JP7447530B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

パワー半導体モジュールは、１つまたは複数のパワー半導体チップを内蔵して変換接続の一部または全体を構成し、かつ、パワー半導体チップと積層基板または金属基板との間が電気的に絶縁された構造を持つパワー半導体デバイスである。パワー半導体モジュールは、産業用途としてエレベータなどのモータ駆動制御インバータなどに使われている。さらに近年では、車載用モータ駆動制御インバータに広く用いられるようになっている。車載用インバータでは、燃費向上のため小型・軽量化や、エンジンルーム内の駆動用モータ近傍に配置されることから、高温動作での長期信頼性が求められる。

ここで、車載用パワー半導体モジュールは、産業用パワー半導体モジュールに比べ、設置空間の制約から小型、軽量化が求められる。また、モータを駆動するための出力パワー密度が高くなるため、運転時における半導体チップ温度が高くなるとともに、高温動作時の長期信頼性の要求も高まってきている。このため、高温動作・長期信頼性を有したパワー半導体モジュール構造が要求されてきている。

図１３は、従来構造のパワー半導体モジュールの電極部の構成を示す断面図である。図１３に示すように、半導体基板上の半導体素子１２０上にソース電極となるＡｌ（アルミニウム）電極１２１が設けられている。半導体基板上の半導体素子１２０は、半導体基板上にＭＯＳゲート（金属－酸化膜－半導体からなる絶縁ゲート）構造（素子構造）が形成されている半導体素子である。リードフレーム配線（不図示）を上面電極１２１にはんだ１２５で接合しやすくするためにＮｉ（ニッケル）のめっき膜１２４が設けられる。めっき膜１２４上に、はんだ１２５を介して、リードフレーム配線が設けられ、パワー半導体モジュールは、封止樹脂（不図示）で封止されている。

半導体装置の信頼性を向上させるため、半導体基板と、半導体基板の上方に設けられた第１材料を含む上面電極と、上面電極の上面から下面まで貫通した開口部に設けられた、第１材料と異なる第２材料を含む部分電極と、を備え、第２材料のヤング率を、第１材料のヤング率より高くした半導体装置が公知である（例えば、下記特許文献１参照）。

特許第６５７３００５号公報

近年の半導体装置において、大電力化、高集積化が求められながらも、それらとともに信頼性を担保することが求められる。大電力化、高集積化に伴い、半導体チップの熱負荷は大きくなる。このため、信頼性を担保するために、製品使用環境を模擬した熱サイクル試験や半導体チップを通電するパワーサイクル試験が行われている。一般に、熱サイクル試験やパワーサイクル試験では、半導体装置を構成する部品毎で材料が異なるため、熱膨
張係数の差により熱応力が発生する。そのため、熱応力が繰り返されることで半導体装置内に疲労破壊が発生する。

この破壊箇所は、リードフレーム配線とパワー半導体チップの接合に用いられるはんだなどの接合材や、パワー半導体チップと絶縁基板上の電極パターンの接合に用いられるはんだなどの接合材や、パワー半導体チップ表面の金属電極膜（上面電極１２１、めっき膜１２４）の場合が多い。特にはんだの耐力が十分に高い場合、パワー半導体チップ表面の金属電極膜が破壊される。パワー半導体チップ表面の金属電極膜の破壊を抑制するためには、製品に用いられる部品に熱膨張係数が近い材料を用いることや熱応力を分散させる構造が考えられる。しかしながら、製品仕様により材料や構造は制限され、金属電極膜の破壊を十分に抑制することは困難であった。

図１３に、金属電極膜における疲労破壊の状態を示す。はんだ１２５とめっき膜１２４の端部に熱応力が集中し、はんだ１２５からめっき膜１２４に亀裂１２７が発生する。亀裂１２７は、めっき膜１２４から上面電極１２１内に進み、上面電極１２１の面内方向に進展し、切断面１２８に成長する。切断面１２８により上面電極１２１が破断され、半導体装置が破損する場合がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、金属電極を破断させることを防止して、信頼性の高い製品を提供可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体基板上に設けられた半導体素子のおもて面に、上面電極パッドと接続される第１電極層と、ゲート電極パッドと接続される第２電極層とを含む、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層が設けられる。前記電極層上にめっき膜が設けられる。前記めっき膜上に前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層が設けられる。前記電極層内の前記第２電極層内のみに、アルミニウムよりも硬い強化材料が分布している。

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記強化材料は、粒状であることを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記強化材料は、前記半導体素子の前記おもて面から前記めっき膜に達する柱状であることを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記強化材料はグラファイトで構成されていることを特徴とする。

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体基板上に設けられた半導体素子のおもて面に、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層が設けられる。前記電極層上にめっき膜が設けられる。前記めっき膜上に前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層が設けられる。前記電極層内に、アルミニウムよりも硬い強化材料が粒状に分布している。

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体基板上に設けられた半導体素子のおもて面に、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層が設けられる。前記電極層上にめっき膜が設けられる。前記めっき膜上に前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層が設けられる。前記電極層内に、グラファイトで構成された、アルミニウムよりも硬い強化材料が分布している。

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体基板上に設けられた半導体素子のおもて面に、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層が設けられる。前記電極層上にめっき膜が設けられる。前記めっき膜上に前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層が設けられる。前記電極層内に、前記電極層の膜厚の６０％以下の大きさであり、アルミニウムよりも硬い強化材料が分布している。

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、半導体基板上に半導体素子を形成する第１工程を行う。次に、前記半導体素子のおもて面に、上面電極パッドと接続される第１電極層と、ゲート電極パッドと接続される第２電極層とを含む、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層を形成する第２工程を行う。次に、前記電極層上にめっき膜を形成する第３工程を行う。次に、前記めっき膜上に前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層を形成する第４工程を行う。前記第２工程では、前記電極層内の前記第２電極層内のみに、アルミニウムよりも硬い、強化材料を分布させる。

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２工程では、前記強化材料を粒状に分布させることを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２工程では、アルミニウムとグラファイトとを同時にスパッタリング蒸着させることで前記電極層を形成することを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２工程では、アルミニウムにグラファイト粉末を混ぜた材料をスパッタリング蒸着させることで前記電極層を形成することを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２工程では、アルミニウムの蒸着とカーボンＣＶＤを同時に行うことで、前記電極層を形成することを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２工程では、前記強化材料を前記半導体素子の前記おもて面から前記めっき膜に達する柱状に分布させることを特徴とする。

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、半導体基板上に半導体素子を形成する第１工程を行う。次に、前記半導体素子のおもて面に、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層を形成する第２工程を行う。次に、前記電極層上にめっき膜を形成する第３工程を行う。次に、前記めっき膜上に前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層を形成する第４工程を行う。前記第２工程では、前記電極層内に、アルミニウムよりも硬い、強化材料を粒状に分布させる。

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、半導体基板上に半導体素子を形成する第１工程を行う。次に、前記半導体素子のおもて面に、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層を形成する第２工程を行う。次に、前記電極層上にめっき膜を形成する第３工程を行う。次に、前記めっき膜上に前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層を形成する第４工程を行う。前記第２工程では、前記電極層内に、グラファイトで構成された、アルミニウムよりも硬い、強化材料を分布させる。

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、半導体基板上に半導体素子を形成する第１工程を行う。次に、前記半導体素子のおもて面に、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層を形成する第２工程を行う。次に、前記電極層上にめっき膜を形成する第３工程を行う。次に、前記めっき膜上に前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層を形成する第４工程を行う。前記第２工程では、前記第２工程では、前記電極層内に、前記電極層の膜厚の６０％以下の大きさであり、アルミニウムよりも硬い、強化材料を分布させる。

上述した発明によれば、アルミニウムの電極層内に、アルミニウムよりも硬く、導電性を有する粒状の強化材料が分布している。強化材料により亀裂の進展が遅くなるため、従来より亀裂の進展を抑制できる。このため、電極層が破断されるまでの時間を長くし、熱サイクル試験等でのサイクル数を多くすることができる。

本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、金属電極を破断させることを防止して、信頼性の高い製品を提供できるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの構成を示す断面図である。 実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの電極部の構成を示す断面図である。 実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの電極部の構成を示す上面図である。 実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの電極部の製造途中の状態を示す断面図である（その１）。 実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの電極部の製造途中の状態を示す断面図である（その２）。 実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの電極部の製造途中の状態を示す断面図である（その３）。 実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールの電極部の構成を示す断面図である。 実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールの電極部の構成を示す上面図である（その１）。 実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールの電極部の構成を示す上面図である（その２）。 実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールの電極部の製造途中の状態を示す断面図である（その１）。 実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールの電極部の製造途中の状態を示す断面図である（その２）。 実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールの電極部の製造途中の状態を示す断面図である（その３）。 従来構造のパワー半導体モジュールの電極部の構成を示す断面図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの構成を示す断面図である。

（実施の形態１）
図１に示すように、パワー半導体モジュール５０は、パワー半導体チップ１と、絶縁基板２と、接合材３ａ、３ｂ、３ｃと、電極パターン４と、金属基板５と、リードフレーム配線６と、樹脂ケース７と、封止樹脂８と、金属端子９と、金属ワイヤ１０と、を備える。

パワー半導体チップ１は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）あるいはダイオードチップ等の半導体素子である。半導体素子に特に制限はなく、他の半導体素子であってもかまわない。絶縁性を確保するセラミック基板等の絶縁基板２のおもて面（パワー半導体チップ１側）および裏面（金属基板５側）には、銅（Ｃｕ）板などからなる電極パターン４が設けられている。なお、絶縁基板２の少なくとも片面に電極パターン４が設けられた基板を積層基板１２とする。おもて面の電極パターン４上には、はんだなどの接合材３ｂにてパワー半導体チップ１が接合される。裏面の電極パターン４上には、はんだなどの接合材３ｃにて放熱フィン（不図示）が設けられた金属基板５が接合される。また、パワー半導体チップ１の上面（接合材３ｂと接する面と反対側の面）には、電気接続用の配線としてリードフレーム配線６の一端がはんだなどの接合材３ａにて接合される。リードフレーム配線６の他端は、接合材３ｂにて電極パターン４と接合される。

樹脂ケース７は、パワー半導体チップ１と積層基板１２と金属基板５とが積層された積層組立体に組み合わされる。例えば、樹脂ケース７は、積層組立体とシリコーン系接着剤などの接着剤を介して接着されている。また、樹脂ケース７内部には、積層基板１２上のパワー半導体チップ１を絶縁保護するため、エポキシ樹脂などの硬質樹脂等の封止樹脂８が充填されている。実施の形態１では、封止樹脂８としてエポキシ樹脂などの硬質樹脂を用いており、蓋を使用していない。また、金属ワイヤ１０がパワー半導体チップ１と金属端子９との間を接続している。金属端子９は樹脂ケース７を貫通して、外部に突き出ている。

図２は、実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの電極部の構成を示す断面図である。図２は図１の点線で囲まれた部分の拡大図である。図２に示すように、半導体基板上の半導体素子２０（図１のパワー半導体チップ１に対応）上にソース電極（半導体素子２０がＭＯＳＦＥＴである場合）やゲート電極となるアルミニウムの上面電極（電極層）２１が設けられている。上面電極２１上にニッケルのめっき膜２４が設けられ、ニッケル
のめっき膜２４上に、リードフレーム配線６を接合するためのはんだ（はんだ層）２５（図１の接合材３ａに対応）が設けられる。上面電極２１は、例えば５μｍ程度の膜厚を有している。ニッケルのめっき膜２４上に酸化防止のために金（Ａｕ）を積層してもよい。また、はんだ２５の材料、膜厚等について、特に制限はない。

実施の形態１では、上面電極２１内に、アルミニウムよりも硬く、導電性を有する粒状の強化材料２６が分布している。アルミニウムよりも硬い材料は、アルミニウムより強度が高い材料でもよい。この強化材料２６内で亀裂の進展が遅くなることにより、従来の上面電極１２１より亀裂の進展を抑制できる。強化材料２６を上面電極２１内に一様に分布させることで、亀裂が上面電極２１内を進む進行速度が一様に遅くなる。さらに、亀裂が強化材料２６を避ける場合も、迂回する必要があるため、亀裂が上面電極２１内を進む進行速度が遅くなる。このように、強化材料２６により、亀裂が上面電極２１内を進む進行速度が遅くなり、上面電極２１が破断されるまでの時間を長くし、熱サイクル試験等でのサイクル数を多くすることができる。

ここで、強化材料２６はグラファイトであることが好ましい。グラファイトであるのは、アルミニウムよりも硬く、導電性を有するためである。

強化材料２６は、例えば、粒径が０．５μｍ以上３μｍ以下である。粒径が０．５μｍ未満であると、亀裂の進展を抑制する効果が小さくなり、３μｍより大きいと、上面電極２１の強度が低下して、抵抗が増加するためである。３μｍの上限は上面電極２１が５μｍ程度の膜厚の場合であり、より一般的には強化材料２６は上面電極２１の膜厚の６０％以下であることが好ましい。

図３は、実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの電極部の構成を示す上面図である。図３に示すように、パワー半導体チップ１は、オン状態のときに電流が流れる活性領域３２と、電界を緩和し耐圧を保持するエッジ終端領域３３とを備える。図３に示すように、パワー半導体チップ１は、活性領域３２のおもて面に、上面電極パッド（ＭＯＳＦＥＴの場合、ソース電極パッド（不図示））と電気的に接続される第１上面電極（第１電極層、ＭＯＳＦＥＴの場合、ソース電極）２１ａと、ゲート電極パッド（不図示）と電気的に接続される第２上面電極（第２電極層、ＭＯＳＦＥＴの場合、ゲート電極）２１ｂと、が設けられている。

強化材料２６は、第２上面電極２１ｂ内のみに分布させることが好ましい。第１上面電極２１ａには、はんだ２５の周りに保護膜としてポリイミド膜が設けられており、ポリイミド膜により、はんだ２５から亀裂が発生することが防止されている。このため、第１上面電極２１ａ内に強化材料２６を設ける必要は少ない。さらに、第１上面電極２１ａは、大電流が流れるため、抵抗成分となる強化材料２６を設けない方が好ましい。また、第２上面電極２１ｂは、面積が狭いため、ポリイミド膜を設けることが困難で、大電流が流れないため、強化材料２６を設けることに効果がある。

強化材料２６を第２上面電極２１ｂ内のみに分布させている場合、第２上面電極２１ｂは、通電してゲート駆動ができれば、電気抵抗が多少あがっても問題ないため、強化材料２６の電気特性は特に制限がなく、ニッケル、銅等のアルミニウムよりも硬い金属であってもかまわない。また、強化材料２６はアルミニウムよりも硬い金属以外の材料であってもかまわない。強化材料２６はアルミニウムと密着性がよい材料が好ましい。

（実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法）
次に、実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法について、説明する。図４～図６は、実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの電極部の製造途中の状態を示す断面図
である。まず、従来技術による半導体装置の製造方法と同様に、半導体基板上に半導体素子２０を形成する。例えば、半導体装置がＭＯＳＦＥＴである場合、半導体基板上にエピタキシャル成長によりドリフト層、ベース層を形成し、イオン注入で不純物を注入することにより、おもて面にベース領域、ソース領域等を形成する。次に、おもて面に熱酸化等でゲート絶縁膜を選択的に形成し、ＭＯＳゲート構造を形成する。ここまでの状態が、図４に記載される。図４では、半導体素子２０の素子構造の記載は省略されている。

次に、アルミニウムよりも硬く、導電性を有する粒状の強化材料２６が分布している、アルミニウムの上面電極２１を形成する。このような上面電極２１は、強化材料２６がグラファイトである場合、次のように形成することができる。例えば、アルミニウムターゲットとグラファイトターゲットとによる同時スパッタリング蒸着を半導体素子２０に対して行うことで形成することができる。また、例えば、溶融したアルミニウムにグラファイト粉末を混ぜた材料をターゲットにして、スパッタリング蒸着を半導体素子２０に対して行うことで形成することができる。また、粉末アルミニウムにグラファイト粉末を混ぜて焼結させた材料をターゲットにして、スパッタリング蒸着を行うことで形成することができる。さらに、アルミニウム蒸着またはアルミニウムのスパッタリング蒸着を、カーボンＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と同時に半導体素子２０に対して行うことで形成することができる。

また、強化材料２６がアルミニウムよりも硬い金属である場合、次のように形成することができる。例えば、溶融したアルミニウムにアルミニウムよりも硬い金属の粉末を混ぜた材料をターゲットにして、半導体素子２０に対してスパッタリング蒸着を行うことで形成することができる。また、粉末アルミニウムにアルミニウムよりも硬い金属の粉末を混ぜて焼結させた材料をターゲットにして、半導体素子２０に対してスパッタリング蒸着を行うことで形成することができる。金属間化合物の生成を抑制するために、スパッタリング蒸着で成膜する必要がある。通常の蒸着であると、アルミニウムよりも硬い金属の融点よりも温度が上昇するため、強化材料２６が内部に分布している形態とならないためである。ここまでの状態が、図５に記載される。

次に、上面電極２１上に、選択的にめっき膜２４を形成する。めっき膜２４は、例えば、Ｎｉで形成する。めっき膜２４はＮｉ－Ｐ（リン）で形成してもよい。さらに、めっき膜２４上にＡｕ膜を形成してもよい。ここまでの状態が、図６に記載される。このようにして、パワー半導体チップ１が形成される。

図１のパワー半導体モジュールの製造方法は、従来技術によるパワー半導体モジュールと同様である。パワー半導体モジュールの製造方法では、まず、積層基板１２にパワー半導体チップ１を実装し、パワー半導体チップ１と、絶縁基板２上に設けられた電極パターン４とを、はんだ２５（接合材３ｂ）を介して、リードフレーム配線６で電気的に接続する。次に、これらを金属基板５に接合して、パワー半導体チップ１、積層基板１２および金属基板５からなる積層組立体を組み立てる。この積層組立体に樹脂ケース７をシリコーン系接着剤などの接着剤で接着する。

次に、金属ワイヤ１０でパワー半導体チップ１と金属端子９との間を接続し、樹脂ケース７内にエポキシ樹脂などの硬質樹脂等の封止樹脂８を充填する。これにより、図１に示す実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールが完成する。なお、封止樹脂８がエポキシ樹脂等の硬質樹脂でない場合、封止樹脂８が外に漏れないようにするため、蓋を取り付けるようにする。

以上、説明したように、実施の形態１の半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、アルミニウムの上面電極内に、アルミニウムよりも硬く、導電性を有する粒状の強化
材料が分布している。強化材料により亀裂の進展が遅くなるため、従来より亀裂の進展を抑制できる。このため、上面電極が破断されるまでの時間を長くし、熱サイクル試験等でのサイクル数を多くすることができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールの構成は、実施の形態１と同様であるため、記載を省略する。図７は、実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールの電極部の構成を示す断面図である。実施の形態２にかかる半導体装置が実施の形態１にかかる半導体装置と異なる点は、上面電極層２１内に、上面電極層２１を構成する金属よりも硬く、導電性を有し、半導体素子２０のおもて面からめっき膜２４に達する柱状の強化材料２６’が分布していることである。

実施の形態２でも、強化材料２６’はグラファイトであることが好ましい。また、ニッケル等のアルミニウムよりも硬い金属であってもかまわない。柱状の強化材料２６’により、実施の形態１の強化材料２６と同様の効果を有し、上面電極２１が破断されるまでの時間を長くし、熱サイクル試験等でのサイクル数を多くすることができる。また、実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、強化材料２６’は、第２上面電極２１ｂ内のみに設けられていることが好ましい。

図８および図９は、実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールの電極部の構成を示す上面図である。強化材料２６’の上面から見た形状は、図８に示すように、中心が同じ複数の矩形状であってもよい。また、図９に示すように、格子状であってもよい。強化材料２６’が、ストライプ状に一方向、例えばｘ方向のみにしか設けられていないと、ｘ方向と平行に伸びる亀裂の進展を抑制できないため、強化材料２６’の上面から見た形状は、矩形状や格子状であることが好ましい。また、図８の形状であると、最も外側の強化材料２６’より外では、亀裂の進展を抑制できないが、亀裂で破断される領域が大きくないため問題はない。

（実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法）
次に、実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について、説明する。実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法において、電極部以外の製造方法は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。図１０～図１２は、実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールの電極部の製造途中の状態を示す断面図である。

まず、実施の形態１と同様に、半導体基板上に半導体素子２０を形成する。次に、半導体素子２０上にスパッタリング蒸着により、５μｍ程度の膜厚のアルミニウムの上面電極２１を成膜する。ここまでの状態が、図１０に記載される。

次に、強化材料２６’を形成しない箇所に保護膜（不図示）を形成しドライエッチングにより、上面電極２１を選択的に除去する。ここまでの状態が、図１１に記載される。

次に、上面電極２１上にスパッタリング蒸着により、１０μｍ程度の膜厚のニッケル膜（不図示）を成膜する。この後、研磨により５μｍ研削する。ここで、上面電極２１が選択的に除去された部分に埋め込まれたニッケル膜が、強化材料２６になり、上面電極２１上のニッケル膜がめっき膜２４になる。ここまでの状態が、図１２に記載される。この後、実施の形態１と同様の方法により、パワー半導体チップ１を形成し、パワー半導体モジュールを形成する。

以上、説明したように、実施の形態２の半導体装置および半導体装置の製造方法によれ
ば、上面電極内に、アルミニウムよりも硬く、導電性を有する柱状の強化材料が分布している。この柱状の強化材料により、実施の形態１と同様の効果を有する。

以上において本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、上述した各実施の形態では、半導体として、シリコンの他、炭化珪素、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのワイドバンドギャップ半導体にも適用可能である。

以上のように、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法は、インバータなどの電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置や自動車のイグナイタなどに使用されるパワー半導体装置に有用である。

１ パワー半導体チップ
２ 絶縁基板
３ａ、３ｂ、３ｃ 接合材
４ 電極パターン
５ 金属基板
６ リードフレーム配線
７ 樹脂ケース
８ 封止樹脂
９ 金属端子
１０ 金属ワイヤ
１２ 積層基板
２０、１２０ 半導体基板上の半導体素子
２１、１２１ 上面電極
２１ａ 第１上面電極
２１ｂ 第２上面電極
２４、１２４ めっき膜
２５、１２５ はんだ
２６、２６’ 強化材料
３２ 活性領域
３３ エッジ終端領域
１２７ 亀裂
１２８ 切断面
５０ パワー半導体モジュール

Claims (16)

1. 半導体基板上に設けられた半導体素子と、
   前記半導体素子のおもて面に設けられた、上面電極パッドと接続される第１電極層と、ゲート電極パッドと接続される第２電極層とを含む、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層と、
   前記電極層上に設けられためっき膜と、
   前記めっき膜上に設けられた前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層と、
   を備え、
   前記電極層内の前記第２電極層内のみに、アルミニウムよりも硬い強化材料が分布していることを特徴とする半導体装置。
2. 前記強化材料は、粒状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記強化材料は、前記半導体素子の前記おもて面から前記めっき膜に達する柱状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記強化材料はグラファイトで構成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の半導体装置。
5. 半導体基板上に設けられた半導体素子と、
   前記半導体素子のおもて面に設けられた、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層と、
   前記電極層上に設けられためっき膜と、
   前記めっき膜上に設けられた前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層と、
   を備え、
   前記電極層内に、アルミニウムよりも硬い強化材料が粒状に分布していることを特徴とする半導体装置。
6. 半導体基板上に設けられた半導体素子と、
   前記半導体素子のおもて面に設けられた、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層と、
   前記電極層上に設けられためっき膜と、
   前記めっき膜上に設けられた前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層と、
   を備え、
   前記電極層内に、グラファイトで構成された、アルミニウムよりも硬い強化材料が分布していることを特徴とする半導体装置。
7. 半導体基板上に設けられた半導体素子と、
   前記半導体素子のおもて面に設けられた、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層と、
   前記電極層上に設けられためっき膜と、
   前記めっき膜上に設けられた前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層と、
   を備え、
   前記電極層内に、前記電極層の膜厚の６０％以下の大きさであり、アルミニウムよりも硬い強化材料が分布していることを特徴とする半導体装置。
8. 半導体基板上に半導体素子を形成する第１工程と、
   前記半導体素子のおもて面に、上面電極パッドと接続される第１電極層と、ゲート電極パッドと接続される第２電極層とを含む、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層を形成する第２工程と、
   前記電極層上にめっき膜を形成する第３工程と、
   前記めっき膜上に前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層を形成する第４工程と、
   を含み、
   前記第２工程では、前記電極層内の前記第２電極層内のみに、アルミニウムよりも硬い、強化材料を分布させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 前記第２工程では、前記強化材料を粒状に分布させることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記第２工程では、アルミニウムとグラファイトとを同時にスパッタリング蒸着させることで前記電極層を形成することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記第２工程では、アルミニウムにグラファイト粉末を混ぜた材料をスパッタリング蒸着させることで前記電極層を形成することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
12. 前記第２工程では、アルミニウムの蒸着とカーボンＣＶＤを同時に行うことで、前記電極層を形成することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記第２工程では、前記強化材料を前記半導体素子の前記おもて面から前記めっき膜に達する柱状に分布させることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
14. 半導体基板上に半導体素子を形成する第１工程と、
    前記半導体素子のおもて面に、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層を形成する第２工程と、
    前記電極層上にめっき膜を形成する第３工程と、
    前記めっき膜上に前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層を形成する第４工程と、
    を含み、
    前記第２工程では、前記電極層内に、アルミニウムよりも硬い、強化材料を粒状に分布させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
15. 半導体基板上に半導体素子を形成する第１工程と、
    前記半導体素子のおもて面に、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層を形成する第２工程と、
    前記電極層上にめっき膜を形成する第３工程と、
    前記めっき膜上に前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層を形成する第４工程と、
    を含み、
    前記第２工程では、前記電極層内に、グラファイトで構成された、アルミニウムよりも硬い、強化材料を分布させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
16. 半導体基板上に半導体素子を形成する第１工程と、
    前記半導体素子のおもて面に、前記半導体素子に電気的に接続されたアルミニウムの電極層を形成する第２工程と、
    前記電極層上にめっき膜を形成する第３工程と、
    前記めっき膜上に前記電極層の電位を外部に取り出す外部接続用端子と接合されるはんだ層を形成する第４工程と、
    を含み、
    前記第２工程では、前記電極層内に、前記電極層の膜厚の６０％以下の大きさであり、アルミニウムよりも硬い、強化材料を分布させることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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