JP2019145667A - Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は半導体装置に関し、特に、パワーデバイスに利用される半導体装置およびその製造方法に適用可能である。 The present disclosure relates to a semiconductor device, and is particularly applicable to a semiconductor device used for a power device and a manufacturing method thereof.
パワーデバイスに利用される半導体装置として、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)がある。IGBTの表面電極の構成として、国際公開第2011/004469号(特許文献1)や特開2010−278164号(特許文献2)が提案されている。 As semiconductor devices used in power devices, insulated gate bipolar transistor (IGBT: I nsulated G ate B ipolar T ransistor) it is. As configurations of the surface electrode of the IGBT, International Publication No. 2011/004469 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-278164 (Patent Document 2) have been proposed.
国際公開第2011/004469号は、「半導体装置の表面電極として、半導体基板の表面側から順に、バリア金属層である第1層、Al層である第2層、Al−Si層またはAl−Cu層またはAl−Si−Cu層である第3層、はんだ接合層である第4層を積層する。第4層は、第3層に対してZn置換処理を行った後に無電解めっきによって形成することができる。」と開示している。また、「第2層(132)のAlは、基板温度25℃〜300℃で形成し、第3層(133)のAlSi、AlCuもしくはAlSiCuは、基板温度25℃〜300℃で形成する。」と開示している。 WO 2011/004469 states, “As a surface electrode of a semiconductor device, in order from the surface side of a semiconductor substrate, a first layer that is a barrier metal layer, a second layer that is an Al layer, an Al—Si layer, or an Al—Cu layer. A third layer that is a layer or an Al—Si—Cu layer and a fourth layer that is a solder joint layer, which are formed by electroless plating after Zn substitution treatment is performed on the third layer. Is possible. " Further, “Al of the second layer (132) is formed at a substrate temperature of 25 ° C. to 300 ° C., and AlSi, AlCu, or AlSiCu of the third layer (133) is formed at a substrate temperature of 25 ° C. to 300 ° C.” It is disclosed.
特開2010−278164号は、「表面電極は、半導体基板に接する第1層として250℃以下の基板温度でスパッタ法によってAl−Si層またはAl−Si−Cu層を形成し、その表面に積層する第2層として400℃以上の基板温度でスパッタ法によってAl層またはAl−Cu層を形成し、その表面側に、はんだ接合層、はんだ層を形成することによって、製造する。」と開示している。 JP 2010-278164 states, “A surface electrode is formed by forming an Al—Si layer or an Al—Si—Cu layer by sputtering at a substrate temperature of 250 ° C. or less as a first layer in contact with a semiconductor substrate, The second layer is manufactured by forming an Al layer or an Al—Cu layer by a sputtering method at a substrate temperature of 400 ° C. or higher, and forming a solder joint layer and a solder layer on the surface side. ” ing.
本発明者らは、パワーデバイスに利用される半導体装置の表面電極について検討し、以下の点を見出した。 The present inventors have studied surface electrodes of semiconductor devices used for power devices and found the following points.
亜鉛(Zn)置換膜の緻密性がアルミニウム(Al)の結晶方位に依存する。そのため、スパッタ温度によっては電極表面に面積の広い(100)の結晶方位のAlが形成された場合、Zn置換膜に空白が生じる虞がある。 The denseness of the zinc (Zn) substitution film depends on the crystal orientation of aluminum (Al). Therefore, depending on the sputtering temperature, when Al with a large crystal orientation of (100) is formed on the electrode surface, there is a possibility that a blank is generated in the Zn substitution film.
また、Alの形成を、300℃以下の基板温度でスパッタ法により行った場合、コンタクト径が小さくなった時に、ボイドが発生する可能性がある。 In addition, when Al is formed by sputtering at a substrate temperature of 300 ° C. or lower, voids may be generated when the contact diameter is reduced.
また、はんだ接続層に接する層(Al層またはAl−Cu(アルミニウム−銅合金)層等)を400℃以上のような高温でスパッタ法により形成すると、電極表面に面積の広い(100)の結晶方位のAlが形成されやすい。 Further, when a layer (Al layer or Al—Cu (aluminum-copper alloy) layer, etc.) in contact with the solder connection layer is formed by sputtering at a high temperature of 400 ° C. or more, a crystal having a large area (100) is formed on the electrode surface. Oriented Al is easily formed.
本開示の課題は、コンタクトへの電極埋め込み性とはんだ接続層の均一性とが両立可能な電極構造を有する半導体装置を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a semiconductor device having an electrode structure in which both the electrode embedding property in the contact and the uniformity of the solder connection layer are compatible.
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.
本開示のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。 An outline of typical ones of the present disclosure will be briefly described as follows.
すなわち、半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板に接する表面電極と、を有する。前記表面電極は、前記半導体基板に近い順に、第1層と、前記第1層の表面に形成された第2層と、前記第2層の表面に形成された第3層と、を含む。前記第1層はAlSi層であり、前記第2層はAlCu層であり、前記第3層はNi層である。前記第2層のAlグレインサイズは、前記第1層のAlグレインサイズより小さい。 That is, the semiconductor device has a semiconductor substrate and a surface electrode in contact with the semiconductor substrate. The surface electrode includes a first layer, a second layer formed on the surface of the first layer, and a third layer formed on the surface of the second layer, in order from the semiconductor substrate. The first layer is an AlSi layer, the second layer is an AlCu layer, and the third layer is a Ni layer. The Al grain size of the second layer is smaller than the Al grain size of the first layer.
上記半導体装置によれば、コンタクトへの電極埋め込み性とはんだ接続層の均一性とが両立可能である。 According to the semiconductor device, both the electrode embedding property in the contact and the uniformity of the solder connection layer can be achieved.
以下、実施例、および、変形例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。 Hereinafter, examples and modifications will be described with reference to the drawings. However, in the following description, the same components may be denoted by the same reference numerals and repeated description may be omitted. In order to clarify the description, the drawings may be schematically represented with respect to the width, thickness, shape, etc. of each part as compared to the actual embodiment, but are merely examples, and the interpretation of the present invention is not limited to them. It is not limited.
また、以下の実施例および変形例では、パワーデバイス用として利用される半導体装置に形成される半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)を例として説明するが、MOSFETやダイオードなど半導体素子を用いた半導体装置の電極構造としても利用可能である。 In the following embodiments and modifications, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is described as an example of a semiconductor element formed in a semiconductor device used for a power device. However, a semiconductor element such as a MOSFET or a diode is used. It can also be used as an electrode structure of a conventional semiconductor device.
図1は、実施例1に係る半導体装置を説明するための断面図である。図1は、半導体装置100が形成された半導体ウエハ1の断面図が示されている。半導体ウエハ1は、例えば、単結晶シリコンを利用することが出来る。半導体ウエハ1は、素子領域ERと、素子領域ERの周辺を囲むように設けられた周辺領域PRと、組立時にダイシングされるスクライブ領域SRと、を含む。周辺領域PRは、外周領域という事もできる。半導体装置100は、素子領域ERと周辺領域PRとにより構成される。つまり、半導体ウエハ1はスクライブ領域SRがダイシングされて個片化されることにより、複数の半導体チップが形成される。各半導体チップは半導体装置100に対応する。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor wafer 1 on which a
半導体ウエハ1の素子領域ERには、トレンチゲートを有する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)がパワーデバイスの半導体素子として設けられており、また、IGBTのエミッタ電極に接続される表面電極EDが設けられている。表面電極EDは、エミッタ電極パッドという事もできる。周辺領域PRには、ゲート電極G、フィールドプレート電極FP、チャネルストッパ電極GRが設けられる。ゲート電極G、フィールドプレート電極FP、チャネルストッパ電極GRについては、図30を用いて後述される。 In the element region ER of the semiconductor wafer 1, an insulated gate bipolar transistor having a trench gate (IGBT: I nsulated G ate B ipolar T ransistor) is provided as a semiconductor element of the power device, also, to the emitter electrode of the IGBT A surface electrode ED to be connected is provided. The surface electrode ED can also be called an emitter electrode pad. In the peripheral region PR, a gate electrode G, a field plate electrode FP, and a channel stopper electrode GR are provided. The gate electrode G, field plate electrode FP, and channel stopper electrode GR will be described later with reference to FIG.
半導体ウエハ1は、半導体基板11と、半導体基板11の裏面側に設けられた裏面電極12と、を含む。裏面電極12は、金(Au)または銀(Ag)などから構成可能なコレクタ電極である。半導体基板11には、その裏面側から、P+型のコレクタ領域13と、N−型のドリフト層14と、が積層されて設けられる。なお、P型は第1導電型、N型は第2導電型ということが出来る。
The semiconductor wafer 1 includes a
素子領域ERにおいて、N−型のドリフト層14の上側には、P型のボディ領域15が設けられ、N−型のドリフト層14の表面には、N+型のエミッタ領域16が設けられる。また、半導体基板11の表面側からボディ領域15を貫通するトレンチゲート17が設けられる。トレンチゲート17は、トレンチ内に埋め込まれたゲート電極171と、ゲート電極171を覆う様に設けられたゲート酸化膜172と、を有する。トレンチゲート17の表面は、半導体基板11の一部に設けられた層間絶縁膜21によって覆われている。
In the element region ER, a P-
また、素子領域ERにおいて、半導体基板11および層間絶縁膜21の表面に接して第1層であるAlSi(アルミニウム・シリコン合金)層22が設けられる。つまり、半導体基板11の表面には、ボディ領域15およびエミッタ領域16が露出する様に層間絶縁膜21が選択的に設けられる。第1層であるAlSi層22は、層間絶縁膜21から露出するボディ領域15の表面およびエミッタ領域16の表面と接して設けられる。AlSi層22の表面に、第2層であるAlCu(アルミニウム・銅合金)層23が設けられ、AlCu層23の表面に、第3層であるニッケル(Ni)層24が設けられる。AlSi層22、AlCu層23の表面の一部に保護膜としてのポリイミド層30が設けられる。第3層であるNi層24は、はんだ接続層であり、Ni層24の上側には、はんだ層が形成されることとなる。表面電極EDは、AlSi層22と、AlCu層23と、Ni層24と、を含む。
In the element region ER, an AlSi (aluminum / silicon alloy)
周辺領域PRにおいて、N−型のドリフト層14の表面の一部には、P型のボディ領域15と同時に設けられたP型領域19と、N+型のエミッタ領域16と同時に設けられたN+型領域20とが設けされる。P型領域19はフィールドプレート層とされ、N+型領域20はチャネルストッパ層とされる。半導体基板11の一部には、P型領域19の一部とN+型領域20一部とが露出する様に層間絶縁膜21が設けられる。フィールドプレート層とされるP型領域19の表面と層間絶縁膜21の一部の表面に接して、第1層であるAlSi層22が設けられる。AlSi層22の表面に、第2層であるAlCu層23が設けられて、フィールドプレート電極FPが構成される。また、チャネルストッパ層とされるN+型領域20の表面と層間絶縁膜21の一部の表面に接して、第1層であるAlSi層22が設けられる。AlSi層22の表面に、第2層であるAlCu層23が設けられて、チャネルストッパ電極GRが構成される。また、保護膜としてのポリイミド層30が層間絶縁膜21の一部の表面とAlSi層22およびAlCu層23の表面の一部とに設けられる。
In the peripheral region PR, a part of the surface of the N−
スクライブ領域SRにおいて、N−型のドリフト層14の表面の一部には、層間絶縁膜21が設けられる。半導体基板11および層間絶縁膜21の表面に接して第1層であるAlSi層22が設けられる。AlSi層22の表面に、第2層であるAlCu層23が設けられる。AlSi層22およびAlCu層23の表面に、第3層であるNi層24が設けられる。Ni層24の表面に保護膜としてのポリイミド層30が設けられる。
In the scribe region SR, an
フィールドプレート電極FPおよびフィールドプレート層(P型領域19)は、素子領域ERのP型のボディ領域15とN−型のドリフト層14とで構成されるpn接合から広がる空乏層が引き延ばされて電界の集中を緩和し、降伏を阻止する。また、空乏層が延び過ぎて周辺領域PRの端部に接地して電流が流れることを防止するために、チャネルストッパ電極GRおよびチャネルストッパ層(N+型領域20)が設けられている。チャネルストッパ電極GRおよびチャネルストッパ層(N+型領域20)には、コレクタ電極12の電位が伝えられて、空乏層の延びを抑制する。
In the field plate electrode FP and the field plate layer (P-type region 19), a depletion layer extending from a pn junction composed of the P-
個片化された半導体装置100は、例えば、3端子(ゲート、エミッタ、コレクタ)を有するリードフレームに搭載され、その後、封止樹脂などによりモールドされて、1つのパッケージにされる。
The separated
図1において、半導体基板11に接する第1層は、AlSiの状態図における固溶度線以上の基板温度で形成したAlSi層22で構成する。第1層に接する第2層は、Al(アルミニウム)原子のグレインサイズ(粒径)が第1層22より小さくなるような基板温度で形成したAlCu層23で構成する。第2層のAlCu層23の上に形成される第3層は、亜鉛(Zn)置換処理を伴う無電解めっき法で形成したNi層24で構成する。Ni層24は、はんだ接続層として設けられる。
In FIG. 1, the first layer in contact with the
AlSi層22は、例えば、400°C以上−500°C以下の様な基板温度の条件で、スパッタ法により形成することが出来る。AlCu層23は、25°C以上−200°C以下の様な基板温度の条件で、スパッタ法により形成することが出来る。つまり、AlCu層23は、AlSi層22の形成時の基板温度と比較して、低温の基板温度でスパッタ法により形成される(低温スパッタ)。逆に、AlSi層22は、AlCu層23の形成時の基板温度と比較して、高温の基板温度でスパッタ法により形成される(高温スパッタ)。
The
この場合、AlSi層22のAl原子のグレインサイズは、13μm以上−20μm以下が好ましく、AlCu層23のAl原子のグレインサイズは、10μm以下、より好ましくは9μm以下が良い。
In this case, the grain size of Al atoms in the
400°C以上−500°C以下の様な基板温度条件で、スパッタ法により形成したAlSi層22は、AlCuやAlSiCuと比較して、リフロー性能が高い。そのため、図1に示される様な、コンタクト径(L)が、例えば、0.5μm以下の様な微細なコンタクトにも、ボイド無いく、AlSi層22を形成することができる。コンタクトは、層間絶縁膜21を選択的にエッチングして設けられたコンタクトホールである。素子領域ERにおいて、半導体基板11の表面は、すなわち、エミッタ領域16およびボディ領域15の表面が、コンタクトホールから露出しており、エミッタ領域16およびボディ領域15の表面がコンタクトホール内においてAlSi層22と接続される。周辺領域PRにおいては、フィールドプレート層とされるP型領域19の表面とチャネルストッパ層とされるN+型領域20の表面とがコンタクトホールから露出しており、フィールドプレート層とされるP型領域19の表面とチャネルストッパ層とされるN+型領域20の表面とがコンタクトホール内においてAlSi層22と接続される。図1から明らかなように、周辺領域PRに設けられるコンタクトホールの径は、素子領域ERに設けられるコンタクトホールの径(L)より、広くなっている。
The
第2層のAlCu層23は、そのAlグレインサイズが第1層のAlSi層22より小さくなるような基板温度でスパッタ法により形成する。これにより、第2層のAlCu層23の上に形成される第3層(Ni層24)は、均一な無電解めっき層として形成することができる。
The
これにより、コンタクトへの電極埋め込み性とはんだ接続層(無電解めっき層)の均一性とを両立することが可能である。 This makes it possible to achieve both electrode embedding in the contact and uniformity of the solder connection layer (electroless plating layer).
また、異なる元素を添加したAl系材料の層(22、23)が接合していることで、それぞれの元素が接合面の方向に拡散し、半導体基板11の表面およびAlCu層23の電極表面に添加元素が析出して、残渣やノジュールが発生するのを抑制することが出来る。
Further, since the Al-based material layers (22, 23) to which different elements are added are bonded, each element diffuses in the direction of the bonding surface, and the surface of the
また、Al電極(22、23)の表面を、Cuを含むAlCu層23で形成することで、AlSi層22の単層と比較して、高いマイグレーション耐量を得ることができ、高温・大電流動作時の半導体装置100の品質を高めることができる。
Further, by forming the surface of the Al electrodes (22, 23) with the
なお、第2層は、AlCu層(23)が最も好ましいが、AlSiCu(アルミニウム・シリコン・銅合金)層やAlSi層を使用することも可能である。 The second layer is most preferably an AlCu layer (23), but an AlSiCu (aluminum / silicon / copper alloy) layer or an AlSi layer can also be used.
また、図1には、図示されないが、Ni層24の表面には、はんだ層が形成されることになる。
Although not shown in FIG. 1, a solder layer is formed on the surface of the
図2は、変形例に係る半導体装置を説明するための断面図である。図2に示される半導体ウエハ1aが、図1に示される半導体ウエハ1と異なる部分は、半導体基板11及び層間絶縁膜21の表面とAlSi層22との間に、バリアメタル25が設けられる点である。他の構成は図1と同じであるので、説明は省略する。バリアメタル25は、窒化チタン(TiN)やチタン・タングステン(TiW)等を採用することが可能である。図2の半導体装置100aの構成でも、図1の半導体装置100と同様な効果を得ることが可能である。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor device according to a modification. The semiconductor wafer 1a shown in FIG. 2 is different from the semiconductor wafer 1 shown in FIG. 1 in that a
図3は、実施例1に係る半導体装置の平面図の構成例を示す図である。図3は、半導体装置100(または100a)の構成された半導体チップを、上面側から見た場合の平面図であり、ポリイミド層30から露出しているエミッタ電極パッド(E)と、ゲート電極パッド(G)と、ケルビンエミッタ電極パッドや温度測定用パッドなどの複数のパッド(P)とが示されている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a plan view of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 3 is a plan view of the semiconductor chip in which the semiconductor device 100 (or 100a) is viewed from the upper surface side. The emitter electrode pad (E) exposed from the
図3(A)において、エミッタ電極パッド(E)、ゲート電極パッド(G)、および、複数のパッド(P)のそれぞれの最上層は、図1または図2に示されるように、Ni層24を用いた構成を示している。エミッタ電極パッド(E)の最上層はNi層24(E)であり、ゲート電極パッド(G)の最上層はNi層24(G)である。また、複数のパッド(P)の最上層はNi層24(P)である。
3A, the uppermost layer of each of the emitter electrode pad (E), the gate electrode pad (G), and the plurality of pads (P) is formed of a
図3(B)において、図3(A)と異なる部分は、ゲート電極パッド(G)、および、複数のパッド(P)のそれぞれの最上層が、Ni層24ではなく、AlCu層23とされている点である。ゲート電極パッド(G)の最上層はAlCu層23(G)であり、複数のパッド(P)の最上層はAlCu層23(P)である。図3(B)の場合、例えば、Ni層24を無電解メッキ法で形成するとき、ゲート電極パッド(G)のAlCu層23(G)、および、複数のパッド(P)のAlCu層23(P)の上面を覆う様にマスク材が設けられ、エミッタ電極パッド(E)のAlCu層23の表面にNi層24(E)が設けられる。
In FIG. 3B, the difference from FIG. 3A is that the uppermost layer of the gate electrode pad (G) and the plurality of pads (P) is not the
図3(C)において、図3(A)と異なる部分は、ゲート電極パッド(G)の最上層が図3(B)に示されるように様にAlCu層23(G)である点と、エミッタ電極パッド(E)の最上層であるNi層24(E)がAlCu層23(E)の表面に部分的に設けられている点である。図3(C)の場合、例えば、Ni層24を無電解メッキ法で形成するとき、ゲート電極パッド(G)のAlCu層23(G)、および、エミッタ電極パッド(E)のAlCu層23の表面の一部を覆う様にマスク材が設けられ、複数のパッド(P)のAlCu層23(P)の上面とエミッタ電極パッド(E)のAlCu層23の表面の1部とにNi層24(E)、24(P)が設けられる。
3C, the difference from FIG. 3A is that the uppermost layer of the gate electrode pad (G) is an AlCu layer 23 (G) as shown in FIG. The Ni layer 24 (E) that is the uppermost layer of the emitter electrode pad (E) is partially provided on the surface of the AlCu layer 23 (E). In the case of FIG. 3C, for example, when the
次に、図面を用いて、図1に示される半導体装置の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings.
図4−図9は、半導体装置100の製造方法を断面図で示すフロー図である。より具体的には、半導体素子を含む半導体基板の表面上に、表面電極EDを形成する形成工程を説明する。図4は、AlSi層22の形成工程を示す断面図である。図5は、AlCu層23の形成工程を示す断面図である。図6は、AlSi層22およびAlCu層23のパターニング工程を示す断面図である。図7は、ポリイミド層30の形成工程を示す断面図である。図8は、Zn置換膜の形成工程を示す断面図である。図9は、Ni層24の形成工程を示す断面図である。
4 to 9 are flowcharts showing the method for manufacturing the
まず、図4に示されるように、トレンチゲートを有するIGBTが形成された半導体基板11を準備する。準備された半導体基板11の表面上に、層間絶縁膜21を形成し、層間絶縁膜21をパターニングして、層間絶縁膜21にコンタクトを形成する。そして、コンタクトから露出する半導体基板11の表面、および、層間絶縁膜21の表面に、第1層のAlSi層22を形成する。つまり、素子領域ERにおいて、第1層であるAlSi層22は、層間絶縁膜21に設けたコンタクトから露出するボディ領域15の表面およびエミッタ領域16の表面と接して設けられる。周辺領域PRにおいて、第1層であるAlSi層22は、層間絶縁膜21に設けたコンタクトから露出するP型領域19の表面およびN+型領域20の表面に接して設けられる。スクライブ領域SRにおいて、第1層であるAlSi層22は、層間絶縁膜21に設けたコンタクトから露出するN−型のドリフト層14の表面に接して設けられる。AlSi層22は、例えば、Si濃度0.5wt%のAlSiを、400°C以上−500°C以下の様な基板温度でスパッタして形成する。AlSi層22の厚みは、素子領域ERに形成されたコンタクトを充填できるようコンタクト径(L)以上を確保するのが望ましい。コンタクト径(L)が1μm以上の場合は比較的容易に充填するため、その限りではない。
First, as shown in FIG. 4, a
次に、図5に示されるように、AlSi層22の上に、第2層のAlCu層23を形成する。AlCu層23は、例えば、Cu濃度0.5wt%のAlCuを、25°C以上−200°C以下の基板温度でスパッタして形成する。
Next, as shown in FIG. 5, a
次に、図6に示されるように、AlSi層22とAlCu層23とを、フォトマスクを用いたエッチングによって同時にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 6, the
次に、層間絶縁膜21、AlSi層22及びAlCu層23の表面にポリイミド層30を形成した後、図7に示されるように、フォトマスクを使ったエッチングでポリイミド層30をパターニングする。これにより、素子領域ERのAlCu層23の一部がポリイミド層30から露出される。また、スクライブ領域SRにおいて、層間絶縁膜21、AlSi層22及びAlCu層23の表面がポリイミド層30から露出される。
Next, after a
その後、図8に示されるように、ポリイミド層30をマスクにして、AlCu層23の表面をダブルジンケート処理し、素子領域ERのAlCu層23の表面およびスクライブ領域SRのAlSi層22及びAlCu層23の表面に、Zn置換膜35を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 8, using the
次に、Zn置換膜35をNiに置換し、置換されたNiを触媒としてNiを析出させ、図9に示される様に、無電解めっき法によりNi層24を形成する。Ni層24は、はんだ接続層として設けられるので、Ni層24の上側には、はんだ層が形成されることとなる。
Next, the
図示されないが、Ni層24の後、Ni層24の上に、PdやAuなどを連続して無電解めっき法で形成しても良い。
Although not shown, after the
上記製造方法によれば、以下の1または複数の効果を得ることが出来る。 According to the manufacturing method, one or more of the following effects can be obtained.
Al原子がAlCuと比較してリフロー性能が高いAlSiを固溶度線以上の基板温度で高温スパッタして第1層(AlSi層22)を形成するので、コンタクトをボイドの発生無く充填することができる。 Since the first layer (AlSi layer 22) is formed by sputtering AlSi, which has higher reflow performance than AlCu, at a substrate temperature equal to or higher than the solid solubility line, it is possible to fill the contacts without generating voids. it can.
また、AlSi層22の上に、AlSiのスパッタと比較して、十分低い基板温度でAlCuをスパッタして第2層を形成するので、AlCu層23のAlのグレインサイズを、AlSi層22のAlのグレインサイズより、小さくすることができる。これにより、AlCu層23の表面の結晶方位のセルが小さくなる。
Further, since the second layer is formed on the
また、ジンケート処理によって形成されるZn置換膜35は、Alの結晶方位によって緻密性が異なるため、AlCu層23の表面の結晶方位のセルを小さくすることで、無電解めっき法によって形成されたNi層24の均一性を向上することができる。
In addition, since the
次に、図10−図13を用いて、AlCu層23のAlグレインサイズと無電解めっき法によって形成されたNi層24の表面について説明する。図10は、基板温度が異なるスパッタで形成したAlCu層23の表面のAlグレインマップの表面写真を示す図である。図11は、基板温度が異なるスパッタで形成したAlCu層23の表面上に形成したZn置換膜の表面写真を示す図である。図12は、基板温度が異なるスパッタで形成したAlCu層23の表面上に形成した無電解Niめっき層(Ni層)24の表面写真を示す図である。図13は、スパッタ時の基板温度とAlCu層のAlグレインサイズ(結晶粒径)との関係を示す図である。図10−図12において、(A)は300°Cの基板温度でスパッタ法によりAlCu層を形成したものであり、(B)は150°Cの基板温度でスパッタ法によりAlCu層を形成したものである。
Next, the Al grain size of the
図10に示されるように、(A)におけるAlCu層のAlグレインサイズ(粒径)は平均で約10.5μmであり、(B)におけるAlCu層のAlグレインサイズ(粒径)は平均で約7.3μmである。この関係は、図13にも示されている。 As shown in FIG. 10, the Al grain size (particle size) of the AlCu layer in (A) is about 10.5 μm on average, and the Al grain size (particle size) of the AlCu layer in (B) is about 7.3 μm. This relationship is also shown in FIG.
図11に示されるように、(A)におけるZn置換膜の表面は、(B)におけるZn置換膜の表面より、粗い状態になっていることがわかる。すなわち、図11の(B)におけるZn置換膜の表面は、(A)におけるZn置換膜の表面より、滑らかになっている。 As shown in FIG. 11, it can be seen that the surface of the Zn-substituted film in (A) is rougher than the surface of the Zn-substituted film in (B). That is, the surface of the Zn substitution film in FIG. 11B is smoother than the surface of the Zn substitution film in FIG.
図12に示されるように、(A)における無電解Niめっき層は、その表面に、めっき窪みが発生している。一方、(B)における無電解Niめっき層は、その表面に、めっき窪みの発生がなく、緻密で、均一な表面となっていることがわかる。 As shown in FIG. 12, the electroless Ni plating layer in (A) has plating depressions on its surface. On the other hand, it can be seen that the electroless Ni plating layer in (B) has a dense and uniform surface with no plating depressions on its surface.
すなわち、第2層のAlCu層23は、そのAlグレインサイズが小さくなるような基板温度でスパッタ法により形成すると、AlCu層23の上に形成される第3層(Ni層24)は、均一な無電解めっき層として形成することができる。
That is, when the
無電解Niめっき層に窪みがあると、そこからAlCu層23及びAlSi層22に半田層から不純物が拡散し、オン抵抗等の半導体装置の電気的特性に影響を及ぼす恐れがある。さらに半田層からの不純物がAlCu層23及びAlSi層22を介して、ボディ領域15やエミッタ領域16等の半導体基板11まで拡散すると絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ等の半導体装置の閾値変動を起こし、半導体装置の信頼性が低下する恐れがある。
If there is a depression in the electroless Ni plating layer, impurities may diffuse from the solder layer to the
なお、上記では、半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)を例として説明したが、それに限定されない。MOSFETやダイオードなど半導体素子を用いた半導体装置の電極構造としても利用可能である。半導体素子がMOSFETとされる場合、MOSFETのソース電極が表面電極EDの構造として利用できる。半導体素子がダイオードの場合、アノード電極が表面電極EDの構造として利用できる。すなわち、半導体基板11に設けられる半導体素子の1つの活性領域(例えば、エミッタ領域、ソース領域、アノード領域)と接続される電極構造として、表面電極EDの構造を利用可能である。
In the above description, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) has been described as an example of the semiconductor element, but is not limited thereto. It can also be used as an electrode structure of a semiconductor device using a semiconductor element such as a MOSFET or a diode. When the semiconductor element is a MOSFET, the source electrode of the MOSFET can be used as the structure of the surface electrode ED. When the semiconductor element is a diode, the anode electrode can be used as the structure of the surface electrode ED. That is, the structure of the surface electrode ED can be used as an electrode structure connected to one active region (for example, an emitter region, a source region, and an anode region) of a semiconductor element provided on the
次に、実施例2について、図面を用いて説明する。 Next, Example 2 will be described with reference to the drawings.
図14は、実施例2に係る半導体装置を説明するための断面図である。図14に示される半導体ウエハ1bが、図1に示される半導体ウエハ1と異なる部分は、第1層のAlSi層22が、層間絶縁膜21に設けられたコンタクト内に埋め込まれている点である。第1層のAlSi層22の表面は、エッチバック等により、層間絶縁膜21の表面より低くされる。他の構成は図1と同じであるので、説明は省略する。
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the semiconductor device according to the second embodiment. The
これにより、表面電極ED、フィールドプレート電極FP、および、チャネルストッパ電極GRの高さが低くされ、電極の平坦性が向上ないし改善されている。 Thereby, the height of the surface electrode ED, the field plate electrode FP, and the channel stopper electrode GR is lowered, and the flatness of the electrode is improved or improved.
また、AlCu層と比較して、マイグレーション耐量が低く、水分とも反応しやすいAlSi層の表面を、AlCu層で完全に被覆することができる。これにより、マイグレーション耐量および耐湿性を向上することができる。 In addition, the surface of the AlSi layer that has a low migration resistance and easily reacts with moisture as compared with the AlCu layer can be completely covered with the AlCu layer. Thereby, migration tolerance and moisture resistance can be improved.
なお、上記では、第1層のAlSi層22の表面は層間絶縁膜21の表面より低くされるとしたが、それに限定されない。AlSi層22の表面は、機械的に研削して、層間絶縁膜21の表面と同じ高さとしても良い。
In the above description, the surface of the
次に、図面を用いて、図14に示される半導体装置100bの製造方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the
図15−図21は、半導体装置100bの製造方法を断面図で示すフロー図である。より具体的には、半導体素子を含む半導体基板の表面上に、表面電極EDを形成する形成工程を説明する。図15は、AlSi層22の形成工程を示す断面図である。図16は、AlSi層の高さがコンタクト以下になるようエッチバックもしくは研削する工程を示す断面図である。図17は、AlCu層23の形成工程を示す断面図である。図18は、AlCu層23のパターニング工程を示す断面図である。図19は、ポリイミド層30の形成工程を示す断面図である。図20は、Zn置換膜の形成工程を示す断面図である。図21は、Ni層24の形成工程を示す断面図である。
15 to 21 are flowcharts showing the method for manufacturing the
まず、図15に示されるように、トレンチゲートを有するIGBTが形成された半導体基板11を準備する。準備された半導体基板11の表面上に、層間絶縁膜21を形成し、層間絶縁膜21をパターニングして、層間絶縁膜21にコンタクトを形成する。そして、コンタクトから露出する半導体基板11の表面、および、層間絶縁膜21の表面に、第1層のAlSi層22を形成する。つまり、素子領域ERにおいて、第1層であるAlSi層22は、層間絶縁膜21に設けたコンタクトから露出するボディ領域15の表面およびエミッタ領域16の表面と接して設けられる。周辺領域PRにおいて、第1層であるAlSi層22は、層間絶縁膜21に設けたコンタクトから露出するP型領域19の表面およびN+型領域20の表面に接して設けられる。スクライブ領域SRにおいて、第1層であるAlSi層22は、層間絶縁膜21に設けたコンタクトから露出するN−型のドリフト層14の表面に接して設けられる。AlSi層22は、例えば、Si濃度0.5wt%のAlSiを、400°C以上―500°C以下の様な基板温度でスパッタして形成する。AlSi層22の厚みは、素子領域ERに設けたコンタクトを充填できるようコンタクト径(L)以上を確保するのが望ましい。コンタクト径(L)が1μm以上の場合は比較的容易に充填するため、その限りではない。
First, as shown in FIG. 15, a
次に、図16に示されるように、AlSi層22の表面の高さが層間絶縁膜21の表面以下になるようエッチバックする。なお、AlSi層22は、機械的に研削して、AlSi層22の表面の高さと層間絶縁膜21の表面の高さを同じにしてもよい。AlSi層22は層間絶縁膜21に設けたコンタクト内に埋め込まれている。AlSi層22はコンタクト内のみ存在する様に、エッチバックまたは機械的に研削されている。
Next, as shown in FIG. 16, etch back is performed so that the height of the surface of the
特に機械的に研削してAlSi層22をコンタクト内のみ存在する様に形成する方法によれば、AlSi材料特有のシリコン残渣(Si残渣)が層間絶縁膜21表面から効果的に除去出来、表面電極EDの平坦性がより向上し、さらにこの後に形成するAlCu層23が上記Si残渣により層間絶縁膜21との接着性が低下するのを防止する効果も得られる。
In particular, according to the method of mechanically grinding and forming the
次に、図17に示されるように、AlSi層22の表面上、および、層間絶縁膜21の表面上に、第2層のAlCu層23を形成する。AlCu層23は、例えば、Cu濃度0.5wt%のAlCuを、25°C以上―200°C以下の基板温度でスパッタして形成する。
Next, as shown in FIG. 17, a
次に、図18に示されるように、AlCu層23を、フォトマスクを用いたエッチングによって同時にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 18, the
次に、層間絶縁膜21及びAlCu層23の表面にポリイミド層30を形成した後、図19に示されるように、フォトマスクを使ったエッチングでポリイミド層30をパターニングする。これにより、素子領域ERのAlCu層23の一部がポリイミド層30から露出される。また、スクライブ領域SRにおいて、層間絶縁膜21、及びAlCu層23の表面がポリイミド層30から露出される。
Next, after the
次に、図20に示されるように、ポリイミド層30をマスクにして、AlCu層23の表面をダブルジンケート処理し、素子領域ERのAlCu層23の表面および素子領域ERのAlCu層23の表面に、Zn置換膜35を形成する。
Next, as shown in FIG. 20, using the
次に、Zn置換膜35をNiに置換し、置換されたNiを触媒としてNiを析出させ、図21に示されるように様に、無電解めっき法によりNi層24を形成する。図示されないが、この後、Ni層24の上に、PdやAuなどを連続して無電解めっき法で形成しても良い。
Next, the
次に、実施例3について、図面を用いて説明する。 Next, Example 3 will be described with reference to the drawings.
図22は、実施例3に係る半導体装置を説明するための断面図である。図22に示される半導体ウエハ1cが、図1に示される半導体ウエハ1と異なる部分は、第1層のAlSi層22が周辺領域PRおよびスクライブ領域SRに形成されていない点と、素子領域ERにおいて、AlSi層22の表面および側面がAlCu層23に完全に覆われている点である。この場合、AlSi層22とAlCu層23とは、別々にパターンエッチングすることになる。また、この時、AlSi層22を覆うAlCu層23の端部23Eは、微細なコンタクトを有する素子領域ERより外側の周辺領域PRに位置させる。これにより、素子領域ERにおいて、AlSi層22がAlCu層23に完全に覆われ、かつ、周辺領域PRにおいて、AlCu層23のみが電極(フィールドプレート電極FP、チャネルストッパ電極GR)となるので、半導体装置100cのマイグレーション耐量および耐湿性を向上することができる。つまり、周辺領域PRには、電圧を保持するためのフィールドプレート電極FPやチャネルストッパ電極GRが形成されており、マイグレーションや水分の侵入による影響を受けやすい。しかし、周辺領域PRの電極(FP、GR)をAlCu層23のみで形成するので、半導体装置100cの信頼性の向上に寄与することができる。
FIG. 22 is a cross-sectional view for explaining the semiconductor device according to the third embodiment. The
また、周辺領域PRおよびスクライブ領域SRの電極の高さが素子領域ERの電極(ED)の高さより、低くなる構造が形成される。これにより、スクライブ領域SRをダイシングブレードによりダイシングする際に、ダイシングブレードへの負担を軽減することができる。 Further, a structure is formed in which the heights of the electrodes in the peripheral region PR and the scribe region SR are lower than the height of the electrode (ED) in the element region ER. Thereby, when the scribe region SR is diced by the dicing blade, the burden on the dicing blade can be reduced.
また、周辺領域PRの電極(FP、GR)はAlCu層23のみ構成されるが、周辺領域PRに設けられるコンタクトのコンタクト径は素子領域ERと異なり比較的大きく形成できる。そのため、AlSi層22を設けなくても、周辺領域PRにおけるコンタクトの埋め込み性は特に問題とはならない。また、フィールドプレート電極FPも、チャネルストッパ電極GRも、この後説明するP型領域19やN−型のドリフト層14の電位を一定に保つ目的で設けるので、大電流を流すこともない。従って、AlCu層23のみでフィールドプレート電極FPやチャネルストッパ電極GRを構成しても、P型領域19やN−型のドリフト層14の間の接続抵抗の影響は問題にならない。
Further, although the electrodes (FP, GR) in the peripheral region PR are configured only by the
さらに、電極(ED)の端部23Eやゲート配線G、フィールドプレート電極FP、チャネルストッパ電極GR等の周辺領域PRに設けられる配線の高さが、素子領域ERに設けられる電極(ED)の高さと比較して、低く抑える。これにより、半導体装置100cを封止するモールド樹脂が収縮しても、その収縮によって発生する電極スライドは効果的に抑制することができる。
Further, the height of the wiring provided in the peripheral region PR such as the
次に、図面を用いて、図22に示される半導体装置100cの製造方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the
図23−図29は、半導体装置100cの製造方法を断面図で示すフロー図である。より具体的には、半導体素子を含む半導体基板の表面上に、表面電極EDを形成する形成工程を説明する。図23は、AlSi層22の形成工程を示す断面図である。図24は、AlSi層22のパターニング工程を示す断面図である。図25は、AlCu層23の形成工程を示す断面図である。図26は、AlCu層23のパターニング工程を示す断面図である。図27は、ポリイミド層30の形成工程を示す断面図である。図28は、Zn置換膜の形成工程を示す断面図である。図29は、Ni層24の形成工程を示す断面図である。
23 to 29 are flowcharts showing the method for manufacturing the
まず、図23に示されるように、トレンチゲートを有するIGBTが形成された半導体基板11を準備する。準備された半導体基板11の表面上に、層間絶縁膜21を形成し、層間絶縁膜21をパターニングして、層間絶縁膜21にコンタクトを形成する。そして、コンタクトから露出する半導体基板11の表面、および、層間絶縁膜21の表面に、第1層のAlSi層22を形成する。つまり、素子領域ERにおいて、第1層であるAlSi層22は、層間絶縁膜21に設けたコンタクトから露出するボディ領域15の表面およびエミッタ領域16の表面と接して設けられる。周辺領域PRにおいて、第1層であるAlSi層22は、層間絶縁膜21に設けたコンタクトから露出するP型領域19の表面およびN+型領域20の表面に接して設けられる。スクライブ領域SRにおいて、第1層であるAlSi層22は、層間絶縁膜21に設けたコンタクトから露出するN−型のドリフト層14の表面に接して設けられる。AlSi層22は、例えば、Si濃度0.5wt%のAlSiを、400°C以上―500°C以下の様な基板温度でスパッタして形成する。AlSi層22の厚みは、素子領域ERに設けられたコンタクトを充填できるようコンタクト径(L)以上を確保するのが望ましい。コンタクト径(L)が1μm以上の場合は比較的容易に充填するため、その限りではない。
First, as shown in FIG. 23, a
次に、図24に示されるように、AlSi層22を、フォトマスクを用いたエッチングによってパターニングする。AlSi層22は、素子領域ERに選択的に設けられ、周辺領域PRおよびスクライブ領域SRには設けられない。
Next, as shown in FIG. 24, the
次に、図25に示されるように、パターニングされたAlSi層22の上、および、層間絶縁膜21の上に、第2層のAlCu層23を形成する。AlCu層23は、例えば、Cu濃度0.5wt%のAlCuを、25°C以上―200°C以下の基板温度でスパッタして形成する。
Next, as shown in FIG. 25, a
次に、図26に示されるように、AlCu層23を、フォトマスクを用いたエッチングによってパターニングする。素子領域ERにおいて、AlSi層22がAlCu層23に完全に覆われる様に、AlCu層23がパターニングされることになる。この時、AlSi層22を覆うAlCu層23の端部23Eは、微細なコンタクトを有する素子領域ERより外側の周辺領域PRに位置させる。
Next, as shown in FIG. 26, the
次に、層間絶縁膜21、AlCu層23の表面にポリイミド層30を形成した後、図27に示されるように、フォトマスクを使ったエッチングでポリイミド層30をパターニングする。これにより、素子領域ERのAlCu層23の一部がポリイミド層30から露出される。また、スクライブ領域SRにおいて、層間絶縁膜21及びAlCu層23の表面がポリイミド層30から露出される。
Next, after the
その後、図28に示される様に、ポリイミド層30をマスクにして、AlCu層23の表面をダブルジンケート処理し、素子領域ERのAlCu層23の表面およびスクライブ領域SRのAlCu層23の表面に、Zn置換膜35を形成する。
Then, as shown in FIG. 28, using the
次に、Zn置換膜35をNiに置換し、置換されたNiを触媒としてNiを析出させ、図29に示される様に、無電解めっき法によりNi層24を形成する。図示されないが、この後、Ni層24の上に、PdやAuなどを連続して無電解めっき法で形成しても良い。
Next, the
図30は、実施例1、2、3に係る半導体ウエハの一部を拡大して示す平面図である。図30には、スクライブ領域SRと、周辺領域PRと、素子領域ERの一部部分とが拡大して示されている。スクライブ領域SRには、特に限定されないが、マスク用位置合わせ用のパターン電極TEGが形成される。パターン電極TEGは、図1、図2、図14、図22において、スクライブ領域SRに形成される電極(22、23、24等)である。半導体装置の周辺領域PRには、スクライブ領域SRから素子領域ERへ向かう方向に沿って、チャネルストッパ電極GR、複数のフィールドプレート電極FP、および、ゲート電極Gが順次設けられており、かつ、互いに並走する様に離間して配置される。エミッタ電極(ED)の大部分は、素子領域ERに形成されるが、一部は周辺領域PR内に配置される。 FIG. 30 is an enlarged plan view illustrating a part of the semiconductor wafer according to the first, second, and third embodiments. In FIG. 30, the scribe region SR, the peripheral region PR, and a part of the element region ER are shown enlarged. The scribe region SR is not particularly limited, but a pattern electrode TEG for mask alignment is formed. The pattern electrode TEG is an electrode (22, 23, 24, etc.) formed in the scribe region SR in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 14, and FIG. In the peripheral region PR of the semiconductor device, a channel stopper electrode GR, a plurality of field plate electrodes FP, and a gate electrode G are sequentially provided along the direction from the scribe region SR to the element region ER. They are spaced apart to run side by side. Most of the emitter electrode (ED) is formed in the element region ER, but a part is disposed in the peripheral region PR.
半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)を例として説明したが、それに限定されない。MOSFETやダイオードなど半導体素子を用いた半導体装置の電極構造としても利用可能である。半導体素子がMOSFETとされる場合、MOSFETのソース電極が表面電極EDの構造として利用できる。半導体素子がダイオードの場合、アノード電極が表面電極EDの構造として利用できる。 Although an insulated gate bipolar transistor (IGBT) has been described as an example of the semiconductor element, it is not limited thereto. It can also be used as an electrode structure of a semiconductor device using a semiconductor element such as a MOSFET or a diode. When the semiconductor element is a MOSFET, the source electrode of the MOSFET can be used as the structure of the surface electrode ED. When the semiconductor element is a diode, the anode electrode can be used as the structure of the surface electrode ED.
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and needless to say, various modifications can be made. .
100、100a、100b、100c:半導体装置
ER:素子領域
PR:周辺領域
SR:スクライブ領域
ED:表面電極
FP:フィールドプレート電極
GR:チャネルストッパ電極
11:半導体基板
22:第1層(AlSi層)
23:第2層(AlCu層)
24:第3層(Ni層)
100, 100a, 100b, 100c: Semiconductor device ER: Element region PR: Peripheral region SR: Scribe region ED: Surface electrode FP: Field plate electrode GR: Channel stopper electrode 11: Semiconductor substrate 22: First layer (AlSi layer)
23: Second layer (AlCu layer)
24: Third layer (Ni layer)
Claims (18)
前記半導体基板に接する表面電極と、を有し、
前記表面電極は、前記半導体基板に近い順に、
第1層と、
前記第1層の表面に形成された第2層と、
前記第2層の表面に形成された第3層と、を含み、
前記第1層は、AlSi層であり、
前記第2層は、AlCu層、AlSiCu層、または、AlSi層であり、
前記第3層は、Ni層であり、
前記第2層のAlグレインサイズは、前記第1層のAlグレインサイズより小さい、
半導体装置。 A semiconductor substrate;
A surface electrode in contact with the semiconductor substrate,
The surface electrode is in the order closer to the semiconductor substrate,
The first layer;
A second layer formed on the surface of the first layer;
A third layer formed on the surface of the second layer,
The first layer is an AlSi layer;
The second layer is an AlCu layer, an AlSiCu layer, or an AlSi layer,
The third layer is a Ni layer;
The Al grain size of the second layer is smaller than the Al grain size of the first layer,
Semiconductor device.
前記第1層のAlグレインサイズは、13μm以上−20μm以下であり、
前記第2層のAlグレインサイズは、9μm以下である、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1.
The Al grain size of the first layer is 13 μm or more and −20 μm or less,
The semiconductor device, wherein the Al grain size of the second layer is 9 μm or less.
前記半導体基板と前記第1層との間に、バリア層を有する、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1.
A semiconductor device having a barrier layer between the semiconductor substrate and the first layer.
前記半導体基板は、IGBTを有し、
前記表面電極は、前記IGBTのエミッタ電極である、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1.
The semiconductor substrate has an IGBT,
The semiconductor device, wherein the surface electrode is an emitter electrode of the IGBT.
前記半導体基板は、MOSFETを有し、
前記表面電極は、前記MOSFETのソース電極である、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1.
The semiconductor substrate has a MOSFET,
The semiconductor device, wherein the surface electrode is a source electrode of the MOSFET.
前記半導体基板は、ダイオードを有し、
前記表面電極は、前記ダイオードのアノード電極である、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1.
The semiconductor substrate has a diode;
The semiconductor device, wherein the surface electrode is an anode electrode of the diode.
前記素子領域に設けられ、前記半導体基板に接する表面電極と、
前記周辺領域に設けられ、前記半導体基板に接するフィールドプレート電極と、を含み、
前記表面電極は、前記半導体基板に近い順に、
第1層と、
前記第1層の表面に形成された第2層と、
前記第2層の表面に形成された第3層と、を含み、
前記第1層は、AlSi層であり、
前記第2層は、AlCu層、AlSiCu層、または、AlSi層であり、
前記第3層は、Ni層であり、
前記フィールドプレート電極は、前記第1層と前記第2層、または、前記第2層を含む、
半導体装置。 A semiconductor substrate including an element region and a peripheral region provided so as to surround the element region;
A surface electrode provided in the element region and in contact with the semiconductor substrate;
A field plate electrode provided in the peripheral region and in contact with the semiconductor substrate,
The surface electrode is in the order closer to the semiconductor substrate,
The first layer;
A second layer formed on the surface of the first layer;
A third layer formed on the surface of the second layer,
The first layer is an AlSi layer;
The second layer is an AlCu layer, an AlSiCu layer, or an AlSi layer,
The third layer is a Ni layer;
The field plate electrode includes the first layer and the second layer, or the second layer.
Semiconductor device.
前記周辺領域に設けられ、前記半導体基板に接するチャネルストッパ電極を含み、
前記フィールドプレート電極は、前記チャネルストッパ電極と前記表面電極との間に設けられる、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7.
A channel stopper electrode provided in the peripheral region and in contact with the semiconductor substrate;
The semiconductor device, wherein the field plate electrode is provided between the channel stopper electrode and the surface electrode.
前記チャネルストッパ電極は、前記第1層と前記第2層、または、前記第2層を含む、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 8.
The channel stopper electrode includes the first layer and the second layer, or the second layer.
前記第1層のAlグレインサイズは、13μm以上−20μm以下であり、
前記第2層のAlグレインサイズは、9μm以下である、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 9.
The Al grain size of the first layer is 13 μm or more and −20 μm or less,
The semiconductor device, wherein the Al grain size of the second layer is 9 μm or less.
前記第1層のAlグレインサイズは、13μm以上−20μm以下であり、
前記第2層のAlグレインサイズは、9μm以下である、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7.
The Al grain size of the first layer is 13 μm or more and −20 μm or less,
The semiconductor device, wherein the Al grain size of the second layer is 9 μm or less.
前記半導体基板は、IGBTを有し、
前記表面電極は、前記IGBTのエミッタ電極である、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7.
The semiconductor substrate has an IGBT,
The semiconductor device, wherein the surface electrode is an emitter electrode of the IGBT.
前記半導体基板の表面に設けられ、コンタクトを有する絶縁膜を含み、
前記半導体基板の表面は、前記コンタクトにおいて、露出しており、
前記第1層は、前記コンタクト内に埋め込まれている、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7.
An insulating film provided on a surface of the semiconductor substrate and having a contact;
The surface of the semiconductor substrate is exposed at the contact,
The semiconductor device, wherein the first layer is embedded in the contact.
前記素子領域において、前記第2層は前記第1層を覆う様に設けられ、
前記第2層の端部は、前記周辺領域に位置する、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7.
In the element region, the second layer is provided so as to cover the first layer,
An end of the second layer is a semiconductor device located in the peripheral region.
前記工程は、
第1層を形成する第1工程と、
前記第1層の表面に第2層を形成する第2工程と、
前記第2層の表面に第3層を形成する第3工程と、を含み、
前記第1工程は、AlSiを、400°C以上の基板温度でスパッタして前記第1層を形成する工程を含み、
前記第2工程は、AlCu、AlSiCuまたはAlSiを、200°C以下の基板温度でスパッタして前記第2層を形成する工程を含み、
前記第3工程は、Niを、無電解めっき法により前記第2層の表面に形成して前記第3層を形成する工程を含む、
半導体装置の製造方法。 Forming a surface electrode on a surface of a semiconductor substrate including a semiconductor element;
The process includes
A first step of forming a first layer;
A second step of forming a second layer on the surface of the first layer;
A third step of forming a third layer on the surface of the second layer,
The first step includes a step of forming the first layer by sputtering AlSi at a substrate temperature of 400 ° C. or higher.
The second step includes a step of forming the second layer by sputtering AlCu, AlSiCu or AlSi at a substrate temperature of 200 ° C. or less,
The third step includes a step of forming Ni on the surface of the second layer by electroless plating to form the third layer.
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第3工程は、
前記第2層の表面をジンケート処理して、Zn置換膜を形成する工程と、
前記Zn置換膜をNiに置換し、置換されたNiを触媒としてNiを析出させ、前記無電解めっき法により前記第3層を形成する工程と、を含む、半導体装置の製造方法。 In claim 15,
The third step includes
Forming a Zn-substituted film by zincating the surface of the second layer;
Replacing the Zn-substituted film with Ni, depositing Ni using the substituted Ni as a catalyst, and forming the third layer by the electroless plating method.
前記第1工程は、
前記半導体基板の表面に設けられた絶縁膜に、コンタクトを形成する工程と、
前記コンタクトから露出する前記半導体基板の表面、および、前記絶縁膜の表面に、前記第1層のAlSi層を形成する工程と、
前記コンタクトに内部に、前記第1層が埋め込まれるように、前記第1層をエッチバックまたは研削する工程と、を含む、半導体装置の製造方法。 In claim 15,
The first step includes
Forming a contact on an insulating film provided on a surface of the semiconductor substrate;
Forming a first AlSi layer on the surface of the semiconductor substrate exposed from the contact and on the surface of the insulating film;
And a step of etching back or grinding the first layer so that the first layer is embedded inside the contact.
前記第1工程は、前記第1層を前記半導体基板の素子領域に選択的に設けられる様にパターニングする工程を含み、
前記第2工程は、前記第2層がパターニングされた前記第1層の表面および側面を覆い、かつ、前記第2層の端部が前記半導体基板の周辺領域に位置する様に、パターニングする工程を含む、半導体装置の製造方法。 In claim 15,
The first step includes a step of patterning the first layer so as to be selectively provided in an element region of the semiconductor substrate,
In the second step, the second layer is patterned so as to cover the surface and side surfaces of the patterned first layer, and the end of the second layer is located in the peripheral region of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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JP2018028383A JP2019145667A (en) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
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WO2021261521A1 (en) * | 2020-06-26 | 2021-12-30 | 株式会社デンソー | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
WO2023053558A1 (en) * | 2021-09-29 | 2023-04-06 | 株式会社日立パワーデバイス | Plating defect estimation method and semiconductor device manufacturing method |
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2018
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