(57)【要約】【課題】半導体装置の耐久性を向上することが可能な技術を提供する。【解決手段】半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上の電極と、電極上の半田接合用金属膜と、半田接合用金属膜上の酸化防止用金属膜と、酸化防止用金属膜上の半田層とを備える。半田接合用金属膜及び酸化防止用金属膜を、酸化防止用金属膜側から平面視したとき、半田接合用金属膜は、酸化防止用金属膜と重ならない第１部分を有する。【選択図】図１
2020009823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上の電極と、
前記電極上の半田接合用金属膜と、
前記半田接合用金属膜上の酸化防止用金属膜と、
前記酸化防止用金属膜上の半田層と
を備え、
前記半田接合用金属膜及び前記酸化防止用金属膜を、前記酸化防止用金属膜側から平面視したとき、前記半田接合用金属膜は、前記酸化防止用金属膜と重ならない第１部分を有する、半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記半田接合用金属膜及び前記酸化防止用金属膜を、前記酸化防止用金属膜側から平面視したとき前記第１部分を覆う絶縁膜をさらに備える、半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置であって、
前記絶縁膜は、その厚み方向に貫通する開口部を有し、
前記半田接合用金属膜及び前記酸化防止用金属膜は前記開口部内に位置する、半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置であって、
前記開口部の内壁は、逆階段状を成しており、
前記内壁は前記第１部分を覆う段部を有する、半導体装置。
【請求項５】
請求項３に記載の半導体装置であって、
前記開口部の内壁は逆テーパ状を成している、半導体装置。
【請求項６】
請求項２に記載の半導体装置であって、
前記絶縁膜は、前記半導体接合用金属膜の金属材料と同じ金属材料の酸化物から成る、半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半田接合用金属膜をめっき法を用いて形成する第１工程と、
前記半田接合用金属膜上に酸化防止用金属膜をめっき法を用いて形成する第２工程と
を備える、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第１工程の前に、前記電極を露出する開口部を有する絶縁膜を前記半導体基板上に形成する第３工程をさらに備え、
前記開口部は、前記電極側の第１開口縁と、当該第１開口縁とは反対側の第２開口縁とを有し、
前記第３工程では、前記電極における、前記開口部によって露出する露出部分が、前記第２開口縁から見た平面視において、前記絶縁膜と重ならない第２部分と前記絶縁膜と重なる第３部分とを有するように、前記絶縁膜が形成され、
前記第１工程では、めっき法が用いられて、前記第２及び第３部分上に前記半田用金属膜が形成される、半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第３工程において、前記開口部の内壁が逆テーパ状を成すように前記絶縁膜が形成される、半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第３工程では、前記開口部の内壁が、前記第３部分と隙間をあけて対向する段部を有する逆階段状となるように、前記絶縁膜が形成され、
前記第１工程では、前記隙間を埋めるように前記半田用金属膜がめっき法が用いられて形成される、半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第３工程では、同じ材料の膜が複数回堆積されることで前記絶縁膜が形成される、半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第３工程は、
前記電極上に第１の膜を形成する第４工程と、
前記第１の膜上に、前記絶縁膜となる第２の膜を形成する第５工程と、
前記第２の膜を部分的に除去して前記第１の膜を露出させる第６工程と、
前記第６工程の後に、前記第１の膜を除去して前記絶縁膜を形成する第７工程と
を有する、半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第１の膜は、前記電極の金属材料とは異なる金属材料から成る金属膜である、半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第１の膜は酸化膜である、半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３及び請求項１４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第７工程では、等方性のウェットエッチングが用いられて前記第１膜が除去される、半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第３工程は、
前記電極上に、前記絶縁膜となる膜を形成する第４工程と、
前記膜を部分的に除去して前記電極を露出させる第５工程と、
前記第５工程の後に、前記電極を部分的に除去することによって前記絶縁膜を形成する第６工程と
を有する、半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第６工程では、等方性のウェットエッチングが用いられて前記電極が部分的に除去される、半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半田接合用金属膜を形成する第１工程と、
前記半導体接合用金属膜の上面の一部の上に前記酸化防止用金属膜を形成する第２工程と、
前記半導体接合用金属膜のうち前記酸化防止用金属膜から露出する部分を酸化して前記絶縁膜を形成する第３工程と
を備える、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び２には、半導体装置に関する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６１５６３８１号公報
【特許文献２】特開昭６３−３０５５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置については、その耐久性の向上が望まれている。
【０００５】
そこで、本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、半導体装置の耐久性を向上することが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置の一態様は、半導体基板と、前記半導体基板上の電極と、前記電極上の半田接合用金属膜と、前記半田接合用金属膜上の酸化防止用金属膜と、前記酸化防止用金属膜上の半田層とを備え、前記半田接合用金属膜及び前記酸化防止用金属膜を、前記酸化防止用金属膜側から平面視したとき、前記半田接合用金属膜は、前記酸化防止用金属膜と重ならない第１部分を有する。
【０００７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の一態様は、上記の半導体装置の製造方法であって、前記半田接合用金属膜をめっき法を用いて形成する第１工程と、前記半田接合用金属膜上に酸化防止用金属膜をめっき法を用いて形成する第２工程とを備える。
【０００８】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の一態様は、上記の半導体装置の製造方法であって、前記半導体装置は、前記半田接合用金属膜及び前記酸化防止用金属膜を、前記酸化防止用金属膜側から平面視したとき前記第１部分を覆う絶縁膜をさらに備え、前記半田接合用金属膜を形成する第１工程と、前記半導体接合用金属膜の上面の一部の上に前記酸化防止用金属膜を形成する第２工程と、前記半導体接合用金属膜のうち前記酸化防止用金属膜から露出する部分を酸化して前記絶縁膜を形成する第３工程とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体装置の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】半導体装置の構造の一例を示す断面図である。
【図２】半導体装置の構造の一例を示す断面図である。
【図３】半導体装置の構造の一例を示す断面図である。
【図４】半導体装置の構造の一例を示す平面図である。
【図５】半導体装置の構造の一例を示す平面図である。
【図６】比較対象装置の構造の一例を示す断面図である。
【図７】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図１０】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１３】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１４】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１５】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１６】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１７】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１８】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１９】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２０】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２１】半導体装置の構造の一例を示す断面図である。
【図２２】半導体装置の構造の一例を示す断面図である。
【図２３】半導体装置の構造の一例を示す断面図である。
【図２４】半導体装置の構造の一例を示す断面図である。
【図２５】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２６】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２７】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２８】半導体装置の構造の一例を示す断面図である。
【図２９】半導体装置の構造の一例を示す断面図である。
【図３０】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３１】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る半導体装置１１０の構造の一例を示す断面図である。図１に示されるように、半導体装置１１０は、例えば縦型のダイオードである半導体装置１００と、電極７と、半導体装置１００と電極７とを接続するための半田層６と、半導体装置１００を支持するベース板１０と、半導体装置１００とベース板１０とを接続するための半田層９と、半導体装置１００及び半田層６及び９を封止する封止材１１とを備えている。電極７及びベース板１０は例えば金属から成る。封止材１１は例えば樹脂あるいはゲルから成る。半田層６及び９は、例えばＳｎＡｇＣｕ系のＰｂ（鉛）フリー半田から成る。
【００１２】
図２及び３は、半導体装置１００の構造の一例を示す断面図である。図２及び３には、図１に示される構造の一部が示されており、図２及び３に示される構造は互いに同じである。図４は、図２に示される構造を矢視Ａから見た様子を示す平面図である。図５は、図２に示される構造から保護膜５を除去して得られる構造を矢視Ａから見た様子を示す平面図である。
【００１３】
図１〜５に示されるように、半導体装置１００は、半導体基板１と、アノード電極２と、金属膜１２と、保護膜５と、カソード電極８とを備える。半導体基板１では、素子形成面である上面の上にアノード電極２が形成されている。半導体基板１の裏面上にはカソード電極８が形成されている。カソード電極８には、半田層９によってベース板１０が取り付けられている。
【００１４】
アノード電極２及びカソード電極８のそれぞれは金属から成る。アノード電極２は、例えばＡｌ（アルミニウム）から成る。アノード電極２は、Ａｌを主成分とする金属材料で構成されてもよい。例えば、アノード電極２は、Ａｌを９５％以上含む金属材料で構成されてもよい。主としてＡｌを含む金属材料で構成されたアノード電極２を採用することによって、シリコン基板などの各種半導体基板を用いた半導体素子の電極としてのアノード電極２を既存の方法で容易に形成及び加工することができる。カソード電極８は、アノード電極２と同じ材料で構成されてもよいし、異なる材料で構成されてもよい。
【００１５】
アノード電極２上には金属膜１２が形成されている。金属膜１２には、半田層６によって電極７が接続されている。金属膜１２は、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４を備える。半田接合用金属膜３はアノード電極２上に形成され、酸化防止用金属膜４は半田接合用金属膜３上に形成されている。酸化防止用金属膜４上には半田層６が形成される。金属膜１２は、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４が積層された積層金属膜である。
【００１６】
半田接合用金属膜３は、アノード電極２に半田を接合するための膜であって、例えばＮｉ（ニッケル）から成る。主としてＡｌを含む材料が使用されたアノード電極２は、例えばＳｎＡｇＣｕ系のＰｂフリー半田を接合することが困難である。そのため、アノード電極２上にＮｉから成る半田接合用金属膜３を堆積させることで、アノード電極２と半田層６との接合性を向上させている。
【００１７】
酸化防止用金属膜４は、半田接合用金属膜３の表面が酸化することを防止するための膜であって、例えばＡｕ（金）から成る。半田接合用金属膜３の表面が酸化すると、半田濡れ性が低下するため、酸化防止用金属膜４を半田接合用金属膜３上に堆積している。酸化防止用金属膜４は、Ａｕ以外の材料で構成されてもよい。例えば、酸化防止用金属膜４はＡｇ（銀）で構成されてもよい。
【００１８】
このように、本例では、アノード電極２上に半田層６を堆積するためには、アノード電極２との密着性を確保した、Ｎｉ膜及びＡｕ膜を含む金属膜１２を設けている。なお、金属膜１２は、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４以外の膜を含む３層以上の積層金属膜でもよい。
【００１９】
半導体基板１及びアノード電極２上には保護膜５が形成されている。保護膜５は、絶縁膜であって、ポリイミド系樹脂等の電気的絶縁性材料で構成されている。保護膜５は、その厚み方向に貫通する開口部５０を備える。開口部５０はアノード電極２を部分的に露出している。開口部５０は、アノード電極２側の第１開口縁５３と、第１開口縁５３とは反対側の第２開口縁５４とを備えている。アノード電極２では、周端部２５を除く部分が、開口部５０から露出する露出部分２０となっている。半田接合用金属膜３は、アノード電極２の露出部分２０上に形成されている。半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４は開口部５０内に位置する。
【００２０】
本例では、開口部５０の内壁５１は逆階段状となっている。本例では、内壁５１は、１段の逆階段状となっている。よって、内壁５１は一つの段部５２を備えている。段部５２はひさし部とも言える。
【００２１】
図２に示されるように、半田接合用金属膜３の露出部分２０は、第２開口縁５４から見た平面視において、保護膜５と重ならない第１部分２１と、保護膜５と重なる第２部分２２とを有する。半田接合用金属膜３は、第１部分２１及び第２部分２２上に位置する。
【００２２】
また、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４を、酸化防止用金属膜４側から平面視したとき、図５に示されるように、半田接合用金属膜３の面積は、酸化防止用金属膜４の面積よりも大きくなっている。半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４を、酸化防止用金属膜４側から平面視したとき、半田接合用金属膜３は、酸化防止用金属膜４と重ならない第１部分３０と、酸化防止用金属膜４と重なる第２部分３１とを有している。
【００２３】
開口部５０は、その内壁５１が逆階段状となることによって、図２に示されるように、径が大きい第１開口部５０ａと、第１開口部５０ａと連通する、径が小さい第２開口部５０ｂとを備える。第１開口部５０ａはアノード電極２を露出し、第２開口部５０ｂは第１開口部５０ａの上方に位置する。
【００２４】
半田接合用金属膜３は、第１開口部５０ａの全領域を埋めている。これにより、段部５２の下方に位置する、段部５２とアノード電極２との間の領域１７（図３参照）は、半田接合用金属膜３で埋められている。半田接合用金属膜３において、領域１７を埋める部分が第１部分３０となり、残りの部分が第２部分３１となる。領域１７を埋める第１部分３０は、段部５２で覆われているとも言える。第１部分３０は、半田接合用金属膜３の周端部であることから、半田接合用金属膜３の周端部は保護膜５で被覆されていると言える。以後、領域１７を下方領域１７と呼ぶことがある。
【００２５】
図３に示されるように、半田接合用金属膜３において、下方領域１７を埋める第１部分３０以外の第２部分３１の膜厚ｄ１は、アノード電極２からの段部５２（ひさし部）の高さｄ２よりも大きくなっている。また、膜厚ｄ１は、保護膜５における、アノード電極２上の部分の膜厚ｄ３よりも小さくなっている。これにより、半田接合用金属膜３の第２部分３１は、第１開口部５０ａだけではなく、第２開口部５０ｂの下端部を埋め、酸化防止用金属膜４は第２部分３１上に形成される。酸化防止用金属膜４は、第２開口部５０ｂ内に位置する。膜厚ｄ１は、例えば１μｍ以上に設定される。これより、半田付けの際にアノード電極２を十分に保護することができる。
【００２６】
図２に示される構造を矢視Ａから見た場合、図４に示されるように、半導体装置１００のうち、保護膜５と、保護膜５の開口部５０内の酸化防止用金属膜４のみが視認される。言い換えれば、開口部５０の第２開口縁５４から見た平面視においては、半導体装置１００のうち、保護膜５及び酸化防止用金属膜４のみが視認される。
【００２７】
また、アノード電極２、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４を、酸化防止用金属膜４側から平面視したとき、図５に示されるように、アノード電極２の面積は、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４の面積よりも大きくなっている。アノード電極２、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４を、酸化防止用金属膜４側から平面視したとき、アノード電極２は、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４と重ならない部分を有している。この部分は、アノード電極２において、開口部５０によって露出していない周端部２５である。図４，５に示されるように、半導体装置１００では、アノード電極２の外側にターミネーション領域１５が形成されている。
【００２８】
以上のように、本例では、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４を、酸化防止用金属膜４側から平面視したとき、半田接合用金属膜３は、酸化防止用金属膜４と重ならない第１部分３０を有している。これにより、酸化防止用金属膜４上に半田層６を形成した場合に、半田接合用金属膜３の周端部の上方には半田層６が位置しないようになる。よって、半導体装置１１０の耐久性が向上する。以下に、この点について詳細に説明する。
【００２９】
図６は、本実施の形態に係る半導体装置１１０と比較される比較装置３００の構造を示す断面図である。比較装置３００では、保護膜５の開口部５０の内壁５１は、逆階段状とはなっておらず、第２開口縁５４から第１開口縁５３に向かって径がやや小さくなるテーパ状を成している。
【００３０】
比較装置３００では、半田接合用金属膜３の上面の全領域に酸化防止用金属膜４が形成されている。したがって、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４を、酸化防止用金属膜４側から平面視したとき、半田接合用金属膜３の全領域が、酸化防止用金属膜４と重なっている。これにより、酸化防止用金属膜４に半田層６を形成した場合には、半田接合用金属膜３の全領域上に半田層６が存在することになる。このため、ヒートサイクル試験等により、比較装置３００に熱ストレスが加わった場合、半田接合用金属膜３と半田層６との間には、それらの熱膨張係数の差に応じた大きな応力が発生する。その結果、アノード電極２にクラックが発生したり、アノード電極２が半導体基板１からはがれたりする可能性がある。比較装置３００では、半田接合用金属膜３と半田層６との間に発生する応力が、半田接合用金属膜３全体を持ち上げて、アノード電極２にクラックが発生したり、アノード電極２が半導体基板１からはがれたりする可能性がある。
【００３１】
これに対して、本実施の形態では、半田接合用金属膜３の周端部の上方には半田層６が位置しないようになることから、半田接合用金属膜３と半田層６の熱膨張係数の差に応じて発生する応力が、アノード電極２に与える影響を低減することができる。半導体装置１１０に熱ストレスが加わった場合、半田接合用金属膜３を破断するような応力が発生することから、比較装置３００と比較して、アノード電極２に加わる応力が低減する。これより、アノード電極２にクラックが発生したり、アノード電極２が半導体基板１からはがれたりする可能性を低減することができる。よって、半導体装置１１０の耐久性が向上する。
【００３２】
また、本実施の形態のように、保護膜５の開口部５０の内壁５１を逆階段状にすることによって、半田接合用金属膜３の第１部分３０を保護膜５で容易に覆うことができる。
【００３３】
また、本実施の形態では、半導体装置１００及び半田層６が封止材１１で封止されていることから、半田接合用金属膜３及び半田層６を封止材１１で拘束することができる。これにより、半田接合用金属膜３及び半田層６が変形する可能性が低減することから、アノード電極２でクラックが発生したり、アノード電極２が剥離したりする可能性がさらに低減する。なお、封止材１１は、半導体装置１００及び半田層６を外部から拘束できれば、樹脂及びゲル以外の材料で構成されてもよい。
【００３４】
次に半導体装置１１０の製造方法の一例について説明する。図７，８，１０は半導体装置１１０の製造方法の一例を示す断面図であり、図９は半導体装置１１０の製造方法の一例を示す平面図である。
【００３５】
まず、図７に示されるように、一方の主面にアノード電極２が形成され、他方の主面にカソード電極８が形成された半導体基板１が準備される。アノード電極２及びカソード電極８が形成された半導体基板１は、ウェハレベルのプロセスにおいて準備される。アノード電極２及びカソード電極８は、例えば、物理的気相成長法(ＰＶＤ)により形成される。アノード電極２及びカソード電極８は、スパッタリング法を用いて形成されてもよいし、蒸着法を用いて形成されてもよい。
【００３６】
次に図８に示されるように、上述のような開口部５０を有する保護膜５が半導体基板１及びアノード電極２上に形成される。図９は、図８に示される構造を矢視Ｂから見た様子を示す平面図である。図８，９に示されるように、アノード電極２における、開口部５０によって露出する露出部分２０が、第２開口縁５４から見た平面視において、保護膜５と重ならない第１部分２１と保護膜５と重なる第２部分２２とを有するように、保護膜５が形成される。本例のように、開口部５０の内壁５１が逆階段状を成す場合に、開口部５０の内壁５１が、アノード電極２の第２部分２２と隙間をあけて対向する段部５２を有するように、保護膜５が形成される。保護膜５が形成された直後では、段部５２の下方に位置する下方領域１７は隙間となっている。
【００３７】
保護膜５は、感光性ポリイミドから成る絶縁膜が用いられて形成されてもよい。この場合の概略工程としては、まず、感光性ポリイミドから成る絶縁膜を図７に示される構造上に例えばスピンコート法で塗布する。そして、当該絶縁膜に対して露光及び現像を行うことによって、当該絶縁膜をパターニングする。感光性ポリイミドから成る絶縁膜がパターニングされることにより、感光性ポリイミドから成る保護膜５が形成される。このように、保護膜５のパターニングは、写真製版技術を使用して行うことができる。
【００３８】
また保護膜５は、非感光性ポリイミドから成る絶縁膜が用いられて形成されてもよい。この場合の概略工程として、まず、非感光性ポリイミドから成る絶縁膜を図７に示される構造上に例えばスピンコート法で塗布する。次に絶縁膜上にフォトレジストを塗布する。次にフォトレジストを露光及び現像してパターニングする。そして、パターニングされたフォトレジストをマスクとして使用して、非感光性ポリイミドから成る絶縁膜をエッチングしてパターニングする。非感光性ポリイミドから成る絶縁膜がパターニングされることにより、非感光性ポリイミドから成る保護膜５が形成される。なお、保護膜５の製造方法については後で詳細に説明する。
【００３９】
次に図１０に示されるように、半田接合用金属膜３が、例えばめっき法が用いられて形成される。ここでは、アノード電極２の露出部分２０上に、例えば、ジンケート処理を含む無電解めっき法により、Ｎｉから成る半田接合用金属膜３が形成される。
【００４０】
このように、めっき法を用いて半田接合用金属膜３を形成することにより、開口部５０の内壁５１の形状に応じた形状を有する半田接合用金属膜３を簡単に形成することができる。よって、下方領域１７、つまり、段部５２とアノード電極２との間の隙間を、半田接合用金属膜３で簡単に埋めることができる。言い換えれば、半田接合用金属膜３の周端部を保護膜５で簡単に覆うことができる。半田接合用金属膜３は、第２開口縁５４から見た平面視において、保護膜５で覆われる第１部分３０と、保護膜５で覆われない第２部分３１とを備える。
【００４１】
次に、酸化防止用金属膜４が、半田接合用金属膜３における、開口部５０によって露出する第２部分３１上に、例えばめっき法が用いられて形成される。これにより、図２に示される半導体装置１００が得られる。半田接合用金属膜３の形成と同様に、酸化防止用金属膜４の形成にめっき法が用いられることによって、半田接合用金属膜３の第２部分３１上だけに酸化防止用金属膜４を容易に形成することができる。下方領域１７は半田接合用金属膜３で埋められていることから、下方領域１７には酸化防止用金属膜４は形成されない。
【００４２】
半導体装置１００が完成した後、酸化防止用金属膜４が半田付けによって電極７に接合される。これより、酸化防止用金属膜４が半田層６によって電極７に取り付けられる。また、カソード電極８が半田付けによってベース板１０に接合される。これにより、カソード電極８が半田層９によってベース板１０に取り付けられる。その後、封止材１１が形成されることにより図１に示される半導体装置１１０が完成する。
【００４３】
以上のように、本実施の形態では、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４がめっき法を用いて形成される。これより、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４を容易に形成することができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４は保護膜５の開口部５０内にめっき法を用いて形成される。これにより、開口部５０の内壁５１の形状を変更することによって、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４の形状を容易に変更することができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、図８，９に示されるように、アノード電極２において、開口部５０によって露出する露出部分２０が、開口部５０の第２開口縁５４から見た平面視において、保護膜５と重ならない第１部分２１と保護膜５と重なる第２部分２２とを有するように、保護膜５が形成される。これにより、第２開口縁５４から見た平面視において保護膜５と重なる第２部分２２の形状を変更することによって、半田接合用金属膜３における、保護膜５で被覆される第１部分３０の形状を容易に変更することができる。
【００４６】
また、本実施の形態では、開口部５０の内壁５１が、第２部分２２と隙間をあけて対向する段部５２を有する逆階段状となるように、保護膜５が形成される。これより、段部５２と第２部分２２との間の隙間の形状を変更することによって、半田接合用金属膜３における、保護膜５で被覆される第１部分３０の形状を容易に変更することができる。
【００４７】
次に保護膜５の形成方法の具体例について説明する。図１１及び１２は保護膜５の形成方法の一例を示す断面図である。上述の図７に示される構造が得られた後、図１１に示されるように、開口部１５１を有する絶縁膜１５０が、半導体基板１及びアノード電極２上に形成される。開口部１５１は、上述の第１開口部５０ａに相当する（図２参照）。開口部１５１を有する絶縁膜１５０は、例えば、写真製版技術を用いて形成することができる。
【００４８】
次に図１２に示されるように、絶縁膜１５０上に、開口部１６１を有する絶縁膜１６０が形成される。絶縁膜１６０の材料は、絶縁膜１５０の材料と同じである。開口部１６１は、上述の第２開口部５０ｂに相当する（図２参照）。開口部１６１を有する絶縁膜１６０は、例えば、写真製版技術を用いて形成することができる。これより、絶縁膜１５０及び１６０から成る保護膜５が、半導体基板１及びアノード電極２上に形成される。保護膜５の開口部５０は、絶縁膜１５０の開口部１５１と絶縁膜１６０の開口部１６１とで構成される。
【００４９】
このように、同じ材料の膜を複数回堆積することによって、逆階段状の内壁５１を有する開口部５０を備える保護膜５を容易に形成することができる。
【００５０】
図１３〜１６は保護膜５の形成方法の他の例を示す断面図である。上述の図７に示される構造が得られた後、図１３に示されるように、アノード電極２上に膜２００が形成される。膜２００は、例えば、アノード電極２の金属材料とは異なる金属材料から成る金属膜である。次に図１４に示されるように、図１３に示される構造上に、保護膜５となる絶縁膜１７０が形成される。次に図１５に示されるように、絶縁膜１７０が部分的に除去されることによって、アノード電極２の上面を部分的に露出させる開口部１７１が絶縁膜１７０に形成される。開口部１７１は、上述の第２開口部５０ｂに相当する。絶縁膜１７０が感光性ポリイミドから成る場合には、絶縁膜１７０に対して露光及び現像を行うことによって、絶縁膜１７０に開口部１７１を形成することができる。一方で、絶縁膜１７０が非感光性ポリイミドから成る場合には、エッチング技術を用いて絶縁膜１７０に開口部１７１を形成することができる。
【００５１】
次に、例えば等方性のウェットエッチングが用いられて膜２００が除去される。これにより、図１６に示されるように、半導体基板１及びアノード電極２上に、開口部５０を有する保護膜５が形成される。膜２００は、保護膜５とアノード電極２との間の隙間である下方領域１７を形成するための膜であると言える。図１６に示される構造に対して、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４が形成されると、図１７のようになる。
【００５２】
このように、アノード電極２上の膜２００を利用することによって、逆階段状の内壁５１を有する開口部５０を備える保護膜５を容易に形成することができる。
【００５３】
また、膜２００が、アノード電極２の金属材料とは異なる金属材料から成る場合には、膜２００を除去する際に、アノード電極２に対して選択性の高いエッチングを膜２００に実行することができる。
【００５４】
また、本例のように、膜２００の除去に等方性のウェットエッチングを用いることによって、膜２００における、絶縁膜１７０とアノード電極２とで挟まれた部分を適切に除去することができる。
【００５５】
なお、膜２００は酸化膜であってもよい。この場合であっても、膜２００を除去する際に、アノード電極２に対して選択性の高いエッチングを膜２００に実行することができる。図７に示される構造が得られた後、アノード電極２の上面を酸化することによって、アノード電極２の金属材料と同じ金属材料の酸化物から成る膜２００をアノード電極２上に形成することができる。
【００５６】
図１８〜２０は、保護膜５の形成方法の他の例を示す断面図である。図１８に示されるように、本例ではアノード電極２を厚く形成する。次に図１９に示されるように、図１８に示される構造上に、保護膜５となる絶縁膜１８０が形成される。次に図２０に示されるように、絶縁膜１８０が部分的に除去されることによって、アノード電極２の上面を部分的に露出させる開口部１８１が絶縁膜１８０に形成される。開口部１８１は、上述の第２開口部５０ｂに相当する。開口部１８１の形成方法は、開口部１７１の形成方法と同様である。次に、例えば等方性のウェットエッチングが用いられて、アノード電極２が、その上面から部分的に除去されて、アノード電極２の厚みが小さくされる。これにより、上述の図１６に示される構造と同様の構造が得られる。その後、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４がめっき法を用いて形成されると、上述の図１７に示される構造と同様の構造が得られる。
【００５７】
このように、厚く形成したアノード電極２を部分的に除去して、絶縁膜１７０とアノード電極２と間に隙間を形成することによって、膜２００の形成工程が不要となる。よって、半導体装置１１０の製造工程が簡略化される。
【００５８】
また、本例のように、アノード電極２の部分的な除去に等方性のウェットエッチングを用いることによって、絶縁膜１７０とアノード電極２と間に適切に隙間を形成することができる。
【００５９】
また、アノード電極２を部分的に除去して、アノード電極２と保護膜５との間に隙間を形成する場合には、アノード電極２を半導体基板１上に形成する際のアノード電極２のパターニングと同じエッチャントを使用することができる。
【００６０】
なお、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４の形成方法は上記の例に限られない。例えば、保護膜５を形成せずに、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４を形成してもよい。例えば、メタルマスクを使用して金属膜を蒸着法またはスパッタリング法により形成することによって、上記と同じ形状の半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４を形成してもよい。また、めっき法、スパッタリング法あるいは蒸着法を用いて金属膜を形成した後、写真製版技術を使用して当該金属膜をパターニングすることよって、上記と同じ形状の半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４を形成してもよい。これらの場合には、保護膜５の形成工程が不要となる。
【００６１】
また、上記の例では、保護膜５の開口部５０の内壁５１は、１段の逆階段形状を成しているが、複数段の逆階段形状を成してもよい。つまり、内壁５１の形状は、複数の段部５２を有する逆階段形状であってもよい。
【００６２】
図２１及び２２は、保護膜５が２段の逆階段形状を成す内壁５１を有する開口部５０を備える場合の半導体装置１００の構造の一例を示す断面図である。図２１及び２２の例では、開口部５０の内壁５１は２つの段部５２を備える。図２１の例では、２つの段部５２とアノード電極２との間の空間がすべて半田接合用金属膜３で埋められている。図２２の例では、２つの段部５２のうちの下側の段部５２とアノード電極２との間の空間はすべて半田接合用金属膜３で埋められているが、上側の段部５２とアノード電極２との間の空間は部分的に半田接合用金属膜３で埋められている。そして、酸化防止用金属膜４は上側の段部５２の下方にも存在する。
【００６３】
図２１及び２２の例のように、開口部５０の内壁５１が複数の段部５２を備える場合には、半田接合用金属膜３において、第２開口縁５４から見た平面視で保護膜５と重ならない第２部分３１の膜厚ｄ１は、一番下の段部５２についてのアノード電極２からの高さｄ２よりも大きく、かつ、保護膜５における、アノード電極２上の部分の膜厚ｄ３よりも小さく設定されていればよい。これより、開口部５０の内壁５１が有する段部５２の数にかかわらず、一番下の段部５２とアノード電極２との間の空間はすべて半田接合用金属膜３で埋められるようになる。よって、上述の図２に示される構造と同様の効果を得ることができる。なお、開口部５０の内壁５１は３段以上の逆階段状を成してもよい。
【００６４】
実施の形態２．
図２３は、本実施の形態に係る半導体装置１１１の構造の一例を示す断面図である。図２４は、半導体装置１１１が備える半導体装置１０１の構造の一例を示す断面図である。半導体装置１１１は、上記の半導体装置１１０において、半導体装置１００の替わりに半導体装置１０１を備えるものである。半導体装置１０１は、半導体装置１００において、開口部５０の形状が変更されたものである。
【００６５】
図２３及び２４に示されるように、半導体装置１０１が備える保護膜５の開口部５０の内壁５１は、第２開口縁５４から第１開口縁５３に向かって径が大きくなる逆テーパ状を成している。これにより、開口部５０内に形成された半田接合用金属膜３をその裏面から上面にかけてみると、半田接合用金属膜３は順テーパ状となっていると言える。開口部５０内の半田接合用金属膜３の径（言い換えれば、厚み方向に垂直な方向の寸法）は、裏面から上面にかけて徐々に大きくなっている。
【００６６】
本例では、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４を、酸化防止用金属膜４側から平面視したとき、半田接合用金属膜３において酸化防止用金属膜４と重ならない第１部分３０は、破線１１７で囲まれた部分となる。この部分は、半田接合用金属膜３の周端部であり、当該周端部上には酸化防止用金属膜４は位置していない。したがって、酸化防止用金属膜４上に半田層６を形成した場合に、図２３に示されるように、半田接合用金属膜３の周端部の上方には半田層６が位置しないようになる。
【００６７】
このように、本実施の形態では、上述の実施の形態１と同様に、半田接合用金属膜３の周端部の上方には半田層６が位置しないようになることから、半田接合用金属膜３と半田層６の熱膨張係数の差に応じて発生する応力が、アノード電極２に与える影響を低減することができる。これより、アノード電極２にクラックが発生したり、アノード電極２が半導体基板１からはがれたりする可能性を低減することができる。よって、半導体装置１１０の耐久性が向上する。
【００６８】
また、本実施の形態のように、保護膜５の開口部５０の内壁５１を逆テーパ状にすることによって、半田接合用金属膜３の第１部分３０を保護膜５で容易に覆うことができる。
【００６９】
次に半導体装置１１１の製造方法の一例について説明する。図２５〜２７は半導体装置１１１の製造方法の一例を示す断面図である。上述の図７に示される構造が得られた後、図２５に示されるように、図７に示される構造上に、保護膜５となる絶縁膜１９０が形成される。次に、写真製版技術が使用されて絶縁膜１９０が部分的に除去されることによって、図２６に示されるように、アノード電極２を部分的に露出する開口部５０を有する保護膜５が半導体基板１及びアノード電極２上に形成される。逆テーパ状の内壁５１を有する開口部５０は、写真製版技術を用いて形成することができる。次に図２６に示されるように、例えばめっき法が用いられて半田接合用金属膜３がアノード電極２の露出部分２０上に形成される。以後の製造工程は実施の形態１と同様である。
【００７０】
このように、本実施の形態では、逆テーパ状の内壁５１を有する開口部５０内において、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４がめっき法が用いられて形成される。これにより、簡単に、半田接合用金属膜３の周端部が平面視において酸化防止用金属膜４で覆われないようにすることができる。よって、簡単に半導体装置１１１の耐久性を向上することができる。
【００７１】
実施の形態３．
図２８は、本実施の形態に係る半導体装置１１２の構造の一例を示す断面図である。図２９は、半導体装置１１２が備える半導体装置１０２の構造の一例を示す断面図である。半導体装置１１２は、上記の半導体装置１１０において、半導体装置１００の替わりに半導体装置１０２を備えるものである。半導体装置１０２は、半導体装置１００において、保護膜５の替わりに絶縁膜５００を備えるものである。
【００７２】
図２８及び２９に示されるように、半導体装置１０２では、アノード電極２上に半田接合用金属膜３が形成されている。また、半田接合用金属膜３の上面の一部の上に、酸化防止用金属膜４が形成されている。そして、半田接合用金属膜３において、酸化防止用金属膜４から露出している部分に絶縁膜５００が形成されている。絶縁膜５００は、半田濡れ性が低い膜であって、例えば、酸化膜で構成されている。絶縁膜５００は、例えば、半田接合用金属膜３の金属材料と同じ金属材料の酸化物から成る。
【００７３】
本例では、半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４を、酸化防止用金属膜４側から平面視したとき、半田接合用金属膜３において酸化防止用金属膜４と重ならない第１部分３０は、破線６１７で囲まれた部分となる。この部分は、半田接合用金属膜３の周端部であり、当該周端部上には酸化防止用金属膜４は位置していない。したがって、酸化防止用金属膜４上に半田層６を形成した場合に、図２８に示されるように、半田接合用金属膜３の周端部の上方には半田層６が位置しないようになる。半田接合用金属膜３の第１部分３０は絶縁膜５００で覆われている。
【００７４】
このように、本実施の形態では、上述の実施の形態１及び２と同様に、半田接合用金属膜３の周端部の上方には半田層６が位置しないことから、半田接合用金属膜３と半田層６の熱膨張係数の差に応じて発生する応力が、アノード電極２に与える影響を低減することができる。これより、アノード電極２にクラックが発生したり、アノード電極２が半導体基板１からはがれたりする可能性を低減することができる。よって、半導体装置１１０の耐久性が向上する。
【００７５】
また、本例のように、絶縁膜５００が、半田接合用金属膜３の金属材料と同じ金属材料の酸化物から成る場合には、半田接合用金属膜３の一部を酸化することによって簡単に絶縁膜５００を形成することができる。
【００７６】
次に半導体装置１１２の製造方法について説明する。図３０及び３１は半導体装置１１２の製造方法の一例を示す断面図である。上述の図７に示される構造が得られた後、図３０に示されるように、アノード電極２上に半田接合用金属膜３を形成する。次に図３１に示されるように、半田接合用金属膜３の上面の一部の上に酸化防止用金属膜４を形成する。具体的には、半田接合用金属膜３の上面のうち、周端部以外の部分に、酸化防止用金属膜４を形成する。半田接合用金属膜３及び酸化防止用金属膜４については、めっき法、スパッタリング法あるいは蒸着法を用いて金属膜を形成した後、当該金属膜を写真製版技術を用いてパターニングすることによって形成することができる。次に、半田接合用金属膜３のうち、酸化防止用金属膜４から露出している部分を酸化する。これにより、当該部分に絶縁膜５００が形成され、図２９に示される構造が得られる。以後の製造工程は実施の形態１と同様である。
【００７７】
このように、本実施の形態では、半田接合用金属膜３のうち酸化防止用金属膜４から露出する部分を酸化することによって、当該部分を覆う絶縁膜５００を簡単に形成することができる。
【００７８】
上記の例では、半導体装置１００〜１０２は、ダイオードであったが、ダイオード以外の装置であってもよい。例えば、半導体装置１００〜１０２は、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であってもよいし、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であってもよい。また、本開示は、パワーデバイスだけに適用されるものではなく、半導体デバイス一般に適用することができる。
【００７９】
本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  半導体基板、２  アノード電極、３  半田接合用金属膜、４  酸化防止用金属膜、５  保護膜、６  半田層、５０  開口部、５１  内壁、１１１，１１２，１１３  半導体装置、５００  絶縁膜。
【図１】
2020009823.tif 000003
【図２】
2020009823.tif 000004
【図３】
2020009823.tif 000005
【図４】
2020009823.tif 000006
【図５】
2020009823.tif 000007
【図６】
2020009823.tif 000008
【図７】
2020009823.tif 000009
【図８】
2020009823.tif 000010
【図９】
2020009823.tif 000011
【図１０】
2020009823.tif 000012
【図１１】
2020009823.tif 000013
【図１２】
2020009823.tif 000014
【図１３】
2020009823.tif 000015
【図１４】
2020009823.tif 000016
【図１５】
2020009823.tif 000017
【図１６】
2020009823.tif 000018
【図１７】
2020009823.tif 000019
【図１８】
2020009823.tif 000020
【図１９】
2020009823.tif 000021
【図２０】
2020009823.tif 000022
【図２１】
2020009823.tif 000023
【図２２】
2020009823.tif 000024
【図２３】
2020009823.tif 000025
【図２４】
2020009823.tif 000026
【図２５】
2020009823.tif 000027
【図２６】
2020009823.tif 000028
【図２７】
2020009823.tif 000029
【図２８】
2020009823.tif 000030
【図２９】
2020009823.tif 000031
【図３０】
2020009823.tif 000032
【図３１】
2020009823.tif 000033