JP4333483B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
金属層(19)の密な状態である部分は、層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における平行線から凹部(19a、19c)の最下部までの半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(31、33)が1.8μm以上であることにより、温度変化によって接合部材(6b)および導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、金属層(19)が塑性変形することで、金属層(19)の破壊および金属層(19)とNi層(20)との接合界面でのクラックの進展を生じさせることなく、接合部材(6b)および導体部材(5)の変形に金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴としている。
一方、請求項2に記載の発明では、金属層(19)は、密な状態である部分よりも層間絶縁膜(17)から離れた側に空孔(19b)を有し、
金属層(19)の密な状態である部分は、層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における平行線から空孔(19b)までの半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(32)が1.8μm以上であることにより、温度変化によって接合部材(6b)および導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、金属層(19)が塑性変形することで、金属層(19)の破壊および金属層(19)とNi層(20)との接合界面でのクラックの進展を生じさせることなく、接合部材(6b)および導体部材(5)の変形に金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴としている。
金属層(19)の密な状態である部分は、層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における平行線から凹部(19a、19c)の最下部までの半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(31、33)が1.8μm以上であることにより、温度変化によって第1の接合部材(6b)および第1の導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、金属層(19)が塑性変形することで、金属層(19)の破壊および金属層(19)とNi層(20)との接合界面でのクラックの進展を生じさせることなく、第1の接合部材(6b)および第1の導体部材(5)の変形に金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴としている。
一方、請求項4に記載の発明では、金属層(19)は、密な状態である部分よりも層間絶縁膜(17)から離れた側に空孔(19b)を有し、
金属層(19)の密な状態である部分は、層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における平行線から空孔(19b)までの半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(32)が1.8μm以上であることにより、温度変化によって第1の接合部材(6b)および第1の導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、金属層(19)が塑性変形することで、金属層(19)の破壊および金属層(19)とNi層(20)との接合界面でのクラックの進展を生じさせることなく、第1の接合部材(6b)および第1の導体部材(5)の変形に金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴としている。
金属層(19)の密な状態である部分は、層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における平行線から凹部(19a、19c)の最下部までの半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(31、33)が1.8μm以上であることにより、温度変化によって接合部材(6b)および導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、金属層(19)が塑性変形することで、金属層(19)の破壊を生じさせることなく、接合部材(6b)および導体部材(5)の変形に金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴としている。
一方、請求項7に記載の発明では、前記金属層(19)は、密な状態である部分よりも層間絶縁膜(17)から離れた側に空孔(19b)を有し、
金属層(19)の密な状態である部分は、層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における平行線から空孔(19b)までの半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(32)が1.8μm以上であることにより、温度変化によって接合部材(6b)および導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、金属層(19)が塑性変形することで、金属層(19)の破壊を生じさせることなく、接合部材(6b)および導体部材(5)の変形に金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴としている。
金属層(19)の密な状態である部分は、層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における平行線から凹部(19a、19c)の最下部までの半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(31、33)が1.8μm以上であることにより、温度変化によって第1の接合部材(6b)および第1の導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、金属層(19)が塑性変形することで、金属層(19)の破壊を生じさせることなく、第1の接合部材(6b)および第1の導体部材(5)の変形に金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴としている。
一方、請求項9に記載の発明では、金属層(19)は、密な状態である部分よりも層間絶縁膜(17)から離れた側に空孔(19b)を有し、
金属層(19)の密な状態である部分は、層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における平行線から空孔(19b)までの半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(32)が1.8μm以上であることにより、温度変化によって第1の接合部材(6b)および第1の導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、金属層(19)が塑性変形することで、金属層(19)の破壊を生じさせることなく、第1の接合部材(6b)および第1の導体部材(5)の変形に金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴としている。
図1に本発明の一実施形態における半導体装置の部分断面図を示す。図1は、図6中の領域Aの拡大図であり、半導体基板15の上に形成されているAl電極19、Niメッキ層20を拡大した図である。
図4に本発明の第2実施形態における半導体装置の部分断面図を示す。図4では、図1と同様の構成部に、図1と同一の符号を付している。
図5に本発明の第3実施形態における半導体装置の部分断面図を示す。図5では、図1と同様の構成部に、図1と同一の符号を付している。
(1)上記した各実施形態では、Al電極19が表面に凹部19aを有する場合を例として説明したが、Al電極19の表面を平らな形状とすることもできる。この場合、第2の加熱処理において、Al電極19の表面を平らにできるように、温度や時間を設定すればよい。
4…上側ヒートシンク、5…ヒートシンクブロック、6…半田、
7…封止用樹脂、9…リードフレーム、10…ボンディングワイヤ、
11…P+型基板、12…N−型層、13…P型層、14…N+型層、
15…半導体基板、16…ゲート電極、17…層間絶縁膜、
18…コンタクトホール、19…Al電極、
19a…凹部、19b…空孔、19c…スリット、
20…Niメッキ層、21…電極部、22…保護膜、23…コレクタ電極、
31…Al電極19における層間絶縁膜17の最上部17aからAl電極19の表面に存在する凹部19aの底面までの長さ、
32…Al電極19における層間絶縁膜17の最上部17aから空孔19bまでの長さ、
33…Al電極19における層間絶縁膜17の最上部17aからスリット19cの最下部までの長さ、
41…1回目の成膜により形成されたAl合金膜、
42…2回目の成膜により形成されたAl合金膜。
Claims (9)
- 半導体基板(15)の素子形成面(15a)上に、層間絶縁膜(17)を介して、電極部(21)としての金属層(19)およびNi層(20)が順に形成された半導体チップ(2)と、
電気伝導性を有する接合部材(6b)を介して、前記Ni層(20)と接合された導体部材(5)とを備える半導体装置であって、
前記金属層(19)は、前記Ni層(20)よりも塑性変形しやすい材料により構成され、かつ、前記金属層(19)のうち、少なくとも前記層間絶縁膜(17)に近い側の部分がスリットや空孔が存在しない状態である密な状態となっているとともに、前記密な状態である部分よりも前記層間絶縁膜(17)から離れた側に凹部(19a、19c)を有し、
前記金属層(19)の前記密な状態である部分は、前記層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って前記半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における前記平行線から前記凹部(19a、19c)の最下部までの前記半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(31、33)が1.8μm以上であることにより、
温度変化によって前記接合部材(6b)および前記導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、前記金属層(19)が塑性変形することで、前記金属層(19)の破壊および前記金属層(19)と前記Ni層(20)との接合界面でのクラックの進展を生じさせることなく、前記接合部材(6b)および前記導体部材(5)の変形に前記金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板(15)の素子形成面(15a)上に、層間絶縁膜(17)を介して、電極部(21)としての金属層(19)およびNi層(20)が順に形成された半導体チップ(2)と、
電気伝導性を有する接合部材(6b)を介して、前記Ni層(20)と接合された導体部材(5)とを備える半導体装置であって、
前記金属層(19)は、前記Ni層(20)よりも塑性変形しやすい材料により構成され、かつ、前記金属層(19)のうち、少なくとも前記層間絶縁膜(17)に近い側の部分がスリットや空孔が存在しない状態である密な状態となっているとともに、前記密な状態である部分よりも前記層間絶縁膜(17)から離れた側に空孔(19b)を有し、
前記金属層(19)の前記密な状態である部分は、前記層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って前記半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における前記平行線から前記空孔(19b)までの前記半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(32)が1.8μm以上であることにより、
温度変化によって前記接合部材(6b)および前記導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、前記金属層(19)が塑性変形することで、前記金属層(19)の破壊および前記金属層(19)と前記Ni層(20)との接合界面でのクラックの進展を生じさせることなく、前記接合部材(6b)および前記導体部材(5)の変形に前記金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板(15)の素子形成面(15a)上に、層間絶縁膜(17)を介して、電極部(21)としての金属層(19)およびNi層(20)が順に形成された半導体チップ(2)と、
電気伝導性を有する第1の接合部材(6b)を介して、前記Ni層(20)に接合された第1の導体部材(5)と、
電気伝導性を有する第2の接合部材(6a)を介して、前記半導体基板(15)の前記素子形成面(15a)とは反対側の面に接合された第2の導体部材(3)と、
前記第1の導体部材(5)の前記電極部(21)が接合された面とは反対側の面に電気伝導性を有する第3の接合部材(6c)を介して接合された第3の導体部材(4)と、
前記半導体チップ(2)、前記第1の導体部材(5)、前記第2の導体部材(3)における前記半導体チップ(2)と接合している面および前記第3の導体部材(4)における前記第1の導体部材(5)と接合している面を封止する封止部材(7)とを備える半導体装置であって、
前記金属層(19)は、前記Ni層(20)よりも塑性変形しやすい材料により構成され、かつ、前記金属層(19)のうち、少なくとも前記層間絶縁膜(17)に近い側の部分がスリットや空孔が存在しない状態である密な状態となっているとともに、前記密な状態である部分よりも前記層間絶縁膜(17)から離れた側に凹部(19a、19c)を有し、
前記金属層(19)の前記密な状態である部分は、前記層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って前記半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における前記平行線から前記凹部(19a、19c)の最下部までの前記半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(31、33)が1.8μm以上であることにより、
温度変化によって前記第1の接合部材(6b)および前記第1の導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、前記金属層(19)が塑性変形することで、前記金属層(19)の破壊および前記金属層(19)と前記Ni層(20)との接合界面でのクラックの進展を生じさせることなく、前記第1の接合部材(6b)および前記第1の導体部材(5)の変形に前記金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板(15)の素子形成面(15a)上に、層間絶縁膜(17)を介して、電極部(21)としての金属層(19)およびNi層(20)が順に形成された半導体チップ(2)と、
電気伝導性を有する第1の接合部材(6b)を介して、前記Ni層(20)に接合された第1の導体部材(5)と、
電気伝導性を有する第2の接合部材(6a)を介して、前記半導体基板(15)の前記素子形成面(15a)とは反対側の面に接合された第2の導体部材(3)と、
前記第1の導体部材(5)の前記電極部(21)が接合された面とは反対側の面に電気伝導性を有する第3の接合部材(6c)を介して接合された第3の導体部材(4)と、
前記半導体チップ(2)、前記第1の導体部材(5)、前記第2の導体部材(3)における前記半導体チップ(2)と接合している面および前記第3の導体部材(4)における前記第1の導体部材(5)と接合している面を封止する封止部材(7)とを備える半導体装置であって、
前記金属層(19)は、前記Ni層(20)よりも塑性変形しやすい材料により構成され、かつ、前記金属層(19)のうち、少なくとも前記層間絶縁膜(17)に近い側の部分がスリットや空孔が存在しない状態である密な状態となっているとともに、前記密な状態である部分よりも前記層間絶縁膜(17)から離れた側に空孔(19b)を有し、
前記金属層(19)の前記密な状態である部分は、前記層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って前記半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における前記平行線から前記空孔(19b)までの前記半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(32)が1.8μm以上であることにより、
温度変化によって前記第1の接合部材(6b)および前記第1の導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、前記金属層(19)が塑性変形することで、前記金属層(19)の破壊および前記金属層(19)と前記Ni層(20)との接合界面でのクラックの進展を生じさせることなく、前記第1の接合部材(6b)および前記第1の導体部材(5)の変形に追従できるようになっていることを特徴とする半導体装置。 - 前記金属層(19)は、Alを主成分とする金属もしくはCuを主成分とする金属で構成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 半導体基板(15)の素子形成面(15a)上に、層間絶縁膜(17)を介して、電極部(21)としてのCuを主成分とする金属層(19)が形成された半導体チップ(2)と、
電気伝導性を有する接合部材(6b)を介して、前記電極部(21)と接合された導体部材(5)とを備える半導体装置であって、
前記金属層(19)は、少なくとも前記層間絶縁膜(17)に近い側の部分がスリットや空孔が存在しない状態である密な状態となっているとともに、前記密な状態である部分よりも前記層間絶縁膜(17)から離れた側に凹部(19a、19c)を有し、
前記金属層(19)の前記密な状態である部分は、前記層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って前記半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における前記平行線から前記凹部(19a、19c)の最下部までの前記半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(31、33)が1.8μm以上であることにより、
温度変化によって前記接合部材(6b)および前記導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、前記金属層(19)が塑性変形することで、前記金属層(19)の破壊を生じさせることなく、前記接合部材(6b)および前記導体部材(5)の変形に前記金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板(15)の素子形成面(15a)上に、層間絶縁膜(17)を介して、電極部(21)としてのCuを主成分とする金属層(19)が形成された半導体チップ(2)と、
電気伝導性を有する接合部材(6b)を介して、前記電極部(21)と接合された導体部材(5)とを備える半導体装置であって、
前記金属層(19)は、少なくとも前記層間絶縁膜(17)に近い側の部分がスリットや空孔が存在しない状態である密な状態となっているとともに、前記密な状態である部分よりも前記層間絶縁膜(17)から離れた側に空孔(19b)を有し、
前記金属層(19)の前記密な状態である部分は、前記層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って前記半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における前記平行線から前記空孔(19b)までの前記半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(32)が1.8μm以上であることにより、
温度変化によって前記接合部材(6b)および前記導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、前記金属層(19)が塑性変形することで、前記金属層(19)の破壊を生じさせることなく、前記接合部材(6b)および前記導体部材(5)の変形に前記金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板(15)の素子形成面(15a)上に、層間絶縁膜(17)を介して、電極部(21)としてのCuを主成分とする金属層(19)が形成された半導体チップ(2)と、
電気伝導性を有する第1の接合部材(6b)を介して、前記電極部(21)に接合された第1の導体部材(5)と、
電気伝導性を有する第2の接合部材(6a)を介して、前記半導体基板(15)の前記素子形成面(15a)とは反対側の面に接合された第2の導体部材(3)と、
前記第1の導体部材(5)の前記電極部(21)が接合された面とは反対側の面に電気伝導性を有する第3の接合部材(6c)を介して接合された第3の導体部材(4)と、
前記半導体チップ(2)、前記第1の導体部材(5)、前記第2の導体部材(3)における前記半導体チップ(2)と接合している面および前記第3の導体部材(4)における前記第1の導体部材(5)と接合している面を封止する封止部材(7)とを備える半導体装置であって、
前記金属層(19)は、少なくとも前記層間絶縁膜(17)に近い側の部分がスリットや空孔が存在しない状態である密な状態となっているとともに、前記密な状態である部分よりも前記層間絶縁膜(17)から離れた側に凹部(19a、19c)を有し、
前記金属層(19)の前記密な状態である部分は、前記層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って前記半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における前記平行線から前記凹部(19a、19c)の最下部までの前記半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(31、33)が1.8μm以上であることにより、
温度変化によって前記第1の接合部材(6b)および前記第1の導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、前記金属層(19)が塑性変形することで、前記金属層(19)の破壊を生じさせることなく、前記第1の接合部材(6b)および前記第1の導体部材(5)の変形に前記金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板(15)の素子形成面(15a)上に、層間絶縁膜(17)を介して、電極部(21)としてのCuを主成分とする金属層(19)が形成された半導体チップ(2)と、
電気伝導性を有する第1の接合部材(6b)を介して、前記電極部(21)に接合された第1の導体部材(5)と、
電気伝導性を有する第2の接合部材(6a)を介して、前記半導体基板(15)の前記素子形成面(15a)とは反対側の面に接合された第2の導体部材(3)と、
前記第1の導体部材(5)の前記電極部(21)が接合された面とは反対側の面に電気伝導性を有する第3の接合部材(6c)を介して接合された第3の導体部材(4)と、
前記半導体チップ(2)、前記第1の導体部材(5)、前記第2の導体部材(3)における前記半導体チップ(2)と接合している面および前記第3の導体部材(4)における前記第1の導体部材(5)と接合している面を封止する封止部材(7)とを備える半導体装置であって、
前記金属層(19)は、少なくとも前記層間絶縁膜(17)に近い側の部分がスリットや空孔が存在しない状態である密な状態となっているとともに、前記密な状態である部分よりも前記層間絶縁膜(17)から離れた側に空孔(19b)を有し、
前記金属層(19)の前記密な状態である部分は、前記層間絶縁膜(17)の最上部(17a)を通って前記半導体基板(15)の表面に平行な線を引いた場合における前記平行線から前記空孔(19b)までの前記半導体基板(15)の表面に対して垂直な方向での長さ(32)が1.8μm以上であることにより、
温度変化によって前記第1の接合部材(6b)および前記第1の導体部材(5)が膨張収縮して変形した場合に、前記金属層(19)が塑性変形することで、前記金属層(19)の破壊を生じさせることなく、前記第1の接合部材(6b)および前記第1の導体部材(5)の変形に前記金属層(19)が追従できるようになっていることを特徴とする半導体装置。
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