半导体装置制造方法及图纸

半导体装置。根据本发明专利技术的半导体装置（1）包括：平板形式的半导体元件（2），所述半导体元件具有相对的第一表面和第二表面；绝缘层（6），所述绝缘层覆盖位于半导体元件（2）的第一表面侧上的控制布线（4）；金属块（8），所述金属块经由焊料层接合到半导体元件（2）的第一表面侧；和保护膜（7a），所述保护膜形成在金属块（8）和绝缘层（6）之间，所述保护膜（7a）的硬度等于或者大于金属块（8）的硬度。当从第一表面侧观察时，保护膜（7a）形成在至少包括金属块（8）的边缘部分和控制布线（4）相互交叉的位置的区域中。

Semiconductor device

Semiconductor device. A semiconductor device of the invention includes a semiconductor element (1) flat form (2), the semiconductor element has a first surface and a second surface opposite; an insulating layer (6), the insulating layer overlies a semiconductor element (2) control of the first surface side of the wiring (4); metal block (8), the metal block through the solder layer to the semiconductor element (2) of the first surface; and a protective film (7a), the protective film formed on the metal block (8) and (6) between the insulating layer, the protective film (7a) is equal to or greater than the hardness of the metal block (8) hardness. When viewed from the first surface side, the protective film (7a) is formed in an area including at least an edge portion of the metal block (8) and a position in which the control wirings (4) intersect with each other.

【技术实现步骤摘要】
半导体装置
本专利技术涉及一种半导体装置，所述半导体装置适于应用于例如诸如客车、卡车或者公共汽车的车辆、家用设备或者工业设备。
技术介绍
存在这样的半导体装置，所述半导体装置通过将诸如绝缘栅双极晶体管（IGBT）或者金属氧化物半导体场效应晶体管的半导体元件与金属块和散热板一起封装成堆叠结构来获得。例如，由铝制成的发射电极形成在半导体衬底的形成有IGBT的表面上，栅极布线层通过LOCOS氧化物膜和绝缘膜形成，并且栅极布线层覆盖有保护膜，以防止与发射电极发生短路。当由于某些原因在这种半导体装置的保护膜中出现裂缝时，不再能够确保上述绝缘。因此，如例如在日本专利申请公报No.2011-066371（JP2011-066371A）中公开的那样，第二保护膜形成在第一保护膜周围，由此防止第二保护膜中已经出现的裂缝扩展到第一保护膜，其中所述第二保护膜由与形成在半导体元件的栅极布线上的第一保护膜的材料不同的材料形成。然而，上述技术存在以下问题。即，取决于堆叠在半导体元件上的金属块的材料，在金属块的制造处理中产生的毛刺导致在保护膜中出现裂缝，这再次使得不能确保绝缘。
技术实现思路
本专利技术提供了一种半导体装置，所述半导体装置能够以更高的可靠性确保半导体元件的控制电极和主电极之间绝缘。本专利技术的一方面涉及一种半导体装置，所述半导体装置包括：平板形式的半导体元件，所述半导体元件具有相对的第一表面和第二表面；控制布线；绝缘层，所述绝缘层覆盖位于半导体元件的第一表面侧上的控制布线；焊料层；金属块，所述金属块经由焊料层接合到半导体元件的第一表面侧；和保护膜，所述保护膜形成在金属块和绝缘层之间，所述保护膜的硬度等于或者大于金属块的硬度。当从第一表面侧观察时，保护膜至少形成在金属块的边缘部分与控制布线相互交叉的位置处。当从第一表面侧观察时，保护膜可以形成在包括所述金属块的所述边缘部分与所述控制布线相互交叉的位置的预定区域中。接合有焊料层的主电极可以包括多个电极部分，控制布线可以位于多个电极部分中的毗邻的电极部分之间，绝缘层可以具有对应于多个电极部分的多个开口，并且位于多个电极部分中的每一个和焊料层之间的接合膜可以形成在多个开口中的每一个中。接合膜和保护膜可以一体地形成。保护膜可以由与接合膜相同的材料形成。根据本专利技术，即使在金属块具有伸出到第二表面侧的毛刺时，半导体元件的控制布线也由硬度等于或者大于金属块的硬度的保护膜保护，由此防止毛刺到达控制布线。结果，能够防止半导体元件的主电极和与控制布线相连的控制电极之间发生短路，由此确保绝缘。附图说明在下文中，将参照附图描述本专利技术的示例性实施例的特征、优势和技术以及工业意义，在所述附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：图1A至1D是根据本专利技术的第一实施例的半导体装置的各层的示意图，图解了从半导体装置的正面侧观察到的半导体装置的各个部件；图2以根据第一实施例的半导体装置的沿着图1D中的线II-II获得的剖视图示意性图解了各个部件如何堆叠；图3示意性图解了根据第一实施例的半导体装置的整体构造；图4A至4D是根据相关技术的半导体装置的各层的示意图，图解了从半导体装置的正面侧观察到的半导体装置的各个部件；图5以根据相关技术的半导体装置的沿着图4D中的线V-V获得的剖视图示意性图解了各个部件如何堆叠；图6A和6B基于与根据相关技术的半导体装置的比较示意性图解了通过根据第一实施例的半导体装置获得的操作优势；图7A至7D是根据本专利技术的第二实施例的半导体装置的各层的示意图，图解了从半导体装置的正面侧观察到的半导体装置的各个部件；图8以根据第二实施例的半导体装置的沿着图7D中的线VIII-VIII获得的剖视图示意性图解了各个部件如何堆叠；图9示意性图解了根据第二实施例的半导体装置的保护膜的开口，所述开口形成在金属块的外边缘的内侧；和图10示意性图解了各种部件如何布置在根据本专利技术的第三实施例的半导体装置中。具体实施方式图1A至图1D中的每一个均图解了当从正面侧观察的半导体装置1。即，半导体装置1的背面对应于图1A至图1D的平面的后侧。在本说明书中，位于附图平面中的侧将称作每个部件的前侧，而位于附图平面的后侧中的侧将称作每个部件的后侧。如图1A所示，在根据第一实施例的半导体装置1中，多个（在这个示例中为五个）发射电极3、铝图案4、和栅电极垫5（控制电极垫）形成在主要由硅衬底制成的半导体元件2的正面侧上。发射电极3以与形成在后面侧上的集电极（未示出）相对应的分开构造提供。铝图案4位于相邻的发射电极3之间。铝图案4由铝制成并且呈小路（footpath）的形式。平行于栅电极垫5设置的垫是连接到除栅电极之外的电极的垫。与铝图案4相同，发射电极3和栅电极垫5也由铝（Al）制成。发射电极3在半导体元件2内相互电连接。栅电极垫5经由铝图案4连接到对应于形成在半导体元件2的硅衬底内的每一个发射电极3的栅电极。如图1B所示，绝缘材料图案6（绝缘层）堆叠在发射电极3和铝图案4的前侧上。绝缘材料图案6包括多个（在这个示例中为5个）开口6a和多个开口6b。开口6a使五个发射电极3的除了它们的边缘部分之外的其它部分暴露于前侧。同样，开口6b使栅电极垫5和其它垫的除了它们的边缘部分之外的其它部分暴露出来。在图1B中表示开口6a和6b的双线的外侧的线（点线）表示发射电极3、栅电极垫5和其它垫的轮廓线。如图1C所示，镍电镀图案7堆叠并形成在绝缘材料图案6的前侧上。镍电镀图案7包括保护膜7a、焊接电极7b（接合膜）和垫接合膜7c。保护膜7a覆盖至少包括所述铝图案4所处的部分的前侧的区域。焊接电极7b堵塞并覆盖每一个开口6a。垫接合膜7c堵塞并覆盖每一个开口6b。在这些部件中，保护膜7a和焊接电极7b一体地形成。如图1D和1B的虚线框中表示的那样，金属块8的从前侧观察的外边缘（边缘部分）定位在五个开口6a的内部，以便与铝图案4交叉，其中，所述金属块8为块状电极。如图2（其为沿着图1D中的线II-II获得的剖视图）所示，提供有镍电镀图案7，以将布置在镍电镀图案7的前侧上的金属块8经由前侧焊料层9（焊接层）接合到半导体元件2的前侧。保护膜7a形成在绝缘材料图案6的前侧上，并且焊接电极7b形成在开口6a的底部处，即形成在发射电极3的前侧上。因而，在保护膜7a和焊接电极7b之间存在沿着前后方向延伸的台阶部。换言之，保护膜7a覆盖绝缘材料图案6周围的具有台阶部的区域。通过向铜基基体材料施加镍电镀而获得金属块8。镍电镀图案7的硬度与金属块8的硬度相等。就形成铝图案和镍图案中的每一个的方法而言，可以根据需要使用电镀、溅射、蒸镀和印刷中的适当的任一种。就形成图案的方法而言，可以根据需要使用以下方法中的适当的任一种：使用抗蚀剂的方法；使用机械掩模的方法；和在形成电极之后进行图案成形并且通过蚀刻等移除不需要的部分的方法。接下来，将参照图3来描述根据第一实施例的半导体装置1的整体构造。根据第一实施例的半导体装置1通过散热器10和散热器11来冷却半导体元件2，其中，所述散热器10是前侧散热板，所述散热器11是后侧散热板。半导体元件2的集电极（未示出）和散热器11经由后侧焊接层12相互接合，由此建立热/机械/电连接。半导体元件2的发射电极3和散热器10之间的热/机械/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，所述半导体装置包括：平板状的半导体元件(2)，所述半导体元件具有相对的第一表面和第二表面；控制布线(4)；绝缘层(6)，所述绝缘层覆盖位于所述半导体元件的第一表面侧上的所述控制布线；焊料层(9)；金属块(8)，所述金属块经由所述焊料层接合到所述半导体元件的所述第一表面侧；和保护膜(7a)，所述保护膜形成在所述金属块和所述绝缘层之间，所述保护膜(7a)的硬度等于或大于所述金属块的硬度，其中，当从所述第一表面侧观察时，所述保护膜至少形成在所述金属块(8)的边缘部分与所述控制布线(4)相互交叉的位置处；并且其中，所述保护膜限定构造成从所述绝缘层释放脱气的多个开口。

【技术特征摘要】
2012.12.10 JP 2012-2698221.一种半导体装置，所述半导体装置包括：平板状的半导体元件(2)，所述半导体元件具有相对的第一表面和第二表面；控制布线(4)；绝缘层(6)，所述绝缘层覆盖位于所述半导体元件的第一表面侧上的所述控制布线；焊料层(9)；金属块(8)，所述金属块经由所述焊料层接合到所述半导体元件的所述第一表面侧；和保护膜(7a)，所述保护膜形成在所述金属块和所述绝缘层之间，所述保护膜(7a)的硬度等于或大于所述金属块的硬度，其中，当从所述第一表面侧观察时，所述保护膜至少形成在所述金属块(8)的边缘部分与所述控制布线(4)相互交叉的位置处；并且其中，所述保护膜限定构造成从所述绝缘层释放脱气的多个开口。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：门口卓矢，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP