半导体元件及其制造方法技术

本发明专利技术的半导体元件(1)在表面背面导通型基板(2)的表面侧电极(3a)以及背面侧电极(3b)上形成有非电解镍磷镀层(4)以及非电解镀金层(5)。表面侧电极(3a)以及背面侧电极(3b)包括铝或者铝合金。另外，形成于表面侧电极(3a)上的非电解镍磷镀层(4)的厚度相对于形成于背面侧电极(3b)上的非电解镍磷镀层(4)的厚度的比例是1.0以上且3.5以下。本发明专利技术的半导体元件(1)在通过钎焊安装时能够防止在焊料内部产生空孔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体元件及其制造方法
本专利技术涉及半导体元件及其制造方法。详细而言，本专利技术涉及表面背面导通型的半导体元件、特别涉及以IGBT(绝缘栅型双极性晶体管)、二极管等为代表的电力变换用的功率半导体元件及其制造方法。
技术介绍
以往，在将表面背面导通型的半导体元件安装到模块的情况下，半导体元件的背面侧电极被钎焊到基板等，半导体元件的表面侧电极被导线键合。然而，近年来，根据缩短制造时间以及削减材料费的观点，使用对半导体元件的表面侧电极直接钎焊金属电极的安装方法的情形变多。半导体元件的表面侧电极一般包括铝或者铝合金，所以为了进行钎焊，需要在半导体元件的表面侧电极上形成镍膜、金膜等。镍膜在钎焊时与锡系的焊料发生反应而减少，所以需要使镍膜按几μm的水平厚膜化。然而，在使用蒸镀或者溅射等真空成膜方式的情况下，通常，最大只能得到1.0μm左右的厚度。另外，如果想要强制性地使镍膜厚膜化，则制造成本上升。因此，作为能够实现低成本、高速且厚膜化的成膜方法，镀敷技术受到瞩目。作为镀敷技术，存在能够仅在包括铝或者铝合金的电极(以下简称为“Al电极”)表面上选择性地形成镀敷层的非电解镀敷法。作为非电解镀敷法，一般利用钯催化法以及锌酸盐法。在钯催化法中，使钯在Al电极的表面上作为催化剂核析出，形成非电解镀敷层。在钯法中，Al电极的蚀刻量少，非电解镀敷层的表面的平滑性良好，另一方面，由于钯是贵金属，所以制造成本上升。另外，在锌酸盐法中，通过在Al电极的表面使锌与Al置换而作为催化剂核析出，形成非电解镀敷层。在该方法中使用的锌酸盐液廉价，所以被广泛采用。实际上，在专利文献1中，提出了在半导体元件的Al电极的表面通过锌酸盐法选择性地形成镀镍层以及镀金层。现有技术文献专利文献1：日本特开2005-51084号公报
技术实现思路
在将表面背面导通型的半导体元件安装到模块的情况下，在常温下在基板放置焊料，并在其上还放置半导体元件之后，用回流炉进行加热，从而将半导体元件的背面侧电极钎焊到基板。此时，焊料中的助焊剂、形成于电极的镀敷膜中包含的氢或者水分等作为气体产生。如果这些气体保持残存在焊料内部，则成为空孔(孔洞)。焊料内部的空孔阻碍电传导或者热传导，所以成为产生半导体元件的动作不良的原因。为了去除焊料内部的空孔，需要在钎焊时对半导体元件施加微振动等，但在将多个半导体元件安装到基板上的情况下，需要复杂的装置，而且生产率也降低。本专利技术是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于提供一种在通过钎焊安装时，能够防止在焊料内部产生空孔的半导体元件及其制造方法。本专利技术者为了解决上述问题进行专心研究之后发现，通过选择使用电极以及镀敷层的材料，并且控制镀敷层的厚度，在钎焊之前以使半导体元件的表面处于内侧的方式有意地使半导体元件翘曲，由此，能够容易将焊料内部的空孔排出到外部，并完成本专利技术。即，本专利技术提供一种半导体元件，在表面背面导通型基板的表面侧电极以及背面侧电极上形成有非电解镍磷镀层以及非电解镀金层，所述半导体元件的特征在于，所述表面侧电极以及所述背面侧电极包括铝或者铝合金，并且，形成于所述表面侧电极上的所述非电解镍磷镀层的厚度相对形成于所述背面侧电极上的所述非电解镍磷镀层的厚度的比例是1.0以上且3.5以下。另外，本专利技术提供一种半导体元件的制造方法，在将表面侧电极以及背面侧电极形成于表面背面导通型基板之后，使用锌酸盐法，对所述表面侧电极以及所述背面侧电极这两方同时进行非电解镍磷镀敷以及非电解镀金，所述半导体元件的制造方法的特征在于，所述表面侧电极以及所述背面侧电极包括铝或者铝合金，并且，将所述表面侧电极的表面积相对于所述背面侧电极的表面积的比例设为0.3以上且0.85以下。根据本专利技术，能够提供在通过钎焊安装时能够防止在焊料内部产生空孔的半导体元件及其制造方法。附图说明图1是实施方式1的半导体元件的剖面图。图2是用于说明一个非电解镍磷镀的方法的图。图3是用于说明另一非电解镍磷镀的方法的图。图4是用于说明又一非电解镍磷镀的方法的图。(符号说明)1：半导体元件；2：表面背面导通型基板；3a：表面侧电极；3b：背面侧电极；4：非电解镍磷镀层；5：非电解镀金层；6：保护膜；10：非电解镍磷镀敷液；11：虚设材料。具体实施方式以下，使用附图，说明本专利技术的半导体元件及其制造方法的优选的实施方式。实施方式1.图1是本实施方式的半导体元件的剖面图。在图1中，本实施方式的半导体元件1包括表面背面导通型基板2、形成于表面背面导通型基板2的一个主面(表面)的表面侧电极3a、形成于表面背面导通型基板2的另一个主面(背面)的背面侧电极3b、在表面侧电极3a以及背面侧电极3b上形成的非电解镍磷镀层4以及形成于非电解镍磷镀层4上的非电解镀金层5。另外，在表面侧电极3a上设置有保护膜6。本实施方式的半导体元件1的特征在于，为了在通过钎焊安装时防止在焊料内部产生空孔，在钎焊之前以使半导体元件1的表面处于内侧的方式有意地使半导体元件1翘曲。此外，在图1中，未示出半导体元件1的翘曲。为了对半导体元件1施加翘曲，需要将具有比表面背面导通型基板2大的线膨胀系数的电极以及镀敷层设置到表面背面导通型基板2。因此，在本实施方式的半导体元件1中，作为电极，选择包括铝或者铝合金的表面侧电极3a以及背面侧电极3b，作为镀敷层，选择非电解镍磷镀层4以及非电解镀金层5。此外，一般用于表面背面导通型基板2的硅的线膨胀系数是约2.3ppm/℃，相对于此，铝的线膨胀系数是约23ppm/℃，镍磷的线膨胀系数是约12～13ppm/℃，金的线膨胀系数是约14.2ppm/℃。接下来，为了对半导体元件1施加使半导体元件1的表面处于内侧的翘曲，需要使半导体元件1的表面的电极以及镀敷层的厚度大于半导体元件1的背面的电极以及镀敷层的厚度。在其中，根据半导体元件1的生产率的观点，优选控制在电极以及镀敷层中最厚并且容易控制厚度的非电解镍磷镀层4的厚度。因此，使形成于表面侧电极3a的非电解镍磷镀层4的厚度大于形成于背面侧电极3b上的非电解镍磷镀层4的厚度即可。具体而言，需要使形成于表面侧电极3a上的非电解镍磷镀层4的厚度相对于形成于背面侧电极3b上的非电解镍磷镀层4的厚度的比例为1.0以上且3.5以下，优选为1.05以上且3.5以下，更优选为1.2以上且3.4以下。在该比例小于1.0时，半导体元件1的翘曲不充分，在钎焊时在焊料内部产生空孔。另一方面，在该比例超过3.5时，半导体元件1的翘曲变得过大，在钎焊之后翘曲残留于半导体元件1。作为表面背面导通型基板2，没有特别限定，能够使用Si基板、SiC基板、GaAs化合物系基板等在该
中公知的半导体基板。表面背面导通型基板2具有扩散层(未图示)，具备掌控PN结、栅电极等半导体元件1的动作的功能。如上述说明，表面侧电极3a以及背面侧电极3b包括铝或者铝合金。作为铝合金，没有特别限定，能够使用在该
中公知的材料。铝合金优选含有比铝贵(noble)的元素。通过含有比铝贵的元素，在利用锌酸盐法进行非电解镍磷镀敷时，电子容易从在该元素的周围存在的铝流出，所以促进铝的溶解。另外，在铝溶解的部分，锌集中地析出，作为形成非电解镍磷镀层4的起点的锌的析出量变多，所以容易形成非电解镍磷镀层4。作为比铝贵的元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体元件，在表面背面导通型基板的表面侧电极以及背面侧电极上形成有非电解镍磷镀层以及非电解镀金层，所述半导体元件的特征在于，所述表面侧电极以及所述背面侧电极包括铝或者铝合金，并且形成于所述表面侧电极上的所述非电解镍磷镀层的厚度相对形成于所述背面侧电极上的所述非电解镍磷镀层的厚度的比例是1.0以上且3.5以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.06 JP 2015-0775281.一种半导体元件，在表面背面导通型基板的表面侧电极以及背面侧电极上形成有非电解镍磷镀层以及非电解镀金层，所述半导体元件的特征在于，所述表面侧电极以及所述背面侧电极包括铝或者铝合金，并且形成于所述表面侧电极上的所述非电解镍磷镀层的厚度相对形成于所述背面侧电极上的所述非电解镍磷镀层的厚度的比例是1.0以上且3.5以下。2.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，形成所述表面侧电极以及所述背面侧电极的所述铝合金含有比铝贵的元素。3.根据权利要求2所述的半导体元件，其特征在于，在形成所述表面侧电极的所述铝合金中含有的所述元素比在形成所述背面侧电极的所述铝合金中含有的所述元素贵。4.一种半导体元件的制造方法，在将表面侧电极以及背面侧电极形成于表面背面导通型基板之后，使用锌酸盐法对所述表面侧电极以及所述背面侧电极这两方同时进行非电解镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：砂本昌利，上野隆二，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP