JP6579653B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、基板の薄化によって基板の表裏面間の距離が短くなるため、表面電極と裏面電極との間でマイグレーションが発生する可能性が高くなる。
この構成によれば、第1電極および第1接合金属層にマイグレーションの原因となる金属が含まれている場合に、マイグレーションの発生を効果的に抑制することができる。また、第1電極および第1接合金属層の表層にバリア層(第1被覆層)を形成するだけで済むので、第1電極および第1接合金属層の本来の特性を維持することができる。
本発明の一実施形態では、前記第1接合金属層は、ボンディングワイヤを含んでいてもよいし、ボンディングプレートを含んでいてもよい。
本発明の一実施形態は、前記第2電極と前記支持層との間に挟まれた第2接合金属層であって、前記半導体チップの外側に、はみ出し部を有する第2接合金属層を含み、前記バリア層は、前記第2接合金属層の前記はみ出し部を被覆する第2被覆層を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態では、前記第2接合金属層の前記はみ出し部は、前記半導体チップの前記第2面から端面に亘って形成されていてもよい。
本発明の一実施形態では、前記バリア層は、前記支持層の表面を被覆する第3被覆層を含んでいてもよい。
この構成によれば、支持層にマイグレーションの原因となる金属が含まれている場合に、マイグレーションの発生を効果的に抑制することができる。また、支持層の表層にバリア層(第3被覆層)を形成するだけで済むので、支持層の本来の特性を維持することができる。
本発明の一実施形態では、前記バリア層は、互いに異なる複数の金属層を有していてもよい。
本発明の一実施形態では、前記半導体チップは、単機能半導体を構成していてもよい。その場合、前記単機能半導体は、ショットキーバリアダイオードを含んでいてもよいし、電界効果トランジスタを含んでいてもよい。
本発明の一実施形態では、前記半導体チップは、SiC基板を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態は、第1面およびその反対側の第2面を有するワイドバンドギャップの半導体チップであって、当該第1面上の第1電極および当該第2面上の第2電極を有する半導体チップを、金属製の支持層に接合する工程と、前記第1電極と、前記第2電極または前記支持層との間に、該第1電極および第2電極間のマイグレーションを防止するためのバリア層を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法を提供する。
本発明の一実施形態は、前記半導体チップの接合後、第1接合金属層を前記第1電極に接続する工程を含み、前記バリア層を、前記第1接合金属層の接続後に形成してもよい。
本発明の一実施形態では、前記半導体チップを、第2接合金属層を用いて前記支持層に接合してもよい。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置1の概略図である。
半導体装置1は、端子フレーム2と、半導体チップ3と、樹脂パッケージ4とを含む。
端子フレーム2は、金属製の板状である。たとえば、端子フレーム2は、Cuフレームからなっていてもよい。端子フレーム2は、半導体チップ3を支持する本発明の支持層の一例としてのベース部5(アイランド)と、カソード端子6と、予備端子7と、アノード端子8とを含む。カソード端子6は、ベース部5と一体的に形成されており、ベース部5を介して半導体チップ3のカソードに接続されている。アノード端子8は、本発明の第1接合金属層の一例としてのボンディングワイヤ10によって、半導体チップ3のアノードパッド20に電気的に接続されている。予備端子7およびアノード端子8は、中央のカソード端子6を挟むように配置されている。
図2は、半導体装置1の一部を示す断面図である。図3は、図2の半導体チップ3の構成を説明するための図である。
半導体基板11は、n+型ベース基板14と、当該n+型ベース基板14上のn−型エピタキシャル層15とを含むエピタキシャル基板であってもよい。半導体基板11の厚さ(n+型ベース基板14およびn−型エピタキシャル層15の合計厚さ)は、たとえば、35μm〜150μmであってもよい。
アノード電極12は、フィールド絶縁膜17上に形成されている。アノード電極12は、フィールド絶縁膜17の開孔16内でn−型エピタキシャル層15に接合されている。アノード電極12は、フィールド絶縁膜17における開孔16の周縁部を上から覆うように、当該開孔16の外方へフランジ状に張り出している。すなわち、フィールド絶縁膜17の周縁部は、n−型エピタキシャル層15およびアノード電極12によって、全周にわたってその上下両側から挟まれている。
一方、カソード電極13は、n+型ベース基板14との接合部分に、n型SiCにオーミック接触する金属(たとえば、Niシリサイド、Coシリサイド等)からなるオーミックメタルを、Ti等のバリア層を介して有していてもよい。また、カソード電極13においてベース部5が接合される最表面には、たとえば、AuやAgからなるコンタクトメタルが露出していてもよい。
ベース部5(端子フレーム2)は、Cuフレーム(フレーム本体)上に、めっき層21を有していてもよい。めっき層21は、たとえば、Agめっき層であってもよい。
第1バリア層27は、ボンディングワイヤ10およびアノード電極12の表面に沿って形成され、ボンディングワイヤ10およびアノード電極12を一体的に被覆している。第1バリア層27は、ボンディングワイヤ10およびアノード電極12の外観が概ね維持されるように薄膜状に形成されている。また、たとえば、表面保護膜18の開孔19を半導体基板11の法線方向から見た時に、当該開孔19内の全領域が第1バリア層27で被覆されていることが好ましい。これにより、開孔19から外側へ向かう、ボンディングワイヤ10やアノード電極12の金属成分の流出経路を塞ぐことができる。なお、ボンディングワイヤ10のワイヤ本体24は、半導体チップ3に直接繋がっていないので、第1バリア層27から露出する部分があっても、それほど差し支えるわけではない。また、第1バリア層27は、図2では、表面保護膜18の開孔19内に収まるように形成されているが、表面保護膜18における開孔19の周縁部を覆うように形成されていてもよい。
第3バリア層29は、ベース部5の表面に沿って形成され、ベース部5を被覆している。また、第3バリア層29は、図2に示すように、第2バリア層28と一体的に形成されていてもよい。
次に、図5に示すように、n−型エピタキシャル層15の表面部に、所定の間隔を空けて複数のp型ボディ領域36が形成されている。p型ボディ領域36の内方領域には、n+型ソース領域37が形成され、このn+型ソース領域37を貫通してp+型ボディコンタクト領域38が形成されている。p+型ボディコンタクト領域38は、p型ボディ領域36に電気的に接続されている。また、n−型エピタキシャル層15のうちp型ボディ領域36が形成されていないn−型の部分は、MISFETのn−型ドリフト領域39を構成している。
層間絶縁膜42上には、本発明の第1電極の一例としてのソース電極44が形成されている。ソース電極44は、層間絶縁膜42の開孔43内でn+型ソース領域37およびp+型ボディコンタクト領域38に接続されている。
半導体基板11の裏面11bには、その全域を覆うように本発明の第2電極の一例としてのドレイン電極49が形成されている。ドレイン電極49は、図2に示した接合材22を介してベース部30(図4参照)に接合される。
まず、図6Aに示すように、端子フレーム2が準備される。端子フレーム2は、規則的に配列された多数のベース部5および各ベース部5に対応する端子6〜8を有するリードフレームとして構成されていてもよい。次に、端子フレーム2の各ベース部5に、接合材22を介して半導体チップ3がダイボンディングされる。
次に、図6Cに示すように、たとえば、電解めっき又は無電解めっきによって、ボンディングワイヤ10、アノード電極12、接合材22およびベース部5の露出部分から、バリア層26の材料をめっき成長させる。これにより、当該露出部分が一括してバリア層26で被覆される。
以上、半導体装置1によれば、被覆対象としてのボンディングワイヤ10、アノード電極12、接合材22およびベース部5の露出部分がバリア層26で被覆されている。これにより、当該被覆対象の金属成分が、バリア層26内に固溶し、さらに析出して当該バリア層26を超えて移動することを防止できる。そのため、半導体基板11の端面11c等を介して当該金属成分がアノード電極12−カソード電極13を行き来することを阻止することができる。その結果、アノード電極12−カソード電極13間でのマイグレーションの発生を抑制できるので、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
たとえば、バリア層26は、図7に示すように第1バリア層27だけであってもよいし、図8に示すように第2バリア層28だけであってもよいし、図9に示すように第3バリア層29だけであってもよい。これらの変形例によっても、前述のマイグレーションの発生を抑制するという効果を十分に得ることができる。
さらに、図11および図12に示すように、アノード電極12に接合される配線部材として、ボンディングワイヤ10に代えてボンディングプレート52を使用してもよいし、図示しないが、ボンディングリボン等を使用してもよい。
2 端子フレーム
3 半導体チップ
5 ベース部
10 ボンディングワイヤ
11 半導体基板
11a 表面
11b 裏面
11c 端面
12 アノード電極
18 表面保護膜
19 開孔
20 アノードパッド
21 めっき層
22 接合材
23 はみ出し部
26 バリア層
27 第1バリア層
28 第2バリア層
29 第3バリア層
30 ベース部
34 ボンディングワイヤ
35 ボンディングワイヤ
44 ソース電極
45 表面保護膜
46 ソースパッド
47 開孔
49 ドレイン電極
50 金属層
51 金属層
52 ボンディングプレート
Claims (20)
- 金属製の支持層と、
前記支持層上に配置され、第1面およびその反対側の第2面を有するワイドバンドギャップの半導体チップであって、当該第1面上の第1電極および当該第2面上の第2電極を有し、当該第2電極が前記支持層に接続された半導体チップと、
前記第1電極と、前記第2電極または前記支持層との間に設けられ、当該第1電極および第2電極間のマイグレーションを防止するためのバリア層とを含み、
前記バリア層は、Ni、PdまたはPtからなる、半導体装置。 - 金属製の支持層と、
前記支持層上に配置され、第1面およびその反対側の第2面を有するワイドバンドギャップの半導体チップであって、当該第1面上の第1電極および当該第2面上の第2電極を有し、当該第2電極が前記支持層に接続された半導体チップと、
前記第1電極と、前記第2電極または前記支持層との間に設けられ、当該第1電極および第2電極間のマイグレーションを防止するためのバリア層とを含み、
前記バリア層は、互いに異なる複数の金属層を有している、半導体装置。 - 前記第1電極に接続された第1接合金属層を含み、
前記バリア層は、前記第1電極および前記第1接合金属層を一体的に被覆する第1被覆層を含む、請求項1または2に記載の半導体装置。 - 前記第1電極を被覆し、前記第1電極の一部を前記第1接合金属層の接続用のパッドとして露出させる開孔を有する絶縁膜を含み、
前記第1被覆層は、前記開孔内に収まるように前記パッドを被覆している、請求項3に記載の半導体装置。 - 前記第1接合金属層は、ボンディングワイヤを含む、請求項3または4に記載の半導体装置。
- 前記第1接合金属層は、ボンディングプレートを含む、請求項3または4に記載の半導体装置。
- 前記第1接合金属層は、少なくともAu、AgまたはCuの露出面を有する金属からなる、請求項3〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第2電極と前記支持層との間に挟まれた第2接合金属層であって、前記半導体チップの外側に、はみ出し部を有する第2接合金属層を含み、
前記バリア層は、前記第2接合金属層の前記はみ出し部を被覆する第2被覆層を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記第2接合金属層の前記はみ出し部は、前記半導体チップの前記第2面から端面に亘って形成されている、請求項8に記載の半導体装置。
- 前記第2接合金属層は、少なくともAu、AgまたはCuの露出面を有する金属からなる、請求項8または9に記載の半導体装置。
- 前記バリア層は、前記支持層の表面を被覆する第3被覆層を含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記バリア層は、互いに異なる複数の金属層を有している、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記半導体チップは、単機能半導体を構成している、請求項1〜12のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記単機能半導体は、ショットキーバリアダイオードを含む、請求項13に記載の半導体装置。
- 前記単機能半導体は、電界効果トランジスタを含む、請求項13に記載の半導体装置。
- 前記半導体チップは、35μm〜150μmの厚さを有している、請求項1〜15のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記半導体チップは、SiC基板を含む、請求項1〜16のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 第1面およびその反対側の第2面を有するワイドバンドギャップの半導体チップであって、当該第1面上の第1電極および当該第2面上の第2電極を有する半導体チップを、金属製の支持層に接合する工程と、
前記第1電極と、前記第2電極または前記支持層との間に、該第1電極および第2電極間のマイグレーションを防止するためのバリア層を形成する工程とを含み、
前記バリア層を形成する工程は、前記バリア層の材料を電解めっき又は無電解めっきする工程を含む、半導体装置の製造方法。 - 前記半導体チップの接合後、第1接合金属層を前記第1電極に接続する工程を含み、
前記バリア層を、前記第1接合金属層の接続後に形成する、請求項18に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体チップを、第2接合金属層を用いて前記支持層に接合する、請求項18または19に記載の半導体装置の製造方法。
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