DE112013006790B4

DE112013006790B4 - Halbleitervorrichtungen und Verfahren zum Fertigen einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112013006790B4
Application number: DE112013006790.0T
Authority: DE
Inventors: Yosuke Nakata; Seiya Nakano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2022-05-25
Anticipated expiration: 2033-10-05
Also published as: CN105009266B; DE112013006790B8; US20160005703A1; JPWO2014136303A1; CN105009266A; DE112013006790T5; JP6038280B2; US10157865B2; WO2014136303A1

Abstract

Halbleitervorrichtung, umfassend:ein Halbleiterelement (101);eine Elementelektrode (103), die auf einer Oberfläche des Halbleiterelements (101) angeordnet ist;eine Metallschicht (105), die auf der Elementelektrode (103) angeordnet ist und eine innere Region (105a) und eine äußere Region (105b1, 105b2, 105b3) umfasst, die um die innere Region (105a) herum angeordnet ist, wobei die Metallschicht (105) eine Öffnung (TR, SP, IL) aufweist, welche die Elementelektrode (103) zwischen der inneren Region (105a) und der äußeren Region (105b1, 105b2, 105b3) freilegt, wobei die Elementelektrode (103) eine Lotbenetzbarkeit aufweist, die geringer als eine Lotbenetzbarkeit der Metallschicht (105) ist; undeine externe Elektrode (117), die an die innere Region (105a) der Metallschicht (105) gelötet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung. Diese Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Halbleitervorrichtung, die eine Drahtverbindungsstruktur aufweist, die für eine Hochstrom-Kapazität geeignet ist, und ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung.
Stand der Technik
Bei einer Halbleitervorrichtung, die einen Hochstrom schaltet, müssen Verbindungen zwischen Elementelektroden der Halbleiterelemente und externen Elektroden für den Hochstrom geeignet sein. In einem Fall, bei dem ein Festphasenbonden bei einem Drahtbondverfahren für die Verbindung verwendet wird, werden eine Vielzahl von Metalldrähten, die aus Aluminium oder dergleichen hergestellt sind und einen großen Leitungsdurchmesser aufweisen, parallel drahtgebondet. Zur Handhabung eines höheren Stroms und einer höheren Spannung müssen Maßnahmen zur Erhöhung der Anzahl der parallel verbundenen Metalldrähte oder zur Vergrößerung des Drahtdurchmessers der Metalldrähte getroffen werden. Die getroffenen Maßnahmen erhöhen eine erforderliche Elektrodenfläche zum Bonden, wodurch eine Größe der Halbleitervorrichtung zunimmt. Darüber hinaus waren die getroffenen Maßnahmen hinsichtlich einer Struktur und einer Montage schwieriger zu treffen. Daher wurden Technologien neben dem Drahtbondverfahren entwickelt.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2008 - 182 074 A (Patentdokument 1) offenbart, dass eine externe Elektrode, die eine Kupferplatte ist, direkt an eine Elementelektrode der Halbleitervorrichtung mit einem Lot gebondet wird. Damit kann eine Verbindung erreicht werden, die eine Reduzierung eines elektrischen Widerstands und ein Fließen eines Hochstroms ermöglicht.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2010 - 272 711 A (Patentdokument 2) offenbart, dass eine Ni-Schicht mit einer geeigneten Dicke als Metallschicht zum Löten ausgebildet ist, um eine Zuverlässigkeit der Lötverbindung zu verbessern. Die Optimierung der Dicke von Ni kann eine Prozessdurchführbarkeit mit einer Verbindungszuverlässigkeit hinreichender kombinieren.
JP 2004 - 228 461 A offenbart eine Halbleitervorrichtung, die einen externen Elektrodenendbereich auf dessen Oberfläche bereitstellt. Eine elektrische Verbindungseinheit ist auf dem externen Elektrodenendbereich angebracht. Ein Anschluss-Elektrodenende, das dem externen Elektrodenendbereich gegenüber angeordnet ist, ist an den externen Elektrodenendbereich mittels der Verbindungseinheit gebondet. Ein Anschlusselektrodenverkabelungselement ist an einer Position gegenüber dem externen Elektrodenendbereich angeordnet und überträgt die elektrischen Signale der Halbleitervorrichtung. Ein Elektrodenkopplungselement dient zur Anschlusskopplung des Anschluss-Elektrodenendes und des Anschlusselektrodenverkabelungselement unter Beibehaltung eines Luftspalts.
DE 10 2008 042 777 A1 betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Oberfläche auf einem Bauteil, welche Bereiche mit einer unterschiedlichen Benetzbarkeit in Bezug auf ein Lötmittel aufweist. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden einer ersten metallischen Schicht auf dem Bauteil, ein Ausbilden einer zweiten metallischen Schicht auf der ersten metallischen Schicht, wobei die zweite metallische Schicht eine Oxidation der ersten metallischen Schicht verhindert. Das Verfahren umfasst weiter ein Entfernen der zweiten metallischen Schicht mit Hilfe eines Lasers in einem vorgegebenen Oberflächenbereich zum Freilegen der ersten metallischen Schicht und ein Oxidieren der freigelegten ersten metallischen Schicht an der Oberfläche, wodurch eine Benetzbarkeit in Bezug auf ein Lötmittel in dem vorgegebenen Oberflächenbereich geringer ist als in einem an den vorgegebenen Oberflächenbereich angrenzenden Oberflächenbereich.
JP 2006 - 210 519 A offenbart eine Emitter-Elektrode, die durch eine Gate-Ummantelung getrennt ist. Um die Gate-Ummantelung zu schützen ist ein Polyamidfilm auf der Oberfläche der Gate-Ummantelung angebracht. Der Polyamidfilm ist mit einer Metalfolie beschichtet, die aus Cu, Au, etc. hergestellt ist, die eine gute Lotbenetzbarkeit aufweist. Dann wird Lot auf der Metallfolie aufgebracht und eine leitfähige Platte auf dem Lot platziert. Wenn das Lot in einem Rückflussofen geschmolzen wird kann dieses fließen und sich entlang der Metallfolie zu benachbarten geschmolzenen Loten ausbreiten. Auf diese Weise wird eine einheitliche Lotfilmschicht gebildet, ohne dass das geschmolzene Lot durch den Polyamidfilm geteilt ist. Die einheitliche Lotfilmschicht zum Befestigten an der leitfähigen Platte verfestigt. Auf diese Weise ist ein thermischer Widerstand reduziert, wodurch eine Hitzeabführung verbessert ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
Bei einer Halbleitervorrichtung, die ein Halbleiterelement umfasst, ist ein Bereich des Halbleiterelements, durch den ein Strom fließt, einer thermischen Spannung aufgrund eines Temperaturzyklus unterworfen. In der thermischen Spannungsumgebung muss die Halbleitervorrichtung mit der wie im Patentdokument 1 offenbarten Verbindungsstruktur eine geeignete Dicke der Metallschicht zum Löten ausbilden, um die Verbindungszuverlässigkeit wie im Patentdokument 2 zu steigern.
Die oben beschriebene Metallschicht ist in geeigneter Form gemustert, um die Ausbreitungsform eines Lots zu steuern, wenn eine externe Elektrode auf die Metallschicht gebondet wird. Ein Ablöse- (Lift-Off-) Verfahren, das ein einfaches Musterungsverfahren ist, ist zum Mustern geeignet. Die Leichtigkeit einer Entfernung eines nicht erforderlichen Bereichs im Ablöseverfahren, d. h. die Durchführung des Ablösens, verringert sich mit größerer Dicke der Metallschicht. Bei der Metallschicht mit größerer Dicke bleibt daher oftmals ein abzulösender Bereich übrig oder es wird in manchen Fällen eine durch das Ablösen freigelegte Fläche beschädigt. Auf diese Weise reduzieren sich bei der Metallschicht mit größerer Dicke die Erträge des Ablöseprozesses. Demzufolge ist es schwierig, die Metallschicht auszubilden, welche die Ausbreitungsform des Lots mit hoher Produktivität steuert.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme konzipiert und es ist ihre Aufgabe, eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, mit hoher Produktivität eine Metallschicht auszubilden, die eine Lot-Ausbreitungsform steuert, wenn eine externe Elektrode angelötet wird.
Mittel zum Lösen der Probleme
Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterelement, eine Elementelektrode, eine Metallschicht und eine externe Elektrode. Die Elementelektrode ist auf einer Oberfläche des Halbleiterelements angeordnet. Die Metallschicht ist auf der Elementelektrode angeordnet und umfasst eine innere Region und eine äußere Region, die um die innere Region herum angeordnet ist. Die Metallschicht weist eine Öffnung auf, welche die Elementelektrode zwischen der inneren Region und der äußeren Region freilegt. Die Elementelektrode weist eine Lotbenetzbarkeit auf, die geringer als eine Lotbenetzbarkeit der Metallschicht ist. Eine externe Elektrode ist an die innere Region der Metallschicht gelötet.
Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterelement, eine Elementelektrode, eine Metallschicht, eine Mantelschicht und eine externe Elektrode. Die Elementelektrode ist auf einer Oberfläche des Halbleiterelements angeordnet. Die Metallschicht ist auf der Elementelektrode angeordnet. Die Mantelschicht ist teilweise auf der Metallschicht angeordnet und trennt die Metallschicht in eine innere Region und eine äußere Region, welche die innere Region umschließt. Die Mantelschicht weist eine Lotbenetzbarkeit auf, die geringer als eine Lotbenetzbarkeit der Metallschicht ist. Die externe Elektrode ist an die innere Region der Metallschicht gelötet. Die Metallschicht weist eine Öffnung auf, durch welche die Elementelektrode zwischen der inneren Region und der äußeren Region freigelegt ist. Die Mantelschicht steht durch die Öffnung in Kontakt mit der Elementelektrode. Die Innere Region und die äußere Region sind durch die Elementelektrode kurzgeschlossen.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen der oben beschrieben Halbleitervorrichtung und umfasst die folgenden Schritte. Ein Substrat mit einer Hauptoberfläche, die eine effektive Region umfasst, in welcher das Halbleiterelement mit der darauf vorgesehenen Elementelektrode angeordnet ist, und die eine ineffektive Region außerhalb der effektiven Region umfasst, wird ausgebildet. Die Metallschicht wird auf der Elementelektrode ausgebildet. Die Metallschicht umfasst einen Bereich, der auf der ineffektiven Region angeordnet ist. Das Halbleiterelement wird durch Abtrennen entlang einer Trennlinie in der ineffektiven Region ausgeschnitten, nachdem die Metallschicht ausgebildet ist.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß dieser Erfindung kann die Metallschicht, welche die Ausdehnungsform des Lots steuert, wenn die externe Elektrode gelötet wird, mit hoher Produktivität ausgebildet werden.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen genauer ersichtlich.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 zeigt eine schematische Draufsicht, die ein Muster einer Metallschicht veranschaulicht, die in der Halbleitervorrichtung in 1 enthalten ist.
3 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht längs einer Linie III-III in 2.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die einen ersten Schritt im Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
6 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die einen zweiten Schritt im Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
7 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die einen dritten Schritt im Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
8 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die einen vierten Schritt im Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
9A und 9B zeigen eine schematische Draufsicht (9A), die ein Muster eines Fotolacks im Schritt in 7 und eine vergrößerte Ansicht (9B) eines IXB-Bereichs davon veranschaulicht.
10 zeigt eine schematische Draufsicht, die ein Muster einer Metallschicht, die in einer Halbleitervorrichtung enthalten ist, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
11A und 11B zeigen eine schematische Teilquerschnittsansicht (11A) längs einer Linie XIA-XIA in 10 und eine schematische Teilquerschnittsansicht ( 11B) längs einer Linie XIB-XIB in 10.
12 zeigt eine schematische Draufsicht, die ein Muster einer Metallschicht, die in einer Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist, veranschaulicht.
13A und 13B zeigen eine schematische Teilquerschnittsansicht (13A) längs einer Linie XIIIA-XIIIA in 12 und eine schematische Teilquerschnittsansicht ( 13B) längs einer Linie XIIIB-XIIIB in 12.
14 zeigt eine schematische Draufsicht, die ein Muster einer Metallschicht, die in einer Halbleitervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist, veranschaulicht.
15 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht längs einer Linie XV-XV in 14.
16 zeigt eine schematische Draufsicht, die ein Muster einer Metallschicht, die in einer Halbleitervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist, veranschaulicht.
17 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht längs einer Linie XVII-XVII von 16.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Als erstes wird eine Konfigurationsdarstellung einer Halbleitervorrichtung 200 beschrieben. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die eine Struktur der Halbleitervorrichtung 200 gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. 2 zeigt eine Draufsicht, die ein Muster einer Metallschicht 105 eines Halbleiterelements 101 in diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. In 2 ist ein Schraffurmuster an einer Öffnung der Metallschicht 105 zur Vereinfachung der Darstellung hinzugefügt.
Die Halbleitervorrichtung 200 umfasst das Halbleiterelement 101, eine Emitter-Elektrode 103 (Elementelektrode), die Metallschicht 105 und eine externe Elektrode 117. Die Emitter-Elektrode 103 ist auf einer Oberfläche des Halbleiterelements 101 angeordnet. Die Metallschicht 105 ist auf der Emitter-Elektrode 103 angeordnet und umfasst eine innere Region 105a und eine äußere Region 105b1, die um die innere Region 105a herum angeordnet ist. Die Metallschicht 105 weist eine grabenförmige Öffnung TR auf, welche die Emitter-Elektrode 103 zwischen der inneren Region 105a und der äußeren Region 105b1 freilegt. Die grabenförmige Öffnung TR ist in der Grabenform zwischen der inneren Region 105a und der äußeren Region 105b1 angeordnet. Die grabenförmige Öffnung TR unterteilt die Metallschicht 105 in die innere Region 105a und die äußere Region 105b1. Die Emitter-Elektrode 103 weist eine Lotbenetzbarkeit auf, die geringer als eine Lotbenetzbarkeit der Metallschicht 105 ist. Die Emitter-Elektrode 103 ist an die innere Region 105a der Metallschicht 105 mit einem Lotbereich 121 gelötet. Die innere Region 105a und die äußere Region 105b1 sind aus dem gleichen Material ausgebildet. Daher können die innere Region 105a und die äußere Region 105b1 im gleichen Prozess, insbesondere einem Ablöse- (Lift-Off-) Prozess, ausgebildet werden.
Bei der oben beschriebenen Konfiguration bleibt die äußere Region 105b1 übrig, wenn die Metallschicht 105 durch den Ablöseprozess gemustert wird, wodurch sich eine Fläche eines durch das Ablösen zu entfernenden Bereichs reduziert. Eine hohe Produktivität des Ablöseprozesses kann somit aufrechterhalten werden, selbst wenn Metallschicht 105 eine relativ große Dicke aufweist. Hierbei weist die Metallschicht 105 vorzugsweise eine Dicke von 1 µm oder darüber zum hinreichenden Schützen der Emitter-Elektrode 103 zum Zeitpunkt des Lötens auf.
Die Halbleitervorrichtung 200 kann zusätzlich zur oben beschriebenen Konfiguration ferner, wie in 1 dargestellt, eine Isolierschicht 111, eine Basisplatte 113, eine Lotschicht 115, eine weitere externe Elektrode 118, einen Lotbereich 122, ein Dichtungsmaterial 123, ein Gate-Feld (Gate-Pad) 203 (Steuerungselektrode), einen Metalldraht 213 und eine externe Steuerungselektrode 223 umfassen.
Als Nächstes erfolgen weitere Beschreibungen.
Das Halbleiterelement 101 ist ein vertikal isolierter bipolarer Gate-Transistor (IGBT) z.B. mit Elektroden auf einer Vorderseite und einer Rückseite. Die Emitter-Elektrode 103 ist als erste Hauptelektrode auf der Oberseite des Halbleiterelements 101 angeordnet. Die Metallschicht 105 ist auf der Emitter-Elektrode 103 ausgebildet, und die Metallschicht 105 ist in die innere Region 105a, die als Lötverbindung-Metallschicht dient, und die äußere Region 105b1, die als Dummy-Metallschicht dient, durch einen freigelegten Bereich unterteilt, der die Öffnung bildet, um die Emitter-Elektrode 103 in der Grabenform freizulegen. Eine Gate-Verdrahtung (nicht dargestellt) ist die Emitter-Elektrode 103 umschließend ausgebildet und ist mit dem Gate-Feld 203 elektrisch verbunden. Ein Abschlussbereich 205 ist außerhalb der Gate-Verdrahtung ausgebildet. Das Halbleiterelement 101 umfasst eine Schutzschicht 209 in einer Region, mit Ausnahme einer Position des Gate-Felds, um die Metallschicht 105 herum. Das Halbleiterelement 101 umfasst eine Kollektorelektrode 109 als zweite Hauptelektrode auf dessen Unterseite. Die Kollektorelektrode 109 ist mit der Basisplatte 113 auf der Isolierschicht 111 durch die Lotschicht 115 verbunden.
Die Emitter-Elektrode 103 ist aus Metall hergestellt und weist vorzugsweise Al als Hauptbestandteil auf, und ist insbesondere aus einem Material hergestellt, das 95% oder mehr an Al enthält. Das Gate-Feld 203 kann aus dem gleichen Material wie das Material für die Emitter-Elektrode 103 ausgebildet sein. Das Gate-Feld 203 wird normalerweise in einem Fertigungsprozess ausgebildet, der mit einem Fertigungsprozess der Emitter-Elektrode 103 identisch ist. Die Übernahme des hauptsächlich Al enthaltenen Materials für die Emitter-Elektrode 103 und das Gate-Feld 203 ermöglicht ein einfaches Ausbilden und Verarbeiten durch das bestehende Verfahren, da die Elektroden des Halbleiterelements diverse Substrate, wie zum Beispiel ein Si-Substrat umfassen. Darüber hinaus kann die Verwendung von Al, wie oben beschrieben, das Bonden mit einer ausgezeichneten Verbindungszuverlässigkeit gewährleisten, wenn der Metalldraht 213 an das Gate-Feld 203 drahtgebondet wird. Der Al-Gehalt nimmt mit Zunahme des Widerstands ab, der für die Elektrode der Halbleitervorrichtung, die den Hochstrom handhabt, nicht vorteilhaft ist. Der Gehalt an Al von 95 % oder darüber stellt eine ausgezeichnete Kompatibilität mit dem Al-Drahtbonden bereit und kann außerdem die Leitfähigkeit steigern.
3 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die eine Struktur längs einer Linie III-III in 2 veranschaulicht. Die auf der Emitter-Elektrode 103 ausgebildete Metallschicht 105 ist eine laminierte Metallschicht, bei der z.B. eine Adhäsionssicherungs-Metallschicht 105c, eine Lötverbindungs-Metallschicht 105d und eine Oxidationsschutz-Metallschicht 105e in der angegebenen Reihenfolge von der Seite der Emitter-Elektrode 103 laminiert sind. Als spezifische Materialien für jede der Metallschichten können Ti, Ni und Au für die Adhäsionssicherungs-Metallschicht 105c, die Lötverbindungs-Metallschicht 105d bzw. die Oxidationsschutz-Metallschicht 105e verwendet werden. Ti wird auf die Emitter-Elektrode 103 aufgeschichtet, da die Adhäsion zwischen der Emitter-Elektrode 103 durch die Verwendung des Materials, das hauptsächlich Al beinhaltet, und der aus Nickel hergestellten Lötverbindungs-Metallschicht 105d gesichert ist, und gleichzeitig wird verhindert, dass sich das Ni der Lötverbindungs-Metallschicht 105d zum Halbleiterelement 101 ausbreitet. Die Adhäsionssicherungs-Metallschicht 105c zum Sichern der Adhäsion an der Emitter-Elektrode 103 kann nicht nur aus Ti, sondern z.B. aus Mo sein. Die Emitter-Elektrode 103 kann durch die Verwendung des Materials, das hauptsächlich Al beinhaltet, kaum mit einem Pb-freien Lot, wie z. B. SnAgCu, gelötet werden und sichert somit die Verbindungseigenschaften des Lots und die Lotbenetzbarkeit durch Aufschichten von Ni mittel Ti. Darüber hinaus vermindert die Oxidation der Ni-Schicht die Lotbenetzbarkeit, sodass Au als Oxidationsschutz-Metallschicht 105e aufgeschichtet wird, um die Oxidation von Ni zu verhindern. Die Oxidationsschutz-Metallschicht 105e kann nicht nur aus Au, sondern zum Beispiel auch aus Ag sein. Aus den oben beschriebenen Gründen sind die Ti-/Ni- / Au-Schichten, die mit dem Pb-freien Lot aus SnAgCu gelötet werden können und welche die Adhäsion mit der Emitter-Elektrode 103 sicherstellen, vorzugsweise als Metallschicht 105 auf die Emitter-Elektrode 103 aufgeschichtet.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung 200 veranschaulicht. Als erstes wird mit Bezug auf 5 ein Prozess auf einer sogenannten Wafer-Ebene in einem Schritt S10 (4) mit Ausnahme der Ausbildung der Metallschicht 105 nahezu abgeschlossen. Mit anderen Worten wird ein Wafer (Substrat) mit einer Hauptoberfläche, die eine effektive Region, in der das Halbleiterelement 101 mit der darauf vorgesehenen Emitter-Elektrode 103 (Elementelektrode) angeordnet ist, und eine ineffektive Region außerhalb der effektiven Region umfasst, ausgebildet. Die Emitter-Elektrode 103 ist eine Al-, AlSi- oder AICu-Schicht, die durch ein Sputter-Verfahren ausgebildet wird. Diese Elektrode kann einer Wärmebehandlung bei 400 bis 470 °C in einer Wasserstoffatmosphäre oder einer Stickstoffatmosphäre unterzogen werden. Diese Wärmebehandlung vergrößert die Größe eines Kristalls und verbessert außerdem die Planheit. Dies kann die Abdeckungseigenschaften der Metallschicht 105 verbessern, die anschließend ausgebildet wird.
Als nächstes wird die Metallschicht 105 ausgebildet (4: Schritt S20). Genauer gesagt wird mit Bezug auf 6 zuerst ein Fotolack 501 aufgetragen. Mit Bezug auf 7 wird eine Belichtung und Entwicklung des Fotolacks 501 durchgeführt und dadurch wird der Fotolack 501 gemustert. Auf diese Weise kann der Fotolack 501 durch ein fotolithographisches Verfahren gemustert werden. Dieses Mustern wird so ausgeführt, dass eine Region, welche die Metallschicht 105 nicht verlassen darf, schließlich mit dem Fotolack 501 bedeckt ist.
Mit Bezug auf 8 werden die Metallschichten 105c, 105d und 105e abgeschieden, welche die Metallschicht 105 bilden. Insbesondere werden Ti, Ni und Au nacheinander durch das Sputter-Verfahren oder dergleichen laminiert. Um eine Widerstandsfähigkeit gegen eine thermische Beanspruchung zu verbessern, wird vorzugsweise Ni als Hauptmetall der Metallschicht 105 dicker als Ti und Au aufgeschichtet. Ein Material mit einer hohen Härte, wie zum Beispiel Ni, wird zumindest teilweise (z. B. als Bereich der Metallschicht 105d, die ein Teil der Metallschicht 105 ist) verwendet, und daher weist die Metallschicht 105 zumindest teilweise die Härte auf, die höher als die Härte der Emitter-Elektrode 103 ist. Wenn die nachfolgend beschriebene Lötverbindung auf der Metallschicht 105 ausgeführt wird, kann die Emitter-Elektrode 103 geschützt werden, und die Beschädigung der Emitter-Elektrode 103 kann verhindert werden. Wenn das Löten durchgeführt wird, reduziert sich die Dicke der Metallschicht 105 durch eine Lotauslaugung, und daher beträgt die Dicke an Ni der Metallschicht 105 vorzugsweise 1 µm oder darüber. Die Restdicke des Ni nach dem Löten beträgt vorzugsweise 0,5 µm oder darüber, wodurch die Elektrode hinreichend geschützt werden kann.
Mit nochmaligem Bezug auf 3 werden der Fotolack 501 und eine Metallschicht 105f darauf durch den Ablöseprozess entfernt. Der Ablöseprozess umfasst beispielhaft einen nachfolgend beschriebenen Prozess. Als erstes wird ein Verdünner als organisches Lösungsmittel verwendet, um den Fotolack 501 aufzulösen. Als nächstes wird der Verdünner oder reines Wasser mit hohem Druck auf den Wafer aufgetragen, um den Fotolack 501 und die darauf ausgebildete Metallschicht 105f physikalisch zu entfernen. Auf diese Weise wird die Metallschicht 105 mit dem Muster ausgebildet, das die innere Region 105a und die äußere Region 105b1 umfasst.
Das Muster des im oben genannten Ablöseprozess verwendeten Fotolacks 501 (7) wird hierin detailliert beschrieben. 9A zeigt das Muster des Fotolacks 501 (7) auf der gesamten Hauptoberfläche eines Wafer 100 (Substrat), und 9B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines IXB-Bereichs davon. Darüber hinaus kennzeichnen Bereiche im Schraffurmuster in 9A und 9B(Regionen in einer Draufsicht, in denen der Fotolack 501 angeordnet ist.
Der Fotolack 501 umfasst eine gitterförmige Region 401 und eine grabenförmige Region 403. Die grabenförmige Region 403 dient zum Ausbilden der grabenförmigen Öffnung TR (3) in der Metallschicht 105. Die gitterförmige Region 401 dient zum Ausrichten einer Trennlinie DL in der Öffnung der Metallschicht 105, wenn ein Trennen des Wafer 100 entlang der Trennlinie DL durchgeführt wird. Die Metallschicht 105 wird auf der Trennlinie DL zumindest teilweise durch das Ablösen entfernt, wobei die Öffnung an der Trennlinie DL in der Metallschicht ausgebildet wird, um dadurch anschließend das Trennen einfacher zu durchzuführen.
Darüber hinaus ist eine Öffnungsregion 509 im Fotolack 501 durch die Fotolithographie angeordnet. Die Öffnungsregion 509 umfasst zusätzlich zu einer Region 405 ferner eine Region 409, die der inneren Region 105a (2) entspricht, und eine Region 407, die der äußeren Region 105b1 entspricht. Die Region 409 ist außerhalb einer effektiven Region ER angeordnet, in der das Halbleiterelement 101 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Region 409 in einer ineffektiven Region IR im Wafer 100 angeordnet, die letztendlich nicht zum Halbleiterelement 101 wird. Die ineffektive Region IR umfasst eine periphere Region im Wafer 100 und eine Region in der Nähe der Trennlinie DL. Mit der zusätzlichen Region 409 reduziert sich der abzulösende Bereich der Metallschicht 105. Somit kann der Ablöseprozess mit größerer Zuverlässigkeit durchgeführt werden, wodurch die Produktivität gesteigert werden kann.
Das in 9A und 9B dargestellte Muster wird als Muster des Fotolacks 501 verwendet, und somit gewährleistet die Metallschicht 105 die Funktion des Steuerns der Lotform, während die Region, die als überschüssige Metallschichtregion entfernt werden muss, auf ein Minimum reduziert werden kann.
Als nächstes wird in einem Schritt S30 (4) das Abtrennen längs der Trennlinie DL in der ineffektiven Region IR durchgeführt. Auf diese Weise wird das Halbleiterelement 101 ausgeschnitten. Das Halbleiterelement 101, das ausgeschnitten wurde, wird komplettiert, und somit wird die Halbleitervorrichtung 200 (1) erhalten. In diesem Komplettierungsschritt wird die externe Elektrode 117 an die innere Region 105a der Metallschicht 105 (4: Schritt S40) gelötet. Dieser Schritt des Lötens wird nachfolgend beschrieben.
Die Lötverbindung mit dem Lotbereich 121, die zwischen der externen Elektrode 117 und der inneren Region 105a der Metallschicht 105 durchgeführt wird, wird zum Beispiel durch Auftropfen von flüssigem Lot aus einer Durchgangsöffnung 119 ausgeführt, die in der externen Elektrode 117 angeordnet ist. Das aufgetropfte Lot benetzt die innere Region 105a und breitet sich darüber aus. Die Ausbreitung des Lots endet mit Erreichen der grabenförmigen Öffnung TR. Der Grund dafür ist, dass die Emitter-Elektrode 103, die durch die grabenförmige Öffnung TR freigelegt ist, eine niedrigere Lotbenetzbarkeit als die Lotbenetzbarkeit der inneren Region 105a aufweist. Falls das Hauptmaterial für die Emitter-Elektrode 103 Al ist, wird eine natürliche Oxidschicht auf der Oberfläche der Emitter-Elektrode 103 ausgebildet, sodass der freigelegte Bereich der Emitter-Elektrode 103 eine schwache Lotbenetzbarkeit aufweist und das Benetzen und Ausbreiten des Lots am freigelegten Bereich der Emitter-Elektrode 103 am Metallschicht-Endbereich endet. Auf diese Weise verhindert die Emitter-Elektrode 103 das Benetzen und Ausbreiten des Lots, wobei ein Eintritt des Lots in die äußere Region 105b1 außerhalb des freigelegten Bereichs der Emitter-Elektrode 103 nicht ermöglicht wird, und die Lotform in der inneren Region 105a gehalten wird, wodurch der Lotbereich 121 mit der gewünschten Form erreicht wird.
Das Halbleiterelement 101 wird schließlich mit dem Dichtungsmaterial 123 oder dergleichen (4: Schritt S50) abgedichtet. Somit ist die Halbleitervorrichtung 200 als Modul mit der darauf montierten externen Elektrode 117 oder dergleichen fertiggestellt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Metallschicht 105 die äußere Region 105b1 auf, die anstatt der inneren Region 105a zum Anlöten verwendet wird. Mit anderen Worten ist die äußere Region 105b1 durch das Ablösen nicht entfernt worden. Dies kann einen Prozentsatz der durch das Ablösen entfernten Metallschicht 105 im Vergleich zu einem Fall reduzieren, bei dem die äußere Region 105b1 entfernt wurde. Demzufolge kann das Ablösen einfacher und zuverlässiger durchgeführt werden. Darüber hinaus ist eine Menge der durch das Ablösen entfernten Metallschicht 105f gering und eine freigelegte Fläche der Emitter-Elektrode 103 ist dementsprechend klein, wodurch ein Auftreten eines Kratzers, der durch einen Kontakt der Metallschicht 105f verursacht wird, die beim Ablösen an der Emitter-Elektrode 103 entfernt wurde, verhindert wird. Wie oben beschrieben, können die Erträge des Ablöseprozesses somit erhöht werden. Auf diese Weise kann das Ablösen der Metallschicht 105 einfacher und zuverlässiger durchgeführt werden. Daher können, selbst wenn die Metallschicht 105 dickschichtig aufgebracht ist, die Erträge des Ablöseprozesses aufrechterhalten werden und eine Abnahme der Produktivität unterdrückt werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
10 zeigt eine Draufsicht, die ein Muster einer Metallschicht 105 eines Halbleiterelements gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. In 10 wurde ein Schraffurmuster an einer Öffnung der Metallschicht 105 zur Vereinfachung der Darstellung hinzugefügt. 11A und 11B zeigen schematische Teilquerschnittsansichten, die Strukturen längs einer Linie XIA-XIA bzw. einer Linie XIB-XIB in 10 veranschaulichen.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Metallschicht 105 eine innere Region 105a und äußere Regionen 105b2, die um die innere Region 105a herum angeordnet sind. Die äußeren Regionen 105b2 sind gleichermaßen wie die äußere Region 105b1 (2) eine Dummy-Metallschicht, die insbesondere für die Lötverbindung nicht erforderlich ist. Die äußeren Regionen 105b2 umfassen eine Vielzahl von Bereichen, die einzeln um die innere Region 105a herum angeordnet sind. Mit anderen Worten ist eine gitterförmige Öffnung SP in den äußeren Regionen 105b2 angeordnet, um die Bereiche voneinander zu trennen. Die weiteren Konfigurationen gleichen in diesem Ausführungsbeispiel jenen im ersten Ausführungsbeispiel. Das Lot, das die innere Region 105a benetzt und sich darüber ausbreitet, wird in der inneren Region 105a gehalten, ohne die hinreichend kleinen äußeren Regionen 105b2 zu benetzen und sich darüber auszubreiten, sodass die Form des Lotbereichs 121 (1), d.h. die Lotform nach dem Anlöten gesteuert werden kann.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann sich eine Region der Metallschicht 105, die durch den Ablöseprozess entfernt werden muss, vergrößern, aber es ist von Vorteil, dass sich eine Gesamtkantenlänge des Fotolacks vergrößert, der zum Ablösen der Metallschicht 105 verwendet wird. Dies erhöht die Möglichkeit für einen Verdünner, in den Fotolack einzudringen und diesen aufzulösen, und dadurch kann das Ablösen einfacher und zuverlässiger durchgeführt werden.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
12 zeigt eine Draufsicht, die ein Muster einer Metallschicht 105 auf einem Halbleiterelement gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. In 12 ist ein Schraffurmuster an Öffnungen der Metallschicht 105 zur Vereinfachung der Darstellung hinzugefügt. 13A und 13B zeigen schematische Teilquerschnittsansichten, die Strukturen längs einer Linie XIIA-XIIA bzw. einer Linie XIIB-XIIB in 12 veranschaulichen.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Metallschicht 105 eine innere Region 105a und eine äußere Region 105b3, die um die innere Region 105a herum angeordnet ist. Eine Vielzahl von einzelnen Öffnungen IL, welche die Emitter-Elektroden 103 freilegen, ist in der äußeren Region 105b3 angeordnet. Die einzelnen Öffnungen IL sind vorgesehen, und somit sind die innere Region 105a und die äußere Region 105b3, wie in 12 dargestellt, miteinander nur durch ein Abmaß WD (ein Maß) oder geringer miteinander verbunden. In einem Fall, bei dem das flüssige Lot auf der inneren Region 105a angeordnet ist, ist das Abmaß WD gering genug, um das Ausbreiten des Lots von der inneren Region 105a zur äußeren Region 105b3 zu erschweren.
Das Lot, das die innere Region 105a der Metallschicht 105 benetzt und sich zum Zeitpunkt des Lötens in der oben beschriebenen Konfiguration darüber ausbreitet, wird durch die Emitter-Elektroden 103 behindert, die in den einzelnen Öffnungen IL freigelegt sind. Genauer gesagt ist die Linienbreite (das Abmaß WD in der Darstellung) der äußeren Region 105b3 zwischen den Emitter-Elektroden 103, die um die innere Region 105a freigelegt sind, ausreichend gering, sodass das Lot in der inneren Region 105a gehalten wird, ohne die Außenseite der inneren Region 105a zu benetzen und sich dazu auszubreiten. Somit kann die Form des Lotbereichs 121 (1), das heißt die Lotform nach dem Löten gesteuert werden. Die weiteren Konfigurationen in diesem Ausführungsbeispiel gleichen jenen im ersten Ausführungsbeispiel.
Wie in 13A dargestellt, kann die äußere Region 105b3 auch ein Abmaß aufweisen, das geringer als oder gleichgroß wie das Abmaß WD in einem Bereich ist, der durch die einzelnen Öffnungen IL von der inneren Region 105a getrennt ist. Dies kann das Benetzen und Ausbreiten des Lots noch zuverlässiger verhindern.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann sich eine Region der Metallschicht 105 vergrößern, die durch den Ablöseprozess entfernt werden muss, aber es ist von Vorteil, dass sich eine Kantenlänge des Fotolacks vergrößert, der zum Ablösen der Metallschicht 105 verwendet wird. Dies erhöht die Möglichkeit für einen Verdünner, in den Fotolack einzudringen und diesen aufzulösen, und dadurch kann das Ablösen einfacher und zuverlässiger durchgeführt werden.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
14 zeigt eine Draufsicht, die ein Muster einer Metallschicht 105 eines Halbleiterelements gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. In 14 ist ein Schraffurmuster an einer Mantelschicht 1101 auf der Metallschicht 105 zur Vereinfachung der Darstellung hinzugefügt. 15 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die eine Struktur längs einer Linie XV-XV in 14 veranschaulicht.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Metallschicht 105 eine innere Region 105a und eine äußere Region 105b4, die um die innere Region 105a herum angeordnet ist. Die innere Region 105a und die äußere Region 105b4 bilden eine integrierte Metallschicht ohne Öffnungen. Mit anderen Worten sind die innere Region 105a und die äußere Region 105b4 miteinander an einer gesamten Grenzlinie zwischen diesen verbunden. Das heißt, die Metallschicht 105 ist auf der gesamten Oberfläche der Emitter-Elektrode 103 ausgebildet.
Die Mantelschicht 1101 zum Verhindern des Eintritts des Lots, wenn die externe Elektrode 117 (1) angelötet wird, ist auf der Metallschicht 105 ausgebildet. Die Mantelschicht 1101 ist teilweise auf der Metallschicht 105 angeordnet und trennt die Metallschicht 105 in die innere Region 105a und die äußere Region 105b4, welche die innere Region 105a umschließt. Das Löten zwischen der externen Elektrode 117 und der Metallschicht 105 wird auf der inneren Region 105a ausgeführt. Die Mantelschicht 1101 umschließt die innere Region 105a. Die weiteren Konfigurationen in diesem Ausführungsbeispiel gleichen jenen im ersten Ausführungsbeispiel
Die Mantelschicht 1101 weist eine Lotbenetzbarkeit auf, die geringer als eine Lotbenetzbarkeit der Metallschicht 105 ist. Insofern ist die Mantelschicht 1101 vorzugsweise eine aus Polyimid hergestellte Isolierschicht. Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass deren Dicke ca. 2 µm oder darüber und ca. 20 µm oder darunter beträgt. Wenn die Schichtdicke des Polyimids 20 µm überschreitet, ist ein erhebliches Verziehen in einem Wafer aufgrund einer Schrumpfspannung des Polyimids, die beim Backen des Polyimids erzeugt wird, zu erwarten. Wenn das Polyimid über 20 µm gestapelt wird, geht darüber hinaus eine Planheit der Wafer-Oberfläche wahrscheinlich verloren. Für die gemeinsam mit der Schutzschicht 209 ausgebildete Mantelschicht 1101 weist das Polyimid ferner die Funktion des Beschichtens und Schützens des Abschlussbereichs 205 oder dergleichen auf, und wenn das Polyimid die Schichtdicke von unter 2 µm aufweist, sind Ausbildungsdefekte, die an einem Stufenbereich oder dergleichen im Abschlussbereich 205 auftreten, zu erwarten.
Das Lot, das die innere Region 105a benetzt und sich darüber ausbreitet, wird durch die Mantelschicht 1101 behindert und in der inneren Region 105a gehalten, ohne die Metallschicht 105 außerhalb der Mantelschicht 1101, d.h. die äußere Region 105b4, zu benetzen und sich darüber auszubreiten, wodurch die Form des Lotbereichs 121 (1), d.h. die Lotform nach dem Löten, gesteuert werden kann. Die Verwendung des Polyimids, das eine hohe Wärmebeständigkeit und die Dicke im Bereich von 2 bis 20 µm für die Mantelschicht 1101 aufweist, kann das Benetzen und das Ausbreiten des Lots noch zuverlässiger verhindern, wodurch eine Prozesskonsistenz gewährleistet ist.
Das Ausbilden der Mantelschicht 1101 aus dem gleichen Material wie jenes für eine Passivierungsschicht (nicht dargestellt), die auf dem Halbleiterelement 101 angeordnet ist, vereinfacht die Fertigungsschritte. Darüber hinaus reduziert das gemeinsame Ausbilden von beiden die Anzahl der Schritte. Das Material für die Passivierungsschicht können Polybenzoxazol, andere Siliziumharzmaterialien oder dergleichen außer dem Polyimid sein. Deren Verwendung kann den Schritt des Ausbildens der Mantelschicht 1101 während eines Waferprozesses vor dem Abtrennen abschließen. Darüber hinaus kann die Mantelschicht 1101 auch als weiteres Material, das während des Wafer-Prozesses verwendet wird, unter Verwendung einer Siliziumoxidschicht oder Siliziumnitritschicht ausgebildet werden, die durch ein chemisches Dampfabscheidungs- (CVD-) Verfahren, mit Ausnahme eines organisches Materials ausgebildet werden, das durch das Polyimid und Polybenzoxazol typisiert ist. Wenn die Nitritschicht oder die Oxidschicht durch das CVD-Verfahren ausgebildet werden, kann die Lötverbindungs-Metallschicht 105d auf der Oxidationsschutz-Metallschicht 105e durch eine Wärmebelastung zum Zeitpunkt des CVD abgeschieden werden, und eine Oxidation der Abscheidung kann die Lotbenetzbarkeit erschweren. Die Oxidationsschutz-Metallschicht 105e muss dick ausgebildet werden, um die Ablagerung der 105e zu unterdrücken, aber wenn die Oxidationsschutz-Metallschicht 105e aus Au oder Ag hergestellt ist, erhöhen sich Kosten dadurch, dass die Oxidationsschutz-Metallschicht 105e dick hergestellt wied. Wenn die Oxidationsschutz-Metallschicht 105e aus Au oder Ag hergestellt ist, ist das Material für die Mantelschicht 1101 vorzugsweise das organische Material, das durch das Polyimid oder Polybenzoxazol typisiert ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Ablösen der Metallschicht 105 auf der Emitter-Elektrode 103 anders als bei den zuvor beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsbeispielen nicht speziell erforderlich, sodass das Ablösen der Metallschicht 105 nur am Abschlussbereich 205, an der Trennlinie DL, am Gate-Feld 203 oder dergleichen durchgeführt werden kann. Dies vereinfacht den Ablöseprozess, wodurch sich die Produktivität erhöht.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
16 zeigt eine Draufsicht, die ein Muster einer Metallschicht 105 eines Halbleiterelements gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. In 16 ist ein Schraffurmuster an der Mantelschicht 1301 zur Vereinfachung der Abbildung hinzugefügt. 17 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die eine Struktur längs einer Linie XVII-XVII in 16 veranschaulicht.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Metallschicht 105 eine innere Region 105a und eine äußere Region 105b5, die um die innere Region 105a herum angeordnet ist. Die äußere Region 105b5 ist nahezu die gleiche wie die äußere Region 105b1 (2). Mit anderen Worten weist die Metallschicht 105 eine grabenförmige Öffnung TR (17) auf, die eine Emitter-Elektrode 103 zwischen der inneren Region 105a und der äußeren Region 105b5 freilegt. Die grabenförmige Öffnung TR umschließt die innere Region 105a, die eine Region ist, in der die Lötverbindung ausgeführt wird. Eine Mantelschicht 1301 zum Verhindern des Eintritts des Lots ist an der grabenförmigen Öffnung TR ausgebildet. Wie in 17 dargestellt, umgibt die Mantelschicht 1301, die eine größere Breite als eine Öffnungsbreite der grabenförmigen Öffnung TR aufweist, die Region, in der die Lötverbindung ausgeführt wird, gleichermaßen wie die grabenförmige Öffnung TR. Ein Material für die Mantelschicht 1301 und ein Verfahren zum Ausbilden der Mantelschicht 1301 gleichen jenen der Mantelschicht 1101 (viertes Ausführungsbeispiel). Darüber hinaus ist die Konfiguration, mit Ausnahme der einen oben beschriebenen, nahezu die gleiche wie die Konfiguration im zuvor beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel, sodass die gleichen oder die entsprechenden Bauteile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, die hier nicht wiederholt werden.
Wenn z. B. Au für die äußerste Oberflächenschicht der Metallschicht 105 verwendet wird und die Mantelschicht 1301 eine Polyimidschicht ist, wird ein Muster des Polyimids auf der Metallschicht 105 ausgebildet, was möglicherweise zum Abtrennen des Polyimids während des Wafer-Prozesses oder des Lötens aufgrund der geringen Adhäsion zwischen Au und dem Polyimid führt. In diesem Ausführungsbeispiel stehen die Polyimidschicht und die Emitter-Elektrode 103 durch die grabenförmige Öffnung TR der Metallschicht 105 in engem Kontakt miteinander, wodurch das Abtrennen des Polyimids verhindert werden kann. Dieser Effekt ist größer, wenn ein Material mit einem größeren Al-Gehalt als jener der Metallschicht 105 für die Emitter-Elektrode 103 verwendet wird. Die Emitter-Elektrode 103, die insbesondere aus dem Material ausgebildet ist, das 95 % oder mehr an Al enthält, weist eine große Adhäsion mit dem Polyimid auf, wodurch das Risiko des Abtrennens der Polyimidschicht weiter reduziert werden kann. Die gleichen Effekte werden auch erreicht, wenn ein Material, das Au oder AG enthält, für die äußerste Oberflächenschicht der Metallschicht 105 verwendet wird, und ein Material mit einem niedrigeren Au- oder AG-Gehalt als jener der äußersten Oberflächenschicht der Metallschicht 105 für die Emitter-Elektrode 103 verwendet wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Mantelschicht 1301, die schwieriger als die Mantelschicht 1101 im vierten Ausführungsbeispiel abgetrennt wird, ausgebildet werden. Somit kann die Form des Lotbereichs 121 (1) durch die Mantelschicht 1301 zuverlässiger gesteuert werden.
Darüber hinaus gleicht die in der Metallschicht 105 in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildete Öffnung der grabenförmigen Öffnung TR im ersten Ausführungsbeispiel, jedoch ist die Form der Öffnung darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel kann die der gitterförmigen Öffnung SP (10: zweites Ausführungsbeispiel) oder der einzelnen Öffnung IL (12: drittes Ausführungsbeispiel) ähnliche Form verwendet werden.
Der Ablöseprozess in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ist nicht darauf beschränkt, durch Aufbringen eines Verdünners oder reinen Wassers auf einen Fotolack mit hohem Druck ausgeführt zu werden. Das Ablösen kann beispielsweise durch Aufbringen eines Klebebands auf eine Metallschicht und Abziehen des Klebebands ausgeführt werden. In diesem Fall wird die Metallschicht auf dem Fotolack durch die Adhäsion des Klebebands entfernt.
Darüber hinaus können die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß beliebig kombiniert werden. Jedes Ausführungsbeispiel kann im Schutzumfang der Erfindung in geeignetem Maße verändert oder weggelassen werden.
(Zusätzliche Bemerkungen)
Die Beschreibung umfasst die nachstehende Offenbarung von (i) bis (ix).

(i) Halbleitervorrichtung (200), umfassend:
- ein Halbleiterelement (101);
- eine Elektrode (103), die auf einer Oberfläche des Halbleiterelements angeordnet ist;
- eine erste Metallschicht (105a), die auf einer Oberfläche der Elektrode und in einer Form zum Steuern einer Lotform nach dem Anlöten angeordnet ist;
- eine zweite Metallschicht (105b1) die in einer Form angeordnet ist, die eine Region der Elektrode mit Ausnahme der ersten Metallschicht abdeckt, um einen freigelegten Bereich zu bilden, der eine Öffnung (TR) ausbildet, welche die Elektrode in einer Grabenform längs eines Umfangs der ersten Metallschicht freilegt; und
- eine externe Elektrode (117) die an die erste Metallschicht gelötet ist.

Die Konfiguration dieser Halbleitervorrichtung kann zum Beispiel aus dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel abgelesen werden.

(ii) Halbleitervorrichtung (200), umfassend:
- ein Halbleiterelement (101);
- eine Elektrode (103), die auf einer Oberfläche des Halbleiterelements angeordnet ist;
- eine erste Metallschicht (105a), die auf einer Oberfläche der Elektrode und in einer Form zum Steuern einer Lotform nach dem Löten angeordnet ist;
- eine Vielzahl von zweiten Metallschichten (105b2), die einzeln in einer Form angeordnet sind, die kleiner als die erste Metallschicht in einem freigelegten Bereich ist, der die Elektrode um die erste Metallschicht freilegt; und
- eine externe Elektrode (117), die an die erste Metallschicht gelötet ist.

Die Konfiguration dieser Halbleitervorrichtung kann zum Beispiel aus dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel abgelesen werden.

(iii) Halbleitervorrichtung (200), umfassend:
- ein Halbleiterelement (101)
- eine Elektrode (103), die auf einer Oberfläche des Halbleiterelements angeordnet ist;
- eine erste Metallschicht (105), die auf einer Oberfläche der Elektrode angeordnet ist; und
- eine externe Elektrode (117), die an die erste Metallschicht gelötet ist,
- wobei die erste Metallschicht umfasst:
  - eine Lötverbindungs-Region (105a), zum Anlöten an die externe Elektrode; und
  - freiliegende Bereiche (IL), welche die Elektrode in einer Region mit Ausnahme der Lötverbindungs-Region freilegen, um eine dünne Linienbreite (WD) zu bilden, die den Eintritt des Lots erschwert.

Die Konfiguration dieser Halbleitervorrichtung kann zum Beispiel aus dem oben beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel abgelesen werden.

(iv) Halbleitervorrichtung (200) nach Abschnitt (i) bis (iii) umfasst eine Mantelschicht (1301), die auf dem freigelegten Bereich und in der Form zum Steuern der Lotform zum Zeitpunkt des Lötens angeordnet ist.

Die Konfiguration dieser Halbleitervorrichtung kann zum Beispiel aus dem oben beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel abgelesen werden.

(v) Halbleitervorrichtung (200), umfassend:
- ein Halbleiterelement (101);
- eine Elektrode (103), die auf einer Oberfläche des Halbleiterelements angeordnet ist;
- eine Metallschicht (105), die auf einer Oberfläche der Elektrode angeordnet ist; und
- eine Mantelschicht (1101), die auf der Metallschicht und in einer Form zum Steuern einer Lotform zum Zeitpunkt des Lötens angeordnet ist.

Die Konfiguration dieser Halbleitervorrichtung kann zum Beispiel aus dem oben beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel abgelesen werden.

(vi) Halbleitervorrichtung nach dem oben beschriebenen Abschnitt (iv) oder (v), wobei die Mantelschicht aus Polyimid mit einer Dicke von 2 bis 20 µm hergestellt ist.
(vii) Halbleitervorrichtung nach einem der oben beschriebenen Abschnitte (i) bis (vi), wobei die Elektrode aus einem Material hergestellt ist, das 95 % oder mehr Aluminium enthält.
(viii) Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß einem der oben beschriebenen Abschnitte (i) bis (vii), wobei im Schritt des Ausbildens der ersten Metallschicht die gleiche Metallschicht wie die erste Metallschicht auch auf einer ineffektiven Region (IR) ausgebildet wird, die nicht als Halbleitervorrichtung in einer gesamten Region auf einer Oberfläche eines Wafers (100) verwendet wird.
(ix) Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach dem oben beschriebenen Abschnitt (viii), wobei eine Öffnung in der Metallschicht an der ineffektiven Region ausgebildet ist und die Öffnung auf einer Trennlinie (DL) angeordnet ist.

Bezugszeichenliste

100: Wafer (Substrat)
101: Halbleiterelement
103: Emitter-Elektrode (Elementelektrode)
105: Metallschicht
105a: innere Region
105b1 bis 105b5: äußere Region
117: externe Elektrode
121: Lotbereich
200: Halbleitervorrichtung
1101, 1301: Mantelschicht
DL: Trennlinie
ER: effektive Region
IL: einzelne Öffnung (Öffnung)
IR: ineffektive Region
SP: gitterförmige Öffnung (Öffnung)
TR: grabenförmige Öffnung (Öffnung)

Claims

Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleiterelement (101); eine Elementelektrode (103), die auf einer Oberfläche des Halbleiterelements (101) angeordnet ist; eine Metallschicht (105), die auf der Elementelektrode (103) angeordnet ist und eine innere Region (105a) und eine äußere Region (105b1, 105b2, 105b3) umfasst, die um die innere Region (105a) herum angeordnet ist, wobei die Metallschicht (105) eine Öffnung (TR, SP, IL) aufweist, welche die Elementelektrode (103) zwischen der inneren Region (105a) und der äußeren Region (105b1, 105b2, 105b3) freilegt, wobei die Elementelektrode (103) eine Lotbenetzbarkeit aufweist, die geringer als eine Lotbenetzbarkeit der Metallschicht (105) ist; und eine externe Elektrode (117), die an die innere Region (105a) der Metallschicht (105) gelötet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die innere Region (105a) und die äußere Region (105b1, 105b2) der Metallschicht (105) durch die Öffnung (TR, SP) getrennt sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Öffnung (TR) in einer Grabenform zwischen der inneren Region (105a) und der äußeren Region (105b1) der Metallschicht (105) angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die äußere Region (105b2) der Metallschicht (105) eine Vielzahl von getrennt angeordneten Bereichen umfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die innere Region (105a) und die äußere Region (105b3) der Metallschicht (105) miteinander nur über die Breite eines Abmaßes (WD) oder kleiner verbunden sind, und das Abmaß (WD) klein genug ist, um ein Ausbreiten eines Lots von der inneren Region (105a) zur äußeren Region (105b3) in einem Fall zu behindern, bei dem flüssiges Lot auf der inneren Region (105a) der Metallschicht (105) angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die innere Region (105a) und die äußere Region (105b1, 105b2, 105b3) der Metallschicht (105) aus einem gleichen Material ausgebildet sind.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Metallschicht (105) zumindest eine Schicht umfasst, die eine Härte aufweist, die höher als eine Härte der Elementelektrode (103) ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Metallschicht (105) eine Dicke von 1 µm oder darüber aufweist.
Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleiterelement (101); eine Elementelektrode (103), die auf einer Oberfläche des Halbleiterelements (101) angeordnet ist; eine Metallschicht (105), die auf der Elementelektrode (103) angeordnet ist; eine Mantelschicht (1301), die teilweise auf der Metallschicht (105) angeordnet ist, die Metallschicht (105) in eine innere Region (105a) und eine äußere Region (105b5) unterteilt, welche die innere Region (105a) umschließt, und eine Lotbenetzbarkeit aufweist, die geringer als eine Lotbenetzbarkeit der Metallschicht (105) ist; und eine externe Elektrode (117), die an die innere Region (105a) der Metallschicht (105) angelötet ist, wobei die Metallschicht (105) eine Öffnung (TR) aufweist, durch welche die Elementelektrode (103) zwischen der inneren Region (105a) und der äußeren Region (105b5) freigelegt ist, und die Mantelschicht (1301) durch die Öffnung (TR) in Kontakt mit der Elementelektrode (103) steht, und wobei die innere Region (105a) und die äußere Region (105b5) durch die Elementelektrode (103) kurzgeschlossen sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Mantelschicht (1301) eine PolyimidSchicht mit einer Dicke von 2 µm oder darüber und 20 µm oder darunter umfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Elementelektrode (103) aus einem Material hergestellt ist, das 95 % oder mehr Aluminium enthält.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte aufweist: Ausbilden eines Substrats (100) mit einer Hauptoberfläche, die eine effektive Region (ER), in welcher ein Halbleiterelement (101) mit einer darauf vorgesehenen Elementelektrode (103) angeordnet ist, und eine ineffektive Region (IR) außerhalb der effektiven Region umfasst, Ausbilden einer Metallschicht (105) auf der Elementelektrode (103), wobei die Metallschicht (105) zusätzlich einen Bereich umfasst, der auf der ineffektiven Region angeordnet ist, wobei die Metallschicht (105) eine innere Region (105a) und eine die innere Region (105a) umgebende äußere Region (105b1, 105b2, 105b3) umfasst, wobei die Metallschicht (105) eine Öffnung (TR, SP, IL) aufweist, welche die Elementelektrode (103) zwischen der inneren Region (105a) und der äußeren Region (105b1, 105b2, 105b3) freilegt, und wobei die Elementelektrode (103) eine geringere Lotbenetzbarkeit als die Metallschicht (105) aufweist, Ausschneiden des Halbleiterelements (101) durch Abtrennen entlang einer Trennlinie (DL) in der ineffektiven Region (IR), nachdem die Metallschicht (105) ausgebildet ist; und Anlöten einer externen Elektrode (117) an der inneren Region (105a) der Metallschicht (105).
Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Ausbildens der Metallschicht (105) einen Schritt eines Ausbildens einer Öffnung an der Trennlinie (DL) in der Metallschicht (105) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die innere Region (105a) und die äußere Region (105b1, 105b2, 105b3) der Metallschicht (105) im gleichen Schritt ausgebildet werden.