンプ電極と、前記半導体基板の裏面側の全面に接触して形成された多層構成の金属層と、を備え、前記金属層のうち、最も厚い第１の金属層は、前記金属層を構成する金属種の中で最も延性が高い第１の金属を主成分とし、前記第１の金属層は厚さが８μｍ以上で、前記半導体層の平面視において、前記金属層の外周には前記半導体基板の裏面側下方に突き出る突起（バリ）が備わり、前記突起の断面視において、前記突起の幅は５μｍ以上となる個所が備わる半導体装置であることを特徴とする。

【0006】

この構成によれば、半導体装置を個片化する過程で形成される金属層の突起（バリ）を幅の太い構造で安定して形成することができ、半導体装置が超音波洗浄のような衝撃を受けた際に突起（バリ）が脱落して、短絡要因となることを回避することができる。

【発明の効果】

【0007】

本開示は、ボール型のバンプ電極を備えながら、オン抵抗を低くし、さらに超音波洗浄などの衝撃に対する耐性のある半導体装置を提供することを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態１に係る半導体装置の構造の一例を示す断面模式図である。

【図2】図２は、実施形態１に係る半導体装置の構造の一例を示す平面模式図である。

【図3A】図３Ａは、実施形態１に係る縦型電界効果トランジスタの略単位構成の平面模式図である。

【図3B】図３Ｂは、実施形態１に係る縦型電界効果トランジスタの略単位構成の斜視模式図である。

【図4】図４は、実施形態１に係る半導体装置の製造工程の一部を示すフロー図である。

【図5】図５は、実施形態１に係る半導体装置の斜視ＳＥＭ像である。

【図6A】図６Ａは、実施形態１の比較例１に係る半導体装置の断面ＳＥＭ像である。

【図6B】図６Ｂは、実施形態１の比較例１に係る半導体装置の断面ＳＥＭ像である。

【図7A】図７Ａは、実施形態１の比較例１に係る半導体装置の平面電子顕微鏡像である。

【図7B】図７Ｂは、実施形態１の比較例１に係る半導体装置の平面電子顕微鏡像である。

【図8A】図８Ａは、実施形態１に係る半導体装置の個片化工程の一時点を示した断面模式図である。

【図8B】図８Ｂは、実施形態１に係る半導体装置の個片化工程の一時点を示した断面模式図である。

【図8C】図８Ｃは、実施形態１に係る半導体装置の個片化工程の一時点を示した断面模式図である。

【図8D】図８Ｄは、実施形態１に係る半導体装置の個片化工程の一時点を示した断面模式図である。

【図8E】図８Ｅは、実施形態１に係る半導体装置の個片化工程の一時点を示した断面模式図である。

【図8F】図８Ｆは、実施形態１に係る半導体装置の個片化工程の一時点を示した断面模式図である。

【図9A】図９Ａは、実施形態１に係る半導体装置の断面ＳＥＭ像である。

【図9B】図９Ｂは、図９Ａの白枠部分の拡大図で、実施形態１に係る半導体装置の断面ＳＥＭ像である。

【図10】図１０は、実施形態１および実施形態１の比較例１に係る半導体装置の断面ＳＥＭ像と突起の超音波洗浄実施後の脱落率である。

【図11】図１１は、実施形態１の比較例２に係る半導体装置の断面ＳＥＭ像と突起の超音波洗浄実施後の脱落率である。

【図12A】図１２Ａは、実施形態１に係る半導体装置の断面ＳＥＭ像である。

【図12B】図１２Ｂは、実施形態１に係る半導体装置の断面ＳＥＭ像である。

【図13】図１３は、実施形態１に係る半導体装置をフェイスダウン実装したときの断面ＳＥＭ像である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の一態様に係る半導体装置の具体例について、図面を参照しながら説明する。ここで示す実施形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。従って、以下の実施形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置および接続形態は一例であって本開示を限定する趣旨ではない。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。

【0010】

（実施形態１）
［１．半導体装置の構造］
本開示における縦型電界効果トランジスタ１０の構造について、シングル構成を例にとって説明する。しかし本開示の効果を享受するには、シングル構成であることは必須ではなく、デュアル構成の縦型電界効果トランジスタであってもよく、トリプル以上の構成の縦型電界効果トランジスタであってもよい。

【0011】

図１は半導体装置１の構造の一例を示す断面図である。図２はその平面図であり、半導体装置１の大きさや形状、パッドの配置は一例である。図１は、図２のＩ－Ｉにおける切断面である。また、図２中に示されるＳ、Ｇ、Ｄは、それぞれ、ソース、ゲート、ドレインのバンプ電極であることを示す。

【0012】

図１および図２に示すように、半導体装置１は、半導体層４０と、金属層３０と、半導体層４０内に形成された縦型電界効果トランジスタ１０（以下では単にトランジスタ１０ともいう）を有する。半導体層４０は、半導体層４０の平面視で、活性領域Ａ１を有する。活性領域Ａ１とは、ソース電極１１の電位を基準として、ゲート電極（不図示）にしきい値以上の電圧を印加した際に、反転層が形成されて導通チャネルとなる領域をすべて内包する最小限の範囲である。

【0013】

半導体層４０は、半導体層４０の平面視で、ゲート電極を内包し、活性領域Ａ１の導通を制御する制御領域Ａ２を有する。また後述するドレイン領域（半導体基板３２）と、半導体層４０の表面側とを導通するドレイン引き上げ領域３８を含む導通ドレイン領域Ａ３を有する。

【0014】

半導体層４０は、半導体基板３２と低濃度不純物層３３とが積層されて構成される。半導体基板３２は、半導体層４０の裏面側に配置され、第１導電型の不純物を含む第１導電型のシリコンからなる。低濃度不純物層３３は、半導体層４０の表面側に配置され、半導体基板３２に接触して形成され、半導体基板３２の第１導電型の不純物の濃度より低い濃度の第１導電型の不純物を含んで、第１導電型である。

【0015】

低濃度不純物層３３は、例えば、エピタキシャル成長により半導体基板３２上に形成されてもよい。なお、低濃度不純物層３３はトランジスタ１０のドリフト層でもあり、本明細書中ではドリフト層とよぶこともある。

【0016】

金属層３０は、半導体層４０の裏面側に接触して形成されており、半導体層４０の裏面側の全面に形成されている。金属層３０は多層構成であり、第１の金属層３０ａと、第１の金属層３０ａと接触して半導体装置１の裏面側で露出する第２の金属層３０ｂと、から成る。

【0017】

第１の金属層３０ａは少なくとも８μｍ以上の厚さであって、多層構成の中で最も厚い金属層である。さらに第１の金属層３０ａは、金属層３０を成す金属種の中で最も延性の大きい第１の金属を主成分としている。第１の金属は、例えば、銀（Ａｇ）もしくは銅（Ｃｕ）とすることができる。

【0018】

第２の金属層３０ｂは第１の金属よりも延性の小さい第２の金属を主成分としている。第２の金属は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）とすることができる。なお、金属層３０（第１の金属層３０ａおよび第２の金属層３０ｂ）には、金属材料の製造工程において不純物として混入する金属以外の元素が微量に含まれていてもよい。

【0019】

金属層３０には半導体基板３２の裏面側下方に向かって突き出る、突起５０が形成されている。突起５０は、平面視で金属層３０の外周に沿って形成されている（図５参照）。突起５０には第１の金属層３０ａの主成分である第１の金属が含まれている。突起５０の詳細については後述する。なお、図１において図示されている突起５０は、第１の金属と第２の金属との成分比が必ずしも正確に表現されているものではない。

【0020】

図１および図２に示すように、低濃度不純物層３３の活性領域Ａ１には、第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含むボディ領域１８が形成されている。ボディ領域１８には、第１導電型の不純物を含むソース領域１４、ゲート導体１５、およびゲート絶縁膜１６が形成されている。ゲート導体１５、ゲート絶縁膜１６は、半導体層４０の上面からボディ領域１８を貫通して低濃度不純物層３３の一部までの深さに形成された複数のゲートトレンチ１７の内部に、それぞれ形成されている。ソース電極１１は部分１２と部分１３とからなり、部分１２は、部分１３を介してソース領域１４およびボディ領域１８に接続されている。ゲート導体１５は半導体層４０の内部に埋め込まれた、埋め込みゲート電極であり、制御領域Ａ２に設置された、不図示のゲート電極を介して、ボール型のゲートバンプ電極１１９に電気的に接続される。

【0021】

ソース電極１１の部分１２は、ボール型のソースバンプ電極１１１と接合される層であり、限定されない一例として、ニッケル、チタン、タングステン、パラジウムのうちのいずれか１つ以上を含む金属材料で構成されてもよい。部分１２の表面には、金などのめっきが施されてもよい。

【0022】

ソース電極１１の部分１３は、部分１２と半導体層４０とを接続する層であり、限定されない一例として、アルミニウム、銅、金、銀のうちのいずれか１つ以上を含む金属材料で構成されてもよい。

【0023】

低濃度不純物層３３内のドレイン導通領域Ａ３には、半導体基板３２へ到達する深さでドレイン引き上げ領域３８が形成される。ドレイン引き上げ領域３８は低濃度不純物層３３における第１導電型の不純物の濃度より高い濃度の、第１導電型の不純物を含む層である。

【0024】

ドレイン電極８１の部分８２は、ボール型のドレインバンプ電極１８１と接合される層であり、限定されない一例として、ニッケル、チタン、タングステン、パラジウムのうちのいずれか１つ以上を含む金属材料で構成されてもよい。部分８２の表面には、金などのめっきが施されてもよい。

【0025】

ドレイン電極８１の部分８３は、部分８２と半導体層４０とを接続する層であり、限定されない一例として、アルミニウム、銅、金、銀のうちのいずれか１つ以上を含む金属材料で構成されてもよい。

【0026】

トランジスタ１０の上記構成により、半導体基板３２は、トランジスタ１０のドレイン領域として機能する。低濃度不純物層３３の、半導体基板３２に接する側の一部も、ドレイン領域として機能する場合がある。また金属層３０はトランジスタ１０のドレイン電極として機能する。

【0027】

図１に示すように、ボディ領域１８は、開口を有する層間絶縁層３４で覆われ、層間絶縁層３４の開口を通して、ソース領域１４に接続されるソース電極１１の部分１３が設けられている。層間絶縁層３４およびソース電極１１の部分１３は、開口を有するパッシベーション層３５で覆われ、パッシベーション層３５の開口を通してソース電極１１の部分１３に接続される部分１２が設けられている。ボール型のソースバンプ電極１１１はパッシベーション層３５の開口を通して、ソース電極１１の部分１２に接触接続して設置されている。

【0028】

ドレイン引き上げ領域３８は、開口を有する層間絶縁層３４で覆われ、層間絶縁層３４の開口を通して、ドレイン引き上げ領域３８に接続されるドレイン電極８１の部分８３が設けられている。層間絶縁層３４およびドレイン電極８１の部分８３は、開口を有するパッシベーション層３５で覆われ、パッシベーション層３５の開口を通してドレイン電極８１の部分８３に接続される部分８２が設けられている。ボール型のドレインバンプ電極１８１はパッシベーション層３５の開口を通して、ドレイン電極８１の部分８２に接触接続して設置されている。

【0029】

それぞれソース電極１１およびドレイン電極８１が、パッシベーション層３５の開口を通して半導体装置１の表面に部分的に露出する領域をそれぞれソースパッド、ドレインパッドとよぶ。ソースバンプ電極１１１、ドレインバンプ電極１８１は、それぞれソースパッド、ドレインパッドに各々接触接続して設置される。図１には示していないが、同様に、ゲートバンプ電極１１９は、ゲート電極（不図示）が半導体装置１の表面に部分的に露出したゲートパッドに接触接続して設置される。

【0030】

ソースバンプ電極１１１、ゲートバンプ電極１１９、ドレインバンプ電極１８１は典型的にはボール型である。本明細書においてバンプ電極がボール型であるとは、完全な球状の一部が切り取られたり、欠けたりする形状も含めるものとする。また典型的には、平面視でソースパッド、ゲートパッド、ドレインパッドは同じ大きさの円形である。

【0031】

ボール型のバンプ電極は、まず球状で同径の半田ボールを、それぞれのパッドに載置し、熱処理（リフロー）をおこなうことで各々のパッドに接触する部分を溶融させて形成する。バンプ電極の形状は、それぞれ接触接続するパッドの径、および形成後に所望する高さ（パッシベーション層３５の上面から見たそれぞれのバンプ電極の高さｈ［μｍ］）によって選択的である。本実施形態１では図１で示すように、平面視で各バンプ電極の直径ｒ１［μｍ］が、対応するパッドの直径（パッシベーション層３５の開口の直径ｒ２［μｍ］）よりも大きい。図２に示す平面図では各パッドを破線で示している。

【0032】

半導体装置１において、例えば、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型として、ソース領域１４、半導体基板３２、低濃度不純物層３３、および、ドレイン引き上げ領域３８はＮ型半導体であり、かつ、ボディ領域１８はＰ型半導体であってもよい。

【0033】

また、半導体装置１において、例えば、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型として、ソース領域１４、半導体基板３２、低濃度不純物層３３、およびドレイン引き上げ領域３８はＰ型半導体であり、かつ、ボディ領域１８はＮ型半導体であってもよい。

【0034】

以下の説明では、トランジスタ１０が、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型とした、いわゆるＮチャネル型トランジスタの場合として、半導体装置１の導通動作について説明する。

【0035】

［２．縦型電界効果トランジスタの動作］
図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、半導体装置１の半導体層４０内において、Ｘ方向およびＹ方向に繰り返し形成される、トランジスタ１０の略単位構成の、平面図および斜視図である。図３Ａおよび図３Ｂでは、分かりやすくするために半導体基板３２、ソース電極１１は図示していない。なおＹ方向とは、半導体層４０の上面と平行し、ゲートトレンチ１７が延在する方向である。またＸ方向とは、半導体層４０の上面と平行し、Ｙ方向に直交する方向のことをいう。

【0036】

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、トランジスタ１０には、ボディ領域１８とソース電極１１とを電気的に接続する接続部１８ａが備わる。接続部１８ａは、ボディ領域１８のうち、ソース領域１４が形成されていない領域であり、ボディ領域１８と同じ第２導電型の不純物を含む。ソース領域１４と接続部１８ａとは、Ｙ方向に沿って交互に、かつ周期的に繰り返し配置される。

【0037】

半導体装置１において、ドレイン電極８１に高電圧およびソース電極１１に低電圧を印加し、ソース電極１１を基準としてゲート電極（ゲート導体１５）にしきい値以上の電圧を印加すると、ボディ領域１８中のゲート絶縁膜１６の近傍に反転層が形成され、これが導通チャネルとなる。その結果、ドレイン電極８１－ドレイン引き上げ領域３８－半導体基板３２－金属層３０－半導体基板３２－低濃度不純物層３３－ボディ領域１８に形成された導通チャネル－ソース領域１４－ソース電極１１という経路で主電流が流れて半導体装置１が導通状態となる。なお、この導通経路における、低濃度不純物層３３とボディ領域１８との接触面にはＰＮ接合があり、ボディダイオードとして機能している。また、この主電流は金属層３０を流れるため、金属層３０を厚くすることで、主電流経路の断面積が拡大し、半導体装置１のオン抵抗は低減できる。

【0038】

［３．半導体装置の個片化と突起の形成］
ここから半導体装置１の製造過程と共に、半導体装置１の金属層３０の外周に備わる突起５０の形成について述べる。

【0039】

図４に、本実施形態１における半導体装置１の製造工程を簡易に示した。後に個片化されて半導体装置１になる各々の縦型電界効果トランジスタの構造は、工程５０１までにシリコンウェーハ上にアレイ状に形成される。

【0040】

次に工程５０２において、ソース、ドレイン、ゲートのそれぞれのバンプ電極が形成される。バンプ電極の形成では、まず球状の半田ボールが、ソースパッド、ドレインパッド、ゲートパッドのそれぞれに載置され、その後に熱処理をおこなって形成される。

【0041】

次に工程５０３において、シリコンウェーハ（後に個片化される各々の半導体装置１で見れば半導体基板３２に相当する）の裏面側が薄化加工される。次に工程５０４において、シリコンウェーハの薄化加工された裏面全面に多層構成の金属層３０が形成される。金属層３０には第１の金属層３０ａと第２の金属層３０ｂが含まれてよい。第１の金属層３０ａは８μｍ以上の厚さで、多層構成の金属層３０の中で最も厚くなるように形成される。第２の金属層３０ｂは、例えば１μｍ未満の厚さであってもよい。

【0042】

次に、工程５０５でシリコンウェーハにブレードを用いたダイシングをおこない、各々の半導体装置１が個片化される。このとき、シリコンウェーハと共に、工程５０４でシリコンウェーハの裏面全面に形成された金属層３０も切断されるが、物理的にブレードで押し出される金属層３０は、半導体装置１の側面に沿って延伸する。このため個片化された半導体装置１の金属層３０の外周には、半導体装置１の裏面側下方（－Ｚ方向）に向かって延伸した突起（いわゆるバリ）５０が形成される。

【0043】

図５に、本実施形態１における半導体装置１の、金属層３０の露出面側から見た斜視ＳＥＭ像を示す。半導体装置１の裏面全面には金属層３０が備わるので、個片化された半導体装置１で見ると、突起５０は金属層３０の外周４辺の全長にわたって形成される。突起５０が形成されるのは、工程５０５における半導体装置１の個片化が、ブレードを用いておこなわれるためである。本開示において、工程５０５がブレードを用いたダイシングであることは重要である。以下でその理由を説明する。

【0044】

例えば、ブレードを用いたダイシングの他には、レーザを用いたダイシングがある。レーザを用いる場合、レーザ照射によって飛び散る半導体材料や金属種の飛散物（いわゆるデブリ）が、半導体装置に付着することを防ぐ必要がある。このため一般的に、半導体装置の表面にあらかじめ、デブリ付着を防止する保護膜を被覆させる。しかし本実施形態１の半導体装置１においては、バンプ電極（ソースバンプ電極１１１、ゲートバンプ電極１１９、ドレインバンプ電極１８１）が、一定の高さを有するボール型の形状で備わる。このためデブリが付着することを防ぐための保護膜を、バンプ電極を含めた半導体装置１の表面を十分に被覆するように製膜することが難しい。

【0045】

本発明者らが検討したところ、バンプ電極の高さが１００μｍを超えると、従来一般的に使用される保護膜では、半導体装置１の表面を十分に被覆することは困難になる。本開示は１００μｍ以上の高さのバンプ電極が備わる半導体装置１を対象とするものである。したがって個片化においてはブレードを用いたダイシングを実施せざるを得ない。このため金属層３０に突起５０が形成されることを回避するのはたいへん難しい。

【0046】

ところで半導体装置１を実装基板に実装する前後の段階において、付着している異物を除去する目的で、半導体装置１に超音波洗浄を施すことがある。超音波洗浄のような衝撃を半導体装置１に与えると、異物だけでなく、金属層３０の外周に形成された突起５０までもが金属層３０から物理的に離れることがある。

【0047】

図６Ａ、図６Ｂに、本実施形態１の比較例１における突起５００の断面ＳＥＭ像を示す。比較例１は金属層３０の厚さが３μｍの場合に形成される突起５００の例である。図６Ａおよび図６Ｂに示す突起５００は、いずれも断面視で、幅が５μｍを下回っている。後述するが、断面視において突起５００は、幅が５μｍを下回ると、超音波洗浄のような衝撃により金属層３０から物理的に離れてしまう傾向がある。

【0048】

図６Ａまたは図６Ｂに示すような形状の突起５００であっても、超音波洗浄によって半導体装置１の外周４辺に沿ってすべて一様に脱落することは少ない。典型的には、脱落せずに金属層３０とつながり続ける部分が所々で生じる。結果的に突起５００は、図７Ａまたは図７Ｂに示すように、見た目には紐状の半遊離体５００ａとして比較例１に係る半導体装置（金属層３０）に残ることが多い。図７Ａ、図７Ｂは、本実施形態１の比較例１において形成された突起５００に、超音波洗浄を施した後の、金属層３０の露出面側から見た光学顕微鏡像である。

【0049】

図７Ａ、図７Ｂに示すように、脱落せず紐状に残った半遊離体５００ａは、比較例１に係る半導体装置が実装される実装基板において、比較例１に係る半導体装置と隣接する別の部品（不図示）に接触し、意図しない導通経路を成すことがある。また比較例１に係る半導体装置が実装される実装基板において、半遊離体５００ａが何らかの要因で比較例１に係る半導体装置から脱落し、比較例１に係る半導体装置とは関係のない別の部品同士を短絡させる要因となる可能性がある。

【0050】

このような事情を考慮し、本発明者らは突起５０が超音波洗浄のような衝撃を与えられても金属層３０から離れることなく、安定して金属層３０と接続し続けられるよう、断面視で、幅が太い突起５０を再現性よく形成できる構造を開発した。

【0051】

すなわち、フェイスダウン実装が可能なチップサイズパッケージ型の半導体装置１であって、半導体基板３２と、半導体基板３２上に形成された低濃度不純物層３３と、半導体基板３２と低濃度不純物層３３とを合わせて半導体層４０と称したとき、半導体層４０に形成された縦型電界効果トランジスタ１０と、半導体層４０の表面側に形成された、高さ１００μｍ以上のボール型のバンプ電極（ソースバンプ電極１１１、ゲートバンプ電極１１９、ドレインバンプ電極１８１）と、半導体基板３２の裏面側の全面に接触して形成された多層構成の金属層３０と、を備え、金属層３０のうち、最も厚い第１の金属層３０ａは、金属層３０を構成する金属種の中で最も延性が高い第１の金属を主成分とし、第１の金属層３０ａは厚さが８μｍ以上で、半導体層４０の平面視において、金属層３０の外周には半導体基板３２の裏面側下方に突き出る突起（バリ）５０が備わり、突起５０の断面視において、突起５０の幅は５μｍ以上となる個所が備わる半導体装置１である。

【0052】

このような構造であると、工程５０５において、ブレードによって物理的に押し出される金属層３０のほとんどの部分が第１の金属層３０ａとなる。つまり半導体装置１が有する突起５０を、第１の金属層３０ａを成す第１の金属を主成分として構成することができる。第１の金属は、金属層３０を構成する金属の中で最も延性が大きいために物理的な外圧に対して柔軟に変形され得る。また第１の金属層３０ａは８μｍ以上の厚さを有するために、物理的な外圧に対して柔軟に変形され得る余地が大きく、突起５０を、超音波洗浄における衝撃では脱落しない、幅の太い形状にすることができる。

【0053】

図８Ａから図８Ｆを用いて、本実施形態１で突起５０が幅の太い形状となることを説明する。図８Ａから図８Ｆは、工程５０５における個片化の様子を、段階的かつ模式的に示したものである。シリコンウェーハはあらかじめダイシングシート７００に貼り付けられており、シリコンウェーハにアレイ状に形成された半導体装置１同士の間に、ブレード６００があてがわれる。なお、図８Ｃ～図８Ｆにおいて図示されている突起５０（図８Ｃ～図８Ｆ中に符号は振られていない）は、第１の金属と第２の金属との成分比が必ずしも正確に表現されているものではない。

【0054】

図８Ａに示すように、ブレード６００は－Ｚ方向に降ろされ、回転かつ進行しながらシリコンウェーハおよび金属層３０を切断する。図８Ｂに示すように、本実施形態１では第１の金属層３０ａが厚く、また第１の金属の延性が大きいため、ブレード６００が最下点に達する前に金属層３０が物理的に押し出される状態となる。ダイシングシート７００はもともと柔軟性を有した素材であるため破れることはない。

【0055】

図８Ｃはブレード６００が最下点に達したところを模式的に示している。このときブレード６００の先端は第２の金属層３０ｂを貫通するため、この段階で半導体装置１は個片化されている。しかし押し出された金属層３０（第１の金属層３０ａ）は、ブレード６００の先端の形状を反映するように、Ｚ方向およびＸ方向へ柔軟に変形する。特にブレード６００の先端の、丸みを帯びた形状が反映されて、第１の金属層３０ａがＸ方向に変形することは重要であり、この変形があるために突起５０の幅を太くすることができる。尚、第２の金属層３０ｂは、第１の金属層３０ａとの積層の状態を維持したまま、露出面の法線方向を変える。

【0056】

第１の金属層３０ａが薄い場合、ブレード６００が最下点に到達しても第１の金属層３０ａは物理的に押し出されて変形する余地がほとんどなく、単にブレード６００の一直線状の側面が反映されて、突起５０の幅を太くするような作用が得られない。第１の金属の延性が小さい場合も同様である。

【0057】

図８Ｄと図８Ｅはブレード６００を＋Ｚ方向へ引き上げる途中を表した模式図であるが、このとき第１の金属層３０ａはブレード６００の引き上げに巻き込まれるようにして、半導体層４０側面の方へも引き戻される部分が生じる場合がある。個片化された半導体装置１には、結果的に図８Ｆに示すように、金属層３０の外周に突起５０が形成される。

【0058】

図９Ａ、図９Ｂに本実施形態１の典型例となる突起５０の断面ＳＥＭ像を示す。図９Ｂは図９Ａに示す白枠部分を拡大したものである。図９Ｂを用いて、断面視において突起５０の構造を見るときの定義を明確化しておく。図９ＢではＸ方向とＺ方向とを含む断面視を例示しているが、突起５０の断面であれば、これとは別の方向の断面であって構わない。

【0059】

図９Ｂにおける破線Ａは、半導体基板３２と金属層３０との界面である。半導体基板３２は典型的にはシリコンである。半導体基板３２と金属層３０との界面は比較的に平坦であり、したがって破線Ａは断面視で、凹凸の少ない一直線状であると見てよい。

【0060】

図９Ｂにおける破線Ｂは、第１の金属層３０ａと第２の金属層３０ｂとの、およその界面である。第１の金属層３０ａと第２の金属層３０ｂとの厳密な界面は、半導体基板３２と金属層３０との界面ほど平坦ではないことが多く、断面視で第１の金属層３０ａと第２の金属層３０ｂとの界面は一直線状であるとは言い難い場合がある。しかし便宜的に破線Ｂを、破線Ａと平行であって、第１の金属と第２の金属との違いに起因するコントラストの差が大きくなるところを、Ｘ方向においてなるべく多くの部分で通るように設置してよい。

【0061】

尚、本実施形態１の半導体装置１（図９Ｂ）においては、第１の金属層３０ａが半導体基板３２と接触しているので、破線Ａと破線Ｂとの間のＺ方向の距離が、第１の金属層３０ａの厚さとなる。また図９Ｂにおいては参考として、グレーの実線で第１の金属層３０ａと第２の金属層３０ｂとの実際の界面を示しているが、これは第１の金属と第２の金属の違いに起因するコントラストの差が大きくなるところに沿ったものである。

【0062】

図９Ｂにおける破線Ｃは、第２の金属層３０ｂの、－Ｚ方向における露出面である。断面視において第２の金属層３０ｂの露出面は、第１の金属層３０ａと第２の金属層３０ｂとの界面と同様にして、一直線状であるとは言い難い場合がある。しかし便宜的に破線Ｃを、破線Ａおよび破線Ｂと平行であって、第２の金属層３０ｂが－Ｚ方向に露出するところを、Ｘ方向においてなるべく多くの部分で通るように設置してよい。したがって破線Ｂと破線Ｃとの間のＺ方向の距離が、第２の金属層３０ｂの厚さとなる。

【0063】

図９Ｂにおける破線Ｄは、半導体層４０の側面である。半導体層４０の側面は、金属層３０との界面付近において、金属層３０を構成する金属によって一部被覆されていてもよいが、＋Ｚ方向に向かって金属層３０から離れていくと、いずれ半導体層４０だけが露出する側面が現れる。半導体層４０の側面が金属層３０との界面付近において、金属層３０を構成する金属によって一部被覆されるのは、工程５０５におけるダイシング時に、ブレード６００のＺ方向における押し出しや引き戻し、あるいはその際のブレード６００の回転方向の影響を受けて、金属層３０を構成する金属が＋Ｚ方向に巻き返されることがあるためである。

【0064】

図９Ｂにおける実線Ｅは、突起５０の根元の位置を定義する基準である。突起５０の内側において、第２の金属層３０ｂの、露出面における法線方向が、－Ｚ方向から別の方向（図９Ｂでは－Ｘ方向）へ変化する箇所を通って、破線Ａに平行する線である。

【0065】

図９Ｂにおける実線Ｆは、突起５０の長さを定義する最下点である。すなわち突起５０が－Ｚ方向において最も下方へ到達する箇所を通って、実線Ｅに平行する線である。本開示では、実線Ｅと実線Ｆとの間のＺ方向の距離を、その突起５０の長さと定義する。

【0066】

図９Ｂにおける実線Ｇは、突起５０の内側の位置を定義する基準である。突起５０の内側において、第２の金属層３０ｂの露出面における法線方向が、－Ｚ方向から別の方向（図９Ｂでは－Ｘ方向）へ変化する箇所を通って、実線Ｅに直交する線である。図９Ｂでは、実線Ｇを＋Ｚ方向へ延長すると半導体層４０の側面である破線Ｄとほとんど一致するが、破線Ｄと実線Ｇは一致していても一致していなくてもよい。

【0067】

図９Ｂにおける実線Ｈは、突起５０の外側の位置を定義する基準である。実線Ｈは、突起５０の外側において、半導体層４０の側面（破線Ｄ）から、半導体層４０の側面に直交する方向（Ｘ方向）において、最も離れる個所を通って、実線Ｇに平行する線である。本開示では、実線Ｇと実線Ｈとの間のＸ方向の距離を、その突起５０の幅、または突起５０の根元の幅と定義する。

【0068】

本開示においては、金属層３０という用語には突起５０が含まれるものとする。しかし金属層３０のうち、半導体層４０とＺ方向において正規に積層された範囲、と称する場合には突起５０は含まれないものとする。すなわち、金属層３０のうち半導体層４０とＺ方向において正規に積層された範囲とは、突起５０の内側の位置を定義する基準（実線Ｇ）あるいは半導体層４０の側面（破線Ｄ）とをＸ方向において比べたとき、より半導体装置１の内側に位置するものの方よりも、さらに半導体装置１の内側の範囲を指すものとする。例えば図９Ｂにおいては、実線Ｇよりも半導体装置１の内側にある範囲が相当する。

【0069】

突起５０という用語が指すのは、金属層３０のうち、突起５０の内側の位置を定義する基準よりも外側にある部分を指す。図９Ｂにおいては、実線Ｇよりも外側の部分であり、必然的に実線Ｅよりも－Ｚ方向に突出する部分を含む。また半導体層４０の側面（破線Ｄ）を一部被覆する金属部分も、突起５０という用語に含まれるものとする。

【0070】

突起５０に、超音波洗浄のような衝撃に対する耐性を持たせるためには、断面視で根元の幅を太くすることが好ましい。図１０に本実施形態１の一例として、第１の金属層３０ａに銀（Ａｇ）を用い、Ａｇの膜厚を変更したときに形成される突起５０の形状を示した。またそれぞれに超音波洗浄を施した後の突起５０の脱落発生率も示した。水準１は、第２の金属層３０ｂを製膜せず、第１の金属層３０ａであるＡｇが半導体装置１の裏面側に露出する場合のものである。水準２は、第２の金属層３０ｂとして１μｍ未満の厚さのニッケル（Ｎｉ）を用いたときのものであり、この中で第１の金属層３０ａであるＡｇの厚さが３μｍのものは比較例１のものである。

【0071】

Ａｇは金属の中で最も延性が高いものの１つであり、Ｎｉの延性はＡｇに比べて低い。このため、図８Ａから図８Ｆで示したように、断面視での突起５０の幅を太くしやすい条件を備えている。しかし図１０に示すように、第１の金属層３０ａであるＡｇの厚さが３μｍの場合（比較例１）、工程５０５における個片化で形成された突起５０の幅は２．４μｍであって、衝撃に対して脆弱な形状となった。超音波洗浄後の突起５０の脱落発生率は１９％であり、突起５０が実装後に短絡要因となる可能性を排除できない結果であった。

【0072】

これに対して、第１の金属層３０ａであるＡｇの厚さが８μｍになると、水準１であれ水準２であれ、突起５０の幅が安定して５．０μｍ以上となり、超音波洗浄後の脱落発生も見られなかった。第１の金属層３０ａであるＡｇの厚さが厚いほど、突起５０の幅も太くなる傾向がある。つまり超音波洗浄後の突起５０の脱落は、第２の金属層３０ｂの有無、あるいは第２の金属層３０ｂの厚さに関係なく、第１の金属層３０ａの厚さが８μｍ以上あれば防ぐことができるといえる。したがって第２の金属層３０ｂの有無や厚さに関係なく、第１の金属層３０ａの厚さは８μｍ以上あることが望ましい。

【0073】

図１１に本実施形態１の比較例２として、第１の金属層３０ａに厚さ１０μｍのニッケル（Ｎｉ）を用い、第２の金属層３０ｂを製膜せず、第１の金属層３０ａであるＮｉが半導体装置１の裏面側に露出する場合に形成される突起５０の形状を示した。またそのときに超音波洗浄を施した後の突起５０の脱落発生率も示した。

【0074】

Ｎｉは金属の中でも特に延性が高いわけではない。このため１０μｍの厚さがあるとはいえ、工程５０５における個片化で形成された突起５０の幅はわずか１．０μｍ程度しかなく、衝撃に対して脆弱な形状となった。超音波洗浄後の突起５０の脱落発生率は６９％と高いものであり、突起５０が実装後に短絡要因となる可能性が高いという結果であった。

【0075】

したがって突起５０に、超音波洗浄のような衝撃に対する耐性を十分に持たせるためには、半導体装置１は、半導体基板３２の裏面側の全面に接触して形成された多層構成の金属層３０のうち、最も厚い第１の金属層３０ａは、金属層３０を構成する金属の中で最も延性が高い第１の金属を主成分とし、第１の金属層３０ａは厚さが８μｍ以上であることが望ましい。このような形状の場合、工程５０５の個片化の後に現れる突起５０の幅を、安定して５μｍ以上の太いものにすることができる。

【0076】

本実施形態１の突起５０に現れる特徴を、典型例（図９Ｂ）と比較例１（図６Ａおよび図６Ｂ）とを対比しながら説明する。本実施形態１で形成される突起５０の幅が安定して５μｍ以上の太さであることは説明したとおりである。幅が太いのは、本実施形態１で形成される突起５０が、断面視で、突起５０の根元における第１の金属層３０ａが、半導体層４０の側面（図９Ｂでは破線Ｄ）よりも外側へ膨らむ形状であるためである。

【0077】

また図９Ｂによれば、突起５０の断面視において、突起５０は先端が半導体基板３２の裏面側下方（－Ｚ方向）における最下点となる形状である。これに対して比較例１における図６Ａでは、突起５０が－Ｚ方向に一直線状でなく曲がりくねっているため、突起５０の先端が－Ｚ方向の最下点とは一致しない。突起５０が－Ｚ方向に一直線状でなく曲がりくねっていると、突起５０の表面が超音波洗浄の衝撃をあらゆる方向から受けることになり、脱落の可能性が高まるため望ましくない。

【0078】

また図９Ｂによれば、突起５０の断面視において、突起５０の根元から先端までの区間において、先端（半導体装置１の裏面側下方）へ向かう方向においては、突起５０の幅がいったん縮小した後に、再び増加する部分を有することがない。これに対して比較例１における図６Ｂでは、突起５００の根元の幅が細いながら、最下点に向かう方向において幅が太くなるところを有する形状である。つまり比較例１（図６Ｂ）では突起５００の根元の幅の方が細い形状であり、超音波洗浄のような衝撃に対して特に脆弱である。

【0079】

図９Ｂではグレーの実線で示しているとおり、本実施形態１では、金属層３０の多層構成が突起５０においても維持されている。本開示においては、半導体層４０の平面視において、半導体装置１の中央に面する方を内側とし、半導体装置１の外周に面する方を外側とよぶが、突起５０の内側側面は、厚さが１μｍ未満の第２の金属層３０ｂが露出し、突起５０の外側側面は第１の金属層３０ａが露出していることが分かる。

【0080】

ここで第２の金属層３０ｂが備わることの効果を説明する。先に述べたとおり本開示の効果を享受するには、金属層３０の中で最も延性の大きい第１の金属を主成分とする第１の金属層３０ａの厚さが、最も厚く８μｍ以上であることが求められる。第２の金属層３０ｂについては備わっていてもいなくてもよく、また第２の金属層３０ｂが備わっていても、その厚さに制約はない。

【0081】

しかし第２の金属層３０ｂを備え、第２の金属の延性を適切に選択すると、突起５０の長さを不要に長くすることを防ぐ効果を得ることができる。図１０に示した突起５０の形状を、水準１と水準２とで比較すると、第２の金属層３０ｂとしてＮｉを１μｍ未満でも製膜している水準２の方が、突起５０の長さが短くなっている。これは第２の金属層３０ｂの主成分である第２の金属（Ｎｉ）の延性が大きくないため、工程５０５における個片化で、第１の金属層３０ａが不要に引き伸ばされることを、第２の金属層３０ｂが抑制するためである。

【0082】

脱落防止や短絡回避の観点から捉えて、突起５０の長さは不要に長くない方が好ましい。本発明者らが検討した結果、第１の金属層３０ａとしてＡｇもしくはＣｕを１０μｍの厚さで形成し、さらに第１の金属層３０ａに直接接触して積層するように、第２の金属層３０ｂを形成するとき、第２の金属をＮｉと同程度の延性を有するように選べば、厚さが１μｍ未満であっても、突起５０の長さを２０μｍ未満に抑えることができる。

【0083】

図１０に示した水準２の結果では、突起５０の長さはすべて２０μｍ未満であり、超音波洗浄後の脱落は発生しない。このため突起５０の、半導体基板３２の裏面側下方に向かって突き出る長さは２０μｍ未満であることが望ましい。

【0084】

すなわち、金属層３０は、第２の金属層３０ｂを有し、第２の金属層３０ｂは、第１の金属層３０ａに接触して積層形成され、平面視において、半導体装置１の中央に面する方を内側とし、半導体装置１の外周に面する方を外側とすると、突起５０の内側側面は、厚さが１μｍ未満の第２の金属層３０ｂが露出し、突起５０の外側側面は第１の金属層３０ａが露出し、突起５０の、半導体基板３２の裏面側下方に突き出る長さは２０μｍ以下である半導体装置１であることが望ましい。

【0085】

ところで図８Ａから図８Ｆで示したように、工程５０５において、第１の金属層３０ａはブレード６００によって物理的に押し出された分が突起５０の主成分となる。そのため突起５０の幅を太くするのに必要な第１の金属層３０ａの厚さと、突起５０の断面視における形状に現れる特徴との間には相関がある。以下ではその相関を説明する。

【0086】

図１２Ａに本実施形態１における別の典型例である突起５０の断面ＳＥＭ像を示す。図１２Ａに示した構造は、第１の金属層３０ａとしてＡｇを厚さ１０μｍで製膜し、第１の金属層３０ａに接触して積層形成される第２の金属層３０ｂとして、Ｎｉを厚さ１μｍ未満で製膜した半導体装置１を個片化することで形成された突起である。図９Ｂを用いて定義した突起５０の幅をＷｂ［μｍ］、突起５０の長さをＨｂ［μｍ］とし、第１の金属層３０ａの厚さをＭ１［μｍ］とする。

【0087】

さらに半導体層４０の側面（破線Ｄ）から、半導体装置１の外側に向かって最も突き出る位置（実線Ｈ）までのＸ方向における距離をＬ１／２［μｍ］とすると、Ｌ１は概ね、工程５０５における個片化で用いられたブレード６００の幅であるとみてよい。ブレード６００があてがわれることで、シリコンウェーハから、Ｘ方向においてＬ１の幅が削除されることになり、ブレード６００の両側にそれぞれ備わる半導体装置１の、片方側だけでこれを見ると、Ｌ１／２だけ削除される痕跡が残ることになる。

【0088】

したがって片方側だけで見ると、工程５０５においてブレード６００で物理的に押し出された第１の金属層３０ａの量（図１２Ａにおいて紙面奥行き方向は一様であると捉えて、ここでは量の概念を断面視的に論じる）は、Ｍ１×Ｌ１／２［μｍ^２］であり、これが突起５０の長さの基準（実線Ｅ）よりも下方における突起５０に変形すると見ることができる。実線Ｅよりも下方における突起５０の形状は、断面視で概ね三角形と捉えられるため、形成された突起５０の量はＷｂ×Ｈｂ／２となる。

【0089】

これらがおよそ等しくなるはずであるため、Ｍ１×Ｌ１／２≒Ｗｂ×Ｈｂ／２の関係が成立することになる。したがって、およそＭ１＝Ｗｂ×Ｈｂ／Ｌ１の関係が成立することになる。突起５０の幅ＷｂについてはＷｂ≧５μｍの関係になることが望ましいため、本実施形態１においてはＭ１≧５×Ｈｂ／Ｌ１の関係が成立するように、第１の金属層３０ａの厚さが備わっていればよい。この関係が成立していれば、突起５０を安定して幅の太い形状にすることができる。

【0090】

すなわち突起５０の断面視で、突起５０の根元の、第１の金属層３０ａが半導体層４０の側面よりも外側へ最も膨らむ位置において、当該位置の、半導体層４０の側面に垂直な方向で、半導体層４０の側面から外側に膨らむ長さの２倍をＬ１[μｍ]とし、突起５０の根元の幅をＷｂ[μｍ]とし、突起５０の長さをＨｂ[μｍ]とすると、第１の金属層３０ａの厚さは５×Ｈｂ／Ｌ１[μｍ] 以上であればよい。

【0091】

上記の関係をさらに厳密に捉えたものを図１２Ｂに示す。断面視において、突起５０の外側側面で、半導体層４０に近接するところに現れる湾曲形状は、ブレード６００の先端の丸みを帯びた形状が反映されたものであるとみることができる。断面視において、半導体層４０に近接し、半導体層４０の側面（破線Ｄ）から下方かつ外側に現れる湾曲形状を２乗までの多項式で近似したとき、その近似曲線が極小（すなわち微分係数がゼロ）となる位置（図１２Ｂ中における点Ｊ）までの、半導体層４０の側面（破線Ｄ）からの距離をＬ２／２［μｍ］とすると、Ｌ２は概ね工程５０５における個片化で用いられたブレード６００の幅であるとみてよい。

【0092】

したがってＭ１×Ｌ２／２≒Ｗｂ×Ｈｂ／２の関係が成立することになり、突起５０の幅ＷｂはＷｂ≧５μｍの関係が望ましいことから、Ｍ１≧５×Ｈｂ／Ｌ２の関係が成立することが望ましい。

【0093】

すなわち突起５０の断面視で、金属層３０と突起５０との外側側面は、半導体層４０の側面に起点がある湾曲形状を有し、半導体層４０の側面から、湾曲形状を多項式近似したときの近似曲線が極小となる位置までの、半導体層４０の側面に垂直な方向における距離の２倍をＬ２[μｍ]とし、突起５０の根元の幅をＷｂ[μｍ]とし、突起５０の長さをＨｂ[μｍ]とすると、第１の金属層３０ａの厚さは５×Ｈｂ／Ｌ２[μｍ] 以上であればよい。

【0094】

ところで金属層３０を厚くすると、図４に示す製造工程のうち、工程５０４のシリコンウェーハ裏面への金属（金属層３０）製膜の後に、シリコンウェーハの反りが大きくなる場合がある。シリコンウェーハの反りが大きいと、以降の工程が進行しにくくなるため都合がわるい。なるべくシリコンウェーハの反りを抑制するためには、工程５０３のシリコンウェーハの薄化加工で、シリコンウェーハをなるべく薄化しないことが有効である。

【0095】

本発明者らの検討の結果によれば、金属層３０において、第１の金属層３０ａを、Ａｇを主成分として８μｍの厚さで形成した場合、半導体基板３２の厚さが１５０μｍ以上であればシリコンウェーハに生じる反りを最大でも７ｍｍ未満に抑制できることが分かった。シリコンウェーハの反りが７ｍｍ未満であれば工程５０４より後の工程を円滑に進行することができる。

【0096】

また半導体装置１として許容される製品の厚さを超えない範囲で、半導体基板３２を厚く残すことが望ましい。製品の厚さの上限としては４００μｍが要望されることが多い。半導体装置１の厚さは、マージンを考慮して、３９０μｍ以下であることが望ましい。

【0097】

すなわち本実施形態１における半導体装置１は、半導体基板３２の厚さが１５０μｍ以上であり、半導体装置１の厚さが３９０μｍ以下であることが望ましい。半導体基板３２の厚さは、より具体的には、１５０μｍ以上２８０μｍ以下であることが望ましい。上限２８０μｍというのは、半導体装置１の厚さ上限３９０μｍから、ボール型のバンプ電極の高さの最小である１００μｍと、金属層３０の厚さの最小である８μｍを、マージンを考慮して差し引いた値である。

【0098】

ところで本実施形態１における半導体装置１は、ボール型のバンプ電極（ソースバンプ電極１１１、ゲートバンプ電極１１９、ドレインバンプ電極１８１）の高さが、最小でも１００μｍ以上で備わることを特徴としている。バンプ電極の高さは１５０μｍ以上の大きいものが求められることもあり、そのような場合には、各バンプ電極の高さは、半導体基板３２の厚さよりも大きくなることがある。以下では、各バンプ電極の高さが、半導体基板３２の厚さよりも大きくなる場合の特徴について説明する。

【0099】

各バンプ電極の高さｈ［μｍ］が、半導体基板３２の厚さよりも大きくなる場合、図１および図２に示すように、典型的には、実装前の各バンプ電極の直径ｒ１［μｍ］は、各バンプ電極が接触するそれぞれのパッドの直径ｒ２［μｍ］よりも大きくなる（ｒ１＞ｒ２）。しかしｒ１およびｒ２の大小関係および、平面視における半導体層４０の大きさによっては、半導体装置１を実装基板にフェイスダウン実装すると、バンプ電極が半導体装置１の外周からはみ出てしまうことがある。バンプ電極が半導体装置１の外周からはみ出ると、金属層３０と接触して短絡する可能性が高まるので望ましくない。図１３に、本実施形態１における半導体装置１で、平面視での形状が１辺の長さが８００μｍ（０．８ｍｍ）の正方形である半導体装置１を、実装基板にフェイスダウンで実装した後の断面ＳＥＭ像を示す。

【0100】

図１３に示すように、半導体装置１のバンプ電極は実装基板８００へのフェイスダウン実装で、縦方向（＋Ｚ方向）に一定量だけ押しつぶされる。この結果、バンプ電極は横方向（±Ｘ方向）に押し出される。実装後のバンプ電極の直径をｒ３［μｍ］とするならば、ｒ３＞ｒ１となる。図１３に示す半導体装置１においては、実装前のバンプ電極の直径ｒ１は０．２６μｍであったが、実装後のバンプ電極の直径ｒ３は少なくとも０．２９μｍまで拡大していることが分かる。

【0101】

本発明者らの検討では、各パッドから横方向へ押し出された分（ｒ３－ｒ２）は、最大で、実装前におけるバンプ電極の直径とパッド直径との差（ｒ１－ｒ２）の５倍に至ることが分かった。そこで、平面視で半導体装置１の各パッド（ソースパッド、ゲートパッド、ドレインパッド）の外周から、それぞれ最近接する半導体層４０の外周までの距離をｄ［μｍ］とすると、あらかじめ半導体装置１について、ｄ≧（ｒ３－ｒ２）／２≧５×（ｒ１－ｒ２）／２の関係が成立するように、各パッドを設置すればよいといえる。関係式の右辺が２で除してあるのは、断面視において各バンプ電極が押し出された分の、片側だけを考慮するためである。

【0102】

上記の関係が成立するように各パッドを設置すれば、半導体装置１をフェイスダウン実装した後においても、平面視で半導体層４０の外周からバンプ電極（ソースバンプ電極１１１、ゲートバンプ電極１１９、ドレインバンプ電極１８１）がはみ出ることがなく、短絡の可能性を低めることができる。

【0103】

ところでバンプ電極の高さを１５０μｍ以上確保しながら、半導体装置１の面積を特に小さくすることが求められる場合がある。典型的には、平面視で半導体装置１（半導体層４０）を１辺の長さが８００μｍ（０．８ｍｍ）以下の正方形状とすることが求められる。尚、ソースバンプ電極１１１、ゲートバンプ電極１１９、ドレインバンプ電極１８１の３種類のバンプ電極の形成が必要であれば、半導体層４０をなるべく小さい形状にすることが求められる場合ほど、図２に示すように半導体装置１はバンプ電極を４つ備える正方形状とすることが自然である。

【0104】

半導体装置１の限られた面積の中に、相対的に大きなバンプ電極を形成するには、バンプ電極同士が接触しないよう特に留意せねばならない。平面視で、隣接するバンプ電極間においては少なくとも２×ｄの寸法が確保されることが好ましい。したがって、平面視において半導体層４０が、１辺の長さをＬ［μｍ］とする正方形状であるとすると、半導体層４０の１辺に沿ってバンプ電極は２つ形成されるから、Ｌ≧２×ｒ２＋４×ｄ≧１０×ｒ１－８×ｒ２の関係が成立することが好ましい。

【0105】

所望する半導体装置１の１辺の長さＬに対して、上記の関係が成立するように、バンプ電極の直径ｒ１やパッドの直径ｒ２を選択することが望ましい。例えば、半導体層４０の１辺の長さＬ＝７８０μｍ（０．７８ｍｍ）の制約の下で、バンプ電極の高さｈ＝１９０μｍが求められる場合、バンプ電極の直径ｒ１はおよそ２６０μｍとなる。すると上記の関係式に基づいて、バンプ電極を載置するパッドの直径ｒ２は、２２８μｍ以上であることが望ましいことになる。

【0106】

すなわち本開示における半導体装置１は、フェイスダウン実装が可能なチップサイズパッケージ型の半導体装置１であって、半導体基板３２と、半導体基板３２上に形成された低濃度不純物層３３と、半導体基板３２と低濃度不純物層３３とを合わせて半導体層４０と称したとき、半導体層４０の表面側に形成された、高さ１５０μｍ以上のボール型のバンプ電極（ソースバンプ電極１１１、ゲートバンプ電極１１９、ドレインバンプ電極１８１）と、を備え、ボール型のバンプ電極の高さは半導体基板３２の厚さよりも大きく、半導体層４０の平面視において、半導体層４０は１辺の長さがＬ［μｍ］の正方形状であり、平面視でボール型のバンプ電極の直径をｒ１［μｍ］、ボール型のバンプ電極と半導体層４０の表面との接触面の直径をｒ２［μｍ］とすると、ｒ１＞ｒ２であり、Ｌ≧１０×ｒ１－８×ｒ２の関係が成立する半導体装置１であることが好ましい。

【0107】

このような構造である場合、小型の半導体装置１でバンプ電極の高さを１５０μｍ以上確保しながら、フェイスダウン実装後においても、平面視で半導体層４０の外周からバンプ電極（ソースバンプ電極１１１、ゲートバンプ電極１１９、ドレインバンプ電極１８１）がはみ出ることがなく、さらにバンプ電極同士が接触することを抑制することができる。

【産業上の利用可能性】

【0108】

本願発明に係る縦型電界効果トランジスタを備える半導体装置は、電流経路の導通状態を制御する装置として広く利用できる。

【符号の説明】

【0109】

１ 半導体装置
１０ 縦型電界効果トランジスタ（トランジスタ）
１１ ソース電極
１２、１３、８２，８３ 部分
１４ ソース領域
１５ ゲート導体
１６ ゲート絶縁膜
１７ トレンチ
１８ ボディ領域
１８ａ 接続領域
３０ 金属層
３０ａ 第１の金属層
３０ｂ 第２の金属層
３２ 半導体基板
３３ 低濃度不純物層またはドリフト層
３４ 層間絶縁膜
３５ パッシベーション層
３８ ドレイン引き上げ領域
４０ 半導体層
５０、５００ 突起（バリ）
８１ ドレイン電極
１１１ ソースバンプ電極
１１９ ゲートバンプ電極
１８１ ドレインバンプ電極
５００ａ 半遊離体
６００ ブレード
７００ ダイシングシート
８００ 実装基板
５０１ 工程
５０２ 工程
５０３ 工程
５０４ 工程
５０５ 工程
Ａ１ 活性領域
Ａ２ 制御領域
Ａ３ ドレイン導通領域

【要約】

フェイスダウン実装が可能なチップサイズパッケージ型の半導体装置（１）は、半導体基板（３２）と、半導体基板（３２）上に形成された半導体層（４０）と、半導体層（４０）に形成された縦型電界効果トランジスタ（１０）と、半導体層（４０）の表面側に形成された、高さ１００μｍ以上のボール型のバンプ電極と、半導体基板（３２）の裏面側の全面に接触して形成された多層構成の金属層（３０）と、を備え、金属層（３０）のうち、最も厚い第１の金属層（３０ａ）は、金属層（３０）を構成する金属種の中で最も延性が高い第１の金属を主成分とし、第１の金属層（３０ａ）は厚さが８μｍ以上で、半導体層（４０）の平面視において、金属層（３０）の外周には半導体基板（３２）の裏面側下方に突き出る突起（５０）が備わり、突起（５０）の断面視において、突起（５０）の幅は５μｍ以上となる個所が備わる。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図8F】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】