半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利摘要】在碳化硅基板上形成了多個(gè)的半導(dǎo)體元件中形成電極層(1)，在將各個(gè)電極層(1)隔開(kāi)的碳化硅基板的露出面區(qū)域內(nèi)切斷而使半導(dǎo)體元件單片化，用應(yīng)力緩和樹(shù)脂(7)覆蓋單片化了的半導(dǎo)體元件的電極層形成面的外周端部中的露出面。由此，得到即使在使用了碳化硅等化合物半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體元件中，也與密封樹(shù)脂(R)的粘接力高，且不易由于動(dòng)作時(shí)的熱應(yīng)力而引起密封樹(shù)脂(R)的裂紋、剝離的半導(dǎo)體裝置(PM)。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有在電力控制中使用的功率半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置的制造方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 在使用了功率半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置中，使用了將半導(dǎo)體元件用環(huán)氧樹(shù)脂等熱 硬化性樹(shù)脂密封了的模塑密封型的裝置、和用凝膠狀樹(shù)脂密封了的凝膠密封型的裝置。特 別地，模塑密封型的半導(dǎo)體裝置小型且可靠性優(yōu)良，處置容易，所以廣泛用于空調(diào)設(shè)備的控 制等。另外，近年來(lái)，還用于進(jìn)行馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)的動(dòng)力控制等。
[0003] 通常，半導(dǎo)體元件是將在半導(dǎo)體晶體基板（以下稱為半導(dǎo)體基板）上形成了很多 個(gè)的半導(dǎo)體元件在切割（dicing)工序中切分為單片（芯片）而制作的。在超過(guò)幾百V的高 電壓下使用的半導(dǎo)體元件為了實(shí)現(xiàn)成為主電極的上部電極焊盤(pán)與金屬框架側(cè)之間的絕緣， 以包圍上部電極焊盤(pán)的外周的方式形成由樹(shù)脂材料構(gòu)成的絕緣膜。但是，為了防止在切割 工序中使用的切割刀片的堵塞，絕緣層在切割區(qū)域中未被覆蓋。針對(duì)半導(dǎo)體元件，在接合到 金屬框架之后布線，用熱硬化性樹(shù)脂密封，而完成半導(dǎo)體裝置。
[0004] 在上述半導(dǎo)體裝置中，在動(dòng)作時(shí)半導(dǎo)體元件發(fā)熱，所以在半導(dǎo)體元件與密封樹(shù)脂 之間發(fā)生熱應(yīng)力。該熱應(yīng)力除了半導(dǎo)體芯片與密封用樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)的差異以外，還起 因于密封樹(shù)脂的硬化收縮。通常，半導(dǎo)體元件是四邊形的半導(dǎo)體芯片，在四角的端部產(chǎn)生應(yīng) 力最大的應(yīng)力，所以有在四角的粘接界面中發(fā)生剝離缺陷的擔(dān)心。
[0005] 在以往的半導(dǎo)體裝置中，將半導(dǎo)體芯片露出了的切割區(qū)域用硅烷系樹(shù)脂膜蓋住， 提高與密封樹(shù)脂的粘接力（例如參照專利文獻(xiàn)1)。
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)平2-308557號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 對(duì)將SiC(碳化硅）晶體作為基板而制作了的SiC半導(dǎo)體元件進(jìn)行了各種研宄的 結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了在SiC晶體的表面上，不易形成硅烷系樹(shù)脂膜，即便形成，SiC半導(dǎo)體元件和密 封樹(shù)脂的貼緊性提高的效果也低。其原因考慮為，例如在SiC基板的表面，相比于Si，不易 形成氧化膜層，在表面并不大量存在可與娃燒偶聯(lián)劑（silanecouplingagent)結(jié)合的OH 基。
[0008] 本發(fā)明是為了解決上述那樣的課題而完成的，得到一種即使在SiC半導(dǎo)體元件 中，也與密封樹(shù)脂的粘接力高，不易由于動(dòng)作時(shí)的熱應(yīng)力引起密封樹(shù)脂的裂紋、剝離的半導(dǎo) 體裝置。
[0009] 本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括：對(duì)在碳化硅基板上形成了多個(gè)的半導(dǎo)體元 件分別形成電極層的工序；在將電極層在同一面上隔開(kāi)的碳化硅基板的露出面區(qū)域內(nèi)切斷 碳化硅基板而使半導(dǎo)體元件單片化的工序；用應(yīng)力緩和樹(shù)脂覆蓋單片化了的半導(dǎo)體元件的 電極層形成面的外周端部中的露出面的工序；對(duì)電極層連接引線部件的工序；以及用密封 樹(shù)脂對(duì)用應(yīng)力緩和樹(shù)脂覆蓋了的半導(dǎo)體元件進(jìn)行密封的工序。
[0010] 能夠抑制動(dòng)作時(shí)的熱應(yīng)力所致的覆蓋半導(dǎo)體元件的密封樹(shù)脂的剝離、裂紋發(fā)生， 所以半導(dǎo)體裝置的可靠性提高。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造例的剖面圖。
[0012] 圖2是形成了本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體元件部的階段中的半導(dǎo)體基板的放大 平面圖。
[0013] 圖3是形成了本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體元件部的階段中的半導(dǎo)體基板的放大 剖面圖。
[0014] 圖4是切割了本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體基板的階段中的半導(dǎo)體元件的放大剖 面圖。
[0015] 圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體元件的外周端部的放大剖面圖。
[0016] 圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體元件的外周端部的放大剖面圖。
[0017] 圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式2的半導(dǎo)體元件的外周端部的放大剖面圖。
[0018] 圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式2的半導(dǎo)體元件的外周端部的放大剖面圖。
[0019] 圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造的剖面圖。
[0020] (附圖標(biāo)記說(shuō)明）
[0021] 1 :主電極；2 :絕緣層；3 :切割區(qū)域；4 :外周端部；5 :切割線；6 :切斷面；7 :覆蓋 層；9 :引線部件；10 :散熱器；S:半導(dǎo)體基板；R:密封樹(shù)脂。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 實(shí)施方式1.
[0023] 圖1是示出本實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置PM的構(gòu)造例的主要部剖面圖。在由SiC構(gòu) 成的半導(dǎo)體基板S上形成有主電極1，主電極1的外周端部由絕緣層2覆蓋。半導(dǎo)體基板S 的外周端部上由覆蓋層7覆蓋。在通常的情況下，半導(dǎo)體基板S的最表面的整個(gè)面由外延 生長(zhǎng)層構(gòu)成，主電極1形成于該外延層上。半導(dǎo)體基板S、主電極1、絕緣層2、覆蓋層7構(gòu) 成了半導(dǎo)體元件。覆蓋層7是以聚酰亞胺樹(shù)脂或者聚酰胺樹(shù)脂為主成分、用于實(shí)現(xiàn)針對(duì)后 述密封樹(shù)脂的應(yīng)力緩和的層。主電極1是用于使半導(dǎo)體元件的主電流進(jìn)行通電的電極，與 控制用的柵電極等區(qū)分。在半導(dǎo)體元件中，半導(dǎo)體基板S經(jīng)由接合材料8固定于通電部件 10,主電極1與引線部件9接合。通電部件10是在半導(dǎo)體基板S的與主電極1的形成面相 向的面上配置的部件，具體而言，是兼作由以銅為主成分的材料構(gòu)成的散熱器的部件、引線 框架。該半導(dǎo)體元件是用于進(jìn)行電力控制的功率半導(dǎo)體元件，在半導(dǎo)體基板S的接合材料 8側(cè)形成未圖示的背面電極。半導(dǎo)體元件通過(guò)以包含填料粒子的環(huán)氧樹(shù)脂為主成分的密封 樹(shù)脂R密封從而被保護(hù)，被用作半導(dǎo)體裝置PM。
[0024] 圖2是經(jīng)過(guò)了在多個(gè)半導(dǎo)體元件中形成層狀或者膜狀的主電極1的工序的、由碳 化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板S的放大平面圖。在半導(dǎo)體晶片上形成了很多個(gè)的半導(dǎo)體元件形成 于以包括主電極1、和覆蓋主電極1的外周部的絕緣層2的方式劃定的區(qū)域內(nèi)。各個(gè)半導(dǎo)體 元件之間的隔開(kāi)主電極1以及絕緣層2的區(qū)域成為切割區(qū)域3,在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行半導(dǎo)體基板 S的切斷。在切割區(qū)域3中未形成絕緣層2,成為外延層或者半導(dǎo)體基板S露出了的露出面 區(qū)域。
[0025] 圖3是示意地示出將圖2的線段ab作為切斷部的、形成了半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體基 板S的剖面的放大剖面圖。主電極1的外周端部4被絕緣層2蓋住。在大致50?150ym 的范圍內(nèi)，選擇切割區(qū)域3的寬度W。
[0026] 圖4是經(jīng)過(guò)了將半導(dǎo)體基板S切斷的切割工序的階段中的、半導(dǎo)體元件外周端部 的放大剖面圖。在圖3的所有切割區(qū)域3中進(jìn)行了切割的結(jié)果，按照切割線5將半導(dǎo)體元 件切開(kāi)而單片化為各個(gè)半導(dǎo)體元件。通過(guò)切割產(chǎn)生的切斷面6有時(shí)殘留切斷的痕跡。
[0027] 在各半導(dǎo)體元件被單片化之后，能夠單獨(dú)地實(shí)施動(dòng)作試驗(yàn)。半導(dǎo)體元件具有絕緣 層2,所以能夠?qū)嶋H上施加高電壓來(lái)確認(rèn)是否滿足必要的耐電壓性能。在特性不滿足基準(zhǔn)的 情況下，成為不良品。
[0028] 圖5是示出在半導(dǎo)體元件的外周端部形成了覆蓋層7的狀態(tài)的放大剖面圖。通過(guò) 覆蓋層7,覆蓋了在半導(dǎo)體元件外周殘留的半導(dǎo)體基板S的露出面區(qū)域。覆蓋層7是覆蓋半 導(dǎo)體元件的外周端部整體的層，是針對(duì)密封樹(shù)脂R的應(yīng)力緩和樹(shù)脂層。
[0029] 另外，在半導(dǎo)體元件上熱應(yīng)力最高的點(diǎn)是四角，所以在大部分的情況下，剝離從四 角區(qū)域發(fā)生而向內(nèi)側(cè)的區(qū)域傳播。因此，即使在覆蓋區(qū)域限定于四角附近區(qū)域的情況下，也 能夠?qū)崿F(xiàn)不易產(chǎn)生初始剝離的半導(dǎo)體裝置。通過(guò)限定覆蓋區(qū)域，能夠簡(jiǎn)化涂敷工序來(lái)提高 生產(chǎn)性。
[0030] 另外，在圖5中，以接近的狀態(tài)配置了 2個(gè)半導(dǎo)體元件。其設(shè)想了在切割之前在半 導(dǎo)體基板S背面粘貼切割帶（dicingtape)，使刀片不切斷切割帶，而半導(dǎo)體元件殘留在切 割帶上的狀態(tài)。如果在切割帶上固定了的狀態(tài)的半導(dǎo)體元件中形成覆蓋層7,則處置變得容 易。另外，也可以在將切割了的半導(dǎo)體元件接合到框架等部件的狀態(tài)下，形成覆蓋層7。
[0031] 在模塑密封型的半導(dǎo)體裝置的制造工序中，首先，使用焊錫等接合材料，將半導(dǎo)體 元件接合到通電部件10。通電部件10是金屬制的部件，除了薄板狀的引線框架以外，也可 以是兼作散熱器的金屬板。接下來(lái)，對(duì)半導(dǎo)體元件的上部電極焊盤(pán)連接引線部件。引線部 件由金屬細(xì)線導(dǎo)線、金屬帶子（metallicribbon)、金屬薄板等構(gòu)成。在連接方法中，有對(duì)金 屬細(xì)線導(dǎo)線、金屬帶子進(jìn)行超聲波接合的方法、和將金屬薄板經(jīng)由焊錫等接合材料接合的 方法。各引線部件與對(duì)應(yīng)的引線端子部連接而形成包括半導(dǎo)體元件的電路。在引線部件的 連接之后，經(jīng)過(guò)利用密封樹(shù)脂R的密封（模塑）工序，制作半導(dǎo)體裝置。關(guān)于密封工序，利 用傳遞模塑法（transfermolding)的加壓成形是適合的，另外，也可以使用使液狀的密封 樹(shù)脂流入的澆灌法。
[0032] 在上述切割工序中，使用使通過(guò)金屬加固了金剛石粉末的刀刃（刀片）高速旋轉(zhuǎn) 而機(jī)械地切斷的刀片切割法、照射激光而使用恪融、消融、熱割斷（thermalcutting)、多晶 化等現(xiàn)象來(lái)切斷的激光切割法。
[0033] 如果在切割區(qū)域3中，覆蓋了由樹(shù)脂構(gòu)成的絕緣層2,則在刀片切割法中有產(chǎn)生刀 片的堵塞的擔(dān)心。如果在刀片中產(chǎn)生堵塞，則在切斷時(shí)易于引起被稱為碎肩（chipping)的 不良情況，存在生產(chǎn)性顯著降低的問(wèn)題。在硬度高的SiC基板的切斷中，需要使用磨粒密度 高的刀片，與切斷Si(硅）的基板的情況相比較時(shí)，易于產(chǎn)生堵塞。
[0034] 另外，在進(jìn)行多晶化的激光切割法中，切割區(qū)域3上的絕緣層2成為激光會(huì)聚的妨 礙。在本實(shí)施方式1中，在切割區(qū)域3中不存在絕緣層2,所以能夠順利地進(jìn)行切割工序。
[0035] 關(guān)于切割區(qū)域3,考慮切割工序中的公差，比切割線5設(shè)置得更寬，所以在半導(dǎo)體 元件的絕緣層2的外周側(cè)，殘留半導(dǎo)體基板露出了的區(qū)域。因此，如果在該狀態(tài)下進(jìn)行樹(shù)脂 密封，則產(chǎn)生半導(dǎo)體表面和樹(shù)脂直接接觸的界面。關(guān)于SiC、GaN(氮化鎵）這樣的半導(dǎo)體， 熱膨脹系數(shù)與環(huán)氧樹(shù)脂等密封用樹(shù)脂大不相同，粘接界面的熱應(yīng)力大。因此，通過(guò)交替重復(fù) 在動(dòng)作時(shí)的高溫狀態(tài)和非動(dòng)作時(shí)的低溫狀態(tài)，粘接界面被逐漸破壞。在半導(dǎo)體基板S的端 部，熱應(yīng)力成為最大，所以通常在端部發(fā)生最初的剝離，每當(dāng)重復(fù)施加熱應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力集中 部位從剝離位置逐漸移動(dòng)而剝離發(fā)展。
[0036] 進(jìn)而，通過(guò)溫度循環(huán)試驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，明確了當(dāng)比較半導(dǎo)體基板是Si和SiC 的情況時(shí)，在無(wú)基板端部的涂層的狀態(tài)下，在SiC基板中，剝離以Si基板的幾倍的速度發(fā) 展。認(rèn)為其原因在于，在Si基板的情況下，在Si表面易于產(chǎn)生自然氧化膜，相對(duì)于此，在 SiC的表面，幾乎不產(chǎn)生，所以環(huán)氧樹(shù)脂和SiC的粘接強(qiáng)度低。
[0037] 另外，以SiC、GaN為半導(dǎo)體基板S的功率半導(dǎo)體元件即使成為超過(guò)150°C的高溫 也能夠動(dòng)作，即使在樹(shù)脂密封了的模塊中，也要求接近200°C的高溫狀態(tài)下的動(dòng)作。但是，關(guān) 于更高的溫度下的動(dòng)作，溫度變化幅度變大，所以熱應(yīng)力變大，與密封樹(shù)脂的粘接面中的剝 離的問(wèn)題變得顯著。因此，在半導(dǎo)體元件外周部的界面中，以少的動(dòng)作次數(shù)發(fā)生密封樹(shù)脂的 微裂紋、剝離，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生半導(dǎo)體芯片的布線變形、破損的現(xiàn)象。
[0038] 在本實(shí)施方式中，在SiC基板中在SiC露出的基板外周部，涂敷聚酰亞胺系樹(shù)脂或 者聚酰胺系樹(shù)脂的覆蓋層7,覆蓋了SiC的露出部。其結(jié)果，密封后的基板端部成為SiC和 覆蓋層的界面、以及覆蓋層和密封樹(shù)脂的界面。在使用了該結(jié)構(gòu)時(shí)，發(fā)現(xiàn)與SiC和密封樹(shù)脂 直接粘接的界面相比，剝離速度（剝離發(fā)展長(zhǎng)度/循環(huán)數(shù)）大幅降低。在覆蓋層7的形成 中，能夠使用靜電涂敷方式、分配（dispense)方式、噴墨（ink-jet)方式等方法。在涂敷時(shí)， 如果使主電極側(cè)朝下，將噴射噴嘴配置于半導(dǎo)體基板S的下方，從下方噴涂樹(shù)脂，則通過(guò)樹(shù) 脂的重力，能夠?qū)雽?dǎo)體基板S端部的厚度確保得稍微厚。另外，通過(guò)限定于半導(dǎo)體元件的 四角而涂敷，能夠提高吞吐量。
[0039] 另外，如果使用將形成覆蓋層7之前的半導(dǎo)體元件接合到通電部件10并連接引線 部件之后形成覆蓋層7的工序順序，則與引線部件重疊的區(qū)域的覆蓋層的形成變得困難。 例如，在使用液狀的樹(shù)脂材料并進(jìn)行噴涂、浸漬而涂敷的情況下，難以將覆蓋層7的厚度控 制為最佳的范圍、或者使厚度、品質(zhì)變得均勻。厚度的偏差與可靠性的偏差直接相關(guān)，所以 不能說(shuō)是工業(yè)上適合的方法。
[0040] 關(guān)于絕緣層2的材料，通常，聚酰亞胺系樹(shù)脂或者聚酰胺系樹(shù)脂是適合的，也可以 用相同種類的材料形成絕緣層2和覆蓋層7。在該情況下，在覆蓋層7中，能夠使用固體含 有率比絕緣層2高的樹(shù)脂。通過(guò)使用固體含有率高的液狀涂料，能夠防止半導(dǎo)體元件外周 端中的膜厚變得過(guò)薄。例如，在從外周端連續(xù)地變厚的覆蓋層中，在從外周端起30ym的位 置確保8ym以上的膜厚，從而能夠有效地抑制密封樹(shù)脂的剝離發(fā)展。
[0041] 另外，覆蓋層7的形成位置不限于圖5的形式。圖6是示出實(shí)施方式1的半導(dǎo)體 元件的外周端部的放大剖面圖，覆蓋層7的覆蓋區(qū)域還達(dá)到絕緣層2的上側(cè)。即使絕緣層2 和覆蓋層7的材料不同，樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)的差小，剝離發(fā)展的可能性低。因此，使用了圖 6的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置能夠起到與圖5的形式的半導(dǎo)體裝置大致同樣的作用效果。
[0042] 根據(jù)實(shí)施方式1，即使對(duì)于設(shè)為SiC等的半導(dǎo)體基板S的功率半導(dǎo)體元件，也能夠 得到使用利用了高電壓的個(gè)體試驗(yàn)、和生產(chǎn)性高的切割工序，同時(shí)密封樹(shù)脂的粘接力高的、 針對(duì)重復(fù)動(dòng)作的可靠性優(yōu)良的半導(dǎo)體裝置。另外，通過(guò)在覆蓋層7中應(yīng)用絕緣性高的聚酰 亞胺樹(shù)脂等，半導(dǎo)體元件的絕緣特性提高。
[0043] 如上所述，關(guān)于半導(dǎo)體裝置的制作順序，在形成覆蓋層7之后，進(jìn)行半導(dǎo)體元件向 通電部件10的接合和引線部件9的布線即可。在接合到通電部件10之后，為了形成覆蓋 層7,需要用于防止覆蓋層7的絕緣性材料附著到包括通電部件10的元件以外的部件的措 施。
[0044] 另外，關(guān)于在接合引線部件9之后涂敷覆蓋層7的方式，難以向成為引線部件9的 影子的部分涂敷，所以不能說(shuō)是適合的方法。
[0045] 另外，在專利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)了以將應(yīng)力集中部分散而降低發(fā)生應(yīng)力的目的將 四角斜斜地削掉而形成了傾斜面的半導(dǎo)體芯片。但是，SiC非常堅(jiān)硬（莫氏硬度（Mohs hardness) 13)，芯片端部的傾斜面加工不容易。另外，還有在加工時(shí)產(chǎn)生芯片缺口而可靠性 降低的可能性，是在工業(yè)上難以利用的方法。因此，為了抑制密封樹(shù)脂和半導(dǎo)體元件的剝 離，使用本發(fā)明的覆蓋層7成為適合的解決對(duì)策。
[0046] 實(shí)施方式2.
[0047] 圖7是示出實(shí)施方式2的半導(dǎo)體元件的外周端部的放大剖面圖，覆蓋層7的覆蓋 區(qū)域還達(dá)到切斷面6。關(guān)于半導(dǎo)體基板S，即便芯片尺寸小，也是3mm見(jiàn)方的正方形，厚度是 100ym?400ym程度，所以在厚度方向上產(chǎn)生的熱應(yīng)力相對(duì)小。因此，本實(shí)施方式2的覆 蓋層7能夠?qū)崿F(xiàn)在與半導(dǎo)體基板S的粘接界面中不易產(chǎn)生初始剝離，針對(duì)溫度變化的可靠 性高的半導(dǎo)體裝置。
[0048] 另外，半導(dǎo)體基板S的背面至主電極1的沿面距離變長(zhǎng)，所以能夠得到絕緣耐壓高 的半導(dǎo)體裝置。另外，通過(guò)絕緣層2,確保半導(dǎo)體元件的耐電壓，所以當(dāng)然能夠?qū)嵤﹩纹?的半導(dǎo)體元件的高電壓條件下的動(dòng)作試驗(yàn)。
[0049] 圖8是示出實(shí)施方式2的半導(dǎo)體元件的外周端部的放大剖面圖，覆蓋層7的覆蓋 區(qū)域達(dá)到切斷面6的整體。通過(guò)將半導(dǎo)體基板S載置到適合的平板臺(tái)座或者粘著片來(lái)形成 覆蓋層7,能夠防止覆蓋層7蔓延到半導(dǎo)體基板S的背面?zhèn)?。通過(guò)覆蓋層7覆蓋切斷面6的 整體，基于切斷面6的銷(xiāo)固效應(yīng)（anchoringeffect)變大，能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)溫度變化的可靠 性高的半導(dǎo)體裝置。
[0050] 實(shí)施例
[0051] 圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置PM1的構(gòu)造的剖面圖。半導(dǎo)體裝置PM1 是將第1半導(dǎo)體元件D1、和第2半導(dǎo)體元件D2并聯(lián)地連接了的功率模塊，基本的結(jié)構(gòu)與圖 1所示相同。第1半導(dǎo)體元件D1和第2半導(dǎo)體元件D2分別具備主電極、絕緣層、覆蓋層，通 過(guò)焊錫或者燒結(jié)性金屬微粒等接合材料接合到成為通電部件的散熱器110。進(jìn)而，具備兼 作與外部電路的端子部件的引線框架112,對(duì)半導(dǎo)體元件D1、D2,作為引線部件，通過(guò)超聲 波接合，連接了由鋁構(gòu)成的導(dǎo)線（wire) 109。另外，導(dǎo)線109的一端與引線框架112連接。 關(guān)于半導(dǎo)體裝置PM1，除了引線框架112的外部端子部以外，整體被環(huán)氧樹(shù)脂等密封樹(shù)脂R1 密封。在密封工序中，通過(guò)傳遞模塑成形，對(duì)完成了導(dǎo)線109的布線的半導(dǎo)體元件的裝配 (assembly)整體進(jìn)行密封。在散熱器110上，粘貼絕緣片111，而確保了半導(dǎo)體裝置PM1的 絕緣性。絕緣片111也可以是金屬箔和絕緣層的二層構(gòu)造。在該情況下，絕緣層側(cè)成為向 散熱器110的粘接層。
[0052] 安裝了 的半導(dǎo)體元件D1、D2 是例如IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor， 絕緣柵雙極晶體管）、M0SFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，金 屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）這樣的開(kāi)關(guān)元件、肖特基勢(shì)皇二極管等整流元件。關(guān)于開(kāi) 關(guān)元件，與上表面的主電極并排地配置了控制電極，連接未圖示的控制電極用的引線部件。 在M0SFET的情況下，形成了成為主電極的源電極、成為控制電極的柵電極。這些電極通過(guò) 導(dǎo)線那樣的布線部件與其他元件、引線框架112等端子部件連接而形成模塊內(nèi)的電路以及 與模塊外部的供電路徑。在導(dǎo)線等引線部件中，除了鋁以外，以導(dǎo)電性高的銅、銀為主成分 的部件是適合的。半導(dǎo)體元件D1、D2具有為了使上表面?zhèn)鹊闹麟姌O和散熱器110側(cè)絕緣而 形成了的絕緣層、和在將半導(dǎo)體元件切割之后在外延層上形成了的覆蓋層。
[0053] 這樣形成了電路的所謂框架裝配（密封前的半導(dǎo)體裝置）以使成為外部引線部的 引線框架112的端部、成為散熱面的金屬箔部分露出的方式，通過(guò)密封樹(shù)脂R1密封，構(gòu)成半 導(dǎo)體裝置PM1。
[0054] 關(guān)于在本實(shí)施例中構(gòu)成模塊的各部件的線膨脹系數(shù)，SiC的半導(dǎo)體基板S是3? 5ppm/K，以銅為主成分的散熱器110、引線框架112是17ppm/K，以鋁為主成分的導(dǎo)線109是 23ppm/K。散熱器110的厚度優(yōu)選為1. 5?5mm，在本實(shí)施例中使用了 3mm。
[0055] 關(guān)于絕緣片，為了使從半導(dǎo)體元件發(fā)熱了的熱高效地散熱，在環(huán)氧等樹(shù)脂中以 70vol%程度的高的填充率填充了熱傳導(dǎo)性優(yōu)良的無(wú)機(jī)粉末填料。由此，使熱傳導(dǎo)性提高， 將線膨脹系數(shù)抑制為10?20ppm/K程度。
[0056] 關(guān)于密封樹(shù)脂，作為彈性模量的范圍，能夠選擇5?30GPa，但如果考慮與引線框 架、元件的熱應(yīng)力，則優(yōu)選為10?15GPa。關(guān)于密封樹(shù)脂的線膨脹系數(shù)，考慮與散熱器的界 面中的熱應(yīng)力，優(yōu)選調(diào)整為10?17ppm/K的范圍。在本實(shí)施例中，使用了 13ppm/K的密封 樹(shù)脂。另外，在通電部件是在陶瓷基板上層疊了電極圖案的絕緣基板的情況下，由于絕緣基 板的線膨脹系數(shù)小于10ppm/K，所以優(yōu)選使用線膨脹系數(shù)是10?12ppm/K程度的密封樹(shù)脂。 如果線膨脹系數(shù)是10?12ppm/K程度，則與半導(dǎo)體基板S的線膨脹系數(shù)的差縮小，即使在 半導(dǎo)體元件Dl、D2的外周端部SiC基板露出，界面剝離的問(wèn)題顯著化的可能性也低。
[0057] 在密封樹(shù)脂、覆蓋樹(shù)脂中，填充絕緣性的填料。作為絕緣性的填料，使用熔融二氧 化硅等線膨脹系數(shù)小的無(wú)機(jī)粉末、熱傳導(dǎo)性優(yōu)良的氧化鋁等。另外，能夠從晶體二氧化硅、 玻璃、氮化硼、氮化鋁、碳化硅、天然礦物系等中選擇而使用。根據(jù)著色用、粘度調(diào)整用、潤(rùn)滑 用等必要的用途，能夠選擇粒徑范圍、形狀，并且，也可以組合使用多個(gè)種類的填料。
[0058] 關(guān)于覆蓋層的材料，考慮與密封樹(shù)脂R1的粘接界面中的熱應(yīng)力，定性地說(shuō)彈性模 量小的材料是優(yōu)選的。因此，如果將覆蓋層的彈性模量的上限的基準(zhǔn)作為密封樹(shù)脂的彈性 模量，則10?15GPa的范圍成為上限。關(guān)于覆蓋層，優(yōu)選使用耐熱性優(yōu)良的聚酰亞胺系樹(shù) 脂或者聚酰亞胺一酰胺（polyimide-amide)系樹(shù)脂。另外，也可以使用混合了多個(gè)樹(shù)脂的 材料、添加上述填料而調(diào)整了彈性模量的材料。
[0059] 使用靜電涂敷方式、分配方式、噴墨方式等，以蓋住SiC露出面的方式，形成覆蓋 層7。例如，如果使用分配方式或者噴墨方式對(duì)芯片的SiC露出面進(jìn)行涂覆，則形成圖6、圖 7那樣的涂敷區(qū)。另一方面，在使用了靜電涂敷方式的情況下，形成圖5那樣的涂敷區(qū)。
[0060] 關(guān)于覆蓋層7,既可以使用與絕緣層相同的材料，也可以使用不同的材料。另外，為 了形成圖5那樣的涂敷區(qū)，覆蓋層7的樹(shù)脂的固體含有率優(yōu)選高于絕緣樹(shù)脂的固體含有率。
[0061] 在本實(shí)施例中，作為覆蓋層的材料，使用感光性聚酰亞胺樹(shù)脂（HDMicro公司制 HD8930)以及聚酰胺一酰亞胺（polyamide-imide)樹(shù)脂（日立化成制HL-1210N)來(lái)調(diào)整材 料，使用具有表1所示的各種彈性模量的材料來(lái)制作試驗(yàn)?zāi)K。另外，還制作將丙烯酸樹(shù)脂 作為覆蓋層的模塊。
[0062] 在試驗(yàn)?zāi)K中，在覆蓋層的涂覆中使用了靜電涂敷法。靜電涂敷裝置由靜電涂敷 噴嘴、藥液供給系、高壓電源、XYZ0臺(tái)、對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)等構(gòu)成。在涂覆之后，在100?140°C的溫 度下，烘烤幾分鐘而去除膜中的溶劑，進(jìn)而在150?200°C下，進(jìn)行幾小時(shí)的熱硬化，形成覆 蓋層。如果覆蓋層的形成溫度成為250°C以上，則成為焊接的接合面的電極表面劣化而焊錫 潤(rùn)濕性降低，所以在250°C以下硬化。
[0063] 表1是示出制作了的模塊（1)?（8)的覆蓋層的樹(shù)脂種類、和可靠性試驗(yàn)的結(jié)果 的一覽表。關(guān)于模塊（2)?（8)，在覆蓋層中使用了的樹(shù)脂的彈性模量和斷裂伸長(zhǎng)率不同。 在可靠性試驗(yàn)中，實(shí)施了熱循環(huán)試驗(yàn)、和功率循環(huán)試驗(yàn)。
[0064] 將模塊放入可控制溫度的恒溫槽，使恒溫槽內(nèi)的溫度在-60°C與180°C之間重復(fù) 往返而實(shí)施熱循環(huán)試驗(yàn)。
[0065] 直至半導(dǎo)體元件的溫度成為200°C為止通電，如果達(dá)到200°C，則停止通電，直至 半導(dǎo)體元件的溫度成為120°C為止冷卻，在冷卻之后，再次通電，而實(shí)施功率循環(huán)試驗(yàn)。
[0066] 關(guān)于可靠性試驗(yàn)的判定基準(zhǔn)，設(shè)為在熱循環(huán)試驗(yàn)經(jīng)過(guò)1800循環(huán)之后不發(fā)生剝離， 在功率循環(huán)試驗(yàn)經(jīng)過(guò)200k循環(huán)之后不發(fā)生剝離。
[0067][表1]
[0068]

【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括： 對(duì)在碳化硅基板上形成了多個(gè)的半導(dǎo)體元件分別形成電極層的工序； 在將所述電極層在同一面上隔開(kāi)的所述碳化硅基板的露出面區(qū)域內(nèi)切斷所述碳化硅 基板而對(duì)半導(dǎo)體元件進(jìn)行單片化的工序； 用應(yīng)力緩和樹(shù)脂覆蓋進(jìn)行了單片化的所述半導(dǎo)體元件的所述電極層的形成面的外周 端部中的所述露出面的工序； 對(duì)所述電極層連接引線部件的工序；以及 用密封樹(shù)脂對(duì)用所述應(yīng)力緩和樹(shù)脂覆蓋了的所述半導(dǎo)體元件進(jìn)行密封的工序。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 應(yīng)力緩和樹(shù)脂的主成分是聚酰亞胺樹(shù)脂或者聚酰亞胺一酰胺樹(shù)脂， 密封樹(shù)脂的主成分是環(huán)氧樹(shù)脂。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 用應(yīng)力緩和樹(shù)脂覆蓋的工序包括： 對(duì)半導(dǎo)體元件涂敷液狀的應(yīng)力緩和樹(shù)脂的工序；以及 使所述應(yīng)力緩和樹(shù)脂在250°C以下加熱硬化的工序。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 應(yīng)力緩和樹(shù)脂的彈性模量是8GPa以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 應(yīng)力緩和樹(shù)脂的斷裂伸長(zhǎng)率是40%以上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在對(duì)半導(dǎo)體元件進(jìn)行單片化的工序之前，包括用絕緣樹(shù)脂蓋住多個(gè)電極層的外周部的 工序， 在對(duì)所述半導(dǎo)體元件進(jìn)行單片化的工序中，在將所述絕緣樹(shù)脂的覆蓋部隔開(kāi)的切割區(qū) 域中切斷碳化硅基板。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 應(yīng)力緩和樹(shù)脂以及絕緣樹(shù)脂的主成分是相同種類的聚酰亞胺樹(shù)脂或者相同種類的聚 酰亞胺一酰胺樹(shù)脂。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 應(yīng)力緩和樹(shù)脂從半導(dǎo)體元件的外周端部連續(xù)地蓋住碳化硅基板的切斷面。
9. 一種半導(dǎo)體裝置，具有使用了碳化硅基板的半導(dǎo)體元件，該半導(dǎo)體裝置的特征在于， 具有： 引線部件，與所述半導(dǎo)體元件的電極層連接； 板狀的通電部件，在所述半導(dǎo)體元件的與所述電極形成面相向的面接合，以銅為主成 分；以及 密封樹(shù)脂，對(duì)所述半導(dǎo)體元件、所述引線部件以及所述通電部件進(jìn)行密封，以環(huán)氧樹(shù)脂 為主成分， 所述半導(dǎo)體元件在電極形成面的外周端部上具有聚酰亞胺樹(shù)脂或者聚酰胺一酰亞胺 樹(shù)脂的覆蓋層， 所述覆蓋層與所述密封樹(shù)脂相接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 密封樹(shù)脂的線膨脹系數(shù)是lOppm以上且17ppm以下。
【文檔編號(hào)】H01L21/56GK104428890SQ201280074596
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月11日
【發(fā)明者】寺井護(hù), 井高志織, 山本圭, 中木義幸 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社