半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种半导体装置，其具备半导体元件与导电性部件。半导体元件具有第一电极与第二电极，并允许电流从第一电极向第二电极流通且禁止电流从第二电极向第一电极流通。导电性部件经由焊锡接合层而与半导体元件的第二电极接合。与焊锡接合层接触的第二电极的表面由以镍为主要成分的金属材料构成，与焊锡接合层接触的导电性部件的表面由以铜为主要成分的金属材料构成。而且，焊锡接合层具有第一化合物层和第二化合物层，所述第一化合物层位于焊锡接合层与第二电极的界面处且由镍‑锡系的金属间化合物构成，所述第二化合物层位于焊锡接合层与所述导电性部件的界面处且由铜‑锡系的金属间化合物构成。

Semiconductor device

The present invention relates to a semiconductor device having a semiconductor element and a conductive component. The semiconductor element has a first electrode and a second electrode, and allows current to flow from the first electrode to the second electrode, and prevents current from circulating from the second electrode to the first electrode. The conductive member engages the second electrode of the semiconductor element via a solder bonding layer. The surface of the second electrode contacting the solder joint layer is made of metal material with nickel as the main component, and the surface of the conductive component in contact with the solder joint layer is composed of metal material with copper as the main component. Moreover, solder layer has a first layer and second layer compound compounds, constituting the first compound layer located in the solder layer and the second electrode at the interface and by the Department of nickel tin intermetallic compounds, which constitute the second layers in the solder layer and the conductive part of the interface and the copper Sn based intermetallic compounds.

【技术实现步骤摘要】
半导体装置
本说明书中公开的技术涉及一种半导体装置。
技术介绍
在日本特开2002-270736号公报中公开了一种半导体装置。该半导体装置具备半导体元件以及接合在半导体元件的电极上的导电性部件。半导体元件的电极与导电性部件通过焊锡而被接合在一起，并在两者之间形成有焊锡接合层。一般地，在利用焊锡对两个部件进行接合的情况下，例如以提高焊接性为目的而广泛地实施在各个部件的表面上形成镍膜的措施。另外，在本说明书中所说的焊锡并不局限于锡与铅的合金，也包括以锡为主要成分的各种无铅焊锡。
技术实现思路
当电流在半导体元件及导电性部件中流通时，半导体元件以及导电性部件的温度将分别上升。尤其是半导体元件，由于与导电性部件相比发热量较多，因此与导电性部件相比容易变为高温。因此，在半导体元件的电极与焊锡接合层的界面处，镍从镍膜向焊锡接合层扩散，从而容易生成镍-锡系的金属间化合物(例如Ni3Sn4)。当过剩地生成这种金属间化合物时，有可能会由于产生例如空洞之类的缺陷，而发生接合强度的降低或电阻的增大之类的不良情况。鉴于上述的问题，本说明书提供一种能够抑制半导体元件的电极与焊锡接合层的界面处的金属间化合物的生成的技术。在此所公开的半导体装置具备半导体元件与导电性部件。半导体元件具有第一电极与第二电极，并允许电流从第一电极向第二电极流通且禁止电流从第二电极向第一电极流通。导电性部件经由焊锡接合层而与半导体元件的第二电极接合。与焊锡接合层接触的第二电极的表面由以镍为主要成分的金属材料构成，与焊锡接合层接触的导电性部件的表面由以铜为主要成分的金属材料构成。而且，焊锡接合层具有第一化合物层和第二化合物层，所述第一化合物层位于焊锡接合层与第二电极的界面处且由镍-锡系的金属间化合物构成，所述第二化合物层位于焊锡接合层与导电性部件的界面处且由铜-锡系的金属间化合物构成。在上述的半导体装置中，半导体元件只允许从第一电极向第二电极流通的电流。因此，在与第二电极接合的焊锡接合层中，电流仅可向从半导体元件朝向导电性部件的方向流通。在该情况下，焊锡接合层的电子的流动始终为从导电性部件朝向半导体元件的方向。通过该电子的单向的流动，从而构成第二化合物层的铜-锡系的金属间化合物朝向第一化合物层移动，并堆积在第一化合物层上。这种现象被称为电迁移(electromigration)。当第一化合物层被铜-锡系的金属间化合物覆盖时，镍从第二电极向焊锡接合层的扩散会被抑制。由此，第二电极与焊锡接合层的界面处的金属间化合物的生成被抑制。另一方面，在导电性部件与焊锡接合层的界面处，由于温度比较低，因此第二化合物层的生长小到可允许的程度。附图说明图1为表示实施例1的半导体装置10的剖视图。图2为表示实施例1的半导体装置10的电结构的电路图。图3示意性地表示由焊锡接合层34实现的半导体元件20的第二电极22与散热板14之间的接合结构。图4为表示图3中的Ⅳ部的电子显微镜照片。图5示意性地表示由电迁移实现的阻挡层34d的形成。图6(A)以及图6(B)表示对通过电迁移而形成的阻挡层34d进行显示的电子显微镜照片。图7示意性地表示由焊锡接合层32实现的半导体元件20的第一电极21与正端子16的接合结构。图8为表示实施例2的半导体装置50的俯视图。图9表示实施例2的半导体装置50的内部结构。但是，省略了第一散热板62、第二散热板64以及密封体52的一部分。图10为图8中的Ⅹ-Ⅹ线处的剖视图。图11为图9中的Ⅺ-Ⅺ线处的剖视图。图12为表示实施例2的半导体装置50的电结构的电路图。图13为半导体装置50的一个使用例，且表示使用了多个半导体装置50的电力控制装置120。图14(A)为图10中的A部的放大图，图14(B)为图10中的B部的放大图，图14(C)为图11中的C部的放大图，图14(D)为图11中的D部的放大图。图15(A)与图14(A)相对应而示意性地表示焊锡接合层77中的阻挡层77d的形成。图15(B)与图14(B)相对应而示意性地表示焊锡接合层87中的阻挡层87d的形成。图15(C)与图14(C)相对应而示意性地表示焊锡接合层98中的阻挡层98d的形成。图15(D)与图14(D)相对应而示意性地表示焊锡接合层108中的阻挡层108d的形成。具体实施方式在以下，参照附图对本专利技术的代表性且非限定性的具体示例进行详细说明。该详细的说明只是旨在向本领域技术人员展示用于实施本专利技术的优选示例的详细内容，而并非旨在对本专利技术的范围进行限定。此外，为了提供进一步得到改善的半导体装置、其使用以及制造的方法，以下公开的追加的特征以及专利技术能够独立于其他特征或专利技术而使用，或者与其他特征或专利技术共同使用。此外，在以下的详细的说明中公开的特征或工序的组合并非是在最广义上实施本专利技术时所必须的，而只是特别地为了对本专利技术的代表性的具体示例进行说明而被记载的。另外，在提供本专利技术的追加的且有用的实施方式时，上述以及下述的代表性的具体示例的各种特征以及在独立及从属权利要求中所记载的各种特征并非必须按照在此所记载的具体示例那样或者按照所列举的顺序那样进行组合。本说明书以及/或权利要求中所记载的全部的特征旨在独立于实施例以及/或权利要求中所记载的特征的结构，而作为申请原始的公开以及对所要求的特定事项的限定，单独且相互独立地被公开。另外，与数值范围以及组或集合相关的所有记载均具有如下的意图，即，作为申请原始的公开以及对所要求的特定事项的限定，而公开数值范围以及组或集合的中间的结构的意图。参照附图对实施例1的半导体装置10进行说明。如图1、图2所示，半导体装置10具备半导体元件20以及对半导体元件20进行密封的密封体12。密封体12由绝缘材料构成。本实施例的密封体12由树脂材料构成，且为模压成形的部件。另外，构成密封体12的材料可以适当采用各种密封材料，尤其是功率半导体元件用的密封材料。半导体元件20具备第一电极21与第二电极22。第一电极21位于半导体元件20的上表面上，第二电极22位于半导体元件20的下表面上。半导体元件20为二极管，第一电极21为二极管的阳极电极，第二电极22为二极管的阴极电极。因此，半导体元件20允许电流从第一电极21向第二电极22流通且禁止电流从第二电极22向第一电极21流通。作为一个示例，本实施例的半导体元件20为使用了碳化硅(SiC)的功率半导体元件，其允许电流密度在25A/mm2以上。另外，虽然本实施例的半导体元件20为肖特基势垒二极管，但也可以为pn结二极管。在此，本说明书中的上表面以及下表面的用语是为了便于对在各种部件中相互位于相反侧的两个面进行区别的表达。即，在本说明书中被称为上表面的表面并不意味着在半导体装置10的使用时位于铅直上方的意思。对于被称为下表面的表面也一样。半导体装置10还具备正端子16和散热板14以及负端子18。正端子16与半导体元件20的第一电极21(阳极电极)电连接。散热板14与半导体元件20的第二电极22(阴极电极)电连接。而且，负端子18与散热板14电连接。由此，在半导体装置10中，以允许从正端子16向负端子18流通的电流C且禁止向其相反方向流通的电流的方式而构成。以下，对半导体装置10的结构进行详细说明。正端子16从密封体12的外部向内部延伸。正端子16本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，具备：半导体元件，其具有第一电极与第二电极，并允许电流从所述第一电极向所述第二电极流通且禁止电流从所述第二电极向所述第一电极流通；导电性部件，其经由焊锡接合层而与所述半导体元件的所述第二电极接合，与所述焊锡接合层接触的所述第二电极的表面由以镍为主要成分的金属材料构成，与所述焊锡接合层接触的所述导电性部件的表面由以铜为主要成分的金属材料构成，所述焊锡接合层具有第一化合物层和第二化合物层，所述第一化合物层位于所述焊锡接合层与所述第二电极的界面处且由镍‑锡系的金属间化合物构成，所述第二化合物层位于所述焊锡接合层与所述导电性部件的界面处且由铜‑锡系的金属间化合物构成。

【技术特征摘要】
2015.12.04 JP 2015-2379311.一种半导体装置，具备：半导体元件，其具有第一电极与第二电极，并允许电流从所述第一电极向所述第二电极流通且禁止电流从所述第二电极向所述第一电极流通；导电性部件，其经由焊锡接合层而与所述半导体元件的所述第二电极接合，与所述焊锡接合层接触的所述第二电极的表面由以镍为主要成分的金属材料构成，与所述焊锡接合层接触的所述导电性部件的表面由以铜为主要成分的金属材料构成，所述焊锡接合层具有第一化合物层和第二化合物层，所述第一化合物层位于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：门口卓矢，武直矢，
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