(57)【要約】  電極（１）は半導体層（１１）上に設けられている。ポリイミド層（１２）は、電極（１）上に配置された開口部（ＯＰ）を有しており、かつ、電極（１）の縁を覆い電極（１）上まで延在している。銅層（１３）は、開口部（ＯＰ）内において電極（１）上に設けられており、電極（１）上のポリイミド層（１２）から離れている。銅ワイヤ（１４）は、銅層（１３）上に接合された一方端を有している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層（１１）と、
前記半導体層（１１）上に設けられた電極（１）と、
前記電極（１）上に配置された開口部（ＯＰ）を有し、かつ、前記電極（１）の縁を覆い前記電極（１）上まで延在しているポリイミド層（１２）と、
前記開口部（ＯＰ）内において前記電極（１）上に設けられ、前記電極（１）上の前記ポリイミド層（１２）から離れた銅層（１３）と、
前記銅層（１３）上に接合された一方端を有する銅ワイヤ（１４）と、
を備える、電力用半導体装置（３１，３１Ｖ，３２，３３）。
【請求項２】
前記銅層（１３）と前記ポリイミド層（１２）との距離（ＤＳ）は、前記銅層（１３）の厚さの半分よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の電力用半導体装置（３１，３１Ｖ，３２，３３）。
【請求項３】
前記電極（１）上に部分的に設けられた窒化珪素層（１８，１８Ｖ）をさらに備え、前記銅層（１３）は前記窒化珪素層（１８，１８Ｖ）上に縁を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の電力用半導体装置（３２，３３）。
【請求項４】
ポリイミド層（１２）と銅層（１３）との間を隔てる窒化珪素層（１８Ｖ）をさらに備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の電力用半導体装置（３３）。
【請求項５】
前記銅ワイヤ（１４）は１００μｍ以上の径を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の電力用半導体装置（３１，３１Ｖ，３２，３３）。
【請求項６】
前記ポリイミド層（１２）と前記銅層（１３）との間を封止する封止部をさらに備え、前記封止部は、シリコーン系、エポキシ系、およびフェノール系のいずれかの材料から作られていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の電力用半導体装置（３１，３１Ｖ，３２，３３）。
【請求項７】
前記半導体層（１１）の少なくとも一部は炭化珪素から作られていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の電力用半導体装置（３１，３１Ｖ，３２，３３）。
【請求項８】
半導体層（１１）上に電極（１）を形成する工程と、
前記電極（１）上に配置された開口部（ＯＰ）を有し、かつ、前記電極（１）の縁を覆い前記電極（１）上まで延在しているポリイミド層（１２）を形成する工程と、
前記開口部（ＯＰ）内において前記電極（１）上に、前記電極（１）上の前記ポリイミド層（１２）から離れた銅層（１３）を形成する工程と、
前記銅層（１３）上に１００μｍ以上の径の銅ワイヤ（１４）の一方端を接合する工程と、
を備え、前記銅ワイヤ（１４）の前記一方端を接合する工程は、前記ポリイミド層（１２）から前記銅層（１３）の厚さの半分よりも大きな距離（ＤＳ）離れた前記銅層（１３）に対して行われる、電力用半導体装置（３１，３１Ｖ，３２，３３）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用半導体装置およびその製造方法に関し、特に、銅ワイヤを有する電力用半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、Ｓｉ（シリコン）を用いたパワー半導体素子が広く用いられている。近年、省エネルギーの観点から、パワー半導体素子の特性改善が求められている。このため、次世代の高耐圧・低損失パワー半導体素子として、ＳｉＣ（炭化珪素）を用いたパワー半導体素子が用いられ始めている。パワー半導体素子には、金属−酸化物−半導体（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＭＯＳ）構造を有する電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）、およびショットキーダイオードなどがある。ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴには、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴの基本的な素子構造に準じた構造を適用し得る。このように構造がおおよそ共通しているものの、ＳｉＣがＳｉに比して大きなバンドギャップを有することから、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴはＳｉ−ＭＯＳＦＥＴに比して、より高温での動作が可能である。具体的には、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴは通常２００℃未満で動作させられるが、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴはそれ以上の温度での動作が可能である。このように、ＳｉＣを用いたパワー半導体素子は、Ｓｉを用いたものに比して、より高温で動作し得る。またＳｉＣを用いることで、低損失および高速動作といった利点も得られる。【０００３】
パワー半導体素子と外部回路との間を電気的に接続するための典型的な方法として、ワイヤボンディングが行われる。すなわち、素子表面に設けられた電極に、導体ワイヤが接合される。従来から導体ワイヤとしてアルミニウム（Ａｌ）ワイヤが広く用いられているが、近年では、銅（Ｃｕ）ワイヤを用いることが検討されている。Ｃｕの導電率がＡｌの導電率よりも高いことから、Ｃｕワイヤを用いることで、ワイヤの電気抵抗を低減することができる。また、Ｃｕの降伏強度がＡｌの降伏強度よりも高いことから、Ｃｕワイヤを用いることで、温度サイクルに対するワイヤの信頼性を高めることができる。【０００４】
Ａｌワイヤに比してＣｕワイヤは、それが接合される箇所に、より強い衝撃を与える。特に、パワー半導体素子は大きな電流を扱うことから、それに対応して大きなワイヤ径が必要であり、よってワイヤボンディング時の衝撃はより強くなる。【０００５】
たとえば、特開２０１３−２４３１６６号公報（特許文献１）によれば、ＳｉＣを用いたパワー半導体素子の電極に銅ワイヤを接合する技術が開示されている。電極は、チタン層およびアルミニウム層を有する。アルミニウム層に対して銅ワイヤが、超音波振動を与えながら接合される。この公報によれば、硬い材料であるチタン層が用いられることにより、パワー半導体素子の電極へのダメージが小さくなるとされている。電極の周囲にはポリイミド層が、電極の縁に接するように設けられている。このポリイミド層は、電極の周囲の保護膜としての機能を有している。保護膜が設けられることにより、パワー半導体素子の信頼性が高められる。【０００６】
たとえば、特開２０１４−０８２３６７号公報（特許文献２）によれば、ＳｉＣ単結晶チップ上の電極に、ＣｕまたはＣｕ合金のワイヤ（以下、単に「銅ワイヤ」または「Ｃｕワイヤ」とも称する）が接合される。電極は、ＣｕまたはＣｕ合金からなる最上層と、高い硬度を有する保護層とを含む。この公報によれば、保護層が設けられることにより、ワイヤボンディング時のチップクラックの発生が防止される。また、ワイヤおよび最上層がともにＣｕまたはＣｕ合金からなることにより、両者の間の接合が良好に保持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２４３１６６号公報
【特許文献２】特開２０１４−０８２３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献２の構成に対して、上記特許文献１のポリイミド層が保護膜として適用されたとすると、ポリイミド層に、ＣｕまたはＣｕ合金からなる層（以下、単に「銅層」または「Ｃｕ層」とも称する）が接触した構成が用いられることになる。その場合、半導体素子の動作にともなって温度が上昇すると、ポリイミド層中へＣｕ原子が拡散する。これにより、素子特性および信頼性が劣化し得る。特に、半導体素子が、大電流を扱う素子であるパワー半導体素子の場合、半導体素子の温度が高くなりやすいので、上記拡散が生じやすい。また、半導体素子が、高温下で動作が可能な素子であるＳｉＣ半導体素子である場合、その特徴を利用して高温での動作が行われれば、上記拡散が著しく発生し得る。【０００９】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、Ｃｕワイヤの良好な接合を保持しつつ、保護膜としてのポリイミド層中へＣｕが拡散することに起因しての信頼性劣化を抑制することができる電力用半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電力用半導体装置は、半導体層と、電極と、ポリイミド層と、銅層と、銅ワイヤとを有している。電極は半導体層上に設けられている。ポリイミド層は、電極上に配置された開口部を有しており、かつ、電極の縁を覆い電極上まで延在している。銅層は、開口部内において電極上に設けられており、電極上のポリイミド層から離れている。銅ワイヤは、銅層上に接合された一方端を有している。【００１１】
本発明の電力用半導体装置の製造方法は、次の工程を有している。半導体層上に電極が形成される。電極上に配置された開口部を有し、かつ、電極の縁を覆い電極上まで延在しているポリイミド層が形成される。開口部内において電極上に、電極上のポリイミド層から離れた銅層が形成される。銅層上に１００μｍ以上の径の銅ワイヤの一方端が接合される。銅ワイヤの一方端を接合する工程は、ポリイミド層から銅層の厚さの半分よりも大きな距離離れた銅層に対して行われる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電力用半導体装置によれば、銅ワイヤが銅層に接合されるので、良好な接合が保持される。また、ワイヤボンディング後の動作時において、銅層はポリイミド層から離れている。これにより、高温動作下でのポリイミド層中へのＣｕ原子の拡散が抑制される。よって、Ｃｕ拡散に起因した信頼性劣化を抑制することができる。【００１３】
本発明の電力用半導体装置の製造方法によれば、銅ワイヤが銅層に接合されるので、良好な接合が保持される。また、ワイヤボンディング前の時点で、銅層は、ポリイミド層から、銅層の厚さの半分よりも大きな距離離れている。これにより、ワイヤボンディングの衝撃によって銅層が変形しても、銅層がポリイミド層に接触することが防止される。よって、高温動作下でのポリイミド層中へのＣｕ原子の拡散が抑制される。よって、Ｃｕ拡散に起因した信頼性劣化を抑制することができる。【００１４】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における電力用半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の電力用半導体装置が有する半導体素子の構成を概略的に示す部分断面図である。
【図３】図１の電力用半導体装置の製造方法の構成の一例を概略的に示すフロー図である。
【図４】図１の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２における電力用半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３における電力用半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
＜実施の形態１＞
（構成）
図１を参照して、パワーモジュール３１（電力用半導体装置）は、パワーＭＯＳＦＥＴ２０（パワー半導体素子）と、ポリイミド層１２と、Ｃｕ層１３（銅層）と、Ｃｕワイヤ１４（銅ワイヤ）と、封止部１５を有している。また本実施の形態においては、パワーモジュール３１はさらに、接合部１６を介してパワーＭＯＳＦＥＴ２０を支持するベース板１７を有している。パワーＭＯＳＦＥＴ２０は、エピタキシャル基板１１（半導体層）と、Ａｌ電極１（アルミニウム電極）とを有している。さらに図２を参照して、本実施の形態においては、パワーＭＯＳＦＥＴ２０は、裏面電極４と、ゲート絶縁膜８と、ゲート電極７と、層間絶縁膜６とを有している。
【００１８】
エピタキシャル基板１１はＳｉＣから作られている。Ａｌ電極１はエピタキシャル基板１１上に設けられている。
【００１９】
ポリイミド層１２は、Ａｌ電極１の縁を覆っており、Ａｌ電極１上まで延在している。ポリイミド層１２は、Ａｌ電極１上に配置された開口部ＯＰを有している。ポリイミド層１２は、パワーＭＯＳＦＥＴ２０のチップ端から、Ａｌ電極１上にかけて延在している。よってポリイミド層１２は、パワーＭＯＳＦＥＴ２０の表面のうち、Ａｌ電極１の周囲の、Ａｌ電極１が形成されていない部分にも形成されている。言い換えれば、ポリイミド層１２は、Ａｌ電極１の中心部の周囲を取り囲む素子周辺領域上に形成されている。ポリイミド層１２は、素子周辺領域を保護する保護膜としての機能を有している。
【００２０】
Ｃｕ層１３は、ポリイミド層１２の開口部ＯＰ内において、Ａｌ電極１上に設けられている。Ｃｕ層１３はＡｌ電極１上のポリイミド層１２から離れている。よってＣｕ層１３の幅（図中、横方向の寸法）は、開口部ＯＰの幅よりも小さい。言い換えれば、Ｃｕ層１３は、平面視において、開口部ＯＰよりも小さく、かつ開口部ＯＰに包含されている。Ｃｕ層１３の厚さ（図中、縦方向の寸法）は１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。
【００２１】
Ｃｕワイヤ１４は、一方端と、他方端（図示せず）とを有している。一方端はＣｕ層１３上に接合されている。他方端は、パワーＭＯＳＦＥＴ２０の外部に接合されている。これにより、パワーＭＯＳＦＥＴ２０が外部と電気的に接続されている。Ｃｕワイヤ１４の数および径は、電流の大きさに応じて任意に定められ得る。パワーＭＯＳＦＥＴ２０などのパワー半導体素子向けのボンディングワイヤであるＣｕワイヤ１４は、大きな電流を扱えるようにするために、通常、１００μｍ以上の径を有する。
【００２２】
封止部１５は、ポリイミド層１２とＣｕ層１３との間を封止している。好ましくは、封止部１５は、シリコーン系、エポキシ系、およびフェノール系のいずれかの材料から作られている。
【００２３】
Ａｌ電極１は、純アルミニウム、または、アルミニウムを主成分とする導体材料から作られている。「アルミニウムを主成分とする導体材料」とは、具体的には、５０重量％以上のＡｌを含有する導体材料のことであり、典型的にはアルミニウム合金である。Ａｌ以外の元素、言い換えれば添加元素、としては、ＳｉおよびＣｕなどが用いられ得る。Ｃｕ層１３は、純銅、または、銅を主成分とする導体材料から作られている。「銅を主成分とする導体材料」とは、具体的には、５０重量％以上のＣｕを含有する導体材料のことであり、典型的には銅合金である。Ｃｕワイヤ１４は、純銅、または、銅を主成分とする導体材料から作られている。なおＣｕワイヤ１４の表面には、Ａｌなどの金属または有機物のコーティングが付加されていてもよい。
【００２４】
エピタキシャル基板１１は、単結晶基板３と、その上に設けられたエピタキシャル層とを有している。このエピタキシャル層は、ドリフト層２と、ベース領域９と、ソース領域５と、ベースコンタクト領域１０とを有している。ベース領域９は、ドリフト層２の表面に設けられている。ソース領域５およびベースコンタクト領域１０は、ベース領域９内に設けられている。ベース領域９、ソース領域５、およびベースコンタクト領域１０は、ドリフト層２へのイオン注入と、その後の活性化アニールとにより形成され得る。
【００２５】
ゲート電極７はゲート絶縁膜８を介してエピタキシャル基板１１上に、ベース領域９に対向するように配置されている。ベース領域９のうちゲート絶縁膜８を介してゲート電極７と対向する部分は、チャネル領域として機能する。チャネル領域にはオン動作時に反転層が誘起される。ゲート絶縁膜８は酸化珪素から作られ得る。ゲート電極７はポリシリコンから作られ得る。
【００２６】
層間絶縁膜６は、ゲート電極７を覆っており、かつ、コンタクトホールを有している。Ａｌ電極１は、層間絶縁膜６上に設けられており、コンタクトホールを通ってソース領域５およびベースコンタクト領域１０に達している。層間絶縁膜６は酸化珪素から作られ得る。
【００２７】
裏面電極４は、エピタキシャル基板１１の裏面上、言い換えれば単結晶基板３の裏面上、に設けられている。パワーＭＯＳＦＥＴ２０においては、ドレイン電極としての裏面電極４と、ソース電極としてのＡｌ電極１とが、エピタキシャル基板１１の厚さ方向、すなわち縦方向、に沿って対向している。よってパワーＭＯＳＦＥＴ２０は縦型半導体素子である。
【００２８】
（製造方法）
パワーモジュール３１の製造方法について、以下に説明する。
【００２９】
はじめに、パワーＭＯＳＦＥＴ２０が、通常の方法によって製造される。その際、エピタキシャル基板１１上にＡｌ電極１が形成される（図３：ステップＳ１０）。
【００３０】
次に、開口部ＯＰを有し、かつ、Ａｌ電極１の縁を覆うポリイミド層１２が形成される（図３：ステップＳ２０）。また、開口部ＯＰ内においてＡｌ電極１上に、ポリイミド層１２から離れたＣｕ層１３が形成される（図３：ステップＳ３０）。これらの工程の順番は任意である。ポリイミド層１２およびＣｕ層１３は、互いに離れて配置される。具体的には、Ｃｕ層１３とポリイミド層１２との間の距離ＤＳ（最短距離）が、Ｃｕ層１３の厚さの半分よりも大きくされる。
【００３１】
次に、封止部１５が形成される（図３：ステップＳ４０）。なお、封止部１５の形成は省略されていてもよい。すなわち、ステップＳ４０は省略されてもよい。また、ステップＳ４０は、後述するステップＳ５０またはステップＳ６０の後に行われてもよい。
【００３２】
次に、パワーＭＯＳＦＥＴ２０の実装が行われる（図３：ステップＳ５０）。具体的には、パワーＭＯＳＦＥＴ２０が、はんだなどからなる接合部１６により、ベース板１７に電気的かつ機械的に接合される。
【００３３】
次に、パワーＭＯＳＦＥＴ２０のワイヤボンディングが行われる（図３：ステップＳ６０）。これにより、Ｃｕ層１３上にＣｕワイヤ１４の一方端が接合される。Ｃｕワイヤ１４の一方端の接合は、ポリイミド層１２から距離ＤＳ離れたＣｕ層に対して行われる。距離ＤＳは、前述したように、Ｃｕ層１３の厚さの半分よりも大きい。
【００３４】
ワイヤボンディングの衝撃によりＣｕ層１３は、パワーＭＯＳＦＥＴ２０の端に向かって変形し得る。言い換えれば、Ｃｕ層１３の縁がポリイミド層１２に近づくようにＣｕ層１３が変形し得る。この変形量は、単純には、最大でＣｕ層１３の厚さ程度と見積もられる。しかしながら、本発明者らが実験と評価とを繰り返し行ったところ、この変形量は、Ｃｕ層１３の厚さの半分よりも小さかった。具体的には、Ｃｕ層の厚さと、それにＣｕワイヤが接合される際のＣｕ層の変形量との関係を調べるために、間隔を空けて配置された２つのＣｕ層の一方に対してＣｕワイヤをボンディングする実験が行われた。Ｃｕ層の厚さは２０μｍおよび３０μｍとされた。間隔は、５、１０、１５、２０、２５および３０μｍとされた。上記ボンディング後、２つのＣｕ層が互いに接触したか否かが、電気的導通の有無によって評価された。その結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
上記結果から、厚さが２０μｍの場合は間隔が１０μｍ以上とされ、厚さが３０μｍの場合は間隔が１５μｍ以上とされれば、変形に起因しての接触が避けられることがわかった。このため、ワイヤボンディングが行われることになるＣｕ層１３を、Ｃｕ層１３の厚さの半分よりも大きい距離だけポリイミド層１２から離しておくことで、ワイヤボンディングに起因した変形後においても、Ｃｕ層１３とポリイミド層１２との接触が避けられる。このため距離ＤＳは、Ｃｕ層１３の厚さの半分よりも大きいことが好ましいが、Ｃｕ層１３の厚さよりは小さくてよい。
【００３７】
なお距離ＤＳは、ボンディング後の時点でも、すなわちパワーモジュール３１の完成後の時点でも、Ｃｕ層１３の厚さの半分よりも大きくてよい。この条件は、距離ＤＳの設計が十分な裕度を有したものであれば満たされる。
【００３８】
（効果）
本実施の形態によれば、Ｃｕワイヤ１４がＣｕ層１３に接合されるので、良好な接合が保持される。また、ワイヤボンディング前の時点で、Ｃｕ層１３は、ポリイミド層１２から、Ｃｕ層１３の厚さの半分よりも大きな距離ＤＳ離れている。これにより、ワイヤボンディングの衝撃によってＣｕ層１３が変形しても、Ｃｕ層１３がポリイミド層１２に接触することが防止される。よって、高温動作下でのポリイミド層１２中へのＣｕ原子の拡散が抑制される。よって、Ｃｕ拡散に起因した信頼性劣化を抑制することができる。具体的には、ポリイミド層１２の保護性能の劣化、素子リーク電流の発生などを防止することができる。よって、パワーモジュール３１の製造において、歩留りおよび生産性が向上する。
【００３９】
パワーモジュール３１は、一般に比較的大電流を扱う半導体装置である。このため、パワーモジュール３１、特にパワーＭＯＳＦＥＴ２０、の温度は高くなりやすい。このような高温下では、仮にポリイミド層１２にＣｕ層が接触していたとすると、ポリイミド層１２中へのＣｕ原子の拡散が生じやすい。本実施の形態によれば、このような拡散を防止することができる。
【００４０】
エピタキシャル基板１１がＳｉＣから作られていることで、高温での動作が可能である。このような高温下では、仮にポリイミド層１２にＣｕ層が接触していたとすると、ポリイミド層１２中へのＣｕ原子の拡散が著しく発生し得る。本実施の形態によれば、このような拡散を防止することができる。
【００４１】
封止部１５が設けられることにより、高温動作にともなう熱応力、または外力などに起因してＣｕ層１３が変形しても、Ｃｕ層１３がポリイミド層１２に接触することが、より確実に防止される。好ましくは、封止部１５は、シリコーン系、エポキシ系、およびフェノール系のいずれかの材料からなる。これらの材料中へはＣｕ原子が拡散しにくい。よって、封止部１５を介してポリイミド層１２へＣｕ原子が拡散することが抑制される。
【００４２】
Ｃｕ層１３の厚さが１０μｍ以上であることにより、ワイヤボンディングによってＣｕワイヤ１４が接合される際にパワーＭＯＳＦＥＴ２０に加わる衝撃を効果的に緩和することができる。これにより、ボンディング時にパワーＭＯＳＦＥＴ２０が破壊されることが防止される。この効果は、Ｃｕ層１３の厚さが１００μｍ程度以下であっても十分に得られる。Ｃｕ層１３の厚さが１００μｍ程度を超えると、Ｃｕ層１３の成膜に要する時間が過度に長くなるので、生産性の低下が懸念される。
【００４３】
（変形例）
図４を参照して、変形例のパワーモジュール３１Ｖ（電力用半導体装置）は、封止部１５（図１）に代わり封止部１５Ｖを有している。封止部１５Ｖは、ポリイミド層１２とＣｕ層１３との間を封止するだけでなく、パワーＭＯＳＦＥＴ２０の表面および側面の全体を覆っている。また封止部１５Ｖは、Ｃｕワイヤ１４の一方端、すなわちＣｕ層１３に接合された端、を覆っている。封止部１５Ｖが適用される場合、それを形成するためのステップＳ４０（図３）は、ステップＳ６０の後に行われる。なお封止部１５Ｖの好適な材料は、封止部１５の場合と同様である。
【００４４】
パワーモジュール３１（図１）またはパワーモジュール３１Ｖ（図４）において、Ａｌ電極１とＣｕ層１３との間にバリアメタル層が設けられてもよい。バリアメタル層は、たとえば、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、ＷＮ、またはＴｉＷから作られ得る。
【００４５】
エピタキシャル基板１１（半導体層）の一部または全体が、ＳｉＣ以外の半導体材料から作られていてもよい。たとえば、半導体材料としてＳｉが用いられてもよい。
【００４６】
パワーモジュール３１（図１）またはパワーモジュール３１Ｖ（図４）には、パワーＭＯＳＦＥＴに限らず任意のパワー半導体素子が設けられ得る。パワー半導体素子としては、たとえば、トランジスタおよびダイオードがある。トランジスタとしては、たとえば、絶縁ゲート電極を有するトランジスタがあり、具体的には、ＭＯＳＦＥＴなどのＭＩＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｏｔｏｒ）およびＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）がある。ダイオードとしては、たとえば、ショットキーバリアダイオード、ＰＮダイオードなどがある。
【００４７】
なお、上述した変形例は、以下の実施の形態２および３に対しても適用され得る。
【００４８】
＜実施の形態２＞
図５を参照して、パワーモジュール３２（電力用半導体装置）は窒化珪素層１８を有している。窒化珪素層１８はＡｌ電極１上に部分的に設けられている。窒化珪素層１８は、パワーＭＯＳＦＥＴ２０のチップ端からＡｌ電極１上にかけて延在している。よって窒化珪素層１８は、パワーＭＯＳＦＥＴ２０の表面のうち、Ａｌ電極１の周囲の、Ａｌ電極１が形成されていない部分にも形成されている。言い換えれば、窒化珪素層１８は、Ａｌ電極１の中心部の周囲を取り囲む素子周辺領域上に形成されている。窒化珪素層１８はＡｌ電極１の縁を覆っている。窒化珪素層１８は、Ａｌ電極１上に配置された開口部ＯＱを有している。開口部ＯＱの幅は、開口部ＯＰの幅よりも小さい。言い換えれば、開口部ＯＱは、平面視において、開口部ＯＰよりも小さく、かつ開口部ＯＰに包含されている。
【００４９】
Ｃｕ層１３は窒化珪素層１８上に縁を有している。Ｃｕ層１３の幅は、開口部ＯＱの幅よりも大きい。言い換えれば、開口部ＯＱは、平面視において、銅層１３よりも小さく、かつ銅層１３に包含されている。銅層１３は、開口部ＯＱ内においてＡｌ電極１に接している。ポリイミド層１２は窒化珪素層１８上に配置されている。
【００５０】
パワーモジュール３２を製造するためには、窒化珪素層１８を形成する工程が、パワーモジュール３１（図１）を製造するための工程に追加されればよい。窒化珪素層１８を形成する工程は、Ａｌ電極１の形成後、かつ、ポリイミド層１２およびＣｕ層１３の形成前に行われる。
【００５１】
パワーＭＯＳＦＥＴ２０は、一般に比較的大きな電流を扱う半導体素子である。このため、比較的大きな素子面積を有している。これに対応して、Ｃｕ層１３の面積も比較的大きくなる。また、Ｃｕ層１３の厚さは、ワイヤボンディングの衝撃を緩和するのに十分なだけ大きくされる必要がある。このため、Ｃｕ層１３は、大きな面積と、大きな厚さとを有している。その結果、Ｃｕ層１３は、大きな応力を有しやすい。この応力は、特に、Ｃｕ層１３の縁の下に集中しやすい。仮にこの応力集中がＡｌ電極１へ直接加わったとすると、Ａｌ電極１にクラックが発生し得る。
【００５２】
本実施の形態によれば、Ｃｕ層１３の縁とＡｌ電極１との間に窒化珪素層１８が設けられる。これにより、Ａｌ電極１が、上述した応力集中から保護される。よって、Ａｌ電極１のクラックの発生を防止することができる。
【００５３】
窒化珪素層１８の厚さは、５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下が好ましい。厚さが小さすぎると、Ａｌ電極１を十分に保護することができない。逆に厚さが大きすぎると、窒化珪素層１８の応力が過度に大きくなり、その結果、エピタキシャル基板１１の反りが大きくなる。大きな反りを有するエピタキシャル基板１１は、自動搬送される際にエラーを引き起こすなど、その取り扱いが困難である。また、エピタキシャル基板１１を有するパワーＭＯＳＦＥＴ２０も大きく反るので、パワーＭＯＳＦＥＴ２０のアセンブリ時に不良が発生しやすくなる。
【００５４】
上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。なお本実施の形態においても、実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。
【００５５】
＜実施の形態３＞
図６を参照して、パワーモジュール３２（電力用半導体装置）は窒化珪素層１８Ｖを有している。窒化珪素層１８Ｖは、窒化珪素層１８（図５：実施の形態２）と同様、開口部ＯＱを有している。よってＣｕ層１３は窒化珪素層１８Ｖ上に縁を有している。窒化珪素層１８Ｖの好適な厚さは、窒化珪素層１８のものと同様である。
【００５６】
平面視においては、窒化珪素層１８Ｖは、窒化珪素層１８と同様の配置を有している。一方で、断面視（図６の視野）においては、両者の配置は異なっている。具体的には、窒化珪素層１８はポリイミド層１２の下に配置されているが、窒化珪素層１８Ｖはポリイミド層１２の上面と側面とを覆っている。これにより窒化珪素層１８Ｖは、ポリイミド層１２とＣｕ層１３との間を隔てている。
【００５７】
パワーモジュール３３を製造するためには、窒化珪素層１８Ｖを形成する工程が、ポリイミド層１２の形成後、かつ、Ｃｕ層１３の形成前に行われればよい。それ以外の工程は、パワーモジュール３１を製造する場合と同様であってよい。
【００５８】
本実施の形態によれば、Ｃｕ層１３とポリイミド層１２との間に窒化珪素層１８Ｖが設けられる。これにより、Ｃｕ層１３がポリイミド層１２に接触することが、より確実に防止される。よって、高温動作下でのポリイミド層１２中へのＣｕ原子の拡散が、より確実に抑制される。よって、Ｃｕ拡散に起因した信頼性劣化を、より確実に抑制することができる。
【００５９】
上記以外の構成については、上述した実施の形態２の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。なお本実施の形態においても、実施の形態２とほぼ同様の効果が得られる。
【００６０】
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、省略したりすることが可能である。この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００６１】
２０  パワーＭＯＳＦＥＴ（パワー半導体素子）、１  Ａｌ電極（電極）、１１  エピタキシャル基板（半導体層）、１２  ポリイミド層、１３  Ｃｕ層（銅層）、１４  Ｃｕワイヤ（銅ワイヤ）、１５，１５Ｖ  封止部、１８，１８Ｖ  窒化珪素層、３１，３１Ｖ，３２，３３  パワーモジュール。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年9月6日(2017.9.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、
前記半導体層上に設けられた電極と、
前記電極上に配置された開口部を有し、かつ、前記電極の縁を覆い前記電極上まで延在しているポリイミド層と、
前記開口部内において前記電極上に設けられ、前記電極上の前記ポリイミド層から離れた銅層と、
前記銅層上に接合された一方端を有する銅ワイヤと、
を備え、
前記銅層は、前記銅ワイヤが前記銅層に接合された領域より面積が大きく、
前記銅層と前記ポリイミド層との距離は、前記銅層の厚さの半分よりも大きい、電力用半導体装置。
【請求項２】
半導体層と、
前記半導体層上に設けられた電極と、
前記電極上に配置された開口部を有し、かつ、前記電極の縁を覆い前記電極上まで延在しているポリイミド層と、
前記開口部内において前記電極上に設けられ、前記電極上の前記ポリイミド層から離れた銅層と、
前記銅層上に接合された一方端を有する銅ワイヤと、
前記電極上に部分的に設けられた窒化珪素層と
を備え、
前記銅層は前記窒化珪素層上に縁を有する、電力用半導体装置。
【請求項３】
ポリイミド層と銅層との間を隔てる窒化珪素層をさらに備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記銅ワイヤは１００μｍ以上の径を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
前記ポリイミド層と前記銅層との間を封止する封止部をさらに備え、前記封止部は、シリコーン系、エポキシ系、およびフェノール系のいずれかの材料から作られていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項６】
前記半導体層の少なくとも一部は炭化珪素から作られていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
半導体層上に電極を形成する工程と、
前記電極上に配置された開口部を有し、かつ、前記電極の縁を覆い前記電極上まで延在しているポリイミド層を形成する工程と、
前記開口部内において前記電極上に、前記電極上の前記ポリイミド層から離れた銅層を形成する工程と、
前記銅層上に１００μｍ以上の径の銅ワイヤの一方端を接合する工程と、
を備え、前記銅ワイヤの前記一方端を接合する工程は、前記ポリイミド層から前記銅層の厚さの半分よりも大きな距離離れた前記銅層に対して行われる、電力用半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の一の局面に従う電力用半導体装置は、半導体層と、電極と、ポリイミド層と、銅層と、銅ワイヤとを有している。電極は半導体層上に設けられている。ポリイミド層は、電極上に配置された開口部を有しており、かつ、電極の縁を覆い電極上まで延在している。銅層は、開口部内において電極上に設けられており、電極上のポリイミド層から離れている。銅ワイヤは、銅層上に接合された一方端を有している。銅層は、銅ワイヤが銅層に接合された領域より面積が大きい。銅層とポリイミド層との距離は、銅層の厚さの半分よりも大きい。
本発明の他の局面に従う電力用半導体装置は、半導体層と、電極と、ポリイミド層と、銅層と、銅ワイヤと、窒化珪素層とを有している。電極は半導体層上に設けられている。ポリイミド層は、電極上に配置された開口部を有しており、かつ、電極の縁を覆い電極上まで延在している。銅層は、開口部内において電極上に設けられており、電極上のポリイミド層から離れている。銅ワイヤは、銅層上に接合された一方端を有している。窒化珪素層は、電極上に部分的に設けられている。銅層は窒化珪素層上に縁を有している。
【国際調査報告】
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