[发明专利]半导体装置及其制造方法、电力变换装置

说明书

本发明涉及半导体装置，具备：半导体层，配置于半导体基板上；第1半导体区域，设置于半导体层的上层部；第2半导体区域，设置于第1半导体区域的上层部；栅极绝缘膜；栅电极；第1主电极，设置于覆盖栅电极的层间绝缘膜上，经由接触孔而与第2半导体区域电连接；以及第2主电极，配置于半导体基板的第2主面上，第1主电极具有：基底电极膜，经由接触孔而与第2半导体区域连接；以及铜膜，设置于基底电极膜上，铜膜在至少一部分中包括其晶体粒径比铜膜的其它部分小的应力缓和层。

技术领域

本发明涉及半导体装置，特别是涉及提高短路耐受量的半导体装置。

背景技术

在功率电子仪器中，作为切换用于对电动马达等负载进行驱动的电力供给的执行和停止的部件，使用硅IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)以及MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等开关器件。另外，作为额定电压从1kV左右成为其以上的高电压器件，还研究碳化硅MOSFET以及碳化硅IGBT的应用。这些开关器件都是绝缘栅型半导体装置。

碳化硅(SiC)半导体具有比硅(Si)半导体宽的宽带隙，使用SiC半导体的SiC半导体装置相比于使用Si半导体的Si半导体装置，耐压性更优良，容许电流密度也更高，并且耐热性也更高所以还能够进行高温动作。因此，作为下一代的功率用半导体装置，正在开发SiC半导体装置。

作为在被用作功率用半导体装置的MOSFET中特别重要的器件，可以列举纵型MOSFET。纵型MOSFET具备：层叠有N型半导体层、漂移层及形成沟道的P型半导体层等的半导体层；以及源电极、栅电极及漏电极等电极。

在纵型MOSFET中，源电极以及栅电极形成于半导体层的前表面侧，漏电极形成于半导体层的背面侧。另外，在纵型MOSFET中，由于栅极构造的差异，存在平面型以及沟槽型等种类。

被用作功率用半导体装置的IGBT构成为如下：将成为上述纵型MOSFET的漏极的N型半导体层置换为P型半导体层而设为集电极。IGBT能够流过比纵型MOSFET大的电流，所以被用作更高电压的开关器件。

在例如使用SiC的SiC-MOSFET中，采用依照使用Si的Si-MOSFET的器件构造的构造。SiC由于带隙比Si大，所以利用SiC-MOSFET，相比于在小于200℃的温度下动作的Si-MOSFET而能够在更高的温度下动作。

在功率用半导体装置(功率器件)中采用如下结构：利用引线搭接(wire bonding)对形成于器件表面的铝(Al)电极(源电极)接合Al引线来取出电流。在专利文献1中公开了如下结构：在芯片(功率器件)中设置AlCu(在Al中混入少量的铜(Cu)而成的合金)电极，对该AlCu电极接合AlCu引线。但是，在超过200℃的高温下的动作中，利用Al引线的引线搭接来进行的接合的可靠性低，在高温动作时变为故障。因此，代替Al引线的引线搭接，研究高温下的可靠性高的铜(Cu)引线的引线搭接。Cu引线的引线搭接相比于Al引线的引线搭接，在接合时对器件造成的冲击更强，存在由此发生器件不良的问题。特别是，功率器件由于取出的电流大，所以需要使引线直径变粗，冲击变强。因此，在Cu引线的引线搭接时，在接合Cu引线的器件表面的电极构造不合适的情况下，存在发生器件不良的可能性。

在专利文献2中，公开了在SiC半导体装置上具有用于利用搭接(bonding)来接合Cu引线的电极的结构，并公开了如下电极构造：该电极的最上层由Cu层构成，在其之下至少具有1层具有与Ta(钽)的硬度相等或者其以上的硬度的保护层。Cu层的厚度是10μm，由此能够防止在正下方的半导体器件区域中发生裂纹。

另外，在专利文献3中公开了如下电极构造：在半导体器件上具有包括Cu层以及聚酰亚胺层的有机绝缘层，用势垒层来覆盖Cu层的表面。Cu层的厚度为10μm。

现有技术文献