JP2015008321A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属膜の端部の応力により金属膜の端部直下の表面電極がダメージを受けることを防止できる半導体装置を提供する。
【解決手段】基板２４と、基板２４の上に、アルミを含む材料で形成された表面電極２６と、表面電極２６の上に形成された保護膜４０と、表面電極２６の上部と、保護膜４０の端部に乗り上げて形成された乗り上げ部分４２ａとが一体的にはんだ付け可能な材料で形成された金属膜４２と、を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば大電力のスイッチングなどに用いられる半導体装置に関する。

特許文献１には、半導体基板表面にアルミで形成された表面電極を有する半導体装置が開示されている。表面電極上には金属膜が形成されている。金属膜にはワイヤがはんだ付けされる。

特開２００９−０７６７０３号公報

表面電極と金属膜の密着性が高いため、半導体装置に熱ストレスが加わると金属膜の端部に応力が集中する。金属膜の端部の応力により、金属膜の端部直下の表面電極がダメージを受けることがある。表面電極がダメージを受けると半導体装置の信頼性を確保できない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、表面電極のダメージを防止できる半導体装置を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体装置は、基板と、該基板の上に、アルミを含む材料で形成された表面電極と、該表面電極の上に形成された保護膜と、該表面電極の上の部分と、該保護膜の端部の上に乗り上げて形成された乗り上げ部分とが一体的にはんだ付け可能な材料で形成された金属膜と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、金属膜の端部の応力を低減できるので、半導体装置の信頼性を確保することができる。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の平面図である。 図５Ａは本発明の実施の形態４に係る半導体装置の平面図である。図５Ｂは本発明の実施の形態４に係る半導体装置の断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。半導体装置１０は、エピタキシャル層１２を備えている。エピタキシャル層１２の表面側にはベース層１４が形成されている。ベース層１４を貫くようにポリシリコンゲート１６が形成されている。ポリシリコンゲート１６はゲート酸化膜１８に覆われている。ポリシリコンゲート１６はゲート２０に接続されている。エピタキシャル層１２の裏面側にはコレクタ層２２が形成されている。上述の構造全体を基板２４と称する。

基板２４の上には、アルミを９５％以上含む材料で表面電極２６が形成されている。表面電極２６の上には、はんだ付け可能な材料で金属膜２８が形成されている。金属膜２８はアルミ以外の複数の金属から形成されている。表面電極２６の上にはポリイミドを材料とする端部固定膜３０も形成されている。端部固定膜３０は、表面電極２６の上の部分と、金属膜２８の端部に重なる重畳部分３０ａとが一体的に形成されたものである。端部固定膜３０は、金属膜２８の端部を固定するために形成されている。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０によれば、金属膜２８の端部が端部固定膜３０の重畳部分３０ａに覆われている。従って、金属膜２８の端部を重畳部分３０ａで固定し、熱ストレスにより金属膜２８の端部に発生する応力を低減できる。金属膜２８の端部の応力を低減できると、金属膜２８の端部直下における表面電極２６のダメージを防止し半導体装置１０の信頼性を高めることができる。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置は、様々な変形が可能である。例えば、端部固定膜３０はポリイミドで形成したが、窒化膜などで形成してもよい。表面電極２６は、アルミを含む材料で形成されればよく、アルミを９５％以上含む材料に限定されない。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。実施の形態１の半導体装置と同じ部分は同一符号を付して説明を省略する。

本発明の実施の形態２に係る半導体装置は、表面電極２６の上に形成された保護膜４０を備えている。保護膜４０は窒化膜で形成されている。表面電極２６の上には、金属膜４２も形成されている。金属膜４２は、表面電極２６の上の部分と、保護膜４０の端部の上に乗り上げて形成された乗り上げ部分４２ａとが一体的にはんだ付け可能な材料で形成されたものである。

ところで、表面電極２６と金属膜４２の密着性に比べると、金属膜４２と保護膜４０の密着性は低い。そのため、熱ストレスにより生じた金属膜４２の応力を金属膜４２と保護膜４０の接合部に集中させることができる。具体的には、図２の矢印方向（基板２４から乗り上げ部分４２ａに向かう方向）に金属膜４２の応力を逃がすことができる。そのため、金属膜４２の端部直下における表面電極２６のダメージを防止し半導体装置の信頼性を高めることができる。

なお、本発明の実施の形態２に係る半導体装置では、保護膜４０を窒化膜で形成したが、例えばポリイミド膜で形成してもよい。

図３は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。変形例の半導体装置は、ポリイミドで形成された端部固定膜４４を備えたことが特徴である。端部固定膜４４は、保護膜４０の上の部分と、乗り上げ部分４２ａの上に重なる重畳部分４４ａとが一体的に形成されたものである。端部固定膜４４は、金属膜４２の端部を固定するために形成されている。

変形例の半導体装置によれば、金属膜４２の応力を金属膜４２と保護膜４０の接合部に集中させ、かつ重畳部分４４ａにより金属膜４２の乗り上げ部分４２ａを固定することができる。よって、表面電極２６のダメージ防止効果を高めることができる。

なお、保護膜４０をポリイミドで形成し、端部固定膜４４を窒化膜で形成してもよい。また、保護膜４０と端部固定膜４４を窒化膜で形成してもよいし、これらをポリイミドで形成してもよい。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の平面図である。本発明の実施の形態３に係る半導体装置は、基本的には実施の形態１に係る半導体装置と同一であるが、金属膜の形状と、端部固定膜の重畳部分に特徴がある。

金属膜２８は基板２４の上に角部を有する形状で形成されている。図４において金属膜２８の形成された部分は太線で表されている。端部固定膜３０の重畳部分３０ａは、金属膜２８の角部の上だけに形成されている。

金属膜が角部を有する形状で形成されている場合、当該角部において熱ストレスによる応力が集中しやすい。そこで、本発明の実施の形態３に係る半導体装置では、端部固定膜３０の重畳部分３０ａを金属膜２８の角部上に形成することで、金属膜２８の角部を固定する。よって、金属膜２８の角部における応力の集中を抑制できる。また、重畳部分３０ａは金属膜２８の角部にのみ形成されているので、はんだ付けのために金属膜２８の広い領域を外部に露出させることができる。

本発明の実施の形態３に係る半導体装置は、金属膜２８の角部を端部固定膜３０で覆うことが特徴である。従って、金属膜の形状は角部を有する形状であれば特に限定されない。

上述の構成に加えて、本発明の実施の形態２に係る保護膜を金属膜２８と接するように端部固定膜３０と表面電極２６の間に形成すると、表面電極２６のダメージ低減効果をさらに高めることができる。なお、本発明の実施の形態３に係る半導体装置は少なくとも本発明の実施の形態１及び２に係る半導体装置と同程度の変形が可能である。

実施の形態４．
図５Ａは、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の平面図である。図５Ｂは、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の断面図である。本発明の実施の形態４に係る半導体装置は、基本的には図３を参照して説明した半導体装置と同一であるが、金属膜の形状に特徴がある。

金属膜４２は基板２４の上に円弧状に形成された部分を有している。金属膜４２が円弧状に形成されることにより、乗り上げ部分４２ａも円弧状に形成されている。乗り上げ部分４２ａの上に形成される重畳部分４４ａも円弧状に形成されている。

本発明の実施の形態４に係る半導体装置によれば、金属膜４２が円弧状に形成されているため、熱ストレスにより金属膜４２に発生する応力を、保護膜４０や端部固定膜４４へ分散させることができる。よって、金属膜４２の端部直下の表面電極２６におけるダメージを防止し、半導体装置の信頼性を高めることができる。

金属膜の形状は、円弧状の部分を含む形状であれば特に限定されない。また、図１、２、又は４に係る半導体装置の金属膜を、円弧状の部分を含む形状で形成しても金属膜の応力を分散する効果が得られる。なお、本発明の実施の形態４に係る半導体装置は少なくとも本発明の実施の形態１及び２に係る半導体装置と同程度の変形が可能である。

１０ 半導体装置、 ２４ 基板、 ２６ 表面電極、 ２８ 金属膜、 ３０ 端部固定膜、 ３０ａ 重畳部分、 ４０ 保護膜、 ４２ 金属膜、 ４２ａ 乗り上げ部分

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板の上に、アルミを含む材料で形成された表面電極と、
   前記表面電極の上に形成された保護膜と、
   前記表面電極の上の部分と、前記保護膜の端部の上に乗り上げて形成された乗り上げ部分とが一体的にはんだ付け可能な材料で形成された金属膜と、
   を備えたことを特徴とする半導体装置。
2. 前記保護膜の上の部分と、前記乗り上げ部分の上に重なる重畳部分とが一体的に形成されて前記金属膜の端部を固定する端部固定膜を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記保護膜は、ポリイミド膜又は窒化膜で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記金属膜は前記基板上に角部を有する形状で形成され、
   前記重畳部分は前記金属膜の角部の上に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記金属膜は前記基板上に円弧状に形成された部分を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。

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