CN112005381A - 半导体装置以及电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

第一电极膜(91)与半导体基板(50)的源极区域(4)电连接，设置在半导体基板(50)的主面(S2)上。第二电极膜(92)与栅极电极(6)电连接，设置在半导体基板(50)的主面(S2)上。第三电极膜(93)与第一电极膜(91)分离地设置在半导体基板(50)的主面(S2)上。保护绝缘膜(20)在主面(S2)上以仅覆盖第一电极膜(91)和第二电极膜(92)各自的一部分且覆盖第三电极膜(93)的至少一部分的方式设置，由热固性树脂构成。主面(S2)具有外周区域(RA)和被外周区域(RA)包围的内侧区域(RB)，保护绝缘膜(20)具有覆盖外周区域(RA)的外周部分(29)和横穿内侧区域(RB)且覆盖第三电极膜(93)的至少一部分的第一内侧部分(21)。

Description

半导体装置以及电力转换装置
技术领域
本发明涉及半导体装置以及电力转换装置，特别是涉及具有由热固性树脂构成的保护绝缘膜的半导体装置以及电力转换装置。
背景技术
根据专利文献1，公开了具有逆变电路的电力转换装置。电力转换装置具有作为开关元件的半导体装置。在电力转换装置处于驱动状态的情况下，半导体装置进行开关动作。此时，从半导体装置产生大量的热。若电力转换装置反复待机状态和驱动状态，则从半导体装置产生的热的量大幅变化。由此，电力转换装置暴露于热循环。因此，为了长期确保电力转换装置的可靠性，电力转换装置需要具有耐热循环的模块构造。
根据专利文献2，公开了使用碳化硅(SiC)的MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)，即SiC-MOSFET。通过使用作为宽带隙半导体的SiC，能够大幅减小MOSFET的导通电阻。因此，近年来，SiC-MOSFET开始应用于电力用转换装置。在该MOSFET中，作为保护绝缘膜，设置有具有开口部的聚酰亚胺膜。
根据专利文献3，公开了设置有作为温度传感器元件的二极管和与其连接的阳极电极及阴极电极的MOSFET。通过设置温度传感器元件，能够检测因上述的热引起的MOSFET的温度上升。通过参照检测到的信息，能够使MOSFET的动作更加稳定化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-095268号公报
专利文献2：日本特愿2017-168602号公报
专利文献3：日本特开2012-129503号公报
发明内容
发明所要解决的课题
上述专利文献1所记载的技术意图提高半导体装置与安装于半导体装置的构件之间的连接的可靠性，并不意图改善半导体装置自身的结构。因此，如果半导体装置自身不耐热循环，则得不到高的可靠性。
根据上述专利文献2所记载的技术，半导体装置具备具有开口部的聚酰亚胺膜作为保护绝缘膜。由于热循环的影响，有时保护绝缘膜会劣化，例如，有时会产生裂纹、或由膜的疏密等导致的褶皱。特别是，若半导体区域的线膨胀率(线膨胀系数)大，则作为半导体区域的线膨胀率与保护绝缘膜的线膨胀率的差异扩大的结果，保护绝缘膜容易劣化。例如，SiC的线膨胀率6.6[×10-6/K]比硅(Si)的线膨胀率2.4[×10-6/K]大很多。并且，SiC是与Si相比更适于高温工作的半导体材料，因此使用了SiC的半导体装置往往在高温下使用。因此，与Si的情况相比，在SiC的情况下，起因于线膨胀率的差异而施加于保护绝缘膜的应力可能变得非常大。
根据上述专利文献3所记载的技术，在半导体装置中设置有具有作为温度传感器元件的二极管和与其连接的阳极电极及阴极电极的构造。该文献未公开通过保护绝缘膜来保护该构造。根据本发明人的研究，为了确保可靠性，优选该构造由保护绝缘膜保护。在该情况下，保护绝缘膜的开口部的形状受到该构造的配置的影响。根据开口部的形状，在保护绝缘膜中劣化容易局部进展。
本发明是为了解决以上那样的课题而完成的，其一个目的在于提供一种能够抑制保护绝缘膜的劣化的半导体装置。
用于解决课题的手段
本发明的半导体装置具有半导体基板、栅极绝缘膜、栅极电极、第一电极膜、第二电极膜、第三电极膜以及保护绝缘膜。半导体基板由具有比Si的线膨胀率高的线膨胀率的半导体构成，包括具有第一导电型的源极区域、具有与所述第一导电型不同的第二导电型的基极区域、以及通过基极区域与源极区域隔开且具有第一导电型的漂移层，具有包括由源极区域构成的部分的主面。栅极绝缘膜覆盖半导体基板的基极区域。栅极电极经由栅极绝缘膜面向半导体基板的基极区域。第一电极膜与半导体基板的源极区域电连接，设置在半导体基板的主面上。第二电极膜与栅极电极电连接，与第一电极膜分离地设置在半导体基板的主面上。第三电极膜与第一电极膜分离地设置在半导体基板的主面上。保护绝缘膜在设置有第一电极膜、第二电极膜以及第三电极膜的半导体基板的主面上，以仅覆盖第一电极膜以及第二电极膜各自的一部分且覆盖第三电极膜的至少一部分的方式设置，由热固性树脂构成。半导体基板的主面具有外周区域和被外周区域包围的内侧区域。保护绝缘膜具有覆盖外周区域的外周部分和覆盖第三电极膜的至少一部分且横穿内侧区域的第一内侧部分。
发明效果
根据本发明，为了保护包括第三电极膜的结构，保护绝缘膜具有覆盖第三电极膜的至少一部分的第一内侧部分。第一内侧部分横穿被保护绝缘膜的外周部分包围的内侧区域，因此，第一内侧部分的一端和另一端分别与保护绝缘膜的外周部分相连。由此，抑制保护绝缘膜的劣化在第一内侧部分的一端和另一端局部进展。因此，能够抑制保护绝缘膜的劣化。
本发明的目的、特征、方面以及优点通过以下的详细说明和附图而更加明白。
附图说明
图1是概略地表示本发明的实施方式1的半导体装置的结构的俯视图。
图2是在省略保护绝缘膜的图示的同时概略地表示图1的半导体装置的结构的俯视图。
图3是说明图1的半导体装置所具有的保护绝缘膜的结构的俯视图。
图4是沿着图1的线IV-IV的概略的局部剖视图。
图5是沿着图1的线V-V的概略的局部剖视图。
图6是沿着图1的线VI-VI的概略的局部剖视图。
图7是沿着图1的线VII-VII的概略的局部剖视图。
图8是概略地表示变形例的半导体装置的结构的局部剖视图。
图9是表示比较例的半导体装置的结构的俯视图。
图10是说明图9的半导体装置所具有的保护绝缘膜的结构的俯视图。
图11是概略地表示本发明的实施方式2的半导体装置的结构的俯视图。
图12是说明图11的半导体装置所具有的保护绝缘膜的结构的俯视图。
图13是概略地表示本发明的实施方式3的半导体装置的结构的俯视图。
图14是沿着图13的线XIV-XIV的概略的局部剖视图。
图15是图14的局部放大图，是表示保护绝缘膜的截面形状的第一例的局部剖视图。
图16是图14的局部放大图，是表示保护绝缘膜的截面形状的第二例的局部剖视图。
图17是图14的局部放大图，是表示保护绝缘膜的截面形状的第三例的局部剖视图。
图18是表示保护绝缘膜的第一内侧部分的截面形状的例子的局部剖视图。
图19是概略地表示图14的变形例的半导体装置的结构的局部剖视图。
图20是概略地表示本发明的实施方式4的半导体装置的结构的局部剖视图。
图21是概略地表示应用了本发明的实施方式5的电力转换装置的电力转换系统的结构的框图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下的附图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记，不重复其说明。
＜实施方式1＞
图1是概略地表示本实施方式1的MOSFET101(半导体装置)的结构的俯视图。图2是在省略聚酰亚胺膜20(保护绝缘膜)的图示的同时概略地表示图1的MOSFET101的结构的俯视图。图3是说明聚酰亚胺膜20(图1)的结构的俯视图。此外，在图3中，为了使图容易观察，对聚酰亚胺膜20标注有点状图案。
图4～图7分别是沿着图1的线IV-IV、线V-V、线VI-VI和线VII-VII的概略的局部剖视图。详细情况将后述，但沿着线IV-IV(图1)的图4对应于源极电极焊盘91(第一电极膜)的外缘被聚酰亚胺膜20覆盖的部位。沿着线V-V(图1)的图5对应于栅极电极焊盘92(第二电极膜)被聚酰亚胺膜20覆盖的部位。沿着线VI-VI(图1)的图6以及沿着线VII-VII(图1)的图7对应于设置有连接于电极膜93(第三电极膜)的温度传感器元件60(图6)的部位。
如图4所示，MOSFET101具有SiC基板50(半导体基板)、栅极绝缘膜5、栅极电极6、层间绝缘膜7、源极接触电极8、源极电极焊盘91、聚酰亚胺膜20以及背面电极10。另外，MOSFET101也可以具有阻挡膜81。
SiC基板50由SiC构成，如上所述，SiC的线膨胀率比Si的线膨胀率高。SiC基板50包括：具有n型(第一导电型)的源极区域4；具有p型(与第一导电型不同的第二导电型)的基极区域2；具有n型的漂移层1；以及具有p型的接触区域3。漂移层1通过基极区域2与源极区域4隔开。SiC基板50具有下表面S1以及与下表面S1相反的上表面S2(主面)。上表面S2包括由源极区域4构成的部分和由接触区域3构成的部分。
栅极绝缘膜5覆盖SiC基板50的基极区域2。栅极电极6经由栅极绝缘膜5面向SiC基板50的基极区域2。栅极电极6由具有导电性的材料构成，例如由掺杂有杂质的多晶硅构成。在本实施方式中，栅极电极6具有平面构造。换言之，栅极电极6具有沿着上表面S2的平面形状。
源极接触电极8与源极区域4及接触区域3相接。源极接触电极8中的与源极区域4及接触区域3相接的部分优选硅化物化。源极接触电极8例如是具有面向SiC基板50的上表面S2的硅化物化的部分的镍(Ni)电极。
源极电极焊盘91是从MOSFET101的外部接受源极电位的供给的端子电极。源极电极焊盘91配置在设置有源极接触电极8的上表面S2上。源极电极焊盘91通过与源极接触电极8相接，与SiC基板50的源极区域4以及接触区域3电连接。该电连接也可以是经由阻挡膜81的连接。源极电极焊盘91与栅极电极6之间通过层间绝缘膜7绝缘。层间绝缘膜7典型地由无机材料构成。源极电极焊盘91由金属构成，例如由铝(Al)或其合金构成。
阻挡膜81由吸藏氢原子或氢离子的能力高的金属构成，例如由Ti(钛)构成。MOSFET101的制造工序有时伴随氢原子或氢离子的产生，阻挡膜81抑制氢原子或氢离子侵入层间绝缘膜7。另外，阻挡膜81还能够抑制氢原子或氢离子从外部侵入。
背面电极10设置在SiC基板50的下表面S1上。背面电极10作为MOSFET101的漏极电极发挥功能。
如图5所示，MOSFET101具有栅极电极焊盘92和氧化硅膜11(绝缘膜)，另外MOSFET101也可以具有由金属构成的阻挡膜82。阻挡膜82的材料与阻挡膜81的材料相同，由此阻挡膜82具有与阻挡膜81相同的功能。阻挡膜82与阻挡膜81分离。
栅极电极焊盘92是从MOSFET101的外部接受栅极电位的供给的端子电极。在俯视观察(图2)时，栅极电极焊盘92与源极电极焊盘91分离地配置。优选的是，栅极电极焊盘92与源极电极焊盘91分离1μm左右以上。栅极电极焊盘92配置在设置有栅极电极6的上表面S2上。栅极电极焊盘92与栅极电极6电连接。该电连接也可以是经由阻挡膜82的连接。在栅极电极焊盘92附近处，栅极电极6与上表面S2之间由氧化硅膜11绝缘。栅极电极焊盘92由金属构成，例如由Al或其合金构成。栅极电极焊盘92的材料优选与源极电极焊盘91的材料相同。
如图6以及图7所示，MOSFET101具有电极膜93和与电极膜93连接的温度传感器元件60(电气元件)。MOSFET101也可以具有氧化膜41(绝缘膜)和层间绝缘膜42。
在俯视观察(图2)时，电极膜93与源极电极焊盘91分离地配置。优选的是，电极膜93与源极电极焊盘91分离1μm左右以上。另外，在本实施方式中，在俯视观察(图2)时，电极膜93与栅极电极焊盘92分离地配置。优选的是，电极膜93与栅极电极焊盘92分离1μm左右以上。电极膜93由金属构成，例如由Al或其合金构成。电极膜93的材料优选与源极电极焊盘91以及栅极电极焊盘92中的至少任一个的材料相同，更优选与双方的材料相同。
电极膜93配置在设置有氧化硅膜11的上表面S2上。因此，在本实施方式中，电极膜93与SiC基板50绝缘。如图所示，电极膜93可以不仅经由氧化硅膜11还经由层间绝缘膜42和氧化膜41配置在上表面S2上。
电极膜93具有阳极电极膜93a和阴极电极膜93c。温度传感器元件60是pn二极管，具有p型的阳极区域61和n型的阴极区域62。阳极电极膜93a以及阴极电极膜93c分别与阳极区域61以及阴极区域62连接。阳极电极膜93a以及阴极电极膜93c分别具有焊盘部(图2中的大致长方形部分)和从焊盘部延伸的配线部(图2中的以比焊盘部的宽度小的宽度延伸的部分)。焊盘部是电极膜93中的用于与MOSFET101的外部电连接的部分。在本实施方式中，温度传感器元件60与配线部连接。配线部是为了将与焊盘部分离地配置的温度传感器元件60与焊盘部电连接而设置的。
参照图1及图2，聚酰亚胺膜20设置在设置有源极电极焊盘91、栅极电极焊盘92以及电极膜93的SiC基板50的上表面S2上。聚酰亚胺膜20设置为MOSFET101的保护绝缘膜。聚酰亚胺膜20在处理大电流的半导体装置即电力用半导体装置中特别需要。
聚酰亚胺膜20配置为源极电极焊盘91以及栅极电极焊盘92各自至少部分地露出。换言之，聚酰亚胺膜20配置为仅覆盖源极电极焊盘91以及栅极电极焊盘92各自的一部分。
另外，聚酰亚胺膜20配置为覆盖电极膜93的至少一部分。在本实施方式中，聚酰亚胺膜20配置为阳极电极膜93a以及阴极电极膜93c各自的焊盘部至少部分地露出。换言之，聚酰亚胺膜20配置为仅覆盖阳极电极膜93a以及阴极电极膜93c各自的一部分。另外，在本实施方式中，聚酰亚胺膜20配置为覆盖阳极电极膜93a以及阴极电极膜93c各自的配线部。
为了得到上述那样的配置，聚酰亚胺膜20具有开口部OP(图3)。开口部OP优选在俯视观察时露出SiC基板50的上表面S2的一半以上。换言之，开口部OP优选在俯视观察时仅覆盖SiC基板50的上表面S2的不到一半。换言之，开口部OP优选直接或间接地覆盖SiC基板50的上表面S2的一部分，但不直接也不间接地覆盖上表面S2的一半以上。
此外，在本说明书中，与聚酰亚胺膜20相关联的“被露出”和“露出”的语句是记述某个区域在与聚酰亚胺膜20的关系性上为露出的意思。换言之，这些语句是记述该区域未被聚酰亚胺膜20覆盖的意思。因此，这些语句不具有排除该区域被聚酰亚胺膜20以外的其他构件覆盖这一情况的含意。
聚酰亚胺膜20具有覆盖源极电极焊盘91、栅极电极焊盘92以及电极膜93的部分和其他部分。该其他部分可以包括覆盖阻挡膜81(图4)的部分、覆盖阻挡膜82的部分(图5)、在阻挡膜81与阻挡膜82之间直接覆盖层间绝缘膜7的部分(未图示)、直接覆盖SiC基板50的上表面S2的部分等。
聚酰亚胺膜20由热固性树脂构成。即，在本实施方式中，保护绝缘膜由聚酰亚胺树脂构成。从保护聚酰亚胺膜20所覆盖的部分的功能的观点来看，优选聚酰亚胺膜20的厚度大。另一方面，若厚度过大，则聚酰亚胺膜20的图案化变得困难。因此，聚酰亚胺膜20的厚度优选为1μm左右以上且20μm左右以下，更优选为5μm左右以上且20μm左右以下，更优选为10μm左右以上且20μm左右以下。聚酰亚胺膜20能够通过液状材料的涂布、烘烤以及图案化而形成。图案化可以使用照相制版法进行。此外，也可以使用由与聚酰亚胺树脂不同的热固性树脂构成的保护绝缘膜。具体而言，作为保护绝缘膜，能够使用由聚酰亚胺树脂、硅酮(silicone)树脂、环氧树脂以及聚氨酯树脂中的至少任一种构成的热固性树脂膜。
参照图3，SiC基板50的上表面S2具有外周区域RA和被外周区域RA包围的内侧区域RB。聚酰亚胺膜20具有覆盖外周区域RA的外周部分29和覆盖电极膜93的至少一部分的第一内侧部分21。第一内侧部分21横穿内侧区域RB。换言之，第一内侧部分21横穿外周部分29的开口部。通过该结构，聚酰亚胺膜20的开口部OP具有第一开口部OP1以及第二开口部OP2，它们被第一内侧部分21相互隔开。优选的是，聚酰亚胺膜20覆盖温度传感器元件60(图6及图7)。更优选的是，聚酰亚胺膜20的第一内侧部分21覆盖温度传感器元件60，在该情况下，温度传感器元件60配置在SiC基板50的内侧区域RB。
此外，除了源极电极焊盘91、栅极电极焊盘92以及电极膜93(图2)之外，如图8所示，也可以设置电极膜94(在图2中未图示)。电极膜94例如可用作连接栅极电极6与栅极电极焊盘92之间的栅极配线。
此外，在本实施方式中，作为被聚酰亚胺膜20的第一内侧部分21覆盖的至少1个电气元件，设置有1个温度传感器元件。但是，也可以代替1个温度传感器元件而设置包括二极管元件、双极型晶体管元件、电阻元件以及电容元件中的至少任一个元件的至少1个电气元件。由此，能够将被聚酰亚胺膜20覆盖的不是单极型晶体管的电气元件配置在SiC基板50的内侧区域RB。在不设置1个而是设置多个电气元件的情况下，能够将复杂的功能追加到半导体装置中。特别是在作为多个电气元件而设置多个半导体元件的情况下，能够将更复杂的功能、例如信号处理功能追加到半导体装置中。保护绝缘膜需要具有如聚酰亚胺膜20那样的形状是在如下的情况下：由于上述的至少1个电气元件的配置的关系，不优选将保护绝缘膜的开口部的形状由单纯的1个四边形、圆或者椭圆等构成。
(比较例)
图9是表示比较例的MOSFET100的结构的俯视图。图10是说明MOSFET100(图9)所具有的聚酰亚胺膜20的结构的俯视图。
比较例的MOSFET100与本实施方式的MOSFET101的不同点仅是聚酰亚胺膜20的开口部的形状。具体而言，MOSFET100具有内侧部分21C(图10)来代替MOSFET101的第一内侧部分21(图3)。内侧部分21C不横穿SiC基板50的内侧区域RB。若仅以确保源极电极焊盘91(图2)与外部的电连接部位更宽这样的观点来设计聚酰亚胺膜20的形状，则采用内侧部分21C而非第一内侧部分21。
通过上述结构，内侧部分21C的一端(图10中的上端)与外周部分29之间如箭头DF所示那样分离。在热循环下，成为裂纹等的原因的应力容易集中于该端。结果，在内侧部分21C的端部处，聚酰亚胺膜20的劣化容易局部进展。因此，容易产生聚酰亚胺膜20的劣化。
(效果)
根据本实施方式的MOSFET101，与上述比较例不同，聚酰亚胺膜20具有第一内侧部分21(图3)。第一内侧部分21横穿被聚酰亚胺膜20的外周部分29包围的内侧区域RB，因此，第一内侧部分21的一端和另一端分别与聚酰亚胺膜20的外周部分29相连。由此，抑制在第一内侧部分21的一端和另一端处聚酰亚胺膜20的劣化局部进展。因此，能够抑制聚酰亚胺膜20的劣化。
优选的是，聚酰亚胺膜20具有使SiC基板50的上表面S2的一半以上露出的开口部OP(图3)。换言之，开口部OP在俯视观察时仅覆盖SiC基板50的上表面S2的一半不到。由此，在聚酰亚胺膜20的开口部OP处，能够将MOSFET101与外部之间的电连接部位确保为足以处理大电流的程度。
电极膜93可以与栅极电极焊盘92分离。由此，能够得到具有不与栅极电极焊盘92电短路的电极膜93的结构。
温度传感器元件60(图6及图7)优选被聚酰亚胺膜20的第一内侧部分21覆盖。由此，能够将温度传感器元件60配置于SiC基板50(图3)的内侧区域RB而非外周区域RA。由此，温度传感器元件60配置在SiC基板50的中央附近。因此，温度传感器元件60配置在具有SiC基板50的温度的代表性的位置。因此，能够提高温度的检测精度。
＜实施方式2＞
图11是概略地表示本实施方式2的MOSFET102(半导体装置)的结构的俯视图。图12是说明聚酰亚胺膜20(图11)的结构的俯视图。在MOSFET102中，聚酰亚胺膜20除了外周部分29以及第一内侧部分21之外，还具有至少1个第二内侧部分22。第二内侧部分22分别横穿外周部分29与第一内侧部分21之间。以下，更具体地进行说明。
SiC基板50的内侧区域RB(图3)具有被第一内侧部分21相互隔开的第一区域RBa以及第二区域RBb。在本实施方式中，在SiC基板50的第一区域RBa以及第二区域RBb分别设置有聚酰亚胺膜20的第二内侧部分22a以及第二内侧部分22b。此外，第二内侧部分22的数量在本实施方式中是2个，但也可以是任意的数量。
此外，关于上述以外的结构，由于与上述的实施方式1的结构大致相同，因此对相同或对应的要素标注相同的附图标记，不重复其说明。
根据本实施方式，聚酰亚胺膜20具有横穿外周部分29与第一内侧部分21之间的第二内侧部分22(图12)。由此，在第一内侧部分21的一端与另一端之间，第一内侧部分21与聚酰亚胺膜20的其他部分(即第二内侧部分22)相连。由此，抑制在较大的长度上延伸的第一内侧部分21在其一端与另一端之间局部受到应力而劣化。
在此，第二内侧部分22横穿外周部分29与第一内侧部分21之间。由此，第二内侧部分22的一端和另一端分别与聚酰亚胺膜20的其他部分相连。因此，抑制在第二内侧部分22的一端和另一端处聚酰亚胺膜20的劣化局部进展。
如上所述，通过设置第二内侧部分22，第一内侧部分21的劣化进一步被抑制，且第二内侧部分22自身也不易劣化。因此，能够进一步抑制聚酰亚胺膜20的劣化。
＜实施方式3＞
图13是概略地表示本实施方式3的MOSFET103(半导体装置)的结构的俯视图。图14是沿着图13的线XIV-XIV的概略的局部剖视图。
在本实施方式中，聚酰亚胺膜20的开口部OP的边缘在芯片角侧OPc(图13)不是直角形状，而是具有平缓的曲线形状。由此，能够防止芯片角侧OPc处的聚酰亚胺膜20的破裂。以下对其理由进行说明。
因SiC基板50与设置在其上的绝缘构件或金属构件之间的热膨胀系数的差异而引起的应力会导致平面方向上的芯片的伸缩。该伸缩在芯片的角部处特别容易变大。由于该影响，通常存在在芯片角侧OPc处聚酰亚胺膜20容易破裂的倾向。根据上述结构，该伸缩变小，因此能够防止在芯片角侧OPc处的聚酰亚胺膜20的破裂。
如图13所示，聚酰亚胺膜20优选覆盖源极电极焊盘91、栅极电极焊盘92以及电极膜93各自的边缘(参照图13中的虚线)的全部。由此，在俯视观察时，能够利用聚酰亚胺膜20保护源极电极焊盘91、栅极电极焊盘92以及电极膜93以外的整个区域。
图15～图17分别是图14的局部放大图，是表示聚酰亚胺膜20的截面形状的第一例～第三例的局部剖视图。在图15及图16的各图中，聚酰亚胺膜20的截面形状具有锥形形状和倒锥形形状。这样的截面形状能够通过利用湿式蚀刻法对聚酰亚胺膜20进行图案化而得到。与干式蚀刻法相比，通过使用湿式蚀刻法，能够提高蚀刻速度，另外能够降低工艺成本。另一方面，在图17中，聚酰亚胺膜20的截面形状具有大致沿着厚度方向的侧壁。这样的截面形状在聚酰亚胺膜20通过干式蚀刻法进行图案化的情况下容易得到。在该情况下，与图15的情况相比，侧壁陡峭，形成大致90°的角部(图17中的左上部)。在这样的角部，起因于热收缩的膜应力容易集中，因此，由于膜应力，聚酰亚胺膜20容易破裂。与此相对，在使用图15那样的锥形形状的情况下，角部的角度大于90°，因此膜应力容易被缓和，因此，能够防止起因于膜应力的聚酰亚胺膜20的破裂。
在使用具有图15那样的截面形状的聚酰亚胺膜20的情况下，如图18所示，保护绝缘膜20的第一内侧部分21(参照图3)的截面形状也具有锥形形状。另外，如图18所示，该截面形状的边缘能够整体上设为曲线状，由此能够进一步缓和膜应力的集中。
此外，如图14所示，优选在SiC基板50的主面(图中为上表面)的端部设置有配置在聚酰亚胺膜20的下方的终端构造30。终端构造30是出于确保耐电压的目的而设置的。终端构造30的具体结构没有特别限定，但在图14所示的例子中，形成有p型阱区域31、形成在其上的n型区域32、以及p型保护环区域33。
对于上述以外的结构，由于与上述的实施方式1的结构大致相同，因此对相同或对应的要素标注相同的附图标记，不重复其说明。另外，在本实施方式中说明的聚酰亚胺膜20的特征可以应用于实施方式1和实施方式2中的任一个。
(变形例)
图19是概略地表示MOSFET103(图14)的变形例的MOSFET103V(半导体装置)的结构的局部剖视图。MOSFET103V在源极电极焊盘91以及栅极电极焊盘92上具有镀层96(金属层)。特别是在源极电极焊盘91和栅极电极焊盘92由Al或Al合金形成的情况下，优选镀层96。另外，在电极膜93上也可以设置同样的镀层。镀层96与聚酰亚胺膜20的内缘相接。镀层96优选为无电解镀层，例如为无电解镍磷镀层。在使用无电解镀法的情况下，在形成具有开口部OP的聚酰亚胺膜20后，能够容易地仅在聚酰亚胺膜20的开口部OP的内侧形成镀层96。镀层96可以在俯视观察时配置于整个开口部OP。另外，镀层96优选在厚度方向上仅部分地填埋由聚酰亚胺膜20的开口部OP构成的空间。
此外，也可以在背面电极10上设置同样的镀层(金属层)。这样的镀层在背面电极10由Al或Al合金形成的情况下是优选的。
＜实施方式4＞
图20是概略地表示本实施方式4的MOSFET104的结构的局部剖视图。在MOFET101(图4：实施方式1)中，栅极电极6具有平面构造，但在本实施方式中，栅极电极6具有沟槽构造。以下，更具体地进行说明。
在MOSFET104中，在SiC基板50的上表面S2设置有沟槽TR。沟槽TR贯通源极区域4以及基极区域2而到达漂移层1。栅极电极6经由栅极绝缘膜5配置在沟槽TR内。由此，能够得到沟槽构造。沟槽构造与上述的平面构造同样是适合于作为处理大电流的半导体装置的电力用半导体装置的构造。在这样处理大电流的情况下，特别要求设置聚酰亚胺膜20那样的保护绝缘膜。
此外，关于上述以外的结构，由于与上述的实施方式1～3中的任一个的结构大致相同，因此对相同或对应的要素标注相同的附图标记，不重复其说明。根据本实施方式，也能够得到与上述的实施方式1～3同样的效果。
＜实施方式5＞
图21是概略地表示应用了本实施方式5的电力转换装置700的电力转换系统的结构的框图。
本实施方式5将上述的实施方式1～4或其变形例的半导体装置应用于电力转换装置。本发明并不限定于特定的电力转换装置，但作为本实施方式5，以下对将本发明应用于三相逆变器的情况进行说明。
图21是概略地表示应用了本发明的实施方式5的电力转换装置700的电力转换系统的结构的框图。
电力转换装置700是连接在电源600与负载800之间的三相逆变器，将从电源600供给的直流电力转换为交流电力，向负载800供给交流电力。电力转换装置700具有主转换电路701、驱动电路702和控制电路703。主转换电路701具有实施方式1～4或其变形例的半导体装置(例如，MOSFET101～104)中的至少任一个作为开关元件，将输入的直流电力转换为交流电力并将其输出。驱动电路702将驱动各个作为开关元件的半导体装置的驱动信号输出到半导体装置。控制电路703将控制驱动电路702的控制信号输出到驱动电路702。
电源600是直流电源，向电力转换装置700供给直流电力。电源600能够由各种电源构成，例如能够由直流系统、太阳能电池、蓄电池构成，也可以由与交流系统连接的整流电路或AC/DC转换器构成。另外，也可以由将从直流系统输出的直流电力转换为规定的电力的DC/DC转换器构成电源600。
负载800是由从电力转换装置700供给的交流电力驱动的三相电动机。此外，负载800并不限于特定的用途，是搭载于各种电气设备的电动机，例如，用作用于混合动力汽车、电动汽车、铁路车辆、电梯或空调设备的电动机。
以下，对电力转换装置700的详细情况进行说明。主转换电路701具备开关元件和续流二极管(未图示)。通过开关元件进行开关，主转换电路701将从电源600供给的直流电力转换为交流电力，并将其供给到负载800。主转换电路701的具体的电路结构有各种结构，但本实施方式的主转换电路701是2电平的三相全桥电路，能够由6个开关元件和与各个开关元件反向并联的6个续流二极管构成。6个开关元件中的每2个开关元件串联连接而构成上下臂，各上下臂构成全桥电路的各相(U相、V相、W相)。而且，各上下臂的输出端子即主转换电路701的3个输出端子与负载800连接。
驱动电路702生成对主转换电路701的开关元件进行驱动的驱动信号，并供给到主转换电路701的开关元件的控制电极。具体而言，驱动电路702按照来自后述的控制电路703的控制信号，将使开关元件成为导通状态的驱动信号和使开关元件成为断开状态的驱动信号向各开关元件的控制电极输出。在将开关元件维持为导通状态的情况下，驱动信号是开关元件的阈值电压以上的电压信号(导通信号)，在将开关元件维持为断开状态的情况下，驱动信号成为开关元件的阈值电压以下的电压信号(断开信号)。
控制电路703对主转换电路701的开关元件进行控制，以对负载800供给期望的电力。具体而言，控制电路703基于应供给至负载800的电力，计算主转换电路701的各开关元件应成为导通状态的时间(导通时间)。例如，能够通过根据应输出的电压对开关元件的导通时间进行调制的PWM(脉冲宽度调制：Pulse Width Modulation)控制，来对主转换电路701进行控制。而且，在各时间点，控制电路703向驱动电路702输出控制指令(控制信号)，以便对应成为导通状态的开关元件输出导通信号，对应成为断开状态的开关元件输出断开信号。驱动电路702按照该控制信号，向各开关元件的控制电极输出导通信号或断开信号作为驱动信号。
根据本实施方式5，主转换电路701具有实施方式1～4或其变形例的半导体装置(例如，MOSFET101～104)中的至少任一个作为开关元件。在这些半导体装置中，如上所述，抑制聚酰亚胺膜20的劣化局部进展。因此，能够抑制起因于由电力转换装置700的动作引起的热循环的聚酰亚胺膜20的劣化。因此，能够提高进行伴随热循环的动作的电力转换装置700的可靠性。
此外，在本实施方式5中，对将本发明应用于2电平的三相逆变器的例子进行了说明，但本发明并不限于此，能够应用于各种电力转换装置。在本实施方式5中，电力转换装置是2电平的电力转换装置，但也可以是3电平等多电平的电力转换装置。另外，在对单相负载供给电力的情况下，也可以将本发明应用于单相逆变器。另外，在向直流负载等供给电力的情况下，也能够将本发明应用于DC/DC转换器或AC/DC转换器。
另外，应用了本发明的电力转换装置并不限定于上述的负载为电动机的情况，例如，也能够用作放电加工机、激光加工机、感应加热烹调器以及非接触式供电系统中的任一个的电源装置，并且还能够用作太阳能发电系统或者蓄电系统等的功率调节器。
在上述各实施方式中，对半导体装置为MOSFET的情况进行了详述，但半导体装置也可以是MOSFET以外的MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field EffectTransistor：金属绝缘体半导体场效应晶体管)。另外，半导体装置可以是MISFET以外的晶体管，例如可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)。为了得到IGBT，只要在上述的背面电极10与第一导电型的漂移层1之间附加第二导电型的集电极区域即可。在该情况下，上述的源极作为IGBT的发射极发挥功能，背面电极10作为集电极发挥功能。
另外，在上述各实施方式中，对半导体基板由SiC构成的情况进行了详述，但半导体基板也可以由SiC以外的具有比Si的线膨胀率高的线膨胀率的半导体构成。例如，可以使用由砷化镓(GaAs)或氮化镓(GaN)构成的半导体基板。
另外，在上述各实施方式中，对第一导电型为n型且第二导电型为p型的情况进行了详述，但也可以第一导电型为p型且第二导电型为n型。
此外，本发明能够在其发明的范围内自由地组合各实施方式，或者适当地对各实施方式进行变形、省略。本发明进行了详细地说明，但上述的说明在所有的方面都是例示，本发明并不限定于此。应理解为能够在不脱离本发明的范围的情况下设想未例示的无数变形例。
附图标记说明
S1下表面；S2上表面(主面)；RA外周区域；RB内侧区域；OP开口部；OP1第一开口部；OP2第二开口部；TR沟槽；RBa第一区域；RBb第二区域；1漂移层；2基极区域；3接触区域；4源极区域；5栅极绝缘膜；6栅极电极；7、42层间绝缘膜；8源极接触电极；10背面电极；11氧化硅膜；20聚酰亚胺膜(保护绝缘膜)；21第一内侧部分；22、22a、22b第二内侧部分；29外周部分；41氧化膜；50SiC基板(半导体基板)；60温度传感器元件(电气元件)；61阳极区域；62阴极区域；81、82阻挡膜；91源极电极焊盘(第一电极膜)；92栅极电极焊盘(第二电极膜)；93电极膜(第三电极膜)；93a阳极电极膜；93c阴极电极膜；94电极膜；101～104MOSFET(半导体装置)；600电源；700电力转换装置；701主转换电路；702驱动电路；703控制电路；800负载。

Claims (10)

1.一种半导体装置，其中，所述半导体装置具备：
半导体基板，所述半导体基板由具有比硅的线膨胀率高的线膨胀率的半导体构成，包括具有第一导电型的源极区域、具有与所述第一导电型不同的第二导电型的基极区域、以及通过所述基极区域与所述源极区域隔开且具有所述第一导电型的漂移层，所述半导体基板具有包括由所述源极区域构成的部分的主面；
栅极绝缘膜，所述栅极绝缘膜覆盖所述半导体基板的所述基极区域；
栅极电极，所述栅极电极经由所述栅极绝缘膜面向所述半导体基板的所述基极区域；
第一电极膜，所述第一电极膜与所述半导体基板的所述源极区域电连接，设置在所述半导体基板的所述主面上；
第二电极膜，所述第二电极膜与所述栅极电极电连接，与所述第一电极膜分离地设置在所述半导体基板的所述主面上；
第三电极膜，所述第三电极膜与所述第一电极膜分离地设置在所述半导体基板的所述主面上；以及
保护绝缘膜，所述保护绝缘膜在设置有所述第一电极膜、所述第二电极膜以及所述第三电极膜的所述半导体基板的所述主面上，以仅覆盖所述第一电极膜以及所述第二电极膜各自的一部分且覆盖所述第三电极膜的至少一部分的方式设置，由热固性树脂构成，
所述半导体基板的所述主面具有外周区域和被所述外周区域包围的内侧区域，所述保护绝缘膜具有覆盖所述外周区域的外周部分和覆盖所述第三电极膜的至少一部分且横穿所述内侧区域的第一内侧部分。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述保护绝缘膜具有横穿所述外周部分与所述第一内侧部分之间的第二内侧部分。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
所述保护绝缘膜具有开口部，所述开口部仅覆盖所述半导体基板的所述主面的不到一半。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其中，
所述第三电极膜与所述第二电极膜分离。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其中，
还具备至少1个电气元件，所述至少1个电气元件与所述第三电极膜连接，被所述保护绝缘膜的所述第一内侧部分覆盖。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中，
所述至少1个电气元件包括温度传感器元件。
7.根据权利要求5或6所述的半导体装置，其中，
所述至少1个电气元件包括二极管元件、双极型晶体管元件、电阻元件以及电容元件中的至少任一个元件。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的半导体装置，其中，
所述栅极电极具有平面构造以及沟槽构造中的任一种构造。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的半导体装置，其中，
所述保护绝缘膜由聚酰亚胺树脂、硅酮树脂、环氧树脂以及聚氨酯树脂中的至少任一种构成。
10.一种电力转换装置，其中，所述电力转换装置具备：
主转换电路，所述主转换电路具有权利要求1至9中任一项所述的半导体装置，将输入的电力进行转换并输出；
驱动电路，所述驱动电路将驱动所述半导体装置的驱动信号输出到所述半导体装置；以及
控制电路，所述控制电路将控制所述驱动电路的控制信号输出到所述驱动电路。
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