[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造方法，尤其涉及在半导体元件的电极上连 接外部配线的半导体器件及其制造方法。

背景技术

IGBT(绝缘栅双极晶体管)、power-MOSFET(功率金属氧化物半导体 场效晶体管)的等半导体元件被组装在半导体器件中。这种半导体元件是能高 速控制大电流的开关器件。

半导体元件例如IGBT具有集电区、基区、发射区、栅绝缘膜及栅电极。 集电区通过在衬底的一个主面上外延生长或在衬底的一个主面部扩散来形成。 基区形成于衬底的另一个主面部。发射区形成于基区的表面部。栅绝缘膜至少 形成于基区的表面，栅电极形成于栅绝缘膜上。

半导体元件采用通过将栅电极形成为带状而具有耐高压且栅电容小的带 状结构的IGBT。在采用这种结构的IGBT中，栅电极朝向栅长度方向在衬底 主面上延伸，该栅电极隔开一定间隔地在栅宽度方向排列多个，从上方观察以 在栅宽度方向上夹着栅电极的方式发射区及基区的表面的一部分在栅长度方 向上呈带状露出。露出了该表面的发射区及基区与发射极(发射极配线)电连 接。发射极形成于被夹在与栅电极之间的层间绝缘膜上，层间绝缘膜覆盖栅电 极上并且在发射区及基区的一部分露出来的区域上(对应的位置)具有沿栅长 度方向呈带状的开口(接点开口)。也就是说，在栅宽度方向截断的断面上， 因上述开口邻接的层间绝缘膜彼此之间具有间隙的凸状的层间绝缘膜的平面 形状与栅电极的平面形状相同地为带状。采用这种带状结构的IGBT由于可以 增加发射区及基区与发射极之间的接触面积，增大容许电流，因而能减少电场 集中的发生，能够实现大电流化及耐高压化(高耐压化)。

IGBT的发射极通过压焊丝与发射极用引线(外部端子)电连接，栅电极 也同样通过压焊丝与栅极用引线电连接。集电区例如设置在衬底的另一个主面 上的集电极与集电极用引线电连接。压焊丝一般使用引线接合装置，利用并用 了超声波振动的热压接来进行焊接。并且，IGBT与各引线的内部一起被树脂 密封，组装成半导体器件。

还有，关于这种半导体器件记载在例如下述的专利文献1和专利文献2 中。

专利文献1：特开平10-22322号公报。

专利文献2：特开2002-226826号公报。

然而，在上述半导体器件中，对于以下各点未作任何考虑。若利用超声波 振动的能量直接将压焊丝焊接在具有带状结构的IGBT正上方的发射极上，则 在层间绝缘膜及其下的IGBT(单元)的栅电极上产生剥离或破坏。详细地说， 在IGBT中，由于栅电极及层间绝缘膜的平面形状具有在栅长度方向上细长的 带状，因而栅电极及层间绝缘膜的机械强度弱，并且由于与基底的粘接面积小， 而且是从衬底主面突出的形状，所以在进行压焊丝焊接时，在层间绝缘膜及栅 电极产生剥离或破坏。特别是在层间绝缘膜上产生栅宽度方向的应力时则更容 易产生上述问题。

另外，随着IGBT的微细化，当IGBT采用沟道结构时，则栅电极的平面 面积(栅宽度尺寸)在衬底主面上缩小，随着该缩小栅电极上的层间绝缘膜的 平面面积(在栅宽度方向上从接点开口到邻接的下一层的接点开口的宽度尺 寸)缩小。也就是说，由于衬底主面与层间绝缘膜之间的粘接面积进一步缩小， 因而层间绝缘膜及栅电极的剥离或破坏显著地产生。再有，在半导体器件中为 了应对大电流，将压焊丝直径加粗的场合，由于焊接所需的超声波振动的能量 增大，因而层间绝缘膜及栅电极的剥离或破坏更加显著地产生。

当在这种层间绝缘膜及栅电极产生剥离或破坏时，则在发射极(发射区) 与栅电极之间发生绝缘不良。在程度严重的场合，在发射极与栅电极之间电短 路。

为了抑制层间绝缘膜及栅电极的剥离或破坏，有减小焊接装置(焊接处理 时)的超声波功率的方法、减小压焊负荷的方法。然而，在采用这些方法时， 在发射极与压焊丝之间不能得到充分的焊接强度(机械的连接强度)。在焊接 强度不充分的情况下，在半导体制造工序中的树脂密封和半导体器件的实际工 作中产生压焊丝从发射极剥离。