(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１）と、
前記半導体基板の一面上に形成されたアルミニウムからなるアルミニウム電極（１１）と、
前記アルミニウム電極の上に形成された保護膜（１２）と、
前記保護膜に形成された開口部（１２ａ）と、
前記開口部から臨む前記アルミニウム電極の表面上に形成された、はんだ付け用もしくはワイヤボンディング用の金属電極（１３）とを備える半導体装置において、
前記開口部から臨む前記アルミニウム電極の表面には、エッチングされてへこんだ凹部（１１ａ）が形成されており、
前記アルミニウム電極のうち前記エッチングにより残った部分における膜厚（ｄ）は、前記凹部の深さ（ｄ’）よりも大きいものであり、
前記アルミニウム電極には、アルミニウムよりも前記エッチングにおけるエッチングレートが小さい材料が設けられており、
前記アルミニウム電極における前記エッチングされた面は、前記エッチングレートが小さい材料にて凸部（１１ｂ）が構成された凹凸形状となっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記エッチングレートが小さい材料は、前記アルミニウム電極（１１）を構成するアルミニウム中に混合されたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記エッチングレートが小さい材料は、アルミニウム中に添加されたＳｉであり、前記凸部（１１ｂ）はＳｉからなることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記Ｓｉの含有量は、前記アルミニウム電極（１１）の全体に対して０．３重量％以上であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記エッチングレートが小さい材料は、前記アルミニウム電極（１１）における前記開口部（１２ａ）から臨む表面に部分的に形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記金属電極（１３）は、メッキにより形成された膜であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属電極（１３）は、前記アルミニウム電極（１１）の表面側からニッケルメッキ層（１３ａ）、金メッキ層（１３ｂ）が順次無電解メッキにより形成され積層されてなる膜であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記金属電極（１３）は、物理的気相成長法により形成された膜であることを特徴とする請求項１ないし５にいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記金属電極（１３）は、鉛フリーはんだを用いてはんだ付けされたものであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記金属電極（１３）は前記鉛フリーはんだを介して金属製のヒートシンク（２０）と接合されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の一面に形成されたアルミニウム電極に対してはんだ付け用もしくはワイヤボンディング用の金属電極を形成してなる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の一面にアルミニウム電極を形成し、このアルミニウム電極に対してヒートシンク等をはんだ付けするようにした半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
このような半導体装置の場合、バンプ電極技術（例えば、特許文献３参照）を応用して、半導体基板の一面上において、アルミニウム電極の上に保護膜を形成し、この保護膜に開口部を形成した後、この開口部から臨むアルミニウム電極の表面上に、はんだ付け用の金属電極をメッキ等により形成することが考えられる。
【特許文献１】特開２００２−１１０８９３号公報
【特許文献２】特開２００３−１１００６４号公報
【特許文献３】特開昭６３−３０５５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、この種の半導体装置について試作検討を行った。図８は、本発明者らの試作品としての半導体装置の要部を示す概略断面図である。
【０００５】
半導体基板１の一面上には、アルミニウム（以下、Ａｌという）からなるＡｌ電極１１が形成され、Ａｌ電極１１の上には、ポリイミド等からなる保護膜１２が形成されている。
【０００６】
この保護膜１２には、開口部１２ａが形成されており、この開口部１２ａから臨むＡｌ電極１１の表面上には、はんだ付け用もしくはワイヤボンディング用の金属電極１３がメッキ等により形成されている。ここでは、金属電極１３は、無電解Ｎｉ／Ａｕメッキにより形成され、下側からＮｉメッキ層１３ａ、Ａｕメッキ層１３ｂが積層されたものである。
【０００７】
ここで、半導体基板１の一面にＡｌ電極１１を形成し、Ａｌ電極１１の上に保護膜１２を形成し、さらに開口部１２ａを形成した後に、上記金属電極１３をメッキ等により形成するものであるが、このメッキ処理前に、開口部１２ａから臨むＡｌ電極１１の表面を酸系エッチング液等を用いてエッチングし、当該表面の酸化膜の除去等、表面の清浄化を行う。
【０００８】
その際、開口部１２ａから臨むＡｌ電極１１の表面には、酸系エッチング液によりエッチングされてへこんだ凹部１１ａが形成されることが判明した。なお、Ａｌ電極１１のうちエッチングにより残った部分における膜厚ｄは、凹部１１ａの深さｄ’よりも大きいものとなっている。
【０００９】
すなわち、上記図８に示す構成は、開口部１２ａから臨むＡｌ電極１１の表面にこうして凹部１１ａが形成された様子を示している。
【００１０】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、この凹部１１ａの底面すなわちＡｌ電極１１のエッチング面が平坦である場合、その上に形成される金属電極１３とＡｌ電極１１との密着性が悪く、金属電極１３のＡｌ電極１１からの剥離が生じることがわかった。
【００１１】
特に、金属電極１３の上に金属製のヒートシンクをはんだ付けするような場合、半導体基板１を構成するＳｉとヒートシンクを構成するＣｕ等の金属との線膨張係数の差により、高い応力が界面に発生するため、Ａｌ電極１１と金属電極１３との剥離の問題が顕著になる。
【００１２】
また、上記したＡｌ電極１１のエッチング時間を長くすれば、凹部１１ａの底面すなわちＡｌ電極１１のエッチング面の平坦性を多少低くすることができる。
【００１３】
しかし、Ａｌ電極１１はその厚さが通常１μｍ程度と薄いため、例えば図９に示すように、長時間のエッチングによってエッチング部のＡｌ電極が無くなる可能性があり、Ａｌ電極１１の消失という問題が生じる。
【００１４】
本発明は上記問題に鑑み、半導体基板の一面に形成されたＡｌ電極に対してはんだ付け用やワイヤボンディング用の金属電極を形成してなる半導体装置において、Ａｌ電極と金属電極との密着性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体基板（１）と、半導体基板の一面上に形成されたＡｌからなるＡｌ電極（１１）と、Ａｌ電極の上に形成された保護膜（１２）と、保護膜に形成された開口部（１２ａ）と、開口部から臨むＡｌ電極の表面上に形成された、はんだ付け用もしくはワイヤボンディング用の金属電極（１３）とを備える半導体装置において、開口部から臨むＡｌ電極の表面には、エッチングされてへこんだ凹部（１１ａ）が形成されており、Ａｌ電極のうちエッチングにより残った部分における膜厚（ｄ）は、凹部の深さ（ｄ’）よりも大きいものであり、Ａｌ電極には、Ａｌよりもエッチングにおけるエッチングレートが小さい材料が設けられており、Ａｌ電極におけるエッチングされた面は、エッチングレートが小さい材料にて凸部（１１ｂ）が構成された凹凸形状となっていることを特徴としている。
【００１６】
それによれば、Ａｌ電極（１１）のうちエッチングにより残った部分におけ膜厚（ｄ）を、エッチングされてへこんだ凹部（１１ａ）の深さ（ｄ’）よりも大きいものとしているため、開口部（１２ａ）から臨むＡｌ電極（１１）の部分が適切に形成される。
【００１７】
そして、Ａｌ電極（１１）には、Ａｌよりもエッチングにおけるエッチングレートが小さい材料を設けているが、Ａｌ電極（１１）のエッチングにおいて、当該エッチングレートの小さい材料はＡｌよりもエッチングされにくく残りやすい。
【００１８】
そのため、Ａｌ電極（１１）におけるエッチングされた面は、上記エッチングレートが小さい材料にて凸部（１１ｂ）が構成された凹凸形状となる。
【００１９】
そして、この凹凸形状となったＡｌ電極（１１）の面上に金属電極（１３）が形成されるため、Ａｌ電極（１１）と金属電極（１３）との接合界面の面積を大きくすることができる。いわゆるアンカー効果が大きくなる。
【００２０】
そのため、本発明によれば、半導体基板の一面に形成されたＡｌ電極に対してはんだ付け用やワイヤボンディング用の金属電極を形成してなる半導体装置において、Ａｌ電極と金属電極との密着性を向上させることができる。
【００２１】
ここで、請求項２に記載の発明のように、エッチングレートが小さい材料は、Ａｌ電極（１１）を構成するＡｌ中に混合されたものとすることができる。
【００２２】
さらには、請求項３に記載の発明のように、エッチングレートが小さい材料は、Ａｌ中に添加されたＳｉであり、凸部（１１ｂ）はＳｉからなるものにできる。
【００２３】
このとき、請求項４に記載の発明のように、Ｓｉの含有量は、Ａｌ電極（１１）の全体に対して０．３重量％以上であることが好ましい。
【００２４】
また、請求項５に記載の発明のように、エッチングレートが小さい材料は、Ａｌ電極（１１）における開口部（１２ａ）から臨む表面に部分的に形成されたものにすることができる。
【００２５】
また、請求項６に記載の発明のように、金属電極（１３）は、メッキにより形成された膜にすることができる。
【００２６】
さらに、請求項７に記載の発明のように、メッキ膜としての金属電極（１３）としては、Ａｌ電極（１１）の表面側からニッケルメッキ層（１３ａ）、金メッキ層（１３ｂ）が順次無電解メッキにより形成され積層されてなる膜にすることができる。
【００２７】
また、請求項８に記載の発明のように、金属電極（１３）は、物理的気相成長法により形成された膜にすることができる。
【００２８】
請求項９に記載の発明では、金属電極（１３）は、鉛フリーはんだを用いてはんだ付けされたものであることを特徴とする。
【００２９】
鉛を含有しない鉛フリーはんだは、環境に優しいが、従来用いられてきた鉛入りのはんだに比べて硬い。そのため、金属電極に加わる応力も大きくなり、従来の半導体装置ではＡｌ電極と金属電極との剥離が生じやすい。そのような鉛フリーはんだを用いた半導体装置において、本発明は有効に作用する。
【００３０】
さらに、請求項１０に記載の発明では、金属電極（１３）は鉛フリーはんだを介して金属製のヒートシンク（２０）と接合されていることを特徴とする。
【００３１】
上述したように、本発明者らの検討によれば、金属電極の上にヒートシンクをはんだ付けする場合、Ａｌ電極と金属電極との剥離の問題が顕著になるが、そのようなヒートシンクとはんだ付けされた半導体装置に対して、本発明は有効に作用する。
【００３２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態相互において同一部分には、図中、同一符号を付してある。
【００３４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる半導体装置Ｓ１の全体構成を示す概略断面図である。また、図２（ａ）は、図１中のエミッタ電極２の近傍部の拡大断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）中のＡｌ電極１１と金属電極１３との界面近傍の拡大断面図である。
【００３５】
図１に示すように、本実施形態では、半導体装置としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）が形成された半導体チップ１０を、その両面にはんだ付けされたヒートシンク２０、３０、４０によって挟み込み、さらに、樹脂５０にてモールドした構成のものを採用している。以下、この構成を、両面はんだ付けモールド構造ということにする。
【００３６】
半導体チップ１０は、シリコン半導体等の半導体基板１を本体として構成されており、この半導体基板１の厚みは約２５０μｍ以下と薄いものとしている。以下、半導体チップ１０すなわち半導体基板１の外表面のうち、図１中の上面側に相当する素子形成面側の面を表面１ａといい、表面１ａとは反対側の面を裏面１ｂという。
【００３７】
そして、半導体チップ１０の表面１ａには、エミッタ電極２およびゲート電極３が形成されており、裏面１ｂには、コレクタ電極４が形成されている。ここで、エミッタ電極２には、はんだ６０を介して第１のヒートシンク２０が接合されており、さらに、第１のヒートシンク２０の外側には、はんだ６０を介して第２のヒートシンク３０が接合されている。
【００３８】
また、ゲート電極３にはボンディングワイヤ７０が接続されており、このボンディングワイヤ７０を介して、ゲート電極３と半導体チップ１０の周辺に設けられた外部接続用のリード８０とが結線され電気的に接続されている。
【００３９】
また、コレクタ電極４は、はんだ６０を介して第３のヒートシンク４０と接合されている。ここで、はんだ６０としては、鉛フリーはんだが用いられるが、例えば、鉛フリーはんだとしては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだやＳｎ−Ｎｉ−Ｃｕ系はんだ等を採用することができる。
【００４０】
また、ヒートシンク２０、３０、４０は銅（Ｃｕ）等の熱伝導性に優れた材料からなるものである。ボンディングワイヤ７０は、一般的なＡｌや金（Ａｕ）等からなるワイヤをワイヤボンディング法により形成したものである。
【００４１】
ここで、エミッタ電極２およびゲート電極３の詳細な構成は図２に示される。図２はエミッタ電極２を表しているが、ゲート電極３も、接続相手がはんだ６０とボンディングワイヤ７０との違いはあるもののエミッタ電極２と同様の構成である。
【００４２】
図２（ａ）に示すように、半導体基板１の一面すなわち表面１ａ上に、ＡｌからなるＡｌ電極１１が形成されている。Ａｌ電極１１は、蒸着やスパッタ等の物理的気相成長法（ＰＶＤ）により形成されたＡｌの膜であり、例えば、膜厚は１μｍ程度とすることができる。
【００４３】
このＡｌ電極１１の上には、電気絶縁性材料からなる保護膜１２が形成されている。この保護膜１２は、例えばポリイミド系樹脂等の電気絶縁性材料を用いたスピンコート法により成膜することができる。
【００４４】
また、この保護膜１２には、Ａｌ電極１１の表面を開口させる開口部１２ａが形成されている。この開口部１２ａは、例えばフォトリソグラフ技術を用いたエッチングを行うことにより形成することができる。
【００４５】
ここで、この開口部１２ａから臨むＡｌ電極１１の表面には、エッチングされてへこんだ凹部１１ａが形成されており、Ａｌ電極１１のうちエッチングにより残った部分における膜厚ｄは、凹部１１ａの深さｄ’よりも大きいものとなっている。このエッチングは、Ａｌのエッチング液として例えば塩酸等の酸系エッチング液を用いたウェットエッチング等により行うことが可能である。
【００４６】
そして、開口部１２ａから臨むＡｌ電極１１の表面すなわち上記凹部１１ａとしての表面上には、金属電極１３が形成されている。この金属電極１３は、エミッタ電極２においては、はんだ付け用のものであり、ゲート電極３においては、ワイヤボンディング用のものである。
【００４７】
本実施形態では、金属電極１３はメッキにより形成された膜であり、例えば、Ｎｉ／Ａｕの積層メッキ膜、Ｃｕメッキ膜、Ｎｉ−Ｆｅ合金のメッキ膜等を採用することができる。
【００４８】
本例では、金属電極１３は、Ａｌ電極１１の表面側からニッケル（Ｎｉ）メッキ層１３ａ、金（Ａｕ）メッキ層１３ｂが順次無電解メッキにより形成され積層されてなる膜すなわち無電解Ｎｉ／Ａｕメッキ膜としている。
【００４９】
例えば、Ｎｉメッキ層１３ａの厚さは、３〜７μｍ程度であって例えば５μｍ程度、Ａｕメッキ層１３ｂの厚さは、０．０４〜０．２μｍ程度であって例えば０．１μｍ程度にすることができる。
【００５０】
このように、本実施形態では、エミッタ電極２およびゲート電極３は、Ａｌ電極１１とメッキ膜としての金属電極１３との積層膜として構成されている。
【００５１】
さらに、エミッタ電極２およびゲート電極３において、Ａｌ電極１１に、ＡｌよりもＡｌのエッチングにおけるエッチングレートが小さい材料が設けられている。それによって、図２（ｂ）に示すように、Ａｌ電極１１におけるエッチングされた面は、エッチングレートが小さい材料にて凸部１１ｂが構成された凹凸形状となっている。
【００５２】
本実施形態では、シリコン（Ｓｉ）等のエッチングレートが小さい材料が、Ａｌ電極１１を構成するＡｌ中に混合されており、具体的には、Ａｌ電極１１はＡｌ−Ｓｉ系やＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系の材料からなるものにできる。本例では、Ａｌ電極１１は、Ａｌ−Ｓｉ系材料からなる。
【００５３】
このように、Ａｌ電極１１において、エッチングレートが小さい材料がＡｌ中に添加されたＳｉである場合、図２（ｂ）に示される凹凸形状においては、エッチングレートの大きいＡｌがエッチングにより溶出して凹部をつくると共に、エッチングレートの小さいＳｉが残留して凸部１１ｂとなる。
【００５４】
また、Ａｌ電極１１において、エッチングレートが小さい材料としてＳｉを含むような場合、Ｓｉの含有量は、Ａｌ電極１１の全体に対して０．３重量％以上であることが好ましい。
【００５５】
このような開口部１２を含むエミッタ電極２およびゲート電極３の形成方法について、図３を参照して述べる。図３は、Ａｌ電極１１および金属電極１３の形成方法を断面的に示す工程図であり、保護膜１２は省略してある。
【００５６】
まず、半導体基板１の表面１ａにＰＶＤによりＡｌ電極１１を形成する（図３（ａ）参照）。このＡｌ電極１１の上に保護膜１２をスピンコート法等を用いて形成し、フォトエッチング等により保護膜１２に開口部１２ａを形成する。
【００５７】
その後、塩酸等の酸系エッチング液を用いたウェットエッチング等により、この開口部１２ａから臨むＡｌ電極１１の表面をエッチングする。このエッチングにより、Ａｌ電極１１表面の酸化膜の除去等が行われ、上記凹部１１ａが形成されるとともに当該表面を清浄化することができる。
【００５８】
なお、このエッチングにおいては、上述したように、Ａｌ電極１１のうちエッチングにより残った部分における膜厚ｄが、凹部１１ａの深さｄ’よりも大きいものとなるように、エッチング時間を調整する。このような膜厚ｄと深さｄ’との関係とすることにより、開口部１２ａから臨むＡｌ電極１１の部分が適切に残って存在することになる。
【００５９】
ここで、上述したように、Ａｌ電極１１には、Ａｌよりもエッチングにおけるエッチングレートが小さい材料を設けているが、Ａｌ電極１１のエッチングにおいて、当該エッチングレートの小さい材料はＡｌよりもエッチングされにくく残りやすい。
【００６０】
そのため、上記したエッチングにおいて、Ａｌ電極１１におけるエッチングされた面すなわち凹部１１ａの底面は、上記エッチングレートが小さい材料にて凸部１１ｂが構成された凹凸形状となる（図３（ｂ）参照）。上述したが、本例では、エッチングレートが小さい材料は、Ａｌ中に添加されたＳｉであり、凸部１１ｂはＳｉの存在によるものである。
【００６１】
そして、凹凸形状となったＡｌ電極１１の表面に、メッキにより金属膜１３を形成する（図３（ｃ）参照）。本例では、無電解メッキにより金属膜１３として無電解Ｎｉ／Ａｕメッキ膜を形成する。こうして、Ａｌ電極１１および金属電極１３より構成されるエミッタ電極２およびゲート電極３ができあがる。
【００６２】
なお、上記図１において、半導体基板１の裏面１ｂに形成され第３のヒートシンク４０とはんだ付けされているコレクタ電極４は、半導体基板１の裏面１ｂの略全面にスパッタ等により形成されている。
【００６３】
例えば、このコレクタ電極４は、半導体基板１の裏面１ｂ側から順次、Ｔｉ（チタン）層、Ｎｉ層、Ａｕ層がスパッタにより積層形成されたＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜とすることができる。
【００６４】
また、図１において、樹脂５０は第２のヒートシンク３０と第３のヒートシンク４０との間に充填され、当該ヒートシンク３０、４０間に位置する構成部品を封止している。
【００６５】
ここで、リード８０については、ボンディングワイヤ７０との接続部が樹脂５０にて封止されている。樹脂５０としてはエポキシ系樹脂等、通常のモールド材料を採用することができる。
【００６６】
このようにして、本実施形態の半導体装置Ｓ１が構成されている。この半導体装置Ｓ１では、半導体チップ１０からの発熱を熱伝導性にも優れたはんだ６０を介して各ヒートシンク２０、３０、４０に伝え、放熱を行うことができるようになっている。つまり、本実施形態では、半導体チップ１０の両面１ａ、１ｂからの放熱が可能となっている。
【００６７】
また、各ヒートシンク２０、３０、４０は半導体チップ１０との電気的な経路となっている。つまり、第１および第２のヒートシンク２０、３０を介して半導体チップ１０のエミッタ電極２の導通が図られ、第３のヒートシンク４０を介して半導体チップ１０のコレクタ電極４の導通が図られるようになっている。
【００６８】
次に、上記構成の半導体装置Ｓ１の組み付け方法について、簡単に述べておく。各電極２、３、４が形成された半導体チップ１０を用意し、当該各電極２〜４の表面にはんだ６０を配設する。
【００６９】
そして、半導体チップ１０に対してはんだ６０を介して第１および第３のヒートシンク２０、４０を接合する。その後、ワイヤボンディングを行って半導体チップ１０のゲート電極３とリード８０とをボンディングワイヤ７０により電気的に接続する。
【００７０】
そして、第１のヒートシンク２０の外側に第２のヒートシンク３０をはんだ６０を介して接合する。続いて、樹脂５０によるモールドを行う。こうして、上記半導体装置Ｓ１が完成する。
【００７１】
ところで、本実施形態の半導体装置Ｓ１は、半導体基板１と、半導体基板１の一面１ａ上に形成されたＡｌ電極１１と、Ａｌ電極１１の上に形成された保護膜１２と、保護膜１２に形成された開口部１２ａと、開口部１２ａから臨むＡｌ電極１１の表面上に形成された、はんだ付け用もしくはワイヤボンディング用の金属電極１３とを備えた構成となっている。
【００７２】
このような構成において、本実施形態では、開口部１２ａから臨むＡｌ電極１１の表面には、エッチングされてへこんだ凹部１１ａが形成されており、しかも、Ａｌ電極１１のうちエッチングにより残った部分における膜厚ｄが、凹部１１ａの深さｄ’よりも大きいものとしている。そのため、開口部１２ａから臨むＡｌ電極１１の部分が適切に形成される。
【００７３】
また、本実施形態では、Ａｌ電極１１に、Ａｌよりもエッチングにおけるエッチングレートが小さい材料を設け、それにより、Ａｌ電極１１におけるエッチングされた面を、エッチングレートが小さい材料にて凸部１１ｂが構成された凹凸形状としたことも特徴点である。
【００７４】
そして、この凹凸形状となったＡｌ電極１１の面上に金属電極１３が形成されるため、Ａｌ電極１１と金属電極１３との接合界面の面積を大きくすることができる。いわゆるアンカー効果が大きくなる。そのため、本実施形態によれば、Ａｌ電極１１と金属電極１３との密着性を向上させることができる。
【００７５】
この密着性向上の効果を具体的に示す。図４は、Ａｌ電極１１としてＡｌ−Ｓｉ系を用いた本例の半導体装置Ｓ１について、Ａｌ電極１１のエッチング量（Ａｌ−Ｓｉエッチング量、単位：μｍ）すなわち上記図１中の凹部１１ａの深さｄ’と、良品率（単位：％）すなわちＡｌ電極１１と金属電極１３との剥離の発生しない確率との関係を調べた結果を示す図である。
【００７６】
図４に示すように、Ａｌ−Ｓｉ系からなるＡｌ電極１１をある程度エッチングすることにより、上記凹凸形状が形成され、確かにＡｌ電極１１と金属電極１３との剥離の発生が抑制されることがわかる。
【００７７】
また、上述した本例のように、エッチングレートが小さい材料をＡｌ中に添加されたＳｉとした場合、凸部１１ｂはＳｉからなるが、このとき、Ｓｉの含有量は、Ａｌ電極１１の全体に対して０．３重量％以上であることが好ましい。この根拠について図５を参照して述べる。
【００７８】
図５は、Ａｌ電極１１中のＳｉ含有量（単位：重量％）とＡｌ電極１１のエッチング面すなわち上記凹部１１ａの底面の表面粗さ（Ｒａ）との関係を調べた結果を示す図である。
【００７９】
本発明者らの検討では、上記表面粗さ（Ｒａ）はエッチング面の凹凸形状の度合いを反映するものであるが、この表面粗さ（Ｒａ）が約０．３μｍ以上ならば、上記良品率が１００％の状態となることを確認した。
【００８０】
このことから、図５に示すように、Ｓｉ含有量が０．３重量％以上ならば、上記密着性向上効果が十分に発揮可能なことがわかる。そのため、Ｓｉの含有量は、Ａｌ電極１１の全体に対して０．３重量％以上であることが好ましい。
【００８１】
また、本実施形態では、金属電極１３は、鉛フリーはんだからなるはんだ６０を用いてはんだ付けされたものとしている。
【００８２】
鉛を含有しない鉛フリーはんだは、環境に優しいが、従来にて用いられてきた鉛入りのはんだに比べて硬い。そのため、金属電極に加わる応力も大きくなり、従来の半導体装置では、Ａｌ電極と金属電極との剥離が生じやすい。本実施形態では、そのような鉛フリーはんだを用いた本半導体装置Ｓ１において、上記した密着性向上の効果が有効に発揮される。
【００８３】
また、本実施形態では、金属電極１３は鉛フリーはんだを介して金属製のヒートシンク２０と接合されている。
【００８４】
上述したように、本発明者らの検討によれば、金属電極の上にヒートシンクをはんだ付けする場合、半導体基板を構成するＳｉとヒートシンクを構成するＣｕ等の金属との線膨張係数の差により、高い応力が界面に発生するため、Ａｌ電極と金属電極との剥離の問題が顕著になる。本実施形態では、そのようなヒートシンク２０とはんだ付けされた半導体装置Ｓ１に対して、上記した密着性向上の効果が有効に発揮される。
【００８５】
また、本実施形態では、半導体基板１の厚さが２５０μｍ以下であることが好ましい。これは、半導体基板１をこの程度に薄くすることにより、応力緩和が可能となり、より高い信頼性が得られるためである。
【００８６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、エミッタ電極２およびゲート電極３における凹凸形状の形成方法の変形を示すものである。図６は、本実施形態に係るＡｌ電極１１および金属電極１３の形成方法を断面的に示す工程図であり、保護膜１２は省略してある。
【００８７】
図６（ａ）に示すように、Ａｌよりもエッチングレートが小さい材料（以下、小レート材料という）１１ｃを、Ａｌ電極１１における保護膜１２の開口部１２ａから臨む表面に部分的に島状に形成する。
【００８８】
このように、小レート材料１１ｃを部分的に島状に形成することは、例えばスパッタなどにより、スパッタ時間を短くすることで実現可能である。この小レート材料１１ｃとしては、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ等を採用することができる。
【００８９】
そして、上記第１実施形態と同様に、塩酸等の酸系エッチング液を用いたウェットエッチング等により、この開口部１２ａから臨むＡｌ電極１１の表面をエッチングする。このＡｌ電極１１のエッチングにおいて、小レート材料１１ｃはＡｌよりもエッチングされにくく残りやすい。
【００９０】
そのため、上記エッチングにおいて、Ａｌ電極１１におけるエッチングされた面すなわち凹部１１ａの底面は、小レート材料１１ｃにて凸部１１ｂが構成された凹凸形状となる（図６（ｂ）参照）。
【００９１】
そして、凹凸形状となったＡｌ電極１１の表面に、メッキにより金属膜１３を形成する（図６（ｃ）参照）。こうして、Ａｌ電極１１および金属電極１３より構成されるエミッタ電極２およびゲート電極３ができあがる。
【００９２】
そして、図６（ｃ）に示す本実施形態のエミッタ電極２およびゲート電極３においては、アルミニウム電極１１における開口部１２ａから臨む表面に小レート材料１１ｃを部分的に形成し、アルミニウム電極１１におけるエッチングされた面は、小レート材料１１ｃにて凸部１１ｂが構成された凹凸形状となっている。
【００９３】
以上述べてきた本実施形態の電極構成においても、上記第１実施形態と同様の効果が得られることはもちろんである。
【００９４】
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係るＡｌ電極１１と金属電極１３との積層構成を示す概略断面図である。上記実施形態では、金属電極は、メッキにより形成された膜であったが、本実施形態では、金属電極１３は、物理的気相成長法（ＰＶＤ）により形成された膜であることが相違点である。
【００９５】
本実施形態の電極構成は、上記実施形態と同様にして、表面が凹凸形状となったＡｌ電極１１を形成した後、蒸着やスパッタ等のＰＶＤにより金属電極１３を形成することができる。
【００９６】
図７に示す例では、金属電極１３は、例えば厚さ０．２μｍ程度のＴｉ層１３ｃ、厚さ０．５μｍ程度のＮｉ層１３ｄ、厚さ０．１μｍ程度のＡｕ層１３ｅが順次積層されて構成されたものとなっている。
【００９７】
そして、本実施形態の電極構成においても、上記第１実施形態と同様の効果が得られることはもちろんである。
【００９８】
なお、本発明は、上記した両面はんだ付けモールド構造の半導体装置に限定されるものではなく、半導体基板と、該半導体基板の一面上に形成されたＡｌ電極と、該Ａｌ電極の上に形成された保護膜と、該保護膜に形成された開口部と、該開口部から臨む該Ａｌ電極の表面上に形成された、はんだ付け用もしくはワイヤボンディング用の金属電極とを備える半導体装置ならば、適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の全体構成を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）は図１中のエミッタ電極近傍部の拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡｌ電極と金属電極との界面近傍の拡大断面図である。
【図３】Ａｌ電極および金属電極の形成方法を示す工程図である。
【図４】本発明の密着性向上の効果を具体的に示す図である。
【図５】Ａｌ電極中のＳｉ含有量とＡｌ電極のエッチング面の表面粗さ（Ｒａ）との関係を調べた結果を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るＡｌ電極および金属電極の形成方法をに示す工程図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るＡｌ電極と金属電極との積層構成を示す概略断面図である。
【図８】本発明者らの試作品としての半導体装置の要部を示す概略断面図である。
【図９】エッチングによりＡｌ電極が無くなった場合の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１…半導体基板、１１…Ａｌ電極、１１ａ…Ａｌ電極の凹部、
１１ｂ…凹凸形状の凸部、１２…保護膜、１２ａ…開口部、
１３…金属電極、１３ａ…Ｎｉメッキ層、１３ｂ…金メッキ層、
２０…ヒートシンク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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