[发明专利]半导体装置及半导体装置的制造方法

说明书

本发明提供一种通过引线(7)电连接半导体元件与电路层的模块结构的半导体装置，在半导体元件的正面电极(12)的表面形成正面金属膜(14)，在该正面金属膜(14)上通过引线键合而接合有引线(7)。正面金属膜(14)的硬度比正面电极(12)或引线(7)的硬度高。如此，能够提高半导体装置的功率循环能力。

技术领域

本发明涉及半导体装置及半导体装置的制造方法。

背景技术

在通用逆变器、风力发电、太阳能发电、电气化铁路等中使用的模块结构的半导体装置中，以往，已知有利用铝(Al)线等的引线键合将半导体元件的正面电极与电路层电连接(焊接)的方法。正面电极例如是铝-硅(Si)电极、Al-Si-铜(Cu)电极，电路层例如由Cu等导体构成。另外，近年来，也研究了利用Cu线的引线键合来代替Al线的引线键合。对现有的模块结构的半导体装置的结构进行说明。

图10是表示现有的模块结构的半导体装置的结构的剖视图。图11是示意性地表示图10的半导体元件的结构的剖视图。如图10、11所示，现有的模块结构的半导体装置具备半导体元件101、陶瓷绝缘基板(DCB(Direct Copper Bonding)基板)等绝缘基板102、Cu基底106以及Al线107。对于绝缘基板102而言，在绝缘层103的正面侧设置有由Cu构成的电路层104，在背面侧设置有背侧铜箔105。就半导体元件101而言，在半导体基板111的正面具有正面电极112，在背面具有背面电极113。

半导体元件101的背面电极113焊料接合层101a而与电路层104接合。半导体元件101的正面电极112通过Al线107等的引线键合而与电路层104电连接。Al线107利用超声波振动而接合，由于相对于Al线107的线径(直径)使加热和/或超声波振动、施加压力等条件最优化，所以不产生连接不良而形成良好的接合。Cu基底106的正面隔着焊料接合层(未图示)而与背侧铜箔105接合。

作为这样的模块结构的半导体装置，提出了如下的装置，即在元件与外部电极的连接中，由具有50μm以上的平均结晶粒径、并且含有0.02wt％～1wt％的用于将再结晶温度提高到150℃以上的Fe以防止通电时引起再结晶的铝线而构成(例如，参照下述专利文献1)。

另外，作为其它的装置，提出了在半导体元件上的电极焊盘上引线键合的铝线接合部的晶粒的大小均匀的装置(例如，参照下述专利文献2)。另外，作为其它的装置，提出了以重量计由铜4.5％～6.5％，锆(Zr)0.1％～1.0％，作为余量的铝构成的装置(例如，参照下述专利文献3)。

另外，作为其它的装置，提出了如下的装置，是在半导体元件的表面和背面分别具有电极，并且该背面电极与在绝缘基板上构成的电路层进行面接合而成的半导体装置，具备：在表面电极的上表面形成的金属保护膜、以及通过热压接或超声波振动，隔着金属保护膜与表面电极电接合的引线布线(例如，参照下述专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-8288号公报

专利文献2：日本特开平7-135234号公报

专利文献3：日本特开昭61-163235号公报

专利文献4：日本特开2009-76703号公报

发明内容

技术问题

然而，近年来，由于使用用途的扩大，大电流化、高温动作化、高可靠性的要求高涨。与此相伴，必须提高功率循环能力(寿命)。例如，由于每提出一种新技术，半导体装置的小型化都会有进展，贴装面积减少，所以难以通过增加Al线的线数来实现大电流化，存在每根Al线在大电流导通时因引线发热而导致Al线熔融而断线的顾虑。