JP5804203B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は、電力制御に用いられるパワー半導体素子を有する半導体装置の製造方法に関する。
パワー半導体素子を用いた半導体装置は、半導体素子をエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂で封止したモールド封止型のものと、ゲル状樹脂で封止したゲル封止型のものが使用されている。特に、モールド封止型の半導体装置は小型で信頼性に優れており、取り扱いが容易であることから、空調機器の制御などに広く用いられている。また、近年は、モーター駆動を行う自動車の動力制御などにも使用されている。
通常、半導体素子は、半導体結晶基板（以下、半導体基板）に多数個形成された半導体素子をダイシング工程で個片（チップ）に切り分けて作製される。数百Ｖを超える高電圧で用いられる半導体素子は、主電極となる上部電極パッドと金属フレーム側の間の絶縁を図るため、上部電極パッドの外周を囲むように樹脂材料からなる絶縁膜が形成される。しかし、ダイシング工程で用いられるダイシングブレードの目詰まりを防ぐため、絶縁層はダイシング領域には被覆されない。半導体素子は、金属フレームに接合後、配線され、熱硬化性樹脂で封止されて半導体装置が完成する。
上記半導体装置では、動作時に半導体素子が発熱することから、半導体素子と封止樹脂の間に熱応力が発生する。この熱応力は、半導体チップと封止用樹脂との熱膨張係数の差異のほか、封止樹脂の硬化収縮にも起因している。通常、半導体素子は四角形の半導体チップであり、四隅の端部に応力に最大の応力が生じることから、四隅の接着界面で剥離欠陥が発生するおそれがある。
従来の半導体装置においては、半導体チップの露出しているダイシング領域をシラン系樹脂膜で覆い、封止樹脂との接着力を向上させている（例えば、特許文献１参照）。
特開平２−３０８５５７号公報
ＳｉＣ（炭化ケイ素）結晶を基板として作製したＳｉＣ半導体素子に関して検討を重ねた結果、ＳｉＣ結晶の表面においてはシラン系樹脂膜が形成されにくく、形成してもＳｉＣ半導体素子と封止樹脂との密着性向上の効果が低いことが見出された。これは、例えばＳｉＣ基板の表面ではＳｉに比べて酸化膜層が形成されにくく、シランカップリング剤と結合できるＯＨ基が表面に多く存在しないためと考えられる。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＳｉＣ半導体素子においても、封止樹脂との接着力が高く、動作時の熱応力によって封止樹脂のクラックや剥離を起こしにくい半導体装置を得るものである。
この発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化ケイ素基板に複数形成された半導体素子にそれぞれ電極層を形成する工程と、前記電極層の外周部を被覆する絶縁層を形成する工程と、前記炭化ケイ素基板を、前記電極層および絶縁層を同一面上で隔てる前記炭化ケイ素基板の露出面領域内で切断して半導体素子を個片化する工程と、個片化された前記半導体素子の前記絶縁層の外周部の段差部と、前記絶縁層の外周端部における前記炭化ケイ素基板の露出面のみを被覆層で被覆する工程と、前記半導体素子の前記電極層と対向する面に接合材のみを介して接合された銅を主成分とする板状のヒートスプレッダを接続する工程と、前記電極層にリード部材を接続する工程と、前記被覆層で被覆された前記半導体素子を封止樹脂で封止する工程とを含むものである。
動作時の熱応力による半導体素子を被覆する封止樹脂の剥離やクラック発生を抑制する事ができることから、半導体装置の信頼性が向上する。
この発明の実施の形態１の半導体装置の構造例を示す断面図である。 この発明の実施の形態１の半導体素子部を形成した段階における半導体基板の拡大平面図である。 この発明の実施の形態１の半導体素子部を形成した段階における半導体基板の拡大断面図である。 この発明の実施の形態１の半導体基板をダイシングした段階における半導体素子の拡大断面図である。 この発明の実施の形態１の半導体素子の外周端部の拡大断面図である。 この発明の実施の形態１の半導体素子の外周端部の拡大断面図である。 この発明の実施の形態２の半導体素子の外周端部の拡大断面図である。 この発明の実施の形態２の半導体素子の外周端部の拡大断面図である。 この発明の実施例の半導体装置の構造を示す断面図である。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１の半導体装置ＰＭの構造例を示す主要部断面図である。ＳｉＣからなる半導体基板Ｓには主電極１が形成されており、主電極１は外周端部が絶縁層２で被覆されている。半導体基板Ｓの外周端部上は被覆層７で被覆されている。通常の場合、半導体基板Ｓの最表面は全面がエピタキシャル成長層からなっており、主電極１はこのエピタキシャル層上に形成される。半導体基板Ｓ、主電極１、絶縁層２、被覆層７は半導体素子を構成している。被覆層７は、ポリイミド樹脂またはポリアミド樹脂を主成分としており、後述する封止樹脂に対する応力緩和を図るための層である。主電極１は、半導体素子の主電流を通電するための電極であり、制御用のゲート電極などとは区別される。半導体素子は半導体基板Ｓが接合材８を介して通電部材１０に固定され、主電極１はリード部材９が接合される。通電部材１０は、半導体基板Ｓの主電極１形成面と対向する面に配置される部材で、具体的には、銅を主成分とする材料からなるヒートスプレッダを兼ねた部材やリードフレームである。この半導体素子は、電力制御を行うためのパワー半導体素子であり、半導体基板Ｓの接合材８側に図示されていない裏面電極が形成される。半導体素子はフィラー粒子を含むエポキシ樹脂を主成分とする封止樹脂Ｒによって封止されることによって保護され、半導体装置ＰＭとして利用される。
図２は、複数の半導体素子に層状ないし膜状の主電極１を形成する工程を経た、炭化ケイ素からなる半導体基板Ｓの拡大平面図である。半導体ウエハに多数形成された半導体素子は、主電極１と、主電極１の外周部を被覆する絶縁層２を含むように画定される領域内に形成されている。各々の半導体素子間の主電極１および絶縁層２を隔てる領域は、ダイシング領域３となっており、この領域内で半導体基板Ｓの切断が行われる。ダイシング領域３には絶縁層２が形成されておらず、エピタキシャル層ないし半導体基板Ｓが露出した露出面領域となっている。
図３は、図２の線分ａｂを切断部とした、半導体素子を形成した半導体基板Ｓの断面を模式的に表した拡大断面図である。主電極１の外周端部４は、絶縁層２に覆われている。ダイシング領域３の幅Ｗは、概ね５０〜１５０μｍの範囲内で選択される。
図４は、半導体基板Ｓを切断するダイシング工程を経た段階における、半導体素子外周端部の拡大断面図である。図３の全てのダイシング領域３でダイシングが行われた結果、ダイシングライン５で半導体素子が切り離されて個々の半導体素子に個片化される。ダイシングによって生じた切断面６は、切断の跡が残る場合がある。
各半導体素子は個片化された後、個別に動作試験を実施することが可能である。半導体素子は、絶縁層２を有していることから、実際に高電圧を印加して必要な耐電圧性能を満たしているかどうかの確認をすることが出来る。特性が基準を満たさない場合は、不良品となる。
図５は、半導体素子の外周端部に被覆層７を形成した状態を示す拡大断面図である。被覆層７によって、半導体素子外周に残った半導体基板Ｓの露出面領域が被覆されている。被覆層７は、半導体素子の外周端部全体を被覆するもので、封止樹脂Ｒに対する応力緩和樹脂層である。
また、半導体素子上で最も熱応力の高くなる点は四隅であることから、多くの場合、剥離は四隅領域から発生して内側の領域に伝播していく。したがって、被覆領域が四隅近傍領域に限定されている場合でも、初期剥離の生じにくい半導体装置を実現することが可能である。被覆領域が限定されることで、塗布工程を簡略化して生産性を高めることができる。
なお、図５では２個の半導体素子が近接した状態で配置されている。これは、ダイシング前に半導体基板Ｓ裏面にダイシングテープを貼り付け、ブレードがダイシングテープを切断しないようにして、半導体素子がダイシングテープ上に残留した状態を想定している。ダイシングテープ上で固定された状態の半導体素子に被覆層７を形成すれば、取り扱いが容易となる。その他、ダイシングされた半導体素子を、フレームなどの部材に接合した状態で被覆層７を形成してもよい。
モールド封止型の半導体装置の製造工程は、まず、はんだ等の接合材を用いて、半導体素子を通電部材１０に接合する。通電部材１０は、金属製の部材であり、薄板状のリードフレームの他、ヒートスプレッダを兼ねた金属板でも良い。次に、半導体素子の上部電極パッドにリード部材を接続する。リード部材は、金属細線ワイヤ、金属リボン、金属薄板などからなる。接続方法は、金属細線ワイヤや金属リボンを超音波接合する方法と、金属薄板をはんだ等の接合材を介して接合する方法がある。各リード部材は、対応するリード端子部に接続されて半導体素子を含む回路を形成する。リード部材の接続後、封止樹脂Ｒによる封止（モールド）工程を経て半導体装置が作製される。封止工程は、トランスファーモールド法による加圧成型が適切であり、その他、液状の封止樹脂を流し込むポッティング法を用いても良い。
上記のダイシング工程では、ダイヤモンド粉末を金属で固めた刃（ブレード）を高速回転させて機械的に切断するブレードダイシング法や、レーザ光を照射して溶融、アブレーション、熱割断、多結晶化などの現象を用いて切断するレーザダイシング法が用いられる。
ダイシング領域３に、樹脂から成る絶縁層２が被覆されていると、ブレードダイシング法ではブレードの目詰まりを生じるおそれがある。ブレードに目詰まりを生じると、切断時にチッピングと呼ばれる不具合が起こりやすく、生産性が著しく低下する問題がある。硬度の高いＳｉＣ基板の切断においては、砥粒密度の高いブレードを用いる必要があり、Ｓｉ（シリコン）の基板を切断する場合と比較すると目詰まりを生じやすい。
また、多結晶化を行うレーザダイシング法においては、ダイシング領域３上の絶縁層２はレーザ集光の妨げとなる。本実施の形態１では、ダイシング領域３に絶縁層２が存在しないことから、ダイシング工程を円滑に進めることが出来る。
ダイシング領域３は、ダイシング工程における公差を考慮して、ダイシングライン５より広く設けられることから、半導体素子の絶縁層２の外周側には半導体基板が露出した領域が残る。したがって、その状態で樹脂封止を行うと、半導体表面と樹脂が直接コンタクトする界面が生じる。ＳｉＣやＧａＮ（窒化ガリウム）といった半導体は、熱膨張係数がエポキシ樹脂などの封止用樹脂と大きく異なっており、接着界面の熱応力が大きい。したがって、動作時の高温状態と、非動作時の低温状態を交互に繰り返すことにより、接着界面が徐々に破壊される。半導体基板Ｓの端部において熱応力が最大となることから、通常は端部で最初の剥離が発生し、繰り返し熱応力が加わるごとに、剥離位置から次第に応力集中箇所が移動して剥離が進行する。
さらに、温度サイクル試験による実験の結果、半導体基板がＳｉとＳｉＣの場合を比較すると、基板端部のコーティングが無い状態では、ＳｉＣ基板はＳｉ基板の数倍の速度で剥離が進行することが明らかとなった。これは、Ｓｉ基板の場合は、Ｓｉ表面に自然酸化膜を生じやすいのに対し、ＳｉＣの表面ではほとんど生じないことから、エポキシ樹脂とＳｉＣの接着強度が低いためと考えられる。
また、ＳｉＣやＧａＮを半導体基板Ｓとするパワー半導体素子は、１５０℃を超える高温になっても動作可能であり、樹脂封止したモジュールにおいても２００℃近い高温状態での動作が求められる。しかし、より高い温度での動作は温度変化幅が大きくなるため、熱応力が大きくなって、封止樹脂との接着面における剥離の問題が顕著となる。そのため、半導体素子外周部の界面で、封止樹脂のマイクロクラックや剥離が少ない動作回数で発生し、半導体チップの配線変形や破損を生じてしまう現象が見られた。
本実施の形態は、ＳｉＣ基板においてＳｉＣの露出している基板外周部に、ポリイミド系樹脂又はポリアミド系樹脂の被覆層７を塗布し、ＳｉＣの露出部を被覆したものである。その結果、封止後の基板端部は、ＳｉＣと被覆層の界面、および被覆層と封止樹脂の界面となる。この構成を用いたところ、ＳｉＣと封止樹脂が直接に接着した界面と比べて、大幅な剥離速度（剥離進展長さ／サイクル数）の低減が見られた。被覆層７の形成は、静電塗布方式やディスペンス方式、インクジェット方式等の方法を用いることができる。塗布の際、主電極側を下に向けて、噴射ノズルを半導体基板Ｓの下方に配置し、樹脂を下から吹き付けると、樹脂の重力によって半導体基板Ｓ端部の厚みをやや厚めに確保することができる。また、半導体素子の四隅に限定して塗布することで、スループットを高めることができる。
なお、被覆層７を形成前の半導体素子を通電部材１０に接合し、リード部材を接続してから被覆層７を形成する工程順序を用いると、リード部材に重なる領域の被覆層形成が困難になる。たとえば、液状の樹脂材料を用いて、吹き付けやディッピングて塗布する場合、被覆層７の厚みを最適な範囲に制御したり、厚みや品質を均一にしたりすることが難しくなる。厚みのばらつきは、信頼性のばらつきに直結することから、工業的には適切な方法とは言えない。
絶縁層２の材料に関しても、通常はポリイミド系樹脂又はポリアミド系樹脂が好適であり、絶縁層２と被覆層７を同種の材料で形成してもよい。この場合、被覆層７に、絶縁層２と比べて固形分含有率の高い樹脂を用いることができる。高い固形分含有率の液状塗料を用いることにより、半導体素子外周端における膜厚が薄くなり過ぎるのを防ぐことができる。たとえば、外周端から連続的に厚くなる被覆層において、外周端から３０μｍの位置で８μｍ以上の膜厚を確保することにより、封止樹脂の剥離進行を効果的に抑制することができる。
なお、被覆層７の形成位置は、図５の態様のものに限定されるわけではない。図６は、実施の形態１の半導体素子の外周端部を示す拡大断面図であり、被覆層７の被覆領域が絶縁層２の上側にも及んでいるものである。絶縁層２と被覆層７の材料は同一でなくとも、樹脂の熱膨張係数の差は小さく、剥離が進展する可能性は低い。したがって、図６の半導体素子を用いた半導体装置は、図５の態様の半導体装置とほぼ同様の作用効果を奏することができる。
実施の形態１によれば、ＳｉＣ等の半導体基板Ｓとしたパワー半導体素子においても、高電圧を用いた個体試験と、生産性の高いダイシング工程を用いながら、封止樹脂の接着力が高い、繰り返し動作に対する信頼性の優れた半導体装置を得ることが出来る。また、被覆層７に絶縁性の高いポリイミド樹脂等を適用することにより、半導体素子の絶縁特性が向上する。
前述の通り、半導体装置の作製順序は、被覆層７を形成後に、半導体素子の通電部材１０への接合とリード部材９の配線を行えば良い。通電部材１０に接合後、被覆層７の形成を行うには、通電部材１０を含む素子以外の部材に被覆層７の絶縁性材料が付着することを防止する措置が必要となる。
また、リード部材９を接合後に被覆層７を塗布するのは、リード部材９の影となる部分への塗布が難しくなるため、適切な方法とは言えない。
なお、特許文献１には、応力集中部を分散して発生応力を下げる目的で四隅を斜めに削り落として傾斜面を形成した半導体チップが開示されている。しかしながら、ＳｉＣは非常に硬く（モース硬度１３）、チップ端部の傾斜面加工は容易でない。また、加工時にチップ欠けを生じて信頼性が低下する可能性もあり、工業的に利用することは困難な方法である。したがって、封止樹脂と半導体素子の剥離を抑制するには、本発明の被覆層７を用いることが適切な解決策となる。
実施の形態２．
図７は、実施の形態２の半導体素子の外周端部を示す拡大断面図であり、被覆層７の被覆領域が切断面６にも及んでいるものである。半導体基板Ｓは、チップサイズが小さいものでも３ｍｍ角の正方形であり、厚みは１００μｍ〜４００μｍ程度であることから、相対的に厚み方向に生じる熱応力は小さい。したがって、本実施の形態２の被覆層７は、半導体基板Ｓとの接着界面で初期剥離が生じにくく、温度変化に対する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
また、半導体基板Ｓの裏面から主電極１までの沿面距離が長くなるため、絶縁耐圧の高い半導体装置を得ることができる。なお、絶縁層２により、半導体素子の耐電圧が確保されていることから、個片化された半導体素子の高電圧条件における動作試験を実施可能であることは言うまでもない。
図８は、実施の形態２の半導体素子の外周端部を示す拡大断面図であり、被覆層７の被覆領域が切断面６の全体に及んでいるものである。半導体基板Ｓを適切な平板台座もしくは粘着シートに載せて被覆層７を形成することにより、半導体基板Ｓの裏面側に被覆層７が回りこむのを防ぐことができる。被覆層７が切断面６の全体を被覆することにより、切断面６によるアンカー効果が大きくなることから、温度変化に対する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
図９は、本発明の実施例に係る半導体装置ＰＭ１の構造を示す断面図である。半導体装置ＰＭ１は、第１半導体素子Ｄ１と、第２半導体素子Ｄ２が並列に接続されたパワーモジュールであり、基本的な構成は図１に示すものと同様である。第１半導体素子Ｄ１と第２半導体素子Ｄ２はそれぞれ主電極、絶縁層、被覆層を備え、はんだまたは焼結性金属微粒子等の接合材で通電部材となるヒートスプレッダ１１０に接合されている。さらに、外部回路との端子部材を兼ねたリードフレーム１１２を備えており、半導体素子Ｄ１、Ｄ２には、リード部材としてアルミニウムからなるワイヤ１０９が超音波接合で接続されている。また、ワイヤ１０９の一端は、リードフレーム１１２に接続されている。半導体装置ＰＭ１は、リードフレーム１１２の外部端子部を残して、全体がエポキシ樹脂等の封止樹脂Ｒ１で封止されている。封止工程では、トランスファモールド成形により、ワイヤ１０９の配線を完了した半導体素子のアセンブリ全体を封止する。ヒートスプレッダ１１０には、絶縁シート１１１が貼り付けられて、半導体装置ＰＭ１の絶縁性を確保している。絶縁シート１１１は、金属箔と絶縁層の二層構造であってもよい。その場合、絶縁層側がヒートスプレッダ１１０への接着層となる。
実装された半導体素子Ｄ１、Ｄ２は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）といったスイッチング素子や、ショットキーバリアダイオードなどの整流素子である。スイッチング素子は、上面の主電極と並んで制御電極が配置されており、図示されていない制御電極用のリード部材が接続される。ＭＯＳＦＥＴの場合、主電極となるソース電極や制御電極となるゲート電極が形成されている。それらの電極は、ワイヤのような配線部材によって他の素子やリードフレーム１１２等の端子部材と接続されてモジュール内の回路およびモジュール外部との給電経路が形成される。ワイヤ等のリード部材には、アルミニウムのほか、導電性の高い銅や銀を主成分とする部材が好適である。半導体素子Ｄ１、Ｄ２は、上面側の主電極とヒートスプレッダ１１０側とを絶縁するために形成された絶縁層と、半導体素子をダイシング後にエピタキシャル層上に形成された被覆層とを有している。
このようにして回路が形成された、いわゆるフレームアセンブリ（封止前の半導体装置）は、アウターリード部となるリードフレーム１１２の端部、放熱面となる金属箔部分が露出するように、封止樹脂Ｒ１によって封止され、半導体装置ＰＭ１を構成する。
本実施例においてモジュールを構成する各部材の線膨張係数は、ＳｉＣの半導体基板Ｓが３〜５ｐｐｍ／Ｋ、銅を主成分とするヒートスプレッダ１１０やリードフレーム１１２は１７ｐｐｍ／Ｋ、アルミニウムを主成分とするワイヤ１０９は２３ｐｐｍ／Ｋである。ヒートスプレッダ１１０の厚みは１．５〜５ｍｍが好ましく、本実施例では３ｍｍを用いた。
絶縁シートは、半導体素子からの発熱した熱を効率的に放熱するため、エポキシなどの樹脂に熱伝導性に優れる無機粉末フィラを７０ｖｏｌ％程度の高い充填率で充填したものである。これによって熱伝導性を向上させ、線膨張係数を１０〜２０ｐｐｍ／Ｋ程度に抑えている。
封止樹脂は、弾性率の範囲として、５〜３０ＧＰａを選択可能であるが、リードフレームや素子との熱応力を考慮すると１０〜１５ＧＰａが好ましい。封止樹脂の線膨張係数は、ヒートスプレッダとの界面における熱応力を考慮して、１０〜１７ｐｐｍ／Ｋの範囲に調整されることが好ましい。本実施例では、１３ｐｐｍ／Ｋの封止樹脂を用いた。なお、通電部材がセラミック基板に電極パターンを積層した絶縁基板の場合は、絶縁基板の線膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ未満であることから、線膨張係数が１０〜１２ｐｐｍ／Ｋ程度の封止樹脂を用いることが好適である。線膨張係数が１０〜１２ｐｐｍ／Ｋ程度であれば半導体基板Ｓとの線膨張係数の差が縮小して、半導体素子Ｄ１、Ｄ２の外周端部でＳｉＣ基板が露出していても、界面剥離の問題が顕在化する可能性は低くなる。
封止樹脂や被覆樹脂には絶縁性のフィラが充填される。絶縁性のフィラとしては、溶融シリカ等の線膨張係数の小さい無機粉末や、熱伝導性が優れるアルミナなどが用いられる。その他、結晶シリカ、ガラス、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、天然鉱物系などから選択して使用できる。着色用、粘度調整用、潤滑用などの必要な用途により、粒径範囲、形状を選択可能であり、また、複数の種類のフィラを組み合わせて使用してもよい。
被覆層の材料は、封止樹脂Ｒ１との接着界面における熱応力を考慮して、定性的には弾性率の小さい材料が好ましい。したがって、被覆層の弾性率の上限の目安を封止樹脂の弾性率とすれば、１０〜１５ＧＰａの範囲が上限となる。被覆層は、耐熱性の優れたポリイミド系樹脂又はポリイミドアミド系樹脂が好ましく用いられる。また、複数の樹脂を混合したものや、前述のフィラを添加して弾性率を調整したものを用いてもよい。
被覆層７は、静電塗布方式やディスペンス方式、インクジェット方式等を用いて、ＳｉＣ露出面を覆うように形成される。例えば、ディスペンス方式またはインクジェット方式を用いてチップのＳｉＣ露出面をコーティングすると、図６や図７のような塗布エリアが形成される。一方、静電塗布方式を用いた場合、図５のような塗布エリアが形成される。
被覆層７は、絶縁層と同じ材料を用いても、異なる材料を用いても良い。また、図５のような塗布エリアを形成するためには、被覆層７の樹脂の固形分含有率は、絶縁樹脂の固形分含有率より高い方が望ましい。
本実施例においては、被覆層の材料として、感光性ポリイミド樹脂（ＨＤマイクロ社製ＨＤ８９３０）およびポリアミドイミド樹脂（日立化成製HL-1210N）を用いて材料の調整を行い、表１に示した各種の弾性率を有する材料を用いて試験モジュールを作製した。また、アクリル樹脂を被覆層とするモジュールも作製した。
試験モジュールでは、被覆層のコーティングに静電塗布法を用いた。静電塗布装置は、静電塗布ノズル、薬液供給系、高圧電源、ＸＹＺθステージ、アライメントシステム等からなるものである。コーティングの後に１００〜１４０℃の温度で数分間ベークして膜中の溶媒を除去し、さらに１５０〜２００℃で数時間の熱硬化を行って被覆層を形成した。被覆層の形成温度が２５０℃以上になると、はんだ付けの接合面となる電極表面が劣化してはんだ濡れ性が低下するため、２５０℃以下で硬化した。
表１は、作製したモジュール（１）〜（８）の被覆層の樹脂種類と、信頼性試験の結果を示す一覧表である。モジュール（２）〜（８）に関して、被覆層に用いた樹脂の弾性率と破断伸び率が異なっている。信頼性試験は、ヒートサイクル試験と、パワーサイクル試験を実施した。
ヒートサイクル試験は、モジュールを温度制御が可能な恒温槽に入れ、恒温槽内の温度を−６０℃と１８０℃との間を繰り返し往復させて実施した。
パワーサイクル試験は、半導体素子の温度が２００℃になるまで通電し、２００℃に達したら通電を止め、半導体素子の温度が１２０℃になるまで冷却し、冷却された後に再び通電して実施した。
信頼性試験の判定基準は、ヒートサイクル試験が１８００サイクル経過後に剥離発生無きこと、パワーサイクル試験で２００ｋサイクル経過後に剥離発生無きこととした。
Figure 0005804203
表１の試験結果から、被覆層の弾性率は８ＧＰａ以下が望ましいことが分かる。モジュール（５）は、基準に対して不合格となったものの、モジュール（２）と比較すると優位である。さらに、破断伸び率の観点から見ると４０％以上の破断伸び率が好ましいと考えられる。
１ 主電極
２ 絶縁層
３ ダイシング領域
４ 外周端部
５ ダイシングライン
６ 切断面
７ 被覆層
９ リード部材
１０ ヒートスプレッダ
Ｓ 半導体基板
Ｒ 封止樹脂

Claims (17)

  1. 炭化ケイ素基板に複数形成された半導体素子にそれぞれ電極層を形成する工程と、
    前記電極層の外周部を被覆する絶縁層を形成する工程と、
    前記炭化ケイ素基板を、前記電極層および絶縁層を同一面上で隔てる前記炭化ケイ素基板の露出面領域内で切断して半導体素子を個片化する工程と、
    個片化された前記半導体素子の前記絶縁層の外周部の段差部と、前記絶縁層の外周端部における前記炭化ケイ素基板の露出面のみを被覆層で被覆する工程と、
    前記半導体素子の前記電極層と対向する面に接合材のみを介して接合された銅を主成分とする板状のヒートスプレッダを接続する工程と、
    前記電極層にリード部材を接続する工程と、
    前記被覆層で被覆された前記半導体素子を封止樹脂で封止する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
  2. 被覆層の主成分はポリイミド樹脂またはポリイミドアミド樹脂であり、封止樹脂の主成分はエポキシ樹脂である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 被覆層で被覆する工程は、液状の被覆層を半導体素子に塗布する工程と、前記被覆層を２５０℃以下で加熱硬化させる工程とを含む、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 被覆層の弾性率は８ＧＰａ以下である請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 被覆層の破断伸び率は４０％以上である請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 半導体素子を個片化する工程の前に、複数の電極層の外周部を絶縁樹脂で覆う工程を含み、前記半導体素子を個片化する工程は前記絶縁樹脂の被覆部を隔てるダイシング領域で炭化ケイ素基板を切断する、請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 個片化された半導体素子をフレームなどの部材に接合した状態で被覆層を形成することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  8. ヒートスプレッダの厚みは、１．５〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 被覆層は、少なくとも前記絶縁層の外周端部に露出した炭化ケイ素基板面の四隅近傍領域を覆うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 被覆層は、絶縁層と同種の材料で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 被覆層および絶縁樹脂の主成分は同種のポリイミド樹脂または同種のポリイミドアミド樹脂である、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 被覆層は、半導体素子の外周端部から連続して炭化ケイ素基板の切断面を覆う、請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 炭化ケイ素基板を用いた半導体素子を有する半導体装置であって、前記半導体素子の電極層に接続されたリード部材と、前記半導体素子の前記電極形成面と対向する面に接合材のみを介して接合された銅を主成分とする板状のヒートスプレッダと、前記半導体素子、前記リード部材および前記ヒートスプレッダを封止するエポキシ樹脂を主成分とする封止樹脂とを有し、前記半導体素子は前記電極層の外周部を被覆する絶縁層を有し、前記絶縁層の外周部の段差部と、前記絶縁層の外周端部に露出した炭化ケイ素基板面のみにポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂の被覆層を有し、前記被覆層は前記封止樹脂と接している半導体装置。
  14. 封止樹脂の線膨張係数が１０ｐｐｍ以上、１７ｐｐｍ以下である請求項１３に記載の半導体装置。
  15. ヒートスプレッダの厚みは、１．５〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
  16. 被覆層は、少なくとも前記絶縁層の外周端部に露出した炭化ケイ素基板面の四隅近傍領域を覆うことを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
  17. 被覆層は、絶縁層と同種の材料で形成されていることを特徴とする、請求項１３に記載の半導体装置。
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