DE102004048688A1

DE102004048688A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102004048688A1
Application number: DE102004048688A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Narazaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: ARIGNA TECHNOLOGY LTD., IE
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-10-07
Also published as: CN1641851A; DE102004048688B4; JP4073876B2; JP2005203474A; KR100617527B1; KR20050074893A; US20050151254A1; US7045831B2; CN100338751C

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung weist einen Halbleiterchip (1), auf einer ersten Hauptoberfläche des Halbleiterchips (1) gebildete Metallschichten (2b, 2c), eine auf einer zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips (1) geschichtete, erste Leitungsschicht (3a), die aus einer Vielzahl von Leitungsfilmen besteht, eine auf der Metallschicht (2b) geschichtete, zweite Leitungsschicht (3b) mit einer Schichtstruktur, die aus einer Vielzahl von Leitungsfilmen, die, vom Halbleiterchip (1) aus gesehen, in derselben Reihenfolge wie in der ersten Leitungsschicht (3a) gebildet sind, und eine auf der Metallschicht (2c) geschichtete, dritte Leitungsschicht (3c) mit einer Schichtstruktur, die aus einer Vielzahl von Leitungsfilmen, die, von dem Halbleiterchip (1) aus gesehen, in derselben Reihenfolge wie die erste Leitungsschicht (3a) gebildet sind, aufgebaut ist, auf. Die Vielzahl der Leitungsfilme umfasst einen Nickelfilm (3a2) und einen Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands (3a1) mit einem Kontaktwiderstand gegenüber dem Halbleiterchip, der geringer ist als derjenige des Nickelfilms (3a2). Der Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands (3a1) und der Nickelfilm (3a2) sind, vom Halbleiterchip (1) aus gesehen, in dieser Reihenfolge gebildet. Mit einer solchen Struktur kann eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden, die eine Vereinfachung ihres Herstellungsverfahrens sicherstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und insbesondere auf eine Halbleitervorrichtung, die eine Art von Direktzuleitungsbondierung verwendet.
Wenn in Leistungs-Halbleitervorrichtungen des Stands der Technik eine Source-Elektrodenplattierung und eine Drain-Elektrodenplattierung mit einem Leistungs-Halbleiterchip verlötet werden, wird ein Nickelfilm zwischen dem Leistungs-Halbleiterchip und jeder der Elektrodenplattierungen gebildet, um unter Verwendung des Lötmittels eine Bondierung davon sicherzustellen.
Die Source-Elektrodenplattierung wird auf der Seite einer ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips bereitgestellt. Die Drain-Elektrodenplattierung wird auf der Seite einer zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips bereitgestellt. Als Leistungs-Halbleiterchip können ein MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), ein IGBT (Isolierter Gate-Bipolartransistor) oder dergleichen verwendet werden.

Eine solche, oben erwähnte Methode, bei der die Source-Elektrodenplattierung und die Drain-Elektrodenplattierung direkt mit einem vorbestimmten Leitungsfilm (Nickelfilm), der ohne Verdrahtung dazwischen auf dem Leistungs-Halbleiterchip gebildet ist, bondiert werden, wird als "Direktzuleitungsbondierung" bezeichnet. Kürzlich wird die Direktzuleitungsbondierung mehr als zuvor angewandt, um einen niedrigeren Widerstand der Vorrichtung sicherzustellen.

Ferner ist gewöhnlich auf der Seite der ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips ein vorbestimmtes Muster gebildet. Um das Muster gegenüber äußeren Kräften zu schützen, wird zwischen der ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips und dem Nickelfilm eine Metallschicht wie etwa Aluminium-Silizium oder dergleichen gebildet.

Auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips verursacht die direkte Bildung des Nickelfilms auf der zweiten Hauptoberfläche das Problem, dass der Kontaktwiderstand zwischen dem Leistungs-Halbleiterchip und dem Nickelfilm erhöht wird.

Daher wird zwischen dem Leistungs-Halbleiterchip und dem Nickelfilm auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche ein Leitungsfilm mit niedrigerem Kontaktwiderstand gegenüber dem Leistungs-Halbleiterchip (nachfolgend als "Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands" bezeichnet) gebildet.

Wenn auf die Leistungs-Halbleitervorrichtung eine Hitzebehandlung ausgeführt wird, werden Querspannungen gegenüber dem Nickelfilm und dem Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands ausgeübt. Die Querspannungen werden je nach thermischen Expansionskoeffizienten des Nickelfilms und des Leitungsfilms niedrigen Kontaktwiderstands verursacht.

Wenn jedoch wie oben erwähnt der Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands nur auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips gebildet ist, entsteht ein Unterschied zwischen einer Querspannung, die auf der Seite der ersten Hauptoberfläche aufgrund der Gegenwart des Nickelfilms verursacht wird, und einer Querspannung, die auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche aufgrund der Gegenwart des Nickelfilms und des Leitungsfilms niedrigen Kontaktwiderstands verursacht wird. Aufgrund des Unterschieds dieser Querspannungen wird der Leistungs-Halbleiterchip nachteilhafterweise gekrümmt, so dass die Seite seiner ersten Hauptoberfläche konvex wird.

Um dieser Krümmung des Leistungs-Halbleiterchips entgegen zu wirken, wurde der Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands, der zusätzlich auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche bereitgestellt wurde, auch auf der Seite der ersten Hauptoberfläche zwischen dem Nickelfilm und der Metallschicht auf dem Leistungs-Halbleiterchip gebildet. Mit anderen Worten ist die Schichtstruktur, die aus den Leitungsfilmen bestehen, die auf – vom Leistungs-Halbleiterchip ausgesehen – der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips gebildet sind, dieselbe wie die, die aus den Leitungsfilmen bestehen, die auf der Seite der ersten Hauptoberfläche gebildet sind.

Ferner ist neben der Source-Elektrodenplattierung ein Ende eines Aluminiumdrahts mit der Seite der ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips kontaktiert (bondiert). Das andere Ende des Aluminiumdrahts ist mit einer Gate-Elektrode verbunden.

Stand der Technik, der sich auf die Struktur der obigen Leistungs-Halbleitervorrichtung beziehen, wird z.B. durch 2 der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2002-198515 (Patentdokument 1) und 1 der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2003-243585 (Patentdokument 2) veranschaulicht.

Die Technik des Stands der Technik zur Leistungs-Halbleitervorrichtung führt zu Komplikationen beim Herstellungsverfahren, da ein Prozess der Bondierung der Source-Elektrodenplattierung mit Lötmittel und ein Verdrahtungs-Bondierprozess unter Verwendung des Aluminiumdrahts getrennt auszuführen sind.

Ferner gibt es bei der Leistungs-Halbleitervorrichtung des Stands der Technik einige Abschnitte auf der ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips, wo kein Leitungsfilm mit der obigen Schichtstruktur gebildet ist (der Aluminiumdraht wird nach der Art und Weise einer Drahtbondierung kontaktiert (bondiert)). Deshalb kann die Leistungs-Halbleitervorrichtung des Stands der Technik der Krümmung des Leistungs-Halbleiterchips nicht ausreichend entgegen wirken.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens sicherzustellen und eine Leistungs-Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die zur Unterdrückung der Krümmung eines Leistungs-Halbleiterchips in der Lage ist.

Um die Aufgabe zu lösen stellt die vorliegende Erfindung eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 zur Verfügung. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung schließt eine Halbleitervorrichtung einen Halbleiterchip, erste und zweite Metallschichten, eine erste Leitungsschicht, eine zweite Leitungsschicht und eine dritte Leitungsschicht ein. Die ersten und zweiten Metallschichten sind auf einer ersten Hauptoberfläche des Halbleiterchips gebildet. Die erste Leitungsschicht ist auf einer zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips geschichtet und besteht aus einer Vielzahl von Leitungsfilmen. Die zweite Leitungsschicht besitzt eine Schichtstruktur, bestehend aus einer Vielzahl von Leitungsfilmen, die, vom Halbleiterchip aus gesehen, in der gleichen Reihenfolge wie bei der ersten Leitungsschicht gebildet sind und die auf die erste Metallschicht geschichtet sind. Die dritte Leitungsschicht besitzt eine Schichtstruktur, bestehend aus einer Vielzahl von Leitungsfilmen, die, vom Halbleiterchip aus gesehen, in derselben Reihenfolge wie die erste Leitungsschicht gebildet sind und auf die zweite Metallschicht geschichtet sind. Die Vielzahl der Leitungsfilme schließen einen Nickelfilm und einen Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands ein. Der Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands weist einen Kontaktwiderstand gegenüber dem Halbleiterchip auf, der niedriger ist als derjenige des Nickelfilms. Der Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands und der Nickelfilm sind, vom Halbleiterchip aus, in dieser Reihenfolge gebildet.

Die vorliegende Erfindung macht es möglich, mit Lötmittel eine Elektrodenplattierung mit jeder der Leitungsschichten zu bondieren (kontaktieren). Deshalb können alle Elektrodenplattierungen in demselben Prozess auf Art und Weise einer Direktzuleitungsbondierung gleichzeitig bondiert werden. Dies ermöglicht eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens. Da die Verbindung aller Elektrodenplattierungen direkt mit der Vorrichtung ohne Verdrahtung wie etwa einer Aluminiumverdrahtung möglich wird, ist es ferner möglich, beim Betrieb der Halbleitervorrichtung eine Verminderung des Leistungsverbrauchs sicherzustellen. Da die Elektrodenplattierungen wegen ihrer plattenartigen Gestalt mit hoher Festigkeit auf direktem Weg geformt sind, ohne eine Aluminiumverdrahtung niedriger Festigkeit zu verwenden, kann ferner das Scheitern einer elektrischen Verbindung, etwa ein problematischer Bruch des Aluminiumdrahts, verhindert werden. Da die dritte Leitungsschicht, vom Leistungs-Halbleiterchip aus gesehen, die gleiche Schichtstruktur wie die erste Leitungsschicht aufweist, kann die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung das Krümmen des Halbleiterchips durch die Bildung der dritten Leitungsschicht wirksamer verhindern als die herkömmliche.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Gegenstände und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.
1 ist ein Querschnitt, der eine Struktur einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
2 u. 3 sind Querschnitte, die einen Teil einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zeigen;
4 u. 5 sind Querschnitte, die einen Teil einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigen; und
6 u. 7 sind Querschnitte, die einen Teil einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform zeigen.
Nun erfolgt eine spezielle Diskussion der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren, die bevorzugte Ausführungsformen davon zeigen.
(Erste bevorzugte Ausführungsform)
1 ist ein Querschnitt, der eine Struktur einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt. In 1 werden zur Vereinfachung der Veranschaulichung eine Packung, Terminals der Packung, ein Isoliersubstrat unterhalb einer ersten Hauptelektrodenplattierung (Drain-Elektrodenplattierung) und dergleichen nicht gezeigt.
Wie in 1 gezeigt ist auf einer zweiten Hauptoberfläche eines Leistungs-Halbleiterchips 1 (auf einer unteren Oberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 in 1) eine erste Leitungsschicht 3a gebildet. Die erste Leitungsschicht 3a wird mit dazwischenliegendem Lötmittel 10 im Wege der Direktzuleitungsbondierung mit einer ersten Hauptelektrodenplattierung (Drain-Elektrodenplattierung) 6 bondiert.
Die erste Leitungsschicht 3a weist eine Schichtstruktur auf, die aus einer Vielzahl von Leitungsfilmen besteht. Die erste Hauptelektrodenplattierung 6 ist aus z.B. Kupfer (Cu) oder dergleichen gebildet.
Obgleich nicht gezeigt ist auf einer ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 (in 1 auf einer oberen Oberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1) ein vorbestimmtes Muster gebildet. Als Leistungs-Halbleiterchip 1 kann zum Beispiel ein IGBT (isolierter Gate-Bipolartransistor), eine Diode oder dergleichen verwendet werden. Der Leistungs-Halbleiterchip 1 ist bezüglich seiner zweiten Hauptoberfläche so poliert worden, dass er eine vorbestimmte Dicke (z.B. etwa 200μm) aufweist.
Wie in 1 gezeigt sind ferner zwei Metallschichten 2b und 2c auf der ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildet. Die Metallschichten 2b und 2c werden bereitgestellt, um das auf der ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildete Muster gegenüber äußeren Kräften zu schützen, mit anderen Worten um als Dämpfungselement zum Schützen des Musters zu dienen.
Die Metallschichten 2b und 2c sind gegeneinander elektrisch isoliert und stellen jeweils eine Metallschicht aus Aluminium-Silizium oder dergleichen dar.
Wie in 1 gezeigt ist ferner eine zweite Leitungsschicht 3b auf einer der Metallschichten 2b gebildet. Andererseits ist eine dritte Leitungsschicht 3c auf der anderen Metallschicht 2c gebildet. Die zweite Leitungsschicht 3b und die dritte Leitungsschicht 3c besitzen jeweils eine Schichtstruktur, die aus einer Vielzahl von Leitungsfilmen besteht, wobei die Leitungsfilme, vom Leistungs-Halbleiterchip 1 aus gesehen, in derselben Reihenfolge wie die Schichtstruktur der ersten Leitungsschicht 3a geschichtet sind.
Nicht nur die Bildung der Leitungsfilme, sondern auch die Dicke der entsprechenden Leitungsfilme können die gleichen sein. Mit anderen Worten können die jeweiligen Dicken der Leitungs filme, die die zweite Leitungsschicht 3b und die dritte Leitungsschicht 3c bilden, gleich sein wie die Dicken der entsprechenden Leitungsfilme der ersten Leitungsschicht 3a.
Wie in 1 gezeigt ist auf der zweiten Leitungsschicht 3b eine zweite Hauptelektrodenplattierung (Source-Elektrodenplattierung) 4 bereitgestellt, und auf der dritten Leitungsschicht 3c ist eine Steuer-Elektrodenplattierung (Gate-Elektrodenplattierung) 5 bereitgestellt.
Die zweite Hauptelektrodenplattierung 4 ist mit dem Lötmittel 10 mit der zweiten Leitungsschicht 3b bondiert, und die Steuer-Elektrodenplattierung 5 ist mit dem Lötmittel 10 mit der dritten Leitungsschicht 3c bondiert, beides im Wege der Direktzuleitungsbondierung. Die zweite Hauptelektrodenplattierung 4 und die Steuer-Elektrodenplattierung 5 sind jeweils aus Kupfer (Cu) oder dergleichen gebildet.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf 2 spezielle Strukturen der Leitungsschichten 3a und 3b beschrieben. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt, der einen durch die gestrichelte Linie 7 der 1 umgebenen Bereich zeigt.
Wie in 2 gezeigt weisen die erste Leitungsschicht 3a und die zweite Leitungsschicht 3b jeweils eine Schichtstruktur auf, die aus einer Vielzahl von Leitungsfilmen besteht. Die Leitungsfilme sind gebildet durch z.B. Sputtern, Dampfabscheidung oder Plattierung.
Die erste Leitungsschicht 3a weist eine Schichtstruktur auf, bei der ein Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands 3a1 und ein Nickelfilm 3a2 in dieser Reihenfolge auf der zweiten Hauptoberfläche gebildet sind.
Der Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands 3a1 ist ein Leitungsfilm mit niedrigem Kontaktwiderstand gegenüber dem Leistungs-Halbleiterchip 1. Der Kontaktwiderstand zwischen dem Leitungsfilm niedrigen Knotaktwiderstands 3a1 und dem Leistungs-Halbleiterchip 1 ist niedriger als der zwischen dem Nickelfilm 3a2 und dem Leistungs-Halbleiterchip 1. Der Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands 3a1 ist, in Kontakt damit, auf der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildet. Der Nickelfilm 3a2 ist ein Leitungsfilm, der zur Sicherstellung der Bondierung der ersten Hauptelektrodenplattierung 6 mit dem Lötmittel 10 gegenüber dem Leistungs-Halbleiterchip 1 bereitgestellt ist.
Wie ferner in 2 gezeigt ist, um einer Krümmung des Leistungs-Halbleiterchips 1 entgegenzuwirken, die zweite Leitungsschicht 3b auf der Metallschicht 2b gebildet, wobei sie eine Schichtstruktur aufweist, bei der die Leitungsfilme in der gleichen Reihenfolge, vom Halbleiterchip 1 aus gesehen, wie die erste Leitungsschicht 3a geschichtet sind (wobei die entsprechenden Leitungsfilme in den ersten und zweiten Leitungsschichten 3a und 3b die gleiche, oben erwähnte Dicke aufweisen können).
Speziell weist die zweite Leitungsschicht 3b eine Schichtstruktur auf, bei der ein Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands 3b1 und ein Nickelfilm 3b2 in dieser Reihenfolge vom Leistungs-Halbleiterchip 1 aus geschichtet sind. Der Nickelfilm 3b2 ist vom Leistungs-Halbleiterchip 1 aus ein äußerer Film, der zur Sicherstellung der Bondierung der zweiten Hauptelektrodenplattierung 4 mit dem Lötmittel 10 zu dem Leistungs-Halbleiterchip 1 bereitgestellt ist.
Obgleich Goldfilme mit einer Dicke von etwa 200nm zwischen dem Nickelfilm 3a2 und dem Lötmittel 10 sowie zwischen dem Nickelfilm 3b2 und dem Lötmittel 10 zum Verhindern der Oxidation der Nickelfilme 3a2 und 3b2 vorgesehen sind, werden die Goldfilme beim Bondieren der Hauptelektrodenplattierungen 4 und 6 aufgelöst und sie verschwinden vollständig.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 eine spezielle Struktur der Leitungsschicht 3c beschrieben. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt, der einen durch die unterbrochene Linie 8 von 1 umgebenen Bereich zeigt.
Wie in 3 gezeigt weist die dritte Leitungsschicht 3c eine Schichtstruktur auf, die aus einer Vielzahl von Leitungsfilmen besteht. Die Leitungsfilme sind zum Beispiel durch Sputtern, Dampfabscheidung oder Plattierung gebildet.
Da die Struktur der ersten Leitungsschicht 3a gleich ist wie die in 2 gezeigte, wird eine spezielle Beschreibung davon weggelassen.
Wie in 3 gezeigt ist zum weiteren Entgegenwirken gegen die Krümmung des Leistungs-Halbleiterchips 1 die dritte Leitungsschicht 3c auf der Metallschicht 2c gebildet, wobei diese eine Schichtstruktur aufweist, bei der die Leitungsfilme, vom Leistungs-Halbleiterchip 1 aus gesehen, in derselben Reihenfolge wie die erste Leitungsschicht 3a geschichtet sind (wobei die entsprechenden Leitungsfilme der ersten und dritten Leitungsschichten 3a und 3c die gleiche, oben diskutierte Dicke aufweisen können).
Speziell weist die dritte Leitungsschicht 3c eine Schichtstruktur auf, bei der ein Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands 3c1 und ein Nickelfilm 3c2 in dieser Reihenfolge vom Leistungs-Halbleiterchip 1 aus geschichtet sind. Der Nickelfilm 3c2 ist vom Leistungs-Halbleiterchip 1 aus ein äußerer Film, der zur Sicherstellung der Bondierung der Steuer-Elektrodenplattierung 5 mit dem Lötmittel 10 zu dem Leistungs-Halbleiterchip 1 bereitgestellt ist.
Obgleich ein Goldfilm mit einer Dicke von etwa 200nm zwischen dem Nickelfilm 3c2 und dem Lötmittel 10 zum Verhindern der Oxidation des Nickelfilms 3c2 vorgesehen ist, wird der Goldfilm beim Bondieren der Steuer-Elektrodenplattierung 5 aufgelöst und verschwindet vollständig.
Wie aus den 1 und 3 gesehen werden kann, ist bei der Leistungs-Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform die dritte Leitungsschicht 3c mit dem Nickelfilm 3c2, der vom Leistungs-Halbleiterchip 1 aus ein äußerer Film ist, auf der Seite einer ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildet. Dies macht es möglich, die Steuer-Elektrodenplattierung 5 mit dem Lötmittel 10 im Weg einer Direktzuleitungsbondierung mit dem Leistungs-Halbleiterchip 1 zu bondieren.
Dadurch wird es möglich, die zweite Hauptelektrodenplattierung 4 und die Steuer-Elektrodenplattierung 5 mit dem Lötmittel 10 in demselben Prozess mit dem Leistungs-Halbleiterchip 1 zu bondieren. Mit anderen Worten erlaubt dies die gleichzeitige Direktzuleitungsbondierung der zweiten Hauptelektrodenplattierung 4 und der Steuer-Elektrodenplattierung 5. Deshalb kann eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens erreicht werden.
Da die Steuer-Elektrodenplattierung 5 direkt mit der Vorrichtung ohne Zwischenlegung eines Drahts wie eines Aluminiumdrahts verbunden wird, ist es möglich, eine Verminderung des Leistungsverbrauchs während des Betriebs der Leistungs-Halbleitervorrichtung sicherzustellen.
Da die Steuer-Elektrodenplattierung 5 mit einer höheren Festigkeit aufgrund ihrer plattenartigen Gestalt auf direkte Weise vorgesehen ist, ohne dass ein Draht wie ein Aluminiumdraht mit niedriger Festigkeit verwendet wird, kann ferner ein Scheitern der elektrischen Verbindung wie ein problematischer Bruch des Aluminiumdrahts verhindert werden.
Da die dritte Leitungsschicht 3c eine Schichtstruktur aufweist, bei der die Leitungsfilme vom Leistungs-Halbleiterchip 1 aus betrachtet in der gleichen Reihenfolge wie die erste Leitungsschicht 2a geschichtet sind (wobei die entsprechenden Leitungsfilme der ersten und dritten Leitungsschichten 3a und 3c dieselbe, oben erwähnte Dicke aufweisen können), ist es ferner möglich, durch Bildung der dritten Leitungsschicht 3c die Krümmung des Leistungs-Halbleiterchips 1 weiter zu unterdrücken.
Wenn speziell eine Hitzebehandlung gegenüber der Leistungs-Halbleitervorrichtung ausgeführt wird, wird aufgrund der Gegenwart der ersten Leitungsschicht 3a eine Querspannung gegenüber der Seite der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 ausgeübt, und aufgrund der Gegenwart der zweiten und dritten Leitungsschichten 3b und 3c wird eine Querspannung gegenüber der Seite der ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 ausgeübt.
Da jedoch die dritte Leitungsschicht 3c die obige Schichtstruktur aufweist, ist es möglich, durch Bildung der dritten Leitungsschicht 3c den Unterschied zwischen den Querspannungen zu verringern.
Deshalb kann die Leistungs-Halbleitervorrichtung der ersten bevorzugten Ausführungsform eine solche Krümmung unter Konvexbildung der Seite der ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 durch Bildung der dritten Leitungsschicht 3c weiter unterdrücken im Vergleich zu Leistungs-Halbleitervorrichtungen des Stands der Technik, die die dritte Leitungsschicht 3c nicht aufweisen.
Obgleich die obige Diskussion für den Fall erfolgte, dass die Metallschichten 2b und 2c jeweils aus Aluminium-Silizium oder dergleichen jeweils als eine Einzelschicht vorliegen, können die Metallschichten 2b und 2c zum Bilden einer größeren Dicke jeweils mehrfach geschichtet sein. Da die Metallschichten 2b und 2c als Verstärkungen gegenüber der Krümmung des Leistungs-Halbleiterchips 1 dienen, wird es möglich, der Krümmung des Leistungs-Halbleiterchips durch Dickmachen der Metallschichten 2b und 2c weiter entgegenzuwirken.
(Zweite bevorzugte Ausführungsform)
Eine Leistungs-Halbleitervorrichtung der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist in den 4 und 5 gezeigt. 4 ist ein Querschnitt, der die Leistungs-Halbleitervorrichtung der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt, wobei ein durch die unterbrochene Linie 7 von 1 umgebener Bereich vergrößert ist. 5 ist ein Querschnitt, der die Leistungs-Halbleitervorrichtung der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt, wobei ein durch die unterbrochene Linie 8 von 1 umgebener Bereich vergrößert ist.
Zuerst wird die Struktur von 4 beschrieben.
Wie in 4 gezeigt wird in der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 ein N-Verunreinigungsbereich 1a gebildet. Die Verunreinigungskonzentration des N-Verunreinigungsbereichs beträgt 1×10¹⁹ oder mehr.
Die auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildete erste Leitungsschicht 3a besteht aus einem Titanfilm 3a1 und dem Nickelfilm 3a2, wie in 4 gezeigt. Mit anderen Worten wird der Titanfilm 3a1 als dem Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands angewandt.
Der Titanfilm 3a1 ist auf der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildet. Der Nickelfilm 3a2 ist auf dem Titanfilm 3a1 gebildet. Der Titanfilm 3a1 besitzt eine Dicke von 30nm. Der Nickelfilm 3a2 besitzt eine Dicke von etwa 200nm.
Obgleich ein Goldfilm mit einer Dicke von etwa 400nm zwischen dem Nickelfilm 3a2 und dem Lötmittel 10 zum Verhindern der Oxidation des Nickelfilms 3a2 vorgesehen ist, wird der Goldfilm beim Bondieren der ersten Hauptelektrodenplattierung 6 aufgelöst und verschwindet vollständig.
Wie ferner in 4 gezeigt ist die Metallschicht 2b auf der ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildet. Auf der Metallschicht 2b ist die zweite Leitungsschicht 3b gebildet, die eine Schichtstruktur aufweist, bei der die Leitungsfilme, vom Leistungs-Halbleiterchip 1 aus gesehen, in derselben Reihenfolge wie die erste Leitungsschicht 3a geschichtet sind (wobei die entsprechenden Leitungsfilme der ersten und zweiten Leitungsschichten 3a und 3b dieselbe Dicke aufweisen können, wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform).
Mit anderen Worten ist die zweite Leitungsschicht 3b aus einem auf der Metallschicht 2b gebildeten Titanfilm 3b1 und dem auf dem Titanfilm 3b1 gebildeten Nickelfilm 3b2 aufgebaut. Der Leitungsfilm 3b1 besitzt eine Dicke, die gleich ist wie diejenige des Metallfilms 3a1 der ersten Leitungsschicht 3a, und der Leitungsfilm 3b2 besitzt eine Dicke, die gleich ist wie diejenige des Leitungsfilms 3a2 der ersten Leitungsschicht 3a.
Obgleich ein Goldfilm mit einer Dicke von etwa 400nm zwischen dem Nickelfilm 3b2 und dem Lötmittel 10 zum Verhindern der Oxidation des Nickelfilms 3b2 vorgesehen ist, wird der Goldfilm beim Bondieren der zweiten Hauptelektrodenplattierung 4 aufgelöst und verschwindet vollständig.
Als nächstes wird die Struktur von 5 beschrieben.
Wie in 5 gezeigt wird in der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 der in 4 gezeigte N-Verunreinigungsbereich 1a gebildet.
Die Struktur der auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildeten, ersten Leitungsschicht 3a ist die gleiche wie in 4 gezeigt.
Wie ferner in 5 gezeigt ist die Metallschicht 2c auf der ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildet. Auf der Metallschicht 2c ist die dritte Leitungsschicht 3c gebildet, die eine Schichtstruktur aufweist, bei der die Leitungsfilme, vom Leistungs-Halbleiterchip aus gesehen, in der gleichen Reihenfolge wie in der ersten Leitungsschicht 3a geschichtet sind (wobei die entsprechenden Leitungsfilme der ersten und dritten Leitungsschichten 3a und 3c wie oben erwähnt dieselben Dicken aufweisen können).
Mit anderen Worten ist die dritte Leitungsschicht 3c aus einem auf der Metallschicht 2c gebildeten Titanfilm 3c1 und dem auf dem Titanfilm 3c1 gebildeten Nickelfilm 3c2 aufgebaut. Der Leitungsfilm 3c1 weist eine Dicke auf, die gleich ist zu derjenigen des Leitungsfilms 3a1 in der ersten Leitungsschicht 3a, und der Leitungsfilm 3c2 weist eine Dicke auf, die gleich ist zu derjenigen des Leitungsfilms 3a2 in der ersten Leitungsschicht 3a.
Obgleich ein Goldfilm mit einer Dicke von etwa 400nm zwischen dem Nickelfilm 3c2 und dem Lötmittel 10 zum Verhindern der Oxidation des Nickelfilms 3c2 vorgesehen ist, wird der Goldfilm beim Bondieren der Steuer-Elektrodenplattierung 5 aufgelöst und verschwindet vollständig.
Bei der Leistungs-Halbleitervorrichtung der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird als dem Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands in Kontakt mit dem in der Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildeten N-Verunreinigungsbereich 1a der Titanfilm 3a1 angewandt, der einen niedrigen Kontaktwiderstand gegenüber dem N-Verunreinigungsbereich 1a aufweist, und daher ist es möglich, den Kontaktwiderstand zwischen dem Leistungs-Halbleiterchip 1 und dem Titanfilm 3a1 auf einen niedrigeren Wert zu verringern.
Selbstverständlich weist die zweite bevorzugte Ausführungsform ebenfalls den Effekt der Wirkung gegen die Krümmung des Leistungs-Halbleiterchips 1 wie bei der Leistungs-Halbleitervorrichtung der ersten bevorzugten Ausführungsform auf .
(Dritte bevorzugte Ausführungsform)
Eine Leistungs-Halbleitervorrichtung der dritten bevorzugten Ausführungsform ist in den 6 und 7 gezeigt. 6 ist ein Querschnitt, der die Leistungs-Halbleitervorrichtung der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt, wobei ein durch die unterbrochene Linie 7 von 1 umgebener Bereich vergrößert ist. 7 ist ein Querschnitt, der die Leistungs-Halbleitervorrichtung der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt, wobei ein durch die unterbrochene Linie 8 von 1 umgebener Bereich vergrößert ist.
Zuerst wird die Struktur von 6 beschrieben.
Wie in 6 gezeigt ist in der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 ein P-Verunreinigungsbereich 1b gebildet. Die Verunreinigungskonzentration des P-Verunreinigungsbereichs beträgt 1×10¹⁹ oder mehr.
Die auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildete, erste Leitungsschicht 3a setzt sich aus einem Aluminiumfilm 3a1s, einem Molybdänfilm 3a1t und einem Nickelfilm 3a2 zusammen, wie in 6 gezeigt. Mit anderen Worten werden der Aluminiumfilm 3a1s und der Molybdänfilm 3a1t als dem Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands 3a1 angewandt.
Der Aluminiumfilm 3a1s ist auf der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildet. Der Molybdänfilm 3a1t ist auf dem Aluminiumfilm 3a1s gebildet. Der Nickelfilm 3a2 ist auf dem Molybdänfilm 3a1t gebildet. Der Aluminiumfilm 3a1s besitzt eine Dicke von etwa 800nm. Der Molybdänfilm 3a1t besitzt eine Dicke von etwa 180nm. Der Nickelfilm 3a2 besitzt eine Dicke von etwa 300nm.
Obgleich ein Goldfilm mit einer Dicke von etwa 200nm zwischen dem Nickelfilm 3a2 und dem Lötmittel 10 zum Verhindern der Oxidation des Nickelfilms 3a2 vorgesehen ist, wird der Goldfilm beim Bondieren der ersten Hauptelektrodenplattierung 6 aufgelöst und verschwindet vollständig.
Wie ferner in 6 gezeigt ist die Metallschicht 2b auf der ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildet. Auf der Metallschicht 2b ist die zweite Leitungsschicht 3b gebildet, die eine Schichtstruktur aufweist, bei der die Leitungsfilme in der gleichen Reihenfolge wie die erste Leitungsschicht 3a, vom Leistungs-Halbleiterchip 1 ausgesehen, geschichtet sind (wobei die entsprechenden Leitungsfilms der ersten und zweiten Leitungsschichten 3a und 3b die gleiche Dicke wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform aufweisen können).
Mit anderen Worten setzt sich die zweite Leitungsschicht 3b aus einem auf der Metallschicht 2b gebildeten Aluminiumfilm 3b1s, einem auf dem Aluminiumfilm 3b1s gebildeten Molybdänfilm 3b1t sowie dem auf dem Molybdänfilm 3b1t gebildeten Nickelfilm 3b2 zusammen. Der Leitungsfilm 3b1s besitzt eine Dicke, die gleich ist zu derjenigen des Leitungsfilms 3a1s der ersten Leitungsschicht 3a, der Leitungsfilm 3b1t besitzt eine Dicke, die gleich ist zu derjenigen des Leitungsfilms 3a1t der ersten Leitungsschicht 3a, und der Leitungsfilm 3b2 besitzt eine Dicke, die gleich ist zu derjenigen des Leitungsfilms 3a2 der ersten Leitungsschicht 3a.
Obgleich ein Goldfilm mit einer Dicke von etwa 200nm zwischen dem Nickelfilm 3b2 und dem Lötmittel 10 zum Verhindern der Oxidation des Nickelfilms 3b2 vorgesehen ist, wird der Goldfilm beim Bondieren der zweiten Hauptelektrodenplattierung 4 aufgelöst und verschwindet vollständig.
Als nächstes wird die Struktur von 7 beschrieben.
Wie in 7 gezeigt ist in der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 der in 6 gezeigte P-Verunreinigungsbereich 1b gebildet.
Die Struktur der auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildeten, ersten Leitungsschicht 3a ist dieselbe wie in 6 gezeigt.
Wie ferner in 7 gezeigt ist auf der ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips die Metallschicht 2c gebildet. Auf der Metallschicht 2c ist die dritte Leitungsschicht 3c gebildet, die eine Schichtstruktur aufweist, bei der die Leitungsfilme in derselben Reihenfolge, vom Leistungs-Halbleiterchips 1 aus gesehen, wie in der ersten Leitungsschicht 3a geschichtet sind (wobei die entsprechenden Leitungsfilme der ersten und dritten Leitungsschichten 3a und 3c wie oben erwähnt dieselbe Dicke aufweisen können).
Mit anderen Worten setzt sich die dritte Leitungsschicht 3c aus einem auf der Metallschicht 2c gebildeten Aluminiumfilm 3c1s, einem auf dem Aluminiumfilm 3c1s gebildeten Molybdänfilm 3c1t und dem auf dem Molybdänfilm 3c1t gebildeten Nickelfilm 3c2 zusammen. Der Leitungsfilm 3c1s besitzt eine Dicke gleich derjenigen des Leitungsfilms 3a1s der ersten Leitungsschicht 3a, der Leitungsfilms 3c1t besitzt eine Dicke gleich derjenigen des Leitungsfilms 3a1t in der ersten Leitungsschicht 3a, und der Leitungsfilm 3c2 besitzt eine Dicke gleich derjenigen des Leitungsfilms 3a2 in der ersten Leitungsschicht 3a.
Obgleich ein Goldfilm mit einer Dicke von etwa 200nm zwischen dem Nickelfilm 3c2 und dem Lötmittel 10 zum Verhindern der Oxidation des Nickelfilms 3c2 vorgesehen ist, wird der Goldfilm beim Bondieren der Steuer-Elektrodenplattierung 5 aufgelöst und verschwindet vollständig.
Bei der Leistungs-Halbleitervorrichtung der dritten bevorzugten Ausführungsform wird als dem Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands in Kontakt mit dem in der Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildeten P-Verunreinigungsbereich 1b ein Schichtenfilm angewandt, der aus dem Aluminiumfilm und dem Molybdänfilm, der gegenüber dem P-Verunreinigungsbereich 1b einen niedrigen Kontaktwiderstand aufweist, besteht, und deshalb ist es möglich, den Kontaktwiderstand zwischen dem Leistungs-Halbleiterchip 1 und dem Schichtenfilm auf einen niedrigeren wert zu verringern.
Selbstverständlich weist auch die dritte bevorzugte Ausführungsform den Effekt des Wirkens gegen die Krümmung des Leistungs-Halbleiterchips 1 wie bei der Leistungs-Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform auf.
(Vierte bevorzugte Ausführungsform)
Bei der Leistungs-Halbleitervorrichtung der vierten bevorzugten Ausführungsform schließen die auf der ersten Hauptoberfläche des Leistungs-Halbleiterchips 1 gebildeten Metallschichten 2b und 2c dieselben Metallelemente ein, wie die Leitungsfilme niedrigen Kontaktwiderstands 3b1 und 3c1 in ihren Abschnitten haben, mit denen die Metallschichten 2b und 2c jeweils in Kontakt sind.
Bei der Leistungs-Halbleitervorrichtung der dritten bevorzugten Ausführungsform zum Beispiel ist das Metallelement in einem der Leitungsfilme, die jeweils die Leitungsfilme niedrigen Kontaktwiderstands 3b1 und 3c1 aufbauen, die sich in Kontakt mit den Metallschichten 2b bzw. 2c befinden, Aluminium (siehe 6 und 7). Deshalb schließen die Metallschichten 2b und 2c dieses Aluminium ein.
Mit einer solchen obigen Struktur können die jeweiligen Potentialbarrieren zwischen den Metallschichten 2b und 2c und den Leitungsfilmen niedrigen Kontaktwiderstands 3a1, 3b1 und 3c1 verringert werden. Deshalb können die jeweiligen Kontaktwiderstände zwischen den Metallschichten 2b und 2c und den Leitungsfilmen niedrigen Kontaktwiderstands 3b1 und 3c1 weiter verringert werden.
In den oben erwähnten bevorzugten Ausführungsformen können als dem Leistungs-Halbleiterchip 1 ein IGBT, ein MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), eine Diode (wenn eine Diode verwendet wird, wird keine Steuer-Elektrode bereitgestellt, und deshalb ist die auf der Steuer-Elektrode zu bildende Metallschicht nicht vorgesehen), ein Thyristor oder dergleichen angewandt werden.
Wenn als Leistungs-Halbleiterchip 1 ein IGBT angewandt wird, kann speziell die folgende Wirkung erzielt werden.
Wenn Drähte im Wege der Drahtbondierung mit der Steuer-Elektrode verbunden werden, verursacht dies speziell beim herkömmlichen IGBT ein Erhitzen des Verbindungsteils, was zu einer nachteiligen Erhöhung des Widerstands im Verbindungsteil führt.
Bei den Leistungs-Halbleitervorrichtungen der vorliegenden Erfindung kann jedoch das Problem der Erhöhung des Widerstands im Verbindungsteil zwischen dem IGBT und den Drähten aufgrund des Erhitzens gelöst werden, da die Steuer-Elektrodenplattierung im Wege der Direktzuleitungsbondierung ohne Draht dazwischen direkt mit dem IGBT bondiert wird.
Obgleich die obige Diskussion der bevorzugten Ausführungsformen bezüglich des Falls gemacht wurde, wo der Leistungs-Halbleiterchip 1 als eine einzelne Einheit verwendet wird, können die obigen bevorzugten Ausführungsformen auf einen Fall angewandt werden, wo anstelle des einzelnen Leistungs-Halbleiterchips 1 eine HVIC (Integrierte Hochspannungsschaltung), die aus einer Vielzahl von Leistungs-Halbleiterchips 1 aufgebaut ist, verwendet wird.
Die Anwendung der oben diskutierten bevorzugten Ausführungsformen ist nicht auf den Leistungs-Halbleiterchip 1 begrenzt, sondern kann auf andere Halbleiterchips als die Leistungs-Halbleiterchips erfolgen. Darüber hinaus können die oben diskutierten bevorzugten Ausführungsformen auf eine LSI (Hochintegrierte Schaltung) angewandt werden, die aus einer Vielzahl von Leistungs-Halbleiterchips besteht.
Während die Erfindung im Detail gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorangehende Beschreibung in allen ihren Aspekten beispielhaft und nicht einschränkend. Die Merkmale der oben erwähnten bevorzugten Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden.

Claims

Halbleitervorrichtung mit: einem Halbleiterchip (1); ersten und zweiten Metallschichten (2b, 2c), die auf einer ersten Hauptoberfläche des Halbleiterchips gebildet sind; einer ersten Leitungsschicht (3a), die auf einer zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips geschichtet ist, bestehend aus einer Vielzahl von Leitungsfilmen; einer zweiten Leitungsschicht (3b), die auf der ersten Metallschicht geschichtet ist, mit einer Schichtstruktur, die aus einer Vielzahl von Leitungsfilmen besteht, die, vom Halbleiterchip aus gesehen, in derselben Reihenfolge wie bei der ersten Leitungsschicht gebildet sind; und einer dritten Leitungsschicht (3c), die auf der zweiten Metallschicht geschichtet ist, mit einer Schichtstruktur, die aus einer Vielzahl von Leitungsfilmen besteht, die, vom Halbleiterchip aus gesehen, in derselben Reihenfolge wie bei der ersten Leitungsschicht gebildet sind, wobei die Vielzahl der Leitungsfilme einen Nickelfilm (3a2); und einen Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands (3a1) mit einem Kontaktwiderstand gegenüber dem Halbleiterchip, der niedriger ist als derjenige des Nickelfilms, umfasst, und wobei der Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands und der Nickelfilm vom Halbleiterchip aus in dieser Reihenfolge gebildet sind.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner mit ersten bis dritten Elektrodenplattierungen (4, 5, 6), die jeweils mit dazwischenliegenden Lötmitteln (10) auf den ersten bis dritten Leitungsschichten vorgesehen sind.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Halbleiterchip einen in der zweiten Hauptoberfläche gebildeten N-Verunreinigungsbereich (1a) aufweist, und wobei der Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands ein Titanfilm (3a1) ist.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Halbleiterchip einen in der zweiten Hauptoberfläche gebildeten P-Verunreinigungsbereich (1b) aufweist, und wobei der Leitungsfilm niedrigen Kontaktwiderstands aus einem Aluminiumfilm (3a1s) und einem Molybdänfilm (3a1t) besteht, die vom Halbleiterchip aus in dieser Reihenfolge aufgeschichtet sind.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten und zweiten Metallschichten jeweils dasselbe Metallelement als Abschnitte der Leitungsfilme niedrigen Kontaktwiderstands, die sich jeweils mit den ersten und zweiten Metallschichten in Kontakt befinden, einschließen.
Halbleitervorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Halbleiterchip ein isolierter Gatetransistor ist.