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公開番号2024061247
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-07
出願番号2022169074
出願日2022-10-21
発明の名称半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 21/60 20060101AFI20240425BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】半導体装置の生産コストの増大を抑制しつつ、信頼性の向上および長寿命化を図る。
【解決手段】半導体装置100は、半導体素子41と、当該半導体素子41の上面に形成された上面電極と、半導体素子41の上面電極の上に接合された銅を主成分とする導電性金属板22とを備える。導電性金属板22は、銅を主成分とし、半導体素子41の上面電極の上に固相拡散接合されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子の上面に形成された上面電極と、
銅を主成分とし、前記半導体素子の前記上面電極の上に固相拡散接合された導電性金属板と、
を備えた半導体装置。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
前記上面電極は、前記導電性金属板と固相拡散接合する面側から、Ａｕ層と、Ｎｉ層と、Ａｌ層もしくはＡｌＳｉ層とがこの順に並ぶ積層構造を含む、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記上面電極は、層間絶縁膜上に形成されており、
前記上面電極の前記Ａｌ層もしくは前記ＡｌＳｉ層と層間絶縁膜との間に、ＴｉまたはＷを含むバリアメタルを備える、
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記Ａｕ層の厚みは、３０ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり、前記Ｎｉ層の厚みは、２μｍ以上１５μｍ以下であり、前記Ａｌ層もしくは前記ＡｌＳｉ層の厚みは、３μｍ以上１０μｍ以下であり、前記バリアメタルの厚みは、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、
請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記上面電極は、前記導電性金属板の固相拡散接合する面に、Ａｌ層もしくはＡｌＳｉ層を有している、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記上面電極は、層間絶縁膜上に形成されており、
前記上面電極の前記Ａｌ層もしくは前記ＡｌＳｉ層と層間絶縁膜との間に、ＴｉまたはＷを含むバリアメタルを備える、
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記導電性金属板の平面サイズは前記上面電極の平面サイズよりも小さく、前記導電性金属板は前記上面電極からはみ出さずに設けられている、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記導電性金属板の厚さは、０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記上面電極は、前記半導体素子の上面に複数形成されており、前記上面電極は、複数の前記導電性金属板のそれぞれに設けられている、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記導電性金属板は、前記半導体素子の前記上面電極に複数箇所で固相拡散接合されている、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば電力制御用の半導体装置の構造として、半導体素子の上面電極の上に銅（Ｃｕ）からなるＣｕ電極が設けられ、Ｃｕ電極に対してＡｌ等の金属からなるワイヤがボンディングされた構造が知られている。下記の特許文献１には、半導体素子の上面電極の上にＣｕ電極を設けることで、上面電極の低抵抗化や放熱性向上を図る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００６－８６３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、電力制御用の半導体装置の用途が拡大し、半導体装置の大電流化が進んでいる。また、電力制御用の半導体装置は、世界各地で使用されるため、劣悪な環境下への対応が求められる。そのため、半導体装置のさらなる信頼性の向上、長寿命化は大きな課題である。
【０００５】
半導体素子の上面電極に金属ワイヤを直接ボンディングした構造では、ワイヤのリフトオフ（剥がれ）により断線が生じることが多く、それが信頼性の向上および長寿命化を図る上で問題となる。
【０００６】
特許文献１のように、半導体素子の上面電極の上にＣｕ電極を設けることでその問題は改善される。しかし、ワイヤボンディングに対応できる厚さのＣｕ電極を形成するためには、多大な時間のＣｕめっきを行う必要があるため、生産性の問題が生じる。また、めっき技術には非常に多くの工程（洗浄、乾燥、レジスト処理など）が必要なため、設備投資、設備設置エリアの確保などの課題もある。さらに、めっき技術には、成膜しためっき膜厚の不均一や、外観上のムラなどの課題もあり、工程および品質を詳細に管理する必要がある。これらは生産コストの増大を招く。
【０００７】
本開示は以上のような課題を解決するためになされたものであり、半導体装置の生産コストの増大を抑制しつつ、信頼性の向上および長寿命化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係る半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子の上面に形成された上面電極と、銅を主成分とし、前記半導体素子の前記上面電極の上に固相拡散接合された導電性金属板と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、めっき工法と比較し、生産性に優れ、生産プロセス安定化および生産コストも安価にて、半導体素子の上面電極に金属部材を形成することができる。また、導電性金属板には他金属、めっき等外装不要である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
実施の形態１に係る半導体素子の断面図である。
実施の形態１に係る半導体素子の上面の構成例を示す図である。
実施の形態１に係る半導体素子の上面の構成例を示す図である。
実施の形態１に係る半導体素子の上面の構成例を示す図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造における、半導体素子に導電性金属板を固相拡散接合する工程を示すフローチャートである。
半導体素子に導電性金属板を固相拡散接合する工程の変形例を示すフローチャートである。
ＰＮ接合型ダイオードである半導体素子の断面図である。
プレーナゲート型ＭＯＳＦＥＴである半導体素子の断面図である。
実施の形態１に係る半導体装置に冷却器を取り付けた状態を示す図である。
実施の形態２に係る半導体素子の断面図である。
実施の形態３に係る半導体素子の断面図である。
実施の形態３に係る半導体装置の一部の断面を示す図である。
実施の形態４に係る電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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