半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种将焊料接合用于表面电极与引线框等配线金属之间的接合的半导体装置，特别涉及通过大电流的功率设备。
【背景技术】
[0002]当前，对于功率芯片的表面电极处的接合，主要使用导线键合。但是，将后段工序的生产节拍时间的缩短、以及半导体元件的冷却效率的提高作为目的，将焊料接合用于表面电极处的接合的情况也不断增加(参照专利文献I)。使用该焊料接合，能够使引线框等与表面电极接合。在将焊料接合用于表面电极处的接合的情况下，需要在半导体元件的表面电极(例如铝电极)之上对金属层(Ni等)进行成膜，该金属层用于实现与焊料的接合。
[0003]专利文献I:日本专利第4078993号公报
【发明内容】
[0004]在如上述对表面电极进行焊料接合的情况下，在功率循环或热循环等伴随加热或冷却的条件下，由于热膨胀率的不同，因此从与表面电极接合的引线框等构造物对表面电极(铝电极)产生机械性的应力(stress)。该应力特别是集中于金属层与焊料的合金层即接合层端部。
[0005]因此，有可能使得位于接合层端部附近的表面电极断裂，进而，形成在其之下的栅极构造被破坏。该断裂及破坏成为半导体元件变得不能工作等的要因。
[0006]作为该解决方法，提出了利用聚酰亚胺将接合层覆盖的方法。但在使用该方法的情况下，必须在涂布聚酰亚胺之前预先形成接合层。如果在涂布聚酰亚胺之前形成接合层，则在涂布聚酰亚胺时接合层表面可能被污染，成为使用焊料进行的管芯焊接(Die bond)中的空洞的要因。
[0007]本发明就是为了解决如上述的问题而提出的，目的在于提供一种半导体装置，在对表面电极进行焊料接合的情况下，在伴随加热或冷却的条件下该半导体装置具有高耐量。
[0008]本发明的一个方式涉及的半导体装置，其特征在于，具有:第I导电型的漂移层;栅极构造，其形成在所述漂移层之上的部分区域即第I区域;表面电极，其覆盖所述第I区域以及所述漂移层之上的其他区域即第2区域而配置;接合层，其局部地形成在所述表面电极之上;焊料层，其形成在所述接合层之上；以及引线框，其配置在所述焊料层之上，所述接合层将与所述第I区域对应的所述表面电极之上的区域覆盖，且所述接合层的端部位于与所述第2区域对应的所述表面电极之上的区域，在所述第2区域形成有二极管。
[0009]本发明的其他方式涉及的半导体装置，其特征在于，具有:第I导电型的漂移层;栅极构造，其形成在所述漂移层之上的部分区域即第I区域;表面电极，其覆盖所述第I区域以及所述漂移层之上的其他区域即第2区域而配置;接合层，其局部地形成在所述表面电极之上;焊料层，其形成在所述接合层之上；引线框，其配置在所述焊料层之上；以及配线构造，其配置在所述第2区域之上，所述接合层将与所述第I区域对应的所述表面电极之上的区域覆盖，且所述接合层的端部位于与所述第2区域对应的所述表面电极之上的区域，所述表面电极覆盖所述配线构造而配置，所述配线构造具有:多晶硅；以及第2层间绝缘膜，其覆盖所述多晶硅而形成。
[0010]本发明的其他方式涉及的半导体装置，其特征在于，具有:第I导电型的漂移层;第2导电型的基极层，其形成在所述漂移层之上;槽，其从所述基极层表层到达至所述漂移层内而形成;栅极绝缘膜，其沿所述槽的侧面及底面而形成;栅极电极，其形成在所述槽内的所述栅极绝缘膜的内侧;第I导电型的源极层，其在所述基极层表层夹着所述槽而形成;层间绝缘膜，其覆盖所述源极层的一部分和所述槽而形成;表面电极，其覆盖所述基极层及所述层间绝缘膜而配置;绝缘层，其局部地形成在所述表面电极之上;接合层，其形成为，将所述绝缘层的端部覆盖，且将所述表面电极之上的未形成所述绝缘层的区域覆盖;焊料层，其形成在所述接合层之上；以及引线框，其配置在所述焊料层之上。
[0011]本发明的其他方式涉及的半导体装置，其特征在于，具有:第I导电型的漂移层;第2导电型的基极层，其形成在所述漂移层之上;槽，其从所述基极层表层到达至所述漂移层内而形成;栅极绝缘膜，其沿所述槽的侧面及底面而形成;栅极电极，其形成在所述槽内的所述栅极绝缘膜的内侧;第I导电型的源极层，其在所述基极层表层夹着所述槽而形成;层间绝缘膜，其覆盖所述源极层的一部分和所述槽而形成;表面电极，其覆盖所述基极层及所述层间绝缘膜而配置;异种金属层，其局部地形成在所述表面电极之上，由与表面电极不同的金属构成;接合层，其形成在所述异种金属层之上，由于该异种金属层介于所述表面电极与所述接合层之间，从而减弱了所述接合层与所述表面电极的密接性;焊料层，其形成在所述接合层之上；以及引线框，其配置在所述焊料层之上。
[0012]发明的效果
[0013]根据本发明的上述方式，在对表面电极进行焊料接合的情况下，能够在伴随加热或冷却的条件下实现高耐量。
[0014]根据以下的详细说明和附图，本发明的目的、特征、方案以及优点将变得更明确。
【附图说明】
[0015]图1是实施方式涉及的对表面电极进行了焊料接合的半导体装置的剖视图。
[0016]图2是实施方式的其他方式涉及的半导体装置的剖视图。
[0017]图3是实施方式的其他方式涉及的半导体装置的剖视图。
[0018]图4是实施方式涉及的对表面电极进行了焊料接合的半导体装置的剖视图。
[0019]图5是实施方式的其他方式涉及的半导体装置的剖视图。
[0020]图6是前提技术涉及的对表面电极进行了焊料接合的半导体装置的斜向鸟瞰图。
[0021]图7是前提技术涉及的对表面电极进行了焊料接合的半导体装置的剖视图。
[0022]图8是前提技术的其他方式涉及的对表面电极进行了焊料接合的半导体装置的剖视图。
[0023]图9是前提技术涉及的半导体装置的俯视图。
[0024]图10是实施方式的其他方式涉及的半导体装置的俯视图。
【具体实施方式】
[0025]以下，参照附图并对实施方式进行说明。
[0026]此外，在本实施方式中会使用上表面、侧面或者底面等用语，但这些用语是为了方便区别各面而使用的，与实际的上下左右的方向无关。
[0027]图6是前提技术涉及的对表面电极进行了焊料接合的(模塑封装前的)半导体装置的斜向鸟瞰图。另外，图7是对表面电极进行了焊料接合的(模塑封装前的)该半导体装置的剖视图。
[0028]在图6所示的半导体装置中，在半导体元件上表面配置有表面电极2(例如铝电极)，在半导体元件之上的除配置了表面电极2以外的区域形成有绝缘层5(例如聚酰亚胺层)。表面电极2与引线框I经由焊料层3相接合。
[0029]另外，根据该半导体装置的剖视图(图7)，在焊料层3与表面电极2之间形成有Ni等与焊料的合金即接合层4。在表面电极2的下方形成有半导体元件。在本实施方式中所示的半导体元件是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，但能够作为半导体元件来应用的不限于此。
[0030]该半导体元件(IGBT)具有:集电极电极15、形成在集电极电极15之上的P型的集电极层14、形成在集电极层14之上的η-型的漂移层12、n+层ll、p型的基极层10、栅极电极9、栅极绝缘膜8、n+型的源极层7、以及层间绝缘膜6。此外，也可以不具有η+层11。
[0031]η+层11形成在漂移层12之上。并且，基极层10形成在η+层11之上。
[0032]形成有从基极层10表层到达至漂移层12内的槽13，沿该槽13的侧面及底面形成有栅极绝缘膜8。并且，在槽13内的栅极绝缘膜8的内侧形成有栅极电极9。
[0033]另外，在基极层表层，夹着槽13而形成有源极层7。并且，层间绝缘膜6是覆盖源极层7的一部分和槽13而形成的。
[0034]如上所述，在接合层4的下方区域，配置有表面电极2及半导体元件的栅极构造(包含基极层10、栅极电极9、栅极绝缘膜8、η+型的源极层7以及层间绝缘膜6)。
[0035]在伴随加热或冷却的条件下，有可能由于引线框I与表面电极2之间的热膨胀率的不同而对表面电极2产生机械性的应力，发生表面电极2的断裂、乃至配置在表面电极2下方区域的栅极构造的破坏。
[0036]作为该解决方法，提出了如图8所示的利用绝缘层5Α(例如聚酰亚胺层)覆盖接合层4Α的方法。但在使用该方法的情况下，存在必须在涂布绝缘层5Α之前预先形成接合层4Α这样的问题。
[0037]以下进行说明的实施方式涉及解决如上述的问题的半导体装置。
[0038]〈第I实施方式〉
[0039]〈结构〉
[0040]图1是本实施方式涉及的对表面电极进行了焊料接合的半导体装置的剖视图。此夕卜，对与图7相同的结构要素标注相同的标号，适当省略说明。
[0041]在图1示出的(被表面电极2覆盖的)漂移层12之上的区域之中，将形成了半导体元件的栅极构造(包含基极层10、栅极电极9、栅极绝缘膜8、η+型的源极层7以及层间绝缘膜6)的区域设为IGBT区域，将未形成栅极构造的区域设为二极管区域。
[0042]在二极管区域形成漂