[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造方法，特别涉及在功率半导体元件等中使用铜线进行引线接合的半导体器件及其制造方法。

背景技术

一直以来，半导体器件中的半导体元件(芯片)与导线或电路基板之间的布线使用铝(Al)线进行引线接合，铝线被连接于形成在半导体元件的电极表面的铝或金属的材料。

例如在家用电器、OA设备、音响设备等的电源中可以使用二极管或晶体管等功率(电力控制用)半导体器件，但在该功率半导体器件中，由于功率半导体元件的大电流化及降低成本的要求，也使用铝线作为引线接合的金属线(例如参见日本特开平6-260538号公报)。

另一方面，近年来，如CIPS 2010，March 16-18，2010，Nuremberg/Germany-Paper 3.7所记载，提出了使用在导热系数、电导率等方面有利的铜线进行引线接合的方案，提出了将铜线连接于形成在半导体元件的电极表面的铝材或铜材的方案。通常而言，所述铜线中有细径线和粗径线，细径线的情况使用小于75μm的铜线，通过球焊技术进行布线，此时的半导体元件的电极表面使用铝材。另外，粗径线的情况使用75μm以上的铜线，通过楔焊技术进行布线，此时的半导体元件的电极表面应用铜材。

发明内容

但是，使用小于75μm的细径的铜线的球焊技术中，有时由于球焊时的冲击对半导体元件基板造成破坏，现有的方法中，为了减轻对所述半导体元件的破坏，在半导体基板上的电极形成很厚的铝层，相应地，存在需要材料费的不适宜情况。

另一方面，高输出功率的上述功率半导体器件的情况下，其输出功率取决于铜的线径，因此，需要使用直径粗的铜线，如上所述，75μm以上的粗径的铜线可以利用楔焊技术接合·连接在电极上，但现有的楔焊技术中，仅报道了同种材料之间的连接，为了接合铜线，需要在半导体元件的电极表面使用铜材。

但是，现有的半导体元件的电极表面通常多使用铝材，半导体元件的电极表面使用铜材时存在需要现有的设备的大规模变更的问题。

另外，在将铜线连接在半导体元件的电极上的情况，要求与线径无关、在接合部都能进行具有也能耐受热循环的高接合强度的牢固的接合(高耐热化)。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种半导体器件及其制造方法，所述半导体器件在使用粗径的铜线作为接合材料时，也能在半导体元件的电极表面层使用铝材，而且也不需要浪费地形成很厚的上述铝层，与线径无关地将铜线牢固地接合在半导体元件的电极上，即使对于低温和高温间的热循环，也能得到强度高的接合。

为了实现上述目的，本发明的半导体器件，该半导体器件在半导体元件的电极的表面(最上面)形成有铝层，铜线引线接合于该电极上的半导体器件，其特征在于，在上述铜线与上述电极的铝层的下层金属层之间形成有含有铜及铝的化合物层(铜-铝化合物层)。

上述铜-铝化合物层由选自Al₂Cu₃、Al₄Cu₉、AlCu₃及AlCu₄中的至少一种化合物(所谓的铜丰富的铜-铝化合物)形成。即，形成含有上述化合物中的任一种或几种的化合物。

作为上述电极的铝层的下层金属层，可以使用钛。

作为上述半导体元件的基板，可以使用碳化硅(SiC)。

本发明还提供一种半导体器件的制造方法，在半导体元件的电极的表面形成铝层，将铜线连接于该电极的半导体器件，其特征在于，一边施加超声波振动一边将上述铜线引线接合于上述电极的上述铝层，在上述铜线与上述电极的铝层的下层金属层之间形成含有铜及铝的化合物层(铜-铝化合物层)。

根据上述构成，例如在半导体元件的基板上形成钛层作为电极，在该钛层上形成10μm厚的铝层，一边施加超声波振动一边将铜线引线接合(球焊或楔焊的技术)于该铝层，由此，在铜线与钛层(电极的铝层的下层金属层)之间形成很薄的铜-铝(金属)化合物层。即，通过电极表面的铝层的铝和铜线的铜的反应，在铜线和钛层之间形成Al₂Cu₃、Al₄Cu₉、AlCu₃、AlCu₄等铜丰富的铜-铝化合物层或AlCu层等。

根据本发明的半导体器件及其制造方法，可以与以往同样地在半导体元件的电极的表面使用铝材，可以直接使用在电极的表面形成铝层的现有的半导体元件的制造设备，即使在铜线的情况下，也不需要设备的大规模变更。