[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本说明书中公开的技术涉及一种半导体装置。

背景技术

在日本特开2002-270736号公报中公开了一种半导体装置。该半导体装置具备半导体元件以及接合在半导体元件的电极上的导电性部件。半导体元件的电极与导电性部件通过焊锡而被接合在一起，并在两者之间形成有焊锡接合层。一般地，在利用焊锡对两个部件进行接合的情况下，例如以提高焊接性为目的而广泛地实施在各个部件的表面上形成镍膜的措施。另外，在本说明书中所说的焊锡并不局限于锡与铅的合金，也包括以锡为主要成分的各种无铅焊锡。

发明内容

当电流在半导体元件及导电性部件中流通时，半导体元件以及导电性部件的温度将分别上升。尤其是半导体元件，由于与导电性部件相比发热量较多，因此与导电性部件相比容易变为高温。因此，在半导体元件的电极与焊锡接合层的界面处，镍从镍膜向焊锡接合层扩散，从而容易生成镍-锡系的金属间化合物(例如Ni₃Sn₄)。当过剩地生成这种金属间化合物时，有可能会由于产生例如空洞之类的缺陷，而发生接合强度的降低或电阻的增大之类的不良情况。

鉴于上述的问题，本说明书提供一种能够抑制半导体元件的电极与焊锡接合层的界面处的金属间化合物的生成的技术。

在此所公开的半导体装置具备半导体元件与导电性部件。半导体元件具有第一电极与第二电极，并允许电流从第一电极向第二电极流通且禁止电流从第二电极向第一电极流通。导电性部件经由焊锡接合层而与半导体元件的第二电极接合。与焊锡接合层接触的第二电极的表面由以镍为主要成分的金属材料构成，与焊锡接合层接触的导电性部件的表面由以铜为主要成分的金属材料构成。而且，焊锡接合层具有第一化合物层和第二化合物层，所述第一化合物层位于焊锡接合层与第二电极的界面处且由镍-锡系的金属间化合物构成，所述第二化合物层位于焊锡接合层与导电性部件的界面处且由铜-锡系的金属间化合物构成。

在上述的半导体装置中，半导体元件只允许从第一电极向第二电极流通的电流。因此，在与第二电极接合的焊锡接合层中，电流仅可向从半导体元件朝向导电性部件的方向流通。在该情况下，焊锡接合层的电子的流动始终为从导电性部件朝向半导体元件的方向。通过该电子的单向的流动，从而构成第二化合物层的铜-锡系的金属间化合物朝向第一化合物层移动，并堆积在第一化合物层上。这种现象被称为电迁移(electromigration)。当第一化合物层被铜-锡系的金属间化合物覆盖时，镍从第二电极向焊锡接合层的扩散会被抑制。由此，第二电极与焊锡接合层的界面处的金属间化合物的生成被抑制。另一方面，在导电性部件与焊锡接合层的界面处，由于温度比较低，因此第二化合物层的生长小到可允许的程度。

附图说明

图1为表示实施例1的半导体装置10的剖视图。

图2为表示实施例1的半导体装置10的电结构的电路图。

图3示意性地表示由焊锡接合层34实现的半导体元件20的第二电极22与散热板14之间的接合结构。

图4为表示图3中的Ⅳ部的电子显微镜照片。

图5示意性地表示由电迁移实现的阻挡层34d的形成。

图6(A)以及图6(B)表示对通过电迁移而形成的阻挡层34d进行显示的电子显微镜照片。

图7示意性地表示由焊锡接合层32实现的半导体元件20的第一电极21与正端子16的接合结构。

图8为表示实施例2的半导体装置50的俯视图。

图9表示实施例2的半导体装置50的内部结构。但是，省略了第一散热板62、第二散热板64以及密封体52的一部分。

图10为图8中的Ⅹ-Ⅹ线处的剖视图。

图11为图9中的Ⅺ-Ⅺ线处的剖视图。

图12为表示实施例2的半导体装置50的电结构的电路图。

图13为半导体装置50的一个使用例，且表示使用了多个半导体装置50的电力控制装置120。

图14(A)为图10中的A部的放大图，图14(B)为图10中的B部的放大图，图14(C)为图11中的C部的放大图，图14(D)为图11中的D部的放大图。