JP2016143804A

JP2016143804A - Semiconductor device

Info

Publication number: JP2016143804A
Application number: JP2015019692A
Authority: JP
Inventors: 剛西脇; Takeshi Nishiwaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2016-08-08

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a structure capable of suppressing a crack generated in an electrode from extending into a semiconductor substrate.SOLUTION: A semiconductor device 2 comprises a semiconductor substrate 10, and a surface electrode 40 formed on the semiconductor substrate 10. The surface electrode 40 includes an AlSi-made first electrode layer 42 formed on the semiconductor substrate 10, an Al-made second electrode layer 44 formed on a surface of the first electrode layer 42, and an AlSi-made third electrode layer 46 formed on a surface of the second electrode layer 44. The intensity of the second electrode layer 44 is higher than the intensity of the third electrode layer 46.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書で開示する技術は、半導体装置に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device.

特許文献１には、半導体素子が形成された半導体基板上に形成する電極の強度を高めるために、ＡｌにＳｉを含有させたＡｌＳｉ合金製の電極を形成する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique for forming an electrode made of an AlSi alloy in which Si is contained in Al in order to increase the strength of an electrode formed on a semiconductor substrate on which a semiconductor element is formed.

特開２００５−３４７３１３号公報JP 2005-347313 A

電極の表面には他部材（例えば、ポリイミド層、Ｎｉめっき層等）が配置される。半導体装置の動作に伴って熱が加わると、電極の表面のうち他部材と接触している部分に負荷が加わり、その部分を始点として、電極の表面から裏面に向けてクラックが生じる場合がある。特許文献１の技術では、電極にクラックが生じる場合、クラックが半導体基板内にまで伸展するおそれがある。 Other members (for example, a polyimide layer, a Ni plating layer, etc.) are disposed on the surface of the electrode. When heat is applied with the operation of the semiconductor device, a load is applied to the portion of the electrode surface that is in contact with other members, and cracks may occur from the surface of the electrode toward the back surface starting from that portion. . In the technique of Patent Literature 1, when a crack occurs in the electrode, the crack may extend into the semiconductor substrate.

本明細書では、電極に生じたクラックが半導体基板内にまで伸展することを抑制できる構造の半導体装置を開示する。 The present specification discloses a semiconductor device having a structure capable of suppressing cracks generated in an electrode from extending into a semiconductor substrate.

本明細書が開示する半導体装置の一つは、半導体素子が形成されている半導体基板と、半導体基板上に形成されている電極を有している。電極は、半導体基板上に形成され、Ａｌを含有する材料で形成されている第１電極層と、第１電極層の表面に形成されている第２電極層と、第２電極層の表面に形成され、Ａｌを含有する材料で形成されている第３電極層を有している。第２電極層は、第１電極層及び第３電極層と異なる材料で形成されており、第２電極層の強度は第３電極層の強度よりも高い。 One of semiconductor devices disclosed in this specification includes a semiconductor substrate over which a semiconductor element is formed, and an electrode formed over the semiconductor substrate. The electrodes are formed on a semiconductor substrate and formed of a material containing Al, a second electrode layer formed on the surface of the first electrode layer, and a surface of the second electrode layer The third electrode layer is formed and made of a material containing Al. The second electrode layer is made of a material different from that of the first electrode layer and the third electrode layer, and the strength of the second electrode layer is higher than the strength of the third electrode layer.

この構成によると、半導体装置の動作に伴って熱が加わることにより、他部材と接触している電極の表面に負荷が加わり、電極の表面（即ち第３電極層）にクラックが生じた場合であっても、第２電極層の強度が第３電極層の強度よりも高いため、発生したクラックは、第３電極層内で伸展し続け、第２電極層内にまで伸展することが抑制される。クラックは、強度がより低い部分内で優先的に伸展する傾向があるためである。そのため、電極に生じたクラックが半導体基板内にまで伸展することを抑制することができる。 According to this configuration, when heat is applied in accordance with the operation of the semiconductor device, a load is applied to the surface of the electrode in contact with another member, and a crack is generated on the surface of the electrode (that is, the third electrode layer). Even so, since the strength of the second electrode layer is higher than the strength of the third electrode layer, the generated cracks continue to extend in the third electrode layer and are prevented from extending into the second electrode layer. The This is because cracks tend to preferentially extend within a lower strength portion. Therefore, it is possible to suppress the crack generated in the electrode from extending into the semiconductor substrate.

「半導体基板上に形成された電極」とは、半導体基板の表面に電極が直接接続されていることと、半導体基板の表面と電極との間に別の層（例えばＴｉ層等の導電体層）が介在していることのどちらも含む。また、「強度」とは、各電極層に作用する応力に対する強さを意味する。例えば、強度は、疲労強度によって定義することができる。疲労強度が高いほど、強度が高いと言うことができる。疲労強度は、例えば、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standard（日本工業規格）の略）に定められた試験方法（疲れ試験）によって測定することができる。また、疲労強度は、引張強度、０．２％耐力、硬さ、剪断強度等の他の機械的性質と密接な関係があることも知られており、疲労強度を明確に定めることができない材料（例えば明確な疲労限度を示さない材料）の場合は、例えば、引張強度、０．２％耐力、硬さ、剪断強度、のいずれか１つ以上を疲労強度の代替としてもよいことも知られている。これらの機械的性質も、例えば、ＪＩＳに定められた試験方法（引張試験等）によって測定することができる。本明細書では、引張強度のことを「強度」の一例として説明する場合がある。 “Electrode formed on a semiconductor substrate” means that the electrode is directly connected to the surface of the semiconductor substrate and another layer (eg, a conductor layer such as a Ti layer) between the surface of the semiconductor substrate and the electrode. ) Is included. “Strength” means strength against stress acting on each electrode layer. For example, strength can be defined by fatigue strength. It can be said that the higher the fatigue strength, the higher the strength. The fatigue strength can be measured, for example, by a test method (fatigue test) defined in JIS (abbreviation of Japanese Industrial Standard). It is also known that fatigue strength is closely related to other mechanical properties such as tensile strength, 0.2% proof stress, hardness, and shear strength, and materials for which fatigue strength cannot be clearly defined. In the case of (for example, a material that does not exhibit a clear fatigue limit), it is also known that any one or more of, for example, tensile strength, 0.2% proof stress, hardness, and shear strength may be substituted for fatigue strength. ing. These mechanical properties can also be measured by, for example, a test method (tensile test or the like) defined in JIS. In this specification, the tensile strength may be described as an example of “strength”.

本明細書が開示する半導体装置の他の一つは、半導体素子が形成されている半導体基板と、半導体基板上に形成されている電極を有している。電極は、半導体基板上に形成され、Ａｌを含有する材料で形成されている第１電極層と、第１電極層の表面に形成されている第２電極層と、第２電極層の表面に形成され、Ａｌを含有する材料で形成されている第３電極層を有している。第２電極層は、第１電極層及び第３電極層と異なる材料で形成されており、第２電極層の強度は第１電極層の強度よりも低い。 Another semiconductor device disclosed in this specification includes a semiconductor substrate over which a semiconductor element is formed and an electrode formed over the semiconductor substrate. The electrodes are formed on a semiconductor substrate and formed of a material containing Al, a second electrode layer formed on the surface of the first electrode layer, and a surface of the second electrode layer The third electrode layer is formed and made of a material containing Al. The second electrode layer is made of a material different from that of the first electrode layer and the third electrode layer, and the strength of the second electrode layer is lower than the strength of the first electrode layer.

この構成によると、電極の表面（即ち第３電極層）にクラックが生じた場合であっても、第２電極層の強度が第１電極層の強度より低いため、発生したクラックは、第３電極層から第２電極層まで伸展した後、第２電極層内で伸展し続け、第１電極層内にまで伸展することが抑制される。クラックは、強度がより低い部分内で優先的に伸展する傾向があるためである。そのため、電極に生じたクラックが半導体基板内にまで伸展することを抑制することができる。 According to this configuration, even if a crack is generated on the surface of the electrode (that is, the third electrode layer), since the strength of the second electrode layer is lower than the strength of the first electrode layer, After extending from the electrode layer to the second electrode layer, it continues to extend in the second electrode layer and is prevented from extending into the first electrode layer. This is because cracks tend to preferentially extend within a lower strength portion. Therefore, it is possible to suppress the crack generated in the electrode from extending into the semiconductor substrate.

第１実施例の半導体装置２を模式的に示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows typically the semiconductor device 2 of 1st Example. 比較例の半導体装置１０２の表面電極１４０にクラック１９０が発生する様子を模式的に示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows typically a mode that the crack 190 generate | occur | produces in the surface electrode 140 of the semiconductor device 102 of a comparative example. 第１実施例の半導体装置２の表面電極４０にクラック９０が発生する様子を模式的に示す断面説明図。Cross-sectional explanatory drawing which shows typically a mode that the crack 90 generate | occur | produces in the surface electrode 40 of the semiconductor device 2 of 1st Example. 第２実施例の半導体装置２０２を模式的に示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows typically the semiconductor device 202 of 2nd Example. 第２実施例の半導体装置２０２の表面電極２４０にクラック２９０が発生する様子を模式的に示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows typically a mode that the crack 290 generate | occur | produces in the surface electrode 240 of the semiconductor device 202 of 2nd Example.

（第１実施例）
図１に示すように、本実施例の半導体装置２は、半導体基板１０と表面電極４０とポリイミド層６０と表面Ｎｉ層７０と裏面電極８０と裏面Ｎｉ層８５を有する。 (First embodiment)
As shown in FIG. 1, the semiconductor device 2 of this embodiment includes a semiconductor substrate 10, a front electrode 40, a polyimide layer 60, a front Ni layer 70, a back electrode 80, and a back Ni layer 85.

半導体基板１０は、Ｓｉ基板である。半導体基板１０には、ＩＧＢＴが形成されている。半導体基板１０には、ｎ型のエミッタ領域１２、ｐ型のボディ領域１４、ｎ型のドリフト領域１６、及び、ｐ型のコレクタ領域１８が形成されている。エミッタ領域１２は、半導体基板１０の表面１０ａ（図１の上側の面）に臨む範囲に形成されている。ボディ領域１４は、エミッタ領域１２の側方及び下側に形成されている。ドリフト領域１６は、ボディ領域１４の下側に形成されている。コレクタ領域１８は、ドリフト領域１６の下側であって、半導体基板１０の裏面１０ｂ（図１の下側の面）に臨む範囲に形成されている。エミッタ領域１２の表面１０ａに臨む範囲とボディ領域１４の表面１０ａに臨む範囲は、
表面電極４０にオーミック接続している。コレクタ領域１８の裏面１０ｂに臨む範囲は、裏面電極８０にオーミック接続している。 The semiconductor substrate 10 is a Si substrate. An IGBT is formed on the semiconductor substrate 10. In the semiconductor substrate 10, an n-type emitter region 12, a p-type body region 14, an n-type drift region 16 and a p-type collector region 18 are formed. The emitter region 12 is formed in a range facing the surface 10a of the semiconductor substrate 10 (upper surface in FIG. 1). The body region 14 is formed on the side and the lower side of the emitter region 12. The drift region 16 is formed below the body region 14. The collector region 18 is formed in a range below the drift region 16 and facing the back surface 10b of the semiconductor substrate 10 (the lower surface in FIG. 1). The range facing the surface 10a of the emitter region 12 and the range facing the surface 10a of the body region 14 are:
An ohmic connection is made to the surface electrode 40. A range facing the back surface 10 b of the collector region 18 is in ohmic contact with the back electrode 80.

また、半導体基板１０の表面１０ａには複数本のゲートトレンチ２０が形成されている。各ゲートトレンチ２０の内側にはゲート絶縁膜２２が形成されており、ゲート絶縁膜２２の内側にはゲート電極２４が形成されている。ゲート電極２４の上面には層間絶縁膜２６が形成されている。層間絶縁膜２６により、ゲート電極２４は表面電極４０から電気的に絶縁されている。ゲート電極２４は、図示しない位置で、半導体基板１０の表面１０ａに設けられているゲート電極パッド（図示しない）に電気的に接続されている。 A plurality of gate trenches 20 are formed on the surface 10 a of the semiconductor substrate 10. A gate insulating film 22 is formed inside each gate trench 20, and a gate electrode 24 is formed inside the gate insulating film 22. An interlayer insulating film 26 is formed on the upper surface of the gate electrode 24. The gate electrode 24 is electrically insulated from the surface electrode 40 by the interlayer insulating film 26. The gate electrode 24 is electrically connected to a gate electrode pad (not shown) provided on the surface 10a of the semiconductor substrate 10 at a position not shown.

表面電極４０は、半導体基板１０の表面１０ａに形成されている。表面電極４０は、ＩＧＢＴのエミッタ領域１２とボディ領域１４に接続されるエミッタ電極である。表面電極４０は、第１電極層４２、第２電極層４４、及び、第３電極層４６を有する。 The surface electrode 40 is formed on the surface 10 a of the semiconductor substrate 10. The surface electrode 40 is an emitter electrode connected to the emitter region 12 and the body region 14 of the IGBT. The surface electrode 40 includes a first electrode layer 42, a second electrode layer 44, and a third electrode layer 46.

第１電極層４２は、半導体基板１０の表面１０ａに形成されている。第１電極層４２は、ＡｌにＳｉが加えられたＡｌＳｉ合金製の電極層である。第１電極層４２のＳｉ濃度は、例えば、１．０〜３．０％である。第１電極層４２の厚さは、例えば１．０〜１０μｍである。第１電極層４２の引張強度は、例えば、１０８Ｎ／ｍｍ^２である。以下、本実施例では、「強度」の基準として引張強度を採用する場合を例として説明する。 The first electrode layer 42 is formed on the surface 10 a of the semiconductor substrate 10. The first electrode layer 42 is an electrode layer made of an AlSi alloy in which Si is added to Al. The Si concentration of the first electrode layer 42 is, for example, 1.0 to 3.0%. The thickness of the first electrode layer 42 is, for example, 1.0 to 10 μm. The tensile strength of the first electrode layer 42 is, for example, 108 N / mm ² . Hereinafter, in the present embodiment, a case where tensile strength is adopted as a standard of “strength” will be described as an example.

第２電極層４４は、第１電極層４２の表面に形成されている。第２電極層４４は、ＡｌにＣｕが加えられたＡｌＣｕ合金製の電極層である。第２電極層４４のＣｕ濃度は、例えば、０．５〜３．０％である。第２電極層４４の厚さは、例えば、０．１〜１．０μｍである。第２電極層４４の引張強度は、例えば、４９０Ｎ／ｍｍ^２であり、第１電極層４２の引張強度よりも高い。 The second electrode layer 44 is formed on the surface of the first electrode layer 42. The second electrode layer 44 is an electrode layer made of an AlCu alloy in which Cu is added to Al. The Cu concentration of the second electrode layer 44 is, for example, 0.5 to 3.0%. The thickness of the second electrode layer 44 is, for example, 0.1 to 1.0 μm. The tensile strength of the second electrode layer 44 is, for example, 490 N / mm ² and is higher than the tensile strength of the first electrode layer 42.

第３電極層４６は、第２電極層４４の表面に形成されている。第３電極層４６は、第１電極層４２と同様のＡｌＳｉ合金製の電極層である。第３電極層４６の厚さも、第１電極層４２と同様に、例えば１．０〜１０μｍである。また、第３電極層４６の引張強度も、第１電極層４２の引張強度と同様に、例えば１０８Ｎ／ｍｍ^２である。即ち、上記の第２電極層４４の引張強度は、第３電極層４６の引張強度よりも高い。 The third electrode layer 46 is formed on the surface of the second electrode layer 44. The third electrode layer 46 is an electrode layer made of an AlSi alloy similar to the first electrode layer 42. The thickness of the third electrode layer 46 is, for example, 1.0 to 10 μm, similarly to the first electrode layer 42. Further, the tensile strength of the third electrode layer 46 is, for example, 108 N / mm ² , similarly to the tensile strength of the first electrode layer 42. That is, the tensile strength of the second electrode layer 44 is higher than the tensile strength of the third electrode layer 46.

ポリイミド層６０は、表面電極４０（即ち、第３電極層４６）の表面の一部に形成されている絶縁層である。 The polyimide layer 60 is an insulating layer formed on a part of the surface of the surface electrode 40 (that is, the third electrode layer 46).

表面Ｎｉ層７０は、表面電極４０（即ち、第３電極層４６）の表面のうち、ポリイミド層６０が形成されていない範囲に形成されているＮｉめっき層である。 The surface Ni layer 70 is a Ni plating layer formed in a range where the polyimide layer 60 is not formed on the surface of the surface electrode 40 (that is, the third electrode layer 46).

裏面電極８０は、半導体基板１０の裏面１０ｂ全面に形成されている。裏面電極８０は、ＩＧＢＴのコレクタ領域１８に接続されるコレクタ電極である。裏面電極８０は、上記の第１電極層４２と同様のＡｌＳｉ合金製の電極である。 The back electrode 80 is formed on the entire back surface 10 b of the semiconductor substrate 10. The back electrode 80 is a collector electrode connected to the collector region 18 of the IGBT. The back electrode 80 is an electrode made of an AlSi alloy similar to the first electrode layer 42 described above.

裏面Ｎｉ層８５は、裏面電極８０の裏面全面に形成されているＮｉめっき層である。 The back Ni layer 85 is a Ni plating layer formed on the entire back surface of the back electrode 80.

半導体装置２を使用する際には、表面Ｎｉ層７０の表面にはんだを介してスペーサ材を接続し、そのスペーサ材の表面にはんだを介してリードフレームを接続する。また、裏面Ｎｉ層８５の裏面にも、はんだを介してリードフレームを接続する。また、ゲート電極２４と電気的に接続されているゲート電極パッド（図示しない）にはワイヤを接続する。 When the semiconductor device 2 is used, a spacer material is connected to the surface of the surface Ni layer 70 via solder, and a lead frame is connected to the surface of the spacer material via solder. The lead frame is also connected to the back surface of the back Ni layer 85 via solder. A wire is connected to a gate electrode pad (not shown) that is electrically connected to the gate electrode 24.

本実施例の半導体装置２の作用効果を十分に説明するために、図２を参照して、比較例である従来の半導体装置１０２について説明する。図２では、本実施例の半導体装置２（図１参照）と同様の構成を備える要素は、図１と同様の符号で示している。従来の半導体装置１０２は、表面電極１４０の構成が本実施例の半導体装置２とは異なる。表面電極１４０は、ＡｌＳｉ合金製の電極である。表面電極１４０は、本実施例の表面電極４０のように、３つの電極層を有していない。即ち、表面電極１４０は、どの部分もほぼ同じ引張強度を有する。 In order to fully explain the operational effects of the semiconductor device 2 of the present embodiment, a conventional semiconductor device 102 as a comparative example will be described with reference to FIG. 2, elements having the same configuration as that of the semiconductor device 2 (see FIG. 1) of the present embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. The conventional semiconductor device 102 is different from the semiconductor device 2 of the present embodiment in the configuration of the surface electrode 140. The surface electrode 140 is an electrode made of AlSi alloy. The surface electrode 140 does not have three electrode layers like the surface electrode 40 of the present embodiment. That is, the surface electrode 140 has almost the same tensile strength in any part.

半導体装置１０２の動作に伴って熱が加わると、ポリイミド層６０及び表面Ｎｉ層７０と接触している表面電極１４０の表面部分（特に、ポリイミド層６０と表面Ｎｉ層７０と表面電極１４０の三者が接触する部分）に負荷が加わり、表面電極１４０の表面から裏面に向けてクラック１９０が生じる場合がある。表面電極１４０は、どの部分もほぼ同じ引張強度を有するため、クラック１９０は、表面電極１４０の裏面に向けて伸展し、半導体基板１０内にまで達するおそれがある。 When heat is applied in accordance with the operation of the semiconductor device 102, the surface portions of the surface electrode 140 in contact with the polyimide layer 60 and the surface Ni layer 70 (particularly, the polyimide layer 60, the surface Ni layer 70, and the surface electrode 140) In some cases, a load is applied to the contact portion), and a crack 190 is generated from the front surface 140 to the back surface. Since the front electrode 140 has almost the same tensile strength in all portions, the crack 190 may extend toward the back surface of the front electrode 140 and reach the semiconductor substrate 10.

これに対し、上記の通り、本実施例の半導体装置２では、表面電極４０は、第１電極層４２、第２電極層４４、及び、第３電極層４６を有している。そのため、仮に、第３電極層４６の表面部分に負荷が加わり、図３に示すように第３電極層４６にクラック９０が生じた場合であっても、第２電極層４４の引張強度は第３電極層４６の強度よりも高いため、発生したクラック９０は、第３電極層４６内で伸展し続け、第２電極層４４内にまで伸展しない。クラック９０は、引張強度がより低い部分内で優先的に伸展する傾向があるためである。従って、本実施例では、表面電極４０に生じたクラック９０が半導体基板１０内にまで伸展することを抑制することができる。 On the other hand, as described above, in the semiconductor device 2 of this example, the surface electrode 40 includes the first electrode layer 42, the second electrode layer 44, and the third electrode layer 46. Therefore, even if a load is applied to the surface portion of the third electrode layer 46 and a crack 90 occurs in the third electrode layer 46 as shown in FIG. 3, the tensile strength of the second electrode layer 44 is Since the strength is higher than that of the three-electrode layer 46, the generated crack 90 continues to extend in the third electrode layer 46 and does not extend into the second electrode layer 44. This is because the crack 90 tends to preferentially extend in a portion having a lower tensile strength. Therefore, in this embodiment, the crack 90 generated in the surface electrode 40 can be prevented from extending into the semiconductor substrate 10.

（第２実施例）
図４を参照して、本実施例の半導体装置２０２について、第１実施例と異なる点を中心に説明する。図４でも、第１実施例の半導体装置２（図１参照）と同様の構成を備える要素は、図１と同様の符号で示している。本実施例の表面電極２４０も、第１電極層２４２、第２電極層２４４、及び、第３電極層２４６を有している。第１電極層２４２、第３電極層２４６は、第１実施例の第１電極層４２、第３電極層４６と同様の構成を有するため、詳しい説明は省略する。 (Second embodiment)
With reference to FIG. 4, the semiconductor device 202 of the present embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment. 4, elements having the same configuration as the semiconductor device 2 of the first embodiment (see FIG. 1) are denoted by the same reference numerals as in FIG. The surface electrode 240 of this example also includes a first electrode layer 242, a second electrode layer 244, and a third electrode layer 246. Since the first electrode layer 242 and the third electrode layer 246 have the same configuration as the first electrode layer 42 and the third electrode layer 46 of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

本実施例の第２電極層２４４も、第１電極層２４２と第３電極層２４６の間に形成された電極層である点で、第１実施例の第２電極層４４と共通する。ただし、本実施例の第２電極層２４４は、不純物が加えられていないＡｌ製の電極層である。第２電極層２４４の厚さは、例えば、０．１〜１．０μｍである。第２電極層２４４の引張強度は、例えば、６８Ｎ／ｍｍ^２であり、第１電極層２４２、第３電極層２４６の引張強度よりも低い。 The second electrode layer 244 of this embodiment is also the same as the second electrode layer 44 of the first embodiment in that it is an electrode layer formed between the first electrode layer 242 and the third electrode layer 246. However, the second electrode layer 244 of the present example is an Al electrode layer to which no impurities are added. The thickness of the second electrode layer 244 is, for example, 0.1 to 1.0 μm. The tensile strength of the second electrode layer 244 is, for example, 68 N / mm ² and is lower than the tensile strength of the first electrode layer 242 and the third electrode layer 246.

本実施例の半導体装置２０２でも、表面電極２４０は、第１電極層２４２、第２電極層２４４、及び、第３電極層２４６を有している。そのため、仮に、第３電極層２４６の表面部分に負荷が加わり、図５に示すように第３電極層２４６にクラック２９０が生じた場合であっても、第２電極層２４４の引張強度は第１電極層２４２の引張強度よりも低いため、発生したクラック２９０は、第３電極層２４６から第２電極層２４４まで伸展した後、第２電極層２４４内で伸展し続け、第１電極層２４２内にまで伸展することが抑制される。クラック２９０は、引張強度がより低い部分に優先的に伸展する傾向があるためである。従って、本実施例でも、表面電極２４０に生じたクラック２９０が半導体基板１０内にまで伸展することを抑制することができる。 Also in the semiconductor device 202 of this example, the surface electrode 240 includes the first electrode layer 242, the second electrode layer 244, and the third electrode layer 246. Therefore, even if a load is applied to the surface portion of the third electrode layer 246 and a crack 290 occurs in the third electrode layer 246 as shown in FIG. 5, the tensile strength of the second electrode layer 244 is Since the tensile strength of the first electrode layer 242 is lower, the generated crack 290 extends from the third electrode layer 246 to the second electrode layer 244 and then continues to extend in the second electrode layer 244. Extension to the inside is suppressed. This is because the crack 290 tends to preferentially extend to a portion having a lower tensile strength. Therefore, also in this embodiment, it is possible to suppress the crack 290 generated in the surface electrode 240 from extending into the semiconductor substrate 10.

以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、以下の変形例を採用してもよい。 As mentioned above, although the specific example of the technique disclosed by this specification was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. For example, the following modifications may be adopted.

（変形例１）上記の第１実施例では、第２電極層４４は、ＡｌＣｕ製の電極層である。しかしながら、第２電極層４４は、第３電極層４６よりも引張強度が高い金属であれば、ＡｌＣｕに限られず、どのような金属によって形成されていてもよい。例えば、第３電極層４６がＡｌＳｉ製の電極層である場合、第２電極層４４は、ＡｌＴｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｒのいずれかによって形成されていてもよい。ＡｌＴｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｒは、いずれも、ＡｌＳｉよりも引張強度が高い。 (Modification 1) In the first embodiment, the second electrode layer 44 is an AlCu electrode layer. However, the second electrode layer 44 is not limited to AlCu as long as it has a higher tensile strength than the third electrode layer 46, and may be formed of any metal. For example, when the third electrode layer 46 is an electrode layer made of AlSi, the second electrode layer 44 may be formed of any one of AlTi, Ti, Ta, W, Mo, Fe, and Cr. AlTi, Ti, Ta, W, Mo, Fe, and Cr all have higher tensile strength than AlSi.

（変形例２）上記の第１実施例では、第１電極層４２と第３電極層４６は、ともにＡｌＳｉ製の電極層である。しかしながら、第２電極層４４の引張強度が、第３電極層４６の引張強度よりも高く、かつ、第１電極層４２と第３電極層４６がともにＡｌを含む材料であれば、第１電極層４２と第３電極層４６は、ＡｌＳｉ以外の材料（例えば、Ａｌ、ＡｌＣｕ、ＡｌＴｉ等）で形成されていてもよい。また、第１電極層４２と第３電極層４６が異なる材料で形成されていてもよい。従って、例えば、第１電極層４２がＡｌＳｉ製であり、第２電極層４４がＡｌＣｕ製であり、第３電極層４６がＡｌ製であってもよい。ここで、第１電極層４２がＡｌを含む材料で形成されている必要があるのは、Ｓｉ製の半導体基板１０の表面１０ａに接続する際に、他の材料に比べて接続が容易であるためである。また、第３電極層４６がＡｌを含む材料で形成されている必要があるのは、第３電極層４６の表面に無電解めっき法によって表面Ｎｉ層７０を形成するためである。 (Modification 2) In the first embodiment, the first electrode layer 42 and the third electrode layer 46 are both AlSi electrode layers. However, if the tensile strength of the second electrode layer 44 is higher than the tensile strength of the third electrode layer 46 and the first electrode layer 42 and the third electrode layer 46 are both materials containing Al, the first electrode The layer 42 and the third electrode layer 46 may be formed of a material other than AlSi (for example, Al, AlCu, AlTi, etc.). Further, the first electrode layer 42 and the third electrode layer 46 may be formed of different materials. Therefore, for example, the first electrode layer 42 may be made of AlSi, the second electrode layer 44 may be made of AlCu, and the third electrode layer 46 may be made of Al. Here, the first electrode layer 42 needs to be formed of a material containing Al. When connecting to the surface 10a of the semiconductor substrate 10 made of Si, it is easier to connect than other materials. Because. The third electrode layer 46 must be formed of a material containing Al in order to form the surface Ni layer 70 on the surface of the third electrode layer 46 by electroless plating.

（変形例３）上記の第２実施例では、第２電極層２４４は、Ａｌ製の電極層である。しかしながら、第２電極層２４４は、第１電極層２４２よりも引張強度が低い金属であれば、Ａｌに限られず、どのような金属によって形成されていてもよい。例えば、第１電極層２４２がＡｌＣｕ製の電極層である場合において、第２電極層２４４は、ＡｌＳｉ、Ｔｉ、Ｃｕのいずれかによって形成されていてもよい。ＡｌＳｉ、Ｔｉ、Ｃｕは、いずれも、ＡｌＣｕよりも引張強度が低い。 (Modification 3) In the second embodiment, the second electrode layer 244 is an Al electrode layer. However, the second electrode layer 244 is not limited to Al as long as it has a lower tensile strength than the first electrode layer 242, and may be formed of any metal. For example, when the first electrode layer 242 is an AlCu electrode layer, the second electrode layer 244 may be formed of any one of AlSi, Ti, and Cu. AlSi, Ti, and Cu all have lower tensile strength than AlCu.

（変形例４）上記の第２実施例では、第１電極層２４２と第３電極層２４６は、ともにＡｌＳｉ製の電極層である。しかしながら、第２電極層２４４の引張強度が、第１電極層２４２の引張強度よりも低く、かつ、第１電極層４２と第３電極層４６がともにＡｌを含む材料であれば、第１電極層４２と第３電極層４６は、ＡｌＳｉ以外の材料（例えば、Ａｌ、ＡｌＣｕ、ＡｌＴｉ等）で形成されていてもよい。また、第１電極層４２と第３電極層４６が異なる材料で形成されていてもよい。従って、例えば、第１電極層２４２がＡｌＣｕ製であり、第２電極層２４４がＡｌＳｉであり、第３電極層２４６がＡｌ製であってもよい。ＡｌＳｉは、ＡｌＣｕよりも引張強度が低い。第１電極層２４２と第３電極層２４６がそれぞれＡｌを含む材料で形成されている必要がある理由は、上記の通りである。 (Modification 4) In the second embodiment, the first electrode layer 242 and the third electrode layer 246 are both AlSi electrode layers. However, if the tensile strength of the second electrode layer 244 is lower than the tensile strength of the first electrode layer 242 and both the first electrode layer 42 and the third electrode layer 46 are materials containing Al, the first electrode The layer 42 and the third electrode layer 46 may be formed of a material other than AlSi (for example, Al, AlCu, AlTi, etc.). Further, the first electrode layer 42 and the third electrode layer 46 may be formed of different materials. Therefore, for example, the first electrode layer 242 may be made of AlCu, the second electrode layer 244 may be made of AlSi, and the third electrode layer 246 may be made of Al. AlSi has a lower tensile strength than AlCu. The reason why each of the first electrode layer 242 and the third electrode layer 246 needs to be formed of a material containing Al is as described above.

（変形例５）上記の各実施例では、表面電極４０、２４０は、半導体基板１０の表面１０ａ（即ちエミッタ領域１２の表面）に直接接続されている。これに限られず、表面電極４０、２４０と半導体基板１０の表面１０ａとの間に別の導電体層（例えばＴｉ層等）が介在していてもよい。この変形例も「半導体基板上に形成された電極」の一例である。 (Modification 5) In each of the above embodiments, the surface electrodes 40 and 240 are directly connected to the surface 10 a of the semiconductor substrate 10 (that is, the surface of the emitter region 12). However, the present invention is not limited thereto, and another conductor layer (for example, a Ti layer) may be interposed between the surface electrodes 40 and 240 and the surface 10a of the semiconductor substrate 10. This modification is also an example of “an electrode formed on a semiconductor substrate”.

（変形例６）上記の各実施例では、「強度」の基準として引張強度を採用する場合を例として説明した。これに限られず、「強度」の基準は、各電極層に作用する応力に対する強さを表す基準であれば、引張強度に限らず、疲労強度、０．２％耐力、硬さ、剪断強度等、任意の基準を採用してもよい。例えば、第１実施例において、強度の基準として疲労強度を採用する場合、第２電極層４４の疲労強度が、第３電極層４６の疲労強度よりも高ければよい。同様に、第２実施例において、強度の基準として疲労強度を採用する場合、第２電極層２４４の疲労強度が、第１電極層２４２の疲労強度よりも低ければよい。 (Modification 6) In each of the above-described embodiments, the case where the tensile strength is adopted as the standard of “strength” has been described as an example. Not limited to this, the standard of “strength” is not limited to tensile strength as long as it represents the strength against stress acting on each electrode layer, fatigue strength, 0.2% proof stress, hardness, shear strength, etc. Any standard may be adopted. For example, in the first embodiment, when the fatigue strength is adopted as the strength reference, the fatigue strength of the second electrode layer 44 only needs to be higher than the fatigue strength of the third electrode layer 46. Similarly, in the second embodiment, when the fatigue strength is adopted as the strength reference, the fatigue strength of the second electrode layer 244 only needs to be lower than the fatigue strength of the first electrode layer 242.

（変形例７）上記の各実施例では、半導体基板１０にＩＧＢＴが形成されている例について説明した。これに限られず、半導体基板１０に他の半導体素子（例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ等）が形成されていてもよい。 (Modification 7) In each of the above embodiments, the example in which the IGBT is formed on the semiconductor substrate 10 has been described. However, the present invention is not limited to this, and other semiconductor elements (for example, power MOSFETs) may be formed on the semiconductor substrate 10.

本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Moreover, the technique illustrated in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

２：半導体装置
１０：半導体基板
１２：エミッタ領域
１４：ボディ領域
１６：ドリフト領域
１８：コレクタ領域
２０：ゲートトレンチ
２２：ゲート絶縁膜
２４：ゲート電極
２６：層間絶縁膜
４０：表面電極
４２：第１電極層
４４：第２電極層
４６：第３電極層
６０：ポリイミド層
７０：表面Ｎｉ層
８０：裏面電極
８５：裏面Ｎｉ層
９０：クラック
１０２：半導体装置
１４０：表面電極
１９０：クラック
２０２：半導体装置
２４０：表面電極
２４２：第１電極層
２４４：第２電極層
２４６：第３電極層
２９０：クラック 2: Semiconductor device 10: Semiconductor substrate 12: Emitter region 14: Body region 16: Drift region 18: Collector region 20: Gate trench 22: Gate insulating film 24: Gate electrode 26: Interlayer insulating film 40: Surface electrode 42: First Electrode layer 44: 2nd electrode layer 46: 3rd electrode layer 60: Polyimide layer 70: Front surface Ni layer 80: Back surface electrode 85: Back surface Ni layer 90: Crack 102: Semiconductor device 140: Front surface electrode 190: Crack 202: Semiconductor device 240: surface electrode 242: first electrode layer 244: second electrode layer 246: third electrode layer 290: crack

Claims

A semiconductor substrate on which a semiconductor element is formed;
An electrode formed on the semiconductor substrate;
Have
The electrode is
A first electrode layer formed on the semiconductor substrate and formed of a material containing Al;
A second electrode layer formed on a surface of the first electrode layer;
A third electrode layer formed on the surface of the second electrode layer and formed of a material containing Al;
Have
The second electrode layer is formed of a material different from that of the first electrode layer and the third electrode layer, and the strength of the second electrode layer is higher than the strength of the third electrode layer.
Semiconductor device.

A semiconductor substrate on which a semiconductor element is formed;
An electrode formed on the semiconductor substrate;
Have
The electrode is
A first electrode layer formed on the semiconductor substrate and formed of a material containing Al;
A second electrode layer formed on a surface of the first electrode layer;
A third electrode layer formed on the surface of the second electrode layer and formed of a material containing Al;
Have
The second electrode layer is formed of a material different from that of the first electrode layer and the third electrode layer, and the strength of the second electrode layer is lower than the strength of the first electrode layer.
Semiconductor device.