半导体装置及其制造方法与流程

半导体装置及其制造方法
1.本技术享受以日本专利申请2021-44298号(申请日：2021年3月18日)为基础申请的优先权。本技术通过参照该基础申请而包括基础申请的全部内容。
技术领域
2.本发明的实施方式一般涉及半导体装置及其制造方法。


背景技术：

3.存在具备半导体元件以及端子的半导体装置。对于该半导体装置，要求提高与安装相关的可靠性。


技术实现要素：

4.本发明的实施方式提供能够提高安装的可靠性的半导体装置及其制造方法。
5.根据一个实施方式，半导体装置具备第1导电部、半导体元件、第1端子以及金属层。上述半导体元件设置在上述第1导电部之上。上述第1端子在第2方向上远离上述第1导电部，该第2方向与从上述第1导电部朝向上述半导体元件的第1方向垂直。上述第1端子包括第1部分、以及设置在上述第1部分与上述第1导电部之间的第2部分。上述第2部分的下表面位于比上述第1部分的下表面靠下方的位置，且位于比设置在上述第1导电部与上述第2部分之间的第1绝缘部的下表面靠下方的位置。上述金属层设置于上述第1部分的上述下表面以及上述第2部分的上述下表面。
附图说明
6.图1是表示实施方式的半导体装置的平面图。
7.图2的(a)、(b)是表示实施方式的半导体装置的立体图。
8.图3的(a)、(b)是表示实施方式的半导体装置的截面图。
9.图4的(a)、(b)是表示实施方式的半导体装置的截面图。
10.图5是表示实施方式的半导体装置的制造方法的示意图。
11.图6是表示实施方式的半导体装置的制造方法的示意图。
12.图7是表示实施方式的半导体装置的制造方法的示意图。
13.图8是表示实施方式的半导体装置的制造方法的示意图。
14.图9是表示实施方式的半导体装置的制造方法的示意图。
15.图10是表示实施方式的半导体装置的制造方法的示意图。
16.图11的(a)、(b)是表示参考例以及实施方式的半导体装置的一部分的截面图。
17.图12的(a)、(b)是表示实施方式的变形例的半导体装置的立体图。
具体实施方式
18.以下，参照附图对本发明的各实施方式进行说明。
19.附图是示意性或概念性的图，各部分的厚度与宽度之间的关系、部分之间的大小比例等并不一定限于与现实情况相同。即便在表示相同部分的情况下，也存在根据附图不同而使彼此的尺寸、比例不同地表示的情况。
20.在本说明书以及各附图中，对于与已说明过的要素相同的要素赋予相同的符号而适当省略详细说明。
21.图1是表示实施方式的半导体装置的平面图。图2的(a)以及图2的(b)是表示实施方式的半导体装置的立体图。
22.如图1、图2的(a)以及图2的(b)所示，实施方式的半导体装置100包括半导体元件1、第1导电部11、连结部11a、第2导电部12、端子20以及绝缘部30。另外，在图1中，绝缘部30用虚线表示，且被透视地表示。此外，在各附图中，用双点划线表示连结部11a。
23.在实施方式的说明中，使用xyz正交坐标系。将从第1导电部11朝向半导体元件1的方向设为z方向(第1方向)。将与z方向垂直且相互正交的两个方向设为x方向(第2方向)以及y方向(第3方向)。此外，为了便于说明，将从第1导电部11朝向半导体元件1的方向称作“上”，将其相反方向称作“下”。这些方向是基于第1导电部11与半导体元件1之间的相对位置关系，与重力方向无关。
24.半导体元件1设置在第1导电部11之上。在图1的例子中，半导体元件1是metal oxide semiconductor field effect transistor(mosfet；金属氧化物半导体场效应晶体管)。半导体元件1也可以是insulated gate bipolar transistor(igbt；绝缘栅双极晶体管)或者二极管。第2导电部12在y方向上远离第1导电部11。
25.在x方向以及y方向上设置有多个端子20。多个端子20相互分离。此外，多个端子20在x方向上远离第1导电部11以及第2导电部12。多个端子20包括第1端子20a、第2端子20b以及第3端子20c。在各附图中，用双点划线表示第1端子20a、第2端子20b以及第3端子20c。
26.第1导电部11在x方向上设置在第1端子20a彼此之间。在第1导电部11与第1端子20a之间设置有连结部11a。第1端子20a经由连结部11a与第1导电部11电连接。
27.第2导电部12在x方向上设置在第2端子20b与第3端子20c之间。在第2导电部12与第2端子20b之间设置有连结部12a。第2端子20b经由连结部12a与第2导电部12电连接。
28.图3的(a)、图3的(b)、图4的(a)以及图4的(b)是表示实施方式的半导体装置的截面图。
29.具体而言，图3的(a)是图1的iii-iii截面图。图3的(b)是图3的(a)的一部分的放大图。图4的(a)是图1的iv-iv截面图。图4的(b)是图4的(a)的一部分的放大图。
30.如图1以及图3的(a)所示，半导体元件1包括漏极电极1a、源极电极1b、栅极焊盘1c以及半导体层1d。漏极电极1a设置于半导体元件1的下表面。源极电极1b以及栅极焊盘1c设置于半导体元件1的上表面。半导体层1d设置在漏极电极1a与源极电极1b之间以及漏极电极1a与栅极焊盘1c之间。
31.如图3的(a)所示，漏极电极1a经由接合层41与第1导电部11电连接。如图1所示，源极电极1b经由接合线42b与第2导电部12电连接。栅极焊盘1c经由接合线42c与第3端子20c电连接。
32.绝缘部30设置在半导体元件1的周围，对半导体元件1进行密封。绝缘部30包括多个第1绝缘部31。多个第1绝缘部31在x方向上分别设置于第1导电部11与端子20之间以及第
2导电部12与其他端子20之间。
33.具体而言，如图3的(a)所示，连结部11a的厚度(z方向上的长度)比第1导电部11以及第1端子20a各自的厚度小。第1绝缘部31设置于连结部11a之下，且位于第1导电部11与第1端子20a之间。
34.如图4的(a)所示，连结部12a的厚度比第2导电部12以及第2端子20b各自的厚度小。另外的第1绝缘部31设置于连结部12a之下，且位于第2导电部12与第2端子20b之间。又一另外的第1绝缘部31位于第2导电部12与第3端子20c之间。
35.如图3的(b)以及图4的(b)所示，端子20包括第1部分21以及第2部分22。在各附图中，用双点划线表示第1部分21以及第2部分22。
36.第2部分22设置在比第1部分21靠向半导体装置100的中央侧的位置。在从y方向观察半导体装置100时，第2部分22位于第1导电部11与第1部分21之间。更具体而言，在第1端子20a中，第2部分22在x方向上位于第1导电部11与第1部分21之间。在第2端子20b以及第3端子20c中，第2部分22在x方向上设置在第2导电部12与第1部分21之间。
37.第1部分21具有下表面bs1。第2部分22具有下表面bs2。下表面bs1与下表面bs2在x方向上相连，下表面bs2位于比下表面bs1靠半导体元件1侧(半导体装置100的x方向中央侧)的位置。第1绝缘部31具有下表面bs3。下表面bs1沿着y方向延伸。下表面bs2以及下表面bs3与x-y面平行。
38.下表面bs2位于比下表面bs1以及下表面bs3靠下方的位置。下表面bs3位于比下表面bs1靠下方的位置。第2部分22的厚度比第1部分21的厚度大。下表面bs1以朝向上方凸出的方式弯曲。因此，第1部分21的厚度为越远离第1导电部11越小。此外，该厚度的变化为越远离第1导电部11越小。
39.第2部分22具有侧面ss1(第1侧面)以及侧面ss2(第2侧面)。侧面ss1位于比下表面bs3靠下方的位置，且与x方向交叉。侧面ss1从绝缘部30露出。侧面ss2位于比侧面ss1靠上方的位置，且与第1绝缘部31接触。即，侧面ss1与侧面ss2在z方向上相连，侧面ss2位于比侧面ss1靠半导体元件1侧(半导体装置100的z方向中央侧)的位置。
40.金属层25设置于端子20的表面。具体而言，金属层25设置于下表面bs1、下表面bs2以及侧面ss1。金属层26分别设置于第1导电部11的表面以及第2导电部12的表面。另外，在图2的(a)以及图2的(b)中，省略了金属层25以及26。
41.如图2所示，绝缘部30还包括第2绝缘部32，该第2绝缘部32设置于在y方向上相邻的端子20彼此之间。第2绝缘部32具有在y方向上与下表面bs1相邻的下表面bs4。与下表面bs1同样，下表面bs4以朝向上方凸出的方式弯曲。因此，第2绝缘部32的厚度为越远离第1导电部11越小。此外，该厚度的变化越远离第1导电部11越小。
42.对半导体装置100的各构成要素的材料的一例进行说明。
43.漏极电极1a、源极电极1b以及栅极焊盘1c包含铝等金属。半导体层1d作为半导体材料而包含硅、碳化硅、氮化镓或者砷化镓。第1导电部11、第2导电部12以及端子20包含铜或者铝等金属。金属层25以及26包含铜或者银等金属。绝缘部30包括聚酰亚胺等绝缘性树脂。接合层41包含铜、银或者锡等金属。接合线42b以及42c包括铝等金属。
44.对实施方式的半导体装置100的制造方法进行说明。
45.图5～图10是表示实施方式的半导体装置的制造方法的示意图。
46.准备图5所示的引线框200。引线框200包括第1导电部11、连结部11a、第2导电部12、连结部12a以及端子部20t。在x方向以及y方向上设置有多个端子部20t。多个端子部20t在x方向上分别远离第1导电部11以及第2导电部12。端子部20t通过加工而成型为端子20。
47.如图6所示，在第1导电部11之上接合半导体元件1，将半导体元件1的漏极电极1a与第1导电部11电连接。通过引线接合，将半导体元件1的源极电极1b以及栅极焊盘1c与多个端子部20t分别电连接。
48.图7的(a)、图7的(b)以及图8是从下方观察引线框200的一部分时的立体图。
49.如图7的(a)所示，半导体元件1由绝缘部30密封。由此，得到包括第1导电部11、第2导电部12、端子部20t以及绝缘部30的构造体。第1导电部11、第2导电部12以及端子部20t各自的下表面从绝缘部30露出。绝缘部30包括设置在第1导电部11与第2导电部12之间的第1绝缘部31、以及设置于在y方向上相邻的端子部20t彼此之间的第2绝缘部32。
50.如图7的(b)所示，通过湿蚀刻使绝缘部30的表面后退。由此，引线框200的下表面位于比绝缘部30的下表面靠下方的位置。引线框200的侧面的一部分从绝缘部30露出。
51.如图8所示，通过切割来除去端子部20t的一部分以及第2绝缘部32的一部分。通过切割，端子部20t的一部分的厚度以及第2绝缘部32的厚度变小。如图3的(b)所示，形成包括第1部分21以及第2部分22的端子部20t。
52.通过切割，在端子部20t的下表面产生毛刺b。将切割后的引线框200浸到电解液中。在引线框200包含铜的情况下，电解液含有碳酸钠。对引线框200执行电解蚀刻。
53.图9的(a)是从下方观察电解蚀刻后的引线框200的一部分时的立体图。图9的(b)是穿过第1导电部11以及端子部20t的x-z截面图。在图9的(b)中，虚线表示电解蚀刻前的引线框200的表面的位置。
54.如图9的(a)以及图9的(b)所示，通过电解蚀刻，相对于绝缘部30而引线框200被选择性地蚀刻。通过电解蚀刻来除去毛刺b。此时，引线框200的表面后退。由此，第1部分21的下表面位于比第2绝缘部32的下表面靠上方的位置。但是，第2部分22的下表面仍然位于比第1绝缘部31的下表面靠下方的位置。
55.通过电镀，在各个端子部20t的下表面上分别形成金属层25，在第1导电部11以及第2导电部12的下表面上分别形成金属层26。在图10所示的虚线的位置处切断引线框200，得到多个半导体装置100。通过以上，制造出实施方式的半导体装置100。
56.对实施方式的优点进行说明。
57.图11的(a)是表示参考例的半导体装置的一部分的截面图。图11的(b)是表示实施方式的半导体装置的一部分的截面图。
58.在将半导体装置100安装于其他装置时，各端子20被与该其他装置接合。在各端子20的表面上设置有金属层25。焊锡对金属层25的润湿性优于焊锡对端子20的润湿性。此外，在半导体装置100中，下表面bs1位于比下表面bs2靠上方的位置。在对端子20进行钎焊时，焊锡沿着下表面bs1上升。通过焊锡向上方上升的情况，能够对端子20是否被适当地接合进行外观检查。
59.为了使下表面bs1位于比下表面bs2靠上方的位置，如图8所示，通过切割来除去端子部20t的一部分。此时，产生毛刺b。毛刺b成为端子20接合不良的原因，因此优选除去。例如能够通过湿蚀刻来除去毛刺b。但是，为了除去毛刺b或者使毛刺b变得足够小，需要对引
线框200进行长时间的湿蚀刻。当长时间执行湿蚀刻时，引线框200的表面会被过度地除去。其结果，如图11的(a)所示，下表面bs2位于比下表面bs3靠上方的位置。
60.在实施方式的半导体装置100中，如图11的(b)所示，下表面bs2位于比下表面bs3靠下方的位置。在该情况下，第2部分22的侧面ss1从绝缘部30露出。与图11的(a)所示那样下表面bs2位于比下表面bs3靠上方的位置的情况相比，第2部分22的表面积变大。即，端子20与焊锡的接触面积变大。其结果，在半导体装置100的安装时或者安装后，能够降低半导体装置100与其他装置之间产生电连接不良的可能性。根据实施方式，能够提高半导体装置100的安装的可靠性。
61.如上所述，在实施方式中，在对毛刺b进行蚀刻时，使用电解蚀刻。在电解蚀刻中，电场集中于毛刺b等尖锐的部分，而对其选择性地进行蚀刻。能够减小第1部分21的下表面、第2部分22的下表面等的蚀刻量。其结果，能够使下表面bs2位于比下表面bs3靠下方的位置。
62.除了下表面bs1以及下表面bs2之外，还优选在侧面ss1设置有金属层25。由此，金属层25的表面积变大，金属层25与焊锡的接触面积也变大。能够进一步提高半导体装置100的安装的可靠性。
63.如图2所示，第2绝缘部32也可以具有弯曲的下表面bs4。下表面bs1优选为，与下表面bs4相比不位于过度靠上方的位置。当下表面bs1与下表面bs4相比位于过度靠上方的位置时，有可能阻碍沿着下表面bs1上升的焊锡的外观检查。因此，下表面bs4的曲率优选比下表面bs1的曲率的1倍大且小于1.1倍。
64.(变形例)
65.图12的(a)以及图12的(b)是表示实施方式的变形例的半导体装置的立体图。在图12的(a)以及图12的(b)中省略了金属层25以及26。
66.在图12所示的半导体装置110中，端子20的上表面的一部分从绝缘部30露出。在第1部分21彼此之间未设置第2绝缘部32。在实施方式的半导体装置中能够省略第2绝缘部32。
67.在半导体装置110中，与半导体装置100同样，第2部分22的下表面bs2位于比第1部分21的下表面bs1以及第1绝缘部31的下表面bs3靠下方的位置。由此，能够增大第2部分22的表面积，而提高半导体装置110的安装的可靠性。
68.以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图对发明的范围进行限定。这些新的实施方式能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨中，并且包含于专利请求范围所记载的发明和与其等同的范围中。