本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，例如，如日本特開2007-5368號(hào)公報(bào)所公開，對(duì)IGBT或功率MOSFET等電力用半導(dǎo)體裝置正在進(jìn)行研究開發(fā)。該公報(bào)涉及的半導(dǎo)體裝置是在由硅等形成的半導(dǎo)體襯底之上依次層疊AlSi層、Ni層以及焊料層而形成的。為了設(shè)置焊料層而需要焊料浸潤(rùn)性良好的Ni層。出于進(jìn)行鍍Ni的目的而設(shè)置有AlSi等Al類的層，具體地在該公報(bào)的例如0007段等處提及了Al類的層的必要性。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2007-5368號(hào)公報(bào)

對(duì)電力進(jìn)行處理的功率半導(dǎo)體元件的與其動(dòng)作相伴的發(fā)熱量多，在半導(dǎo)體層表面所層疊的電極會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而熱膨脹。如果伴隨溫度變化而向電極以及半導(dǎo)體層的層疊構(gòu)造施加應(yīng)力，則有可能會(huì)在半導(dǎo)體層表面或電極產(chǎn)生裂紋。如上述現(xiàn)有技術(shù)那樣層疊有線膨脹系數(shù)相互不同的不同種金屬而成的電極，也會(huì)伴隨熱膨脹而向各層之間施加應(yīng)力，但在上述公報(bào)中未對(duì)與這種熱應(yīng)力相伴的裂紋的問題進(jìn)行討論。現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置存在應(yīng)該從熱應(yīng)力的觀點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行改善的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是為了解決上述這樣的課題而提出的，其目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置對(duì)在半導(dǎo)體層產(chǎn)生與熱應(yīng)力相伴的裂紋這一情況進(jìn)行了抑制。

第1技術(shù)方案涉及的半導(dǎo)體裝置具有：半導(dǎo)體層；第1電極層，其設(shè)置在所述半導(dǎo)體層的表面，由第1導(dǎo)電性材料形成；第2電極層， 其層疊在所述第1電極層，由第2導(dǎo)電性材料形成，該第2導(dǎo)電性材料具有與所述第1導(dǎo)電性材料不同的線膨脹系數(shù)、且與所述第1導(dǎo)電性材料相比機(jī)械強(qiáng)度較低；以及第3電極層，其層疊在所述第2電極層，由第3導(dǎo)電性材料形成，該第3導(dǎo)電性材料具有與所述第1導(dǎo)電性材料不同的線膨脹系數(shù)、且焊料浸潤(rùn)性與所述第1導(dǎo)電性材料相比較高。

第2技術(shù)方案涉及的半導(dǎo)體裝置具有：半導(dǎo)體層；第1電極層，其層疊在所述半導(dǎo)體層的表面，由AlCu或AlSiCu形成；以及第2電極層，其層疊在所述第1電極層，由Cu形成。

發(fā)明的效果

根據(jù)上述第1技術(shù)方案涉及的半導(dǎo)體裝置，通過將由機(jī)械強(qiáng)度低的材料形成的第2電極層重疊于第1電極層，從而能夠抑制在產(chǎn)生熱應(yīng)力時(shí)在第1電極層產(chǎn)生裂紋的情況。由此，能夠抑制裂紋經(jīng)由第1電極層傳遞至半導(dǎo)體層。

根據(jù)上述第2技術(shù)方案涉及的半導(dǎo)體裝置，通過在半導(dǎo)體層之上設(shè)置由機(jī)械強(qiáng)度低的材料形成的第2電極層，從而能夠抑制在產(chǎn)生熱應(yīng)力時(shí)在第1電極層產(chǎn)生裂紋的情況。由此，能夠抑制裂紋經(jīng)由第1電極層傳遞至半導(dǎo)體層。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的功率半導(dǎo)體模塊的示意性的俯視圖。

圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的功率半導(dǎo)體模塊的示意性的剖視圖。

圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的示意性的俯視圖。

圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的示意性的剖視圖。

圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的其他半導(dǎo)體裝置的示意 性的俯視圖。

圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的其他半導(dǎo)體裝置的示意性的剖視圖。

圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的變形例涉及的半導(dǎo)體裝置的示意性的剖視圖。

圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的變形例涉及的半導(dǎo)體裝置的示意性的剖視圖。

圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的示意性的俯視圖。

圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的示意性的剖視圖。

圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的其他半導(dǎo)體裝置的示意性的俯視圖。

圖12是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的其他半導(dǎo)體裝置的示意性的剖視圖。

圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的變形例涉及的半導(dǎo)體裝置的示意性的剖視圖。

圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的其他變形例涉及的其他半導(dǎo)體裝置的示意性的剖視圖。

圖15是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的其他變形例涉及的其他半導(dǎo)體裝置的示意性的剖視圖。

圖16是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的其他變形例涉及的其他半導(dǎo)體裝置的示意性的剖視圖。

圖17是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的其他變形例涉及的其他半導(dǎo)體裝置的示意性的剖視圖。

圖18是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的其他變形例涉及的其他半導(dǎo)體裝置的示意性的剖視圖。

標(biāo)號(hào)的說明

10功率半導(dǎo)體模塊，12、14引線框，16導(dǎo)線，20散熱板， 21電極圖案，22絕緣層，23金屬板，30焊料，40模塑樹脂，100、150、160、180、200、250、260、300、400、450、500、550半導(dǎo)體裝置，102、152、302半導(dǎo)體芯片，103、155漂移層，104溝槽柵極電極，105、405柵極絕緣膜，106發(fā)射極層，107電荷積蓄層，108基極層，109柵極氧化膜，110緩沖層，111集電極層，112保護(hù)環(huán)，113溝道截?cái)喹h(huán)，120、161、220、261發(fā)射極電極，121、221第1電極層，122、222第2電極層，123第3電極層，124、224阻擋金屬層，130焊料層，140集電極電極，142柵極電極焊盤，151、181、251陽(yáng)極電極，153陰極層，154陽(yáng)極層，156陰極電極，310漏極層，404、504柵極電極，406源極層，408體層，411漏極層，420源極電極，440漏極電極，511、513p型半導(dǎo)體層，512、514n型半導(dǎo)體層

具體實(shí)施方式

實(shí)施方式1

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的功率半導(dǎo)體模塊10的示意性的俯視圖。圖1是透視模塑樹脂40而對(duì)功率半導(dǎo)體模塊10的內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行了圖示的圖。圖2是表示功率半導(dǎo)體模塊10的示意性的剖視圖。圖2是沿圖1的A－A線的功率半導(dǎo)體模塊10的剖視圖。

功率半導(dǎo)體模塊10具有：散熱板20；半導(dǎo)體裝置100以及半導(dǎo)體裝置150，它們?cè)O(shè)置在散熱板20之上；引線框12，其焊接在半導(dǎo)體裝置100以及半導(dǎo)體裝置150之上；引線框14，其通過導(dǎo)線16與半導(dǎo)體裝置100的柵極電極焊盤142連接；以及模塑樹脂40，其以使引線框12、14的端部露出的狀態(tài)覆蓋上述結(jié)構(gòu)。在實(shí)施方式1中，作為一個(gè)例子，半導(dǎo)體裝置100為IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，半導(dǎo)體裝置150為二極管。作為一個(gè)例子，散熱板20是在金屬板23之上設(shè)置了絕緣層22以及電極圖案21的部件，電極圖案21與半導(dǎo)體裝置100、150進(jìn)行焊接。另外，雖然在圖1以及圖2中進(jìn)行了省略，但也可以是半導(dǎo)體裝置100的背面(集電極)與電極圖案21連接，進(jìn)一步地設(shè)置由導(dǎo)線等與該電極圖案21進(jìn)行連接的 其他引線框。在圖1以及圖2中示意地示出的功率半導(dǎo)體模塊10的構(gòu)造是一個(gè)例子，半導(dǎo)體裝置100、150的個(gè)數(shù)以及電連接、引線框的位置以及個(gè)數(shù)等能夠變形為各種眾所周知的裝置形態(tài)。實(shí)施方式1涉及的功率半導(dǎo)體模塊10是利用模塑樹脂40進(jìn)行包覆的所謂傳遞模塑封裝構(gòu)造，但本發(fā)明不限于此，也可以是下述功率半導(dǎo)體模塊，即：將半導(dǎo)體裝置100、150與絕緣電路基板等一起收容于樹脂質(zhì)殼體內(nèi)，設(shè)置有凸出至殼體外的端子等。半導(dǎo)體裝置100、150與引線框12之間經(jīng)由焊料層130相接合，半導(dǎo)體裝置100、150與散熱板20之間經(jīng)由焊料30相接合。

圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置100的示意性的俯視圖。圖4是表示半導(dǎo)體裝置100的示意性的剖視圖，表示沿圖3的B－B線將半導(dǎo)體裝置100切斷后的切斷面。半導(dǎo)體裝置100是具有溝槽柵極電極104的IGBT。半導(dǎo)體裝置100具有：半導(dǎo)體芯片102；柵極電極焊盤142以及發(fā)射極電極120，它們?cè)O(shè)置在半導(dǎo)體芯片102的表面；以及集電極電極140，其設(shè)置在半導(dǎo)體芯片102的背面。在實(shí)施方式1中，作為一個(gè)例子，對(duì)構(gòu)成半導(dǎo)體芯片102的半導(dǎo)體襯底材料為碳化硅(SiC)的情況進(jìn)行說明，但也可以如后述那樣使用硅(Si)或者除了SiC以外的其他寬帶隙半導(dǎo)體。

半導(dǎo)體芯片102具有：由SiC構(gòu)成的n－型的漂移層103；n+型的電荷積蓄層107，其層疊在漂移層103的上方；p型基極層108，其層疊在電荷積蓄層107的上方；由多晶硅構(gòu)成的溝槽柵極電極104，其以?shī)A著柵極絕緣膜105的狀態(tài)貫通p型基極層108以及電荷積蓄層107而到達(dá)漂移層103；n+型的發(fā)射極層106，其以?shī)A著柵極絕緣膜105的狀態(tài)設(shè)置在溝槽柵極電極104的兩側(cè)；以及柵極氧化膜109，其設(shè)置在溝槽柵極電極104的上方。以覆蓋柵極氧化膜109以及發(fā)射極層106的方式設(shè)置有發(fā)射極電極120。半導(dǎo)體芯片102在其背面?zhèn)染哂校簄+型的緩沖層110，其層疊在漂移層103的下方；以及p+型的集電極層111，其設(shè)置在緩沖層110的下方。在集電極層111的背面設(shè)置有集電極電極140。

在半導(dǎo)體芯片102的、形成有溝槽柵極電極104以及發(fā)射極層 106等的區(qū)域(即單元區(qū)域)的外側(cè)設(shè)置有保護(hù)環(huán)112。在保護(hù)環(huán)112的更外側(cè)設(shè)置有溝道截?cái)喹h(huán)113。溝道截?cái)喹h(huán)113以及保護(hù)環(huán)112與發(fā)射極層106相絕緣。設(shè)置在半導(dǎo)體芯片102的背面的集電極電極140覆蓋半導(dǎo)體芯片102的背面的幾乎整個(gè)面。發(fā)射極電極120在半導(dǎo)體芯片102的俯視觀察時(shí)與集電極電極140相比形成得小一圈。

此外，在本實(shí)施方式中作為優(yōu)選的方式之一而設(shè)置有電荷積蓄層107，但也可以是沒有電荷積蓄層107的IGBT。

發(fā)射極電極120具有第1電極層121、第2電極層122以及第3電極層123。第1電極層121、第2電極層122以及第3電極層123依次層疊在發(fā)射極層106之上。在第3電極層123還層疊有焊料層130。如圖2所示，第3電極層123經(jīng)由該焊料層130焊接至引線框12。如圖3的俯視圖所示，在半導(dǎo)體芯片102的俯視觀察時(shí)，保護(hù)環(huán)112以包圍第1電極層121的方式進(jìn)行設(shè)置。并且，在實(shí)施方式1中，作為優(yōu)選的方式，在半導(dǎo)體芯片102的俯視觀察時(shí)，以第2電極層122的周緣包圍第3電極層123的周緣的方式，將第2電極層122設(shè)置為達(dá)到至第3電極層123的外側(cè)。第1電極層121以及第2電極層122形成在保護(hù)環(huán)112的內(nèi)側(cè)，第3電極層123以及焊料層130與第2電極層122相比形成得小一圈。

此外，在圖4記載的發(fā)射極電極120的剖視圖中，各電極層的厚度等不對(duì)實(shí)際的層厚的大小關(guān)系以及尺寸比進(jìn)行限定。這一點(diǎn)在以下所示的其他半導(dǎo)體裝置的剖視圖中也是同樣的。

第1電極層121在半導(dǎo)體芯片102的表面對(duì)發(fā)射極層106以及柵極氧化膜109進(jìn)行覆蓋。第1電極層121由第1導(dǎo)電性材料形成，該第1導(dǎo)電性材料具有與構(gòu)成半導(dǎo)體芯片102的半導(dǎo)體不同的線膨脹系數(shù)。在實(shí)施方式1中，形成第1電極層121的第1導(dǎo)電性材料以AlSi為主要成分。第2電極層122層疊在第1電極層121，由第2導(dǎo)電性材料形成。第2導(dǎo)電性材料具有與第1導(dǎo)電性材料不同的線膨脹系數(shù)，且與第1導(dǎo)電性材料相比機(jī)械強(qiáng)度較低。第3電極層123層疊在第2電極層122，由第3導(dǎo)電性材料形成。第3導(dǎo)電性材料具有與第1導(dǎo)電性材料不同的線膨脹系數(shù)，且焊料浸潤(rùn)性與第1電極層121 相比較高。作為焊料浸潤(rùn)性高的金屬，Ni等是代表性的金屬，在實(shí)施方式1中第3導(dǎo)電性材料也是以Ni為主要成分的層，即為純Ni或者Ni合金的層。

在這里，將構(gòu)成第1電極層121的第1導(dǎo)電性材料的機(jī)械強(qiáng)度為了方便起見而記載為“強(qiáng)度St1”，將構(gòu)成第2電極層122的第2導(dǎo)電性材料的機(jī)械強(qiáng)度為了方便起見而記載為“強(qiáng)度St2”，將構(gòu)成第3電極層123的第3導(dǎo)電性材料的機(jī)械強(qiáng)度為了方便起見而記載為“強(qiáng)度St3”，將構(gòu)成焊料層130的焊接材料的機(jī)械強(qiáng)度為了方便起見而記載為“強(qiáng)度St4”。在實(shí)施方式1中以至少St1＞St2這樣的關(guān)系成立的方式選定各層的導(dǎo)電性材料。也可以以St1＞St2＞St3這樣的關(guān)系成立的方式選定材料，或者也可以以St1＞St3＞St2這樣的關(guān)系成立的方式選定材料。并且，也可以為St1、St3以及St4＞St2的關(guān)系，即，在強(qiáng)度St1～St4之中使強(qiáng)度St2的機(jī)械強(qiáng)度最低。由于設(shè)置有機(jī)械強(qiáng)度低的第2電極層122，因此在發(fā)生了熱沖擊的情況下該熱沖擊會(huì)集中于第2電極層122。通過由第2電極層122承受沖擊，從而即使在產(chǎn)生了裂紋時(shí)也能夠利用第2電極層122進(jìn)行阻止。其結(jié)果，能夠防止裂紋加深至位于第1電極層121的下層的IGBT單元區(qū)域。另外，也能夠保護(hù)第1電極層121避免受裂紋損害。

如果對(duì)“機(jī)械強(qiáng)度”進(jìn)行說明，則在將2個(gè)不同的材料進(jìn)行了比較時(shí)，基本上設(shè)為在多個(gè)材料之中拉伸強(qiáng)度(N/mm²)較高的材料的機(jī)械強(qiáng)度較高。在拉伸強(qiáng)度相同但其他數(shù)值(屈服強(qiáng)度或者硬度)不同的情況下，能夠進(jìn)一步將硬度以及屈服強(qiáng)度(N/mm²)作為指標(biāo)。關(guān)于硬度(堅(jiān)硬程度)，有各種各樣的硬度試驗(yàn)，雖然存在布氏硬度、維氏硬度、洛氏硬度或者肖氏硬度等，但無論采用哪種硬度，只要將在同一試驗(yàn)中測(cè)量到的值相互進(jìn)行比較而判斷大小關(guān)系即可。對(duì)于屈服強(qiáng)度，也可以比較各材料的例如0.2％屈服強(qiáng)度的數(shù)值而進(jìn)行判斷。如果多個(gè)材料之間拉伸強(qiáng)度相同，則設(shè)為硬度高的材料的機(jī)械強(qiáng)度高。并且，如果多個(gè)材料之間拉伸強(qiáng)度以及硬度相同，則設(shè)為屈服強(qiáng)度高的材料的機(jī)械強(qiáng)度高。由此，能夠以拉伸強(qiáng)度＞硬度＞屈服強(qiáng)度這樣的優(yōu)先順序決定機(jī)械強(qiáng)度的大小關(guān)系。此外，由于針對(duì)金屬材料 的機(jī)械強(qiáng)度公開有通過塊體(bulk)而測(cè)量出的典型數(shù)值，因此也可以將那些塊體強(qiáng)度值作為參考而對(duì)材料的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行比較。

如果以上述進(jìn)行了說明的“機(jī)械強(qiáng)度”的大小關(guān)系作為前提進(jìn)一步具體地進(jìn)行說明，則第1導(dǎo)電性材料可以為AlSi，與之相對(duì)，第2導(dǎo)電性材料既可以為純鋁、也可以為與第1導(dǎo)電性材料相比機(jī)械強(qiáng)度較低的鋁合金。并且該第1導(dǎo)電性材料也可以為Si的比例高于1％的AlSi。即，第1電極層121是向Al中添加Si、且Si的比例高于1％的AlSi。能夠防止因熱沖擊而產(chǎn)生的裂紋所導(dǎo)致的器件的破壞，具有通過第1電極層121的屈服強(qiáng)度增加，從而可靠性進(jìn)一步增加的效果。作為具體的數(shù)值范圍，例如可以使用Si的比例為1～2％的AlSi。另外，作為其他變形，也可以使第1導(dǎo)電性材料為Si的比例大于1％且包含Cu的AlSiCu，與之相對(duì)，也可以使第2導(dǎo)電性材料為純鋁或者鋁合金。作為具體的數(shù)值范圍，例如可以使用Si的比例為1～2％的AlSiCu。能夠防止因熱沖擊而產(chǎn)生的裂紋所導(dǎo)致的器件的破壞，具有通過第1電極層121的屈服強(qiáng)度增加，從而可靠性進(jìn)一步增加的效果。關(guān)于作為第2導(dǎo)電性材料而使用的純鋁，可以使用由例如成分大于或等于99％的Al所構(gòu)成的各種材料，也可以使用大于或等于99.9％的所謂高純度鋁。此外，作為其他變形，也可以使第1導(dǎo)電性材料以及第2導(dǎo)電性材料均為AlSi，將第1電極層121以及第2電極層122設(shè)為層疊了多個(gè)AlSi層的構(gòu)造。在這種情況下，能夠與第1導(dǎo)電性材料的Si比例相比，減少第2導(dǎo)電性材料的Si比例，而使第2電極層122的機(jī)械強(qiáng)度低于第1電極層121。

提供一種半導(dǎo)體裝置100，該半導(dǎo)體裝置100能夠防止在發(fā)生了熱沖擊的情況下的器件的破壞、實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命化以及高可靠性。另外，即使在高溫工作等從熱學(xué)角度來說更苛刻的環(huán)境下使用功率半導(dǎo)體模塊10，也能夠通過搭載半導(dǎo)體裝置100而得到高可靠性。

圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的其他半導(dǎo)體裝置150的示意性的俯視圖。圖6是表示半導(dǎo)體裝置150的示意性的剖視圖。半導(dǎo)體裝置150是二極管，具有結(jié)構(gòu)與圖3以及圖4的半導(dǎo)體裝置100不同的半導(dǎo)體芯片152。半導(dǎo)體裝置150具有半導(dǎo)體芯片152、陰極 電極156以及陽(yáng)極電極151。陽(yáng)極電極151具有與發(fā)射極電極120同樣的形狀以及層疊構(gòu)造，陰極電極156具有與集電極電極140相同的形狀以及材料。半導(dǎo)體芯片152具有：由n－型的SiC構(gòu)成的漂移層155；作為p+層的陽(yáng)極層154，其設(shè)置在漂移層155的表面；以及作為n+層的陰極層153，其設(shè)置在漂移層155的背面。在陽(yáng)極層154的周圍，與半導(dǎo)體裝置100同樣地設(shè)置有保護(hù)環(huán)112以及溝道截?cái)喹h(huán)113。在陽(yáng)極層154層疊有陽(yáng)極電極151。陽(yáng)極電極151與發(fā)射極電極120同樣地是依次層疊有第1電極層121、第2電極層122以及第3電極層123的結(jié)構(gòu)，為了區(qū)別于發(fā)射極電極120而標(biāo)注了不同的標(biāo)號(hào)。

圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的變形例涉及的半導(dǎo)體裝置160的示意性的剖視圖。除了發(fā)射極電極120被置換為發(fā)射極電極161這點(diǎn)外，具有與半導(dǎo)體裝置100同樣的結(jié)構(gòu)。發(fā)射極電極161構(gòu)成為，將阻擋金屬層124插入至發(fā)射極電極120。阻擋金屬層124插入在第1電極層121與第2電極層122之間，由機(jī)械強(qiáng)度至少高于第2導(dǎo)電性材料的導(dǎo)電性材料構(gòu)成。具體地說，阻擋金屬層124的材料為Ti(鈦)或者Ti合金。為了防止在第2電極層122產(chǎn)生的裂紋向第1電極層121伸展，阻擋金屬層124使用了機(jī)械強(qiáng)度高的材料。由此，阻擋金屬層124實(shí)現(xiàn)作為阻擋金屬的功能，并且防止在第2電極層122產(chǎn)生的裂紋向第1電極層121以及其下層的IGBT單元區(qū)域伸展。

圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的變形例涉及的半導(dǎo)體裝置180的示意性的剖視圖。除了陽(yáng)極電極151被置換為陽(yáng)極電極181這點(diǎn)外，具有與半導(dǎo)體裝置150同樣的結(jié)構(gòu)。陽(yáng)極電極181構(gòu)成為，在陽(yáng)極電極151的第1電極層121與第2電極層122之間插入了阻擋金屬層124。

對(duì)半導(dǎo)體裝置100以及功率半導(dǎo)體模塊10的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說明。在該例中使用濺射法形成電極。首先，準(zhǔn)備進(jìn)行了下述處理等的半導(dǎo)體芯片102，即：利用雜質(zhì)注入而形成阱層、形成溝槽、形成柵極絕緣膜以及利用多晶硅填埋而形成溝槽柵極。將半導(dǎo)體芯片102配置在濺射裝置的腔室內(nèi)，將希望成膜的金屬材料用作靶材，利 用濺射形成發(fā)射極電極120。第1電極層121的制膜例如使用AlSi靶材，第2電極層122的制膜例如使用純鋁靶材，且第3電極層123的制膜例如使用Ni靶材，以上述方式適當(dāng)準(zhǔn)備各靶材并切換地進(jìn)行使用即可。在對(duì)各電極層的材料以及組成進(jìn)行變更的情況下，改變靶材即可。對(duì)于半導(dǎo)體裝置150的制造方法，同樣地，準(zhǔn)備半導(dǎo)體芯片152并利用濺射形成陽(yáng)極電極151即可。另外，在圖7以及圖8所示的變形例中，為了形成阻擋金屬層124還準(zhǔn)備Ti等的靶材，利用該靶材在第1電極層121的形成工序與第2電極層122的形成工序之間進(jìn)行濺射即可。對(duì)柵極電極焊盤142、集電極電極140以及陰極電極156的制造方法不特別地進(jìn)行限定，但也可以同樣地利用濺射形成。在形成了電極之后，將半導(dǎo)體裝置100、150經(jīng)由焊料30安裝至散熱板20，并且利用焊料層130將半導(dǎo)體裝置100、150與引線框12進(jìn)行接合。半導(dǎo)體裝置100的柵極電極焊盤142與引線框14利用導(dǎo)線16進(jìn)行連接，由模塑樹脂40進(jìn)行包覆。

在實(shí)施方式1中，為了不使保護(hù)環(huán)112與發(fā)射極電極120因焊料浸潤(rùn)擴(kuò)展而發(fā)生短路，將第3電極層123形成得比第2電極層122小一圈，限定了焊料浸潤(rùn)的區(qū)域。在利用焊料將引線框12接合的情況下，與背面?zhèn)鹊募姌O電極140相比應(yīng)力容易集中在表面?zhèn)鹊陌l(fā)射極電極120。其結(jié)果，與背面電極相比，由熱沖擊引起的裂紋容易在表面電極成為問題。但是，對(duì)于這點(diǎn)，在實(shí)施方式1中通過設(shè)置有第2電極層122而實(shí)施了裂紋對(duì)策。

實(shí)施方式2

實(shí)施方式2涉及的功率半導(dǎo)體模塊除了將半導(dǎo)體裝置100、150分別置換為半導(dǎo)體裝置200、250這點(diǎn)外，具有與實(shí)施方式1涉及的功率半導(dǎo)體模塊10相同的形狀以及構(gòu)造。因此，在以下的說明中對(duì)與實(shí)施方式1相同或相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)而進(jìn)行說明，并且以與實(shí)施方式1的不同點(diǎn)為中心進(jìn)行說明，共通事項(xiàng)則簡(jiǎn)化或省略說明。

圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置200的示意性的俯視圖。圖10是表示半導(dǎo)體裝置200的示意性的剖視圖。圖10 表示沿圖9的C－C線將半導(dǎo)體裝置200切斷后的剖面。實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置200除了將發(fā)射極電極120置換為發(fā)射極電極220這點(diǎn)外，具有與實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置100相同的結(jié)構(gòu)。因此，在以下的說明中對(duì)與實(shí)施方式1相同或相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)而進(jìn)行說明，并且以與實(shí)施方式1的不同點(diǎn)為中心進(jìn)行說明，共通事項(xiàng)則簡(jiǎn)化或省略說明。

在實(shí)施方式1中，發(fā)射極電極120為包含第1～3電極層121～123的3層構(gòu)造，材料如上述所示，例如使用AlSi、純Al以及Ni。如果線膨脹系數(shù)相互不同的多層相重疊，則會(huì)因?yàn)楦鞑牧系臒崤蛎浡实牟疃a(chǎn)生應(yīng)力，容易產(chǎn)生裂紋。因此，在實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置200中，設(shè)置有2層構(gòu)造的發(fā)射極電極220，而非3層構(gòu)造。發(fā)射極電極220構(gòu)成為，層疊了由AlCu所構(gòu)成的第1電極層221以及由Cu所構(gòu)成的第2電極層222。應(yīng)該層疊焊料層130的第2電極層222使用了能夠焊接的Cu。此外，第2電極層222與在實(shí)施方式1中的第3電極層123同樣地，與設(shè)置在下側(cè)的其他電極層相比形成得小一圈。因此，如圖9所示，第1電極層221的外周部從焊料層130的邊緣向外伸出一圈。

在這里，將構(gòu)成第1電極層221的導(dǎo)電性材料的機(jī)械強(qiáng)度記載為St21，將構(gòu)成第2電極層222的導(dǎo)電性材料的機(jī)械強(qiáng)度記載為St22，將構(gòu)成焊料層130的材料的機(jī)械強(qiáng)度記載為St4。這種情況下，以至少成為St21＞St22的方式，對(duì)構(gòu)成第1電極層221的AlCu的組成進(jìn)行了調(diào)整。此外，在很多情況下，由于焊料的機(jī)械強(qiáng)度與Cu等相比較低，因此St21＞St22＞St4的關(guān)系大多成立。此外，對(duì)于制造方法，將AlCu以及Cu分別用作靶材而與實(shí)施方式1同樣地進(jìn)行濺射即可，因此省略說明。

第1電極層221的材料也可以為Cu的比例高于1％的AlCu，也可以使Cu比例的范圍為例如1％～2％等。第1電極層221的材料也可以為AlSiCu而并非AlCu，具體地說，也可以為Si的比例高于1％的AlSiCu，還可以使Si比例的范圍為例如1％～2％等。

圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的變形例涉及的半導(dǎo)體裝置 250的示意性的俯視圖。圖12是表示半導(dǎo)體裝置250的示意性的剖視圖。半導(dǎo)體裝置250為二極管，將實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置150的陽(yáng)極電極151置換為陽(yáng)極電極251。陽(yáng)極電極251與上述的發(fā)射極電極220同樣地，具有層疊了第1電極層221以及第2電極層222的構(gòu)造。

作為上述的實(shí)施方式2中的發(fā)射極電極220以及陽(yáng)極電極251的變形例，也可以在第1電極層221與第2電極層222之間，還具有由機(jī)械強(qiáng)度高于第2電極層222的材料構(gòu)成的阻擋金屬層224。阻擋金屬層224的材料也可以為Ta(鉭)或者Ta合金。圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的其他變形例涉及的半導(dǎo)體裝置260的示意性的剖視圖。半導(dǎo)體裝置260除了具有被插入了阻擋金屬層224的發(fā)射極電極261這點(diǎn)外，具有與上述的半導(dǎo)體裝置200同樣的結(jié)構(gòu)。

作為另一個(gè)變形例，也可以在上述的實(shí)施方式2中的發(fā)射極電極220以及陽(yáng)極電極251的基礎(chǔ)上，在第1電極層221與第2電極層222之間，還具有未圖示的“其他電極層”。其他電極層的材料具有與第1電極層221的材料不同的線膨脹系數(shù)，使用與第1電極層221相比機(jī)械強(qiáng)度較低的材料。第1電極層221以及其他電極層也可以由AlCu或者AlSiCu之中相同組成的材料形成，在這種情況下也可以使其他電極層的材料包含的Cu的比例與第1電極層221相比較少。如此，在將其他電極層的機(jī)械強(qiáng)度設(shè)為St23的情況下，既可以使St21＞St23這樣的關(guān)系成立，也可以使St21＞St22＞St23這樣的關(guān)系成立。

此外，在上述的實(shí)施方式1以及實(shí)施方式2中，作為本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置的實(shí)施方式，例示了二極管以及具有溝槽柵極電極104的IGBT。但是本發(fā)明也能夠應(yīng)用于除此之外的半導(dǎo)體器件。

圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的其他變形例涉及的半導(dǎo)體裝置300的示意性的剖視圖。半導(dǎo)體裝置300是MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transister)。由于俯視觀察時(shí)的構(gòu)造與實(shí)施方式1的圖3等相同，因此省略俯視圖。半導(dǎo)體裝置300與半導(dǎo)體裝置100的不同點(diǎn)在于，在半導(dǎo)體芯片302與半導(dǎo)體 芯片102形成的元件構(gòu)造不同。半導(dǎo)體芯片302除了不包含集電極層111以及電荷積蓄層107這點(diǎn)、和取代緩沖層110而包含有漏極層310這點(diǎn)外，基本上具有與半導(dǎo)體芯片102同樣的結(jié)構(gòu)。仿照IGBT的要素與MOSFET的要素之間的通常的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將IGBT中的發(fā)射極層106、發(fā)射極電極120以及集電極電極140，在MOSFET中改稱為“源極層106”、“源極電極120”以及“漏極電極140”。也可以不將柵極絕緣膜105設(shè)為氧化膜，在實(shí)施了該變形的情況下半導(dǎo)體裝置300被稱為MISFET。并且，也能夠應(yīng)用實(shí)施方式1、2所述的各種變形。

圖15是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的其他變形例涉及的半導(dǎo)體裝置400的示意性的剖視圖。半導(dǎo)體裝置400是具有平面柵極而非溝槽柵極的MOSFET。平面柵極由柵極絕緣膜405以及柵極電極404構(gòu)成。半導(dǎo)體裝置400具有n型的漂移層103、n+型的漏極層411以及漏極電極440。如圖15所示，半導(dǎo)體裝置400具有多個(gè)n+型的源極層406、多個(gè)p型的體層408以及多個(gè)源極電極420，它們?cè)O(shè)置在平面柵極的兩側(cè)。源極電極420與實(shí)施方式1的發(fā)射極電極120等同樣地具有第1～3電極層121～123。由于可以認(rèn)為俯視觀察時(shí)的構(gòu)造與實(shí)施方式1的圖3等相同，因此省略俯視圖。圖16是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的其他變形例涉及的半導(dǎo)體裝置450的示意性的剖視圖。半導(dǎo)體裝置450是將半導(dǎo)體裝置400中的源極電極420置換為源極電極451的裝置。源極電極451具有與實(shí)施方式2涉及的發(fā)射極電極220同樣的構(gòu)造。此外，也可以使柵極絕緣膜105使用氧化膜以外的絕緣膜而變形為MISFET。另外，通過在半導(dǎo)體裝置400中將集電極層111追加在漏極電極440與漏極層411之間，從而也能夠變形為IGBT。并且，針對(duì)源極電極420、451，也能夠應(yīng)用實(shí)施方式1、2所述的各種變形。

圖17是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的其他變形例涉及的半導(dǎo)體裝置500的示意性的剖視圖。半導(dǎo)體裝置500為晶閘管。半導(dǎo)體裝置500具有由SiC等形成的p型半導(dǎo)體層511、n型半導(dǎo)體層512、p型半導(dǎo)體層513、以及n型半導(dǎo)體層514。在這些半導(dǎo)體層的表面和背面分別設(shè)置有陽(yáng)極電極151以及陰極電極156，并且柵極電極504與p型 半導(dǎo)體層513相連接。陽(yáng)極電極151的構(gòu)造與實(shí)施方式1中的陽(yáng)極電極151相同。作為圖16所示的半導(dǎo)體裝置500的變形例，也可以通過將陽(yáng)極電極151置換為實(shí)施方式2涉及的陽(yáng)極電極251，從而提供圖18所示的半導(dǎo)體裝置550。并且，針對(duì)陽(yáng)極電極151、251，也能夠應(yīng)用實(shí)施方式1、2所述的各種變形。

近年，與硅(Si)相比帶隙較大的半導(dǎo)體(所謂寬帶隙半導(dǎo)體)已被應(yīng)用于半導(dǎo)體器件。在實(shí)施方式1、實(shí)施方式2以及上述的其他變形例中，將半導(dǎo)體材料設(shè)為寬帶隙半導(dǎo)體的一種即SiC，但本發(fā)明不限于此。也可以為SiC以外的寬帶隙半導(dǎo)體，具體地說也可以是氮化鎵類材料(GaN)或者金剛石。與Si半導(dǎo)體器件相比，寬帶隙半導(dǎo)體器件由于能夠進(jìn)行高溫工作，因此在更嚴(yán)格的高溫條件下被使用的可能性高。如上所述，與Si相比更需要針對(duì)由熱沖擊引起的裂紋的裂紋對(duì)策，因此在使用寬帶隙半導(dǎo)體的情況下，上述的各實(shí)施方式涉及的裂紋對(duì)策更加有效。另外，作為半導(dǎo)體材料當(dāng)然也能夠使用Si而非寬帶隙半導(dǎo)體。

此外，在上述進(jìn)行了說明的各實(shí)施方式以及其變形例涉及的半導(dǎo)體裝置100～500中，也能夠在各層采用與上述例示的導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型。此外，也可以將與發(fā)射極電極120、220、陽(yáng)極電極151、251以及它們的變形例同樣的構(gòu)造，應(yīng)用于集電極電極140以及陰極電極156。另外，在上述的實(shí)施方式1、2涉及的功率半導(dǎo)體模塊10中，使半導(dǎo)體裝置100、200的發(fā)射極電極120、220與半導(dǎo)體裝置150、250的陽(yáng)極電極151、251為同樣的層疊構(gòu)造(即各層為相同材料)，其中，半導(dǎo)體裝置100、200是IGBT，半導(dǎo)體裝置150、250是二極管。但是本發(fā)明不限于此。例如，也可以將實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置100與實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置250組合而構(gòu)成功率半導(dǎo)體模塊10，也可以將實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置200與實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置150組合而構(gòu)成功率半導(dǎo)體模塊10，也可以在功率半導(dǎo)體模塊10具有的多個(gè)半導(dǎo)體裝置使用相互不同的電極材料。