半导体装置、半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在大电流的通断等中使用的半导体装置及该半导体装置的制造方法。
【背景技术】
[0002]在专利文献I中，公开有一种通过焊料将作为铜板的外部电极和半导体元件电极直接接合的半导体装置。通过焊料将外部电极和半导体元件电极直接接合的目的在于，降低电阻并且实现能够进行大电流通电的配线连接。
[0003]在专利文献2中，公开有一种在半导体元件电极(发射极电极)的一部分形成与焊料的接合性良好的金属膜(镀敷电极)的技术。该金属膜通过焊料与散热器接合。而且，通过控制金属膜和散热器的距离、相对位置，从而防止应力向金属膜的外缘部集中。
[0004]专利文献1:日本特开2008 - 182074号公报
[0005]专利文献2:日本特开2008 - 244045号公报
【发明内容】
[0006]在具有半导体元件的半导体装置中，半导体元件的流过电流的部分受到由温度循环而产生的热应力。在上述的热应力环境下，如果如专利文献I的半导体装置那样，焊料和半导体元件电极相接触，则存在下述问题，即，由于焊料和半导体元件电极的线膨胀系数的差而产生热应力，使半导体元件电极中产生龟裂。
[0007]另外，在专利文献2所公开的技术中存在下述问题，即，由于需要对金属膜和散热器的距离、相对位置进行精密的控制，因此生产率较低。
[0008]本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种半导体装置及该半导体装置的制造方法，能够通过简单的方法抑制因来自焊料的应力而在电极中产生龟裂。
[0009]本申请的发明所涉及的半导体装置，其特征在于，具有:半导体元件；表面电极，其形成在该半导体元件的表面；金属膜，其形成在该表面电极上，具有接合部、以及以与该接合部接触并且包围该接合部的方式形成的应力缓和部；焊料，其避开该应力缓和部而与该接合部接合；以及外部电极，其经由该焊料而与该接合部接合。
[0010]本申请的发明所涉及的半导体装置的制造方法，其特征在于，具有:在半导体元件上形成表面电极的工序；在该表面电极上形成金属膜的工序；以及避开该金属膜的外周部分而在该金属膜的中央部形成焊料，并经由该焊料将该金属膜和外部电极接合的接合工序。
[0011 ] 本发明的其他特征在以下部分得以明确。
[0012]发明的效果
[0013]根据本发明，由于应力缓和部使来自焊料的应力分散，因此能够抑制在电极中产生龟裂。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的实施方式I所涉及的半导体装置的剖面图。
[0015]图2是表面电极、包覆膜以及焊料的俯视图。
[0016]图3是金属膜和焊料的俯视图。
[0017]图4是金属膜的外周部分及其周边的放大图。
[0018]图5是表示在半导体元件上形成表面电极后的剖面图。
[0019]图6是表不在表面电极的一部分处形成抗蚀层后的剖面图。
[0020]图7是表示形成金属膜后的剖面图。
[0021]图8是表示去除抗蚀层后的剖面图。
[0022]图9是表示利用包覆膜覆盖金属膜的外周部分后的剖面图。
[0023]图10是表示在接合工序中将外部电极软钎焊至接合部后的剖面图。
[0024]图11是表示在金属膜的膜厚为0.5 ym的情况下的金属膜内的应力分布的图。
[0025]图12是表不在金属膜的膜厚为1.0 μπι的情况下的金属膜内的应力分布的图。
[0026]图13是表示在金属膜的膜厚为1.5 ym的情况下的金属膜内的应力分布的图。
[0027]图14是表示金属膜的厚度和在金属膜中产生的应力的关系的图表。
[0028]图15是本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的金属膜的外周部分及其周边的剖面图。
[0029]图16是表示在金属膜上形成牺牲保护膜后的剖面图。
[0030]图17是表示去除金属膜的外周部分的防氧化膜后的剖面图。
[0031]图18是表示形成改质膜后的剖面图。
【具体实施方式】
[0032]参照附图，对本发明的实施方式所涉及的半导体装置和半导体装置的制造方法进行说明。有时对相同或对应的构成要素标注相同的标号，省略重复说明。
[0033]实施方式1.
[0034]图1是本发明的实施方式I所涉及的半导体装置的剖面图。半导体装置10具有由金属形成的基座板12。在基座板12的上方配置有由纵向型的IGBT形成的半导体元件14。在半导体元件14的上表面侧形成有栅极电极14a和发射极电极(以后，发射极电极称为表面电极14b)。在半导体元件14的下表面侧形成有集电极电极14c。栅极电极14a以及表面电极14b由含有大于或等于95%的铝的材料形成。集电极电极14c由用于确保与焊料的接合性的层叠金属膜形成。集电极电极14c的层叠金属膜从半导体元件14侧依次由Ti/Ni/Au、或AlSi/Ti/Ni/Au等构成。集电极电极14c通过焊料16固定于基座板12。
[0035]在表面电极14b上形成有金属膜20。金属膜20以使金属膜20的上表面的一部分露出的方式被包覆膜22覆盖。在金属膜20中的从包覆膜22露出的部分处接合有由SnAgCu类的无铅焊料形成的焊料30。焊料30将向半导体装置10的外部伸出的外部电极32和金属膜20接合。
[0036]在基座板12上通过焊料40接合有外部电极42。在栅极电极14a上连接有导线50。导线50将向外部伸出的外部电极52和栅极电极14a连接。在基座板12的下表面侧粘贴有绝缘片60。上述的各结构要素由封装材料70覆盖，该封装材料70使外部电极32、42,52以及绝缘片60的下表面侧向外部露出。
[0037]图2是表面电极、包覆膜以及焊料的俯视图。焊料30由包覆膜22包围。图3是金属膜和焊料的俯视图。焊料30仅形成在金属膜20的中央部。因此，在金属膜20的外周部分处没有形成焊料30。
[0038]图4是金属膜的外周部分及其周边的放大图。金属膜20具有接合部20A以及应力缓和部20B，该应力缓和部20B以与接合部20A接触并且包围接合部20A的方式形成。所谓应力缓和部20B是指图3的金属膜20的外周部分。首先，参照图4对接合部20A进行说明。接合部20A具有在表面电极14b上由Ti或Mo形成的第I密接膜20a。并且，接合部20A具有在第I密接膜20a上由Ni形成的第I接合膜20b。并且，接合部20A具有在第I接合膜20b上形成的焊料和Ni的合金部20c。
[0039]下面，对应力缓和部20B进行说明。应力缓和部20B具有在表面电极14b上由Ti或Mo形成的第2密接膜20d。并且，应力缓和部20B具有在第2密接膜20d上由Ni形成的第2接合膜20e。并且，应力缓和部20B具有在第2接合膜20e上由Au或Ag形成的防氧化膜20f。第I接合膜20b与第2接合膜20e相比形成得较薄。优选将第I接合膜20b的厚度设为大于或等于0.5 μ m。应力缓和部20B形成为，从与接合部20A接触的部分至最外周部为止的长度(长度a)大于或等于10 μ mo
[0040]在接合部20A的上表面接合有焊料30。外部电极32经由该焊料30与接合部20A接合。焊料30避开应力缓和部20B与接合部20A接合。形成有覆盖应力缓和部20B的包覆膜22，以使得焊料30不与应力缓和部20B接触。包覆膜22优选由厚度为2?20 ym中的某一值的聚酰亚胺形成。
[0041]下面，对本发明的实施方式I所涉及的半导体装置的制造方法进行说明。首先，在半导体元件上形成表面电极14b。图5是表示在半导体元件上形成表面电极后的剖面图。表面电极14b是例如通过溅射法利用Al、AlS1、或AlCu而形成的。然后，将表面电极14b在氢气或氮气气氛内以400?470°C加热。通过该热处理，表面电极14b的晶体尺寸扩大，表面电极14b的平坦性提高。由此，能够使金属膜20相对于表面电极14b的覆盖率提高。
[0042]然后，在表面电极14b的一部分处形成抗蚀层。图6是表不在表面电极的一部分处形成抗蚀层后的剖面图。抗蚀层100是以对表面