功率半导体装置制造方法及图纸

在功率半导体装置(100)中，关于功率半导体元件(4)的表面电极(41a)，在维氏硬度为200～350Hv的以Cu为主成分的通过非电解镀敷形成的Cu层(81)上层叠设置有比Cu层(81)柔软的维氏硬度为70～150Hv的以Cu为主成分的通过非电解镀敷形成的Cu层(82)，对Cu层(82)与Cu制的导线(6)进行导线键合。

Power semiconductor device

In the power semiconductor device (100), a power semiconductor element (4) surface electrode (41a), the Vivtorinox hardness is 200 ~ 350Hv with Cu as the main component by Cu non electrolytic plating layer (81) formed by laminating is provided with a Cu layer (81) for the 70 Vivtorinox soft hardness to 150Hv with a main component of Cu Cu by non electrolytic plating layer formed on the layer (82), Cu (82) wire and Cu system (6) for wire bonding.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率半导体装置
本专利技术涉及为了进行功率半导体元件的表面电极与外部电极的电气布线而连接键合导线的功率半导体装置。
技术介绍
以往，为了进行功率半导体装置的电气布线，进行Al导线(wire)键合，但根据高温动作化、高可靠化的要求，需要重新考虑导线的材料。因此，进行由于电容大、机械强度高而被期待提高可靠性的Cu导线键合的开发。但是，在通过与以往的使用Al导线时相同的楔焊(wedgebonding)来进行使用Cu导线的键合(bonding)的情况下，由于Cu与Al相比杨氏模量高，所以，在键合时，有可能对半导体元件造成损伤。要求能够不对半导体元件造成损伤地键合Cu导线的构造。在专利文献1中，公开了对功率半导体元件的电极形成Ni/Pd/Au的膜来防止在导线键合时在功率半导体元件产生损伤的专利技术。另外，在专利文献2中，公开了通过将硬度高的W、Co、Mo、Ti、Ta的保护膜设置于元件并在其上进行Cu的成膜来兼顾接合性与损伤抑制效果的专利技术。现有技术文献专利文献1：日本特开2013－004781号公报(第0019段、图2)专利文献2：日本特开2014－082367号公报(第0020段、图1)
技术实现思路
然而，在专利文献1中，虽然成膜为非电解Ni镀层/Pd/Au，但由于Ni镀层的膜应力大，所以，如果在功率半导体中使用的大面积的元件中为了使损伤抑制效果最大限度地发挥而使膜厚增大，则存在发生翘曲、剥离这样的问题。另外，由于膜应力大，所以，存在由于键合时的应力而Ni镀层膜裂开这样的问题。另外，在专利文献2中，在功率半导体元件的电极上，为了避免在导线键合时对功率半导体元件造成损伤，进行W等的成膜，作为缓冲件而发挥功能。但是，为了进行W等金属的成膜，只能使用溅射，如果为了使损伤抑制效果增大而使膜厚增大，则存在生产率不足这样的问题。进一步地，在对该膜结构键合有Cu导线的情况下，受到由线膨胀系数之差引起的热应力的影响，存在在Cu导线中产生裂纹、在金属膜处发生剥离这样的问题。本专利技术是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供在用Cu导线进行键合的情况下能够抑制对半导体元件的损伤的功率半导体装置。本专利技术涉及一种功率半导体装置，其特征在于，具备：功率半导体元件；第一电极层，设置于功率半导体元件上；第二电极层，设置于第一电极层上，硬度比第一电极层低，并且以Cu为主成分；以及键合导线，连接到第二电极层，并且以Cu为主成分。根据本专利技术，通过将硬度低且接合性优良的层设置于电极层的最表面，即使在用Cu导线键合到功率半导体元件的情况下，也能够抑制对功率半导体元件的损伤地进行接合，能够实现可靠性优良的布线。另外，能够抑制表面电极的剥离、裂缝，能够实现生产率的提高。附图说明图1是示出本专利技术的实施方式1的功率半导体装置的结构的剖面示意图。图2是示出本专利技术的实施方式1的功率半导体装置的主要部分的结构的放大剖视图。图3是示出本专利技术的实施方式2的功率半导体装置的主要部分的结构的放大剖视图。图4是示出本专利技术的实施方式3的功率半导体装置的主要部分的结构的放大剖视图。图5是示出本专利技术的实施方式4的功率半导体装置的主要部分的结构的放大立体图。图6是示出本专利技术的实施方式4的功率半导体装置的主要部分的结构的放大剖视图。图7是示出本专利技术的实施方式4的功率半导体装置的主要部分的其他结构的放大俯视图。图8是示出本专利技术的实施方式4的功率半导体装置的主要部分的其他结构的放大剖视图。图9是示出本专利技术的实施方式5的功率半导体装置的主要部分的结构的放大剖视图。(附图标记说明)4功率半导体元件；6导线；7Al层；8Cu层；9绝缘层；41a表面电极；81Cu层；82Cu层；83金属层；100功率半导体装置。具体实施方式实施方式1.参照附图，以下说明作为本专利技术的实施方式1的功率半导体装置。图1是示出本专利技术的实施方式1的功率半导体装置的结构的剖面示意图。如图1所示，功率半导体装置100包括底板1、接合于底板1上的陶瓷基板2、配置于陶瓷基板2上的功率半导体元件4以及将功率半导体元件4的表面电极41a与形成于陶瓷基板2上的作为电路图案的电极层22c键合的导线6。底板1作为散热板而使用Cu制的板。通过焊料(Sn－Ag－Cu系)3将陶瓷基板2接合到底板1上。底板1只要是热导率高的材料即可，也可以使用Al制等。另外，也可以是与绝缘基板成为一体的底基板。将焊料3设为Sn－Ag－Cu系，但只要能够将底板1与陶瓷基板2接合并确保散热性，则也可以使用Sn－Ag－Cu－Sb系焊料、加入Pb的焊料等。另外，也可以设为使用Ag、其他粒子的烧结接合、利用散热片、散热油脂(grease)的连接。陶瓷基板2将Cu制的导体层22a、22b、22c层叠于AlN制的基体材料21的两面。陶瓷基板2的背面侧的电极层22b通过焊料3接合到底板1上，并将功率半导体元件4配置于表面侧的导体层22a。另外，陶瓷基板2上的作为电路图案的电极层22c通过导线6与功率半导体元件4的表面电极41a进行键合。基体材料21只要能够确保绝缘性，则也可以是Al2O3制、Si3N4制等。功率半导体元件4使用Si制的IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)，背面电极41b通过Ag烧结件5管芯键合于陶瓷基板2上的导电层22a。表面电极41a用导线6通过楔焊与包括作为陶瓷基板2上的电路图案的向源极焊盘的主布线、栅极布线、向各种读出焊盘(sensingpad)的布线的全部的表面侧的电极层22c进行键合。导线6使用以Cu为主成分的直径为φ400μm的导线。将功率半导体元件4设为IGBT，但也可以是IC(IntegratedCircuit，集成电路)、晶闸管、MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。也可以是SBD(SchottkyBarrierDiode，肖特基势垒二极管)、JBS(JunctionBarrierSchottky，结势垒肖特基二极管)等二极管。另外，也可以应用于功率半导体以外的半导体封装体。另外，将厚度设为100μm，但不限于此。关于功率半导体元件4的管芯键合，设为Ag烧结，但也可以是焊接。另外，也可以是使用Cu等Ag以外的材料的烧结接合。导线6使用以Cu为主成分的直径为φ400μm的导线，但不限于此。也可以是仅将栅极布线用的导线6和向读出焊盘的布线用的导线6设为线径小的导线等，使用不同的线径。另外，也可以仅将栅极布线用的导线6设为以往的Al导线、以Al为主成分的Al合金导线。导线6的接合是设为楔焊，但也可以是球焊(ballbonding)、超声波接合。另外，关于向源极焊盘的主布线，也不限于以Cu为主成分的导线6，也可以是以Al、Ag等为主成分的纯金属、合金。进一步地，也可以将带、引线框进行超声波接合而不是导线6。图2是示出本专利技术的实施方式1的功率半导体装置100的主要部分的结构的示意图，是将图1的区域A放大的剖视图。如图2所示，功率半导体元件4的表面电极41a包括Cu层8与Al层7的多个金属层。Cu层8还包括维氏硬度为70～150Hv的柔软的以Cu为主成分的通过非电解镀敷形成的Cu层82以及维氏硬度为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体装置，其特征在于，具备：功率半导体元件；第一电极层，设置于所述功率半导体元件上；第二电极层，设置于所述第一电极层上，硬度比所述第一电极层低，并且以Cu为主成分；以及键合导线，连接到所述第二电极层，并且以Cu为主成分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.10 JP 2015-0468461.一种功率半导体装置，其特征在于，具备：功率半导体元件；第一电极层，设置于所述功率半导体元件上；第二电极层，设置于所述第一电极层上，硬度比所述第一电极层低，并且以Cu为主成分；以及键合导线，连接到所述第二电极层，并且以Cu为主成分。2.根据权利要求1所述的功率半导体装置，其特征在于，所述第一电极层的维氏硬度是200～350Hv，所述第二电极层的维氏硬度是70～150Hv。3.根据权利要求1或者2所述的功率半导体装置，其特征在于，所述第一电极层是以Cu为主成分的层。4.根据权利要求1或者2所述的功率半导体装置，其特征在于，所述第一电极层是基底层与通过非电解镀敷形成于所述基底层上的以Cu为主成分的层。5.根据权利要求4所述的功率半导体装置，其特征在于，所述第二电极层是以所述第一电极层为基底并通过非电解镀敷形成的以Cu为主成分的层。6.根据权利要求1或者2所述的功率半导体装置，其特征在于，所述第一电极层仅是基底层，所述第二电极层是以所述第一电极层为基底并通过非电解镀敷形成的以Cu为主成分的层。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的功率半导体装置，其特征在于，所述第一电极层的平均晶体粒径为1μm以下。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的功率半导体装置，其特征在于，所述第二电极层的平均晶体粒径为5μm以上。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的功率半导体装置，其特征在于，所述第一电极层的膜厚是5～20μm。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的功率半导体装置，其特征在于，所述第二电极层的膜厚是5～20μm。11.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川翔平，菊池正雄，藤野纯司，内田祥久，铃木裕一郎，柳本辰则，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP