半導體裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供在高溫動作中也抑制Cu布線的氧化的半導體裝置。本發(fā)明的半導體裝置具備：基板(1)，具有主面；Cu電極(8)，選擇性地形成于基板(1)的主面一側(cè)；氧化防止膜(14)，形成于Cu電極(8)的上表面的除其端部以外的區(qū)域；有機樹脂膜(10)，形成于基板(1)的主面上，遮覆Cu電極(8)的側(cè)面以及上表面的端部；以及擴散防止膜(11)，在有機樹脂膜(10)與基板(1)的主面之間，與兩者相接而形成，并在有機樹脂膜(10)與Cu電極(8)的側(cè)面以及上表面的端部之間，與兩者相接而形成。
【專利說明】
半導體裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導體裝置，特別涉及防止Cu布線電極氧化的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為在功率用途等中使用的半導體裝置的布線材料，使用Al(鋁)系材料。以往，半導體裝置在小于200°C的溫度下動作，但伴隨要求在超過200°C的高溫下動作，使用寬帶隙半導體的半導體裝置得到重視。其一個例子是使用碳化硅半導體元件的半導體裝置。但是，存在如下問題:在超過200 °C的高溫動作中，由于AI系布線材料與半導體元件的電極的相互反應(yīng)、Al系布線材料的形狀變化等，碳化硅半導體裝置的可靠性下降。因此，作為代替Al的布線材料，能夠在200°C以上的高溫下使用的Cu(銅)得到重視(參照例如專利文獻
Do
[0003]專利文獻1:國際公開第2007 —108439號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]當使將Cu用于布線材料的半導體裝置在200°C以上的溫度下動作時，Cu布線電極的表面被氧化。針對該問題，通常為了應(yīng)對大氣中的靜電等而利用有機樹脂膜覆蓋半導體裝置，而以往，從有機樹脂膜的開口部通過非電解鍍層在Cu布線上形成Ni層，從而抑制Cu布線電極的氧化。但是，存在如下問題:在有機樹脂膜與Ni層的界面處由于密合力不足而生成空孔，氧或者水分從該空孔侵入到Cu布線電極。
[0005]本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于提供在高溫動作中也抑制Cu布線的氧化的半導體裝置。
[0006]本發(fā)明涉及半導體裝置，具備:半導體基板，具有主面;Cu電極，選擇性地形成于半導體基板的主面一側(cè);氧化防止膜，形成于Cu電極的上表面的除其端部以外的區(qū)域;有機樹脂膜，形成于半導體基板的主面上，遮覆Cu電極的側(cè)面以及上表面的該端部；以及無機膜，在有機樹脂膜與所述半導體基板的所述主面之間，與兩者相接而形成，并在所述有機樹脂膜與所述Cu電極的所述側(cè)面及所述上表面的所述端部之間，與兩者相接而形成。
[0007]本發(fā)明的半導體裝置具備:半導體基板，具有主面;Cu電極，選擇性地形成于半導體基板的主面一側(cè);氧化防止膜，形成于Cu電極的上表面的除其端部以外的區(qū)域;有機樹脂膜，形成于半導體基板的主面上，遮覆Cu電極的側(cè)面以及上表面的該端部；以及無機膜，在有機樹脂膜與所述半導體基板的所述主面之間，與兩者相接而形成，并在所述有機樹脂膜與所述Cu電極的所述側(cè)面及所述上表面的所述端部之間，與兩者相接而形成。因此，形成于Cu電極的上表面的氧化防止膜與無機膜的密合力大，所以能夠通過無機膜和氧化防止膜來抑制從有機樹脂膜與氧化防止膜的界面侵入的水、氧到達Cu電極的表面。因此，即使使半導體裝置高溫動作也能夠抑制Cu電極的氧化，半導體裝置的可靠性提高。
【附圖說明】
[0008]圖1是示出本發(fā)明的實施方式I的半導體裝置的構(gòu)造的剖面圖。
[0009]圖2是示出本發(fā)明的實施方式I的半導體裝置的制造工序的剖面圖。
[0010]圖3是示出本發(fā)明的實施方式I的半導體裝置的制造工序的剖面圖。
[0011]圖4是示出本發(fā)明的實施方式I的半導體裝置的制造工序的剖面圖。
[0012]圖5是示出本發(fā)明的實施方式I的半導體裝置的制造工序的剖面圖。
[0013]圖6是示出本發(fā)明的實施方式I的半導體裝置的制造工序的剖面圖。
[0014]圖7是示出本發(fā)明的實施方式I的半導體裝置的制造工序的剖面圖。
[0015]圖8是示出本發(fā)明的實施方式I的半導體裝置的制造工序的剖面圖。
[0016]圖9是示出本發(fā)明的實施方式I的半導體裝置的制造工序的剖面圖。
[0017]圖10是示出本發(fā)明的實施方式2的半導體裝置的構(gòu)造的剖面圖。
[0018]圖11是示出本發(fā)明的實施方式3的半導體裝置的構(gòu)造的剖面圖。
[0019]圖12是示出本發(fā)明的實施方式3的半導體模塊的構(gòu)造的剖面圖。
[0020]圖13是示出使擴散防止膜的膜厚變化時的Cu電極的氧化抗性的圖。
[0021]符號說明
[0022]1:基板；5:肖特基電極(Schottky electrode); 6:勢皇金屬層(Barrier metallayer) ； 7:金屬層;8: Cu電極;8a:第一Cu層;8b:第二Cu層；10:有機樹脂膜;11:擴散防止膜；13:背面外部輸出電極；14:氧化防止膜；14a:第一氧化防止膜；14b:第二氧化防止膜；15:蝕刻掩模(Etching mask); 16:抗蝕劑掩模(Resist mask); 21、23、25:導電板；22:半導體芯片;24:絕緣性陶瓷;27:冷卻器;28:樹脂;100、11、102:碳化硅半導體裝置。
【具體實施方式】
[0023]〈A.實施方式1>
[0024]〈A—1.結(jié)構(gòu)〉
[0025]說明本發(fā)明的實施方式I的半導體裝置的結(jié)構(gòu)。以下，在本說明書中，作為該半導體裝置的一個例子，說明將η型的碳化硅肖特基勢皇二極管(SBD:Schottky d1de)作為碳化硅半導體元件而包括的碳化硅半導體裝置。
[0026]圖1是示出該碳化硅半導體裝置100的結(jié)構(gòu)的、與基板的主面垂直的方向的剖面圖。另外，在圖1中，僅示出了碳化硅半導體裝置100的剖面圖的左邊一半。即，碳化硅半導體裝置100的實際的剖面圖是將圖1所示的剖面圖以其右端為軸左右對稱地設(shè)置而得到的圖。另外，關(guān)于碳化硅半導體裝置100的平面圖，省略圖示，在與基板的主面垂直的方向的任意的剖面圖中，都是圖1所示那樣。
[0027 ]碳化娃半導體裝置100具備作為包含η型的碳化娃的半導體基板(碳化娃基板)的基板1、肖特基電極5、勢皇金屬層6、金屬層7、Cu電極8、氧化防止膜14、擴散防止膜11、有機樹脂膜10以及背面外部輸出電極13。
[0028]雖然在圖1中未示出，但基板I的主面?zhèn)鹊谋韺邮瞧茖?。肖特基電極5形成于基板I的主面，其厚度是10nm以上且500nm以下。勢皇金屬層6以及金屬層7依次層疊于肖特基電極5的上表面。
[0029]勢皇金屬層6的厚度是1nm以上且200nm以下。在金屬層7的上表面，形成作為布線電極的Cu電極SXu電極8包括形成于金屬層7的上表面的下層的第一 Cu層8a和上層的第二Cu層8b。第一Cu層8a是用于形成第二Cu層8b的種子層(seed layer)，第二Cu層8b是表面外部輸出電極。
[°03°]氧化防止膜14包括下層的第一氧化防止膜14a和上層的第二氧化防止膜14b。第一氧化防止膜14a圖案形成于Cu電極8的第二 Cu層Sb的上表面，特別形成于該上表面的除端部以外的區(qū)域。第一氧化防止膜14a由N1、Ag、Sn、Al、Au或者包含它們的合金、或者它們的層疊構(gòu)造形成。另外，從防止Cu電極8氧化的觀點來看，其膜厚是1nm以上且小于ΙΟμπι。
[0031]第二氧化防止膜14b形成于第一氧化防止膜14a的上表面的除其端部以外的區(qū)域。從防止Cu電極8氧化的觀點來看，其膜厚設(shè)為1nm以上且小于ΙΟΟμπι。第二氧化防止膜14b的材料也可以與第一氧化防止膜14a的材料不同，但代表性的材料是N1、Ag、Sn、A1、Au或者包含它們的合金、或者它們的層疊構(gòu)造。
[0032]基板I的漂移層、肖特基電極5、勢皇金屬層6、金屬層7、Cu電極8以及第一氧化防止膜14a的露出面被擴散防止膜11覆蓋。即，基板I的漂移層表面、肖特基電極5、勢皇金屬層6、金屬層7、Cu電極8以及第一氧化防止膜14a的側(cè)面被擴散防止膜11覆蓋。進而，金屬層7形成于勢皇金屬層6的上表面的除其端部以外的區(qū)域(參照圖1)，所以勢皇金屬層6的上表面的該端部也被擴散防止膜11覆蓋。即，金屬層7形成于勢皇金屬層6的上表面的中心側(cè)，在端部區(qū)域形成擴散防止膜11。另外，Cu電極8的上表面的不形成第一氧化防止膜14a的端部也被擴散防止膜11覆蓋。即，在Cu電極8的上表面，在中心側(cè)形成第一氧化防止膜14a，在端部區(qū)域形成擴散防止膜11。另外，第一氧化防止膜14a的上表面的不形成第二氧化防止膜14b的區(qū)域的擴散防止膜11覆蓋。即，在第一氧化防止膜14a的上表面，在中心側(cè)形成第二氧化防止膜14b，在端部區(qū)域形成擴散防止膜11。擴散防止膜11是SiN、S1N或者Si3N4等無機膜。另夕卜，為了阻止氧或者水分侵入到Cu電極8，其膜厚設(shè)為至少10nm以上。
[0033]圖13示出使擴散防止膜11的膜厚變化時的Cu電極8的氧化抗性。使包含SiN的擴散防止膜11的膜厚按10、30、50、100、300、500nm變化，針對各個，在200 °C下進行1000小時的高溫保管試驗。然后，評價此時的Cu電極8的氧化膜厚，如果未形成氧化膜，則用?表示，如果形成有氧化膜，則用X表示。
[0034]根據(jù)圖13可知，如果擴散防止膜11的膜厚是30nm以上，則能夠確保Cu電極8的氧化抗性。但是，被推測為將來在實現(xiàn)了擴散防止膜11的形成方法、膜質(zhì)的高致密化時，能夠?qū)U散防止膜11極端地減小至例如Inm左右。另外，通過將擴散防止膜11設(shè)為ΙΟμ??以下的膜厚，從而能夠抑制由于在擴散防止膜11自身中產(chǎn)生的應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋。
[0035]擴散防止膜11也可以設(shè)為折射率是2.4以上且小于2.7的半絕緣性的SiN。
[0036]擴散防止膜11被有機樹脂膜10覆蓋。有機樹脂膜10是聚酰亞胺，其膜厚設(shè)為3μπι以上且ΙΟΟμπι以下。擴散防止膜11不僅起到防止上述Cu電極8氧化的作用，而且還起到防止Cu從Cu電極8向有機樹脂膜1擴散的作用。
[0037]在基板I的背面、即與形成肖特基電極5的主面相反的一側(cè)的面，形成背面外部輸出電極13。以上，說明了圖1所示的碳化硅半導體裝置100的結(jié)構(gòu)。碳化硅半導體裝置100中的、基板1、肖特基電極5以及勢皇金屬層6構(gòu)成碳化硅肖特基勢皇二極管。
[0038]在這樣的碳化娃半導體裝置100的結(jié)構(gòu)中，由于有機樹脂膜10與氧化防止膜14的密合力不足，在兩者的界面處產(chǎn)生空孔。通過該空孔，水分或者氧侵入到該界面。但是，作為無機膜的擴散防止膜11針對氧化防止膜14的密合性比有機樹脂膜10的高，在擴散防止膜11與有機樹脂膜10的界面處不易產(chǎn)生空孔，所以能夠通過擴散防止膜11抑制該水分或者氧到達至Cu電極8。因此，在高溫動作時，抑制Cu電極8的氧化，碳化硅半導體裝置100的可靠性提尚O
[0039]〈A—2.制造方法〉
[0040]接下來，按照圖2至9，說明圖1所示的碳化硅半導體裝置100的制造方法。圖2至9是示出碳化硅半導體裝置100的制造工序的剖面圖。另外，在圖2至9中，與圖1同樣地，僅示出了碳化硅半導體裝置100的左側(cè)一半的剖面。
[0041]首先，準備包含具有高濃度的雜質(zhì)濃度的η型(η+型)的碳化硅的基板I。然后，在基板I的主面，使用T1、Mo、Ni等靶材，通過例如濺射法，使膜厚是10nm以上且500nm以下的肖特基電極5成膜。肖特基電極5成膜于基板I的漂移層的表面整體。進而，在肖特基電極5的表面整體，通過例如濺射法將TiN制作成膜，形成勢皇金屬層6 ο如果Cu從Cu電極8擴散到肖特基電極5，則導致漏電流的增加等碳化硅半導體裝置的電特性的劣化，所以以防止這一情況為目的而設(shè)置有勢皇金屬層6。從該觀點來看，勢皇金屬層6的膜厚優(yōu)選設(shè)為1nm以上且200nm以下。
[0042]接下來，為了從基板I的周邊部(圖2的左側(cè))去除勢皇金屬層6，將包含利用照相制版的抗蝕劑圖案的蝕刻掩模15僅形成于基板I的中央部(圖2的右側(cè))。然后，使用蝕刻掩模15對勢皇金屬層6進行蝕刻。在勢皇金屬層6是例如TiN的情況下，對勢皇金屬層6進行濕蝕刻。
[0043]接著，使用蝕刻掩模15來進行肖特基電極5的蝕刻。在肖特基電極5的金屬是例如Ti的情況下，用稀釋氫氟酸而得到的溶液進行濕蝕刻(參照圖2)。之后，蝕刻掩模15通過使用有機溶劑的濕蝕刻或者使用氧等離子體的灰化被去除。這樣，作為實施方式I的碳化硅半導體元件的碳化硅肖特基勢皇二極管完成。
[0044]接下來，在整個面、即勢皇金屬層6以及基板I的漂移層表面，使例如Ti成膜，形成金屬層7。通過在勢皇金屬層6上形成金屬層7，從而改善在后工序中形成的Cu電極8與勢皇金屬層6的密合性。另外，通過在基板I的漂移層表面形成金屬層7，從而在后工序中Cu電極8的第一 Cu層8a不直接形成于漂移層，所以金屬層7作為與Cu有關(guān)的勢皇金屬發(fā)揮功能，能夠抑制Cu從第一 Cu層8a向漂移層擴散。
[0045]接下來，在金屬層7的上表面，形成作為第二Cu層8b的基底的第一 Cu層8a。第一 Cu層8a是Cu膜或者Cu合金膜，通過例如PVD (Physical Vapor Depos it 1n，物理氣相沉積)法、熱蒸鍍、電子束蒸鍍、濺射、使用了有機金屬等的氣體的金屬CVD ( Ch em i c a IVaporDepos it 1n，化學氣相沉積)法等制作成膜。第一 Cu層8a的厚度設(shè)為I OOnm以上且100nm以下。此處，在勢皇金屬層6的上表面隔著金屬層7使第一 Cu層8a成膜，所以能夠得到如上所述密合性高的Cu電極8。
[0046]接下來，通過對抗蝕劑進行涂覆、曝光、顯影，從而在第一 Cu層8a的上表面的、不想使第二Cu層Sb成膜的區(qū)域形成抗蝕劑掩模16(參照圖3)。即，為了使第二Cu層Sb成膜于基板I的中央側(cè)(圖3的右側(cè))而不成膜于周邊側(cè)(圖3的左側(cè))，以使隔著金屬層7而形成于勢皇金屬層6上的第一Cu層8a的上表面開口的方式，對抗蝕劑掩模16進行構(gòu)圖。
[0047]接下來，使用抗蝕劑掩模16，通過鍍層法使第二Cu層Sb成膜。第二 Cu層Sb在第一 Cu層8a的上表面中的、未形成抗蝕劑掩模16的區(qū)域，沿著抗蝕劑掩模16的側(cè)壁而形成。第二 Cu層8b的厚度是例如6μηι以上且小于ΙΟΟμπι即可，作為Cu電極8整體的厚度，是7μηι以上且小于I ΟΟμπι即可。這樣，形成圖3所示的結(jié)構(gòu)。
[0048]接下來，通過使用有機溶劑的濕蝕刻或者使用氧等離子體的灰化來去除抗蝕劑掩模16(圖4)0
[0049]進而，對隔著金屬層7而形成于漂移層的表面的第一Cu層8a全部進行濕蝕刻。另夕卜，在對第一 Cu層8a進行濕蝕刻時，勢皇金屬層6的上表面的Cu電極8(第一 Cu層8a以及第二Cu層Sb)的露出區(qū)域也被暴露于濕蝕刻液。因此，該暴露的部位的Cu電極8也以某種程度被蝕刻。
[0050]接下來，掩蔽第一Cu層8a以及第二 Cu層Sb，利用氫氟酸去除形成于漂移層上的金屬層7。經(jīng)由以上的工序，得到圖5的構(gòu)造。
[0051]接下來，在整個面形成第一氧化防止膜14a，使用蝕刻掩模15，以在第二Cu層Sb的上表面的除端部以外的區(qū)域使第一氧化防止膜14a殘留的方式，從其它區(qū)域去除第一氧化防止膜14a。
[0052]之后，用擴散防止膜11覆蓋肖特基電極5、勢皇金屬層6、金屬層7、Cu電極8、第一氧化防止膜14a以及漂移層的露出面。擴散防止膜11是SiN、S1N、Si3N4等無機膜，通過例如CVD法形成。使擴散防止膜11的膜厚至少為30nm。在側(cè)壁部、特別是下部，擴散防止膜11的膜厚變薄，所以使該部分的膜厚為30nm以上。另外，膜厚為10nm以上是更加優(yōu)選的。
[0053]關(guān)于將擴散防止膜11的膜厚設(shè)為30nm以上的理由，如上述說明，是因為圖13的高溫保管試驗結(jié)果。另外，還有以下的理由。一般，碳化硅半導體裝置設(shè)想在200°C以上的高溫下動作。因此，相比于未設(shè)想在高溫下使用的Si半導體裝置，由于熱而產(chǎn)生的應(yīng)力更大。另夕卜，熱所致的Cu的擴散速度更大。在將覆蓋擴散防止膜11的有機樹脂膜10的膜厚設(shè)為3μπι以上且ΙΟΟμπι以下的情況下，如果擴散防止膜11的膜厚比30nm薄，則由于有機樹脂膜10的應(yīng)力而在擴散防止膜11中產(chǎn)生裂紋，產(chǎn)生Cu原子在裂紋中擴散這樣的問題。因此，將擴散防止膜11的膜厚設(shè)為3011111以上。
[0054]接下來，通過將利用照相制版的抗蝕劑圖案作為掩模，利用RIE(Reactive1nEtching，反應(yīng)離子刻蝕)等對擴散防止膜11進行蝕刻，使第一氧化防止膜14a的上表面的除端部以外的區(qū)域露出(圖7)。
[0055]接下來，以覆蓋擴散防止膜11以及所露出的第一氧化防止膜14a的上表面的方式，通過旋涂法等形成有機樹脂膜10。有機樹脂膜10的膜厚設(shè)為3μπι以上且ΙΟΟμπι以下。
[0056]接著，將利用照相制版的抗蝕劑圖案作為掩模，對有機樹脂膜10進行蝕刻，使第一氧化防止膜14a的上表面的除端部以外的區(qū)域露出(圖8)。
[0057]接下來，在有機樹脂膜10的開口部，通過例如非電解鍍層法形成第二氧化防止膜14b。第二氧化防止膜14b通過例如非電解鍍層法形成。進而，在基板I的背面、即與形成肖特基電極5的主面相反的一側(cè)的面，形成背面外部輸出電極13。通過以上的工序，能夠得到實施方式I的半導體裝置(圖9:圖1的再次示出)。
[0058]另外，在上述說明中，分別進行了擴散防止膜11的蝕刻和有機樹脂膜10的蝕刻。但是，也可以接著擴散防止膜11的成膜而使有機樹脂膜10成膜，對擴散防止膜11和有機樹脂膜10同時進行蝕刻，使第一氧化防止膜14a的上表面的一部分露出。由此，能夠?qū)⑽g刻工序數(shù)量削減I個工序。
[0059]另外，根據(jù)本實施方式，使擴散防止膜11和有機樹脂膜10分別通過I次成膜工序和I次蝕刻工序形成，所以能夠通過簡單的制造工藝且低成本的方法來得到可靠性高的半導體裝置。
[0060]〈A—3.變形例〉
[0061]另外，上述碳化硅半導體裝置的制造方法是一個例子，本實施方式的半導體裝置的制造方法不限于此。只要最終能夠得到圖1所示的構(gòu)造，則也可以使用在本實施方式的說明中敘述的制造方法以外的制造方法。
[0062]另外，在本實施方式中，將半導體元件設(shè)為η型的碳化硅肖特基勢皇二極管，但也可以是P型，這是不言而喻的。另外，作為半導體材料，除了碳化硅以外，還可以使用能夠進行高溫動作的寬帶隙半導體。
[0063]另外，在碳化硅半導體裝置中，要求在高耐壓下動作，所以如果Cu電極8的表面氧化，則招致與和Cu電極接合的模塊部件的密合力下降，成為可靠性的下降、不穩(wěn)定化或者模塊損壞、不穩(wěn)定的動作的一個原因。為了使用碳化硅來實現(xiàn)穩(wěn)定的高耐壓動作，本實施方式中的碳化硅半導體裝置是有效的。
[0064]另外，在本實施方式中，作為半導體元件，使用了肖特基勢皇二極管，但也可以是JBS( Junct1n Barrier Schottky，肖特基勢皇)、M0SFET(Metal Oxide Field EffectTransistor，金屬氧化物場效應(yīng)晶體管)、JFET(Junct1n Field Effect Transistor，結(jié)場效應(yīng)晶體管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣棚.雙極型晶體管)、PN二極管等其它器件。只要是將Cu用作布線電極材料，用有機樹脂膜10覆蓋半導體元件的構(gòu)造，則能夠?qū)⒈緦嵤┓绞綉?yīng)用于所有的半導體元件。
[0065]〈A—4.效果〉
[0066]作為實施方式I的半導體裝置的一個例子的碳化硅半導體裝置100具備:Cu電極8，選擇性地形成于基板I的主面一側(cè);氧化防止膜14，形成于Cu電極8的上表面的除其端部以外的區(qū)域;有機樹脂膜10，形成于基板I的主面上，遮覆Cu電極8的側(cè)面以及上表面的所述端部；以及無機膜的擴散防止膜11，在有機樹脂膜10與基板I的主面之間，與兩者相接而形成，并在有機樹脂膜10與Cu電極8的側(cè)面及上表面的端部之間，與兩者相接而形成。即，對Cu電極8的側(cè)面和氧化防止膜14的側(cè)面設(shè)置臺階，在與該臺階相關(guān)的Cu電極8的側(cè)面以及上表面的端部，在與有機樹脂膜10之間設(shè)置有擴散防止膜U。擴散防止膜11與氧化防止膜14的密合力比有機樹脂膜10與氧化防止膜14的密合力強，所以能夠通過氧化防止膜14和擴散防止膜11切斷從有機樹脂膜10和氧化防止膜14的界面侵入的水分或者氧，抑制Cu電極8氧化。
[0067]另外，氧化防止膜14具備:第一氧化防止膜14a，形成于Cu電極8上；以及第二氧化防止膜14b，形成于第一氧化防止膜14a的上表面的除其端部以外的區(qū)域，擴散防止膜11在有機樹脂膜10與第一氧化防止膜14a的側(cè)面以及上表面的端部之間，與兩者相接而形成。即，不僅對Cu電極8的側(cè)面和第一氧化防止膜14a的側(cè)面設(shè)置臺階，而且對第一氧化防止膜14a的側(cè)面和第二氧化防止膜14b的側(cè)面也設(shè)置臺階，在與該臺階相關(guān)的第一氧化防止膜14a的側(cè)面以及上表面的端部，在與有機樹脂膜10之間設(shè)置有擴散防止膜U。由此，沿著第一氧化防止膜14a與擴散防止膜11的界面到達Cu電極8的距離變長，所以能夠通過擴散防止膜11切斷從有機樹脂膜10與第二氧化防止膜14b的界面侵入的水分或者氧，進一步抑制Cu電極8的氧化。
[0068]另外，碳化娃半導體裝置100還具備形成于基板I與Cu電極8之間的勢皇金屬層6，擴散防止膜11在勢皇金屬層6的側(cè)面與有機樹脂膜10之間也與兩者相接而形成，所以能夠通過擴散防止膜11切斷從有機樹脂膜10與擴散防止膜11的界面侵入的水分或者氧，抑制Cu電極8的氧化。
[0069]另外，Cu電極8形成于勢皇金屬層6的上表面的除其端部以外的區(qū)域，擴散防止膜11在有機樹脂膜10與勢皇金屬層6的側(cè)面以及上表面的端部之間，與兩者相接而形成。在這樣的構(gòu)造中，也能夠通過擴散防止膜11切斷從有機樹脂膜10與擴散防止膜11的界面侵入的水分或者氧，抑制Cu電極8的氧化。
[0070]另外，在本實施方式中，在Cu電極8的側(cè)面也設(shè)置有擴散防止膜11，這在Cu電極8的側(cè)面與有機樹脂膜10之間設(shè)置有擴散防止膜11的情況下，能夠得到抑制有機樹脂膜10中的水分、氧擴散到Cu電極8而與Cu反應(yīng)的效果。
[0071]在本實施方式中，在基板I上也形成有擴散防止膜11，但也可以在基板I上不形成。但是，如果在基板I的主面上未形成擴散防止膜11，則有時在基板I的主面上生成Cu與水分的反應(yīng)物，產(chǎn)生半導體裝置的絕緣性、可靠性下降的問題。如本實施方式的圖1所示，只要從基板I與有機樹脂膜10之間起至擴散防止膜11的上表面和有機樹脂膜10的上表面連續(xù)地設(shè)置，則即使Cu從Cu電極8沿著擴散防止膜11擴散至基板I的主面上，由于在與有機樹脂膜10之間設(shè)置有擴散防止膜11，所以仍能夠抑制有機樹脂膜10中的水分、氧與Cu反應(yīng)。
[0072]〈B.實施方式2>
[0073]〈B —1.結(jié)構(gòu)〉
[0074]在實施方式I的碳化硅半導體裝置100中，將氧化防止膜14設(shè)為第一氧化防止膜14a和第二氧化防止膜14b的2層構(gòu)造，通過第一氧化防止膜14a阻止從由于有機樹脂膜10的側(cè)面與第二氧化防止膜14b的密合力不足而產(chǎn)生的空孔侵入的氧、水分。但是，在圖10所示的實施方式2的碳化硅半導體裝置101中，將氧化防止膜14設(shè)為單層構(gòu)造，將其厚度設(shè)為I Onm以上且小于I OOym。
[0075]關(guān)于碳化硅半導體裝置101，除了將氧化防止膜14設(shè)為單層構(gòu)造以外，與碳化硅半導體裝置100的結(jié)構(gòu)相同。即使是這樣的構(gòu)造，擴散防止膜11與氧化防止膜14的密合力仍被確保，所以只要能夠?qū)U散防止膜11的膜厚確保為30nm以上，就能夠阻止氧或者水分侵入到Cu電極8。
[0076]〈B — 2.制造方法〉
[0077]關(guān)于碳化娃半導體裝置101的制造方法，直至Cu電極8的形成為止，與碳化娃半導體裝置100的制造方法相同。在金屬層7上形成Cu電極8之后，將擴散防止膜11以及有機樹脂膜10依次層疊于整個面。然后，對擴散防止膜11以及有機樹脂膜10進行蝕刻而形成開口部，以使Cu電極8的上表面的除端部以外的區(qū)域露出。然后，從該開口部使氧化防止膜14形成于Cu電極8上。
[0078]〈B —3.效果〉
[0079]關(guān)于碳化硅半導體裝置101，在碳化硅半導體裝置100的結(jié)構(gòu)中，將氧化防止膜14設(shè)為單層構(gòu)造，將其厚度設(shè)為1nm以上且ΙΟΟμπι以下。即使是這樣的構(gòu)造，擴散防止膜11與氧化防止膜14的密合力仍被確保，所以只要能夠?qū)U散防止膜11的膜厚確保為30nm以上，就能夠阻止氧或者水分侵入到Cu電極8。
[0080]另外，碳化硅半導體裝置101的制造方法具備:(a)在基板I上形成Cu電極8的工序；(b)用作為無機膜的擴散防止膜11遮覆基板I以及Cu電極8的工序；(C)用有機樹脂膜10覆蓋擴散防止膜11的工序；(d)對有機樹脂膜10以及擴散防止膜11進行蝕刻而形成開口部，從該開口部使Cu電極8露出的工序；以及(e)在開口部處在Cu電極8上形成氧化防止膜14的工序。相比于碳化硅半導體裝置100的制造方法，氧化防止膜14是單層，所以能夠得到削減制造工序這樣的效果。
[0081]〈C.實施方式3>
[0082]圖11是示出實施方式3的碳化硅半導體裝置102的結(jié)構(gòu)的剖面圖。碳化硅半導體裝置102是在實施方式2的碳化硅半導體裝置101中氧化防止膜14搭在擴散防止膜11的一部分上的結(jié)構(gòu)。其它結(jié)構(gòu)與圖10所示的實施方式2的碳化硅半導體裝置101相同，所以省略說明。
[0083]在實施方式2的碳化硅半導體裝置101中，將氧化防止膜14設(shè)為單層構(gòu)造，并與擴散防止膜11鄰接，從而阻止從由于有機樹脂膜10與氧化防止膜14的密合力不足而產(chǎn)生的空孔侵入的氧、水分。
[0084]但是，在圖11所示的實施方式3中，使氧化防止膜14與擴散防止膜11鄰接，進而還配置在擴散防止膜11上。因此，能夠通過擴散防止膜11以及氧化防止膜14的界面來阻止從由于有機樹脂膜10與氧化防止膜14的密合力不足而產(chǎn)生的空孔侵入的氧、水分。另外，擴散防止膜11的側(cè)面以及上表面與氧化防止膜14緊貼，所以兩者的密合區(qū)域比實施方式2大。因此，上述阻止的效果比實施方式2大，可靠性提高。
[0085]〈D.實施方式4>
[0086]圖12是示出實施方式4的碳化硅半導體模塊的結(jié)構(gòu)的剖面圖。該碳化硅半導體模塊具備半導體芯片22、導電板21、23、25、絕緣陶瓷24、冷卻器27、樹脂28。
[0087]在絕緣陶瓷24的上表面和下表面，分別接合導電板23、25。導電板25通過接合材料26而與冷卻器27接合。導電板23通過管芯焊接材料30而與半導體芯片22的下表面接合。
[0088]對半導體芯片22使用在實施方式I?3中說明的碳化娃半導體裝置101?103中的任意的裝置。半導體芯片22的上表面通過接合材料29而與導電板21接合。導電板21、半導體芯片22、導電板23、絕緣陶瓷24以及導電板25被樹脂28密封。
[0089]這樣，圖12所示的碳化硅半導體模塊是半導體芯片22經(jīng)由絕緣陶瓷24而與冷卻器27接合的結(jié)構(gòu)。
[0090]另外，冷卻器27不僅可以如圖12所示設(shè)置于半導體芯片22的下側(cè)，而且還可以設(shè)置于半導體芯片22的上側(cè)或者上側(cè)下側(cè)這兩方。
[0091]半導體芯片22能夠在200°C以上的溫度下動作。因此，通過使用抑制半導體芯片22 —冷卻器27之間的熱阻的構(gòu)造，從而能夠使碳化硅半導體模塊小型化。例如，能夠使用其而使逆變器小型化。
[0092]另外，本發(fā)明能夠在其發(fā)明的范圍內(nèi)，自由地組合各實施方式或者對各實施方式適當?shù)剡M行變形、省略。
【主權(quán)項】
1.一種半導體裝置，具備: 半導體基板，具有主面； Cu電極，選擇性地形成于所述半導體基板的所述主面一側(cè)； 氧化防止膜，形成于所述Cu電極的上表面的除其端部以外的區(qū)域； 有機樹脂膜，形成于所述半導體基板的所述主面上，遮覆所述Cu電極的側(cè)面以及所述上表面的所述端部；以及 無機膜，在所述有機樹脂膜與所述半導體基板的所述主面之間，與兩者相接而形成，并在所述有機樹脂膜與所述Cu電極的所述側(cè)面及所述上表面的所述端部之間，與兩者相接而形成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于， 所述氧化防止膜具備: 第一氧化防止膜，形成于所述Cu電極上；以及 第二氧化防止膜，形成于所述第一氧化防止膜的上表面的除其端部以外的區(qū)域， 所述無機膜形成為在所述有機樹脂膜與所述第一氧化防止膜的側(cè)面以及所述上表面的所述端部之間與兩者相接。3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的半導體裝置，其特征在于， 還具備勢皇金屬層，該勢皇金屬層形成于所述半導體基板與所述Cu電極之間， 所述無機膜形成為在所述勢皇金屬層的側(cè)面與所述有機樹脂膜之間，也與兩者相接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導體裝置，其特征在于， 所述Cu電極形成于所述勢皇金屬層的上表面的除其端部以外的區(qū)域， 所述無機膜形成為在所述有機樹脂膜與所述勢皇金屬層的側(cè)面以及所述上表面的所述端部之間，與兩者相接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于， 所述氧化防止膜含有:N1、Ag、Sn、Al、Au或者包含它們的合金，所述氧化防止膜的厚度是I Onm以上且小于I OOym。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導體裝置，其特征在于， 所述第一氧化防止膜含有:N1、Ag、Sn、Al、Au或者包含它們的合金，所述第一氧化防止膜的厚度是1nm以上且小于1ym07.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導體裝置，其特征在于， 所述第二氧化防止膜含有:N1、Ag、Sn、Al、Au或者包含它們的合金，所述第二氧化防止膜的厚度是1nm以上且小于10ym08.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任意一項所述的半導體裝置，其特征在于， 所述無機膜包含S1N，厚度是30nm以上且小于ΙΟμπι。9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任意一項所述的半導體裝置，其特征在于， 所述無機膜包含SiN，厚度是30nm以上且小于ΙΟμπι。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導體裝置，其特征在于， 所述無機膜包含折射率為2.4以上且小于2.7的半絕緣性的SiN。11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任意一項所述的半導體裝置，其特征在于， 所述有機樹脂膜的厚度是3μπι以上且小于ΙΟΟμπι。12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任意一項所述的半導體裝置，其特征在于，所述Cu電極的厚度是7μηι以上且小于ΙΟΟμπι。13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中的任意一項所述的半導體裝置，其特征在于，所述半導體基板是碳化硅基板。
【文檔編號】H01L29/47GK105934813SQ201580005967
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年2月16日
【發(fā)明人】吉田基, 遠藤加壽代, 藤田淳, 岡部博明, 須賀原和之
【申請人】三菱電機株式會社