(57)【要約】【課題】  ＡｌＳｉ層のクラックを抑制する技術を提供する。【解決手段】  半導体装置であって、半導体基板と、前記半導体基板の表面の少なくとも一部を覆う第１ＡｌＳｉ層と、前記第１ＡｌＳｉ層の表面の一部を覆うポリイミド膜と、前記ポリイミド膜の表面の少なくとも一部を覆うと共に前記ポリイミド膜上から前記ポリイミド膜に覆われていない範囲の前記第１ＡｌＳｉ層まで伸びている第２ＡｌＳｉ層と、前記ポリイミド膜に覆われていない範囲の前記第１ＡｌＳｉ層の表面と前記第２ＡｌＳｉ層の表面に跨る範囲を覆うニッケル層を有する。【選択図】図２
2018046151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の表面の少なくとも一部を覆う第１ＡｌＳｉ層と、
前記第１ＡｌＳｉ層の表面の一部を覆うポリイミド膜と、
前記ポリイミド膜の表面の少なくとも一部を覆い、前記ポリイミド膜上から前記ポリイミド膜に覆われていない範囲の前記第１ＡｌＳｉ層まで伸びている第２ＡｌＳｉ層と、
前記ポリイミド膜に覆われていない範囲の前記第１ＡｌＳｉ層の表面と前記第２ＡｌＳｉ層の表面に跨る範囲を覆うニッケル層、
を有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。
【０００２】
特許文献１に開示の半導体装置は、半導体基板と、ＡｌＳｉ層と、ポリイミド膜と、ニッケル層を有している。ＡｌＳｉ層は、半導体基板の表面を覆っている。ポリイミド膜は、ＡｌＳｉ層の表面の一部を覆っている。ポリイミド膜は、半導体装置の表面に設けられた絶縁保護膜である。ニッケル層は、ポリイミド膜に覆われていない範囲のＡｌＳｉ層の表面を覆っている。ニッケル層は、はんだ接合用の層である。ニッケル層にはんだが接合されることで、ニッケル層を介してはんだとＡｌＳｉ層が接続される。製造誤差等によってニッケル層とポリイミド膜との間に隙間が生じると、その隙間にＡｌＳｉ層が露出し、ＡｌＳｉ層の信頼性が低下する。したがって、ニッケル層とポリイミド膜との間に隙間が生じないように、ニッケル層の一部がポリイミド膜上に乗り上げている。したがって、ポリイミド膜の端部が、ニッケル層によって覆われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２３３０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置の温度が上昇することで、半導体装置を構成する各部材が熱膨張する。特許文献１の半導体装置では、ポリイミド膜の端部が、ポリイミド膜とＡｌＳｉ層とニッケル層が互いに接する三重接触部となっている。ポリイミドとＡｌＳｉとニッケルの線膨張係数が互いに異なるので、半導体装置の温度上昇時に三重接触部（すなわち、ポリイミド膜の端部）に応力が集中する。ポリイミド膜の端部に高い応力が繰り返し加わると、ポリイミド膜の端部の周辺のＡｌＳｉ層にクラックが生じる場合がある。本明細書では、ＡｌＳｉ層のクラックを抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の表面の少なくとも一部を覆う第１ＡｌＳｉ層と、前記第１ＡｌＳｉ層の表面の一部を覆うポリイミド膜と、前記ポリイミド膜の表面の少なくとも一部を覆い、前記ポリイミド膜上から前記ポリイミド膜に覆われていない範囲の前記第１ＡｌＳｉ層まで伸びている第２ＡｌＳｉ層と、前記ポリイミド膜に覆われていない範囲の前記第１ＡｌＳｉ層の表面と前記第２ＡｌＳｉ層の表面に跨る範囲を覆うニッケル層を有する。
【０００６】
なお、ＡｌＳｉは、アルミニウム（Ａｌ）とシリコン（Ｓｉ）を含有する合金を意味する。
【０００７】
この半導体装置では、第２ＡｌＳｉ層が、ポリイミド膜上からポリイミド膜に覆われていない範囲の第１ＡｌＳｉ層まで伸びている。このため、ポリイミド膜の端部が、第２ＡｌＳｉ層によって覆われている。したがって、ポリイミド膜の端部において、第１ＡｌＳｉ層及び第２ＡｌＳｉ層を構成するＡｌＳｉとポリイミド膜を構成するポリイミドとが互いに接している。すなわち、ポリイミド膜の端部において、２種類の材料（ＡｌＳｉとポリイミド）が接している。ポリイミド膜の端部が三重接触部になっていないので、ポリイミド膜の端部に生じる応力が抑制される。このため、この半導体装置では、ポリイミド膜の端部の周辺で第１ＡｌＳｉ層及び第２ＡｌＳｉ層にクラックが生じ難い。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の半導体装置の縦断面図。
【図２】図１の範囲ＩＩの拡大断面図。
【図３】従来の半導体装置の図２に対応する部分の断面図。
【図４】実施形態の半導体装置の製造工程の説明図。
【図５】実施形態の半導体装置の製造工程の説明図。
【図６】実施形態の半導体装置の製造工程の説明図。
【図７】実施形態の半導体装置の製造工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に示す実施形態の半導体装置１０は、上部電極板１２、銅ブロック１６、半導体基板２０、下部電極板２４及び樹脂層２６を有している。半導体基板２０は、主にシリコンによって構成されている。図１には示していないが、半導体基板２０の上面には、電極層、絶縁保護膜等が設けられている。また、図１には示していないが、半導体基板２０の下面には、電極層が設けられている。半導体基板２０の下面に設けられた電極層は、はんだ層２２を介して下部電極板２４の上面に接続されている。半導体基板２０の上面に設けられた電極層は、はんだ層１８を介して銅ブロック１６の下面に接続されている。銅ブロック１６の上面は、はんだ層１４を介して上部電極板１２に接続されている。上部電極板１２及び下部電極板２４は、半導体基板２０に通電するための電極板として機能するとともに、半導体基板２０から放熱するための放熱板としても機能する。上部電極板１２、銅ブロック１６、半導体基板２０及び下部電極板２４からなる積層体の側面は、樹脂層２６によって覆われている。
【００１０】
図２は、図１の範囲ＩＩの拡大断面図である。なお、図２においては、左側が半導体基板２０の中心に近い側であり、右側が半導体基板の外周端に近い側である。以下では、半導体基板２０の中心に近い側（すなわち、図２の左側）を内周側といい、半導体基板の外周端に近い側（すなわち、図２の右側）を外周側という。
【００１１】
半導体基板２０の上面は、第１ＡｌＳｉ層３０によって覆われている。第１ＡｌＳｉ層３０は、ＡｌＳｉ（アルミニウムとシリコンを含有する合金）によって構成されている。第１ＡｌＳｉ層３０は、半導体基板２０と電気的に接続されている。
【００１２】
第１ＡｌＳｉ層３０の上面の外周側の部分は、ポリイミド膜３４によって覆われている。第１ＡｌＳｉ層３０の上面の内周側の部分は、ポリイミド膜３４に覆われていない。第１ＡｌＳｉ層３０上に、ポリイミド膜３４の内周側の端部３４ａが存在している。ポリイミド膜３４は、絶縁体であるポリイミドによって構成されている。
【００１３】
ポリイミド膜３４の上面に、第２ＡｌＳｉ層３２が配置されている。第２ＡｌＳｉ層３２は、ＡｌＳｉによって構成されている。第２ＡｌＳｉ層３２は、ポリイミド膜３４の上面の内周側の部分を覆っている。ポリイミド膜３４の上面の外周側の部分は、第２ＡｌＳｉ層３２に覆われていない。第２ＡｌＳｉ層３２は、ポリイミド膜３４上からポリイミド膜３４に覆われていない範囲の第１ＡｌＳｉ層３０まで伸びている。第２ＡｌＳｉ層３２は、ポリイミド膜３４に覆われていない範囲の第１ＡｌＳｉ層３０に接続されている。第２ＡｌＳｉ層３２によって、ポリイミド膜３４の内周側の端部３４ａが覆われている。
【００１４】
第２ＡｌＳｉ層３２の上面とポリイミド膜３４に覆われていない範囲の第１ＡｌＳｉ層３０の上面に跨る範囲は、ニッケル層３６によって覆われている。ニッケル層３６の上面は、はんだ層１８に接合されている。はんだ層１８は、ニッケル層３６と第１ＡｌＳｉ層３０を介して半導体基板２０に接続されている。
【００１５】
第２ＡｌＳｉ層３２に覆われていない範囲のポリイミド膜３４の上面（すなわち、ポリイミド膜３４の上面の外周側の部分）は、樹脂層２６に覆われている。また、はんだ層１８、ニッケル層３６及び第２ＡｌＳｉ層３２の側面は、樹脂層２６に覆われている。
【００１６】
図３は、従来の半導体装置の断面を示している。なお、図３では、実施形態の半導体装置１０の各部に対応する部分に、図２と同じ参照番号が付されている。図３に示す従来の半導体装置は、第２ＡｌＳｉ層３２を有していない。このため、ポリイミド膜３４に覆われていない範囲の第１ＡｌＳｉ層３０の上面とポリイミド膜３４の上面に跨る範囲が、ニッケル層３６に覆われている。したがって、ポリイミド膜３４の内周側の端部３４ａにおいて、ポリイミド膜３４、ニッケル層３６及び第１ＡｌＳｉ層３０が互いに接している。
【００１７】
半導体装置の温度は、半導体装置に通電することで上昇する。また、外部の温度上昇によって、半導体装置の温度が上昇する場合もある。以下に、半導体装置の温度上昇時の応力について、説明する。まず、図３に示す従来の半導体装置について説明する。図３に示す従来の半導体装置では、ポリイミド膜３４の端部３４ａにおいて、ポリイミド膜３４、ニッケル層３６及び第１ＡｌＳｉ層３０が互いに接している。つまり、端部３４ａにおいて、ポリイミド、ニッケル及びＡｌＳｉの三種類の材料が互いに接している。ポリイミド、ニッケル及びＡｌＳｉの線膨張係数は互いに異なる。したがって、これらが互いに接している端部３４ａでは、半導体装置の温度が上昇したときに高い熱応力が生じる。端部３４ａに高い熱応力が繰り返し加わると、端部３４ａの周辺で第１ＡｌＳｉ層３０にクラックが生じる。
【００１８】
これに対し、図２に示す実施形態の半導体装置１０では、ポリイミド膜３４の端部３４ａが第２ＡｌＳｉ層３２によって覆われており、端部３４ａにニッケル層３６が接していない。第１ＡｌＳｉ層３０と第２ＡｌＳｉ層３２が共にＡｌＳｉによって構成されているので、端部３４ａにおいて、ＡｌＳｉとポリイミドの二種類の材料が互いに接している。端部３４ａにおいて接触している材料の数が図３に示す従来の半導体装置よりも少ないので、実施形態の半導体装置１０では、温度上昇時に端部３４ａに生じる応力が小さい。したがって、実施形態の半導体装置１０では、端部３４ａの周辺で第１ＡｌＳｉ層３０及び第２ＡｌＳｉ層３２にクラックが生じ難い。
【００１９】
以上に説明したように、実施形態の半導体装置１０では、ポリイミド膜３４の端部３４ａの周辺におけるＡｌＳｉ層のクラックを抑制することができる。
【００２０】
次に、実施形態の半導体装置１０の製造方法について説明する。まず、図４に示すように、スパッタリングによって、半導体基板２０上に下部ＡｌＳｉ層３１ａを形成する。なお、下部ＡｌＳｉ層３１ａをなるべく厚くする方が、ＡｌＳｉ層に加わる応力を緩和することができる。例えば、下部ＡｌＳｉ層３１ａの厚みを１０μｍ以上とすることができる。次に、図５に示すように、下部ＡｌＳｉ層３１ａの外周側の部分上に、ポリイミド膜３４を形成する。下部ＡｌＳｉ層３１ａの内周側の部分は、ポリイミド膜３４で覆わずに、露出させる。次に、図６に示すように、スパッタリングによって、ポリイミド膜３４に覆われていない範囲の下部ＡｌＳｉ層３１ａの上面とポリイミド膜３４の上面に跨る範囲に、上部ＡｌＳｉ層３１ｂを形成する。上部ＡｌＳｉ層３１ｂは、下部ＡｌＳｉ層３１ａよりも薄く形成する。ポリイミド膜３４が存在しない範囲では、上部ＡｌＳｉ層３１ｂと下部ＡｌＳｉ層３１ａとが一体化する。これによって、第１ＡｌＳｉ層３０が形成される。また、ポリイミド膜３４上の上部ＡｌＳｉ層３１ｂは、第２ＡｌＳｉ層３２となる。ポリイミド膜３４の外周側の部分は、第２ＡｌＳｉ層３２で覆わずに、露出させる。次に、図７に示すように、スパッタリングによって、第２ＡｌＳｉ層３２の上面とポリイミド膜３４に覆われていない範囲の第１ＡｌＳｉ層３０の上面に跨る範囲に、ニッケル層３６を形成する。ポリイミド膜３４の外周側の部分は、ニッケル層３６で覆わずに、露出させる。次に、図１に示すように、はんだ層１４、１８、２２を介して上部電極板１２、銅ブロック１６、半導体基板２０及び下部電極板２４を積層し、その積層体をリフロー炉で加熱する。すると、はんだ層１４、１８、２２が一旦溶融し、その後に凝固する。その結果、上部電極板１２、銅ブロック１６、半導体基板２０及び下部電極板２４が互いに接合される。はんだ層１８は、図２に示すように、ニッケル層３６に接合される。その後、積層体の周囲を樹脂層２６で覆うことで、図１に示す半導体装置１０が完成する。
【００２１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２２】
１０：半導体装置
１２：上部電極板
１４：はんだ層
１６：銅ブロック
１８：はんだ層
２０：半導体基板
２２：はんだ層
２４：下部電極板
２６：樹脂層
３０：第１ＡｌＳｉ層
３２：第２ＡｌＳｉ層
３４：ポリイミド膜
３４ａ：端部
３６：ニッケル層
【図１】
2018046151.tif 000003
【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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