本发明专利技术提供能减低成膜的Ni电极膜的膜缺损的半导体装置、半导体装置的制造方法以及电力变换装置。半导体装置(100)在形成半导体元件(150)的半导体基板(108)的n+型半导体层(108c)的第1表面(108d)具备：第1半导体芯片的电极结构体(151)，其与该半导体元件(150)电连接，按照Al或Al合金所构成的第1Al金属层(105)、Cu扩散防止层(107)、Al或Al合金所构成的第2Al金属层(106)、以及Ni层(104)的顺序将它们形成；和导电构件(102)，其配置在Ni层(104)的表面(104a)，经由铜烧结层(103)与第1半导体芯片的电极结构体(151)接合，第2Al金属层(106)的表面(106a)的Al晶粒的结晶面方位主要为(110)面。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体装置、半导体装置的制造方法以及电力变换装置。
技术介绍
半导体装置在系统LSI(Large Scale Integration，大规模集成电路)、电力变换装置、混合动力汽车等控制装置等广泛的领域中使用。在该半导体装置中，例如在电子部件的电极端子与电路基板上的电路图案的电极端子的电接合中，基于含铅的「焊料」或「焊料合金」的技术占主流。从地球环境保护的观点出发，严格限制铅的使用，限制铅的使用而以不含铅的材料进行电极等的接合的开发不断推进。特别关于「高温焊料」，尚未找出成为其代替的有效的材料。在安装中，由于使用「无铅的分层焊料」必不可缺，因此期望取代该「高温焊料」的材料的出现。根据这样的背景，作为取代「高温焊料」的材料，提出使用金属粒子和有机化合物的复合材料来接合电极的接合材料。在专利文献1中，作为能相对于Ni或Cu电极得到卓越的接合强度的接合技术，记载了使用包含氧化铜(CuO)粒子和有机物所构成的还原剂的接合材料在还原气氛下进行接合的半导体装置。专利文献1所记载的半导体装置在加热还原时使100nm以下的铜粒子生成，使铜粒子彼此烧结而接合。专利文献1所记载的利用氧化铜(CuO)粒子的接合技术和现有的纳米粒子接合比较，能改善相对于Ni或Cu的接合性，能期待作为Ni电极或Cu电极用的接合材料。能使例如电力变换装置的逆变器中所使用的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或续流二极管等的功率半导体芯片的Ni电极借助由铜烧结层所构成的接合层与连接端子电连接。功率半导体芯片的Ni电极有在Al金属的表面上用例如无电解镀法使
Ni层生长的Ni电极形成方法。在专利文献2中，记载了经由焊料接合导体构件的构成的半导体装置。专利文献2所记载的半导体装置在半导体基板的表面上形成Al电极，Al电极分为第1Al金属层和第2Al金属层。并且，在第1Al金属层与第2Al金属层间配置异种材质层，在Al表面的结晶方位主要是(111)面时，在其上形成的Ni镀层变得最均质或最高密度。现有技术文献专利文献专利文献1：JP特开2008-244242号公报专利文献2：JP专利4973046号公报但是，本专利技术的专利技术者们研讨的结果，专利文献2的Al表面的结晶方位主要为(111)面的稳定的成膜被判定为困难。由于得不到Al表面的结晶方位主要为(111)面的稳定的成膜，因此Ni镀层的厚度和密度变得不均质，有产生针孔状的Ni膜缺损的课题。另外，若在半导体芯片的Ni电极有针孔状的Ni膜缺损，则在用铜烧结层所构成的接合层与连接端子电连接的情况下，铜会从接合层扩散到功率半导体芯片，有元件漏电流的增大、元件耐压的劣化、元件的特性变动这样的课题。
技术实现思路
本专利技术鉴于这样的状况而提出，目的在于，提供能减低成膜的电极膜的膜缺损的半导体装置、半导体装置的制造方法以及电力变换装置。为了解决上述课题，本专利技术的半导体装置特征在于，在形成半导体元件的半导体基板的第1表面具备：第1半导体芯片的电极结构体，其与所述半导体元件电连接，按照Al或Al合金所构成的第1Al金属层、Cu扩散防止层、Al或Al合金所构成的第2Al金属层、以及金属层的顺序将它们形成；和导电构件，其配置在所述第1半导体芯片的电极结构体中的所述金属层的表面，经由铜烧结层与所述第1半导体芯片的电极结构体接合，所述第2Al金属层的表面的Al晶粒的结晶面方位主要为(110)面。另外，本专利技术的半导体装置的制造方法特征在于，具有：准备形成了
所述半导体元件的所述半导体基板的工序；在所述半导体基板的表面形成所述第1Al金属层的工序；在所述第1Al金属层的表面形成确保所述Al金属层的导电性并防止所述铜烧结层的Cu扩散的Cu扩散防止层的工序；在所述Cu扩散防止层的表面，形成由与所述第1Al金属层同一材料所构成的所述第2Al金属层的工序；在所述第2Al金属层上形成所述金属层的工序；通过将所述半导体基板芯片化来形成所述第1半导体芯片的电极结构体的工序；和经由所述铜烧结层将所述第1半导体芯片的电极结构体相互接合的工序。另外，本专利技术的电力变换装置特征在于，具备所述半导体装置。专利技术的效果根据本专利技术，能提供能减低成膜的电极膜的膜缺损的半导体装置、半导体装置的制造方法以及电力变换装置。附图说明图1是本专利技术的第1实施方式所涉及的半导体装置的截面图。图2(a)～(c)是表示上述第1实施方式所涉及的半导体装置的制造方法的各工序的图。图3(a)～(c)是表示上述第1实施方式所涉及的半导体装置的制造方法的各工序的图。图4是表示上述第1实施方式所涉及的半导体装置的基于电解镀时的锌酸盐处理的第2Al金属层的平均晶粒的大小与削除量的关系的特性图。图5是本专利技术的第2实施方式所涉及的半导体装置的截面图。图6是本专利技术的第3实施方式所涉及的半导体装置的构成图。图7是图6的A-A截面图。图8是本专利技术的第4实施方式所涉及的半导体装置的构成图。图9的图8的A-A截面图。图10是本专利技术的第5实施方式所涉及的电力变换装置的电路图。标号的说明90 Si晶片91 阳极P型半导体层92 阴极n+层100、200、300、400 半导体装置101 陶瓷基板102 导电构件103 铜烧结层104 Ni层(金属层)104a Ni层的表面105 第1Al金属层106 第2Al金属层106a 第2Al金属层的表面107 Cu扩散防止层108 半导体基板108a p型半导体层108b n-漂移层108c n+型半导体层108d 半导体基板的第1表面108e 半导体基板的第2表面109 阳极电极110 绝缘氧化膜111 钝化膜112 阴极电极113、119、403 绝缘膜150 半导体元件151 第1半导体芯片的电极结构体152 第2半导体芯片的电极结构体201 半导体LSI芯片202 输入输出电极PAD203 多层布线204 基板205 第1半导体LSI芯片206 第2半导体LSI芯片207 芯片间连接电极PAD500 电力变换装置501～506 电力开关元件521～526 二极管511～516 栅极电路具体实施方式以下参考附图详细说明本专利技术的实施方式。(第1实施方式)图1是本专利技术的第1实施方式所涉及的半导体装置的截面图。本实施方式的半导体装置示出运用在功率半导体芯片的续流二极管中的情况下的截面结构。另外，以利用n型Si基板的二极管为基础进行说明，但并不限定于此。在利用p型Si基板的情况下也能同样处置。另外，在纵向流过电流的IGBT的电极结构中也能同样处置。如图1所示那样，半导体装置100具备n型Si所构成的半导体基板108。半导体基板108从表面起依次具备p型半导体层108a、n-漂移层108b、高浓度的n型杂质区域所构成的n+型半导体层108c，形成半导体层所构成的半导体元件150。半导体基板108具有：形成第1半导体芯片的电极结构体151的第1表面108d、和形成阳极电极109的第2表面108e。半导体装置100在形成半导体元件150的半导体基板108的n+型半导体层108c的第1表面108d，具备：第1半导体芯片的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，在形成半导体元件的半导体基板的第1表面具备：第1半导体芯片的电极结构体，其与所述半导体元件电连接，按照Al或Al合金所构成的第1Al金属层、Cu扩散防止层、Al或Al合金所构成的第2Al金属层、以及金属层的顺序将它们形成；和导电构件，其配置在所述第1半导体芯片的电极结构体中的所述金属层的表面，经由铜烧结层与所述第1半导体芯片的电极结构体接合，所述第2Al金属层的表面的Al晶粒的结晶面方位主要为(110)面。
【技术特征摘要】
2015.02.26 JP 2015-0360991.一种半导体装置，其特征在于，在形成半导体元件的半导体基板的第1表面具备：第1半导体芯片的电极结构体，其与所述半导体元件电连接，按照Al或Al合金所构成的第1Al金属层、Cu扩散防止层、Al或Al合金所构成的第2Al金属层、以及金属层的顺序将它们形成；和导电构件，其配置在所述第1半导体芯片的电极结构体中的所述金属层的表面，经由铜烧结层与所述第1半导体芯片的电极结构体接合，所述第2Al金属层的表面的Al晶粒的结晶面方位主要为(110)面。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，在所述半导体基板的第2表面还具备：第2半导体芯片的电极结构体，其按照Al或Al合金所构成的第1Al金属层、Cu扩散防止层、Al或Al合金所构成的第2Al金属层、以及金属层的顺序将它们形成；和导电构件，其配置在第2半导体芯片的电极结构体中的所述金属层的表面，经由铜烧结层与所述第2半导体芯片的电极结构体接合，所述第2Al金属层的表面的Al晶粒的结晶面方位主要为(110)面。3.一种半导体装置，其特征在于，具备：形成在半导体基板的多个元件、和与该元件电连接的连接电极焊盘，所述连接电极焊盘，在形成所述元件的半导体基板的表面具备：第1半导体芯片的电极结构体，其与所述元件电连接，按照Al或Al合金所构成的第1Al金属层、Cu扩散防止层、Al或Al合金所构成的第2Al金属层、以及金属层的顺序将它们形成；和导电构件，其配置在所述金属层的表面，经由铜烧结层与所述第1半导体芯片的电极结构体接合，所述第2Al金属层的表面的Al晶粒的结晶面方位主要为(110...
【专利技术属性】
技术研发人员：古川智康，白石正树，中野广，守田俊章，
申请(专利权)人：株式会社日立功率半导体，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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