半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种半导体装置。
【背景技术】
[0002] 在用于通用逆变器、风力发电、太阳能发电和电气化铁路等的模块结构的半导体 装置中，在现有技术中，公知有通过铝（Al)线等的引线键合而将半导体元件的正面电极和 电路图案进行电连接（键合）的构成的模块结构的半导体装置。该模块结构的半导体装置 的正面电极例如为Al电极和/或铜（Cu)电极，电路图案由例如Cu等导体构成。
[0003] 此外，还提出了下述构成的模块结构的半导体装置：在Al电极的表面上形成镀镍 (Ni)膜，镀Ni膜和镀金（Au)膜的层叠膜，或镀Ni膜、镀钯（Pd)膜和镀Au膜的层叠膜，并 在该镀膜上引线键合Al线的构成，或代替Al线的引线键合而将引线框架焊接于镀膜的构 成。对现有的模块结构的半导体装置的结构进行说明。
[0004] 图14是示出现有的模块结构的半导体装置的结构的剖视图。图15是示意性地示 出图14的半导体元件的结构的剖视图。如图14、图15所示，现有的模块结构的半导体装置 具备半导体芯片（半导体元件）101、绝缘基板102、Cu基底106和Al线107。就绝缘基板 102而言，在绝缘层103的正面侧设置有由Cu构成的电路图案104,在绝缘层103的背面侧 设置有背面铜箱105。
[0005] 就半导体芯片101而言，在半导体基板111的正面具有由Al或Cu构成的正面电 极112,在半导体基板111的背面具有背面电极113。半导体芯片101的背面电极113通过 焊料接合层IOla与电路图案104接合。半导体芯片101的正面电极112通过Al线107等 的引线键合而与电路图案104电连接。
[0006] Al线107是利用超声波振动进行接合的，通过使对Al线107的线径（直径）施加 的热量、超声波振动、压力等的条件最佳化，从而不产生连接不良而形成良好的接合。现有 的Al线107的线径为300ym~400ym程度。正面电极112与Al线107的接合条件根据 正面电极112所使用的金属种类和/或正面电极112的厚度而变化。Cu基底106的正面通 过焊料接合层（未图示）与背面铜箱105接合。
[0007] 作为这样的模块结构的半导体装置而提出有镀Ni膜的表面光泽度为1. 6以上或 镀Ni膜的表面粗糙度为0. 2ym以下，并且镀Ni膜的厚度为2ym以上的装置，上述镀Ni 膜是作为进行Al线键合的对象的电极，并被施加于由黄铜板和/或Cu板构成的电极母材 (例如，参照下述专利文献1)。在下述专利文献1中，公开了镀Ni膜的特性中的表面光泽 度、表面粗糙度和镀膜厚度对Al线键合的强度带来很大的影响的技术内容。
[0008] 此外，作为另一半导体装置而提出了具备在Al电极膜的表面成膜的金属保护膜 和通过热压接或超声波振动而与Al电极膜借由金属保护膜电连接的Al线的装置，其中，金 属保护膜为利用非电解镀膜法而得到的厚度为5ym以下的镀Ni膜，并且镀Ni膜的厚度为 Al电极膜的厚度以下（例如，参照下述专利文献2)。在下述专利文献2中，公开了通过在 Al电极膜的表面形成有镀Ni膜，从而能够焊料接合Al电极膜和Al线的技术内容。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1 :日本特开2004-87772号公报
[0012] 专利文献2 :日本特开2009-76703号公报
【发明内容】
[0013] 技术问题
[0014] 然而，近年来，随着使用用途的扩大，对大电流化、高温动作、高可靠性的要求不断 提高，产生了如下问题。例如，虽然通过Al线的加粗（例如500iim左右）和/或应用导电 率比Al线高的Cu线而能够实现大电流化，但是由于键合线的强度变大，所以在向正面电极 的表面进行引线键合时应力作用于半导体芯片，从而导致半导体芯片损坏。
[0015] 这样的问题可以通过在正面电极的表面形成Ni膜而提高电极部的强度来解决。 但是，由于Ni膜与键合线的接合为异种金属之间的接合，所以在现有的用于接合同种金属 彼此（Al电极和Al线，或Cu电极和Cu线）的引线键合条件下，具有容易在Ni膜与键合线 的接合界面产生接合不良（未接合部），从而无法良好地接合Ni膜与键合线的问题。
[0016]容易在Ni膜与键合线的接合界面产生接合不良的原因是因为作为Ni膜的材料的Ni与作为键合线的材料的Al和Cu具有不同的材料特性。由于Ni比Al或Cu硬且难以延 展，所以作用于Ni膜的应力难以分散，在引线键合时容易在Ni膜上产生裂纹。因此，键合 线的线径（直径）、Ni膜的厚度、Ni膜与键合线的接合条件变得非常重要，但是关于他们的 详细研究结果却没有被公开。
[0017] 此外，在现有的Al线中，通过引线键合使得与正面电极的接合界面附近的晶体结 构比引线键合前精细化，Al线的接合界面附近的强度提高。但是，Al线的接合界面附近的 晶体结构会根据由引线键合后的制造工序而产生的热过程和/或由半导体元件的通电发 热而引起的高温（例如175°C左右）动作而粗大化并软化。由此，裂纹（破裂）变得容易向 Al线的内部延伸。
[0018] 发明人对将Al线引线键合于正面电极表面的半导体装置进行通电循环试验的结 果表明，裂纹随着通电循环的反复循环次数的增加而向Al线的内部延伸，最终Al线断裂剥 离而导致元件损坏。因此，期望通过提高针对动作中的发热和反复放热（通电循环）的热 负荷的耐受量（以下，称为通电循环耐受量（寿命））而开发出实现了大电流导通和高温动 作的高可靠性的半导体装置。
[0019] 本发明为了解决上述现有技术的问题点，其目的在于提供一种实现了大电流导通 和高温动作的高可靠性的半导体装置。
[0020] 技术方案
[0021] 为了解决上述课题，实现本发明的目的，本发明的半导体装置具有如下特征。在半 导体元件的表面设置有导电部。在前述导电部的表面设置有厚度为3ym以上且7ym以下 的金属膜。在前述金属膜通过利用了超声波振动的引线键合而接合有线径为500ym以上 的键合线。
[0022] 此外，本发明的半导体装置在上述发明中的特征在于，前述半导体元件具备：半导 体基板，选自硅基板和碳化硅基板；和前述导电部，设置于前述半导体基板的表面，且以铝 为主要成分。
[0023] 此外，本发明的半导体装置在上述发明中的特征在于，前述金属膜以镍为主要成 分。
[0024] 此外，本发明的半导体装置在上述发明中的特征在于，前述金属膜为以镍为主要 成分，且含有磷和硼中的至少一种的镍合金膜。
[0025] 根据上述发明，通过利用了超声波振动的引线键合而将键合线接合于在正面电极 的表面形成的正面金属膜，由此能够提高正面金属膜与键合线的接合强度和接合率。由此， 能够确保正面金属膜与键合线的良好的接合状态，而能够防止键合线剥离。因此，即使将键 合线的线径加粗到500 ym以上而提高键合线的导电性，也能够提高半导体装置的寿命。
[0026] 技术效果
[0027] 根据本发明的半导体装置，具有能够实现大电流化和高温动作，并且能够提高可 靠性的效果。
【附图说明】
[0028] 图1是示出实施方式的半导体装置的结构的剖视图。
[0029] 图2是示意性地示出图1的半导体元件的结构的剖视图。
[0030] 图3是示出实施方式的半导体装置的制造方法的概要的流程图。
[0031]图4是示出镀镍膜的厚度与镀膜处理时间之间的关系的特性图。
[0032]图5是示出实施例1的半导体装置在引线键合后的半导体芯片特性的图表。
[0033]图6是示出比较例1的半导体装置在引线键合后的半导体芯片特性的图表。
[0034]图7是示出实施例2的半导体装置的正面金属膜与键合线的接合强度的特性图。
[0035]图8是示出实施例2的半导体装置的正面金属膜与键合线的接合率的特性图。
[0036] 图9是示意性地示出实施例2的半导体装置在测定抗剪强度后的状态的俯视图。
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