半導体装置とその製造方法
【課題】 はんだ付けする際の加熱処理によって、ニッケル層の相転移に伴う体積の収縮に起因する最大の引張り応力を緩和する。
【解決手段】 半導体２０上に形成されているアルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜４２と、そのアルミニウム金属膜４２の表面を複数の領域に分割する分割絶縁層５２ｂと、アルミニウム金属膜４２の表面に形成されているとともに、分割絶縁層５２ｂの上方において結晶構造が不連続となっている境界８２Ｇを有するニッケルを主成分とするニッケル層７２を備える半導体装置。
【解決手段】 半導体２０上に形成されているアルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜４２と、そのアルミニウム金属膜４２の表面を複数の領域に分割する分割絶縁層５２ｂと、アルミニウム金属膜４２の表面に形成されているとともに、分割絶縁層５２ｂの上方において結晶構造が不連続となっている境界８２Ｇを有するニッケルを主成分とするニッケル層７２を備える半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の表面に形成されている電極を、他の導電性部材（典型的にはバスバー等）に電気的に接続するために、はんだ付けすることができる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばインバータ装置等は、複数の半導体装置（典型的には、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオード等、またそれらの組合せ）によって構成されている。複数の半導体装置間をバスバー等の導電性部材で電気的に接続することがある。あるいは、バスバー等の導電性部材を介して、半導体装置と他の部材を接続することがある。半導体装置の電極とバスバー等の導電性部材を電気的に接続するために、はんだ付けすることがある。
はんだ付けする半導体装置は、半導体の表面にアルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜を備えている。さらに、アルミニウム金属膜の表面にニッケルを主成分とするニッケル金属膜を備えている。アルミニウム金属膜とニッケル金属膜によって電極（典型的には、エミッタ電極やソース電極）を構成している。ニッケル金属膜は、はんだがアルミニウム金属膜と直接に接触するのを防止するために必要とされる。アルミニウム金属膜とはんだ（すずを含んでいる）が直接に接触すると脆い合金が生成する。脆い合金が生成してしまうとアルミニウム金属膜とはんだが剥がれる原因となる。したがって、ニッケル金属膜が必要とされる。ニッケル金属膜は、例えば、無電解めっき法を用いることでアルミニウム金属膜の表面に選択的に析出させることができる。無電解めっき法を用いると、パターニング処理をしなくても、アルミニウム金属膜の表面にニッケル金属膜を形成することができる。
なお、ニッケル金属膜とはんだとの間の濡れ性を確保するために、必要に応じてニッケル金属膜上に金（Ａｕ）を主成分とする金薄膜を形成する場合もある。
【０００３】
ニッケル金属膜（金薄膜を介することもある）をバスバー等の導電性部材にはんだ付けする工程では、約２００〜４００℃に加熱処理することによってはんだを溶解して、ニッケル金属膜の表面にはんだを介してバスバー等の導電性部材を接着固定する。
特許文献１は、この加熱処理において、アルミニウム金属膜とニッケル金属膜の界面から両者の金属間化合物が生成する現象を記載する。生成した金属間化合物がアルミニウム金属膜の全域に生成されると、金属間化合物の相変化に伴う体積の収縮によってアルミニウム金属膜と半導体の間に空隙が形成される現象を説明している。特許文献１では、アルミニウム金属膜の層厚をニッケル金属膜の層厚の５倍以上に調整することで、生成する金属間化合物が半導体に到達するのを回避し、アルミニウム金属膜と半導体の間に空隙が形成されるのを防止しようとするものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術は、アルミニウム金属膜と半導体の間の密着性を問題にしている。アルミニウム金属膜の厚みを充分に厚く調整すれば、アルミニウム金属膜と半導体の間の密着面に過大な応力が作用することを防止することができるであろう。
しかしながら、特許文献１の技術は、アルミニウム金属膜とニッケル金属膜の間の密着性、特にアルミニウム金属膜の面的広がりが大きい場合のニッケル金属膜との密着性を考慮していない。はんだ付けする際の加熱処理によって、ニッケル金属膜は相転移を起こし結晶化が進行する。これにより、ニッケル金属膜の体積が収縮する。これに対して、アルミニウム金属膜の体積の収縮はニッケル金属膜に比して小さいことから、ニッケル金属膜には引張り応力が発生し、アルミニウム金属膜には圧縮応力が発生する。アルミニウム金属膜の面的広がりが大きくなると、ニッケル金属膜に発生する引張り応力は大きくなり、アルミニウム金属膜に発生する圧縮応力は大きくなる。面的広がりが大きいほど、応力の蓄積ないしは累積効果が大きくなる。アルミニウム金属膜の面的広がりが大きくなると、ニッケル金属膜に発生する引張り応力が過大となって、クラックが発生することがあり、ニッケル金属膜がアルミニウム金属膜から剥がれたり、あるいははんだがニッケル金属膜から剥がれる事態が発生し、半導体装置の信頼性が低下してしまう。
【特許文献１】特開２０００−１１４３０２号公報（その公報の図１参照）
【０００５】
本発明は、アルミニウム金属膜をニッケル金属膜を介してはんだ付けする場合に、アルミニウム金属膜とニッケル金属膜の界面に発生する応力の大きさを低減することを目的とする。
本発明によって、アルミニウム金属膜とニッケル金属膜の界面に発生する応力の大きさを低減することができると、ニッケル金属膜にクラックが発生し、ニッケル金属膜がアルミニウム金属膜から剥がれたり、あるいははんだがニッケル金属膜から剥がれるといった事態を防止できる。また、アルミニウム金属膜を介して半導体に作用する圧縮応力も低減できることから、アルミニウム金属膜の厚みが薄い場合であっても、半導体に過大な圧縮応力が作用することを低減できる。半導体に過大な圧縮応力が作用すると、半導体のキャリア移動度が大きくなったり、バンドギャップが変化するといった半導体の特性変化が生じ得る。また、圧縮応力に起因して半導体が物理的に破壊されると、半導体内にＭＯＳゲートあるいは高耐圧を保持する領域が形成されている場合は、その領域においてリーク電流が多くなることによって、半導体装置の特性が変化する場合がある。本発明は、前記した圧縮応力に起因して起こる半導体あるいは半導体装置の特性劣化を抑制することもでき得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置は、半導体の表面に形成されているアルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜と、そのアルミニウム金属膜の表面を複数の領域に分割する分割部材を備えている。さらに、そのアルミニウム金属膜の表面に形成されているとともに、分割部材の上方において結晶構造が不連続となっている境界を有するニッケルを主成分とするニッケル金属膜を備えている。アルミニウム金属膜は、半導体の表面に直接に形成されていてもよく、あるいは他の導電性部材を介して形成されていてもよい。また、必要に応じてニッケル金属膜上に金（Ａｕ）を主成分とする金薄膜、あるいは他の導電性膜を形成してもよい。
なお、ここでいう結晶構造が不連続となる境界とは、結晶構造の規則性が連続していない境界のことをいう。ニッケル金属膜に溝が形成されている場合も、その溝はここでいう不連続となる境界として解釈される。
【０００７】
上記半導体装置のニッケル金属膜は、分割部材の上方に存在する境界によって複数に分断されている。この場合、はんだ付けする際の加熱処理によって、ニッケル金属膜の相転移に伴う体積の収縮は、複数に分断されたそれぞれの領域において生じる。複数に分断されているので、分断されたそれぞれの領域がアルミニウム金属膜と接する面積は小さい。分断されたそれぞれの領域に発生する引張り応力を小さくすることができる。より詳細に説明すると、ニッケル金属膜が複数の領域に分断されていない場合には、発生する引張り応力が蓄積ないしは累積し、いずれかの位置に集中してしまい、集中した応力が過大な応力となる。これに対し、複数の領域に分断されている場合には、応力が広い範囲に分散するので、いずれかの位置に集中することが防止できる。これにより、ニッケル金属膜に発生する最大の引張り応力の大きさが大幅に緩和される。同時に、アルミニウム金属膜に発生する最大の圧縮応力も大幅に緩和される。したがって、はんだ付けする際の加熱処理において、ニッケル金属膜とアルミニウム金属膜の界面に過大な応力が発生することがない。また、過大な応力が半導体に伝播してリーク電流を流すなどの現象を抑制することができる。
本発明では、ニッケル金属膜に結晶構造が不連続となる境界が形成されている点に特徴がある。したがって、アルミニウム金属膜の形状等に制限はない。
【０００８】
結晶構造が不連続となっている境界は、ニッケル金属膜の長手方向を複数に分断していることが好ましい。はんだ付けする際の加熱処理によってニッケル金属膜に発生する引張り応力は、連続して伸びる距離が長いほど蓄積ないしは累積して大きくなりやすい。ニッケル金属膜が長手方向を複数に分断していると、それぞれの領域において連続して伸びる距離を短くすることができ、最大の引張り応力を小さくすることができる。同時に、アルミニウム金属膜に発生する最大の圧縮応力も効果的に緩和することができる。したがって、はんだ付け際の加熱処理によって、ニッケル金属膜とアルミニウム金属膜の界面に過大な応力が発生することがない。また、過大な応力が半導体に伝播することによって、リーク電流などの現象に起因する半導体装置の特性劣化を抑制することができる。
【０００９】
結晶構造が不連続となっている境界は、ニッケル金属膜を格子状に分断していることが好ましい。
このニッケル金属膜はあらゆる方向に分断されており、それぞれの領域において連続して伸びる距離を短くすることができ、最大の引張り応力を小さくすることができる。同時に、アルミニウム金属膜に発生する最大の圧縮応力も効果的に緩和することができる。したがって、はんだ付け際の加熱処理によって、ニッケル金属膜とアルミニウム金属膜の界面に過大な応力が発生することがない。また、過大な応力が半導体に伝播することによって、リーク電流などの現象に起因する半導体装置の特性劣化を抑制することができる。
【００１０】
結晶構造が不連続となっている境界に充填されるバッファ部材をさらに備えていることが好ましい。
バッファ部材の存在によって、ニッケル金属膜が確実に分割される。発生する引張り応力を緩和する現象を確実に得ることができる。同時に、アルミニウム金属膜に発生する圧縮応力を緩和する現象を確実に得ることができる。したがって、はんだ付け際の加熱処理によって、ニッケル金属膜とアルミニウム金属膜の界面に過大な応力が発生することがない。また、過大な応力が半導体に伝播することによって、リーク電流などの現象に起因する半導体装置の特性劣化を抑制することができる。
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、次の各工程を備えている。第１に、半導体の表面にアルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜を形成する工程を備えている。第２に、そのアルミニウム金属膜の表面を複数の領域に分割する位置に、ニッケルとの反応性が低い分割部材を形成する工程を備えている。第３に、アルミニウム金属膜の表面にニッケルを主成分とするニッケル金属膜を形成する工程を備えている。
ニッケルとの反応性の低い材料とは、例えば、無電解めっき法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の反応方法を用いた場合、分割部材からニッケルが成長しない材料のことをいう。この無電解めっき法、ＣＶＤ法等を利用することで、分割部材間において露出するアルミニウム金属膜の表面から、ニッケル金属膜を等方的に成長させることができる。したがって、分割部材の上方においては、分割部材の両端縁の外側に位置するアルミニウム金属膜の表面から成長するニッケル金属膜が、その分割部材の両端縁から分割部材の内側に向けて横方向に成長して形成することになる。これにより、分割部材の上方において結晶構造が不連続となる境界を有するニッケル金属膜を得ることができる。ニッケルとの反応性の低い分割部材と、例えば、無電解めっき法、ＣＶＤ法等の反応方法を利用することで、本発明の半導体装置を簡単に得ることができる。
【００１２】
ニッケル金属膜は、無電解めっき法を用いて形成することが好ましい。無電解めっき法は、酸化還元反応を利用してアルミニウム金属膜の表面にニッケル金属膜を等方的に成長させることができる。
【００１３】
ニッケル金属膜の層厚を、分割部材の幅の１／２倍以内に調整することが好ましい。
この製造方法によると、分割部材の上方において、分割部材の両端縁の対向する位置から分割部材の内側に向けて横方向に成長するニッケル金属膜が、分割部材の略中心において接触することが禁止される。これにより、分割部材の上方において溝を有するニッケル金属膜を得ることができる。本発明の半導体装置を簡単に得ることができる。
【００１４】
分割部材を形成する工程は、アルミニウム金属膜の周縁を一巡する酸化シリコン又は窒化シリコン又は有機系材料を主成分とする絶縁膜を形成する工程と同時に実施することが好ましい。有機系材料としては、典型的にはポリイミドを挙げることができる。
一般的に、この種の半導体装置では、アルミニウム金属膜を一巡する酸化シリコン又は窒化シリコン又は有機系材料を主成分とする絶縁層が形成される。従来では、この絶縁層はアルミニウム金属膜上を覆うように形成された後に、アルミニウム金属膜上に形成された絶縁層を後の工程で除去することで、アルミニウム金属膜を一巡する絶縁層を得ていた。上記製造方法では、アルミニウム金属膜上の絶縁層を全て除去するのではなく、一部を残存させて除去することで、その残部を分割部材として活用する。したがって、上記製造方法によると、分割部材を形成するための専用の工程を追加することなく、絶縁膜を形成するのと同時に分割部材を得ることができる。製造に要する時間や、製造コストを増大させることなく、本発明の半導体装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体装置は、はんだ付けする際の加熱処理によって、ニッケル金属膜とアルミニウム金属膜の界面に発生する最大の応力の大きさを緩和することができる。また、過大な応力が半導体に伝播することによって、リーク電流などの現象に起因する半導体装置の特性劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
最初に実施例の主要な特徴を列記する。
（第１形態） 半導体の素子領域に対応する領域にアルミニウム金属膜を形成する工程を備えている。そのアルミニウム金属膜の周縁を一巡するパッシベーション（典型的には、酸化シリコン又は窒化シリコンの絶縁膜と、ポリイミド膜の積層構造である）を形成する工程を備えている。パッシベーションとは、例えば、機械的応力からの保護、アルミニウム金属膜と半導体の間に不純物が侵入することからの保護、また半導体の素子領域をアルミニウム金属膜以外のものに対して絶縁するために形成されている。なお、素子領域とは、半導体スイッチング素子が形成されている領域である。
（第２形態） ニッケル金属膜（あるいは金薄膜を介する場合がある）の表面に、はんだを介して導電性部材（典型的にはバスバーである）を接着固定する工程を備える。この工程の際に、ニッケル金属膜内の結晶構造が不連続な境界において間隙が形成され、この間隙間にはんだが侵入することがあるが、この侵入したはんだは間隙下方の分割部材の存在によってアルミニウム金属膜と接触することが防止される。
【実施例】
【００１７】
図面を参照して以下に各実施例を詳細に説明する。
（第１実施例） 図１〜図８を参照して、第１実施例の半導体装置の製造方法を説明する。図１に示すように、この要部断面図は半導体装置の裏面側構造を省略して示している。以下に説明するように、本実施例の製造方法は、半導体装置の表面側においてその特徴を有しているので、裏面側構造は敢えて省略して示す。また、本実施例では、トレンチゲート電極３２を備えるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を例にしており、図示しない裏面構造には、コレクタ電極とｐ＋型コレクタ層とｎ＋型バッファ層の積層構造が形成されている。なお、この例に限定されず、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor）やダイオード等の他の種類の半導体装置、あるいはプレーナ型ゲート電極を用いる場合においても同様に、本実施例の技術が適用され得ることに留意されたい。
【００１８】
まず、図１を参照して、ＩＧＢＴの表面側の構成を説明する。図１に示す構成は、従来既知の製造方法、あるいは当業者が容易に想到し得る製造方法を用いて形成することができる。
図１に示すように、このＩＧＢＴはｎ−型のドリフト層２２を備えている。そのドリフト層２２上にｐ型のボディ層２４が形成されている。このドリフト層２２とボディ層２４と図示しない裏面側のｐ＋型コレクタ層とｎ＋型バッファ層で構成される積層構造を半導体２０と称する。この半導体２０内にＩＧＢＴの各構成要素が形成されている。ボディ層２４の表面に選択的にｎ＋型のエミッタ領域２６とｐ＋型のボディコンタクト領域２８が形成されている。エミッタ領域２６とドリフト層２２を隔てるボディ層２４を貫通してトレンチゲート電極３２が形成されている。トレンチゲート電極３２は、ゲート絶縁膜３４に囲繞されている。図１に示すように、これらＩＧＢＴの表面側の構造が形成されている半導体２０内の領域を素子領域３０と称し、他の領域と区別する。なお、本実施例では、この素子領域３０内のトレンチゲート電極３２は５本で示されているが、この数に限定されるものではない。また、この素子領域３０の周囲のボディ層２４内には、例えばガードリング等の周辺領域において耐圧を確保するための構造が形成されていてもよい。
半導体２０上にアルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜４２が形成されている。このアルミニウム金属膜４２は、エミッタ領域２６とボディコンタクト領域２８の両者と電気的に接続している。このアルミニウム金属膜４２は、トレンチゲート電極３２とは層間絶縁膜３６によって電気的に絶縁されている。アルミニウム金属膜４２は、例えばスパッタリング法によって半導体２０の全表面に蒸着して形成することができる。
【００１９】
次に、図２に示すように、アルミニウム金属膜４２は、フォトレジスト技術とエッチング技術を用いて素子領域３０に対応する広がりを持つように加工される。その平面形状は図９に示されている。図９に示すように、アルミニウム金属膜４２は、Ｙ方向に伸びる矩形状に加工され、Ｘ方向に繰返して複数形成されている。なお、図１〜図８に示す要部断面図は、図９のＡ−Ａ’線の断面に対応している。
図２に戻る。加工されたアルミニウム金属膜４２の表面を覆って半導体２０表面全体に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって酸化シリコンを主成分とする絶縁層５２を形成する。なお、ＣＶＤ法に代えて、スパッタリング法やその他の手法を用いて絶縁層４２を形成してもよい。また、絶縁層４２の主成分は、酸化シリコンに代えて窒化シリコンであってもよい。
次に、絶縁層５２上にフォトレジスト技術を用いてレジスト膜（６２、６４）をパターニングする。図示６２のレジスト膜は、アルミニウム金属膜４２の周縁を一巡する位置を含んで形成されている。図示６４のレジスト膜は、アルミニウム金属膜４２の表面に形成されている絶縁層５２の表面の領域に格子状に形成されている。
図１０に、この状態の平面図を示す。また、格子状のレジスト膜６４の一部を拡大した拡大平面図も合わせて示す。図１０に示すように、レジスト膜（６２、６４）は一体の膜で構成されており、アルミニウム金属膜４２の上に形成されている絶縁層５２表面を格子状に露出させていると評価することができる。なお、格子状のレジスト膜６４に関して、図１０の要部平面図と図２の要部断面図に示される数に不一致があるが、これは便宜上であることに留意されたい。
【００２０】
次に、レジスト膜（６２、６４）から露出する絶縁層５２をエッチング技術を用いて除去する。これにより、図３に示すように、アルミニウム金属膜４２を一巡する位置に形成されるパッシベーション用絶縁層５２ａと、アルミニウム金属膜４２の表面を複数の領域に分割する格子状の分割絶縁層５２ｂ（分割部材の一例）を残存させることができる。このように、パッシベーション用絶縁層５２ａと分割絶縁層５２ｂは、一つの製造工程で同時に形成することができる。
【００２１】
次に、図４に示すように、ポリイミドを主成分とするポリイミド膜７２を、アルミニウム金属膜４２上と絶縁層（５２ａ、５２ｂ）上に成膜する。さらに、そのポリイミド膜７２上に、アルミニウム金属膜４２の周縁を一巡する位置に対応してレジスト膜６６を形成する。
次に、図５に示すように、レジスト膜６６から露出するポリイミド膜７２を、エッチング技術を用いて除去し、格子状に形成された分割絶縁層５２ｂとアルミニウム金属膜４２を露出させる。なお、ポリイミド膜７２自体が感光性を有する場合は、ポリイミド膜７２を所定の光源を用いて感光し、直接に除去することができる。この場合、レジスト膜６６を利用しないので、製造工程数が削減され、製造コストを低減し得る。
次に、必要に応じて、この段階でドリフト層２２の裏面側を研磨し（例えば、３７０μm程度の薄板構造とすることができる）、裏面側にｎ＋型バッファ層、ｐ＋型コレクタ層をイオン注入技術等を用いて作成した後に、スパッタ技術を用いてコレクタ電極を蒸着することができる。なお、この段階に先立って、裏面側にｎ＋型バッファ層、ｐ＋型コレクタ層、コレクタ電極を予め作成していても構わない。
【００２２】
次に、図６に示すように、無電解めっき法を用いてニッケルを主成分とするニッケル金属膜８２を形成する。この無電解めっき法は、水酸化ナトリウムと酸化亜鉛を主成分とする溶液に浸し、アルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜４２上に亜鉛を置換析出させる。亜鉛を置換析出させた後に、硫酸ニッケルを主成分とする溶液に浸し、次亜リン酸を還元剤として作用させ、先に形成した亜鉛を核としてニッケルを析出させることができる。したがって、ニッケル金属膜８２は、分割絶縁層５２ｂ間において露出するアルミニウム金属膜４２の表面のみから等方的に析出して成長することができる。分割絶縁層５２ｂは、酸化シリコンを主成分とするので、この分割絶縁層５２ｂの表面からニッケル金属膜２８は析出して成長しない。このため、この析出過程において、分割絶縁層５２ｂの上方においては、分割絶縁層５２ｂの両端縁の外側に位置するアルミニウム金属膜４２の表面から析出するニッケル金属膜８２が、その分割絶縁層５２ｂの両端縁から分割絶縁層５２ｂの内側に向けて横方向に成長して形成することになる。この両端縁から横方向に成長するニッケル金属膜８２は、分割マスク材５２ｂ上の略中心において接触する。接触はするものの、両者の結晶構造は連続しておらず、結晶構造の不連続な境界８２Ｇが形成される。
なお、ニッケル金属膜８２の層厚８２Ｈが、分割マスク材５２ｂの幅５２Ｌの１／２倍以内に調整されていると、分割マスク材５２ｂ上の略中心において、分割マスク材５２ｂの両端縁から横方向に成長するニッケル金属膜８２の接触が禁止され、この分割絶縁層５２ｂの略中心に沿って空間を有する溝を形成することができる。ここでいう分割マスク材５２ｂの幅５２Ｌとは、分割マスク材５２ｂを挟んで露出しているアルミニウム金属膜４２を結ぶ距離が最小となる距離を指すのが好ましい。この最小となる分割マスク材５２ｂの距離に対して、ニッケル金属膜８２の層厚８２Ｈを１／２以内に調整すると、全ての分割マスク材５２ｂ上の略中心において溝を形成することができる。
【００２３】
次に、図７に示すように、ニッケル金属膜８２上に、無電解めっき法を用いて金を主成分とする金薄膜８４を成膜し、はんだとの濡れ性を確保することができる。
次に、ダイシング技術などを用いて、この半導体装置はチップ毎に切り出される。チップ毎に切り出された半導体装置は、例えばプリント基板上に配置される。
【００２４】
次に、図８に示すように、金薄膜８４上にはんだ９２を用いてバスバー９４を電気的に接続する。なお、このバスバー９４は、図示しない左右方向あるいは紙面奥行き方向において、他の半導体装置の電極あるいは他の部材と電気的に接続される。このとき、はんだは例えば２００〜３５０℃の加熱処理によって溶解された状態で金薄膜８４上に接着される。なお、この加熱処理の温度は使用するはんだの材料によって変動する。このはんだ付けする際の加熱処理の段階で、ニッケル金属膜８２は相転移を起こし結晶化が進行する。このとき、図８に示すように、本実施例のニッケル金属膜８２は、結晶構造の境界８２Ｇによって複数の領域に分断されている。したがって、このニッケル金属膜８２の境界８２Ｇ間が広がることで、この複数の領域に分断されているニッケル金属膜８２のそれぞれの部分において体積の収縮が生じる。このニッケル金属膜８２の体積の収縮に比して、アルミニウム金属膜４２の体積の収縮は小さい。したがって、ニッケル金属膜８２には引張り応力が発生し、アルミニウム金属膜４２には圧縮応力が発生する。しかしながら、ニッケル金属膜８２は、複数の領域に分断されているので、それぞれのニッケル金属膜８２がアルミニウム金属膜４２と接する面積は小さい。分断されているそれぞれ領域において連続して伸びる距離が短いので、ニッケル金属膜８２に発生する最大の引張り応力が小さくなる。即ち、発生する引張り応力が広い範囲に分散し、いずれかの位置に集中することが防止されている。同時に、アルミニウム金属膜４２に発生する最大の圧縮応力も小さくすることができる。これにより、はんだ付けする際の加熱処理によって、この応力に基づくニッケル金属膜８２の剥離や、はんだ９２の剥離などの現象を抑制することができる。これにより、半導体装置の不良品の発生率を低減することができる。また、アルミニウム金属膜４２の厚みが薄い場合でも、発生する応力がトレンチゲート電極３２のゲート絶縁膜３４に伝播する現象を抑制することができることから、リーク電流の発生を抑えることもできる。また、発生する応力に基づく半導体２０の破壊、アルミニウム金属膜４２の破壊、さらにニッケル金属膜８２の破壊を抑制することができる。
また、図８に示すように、結晶の境界８２Ｇが広がることで、使用したはんだがこの境界８２Ｇ内に侵入する場合があるかもしれないが、この場合、分割絶縁層５２ｂがアルミニウム金属膜４２との間に介在した状態で存在するので、このはんだとエミッタ電極４２が直接に接触することが禁止される。したがって、はんだ（すずを含有する）とアルミニウム金属膜（アルミニウム）の合金が形成されない。もし、合金が形成されてしまうと、その合金は脆いことから、ニッケル金属膜８２が剥離する事態や、はんだが剥離する事態が生じ得る。本実施例では分割絶縁層５２ｂの存在によってこの事態に対しても対策が講じられることになる。
【００２５】
（第２実施例） 図１１と図１２を参照して、第２実施例の半導体装置の製造方法を説明する。
図１１に示すように、まず、半導体１２０の表面側の素子領域を形成した後に、アルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜１４２を半導体１２０の表面全体に形成する。次に、このアルミニウム金属膜１４２を、フォトレジスト技術とエッチング技術を用いて素子領域に対応する広がりを持つように加工する。その平面形状は矩形状である。アルミニウム金属膜１４２を覆って半導体１２０の表面全体に酸化シリコンを主成分とする絶縁層１５２を形成し、さらにその絶縁層１５２の表面全体にポリイミドを主成分とするポリイミド膜１７２を成膜する。次に、そのポリイミド膜１７２の表面にレジスト膜（１６４、１６６）をパターニングする。図示１６４のレジスト膜は、アルミニウム金属膜１４２の周縁を一巡する位置に形成される。図示１６６のレジスト膜は、アルミニウム金属膜１４２の表面を複数の領域に分割する格子状に形成される。
【００２６】
次に、図１２に示すように、レジスト膜（１６４、１６６）から露出するポリイミド膜１７２を、エッチング技術を用いて除去する。アルミニウム金属膜１４２の周縁を一巡するレジスト膜１６４の下方には、パッシベーション用ポリイミド膜１７２ａとパッシベーション用絶縁層１５２ａが残存する。さらに、レジスト膜１６６の下方には、バッファ用ポリイミド膜１７２ｂと分割絶縁層１５２ｂが残存し、両者はアルミニウム金属膜１４２の表面を複数の領域に分割する格子状の位置に残存する。
次に、必要に応じて、この段階でドリフト層１２２の裏面側を研磨し（例えば、３７０μm程度の薄板構造とすることができる）、裏面側にｎ＋型バッファ層、ｐ＋型コレクタ層をイオン注入技術等を用いて作成した後に、スパッタ技術を用いてコレクタ電極を蒸着することができる。なお、この段階に先立って、裏面側にｎ＋型バッファ層、ｐ＋型コレクタ層、コレクタ電極を予め作成していても構わない。
次に、無電解めっき法を用いてニッケル金属膜を形成する。析出されるニッケル金属膜は、バッファ用パーシベーション膜１７２ｂの存在によって、確実に複数の領域に分割して形成される。これにより、はんだ付けする際の加熱処理によって、ニッケル金属膜の相転移に伴う体積の収縮に起因する最大の引張り応力は緩和される。同時に、アルミニウム金属膜に発生する最大の圧縮応力は緩和される。第１実施例と同様の作用効果を奏することができる。
【００２７】
（第３実施例） 図１３〜図１６を参照して、第３実施例の半導体装置の製造方法を説明する。
図１３に示すように、まず、半導体２２０の表面側の素子領域を形成した後に、アルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜２４２を半導体２２０の表面全体に形成する。次に、アルミニウム金属膜２４２を、フォトレジスト技術とエッチング技術を用いて素子領域に対応する広がりを持って加工する。その平面形状は矩形状である。アルミニウム金属膜２４２を覆って半導体２２０の表面全体にチタンナイトライド（TiN）を主成分とする金属層（分割部材の一例）を形成する。次に、この金属層を、フォトレジスト技術とエッチング技術を用いて、アルミニウム金属膜２４２表面を複数に分割する格子状に加工する（図示２５４参照）。
【００２８】
次に、図１４に示すように、その金属層２５４を覆って半導体２２０の表面全体に酸化シリコンを主成分とする絶縁層２５２を形成し、さらにその絶縁層２５２の表面全体にポリイミドを主成分とするポリイミド膜２７２を成膜する。次に、そのポリイミド膜２７２の表面にレジスト膜２６４をパターニングして形成する。レジスト膜２６４は、アルミニウム金属膜２４２の周縁を一巡する位置に形成される。
【００２９】
次に、図１５に示すように、露出するポリイミド膜２７２をエッチング技術を用いて除去し、金属層２５４が形成されている領域に対応する絶縁層２５２を露出させる。
次に、図１６に示すように、露出する絶縁層２５２をエッチング法を用いて除去した後に、レジスト膜２６４を剥離する。この工程を経て、アルミニウム金属膜２４２の表面に格子状に形成された金属層２５４が露出した状態を得ることができる。
次に、無電解めっき法によって、ニッケル金属膜を析出する。ニッケル層は、金属層２５４から析出しないので、露出するアルミニウム金属膜２４２の表面からのみ等方的に析出する。金属層２５４に沿って結晶構造が不連続な境界を有するニッケル金属膜を得ることができる。即ち、ニッケル金属膜は、その境界によって複数の領域に分割して形成される。これにより、はんだ付けをする際の加熱処理によって、ニッケル金属膜の相転移に伴う体積の収縮に起因する最大の引張り応力は緩和される。同時に、アルミニウム金属膜に発生する最大の圧縮応力は緩和される。第１実施例と同様の作用効果を奏することができる。
【００３０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、変更したものが含まれる。
また、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合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合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し得るものであり、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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（１）。
【図２】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（２）。
【図３】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（３）。
【図４】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（４）。
【図５】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（５）。
【図６】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（６）。
【図７】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（７）。
【図８】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（８）
【図９】第１実施例の半導体装置の平面図を示す（１）。
【図１０】第１実施例の半導体装置の平面図を示す（２）。
【図１１】第２実施例の半導体装置の製造工程を示す（１）。
【図１２】第２実施例の半導体装置の製造工程を示す（２）。
【図１３】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す（１）。
【図１４】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す（２）。
【図１５】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す（３）。
【図１６】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す（４）。
【符号の説明】
【００３２】
２０：半導体
２２：ドリフト層
２４：ボディ層
２６：エミッタ領域
２８：ボディコンタクト領域
３２：トレンチゲート電極
３４：ゲート絶縁膜
３６：層間絶縁膜
４２：アルミニウム金属膜
５２：絶縁層
５２ａ：パッシベーション用絶縁層
５２ｂ：分割絶縁層
７２：ポリイミド膜
８２Ｇ：境界
２５４：金属層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の表面に形成されている電極を、他の導電性部材（典型的にはバスバー等）に電気的に接続するために、はんだ付けすることができる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばインバータ装置等は、複数の半導体装置（典型的には、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオード等、またそれらの組合せ）によって構成されている。複数の半導体装置間をバスバー等の導電性部材で電気的に接続することがある。あるいは、バスバー等の導電性部材を介して、半導体装置と他の部材を接続することがある。半導体装置の電極とバスバー等の導電性部材を電気的に接続するために、はんだ付けすることがある。
はんだ付けする半導体装置は、半導体の表面にアルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜を備えている。さらに、アルミニウム金属膜の表面にニッケルを主成分とするニッケル金属膜を備えている。アルミニウム金属膜とニッケル金属膜によって電極（典型的には、エミッタ電極やソース電極）を構成している。ニッケル金属膜は、はんだがアルミニウム金属膜と直接に接触するのを防止するために必要とされる。アルミニウム金属膜とはんだ（すずを含んでいる）が直接に接触すると脆い合金が生成する。脆い合金が生成してしまうとアルミニウム金属膜とはんだが剥がれる原因となる。したがって、ニッケル金属膜が必要とされる。ニッケル金属膜は、例えば、無電解めっき法を用いることでアルミニウム金属膜の表面に選択的に析出させることができる。無電解めっき法を用いると、パターニング処理をしなくても、アルミニウム金属膜の表面にニッケル金属膜を形成することができる。
なお、ニッケル金属膜とはんだとの間の濡れ性を確保するために、必要に応じてニッケル金属膜上に金（Ａｕ）を主成分とする金薄膜を形成する場合もある。
【０００３】
ニッケル金属膜（金薄膜を介することもある）をバスバー等の導電性部材にはんだ付けする工程では、約２００〜４００℃に加熱処理することによってはんだを溶解して、ニッケル金属膜の表面にはんだを介してバスバー等の導電性部材を接着固定する。
特許文献１は、この加熱処理において、アルミニウム金属膜とニッケル金属膜の界面から両者の金属間化合物が生成する現象を記載する。生成した金属間化合物がアルミニウム金属膜の全域に生成されると、金属間化合物の相変化に伴う体積の収縮によってアルミニウム金属膜と半導体の間に空隙が形成される現象を説明している。特許文献１では、アルミニウム金属膜の層厚をニッケル金属膜の層厚の５倍以上に調整することで、生成する金属間化合物が半導体に到達するのを回避し、アルミニウム金属膜と半導体の間に空隙が形成されるのを防止しようとするものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術は、アルミニウム金属膜と半導体の間の密着性を問題にしている。アルミニウム金属膜の厚みを充分に厚く調整すれば、アルミニウム金属膜と半導体の間の密着面に過大な応力が作用することを防止することができるであろう。
しかしながら、特許文献１の技術は、アルミニウム金属膜とニッケル金属膜の間の密着性、特にアルミニウム金属膜の面的広がりが大きい場合のニッケル金属膜との密着性を考慮していない。はんだ付けする際の加熱処理によって、ニッケル金属膜は相転移を起こし結晶化が進行する。これにより、ニッケル金属膜の体積が収縮する。これに対して、アルミニウム金属膜の体積の収縮はニッケル金属膜に比して小さいことから、ニッケル金属膜には引張り応力が発生し、アルミニウム金属膜には圧縮応力が発生する。アルミニウム金属膜の面的広がりが大きくなると、ニッケル金属膜に発生する引張り応力は大きくなり、アルミニウム金属膜に発生する圧縮応力は大きくなる。面的広がりが大きいほど、応力の蓄積ないしは累積効果が大きくなる。アルミニウム金属膜の面的広がりが大きくなると、ニッケル金属膜に発生する引張り応力が過大となって、クラックが発生することがあり、ニッケル金属膜がアルミニウム金属膜から剥がれたり、あるいははんだがニッケル金属膜から剥がれる事態が発生し、半導体装置の信頼性が低下してしまう。
【特許文献１】特開２０００−１１４３０２号公報（その公報の図１参照）
【０００５】
本発明は、アルミニウム金属膜をニッケル金属膜を介してはんだ付けする場合に、アルミニウム金属膜とニッケル金属膜の界面に発生する応力の大きさを低減することを目的とする。
本発明によって、アルミニウム金属膜とニッケル金属膜の界面に発生する応力の大きさを低減することができると、ニッケル金属膜にクラックが発生し、ニッケル金属膜がアルミニウム金属膜から剥がれたり、あるいははんだがニッケル金属膜から剥がれるといった事態を防止できる。また、アルミニウム金属膜を介して半導体に作用する圧縮応力も低減できることから、アルミニウム金属膜の厚みが薄い場合であっても、半導体に過大な圧縮応力が作用することを低減できる。半導体に過大な圧縮応力が作用すると、半導体のキャリア移動度が大きくなったり、バンドギャップが変化するといった半導体の特性変化が生じ得る。また、圧縮応力に起因して半導体が物理的に破壊されると、半導体内にＭＯＳゲートあるいは高耐圧を保持する領域が形成されている場合は、その領域においてリーク電流が多くなることによって、半導体装置の特性が変化する場合がある。本発明は、前記した圧縮応力に起因して起こる半導体あるいは半導体装置の特性劣化を抑制することもでき得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置は、半導体の表面に形成されているアルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜と、そのアルミニウム金属膜の表面を複数の領域に分割する分割部材を備えている。さらに、そのアルミニウム金属膜の表面に形成されているとともに、分割部材の上方において結晶構造が不連続となっている境界を有するニッケルを主成分とするニッケル金属膜を備えている。アルミニウム金属膜は、半導体の表面に直接に形成されていてもよく、あるいは他の導電性部材を介して形成されていてもよい。また、必要に応じてニッケル金属膜上に金（Ａｕ）を主成分とする金薄膜、あるいは他の導電性膜を形成してもよい。
なお、ここでいう結晶構造が不連続となる境界とは、結晶構造の規則性が連続していない境界のことをいう。ニッケル金属膜に溝が形成されている場合も、その溝はここでいう不連続となる境界として解釈される。
【０００７】
上記半導体装置のニッケル金属膜は、分割部材の上方に存在する境界によって複数に分断されている。この場合、はんだ付けする際の加熱処理によって、ニッケル金属膜の相転移に伴う体積の収縮は、複数に分断されたそれぞれの領域において生じる。複数に分断されているので、分断されたそれぞれの領域がアルミニウム金属膜と接する面積は小さい。分断されたそれぞれの領域に発生する引張り応力を小さくすることができる。より詳細に説明すると、ニッケル金属膜が複数の領域に分断されていない場合には、発生する引張り応力が蓄積ないしは累積し、いずれかの位置に集中してしまい、集中した応力が過大な応力となる。これに対し、複数の領域に分断されている場合には、応力が広い範囲に分散するので、いずれかの位置に集中することが防止できる。これにより、ニッケル金属膜に発生する最大の引張り応力の大きさが大幅に緩和される。同時に、アルミニウム金属膜に発生する最大の圧縮応力も大幅に緩和される。したがって、はんだ付けする際の加熱処理において、ニッケル金属膜とアルミニウム金属膜の界面に過大な応力が発生することがない。また、過大な応力が半導体に伝播してリーク電流を流すなどの現象を抑制することができる。
本発明では、ニッケル金属膜に結晶構造が不連続となる境界が形成されている点に特徴がある。したがって、アルミニウム金属膜の形状等に制限はない。
【０００８】
結晶構造が不連続となっている境界は、ニッケル金属膜の長手方向を複数に分断していることが好ましい。はんだ付けする際の加熱処理によってニッケル金属膜に発生する引張り応力は、連続して伸びる距離が長いほど蓄積ないしは累積して大きくなりやすい。ニッケル金属膜が長手方向を複数に分断していると、それぞれの領域において連続して伸びる距離を短くすることができ、最大の引張り応力を小さくすることができる。同時に、アルミニウム金属膜に発生する最大の圧縮応力も効果的に緩和することができる。したがって、はんだ付け際の加熱処理によって、ニッケル金属膜とアルミニウム金属膜の界面に過大な応力が発生することがない。また、過大な応力が半導体に伝播することによって、リーク電流などの現象に起因する半導体装置の特性劣化を抑制することができる。
【０００９】
結晶構造が不連続となっている境界は、ニッケル金属膜を格子状に分断していることが好ましい。
このニッケル金属膜はあらゆる方向に分断されており、それぞれの領域において連続して伸びる距離を短くすることができ、最大の引張り応力を小さくすることができる。同時に、アルミニウム金属膜に発生する最大の圧縮応力も効果的に緩和することができる。したがって、はんだ付け際の加熱処理によって、ニッケル金属膜とアルミニウム金属膜の界面に過大な応力が発生することがない。また、過大な応力が半導体に伝播することによって、リーク電流などの現象に起因する半導体装置の特性劣化を抑制することができる。
【００１０】
結晶構造が不連続となっている境界に充填されるバッファ部材をさらに備えていることが好ましい。
バッファ部材の存在によって、ニッケル金属膜が確実に分割される。発生する引張り応力を緩和する現象を確実に得ることができる。同時に、アルミニウム金属膜に発生する圧縮応力を緩和する現象を確実に得ることができる。したがって、はんだ付け際の加熱処理によって、ニッケル金属膜とアルミニウム金属膜の界面に過大な応力が発生することがない。また、過大な応力が半導体に伝播することによって、リーク電流などの現象に起因する半導体装置の特性劣化を抑制することができる。
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、次の各工程を備えている。第１に、半導体の表面にアルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜を形成する工程を備えている。第２に、そのアルミニウム金属膜の表面を複数の領域に分割する位置に、ニッケルとの反応性が低い分割部材を形成する工程を備えている。第３に、アルミニウム金属膜の表面にニッケルを主成分とするニッケル金属膜を形成する工程を備えている。
ニッケルとの反応性の低い材料とは、例えば、無電解めっき法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の反応方法を用いた場合、分割部材からニッケルが成長しない材料のことをいう。この無電解めっき法、ＣＶＤ法等を利用することで、分割部材間において露出するアルミニウム金属膜の表面から、ニッケル金属膜を等方的に成長させることができる。したがって、分割部材の上方においては、分割部材の両端縁の外側に位置するアルミニウム金属膜の表面から成長するニッケル金属膜が、その分割部材の両端縁から分割部材の内側に向けて横方向に成長して形成することになる。これにより、分割部材の上方において結晶構造が不連続となる境界を有するニッケル金属膜を得ることができる。ニッケルとの反応性の低い分割部材と、例えば、無電解めっき法、ＣＶＤ法等の反応方法を利用することで、本発明の半導体装置を簡単に得ることができる。
【００１２】
ニッケル金属膜は、無電解めっき法を用いて形成することが好ましい。無電解めっき法は、酸化還元反応を利用してアルミニウム金属膜の表面にニッケル金属膜を等方的に成長させることができる。
【００１３】
ニッケル金属膜の層厚を、分割部材の幅の１／２倍以内に調整することが好ましい。
この製造方法によると、分割部材の上方において、分割部材の両端縁の対向する位置から分割部材の内側に向けて横方向に成長するニッケル金属膜が、分割部材の略中心において接触することが禁止される。これにより、分割部材の上方において溝を有するニッケル金属膜を得ることができる。本発明の半導体装置を簡単に得ることができる。
【００１４】
分割部材を形成する工程は、アルミニウム金属膜の周縁を一巡する酸化シリコン又は窒化シリコン又は有機系材料を主成分とする絶縁膜を形成する工程と同時に実施することが好ましい。有機系材料としては、典型的にはポリイミドを挙げることができる。
一般的に、この種の半導体装置では、アルミニウム金属膜を一巡する酸化シリコン又は窒化シリコン又は有機系材料を主成分とする絶縁層が形成される。従来では、この絶縁層はアルミニウム金属膜上を覆うように形成された後に、アルミニウム金属膜上に形成された絶縁層を後の工程で除去することで、アルミニウム金属膜を一巡する絶縁層を得ていた。上記製造方法では、アルミニウム金属膜上の絶縁層を全て除去するのではなく、一部を残存させて除去することで、その残部を分割部材として活用する。したがって、上記製造方法によると、分割部材を形成するための専用の工程を追加することなく、絶縁膜を形成するのと同時に分割部材を得ることができる。製造に要する時間や、製造コストを増大させることなく、本発明の半導体装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体装置は、はんだ付けする際の加熱処理によって、ニッケル金属膜とアルミニウム金属膜の界面に発生する最大の応力の大きさを緩和することができる。また、過大な応力が半導体に伝播することによって、リーク電流などの現象に起因する半導体装置の特性劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
最初に実施例の主要な特徴を列記する。
（第１形態） 半導体の素子領域に対応する領域にアルミニウム金属膜を形成する工程を備えている。そのアルミニウム金属膜の周縁を一巡するパッシベーション（典型的には、酸化シリコン又は窒化シリコンの絶縁膜と、ポリイミド膜の積層構造である）を形成する工程を備えている。パッシベーションとは、例えば、機械的応力からの保護、アルミニウム金属膜と半導体の間に不純物が侵入することからの保護、また半導体の素子領域をアルミニウム金属膜以外のものに対して絶縁するために形成されている。なお、素子領域とは、半導体スイッチング素子が形成されている領域である。
（第２形態） ニッケル金属膜（あるいは金薄膜を介する場合がある）の表面に、はんだを介して導電性部材（典型的にはバスバーである）を接着固定する工程を備える。この工程の際に、ニッケル金属膜内の結晶構造が不連続な境界において間隙が形成され、この間隙間にはんだが侵入することがあるが、この侵入したはんだは間隙下方の分割部材の存在によってアルミニウム金属膜と接触することが防止される。
【実施例】
【００１７】
図面を参照して以下に各実施例を詳細に説明する。
（第１実施例） 図１〜図８を参照して、第１実施例の半導体装置の製造方法を説明する。図１に示すように、この要部断面図は半導体装置の裏面側構造を省略して示している。以下に説明するように、本実施例の製造方法は、半導体装置の表面側においてその特徴を有しているので、裏面側構造は敢えて省略して示す。また、本実施例では、トレンチゲート電極３２を備えるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を例にしており、図示しない裏面構造には、コレクタ電極とｐ＋型コレクタ層とｎ＋型バッファ層の積層構造が形成されている。なお、この例に限定されず、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor）やダイオード等の他の種類の半導体装置、あるいはプレーナ型ゲート電極を用いる場合においても同様に、本実施例の技術が適用され得ることに留意されたい。
【００１８】
まず、図１を参照して、ＩＧＢＴの表面側の構成を説明する。図１に示す構成は、従来既知の製造方法、あるいは当業者が容易に想到し得る製造方法を用いて形成することができる。
図１に示すように、このＩＧＢＴはｎ−型のドリフト層２２を備えている。そのドリフト層２２上にｐ型のボディ層２４が形成されている。このドリフト層２２とボディ層２４と図示しない裏面側のｐ＋型コレクタ層とｎ＋型バッファ層で構成される積層構造を半導体２０と称する。この半導体２０内にＩＧＢＴの各構成要素が形成されている。ボディ層２４の表面に選択的にｎ＋型のエミッタ領域２６とｐ＋型のボディコンタクト領域２８が形成されている。エミッタ領域２６とドリフト層２２を隔てるボディ層２４を貫通してトレンチゲート電極３２が形成されている。トレンチゲート電極３２は、ゲート絶縁膜３４に囲繞されている。図１に示すように、これらＩＧＢＴの表面側の構造が形成されている半導体２０内の領域を素子領域３０と称し、他の領域と区別する。なお、本実施例では、この素子領域３０内のトレンチゲート電極３２は５本で示されているが、この数に限定されるものではない。また、この素子領域３０の周囲のボディ層２４内には、例えばガードリング等の周辺領域において耐圧を確保するための構造が形成されていてもよい。
半導体２０上にアルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜４２が形成されている。このアルミニウム金属膜４２は、エミッタ領域２６とボディコンタクト領域２８の両者と電気的に接続している。このアルミニウム金属膜４２は、トレンチゲート電極３２とは層間絶縁膜３６によって電気的に絶縁されている。アルミニウム金属膜４２は、例えばスパッタリング法によって半導体２０の全表面に蒸着して形成することができる。
【００１９】
次に、図２に示すように、アルミニウム金属膜４２は、フォトレジスト技術とエッチング技術を用いて素子領域３０に対応する広がりを持つように加工される。その平面形状は図９に示されている。図９に示すように、アルミニウム金属膜４２は、Ｙ方向に伸びる矩形状に加工され、Ｘ方向に繰返して複数形成されている。なお、図１〜図８に示す要部断面図は、図９のＡ−Ａ’線の断面に対応している。
図２に戻る。加工されたアルミニウム金属膜４２の表面を覆って半導体２０表面全体に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって酸化シリコンを主成分とする絶縁層５２を形成する。なお、ＣＶＤ法に代えて、スパッタリング法やその他の手法を用いて絶縁層４２を形成してもよい。また、絶縁層４２の主成分は、酸化シリコンに代えて窒化シリコンであってもよい。
次に、絶縁層５２上にフォトレジスト技術を用いてレジスト膜（６２、６４）をパターニングする。図示６２のレジスト膜は、アルミニウム金属膜４２の周縁を一巡する位置を含んで形成されている。図示６４のレジスト膜は、アルミニウム金属膜４２の表面に形成されている絶縁層５２の表面の領域に格子状に形成されている。
図１０に、この状態の平面図を示す。また、格子状のレジスト膜６４の一部を拡大した拡大平面図も合わせて示す。図１０に示すように、レジスト膜（６２、６４）は一体の膜で構成されており、アルミニウム金属膜４２の上に形成されている絶縁層５２表面を格子状に露出させていると評価することができる。なお、格子状のレジスト膜６４に関して、図１０の要部平面図と図２の要部断面図に示される数に不一致があるが、これは便宜上であることに留意されたい。
【００２０】
次に、レジスト膜（６２、６４）から露出する絶縁層５２をエッチング技術を用いて除去する。これにより、図３に示すように、アルミニウム金属膜４２を一巡する位置に形成されるパッシベーション用絶縁層５２ａと、アルミニウム金属膜４２の表面を複数の領域に分割する格子状の分割絶縁層５２ｂ（分割部材の一例）を残存させることができる。このように、パッシベーション用絶縁層５２ａと分割絶縁層５２ｂは、一つの製造工程で同時に形成することができる。
【００２１】
次に、図４に示すように、ポリイミドを主成分とするポリイミド膜７２を、アルミニウム金属膜４２上と絶縁層（５２ａ、５２ｂ）上に成膜する。さらに、そのポリイミド膜７２上に、アルミニウム金属膜４２の周縁を一巡する位置に対応してレジスト膜６６を形成する。
次に、図５に示すように、レジスト膜６６から露出するポリイミド膜７２を、エッチング技術を用いて除去し、格子状に形成された分割絶縁層５２ｂとアルミニウム金属膜４２を露出させる。なお、ポリイミド膜７２自体が感光性を有する場合は、ポリイミド膜７２を所定の光源を用いて感光し、直接に除去することができる。この場合、レジスト膜６６を利用しないので、製造工程数が削減され、製造コストを低減し得る。
次に、必要に応じて、この段階でドリフト層２２の裏面側を研磨し（例えば、３７０μm程度の薄板構造とすることができる）、裏面側にｎ＋型バッファ層、ｐ＋型コレクタ層をイオン注入技術等を用いて作成した後に、スパッタ技術を用いてコレクタ電極を蒸着することができる。なお、この段階に先立って、裏面側にｎ＋型バッファ層、ｐ＋型コレクタ層、コレクタ電極を予め作成していても構わない。
【００２２】
次に、図６に示すように、無電解めっき法を用いてニッケルを主成分とするニッケル金属膜８２を形成する。この無電解めっき法は、水酸化ナトリウムと酸化亜鉛を主成分とする溶液に浸し、アルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜４２上に亜鉛を置換析出させる。亜鉛を置換析出させた後に、硫酸ニッケルを主成分とする溶液に浸し、次亜リン酸を還元剤として作用させ、先に形成した亜鉛を核としてニッケルを析出させることができる。したがって、ニッケル金属膜８２は、分割絶縁層５２ｂ間において露出するアルミニウム金属膜４２の表面のみから等方的に析出して成長することができる。分割絶縁層５２ｂは、酸化シリコンを主成分とするので、この分割絶縁層５２ｂの表面からニッケル金属膜２８は析出して成長しない。このため、この析出過程において、分割絶縁層５２ｂの上方においては、分割絶縁層５２ｂの両端縁の外側に位置するアルミニウム金属膜４２の表面から析出するニッケル金属膜８２が、その分割絶縁層５２ｂの両端縁から分割絶縁層５２ｂの内側に向けて横方向に成長して形成することになる。この両端縁から横方向に成長するニッケル金属膜８２は、分割マスク材５２ｂ上の略中心において接触する。接触はするものの、両者の結晶構造は連続しておらず、結晶構造の不連続な境界８２Ｇが形成される。
なお、ニッケル金属膜８２の層厚８２Ｈが、分割マスク材５２ｂの幅５２Ｌの１／２倍以内に調整されていると、分割マスク材５２ｂ上の略中心において、分割マスク材５２ｂの両端縁から横方向に成長するニッケル金属膜８２の接触が禁止され、この分割絶縁層５２ｂの略中心に沿って空間を有する溝を形成することができる。ここでいう分割マスク材５２ｂの幅５２Ｌとは、分割マスク材５２ｂを挟んで露出しているアルミニウム金属膜４２を結ぶ距離が最小となる距離を指すのが好ましい。この最小となる分割マスク材５２ｂの距離に対して、ニッケル金属膜８２の層厚８２Ｈを１／２以内に調整すると、全ての分割マスク材５２ｂ上の略中心において溝を形成することができる。
【００２３】
次に、図７に示すように、ニッケル金属膜８２上に、無電解めっき法を用いて金を主成分とする金薄膜８４を成膜し、はんだとの濡れ性を確保することができる。
次に、ダイシング技術などを用いて、この半導体装置はチップ毎に切り出される。チップ毎に切り出された半導体装置は、例えばプリント基板上に配置される。
【００２４】
次に、図８に示すように、金薄膜８４上にはんだ９２を用いてバスバー９４を電気的に接続する。なお、このバスバー９４は、図示しない左右方向あるいは紙面奥行き方向において、他の半導体装置の電極あるいは他の部材と電気的に接続される。このとき、はんだは例えば２００〜３５０℃の加熱処理によって溶解された状態で金薄膜８４上に接着される。なお、この加熱処理の温度は使用するはんだの材料によって変動する。このはんだ付けする際の加熱処理の段階で、ニッケル金属膜８２は相転移を起こし結晶化が進行する。このとき、図８に示すように、本実施例のニッケル金属膜８２は、結晶構造の境界８２Ｇによって複数の領域に分断されている。したがって、このニッケル金属膜８２の境界８２Ｇ間が広がることで、この複数の領域に分断されているニッケル金属膜８２のそれぞれの部分において体積の収縮が生じる。このニッケル金属膜８２の体積の収縮に比して、アルミニウム金属膜４２の体積の収縮は小さい。したがって、ニッケル金属膜８２には引張り応力が発生し、アルミニウム金属膜４２には圧縮応力が発生する。しかしながら、ニッケル金属膜８２は、複数の領域に分断されているので、それぞれのニッケル金属膜８２がアルミニウム金属膜４２と接する面積は小さい。分断されているそれぞれ領域において連続して伸びる距離が短いので、ニッケル金属膜８２に発生する最大の引張り応力が小さくなる。即ち、発生する引張り応力が広い範囲に分散し、いずれかの位置に集中することが防止されている。同時に、アルミニウム金属膜４２に発生する最大の圧縮応力も小さくすることができる。これにより、はんだ付けする際の加熱処理によって、この応力に基づくニッケル金属膜８２の剥離や、はんだ９２の剥離などの現象を抑制することができる。これにより、半導体装置の不良品の発生率を低減することができる。また、アルミニウム金属膜４２の厚みが薄い場合でも、発生する応力がトレンチゲート電極３２のゲート絶縁膜３４に伝播する現象を抑制することができることから、リーク電流の発生を抑えることもできる。また、発生する応力に基づく半導体２０の破壊、アルミニウム金属膜４２の破壊、さらにニッケル金属膜８２の破壊を抑制することができる。
また、図８に示すように、結晶の境界８２Ｇが広がることで、使用したはんだがこの境界８２Ｇ内に侵入する場合があるかもしれないが、この場合、分割絶縁層５２ｂがアルミニウム金属膜４２との間に介在した状態で存在するので、このはんだとエミッタ電極４２が直接に接触することが禁止される。したがって、はんだ（すずを含有する）とアルミニウム金属膜（アルミニウム）の合金が形成されない。もし、合金が形成されてしまうと、その合金は脆いことから、ニッケル金属膜８２が剥離する事態や、はんだが剥離する事態が生じ得る。本実施例では分割絶縁層５２ｂの存在によってこの事態に対しても対策が講じられることになる。
【００２５】
（第２実施例） 図１１と図１２を参照して、第２実施例の半導体装置の製造方法を説明する。
図１１に示すように、まず、半導体１２０の表面側の素子領域を形成した後に、アルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜１４２を半導体１２０の表面全体に形成する。次に、このアルミニウム金属膜１４２を、フォトレジスト技術とエッチング技術を用いて素子領域に対応する広がりを持つように加工する。その平面形状は矩形状である。アルミニウム金属膜１４２を覆って半導体１２０の表面全体に酸化シリコンを主成分とする絶縁層１５２を形成し、さらにその絶縁層１５２の表面全体にポリイミドを主成分とするポリイミド膜１７２を成膜する。次に、そのポリイミド膜１７２の表面にレジスト膜（１６４、１６６）をパターニングする。図示１６４のレジスト膜は、アルミニウム金属膜１４２の周縁を一巡する位置に形成される。図示１６６のレジスト膜は、アルミニウム金属膜１４２の表面を複数の領域に分割する格子状に形成される。
【００２６】
次に、図１２に示すように、レジスト膜（１６４、１６６）から露出するポリイミド膜１７２を、エッチング技術を用いて除去する。アルミニウム金属膜１４２の周縁を一巡するレジスト膜１６４の下方には、パッシベーション用ポリイミド膜１７２ａとパッシベーション用絶縁層１５２ａが残存する。さらに、レジスト膜１６６の下方には、バッファ用ポリイミド膜１７２ｂと分割絶縁層１５２ｂが残存し、両者はアルミニウム金属膜１４２の表面を複数の領域に分割する格子状の位置に残存する。
次に、必要に応じて、この段階でドリフト層１２２の裏面側を研磨し（例えば、３７０μm程度の薄板構造とすることができる）、裏面側にｎ＋型バッファ層、ｐ＋型コレクタ層をイオン注入技術等を用いて作成した後に、スパッタ技術を用いてコレクタ電極を蒸着することができる。なお、この段階に先立って、裏面側にｎ＋型バッファ層、ｐ＋型コレクタ層、コレクタ電極を予め作成していても構わない。
次に、無電解めっき法を用いてニッケル金属膜を形成する。析出されるニッケル金属膜は、バッファ用パーシベーション膜１７２ｂの存在によって、確実に複数の領域に分割して形成される。これにより、はんだ付けする際の加熱処理によって、ニッケル金属膜の相転移に伴う体積の収縮に起因する最大の引張り応力は緩和される。同時に、アルミニウム金属膜に発生する最大の圧縮応力は緩和される。第１実施例と同様の作用効果を奏することができる。
【００２７】
（第３実施例） 図１３〜図１６を参照して、第３実施例の半導体装置の製造方法を説明する。
図１３に示すように、まず、半導体２２０の表面側の素子領域を形成した後に、アルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜２４２を半導体２２０の表面全体に形成する。次に、アルミニウム金属膜２４２を、フォトレジスト技術とエッチング技術を用いて素子領域に対応する広がりを持って加工する。その平面形状は矩形状である。アルミニウム金属膜２４２を覆って半導体２２０の表面全体にチタンナイトライド（TiN）を主成分とする金属層（分割部材の一例）を形成する。次に、この金属層を、フォトレジスト技術とエッチング技術を用いて、アルミニウム金属膜２４２表面を複数に分割する格子状に加工する（図示２５４参照）。
【００２８】
次に、図１４に示すように、その金属層２５４を覆って半導体２２０の表面全体に酸化シリコンを主成分とする絶縁層２５２を形成し、さらにその絶縁層２５２の表面全体にポリイミドを主成分とするポリイミド膜２７２を成膜する。次に、そのポリイミド膜２７２の表面にレジスト膜２６４をパターニングして形成する。レジスト膜２６４は、アルミニウム金属膜２４２の周縁を一巡する位置に形成される。
【００２９】
次に、図１５に示すように、露出するポリイミド膜２７２をエッチング技術を用いて除去し、金属層２５４が形成されている領域に対応する絶縁層２５２を露出させる。
次に、図１６に示すように、露出する絶縁層２５２をエッチング法を用いて除去した後に、レジスト膜２６４を剥離する。この工程を経て、アルミニウム金属膜２４２の表面に格子状に形成された金属層２５４が露出した状態を得ることができる。
次に、無電解めっき法によって、ニッケル金属膜を析出する。ニッケル層は、金属層２５４から析出しないので、露出するアルミニウム金属膜２４２の表面からのみ等方的に析出する。金属層２５４に沿って結晶構造が不連続な境界を有するニッケル金属膜を得ることができる。即ち、ニッケル金属膜は、その境界によって複数の領域に分割して形成される。これにより、はんだ付けをする際の加熱処理によって、ニッケル金属膜の相転移に伴う体積の収縮に起因する最大の引張り応力は緩和される。同時に、アルミニウム金属膜に発生する最大の圧縮応力は緩和される。第１実施例と同様の作用効果を奏することができる。
【００３０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、変更したものが含まれる。
また、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合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合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し得るものであり、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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（１）。
【図２】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（２）。
【図３】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（３）。
【図４】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（４）。
【図５】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（５）。
【図６】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（６）。
【図７】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（７）。
【図８】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す（８）
【図９】第１実施例の半導体装置の平面図を示す（１）。
【図１０】第１実施例の半導体装置の平面図を示す（２）。
【図１１】第２実施例の半導体装置の製造工程を示す（１）。
【図１２】第２実施例の半導体装置の製造工程を示す（２）。
【図１３】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す（１）。
【図１４】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す（２）。
【図１５】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す（３）。
【図１６】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す（４）。
【符号の説明】
【００３２】
２０：半導体
２２：ドリフト層
２４：ボディ層
２６：エミッタ領域
２８：ボディコンタクト領域
３２：トレンチゲート電極
３４：ゲート絶縁膜
３６：層間絶縁膜
４２：アルミニウム金属膜
５２：絶縁層
５２ａ：パッシベーション用絶縁層
５２ｂ：分割絶縁層
７２：ポリイミド膜
８２Ｇ：境界
２５４：金属層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の表面に形成されているアルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜と、
そのアルミニウム金属膜の表面の領域を複数に分割する分割部材と、
そのアルミニウム金属膜の表面に形成されているとともに、分割部材の上方において結晶構造が不連続となっている境界を有するニッケルを主成分とするニッケル金属膜を備えている半導体装置。
【請求項２】
前記の結晶構造が不連続となっている境界は、ニッケル金属膜の長手方向を複数に分断していること特徴とする請求項１の半導体装置。
【請求項３】
前記の結晶構造が不連続となっている境界は、ニッケル金属膜を格子状に分断していることを特徴とする請求項２の半導体装置。
【請求項４】
前記の結晶構造が不連続となっている境界に充填されるバッファ部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの半導体装置。
【請求項５】
半導体の表面にアルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜を形成する工程と、
そのアルミニウム金属膜の表面の領域を複数に分割する位置に、ニッケルとの反応性が低い分割部材を形成する工程と、
アルミニウム金属膜の表面にニッケルを主成分とするニッケル金属膜を形成する工程と、
を備えている半導体装置の製造方法。
【請求項６】
ニッケル金属膜は、無電解めっき法を用いて形成することを特徴とする請求項５の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
ニッケル金属膜の層厚を、分割部材の幅の１／２倍以内に調整することを特徴とする請求項５又は６の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
分割部材を形成する工程は、アルミニウム金属膜の周縁を一巡する酸化シリコン又は窒化シリコン又は有機系材料を主成分とする絶縁膜を形成する工程と同時に実施することを特徴とする請求項５〜７のいずれかの半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体の表面に形成されているアルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜と、
そのアルミニウム金属膜の表面の領域を複数に分割する分割部材と、
そのアルミニウム金属膜の表面に形成されているとともに、分割部材の上方において結晶構造が不連続となっている境界を有するニッケルを主成分とするニッケル金属膜を備えている半導体装置。
【請求項２】
前記の結晶構造が不連続となっている境界は、ニッケル金属膜の長手方向を複数に分断していること特徴とする請求項１の半導体装置。
【請求項３】
前記の結晶構造が不連続となっている境界は、ニッケル金属膜を格子状に分断していることを特徴とする請求項２の半導体装置。
【請求項４】
前記の結晶構造が不連続となっている境界に充填されるバッファ部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの半導体装置。
【請求項５】
半導体の表面にアルミニウムを主成分とするアルミニウム金属膜を形成する工程と、
そのアルミニウム金属膜の表面の領域を複数に分割する位置に、ニッケルとの反応性が低い分割部材を形成する工程と、
アルミニウム金属膜の表面にニッケルを主成分とするニッケル金属膜を形成する工程と、
を備えている半導体装置の製造方法。
【請求項６】
ニッケル金属膜は、無電解めっき法を用いて形成することを特徴とする請求項５の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
ニッケル金属膜の層厚を、分割部材の幅の１／２倍以内に調整することを特徴とする請求項５又は６の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
分割部材を形成する工程は、アルミニウム金属膜の周縁を一巡する酸化シリコン又は窒化シリコン又は有機系材料を主成分とする絶縁膜を形成する工程と同時に実施することを特徴とする請求項５〜７のいずれかの半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−１００５３０（Ｐ２００６−１００５３０Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８４１２２（Ｐ２００４−２８４１２２）
【出願日】平成１６年９月２９日（２００４．９．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２９日（２００４．９．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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