半导体装置的制作方法

半导体装置
1.本技术以日本专利申请2021-148893号(申请日：2021年9月13日)为基础申请来主张优先权。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.本实施方式涉及半导体装置。


背景技术：

3.车载用的dc-dc(direct current-direct current)转换器等中所使用的功率半导体装置有时由dfn(dual flat package，双侧引脚扁平封装)、sop(small outline package，小外型封装)等封装构成。在这些功率半导体装置的封装中，为了使导通电阻(ron)降低，在电极与引线框架的连接中取代金属线而使用被称为连接器或者夹子的金属部件。
4.但是，在半导体芯片的尺寸被变更了的情况下，需要也变更连接器等金属部件的尺寸。区分使用尺寸不同的多个种类的金属部件成为半导体制造工序中的生产率变差的原因。


技术实现要素：

5.实施方式提供一种具备能够与各种尺寸的半导体芯片的电极连接的突起部的半导体装置。
6.本实施方式涉及的半导体装置具备半导体芯片，该半导体芯片具有第一面和位于与该第一面的相反侧的第二面，并在第一面内具有第一电极。第一金属部件具有与第一电极对置且外形比该第一电极大的第一对置面，并具有从第一对置面向第一电极突出而与第一电极电连接的第一突起部。绝缘部件覆盖半导体芯片以及第一金属部件。
附图说明
7.图1a是表示第一实施方式涉及的半导体装置的构成例的剖视图。
8.图1b是表示第一实施方式涉及的半导体装置的构成例的俯视图。
9.图2～图8是表示第一实施方式涉及的半导体装置的制造方法的一个例子的剖视图。
10.图9是表示第二实施方式涉及的半导体装置的构成例的剖视图。
具体实施方式
11.以下，参照附图对本发明涉及的实施方式进行说明。本实施方式并不对本发明进行限定。附图是示意性或者概念的图，各部分的比率等并非一定与现实的比率等相同。在说明书与附图中，对于和已经出现的附图中叙述过的部件相同的构件赋予相同的附图标记而适当地省略详细的说明。
12.(第一实施方式)
13.图1a是表示半导体装置100的构成例的剖视图。图1b是表示半导体装置100的构成例的俯视图。其中，省略了树脂层91的图示。图1a表示基于图1b中的a-a线的半导体装置100的剖面。半导体装置100具备半导体芯片10、下部镀覆层20、上部镀覆层22、下部烧结件30、上部烧结件32、引线框架40、连接器50、阻焊剂61、62、密接性提高膜81、外部镀覆层82以及树脂层91。半导体装置100例如被用于车载用的dc-dc转换器等，可以是开关控制(switching)比较大的电流的功率半导体装置。其中，在本说明书中，将引线框架40、半导体芯片10以及连接器50的层叠方向设为z方向、将与z方向大致正交的一个方向设为x方向、将与x方向以及z方向大致正交的方向设为y方向。
14.半导体芯片10具备：具有第一电极e1的第一面f1、和与该第一面f1为相反侧且具有第二电极e2的第二面f2。第一电极e1被上部镀覆层22覆盖。第二电极e2被下部镀覆层20覆盖。半导体芯片10作为半导体元件而能够在第一电极e1与第二电极e2之间流过大的电流。半导体芯片10例如可以是igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极晶体管)或者hemt(high electron mobility transistor，高电子迁移率晶体管)等功率半导体元件。另外，半导体芯片10例如也可以是mosfet(metal oxide semiconductor field effect transistor)。半导体芯片10的基板例如可使用硅(si)、碳化硅(sic)或者氮化镓(gan)。其中，在半导体装置100是igbt或者hemt等功率半导体元件的情况下，第一电极e1对应于发射极电极，第二电极对应于集电极电极。在半导体装置100是mosfet的情况下，第一电极e1对应于源极电极，第二电极对应于漏极电极。
15.下部镀覆层20设置于第二面f2之下，覆盖第二电极e2，与第二电极e2电连接。下部镀覆层20是第四导电部件的例子。下部镀覆层20例如可使用铜、镍、银、金或者钯(pd)中的任意一个。在下部镀覆层20例如由铜形成的情况下，下部镀覆层20的厚度例如可以约为5μm，但为了抑制晶片翘曲，希望是与上部镀覆层22相同程度的厚度。
16.下部烧结件30设置于下部镀覆层20之下。下部烧结件30是第三导电部件的例子。下部烧结件30例如可使用铜、银、铅、锡铜化合物、锡银化合物或者锡镍化合物中的任意一个。下部烧结件30在供给最初是糊状或者片状的材料，通过进行热处理而在引线框架40与第二电极e2之间被烧结。
17.引线框架40设置于下部烧结件30之下。引线框架40是第二金属部件的例子。引线框架40例如可使用铜等导电性材料。这样，下部镀覆层20以及下部烧结件30设置于第二电极e2与引线框架40之间，将第二电极e2与引线框架40电连接。
18.上部镀覆层22设置于第一面f1上，覆盖第一电极e1，与第一电极e1电连接。上部镀覆层22是第二导电部件的例子。上部镀覆层22例如可使用包括铜、镍、银、金或者钯中的任意一个的层。在上部镀覆层22例如由铜形成的情况下，上部镀覆层22的厚度例如可以约为5μm。但是，为了抑制半导体芯片10的基板的翘曲，希望上部镀覆层22的厚度是与下部镀覆层20相同程度的厚度(例如，约20μm)。上部镀覆层22与下部镀覆层20还具有作为半导体芯片10的支承体的功能。因此，通过上部镀覆层22与下部镀覆层20具有相同程度的厚度，半导体装置100成为确保了平衡的结构。第一电极e1在第一面f1上被阻焊剂61、62包围，由阻焊剂61、62围起的区域内被上部镀覆层22覆盖。因此，上部镀覆层22在x-y平面中具有与第一电极e1大致相同程度的面积s2。
19.上部烧结件32设置在上部镀覆层22上。上部烧结件32是第一导电部件的例子。上部烧结件32例如可使用铜、银、铅、锡铜化合物、锡银化合物或者锡镍化合物中的任意一个。上部烧结件32在供给最初是糊状或者片状的材料，通过进行热处理而在连接器50与第一电极e1之间被烧结。
20.连接器50设置在上部烧结件32上。连接器50是第一金属部件的例子。连接器50例如可使用铜等导电性材料。这样，上部镀覆层22以及上部烧结件32设置在连接器50与第一电极e1之间，将第一电极e1与连接器50电连接。
21.树脂层91将半导体芯片10、连接器50、下部镀覆层20、下部烧结件30、上部镀覆层22、上部烧结件32以及引线框架40密封，从树脂层91的外部保护这些部件。树脂层91是绝缘部件的例子。树脂层91例如可使用树脂。
22.密接性提高膜81设置在连接器50与树脂层91之间、以及引线框架40与树脂层91之间。密接性提高膜81使树脂层91与连接器50(例如，铜)之间的密接性能提高，抑制连接器50与树脂层91之间的剥离。密接性提高膜81是第一被膜的例子。在连接器50例如由铜构成的情况下，密接性提高膜81例如是唑类化合物，由含有氮、碳、氧、铬(cr)、锆(zr)以及硅中的两种以上作为成分的材料构成。密接性提高膜81的膜厚例如为10nm～100nm。
23.外部镀覆层82覆盖第一外部端子53以及引线框架40的底面。外部镀覆层82是第五导电部件的例子。例如，可使用锡(sn)。外部镀覆层82使半导体装置100向基板等的安装容易。此外，在半导体装置100的安装时的热处理中，为了不熔融上部烧结件32以及下部烧结件30而使外部镀覆层82熔融，优选外部镀覆层82的熔点低于上部烧结件32以及下部烧结件30。
24.接下来，对连接器50更详细地进行说明。
25.连接器50具有平坦部51、突起部52以及第一外部端子53。平坦部51、突起部52以及第一外部端子53都由同一材料构成，并一体形成。连接器50例如可使用铜等导电性材料。
26.平坦部51是沿x-y面扩展的平坦的部件，在x-y面中，具有比第一电极e1大的外形。平坦部51具有与第一电极e1对置的第一对置面f51，第一对置面f51的面积比该第一电极e1的表面的面积大。设在x-y面中，第一对置面f51具有面积s3，第一电极e1的表面具有面积s2。
27.突起部52从平坦部51的第一对置面f51朝向第一电极e1突出，与第一电极e1电连接。突起部52具有与第一电极e1对置的第二对置面f52。设第二对置面f52在x-y面中具有面积s1。突起部52在第二对置面f52中可以与上部镀覆层22直接接触。或者，可以在突起部52与上部镀覆层22之间夹有上部烧结件32。
28.第一外部端子53与平坦部51为一体，与平坦部51连续并向树脂层91的外部突出。第一外部端子53从平坦部51向-z方向弯曲而从平坦部51的高度延伸至引线框架40的高度为止。
29.平坦部51、突起部52以及第一外部端子53无缝连续而形成为一体，在它们之间不具有接合部。由此，在半导体装置100的安装时，即使对第一外部端子53施加应力，第一外部端子53也不会被从平坦部51切断。另外，在第一外部端子53的周围没有设置树脂层91。该情况下，由于第一外部端子53能够自由地挠曲，所以第一外部端子53容易吸收应力。
30.接下来，对突起部52的第二对置面f52的面积s1、第一电极e1的表面的面积s2以及
第一对置面f51的面积s3进行说明。突起部52的第二对置面f52为了与第一电极e1或者上部镀覆层22连接而设置。因此，在从z方向观察的俯视下，突起部52的第二对置面f52位于第一电极e1的范围内，面积s1为面积s2以下。
31.另外，为了使散热性提高，优选第一对置面f51比半导体芯片10大。因此，第一对置面f51的面积s3大于第一电极e1的表面的面积s2。即，面积s1～s3按照s1、s2、s3的顺序变大(s1≤s2＜s3)。
32.这里，如果突起部52的第二对置面f52的面积s1小于第一电极e1的面积s2，则担心连接器50与第一电极e1之间的接触电阻变高。但是，在本实施方式中，在突起部52以外的平坦部51与第一电极e1(或者上部镀覆层22)之间设置有导电性的上部烧结件32。由此，第一电极e1与连接器50能够以低电阻电连接。
33.另外，第一电极e1的面积s2只要为突起部52的第二对置面f52的面积s1以上即可，可以是任意的。在功率半导体装置中，第一电极e1的面积s2取决于半导体芯片10本身的大小。因此，对于半导体芯片10的大小而言，只要第一电极e1的面积s2为突起部52的第二对置面f52的面积s1以上即可，可以是任意的。即，连接器50能够应用于具有面积s1以上的第一电极e1的各种半导体芯片。由此，即便是提高连接器50的通用性而变更了半导体芯片10的尺寸的情况，也能够采用同一连接器50。这会使半导体装置100的制造效率提高、降低成本。
34.接下来，对半导体装置100的平面形状进行说明。
35.如图1b所示，在从第一面f1的上方(z方向)观察的俯视下，半导体芯片10还具备与第一电极e1电分离的栅极电极110。栅极电极110是控制电极的例子。为了将第二外部端子120与栅极电极110连接，连接器50的平坦部51在从z方向观察的俯视下具有切掉了大致矩形的一角的形状。根据需要，连接器50的突起部52也可以在俯视下具有切掉了大致矩形的一角的形状。由此，能够与连接器50邻接地将第二外部端子120配置于栅极电极110上。第二外部端子120与连接器50电分离。第二外部端子120例如可以是使用了金(au)、铜或者铝(al)等导电性材料的金属端子，或者可以是使用了同样的导电性材料的键合线。
36.根据本实施方式，连接器50的平坦部51在第二对置面f52具有突起部52。突起部52的第二对置面f52的面积s1小于平坦部51的第一对置面f51的面积s3，能够与各种尺寸的半导体芯片10的第一电极e1连接。由此，连接器50的通用性高，对于各种尺寸的半导体芯片10能够采用同一连接器50。这会使半导体装置100的制造效率提高、降低成本。
37.另外，虽然突起部52的第二对置面f52的面积s1小于第一电极e1的面积s2，但在突起部52以外的平坦部51与第一电极e1之间设置有上部烧结件32。由此，第一电极e1与连接器50可以以比较低的电阻电连接。上部烧结件32对突起部52以外的第一对置面f51与第一电极e1的表面之间进行补充，能够抑制因突起部52的第二对置面f52的面积s1与第一电极e1的面积s2之差引起的接触电阻的上升。
38.另外，第一对置面f51的面积s3大于第一电极e1的表面的面积s2。由此，能够使第一对置面f51的散热性提高。
39.在上部镀覆层22、下部镀覆层20、上部烧结件32、下部烧结件30、引线框架40、以及连接器50由铜构成的情况下，密接性提高膜81使铜与树脂层91之间的密接性提高。因此，可抑制这些的结构与树脂层91的剥离等，会提高半导体装置100的可靠性。
40.另外，连接器50的平坦部51的面积s3大于第一电极e1的面积s2，并且大于半导体
芯片10的第一面f1的面积。由此，半导体装置100中的连接器50的材料(例如，铜)的比率变大，物性(线膨胀系数、比热、导电率等)例如接近于铜的物性。在安装半导体装置100的安装基板具有由与连接器50相同的材料(例如，铜)构成的布线的情况下，安装基板由多层的布线(例如，铜布线)构成，接近于铜的物性。因此，半导体装置100与安装基板的物性的亲和性提高，会提高半导体装置100的长期安装的可靠性。
41.另外，引线框架40的上表面与连接器50的对置面f50之间的距离例如为60μm以上。由此，相对于约600v的施加电压，能够保证耐压。
42.接下来，对半导体装置100的制造方法进行说明。
43.图2～图8是表示第一实施方式涉及的半导体装置100的制造方法的一个例子的剖视图。首先，如图2所示，准备具有第一电极(第一面f1)e1和第二电极(第二面f2)e2的半导体芯片10。半导体芯片10例如包括：含有硅、碳化硅或者氮化镓的半导体基板、和形成于半导体基板上的半导体元件。在第一电极e1上形成有上部镀覆层22。在第二电极e2形成有下部镀覆层20。
44.接下来，如图3所示，在半导体芯片10的下部镀覆层20之下形成下部烧结件30。下部烧结件30可以通过向下部镀覆层20涂敷糊状的铜而形成，也可以将片状的铜粘贴于下部镀覆层20而形成。
45.此外，下部烧结件30也可以涂覆或者粘贴于引线框架40上。可以在引线框架40上涂覆或者粘贴下部烧结件30，并将半导体芯片10的下部镀覆层20粘接到下部烧结件30。其中，对引线框架40可以预先在表面整体形成密接性提高膜81。由此，可缩短制造工序。密接性提高膜81例如是唑类化合物。
46.接下来，如图4所示，经由下部烧结件30将半导体芯片10粘接到引线框架40上。半导体芯片10与引线框架40的粘接可以在非活性气氛中加压以及加热来进行，也可以省略加压而加热来进行。加热温度例如可以为200℃～350℃。由此，下部烧结件30被烧结而固化，在引线框架40上固定半导体芯片10。
47.接下来，如图4所示，将糊状的上部烧结件32涂覆到上部镀覆层22。或者，将片状的上部烧结件32粘贴到上部镀覆层22。
48.接下来，如图5所示，使连接器50粘接到上部烧结件32上。该情况下，以第二对置面f52与上部镀覆层22对置的方式粘接突起部52。由此，连接器50与第一电极e1电连接。连接器50与上部烧结件32的粘接可以在非活性气氛中加压以及加热来进行，也可以省略加压而加热来进行。加热的温度例如为200℃～350℃。由此，上部烧结件32熔融而将突起部52以外的第一对置面f51与上部镀覆层22表面之间填充。由此，连接器50与第一电极e1更充分地电连接。此外，对连接器50可以预先在表面整体形成密接性提高膜81。由此，可缩短制造工序。
49.接下来，如图6所示，在引线框架40、连接器50、上部烧结件32、下部烧结件30、上部镀覆层22、以及下部镀覆层20的露出面形成密接性提高膜81。在本实施方式中，引线框架40、连接器50、上部烧结件32、下部烧结件30、上部镀覆层22以及下部镀覆层20例如都由铜形成。因此，能够在各自的露出面选择性形成密接性提高膜81。其中，密接性提高膜81例如可以是唑类化合物。
50.接下来，如图7所示，以覆盖半导体芯片10、连接器50、下部镀覆层20、下部烧结件30、上部镀覆层22、上部烧结件32、以及引线框架40的方式形成树脂层91。此时，引线框架
40、连接器50、上部烧结件32、下部烧结件30、上部镀覆层22以及下部镀覆层20的表面被密接性提高膜81覆盖。因此，树脂层91能够与这些的各结构充分密接。
51.接下来，如图8所示，通过磷酸溶液等将覆盖第一外部端子53以及引线框架40的表面的密接性提高膜81除去。其中，关于引线框架40，将未被树脂层91覆盖的背面部分的密接性提高膜81除去。
52.接下来，如图1a所示，将通过除去密接性提高膜81而露出的第一外部端子53以及引线框架40的表面用外部镀覆层82覆盖。其中，外部镀覆层82例如为锡。锡的熔点比铜以及唑类化合物低。因此，即便是加热形成外部镀覆层82的情况，密接性提高膜81、上部烧结件32以及下部烧结件30也不熔解。因此，可维持树脂层91内的结构。
53.通过上述的工序，可得到图1a所示的半导体装置100。
54.综上所述，根据第一实施方式，连接器50具有突起部52。由此，即便是半导体芯片10的面积发生了变化的情况也能够使用共用的连接器50来进行电连接，能够使半导体装置100的制造效率提高。此外，连接器50、引线框架40、下部镀覆层20、下部烧结件30、上部镀覆层22以及上部烧结件32在例如由铜形成的情况下，被密接性提高膜81覆盖。由此，与树脂层91的密接性提高，可抑制连接器50、引线框架40等树脂层91内的结构与树脂层91之间的剥离。作为其结果，半导体装置100的可靠性提高。另外，第一外部端子53向树脂层91的外部突出，具有所谓的鸥翼形状。因此，第一外部端子53能够吸收因基板安装引起的应力，可抑制连接器50与树脂层91之间的剥离。作为其结果，进一步提高半导体装置100的可靠性。另外，通过使连接器50的平坦部51的面积s3比半导体芯片10的面积s2大，使得半导体装置100内的连接器50的材料的比率变多。由此，在连接器50与安装基板的布线由相同材料(例如，铜)构成的情况下，能够使半导体装置100与安装基板的物性的亲和性提高。由此，半导体装置100的长期安装的可靠性提高。
55.(第二实施方式)
56.图9是表示第二实施方式涉及的半导体装置100的构成例的剖视图。在第二实施方式中，第一外部端子53从平坦部51起相对于z方向向倾斜方向弯曲，从平坦部51的高度起延伸至引线框架40的高度。第一外部端子53的倾斜部分被树脂层91覆盖，仅包括接触部分的一部分从树脂层91露出。在被树脂层91覆盖的第一外部端子53与树脂层91之间设置有密接性提高膜81。从树脂层91露出的第一外部端子53的一部分被外部镀覆层82覆盖。
57.下部镀覆层21以及上部镀覆层23例如只要使用铜、镍(ni)，银(ag)、金或者钯(pd)中的任意一个即可。下部烧结件31以及上部烧结件33可使用熔点为300℃以上的材料。下部烧结件31以及上部烧结件33例如可使用银、铅(pb)、锡铜化合物(cusn)、锡银化合物(agsn)或者锡镍(snni)化合物。
58.第二实施方式的其他构成可以与第一实施方式相同。因此，在第二实施方式中也能获得与第一实施方式相同的效果。另外，第二实施方式的制造方法与第一实施方式的制造方法相同。
59.对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。这些实施方式能够通过其他各种方式加以实施，在不脱离发明主旨的范围能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形与包含于发明的范围、主旨同样地包含在技术方案所记载的发明及其等同的范围。