JP5673627B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本明細書に開示する技術は、半導体装置及びその製造方法に関する。
半導体装置は、半導体素子を保護するためのパッシベーション膜を備えている。半導体装置の中には、パッシベーション膜が、絶縁膜と電極とが接する境界上に形成されることがある。例えば、絶縁膜上に電極が形成され、電極から絶縁膜に亘ってパッシベーション膜が形成されることがある。このような場合、パッシベーション膜が絶縁膜と電極とが接する境界上に形成される。このような構成を備える半導体装置では、外部の温度変化に起因して、絶縁膜と電極とが接する境界部のパッシベーション膜にクラックが入ることがある。即ち、絶縁膜と電極との線膨張係数の相違等に起因する熱応力によって、境界部のパッシベーション膜に大きな応力が作用してクラックが発生する。そこで、特許文献１には、温度変化に起因してパッシベーション膜にクラックが発生することを防止する技術が開示されている。
特許文献１の技術では、多層の電極配線のうち下層電極配線から引出配線を形成する。そうすることで、熱応力によるせん断応力が最上層の配線上部に発生することを防止してパッシベーション膜のクラック発生を抑制する。と同時に、電極配線から引き出す引出配線の方向を、半導体チップ周縁の最も近接するコーナと反対方向とする。そうすることで、電極配線のコーナなどにおけるパッシベーション膜のクラック発生を抑制する。
特開２００４−１１９４１５号公報
特許文献１の技術によると、引出配線は、最上層より下層の電極配線に形成され、その方向が、最も近接するコーナと反対の方向とされる。このため、引出配線が形成される箇所が制限されてしまい、半導体装置の設計の自由度が低下する。
本明細書では、半導体装置の設計の自由度を低下させることなく、絶縁膜と金属層とが接する境界部において、パッシベーション膜にクラックが発生することを抑制する半導体装置及びその製造方法を提供する。
本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板と、絶縁膜と、電極と、第１のパッシベーション膜と、第２のパッシベーション膜を有する。絶縁膜は、半導体基板上に配置されている。電極は、絶縁膜の側面の一部に接する。第１のパッシベーション膜は、電極から絶縁膜に亘って配置され、絶縁膜の表面に接すると共に電極の表面に接する。第２のパッシベーション膜は、電極上の第１のパッシベーション膜から絶縁膜上の第１のパッシベーション膜に亘って配置され、第１のパッシベーション膜の表面に接する。第１のパッシベーション膜の線膨張係数は、絶縁膜の線膨張係数よりも大きく、かつ、電極の線膨張係数よりも小さい。第１のパッシベーション膜の線膨張係数と絶縁膜の線膨張係数の差は、第１のパッシベーション膜の線膨張係数と電極の線膨張係数の差よりも小さい。第２のパッシベーション膜の線膨張係数は、第１のパッシベーション膜の線膨張係数よりも大きい。第１のパッシベーション膜の線膨張係数と絶縁膜の線膨張係数の差は、第１のパッシベーション膜の線膨張係数と第２のパッシベーション膜の線膨張係数の差よりも小さい。また、電極と絶縁膜の境界に第１のパッシベーション膜が接する位置が、絶縁膜の上面より下方に位置する。
上記の半導体装置では、電極と絶縁膜の境界に第１のパッシベーション膜が接する位置が、絶縁膜の上面より下方に位置する。したがって、電極と絶縁膜の境界の近傍の領域では、半導体基板の表面と平行となる方向に、電極、第１のパッシベーション膜（電極側）、第１のパッシベーション膜（絶縁膜側）、絶縁膜と配置されることになる。ここで、第１のパッシベーション膜と絶縁膜の線膨張係数の差は小さい。このため、第１のパッシベーション膜と電極の線膨張係数の差に起因する熱応力が発生しても、その熱応力を第１のパッシベーション膜と絶縁膜によって受けることができる。その結果、絶縁膜と金属層とが接する境界部において、第１のパッシベーション膜にクラックが発生することを抑制することができる。また、電極と絶縁膜の境界に第１のパッシベーション膜が接する位置を絶縁膜の上面より下方に位置させるだけであるため、半導体装置の設計の自由度が低下することを抑制できる。
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、絶縁膜形成工程と、開口部形成工程と、電極形成工程と、第１のパッシベーション膜形成工程と、第２のパッシベーション膜形成工程を有する。絶縁膜形成工程では、半導体基板上に絶縁膜を形成する。開口部形成工程では、絶縁膜に開口部を形成する。電極形成工程では、絶縁膜に形成された開口部に電極を形成する。第１のパッシベーション膜形成工程では、絶縁膜の表面に接すると共に電極の表面に接する第１のパッシベーション膜を、電極から絶縁膜に亘って形成する。第２のパッシベーション膜形成工程では、第１のパッシベーション膜の表面に接する第２のパッシベーション膜を、電極上の第１のパッシベーション膜から絶縁膜上の第１のパッシベーション膜に亘って形成する。絶縁膜と第１のパッシベーション膜と電極と第２のパッシベーション膜は、第１のパッシベーション膜が、絶縁膜よりも大きい線膨張係数を有し、かつ、電極及び第２のパッシベーション膜よりも小さい線膨張係数を有すると共に、第１のパッシベーション膜の線膨張係数と絶縁膜の線膨張係数の差が、第１のパッシベーション膜の線膨張係数と電極の線膨張係数の差、及び第１のパッシベーション膜の線膨張係数と第２のパッシベーション膜の線膨張係数の差よりも小さくなる材料で形成される。電極形成工程では、絶縁膜の開口部の側面の上部が表面に露出するように、絶縁膜の開口部内に電極を形成する。この製造方法によると、半導体装置の設計の自由度が低下することを抑制しつつ、絶縁膜と金属層とが接する境界部において、第１のパッシベーション膜にクラックが発生することを抑制する半導体装置を製造することができる。
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明を実施するための形態、及び、実施例にて詳しく説明する。
半導体装置１０の縦断面図を示す。 半導体装置１０の周辺耐圧領域の電極近傍の縦断面図を示す。 低温時における従来の半導体装置の電極近傍の縦断面図を示す。 図３の半導体装置の窒化膜にクラックが発生した状態を示す。 半導体装置の製造方法を説明するための図であり、半導体基板上に形成された絶縁膜をエッチング処理した状態を示す。 半導体装置の製造方法を説明するための図であり、絶縁膜上に形成した金属層の上にマスクを形成した状態を示す。 半導体装置の製造方法を説明するための図であり、マスクを介して金属層をエッチング処理して電極を形成した状態を示す。 半導体装置の製造方法を説明するための図であり、絶縁膜と電極上に窒化膜を形成した状態を示す。 半導体装置の製造方法を説明するための図であり、絶縁膜と電極と窒化膜上にポリイミド膜を形成した状態を示す。 他の実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、半導体基板上に形成された絶縁膜をエッチング処理した状態を示す。 他の実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、絶縁膜上に金属層を形成した状態を示す。 他の実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、金属層にエッチング処理を施して電極を形成した状態を示す。 他の実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、絶縁膜と電極上に窒化膜を形成した状態を示す。 他の実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、絶縁膜と電極と窒化膜上にポリイミド膜を形成した状態を示す。
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。
（特徴１） 本明細書が開示する半導体装置は、電極の表面と絶縁膜の側面とによって、電極と絶縁膜の境界に窪みが形成されていてもよい。第１のパッシベーション膜が窪みの内面を覆っていてもよい。第２のパッシベーション膜が窪み内の第１のパッシベーション膜を覆っていてもよい。窪み内では、電極の表面を覆う第１のパッシベーション膜と、絶縁膜の側面を覆う第１のパッシベーション膜とが、第２のパッシベーション膜を介して対向していてもよい。
（特徴２） 本明細書が開示する半導体装置は、間隔を空けて２つの電極が配置されており、絶縁膜が２つの電極の間に位置しており、第１のパッシベーション膜が、２つの電極の間に位置していてもよい。この構成によると、第１のパッシベーション膜にクラックが発生することが防止され、２つの電極の間に位置する絶縁膜に可動イオンが進入することを適切に抑制することができる。これによって、可動イオンの影響によって半導体装置の特性が変化してしまうことを抑制することができる。
（特徴３） 本明細書が開示する半導体装置は、第１のパッシベーション膜が半導電性であってもよい。この構成によると、可動イオンにより生じる電荷を第１のパッシベーション膜を介して電極に流すことができる。これによって、可動イオンの影響による半導体装置の特性の変化を抑制することができる。
（半導体装置）
本実施例の半導体装置１０について説明する。図１に示す半導体装置１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２の上面及び下面に形成されている電極、絶縁膜等によって構成されている。半導体基板１２は、アクティブ領域２０と、周辺耐圧領域５０を有している。アクティブ領域２０には、ＩＧＢＴが形成されている。アクティブ領域２０は、半導体基板１２を上面側から見たときに、半導体基板１２の略中央部に形成されている。周辺耐圧領域５０は、アクティブ領域２０の電界を緩和する領域であり、半導体基板１２の外周部に形成されている。より具体的には、半導体基板１２の外部端面（外周面）１２ａとアクティブ領域２０の間の領域である。したがって、半導体基板１２を上方から平面視した場合には、アクティブ領域２０は周辺耐圧領域５０に囲まれている。
アクティブ領域２０の上面にはトレンチが形成されている。トレンチの内面は、ゲート絶縁膜に覆われている。トレンチ内には、ゲート電極２８が形成されている。アクティブ領域２０の上面にはエミッタ電極２２が形成されている。半導体基板１２の下面には、コレクタ電極３４が形成されている。なお、半導体装置１０の上面側の電極（例えば、エミッタ電極２２、図示しないゲート電極パッド（各ゲート電極２８に接続されているパッド）、及び、その他の信号取出用電極）は、はんだ等のろう材や、ワイヤーボンディングや、導電性ペースト等によって、外部の導電部材に接続される。
アクティブ領域２０内には、ｎ型のエミッタ領域２４、ｐ型のボディ領域２６、ｎ型のドリフト領域３０、ｐ型のコレクタ領域３２が形成されている。エミッタ領域２４は、半導体基板１２の上面に露出する範囲に形成されている。エミッタ領域２４は、ゲート電極２８を覆うゲート絶縁膜に接している。エミッタ領域２４は、エミッタ電極２２に対してオーミック接続されている。ボディ領域２６は、エミッタ領域２４の側方及びエミッタ領域２４の下側に形成されている。ボディ領域２６は、エミッタ領域２４の下側でゲート絶縁膜に接している。２つのエミッタ領域２４の間のボディ領域２６（いわゆる、ボディコンタクト領域）は、ｐ型不純物濃度が高く、エミッタ電極２２に対してオーミック接続されている。ドリフト領域３０は、ボディ領域２６の下側に形成されている。ドリフト領域３０は、ボディ領域２６によってエミッタ領域２４から分離されている。ドリフト領域３０は、トレンチの下端部のゲート絶縁膜と接している。コレクタ領域３２は、ドリフト領域３０の下側に形成されている。コレクタ領域３２は、ｐ型不純物濃度が高く、コレクタ電極３４に対してオーミック接続されている。上述した各電極及び各半導体領域によって、アクティブ領域２０内にＩＧＢＴが形成されている。
周辺耐圧領域５０内には、ディープｐ型領域５２、リサーフ領域５６、及び、端部ｎ型領域６２が形成されている。ディープｐ型領域５２は、アクティブ領域２０と周辺耐圧領域５０の境界に位置している。ディープｐ型領域５２は、半導体基板１２の上面に露出する範囲に形成されている。ディープｐ型領域５２は、ボディ領域２６と接している。ディープｐ型領域５２は、アクティブ領域２０内のゲート電極２８よりも深い深さまで形成されている。ディープｐ型領域５２は、高濃度にｐ型不純物を含有しており、ディープｐ型領域５２上に形成されている電極５４に対してオーミック接続されている。
リサーフ領域５６は、ディープｐ型領域５２に隣接している。リサーフ領域５６は、半導体基板１２の上面に露出する範囲に形成されている。リサーフ領域５６は、ディープｐ型領域５２よりも浅い深さに形成されている。リサーフ領域５６のｐ型不純物濃度は、ディープｐ型領域５２よりも低い。また、リサーフ領域５６のｐ型不純物濃度は、端部ｎ型領域６２のｎ型不純物濃度よりも低い。端部ｎ型領域６２は、半導体基板１２の端面１２ａに露出するとともに半導体基板１２の上面に露出する範囲に形成されている。端部ｎ型領域６２は、比較的高濃度にｎ型不純物を含有しており、端部ｎ型領域６２上に形成されている電極６４に対してオーミック接続されている。ディープｐ型領域５２、リサーフ領域５６、及び、端部ｎ型領域６２の下側には、上述したドリフト領域３０が形成されている。すなわち、ドリフト領域３０は、アクティブ領域２０から周辺耐圧領域５０まで広がっている。また、ドリフト領域３０は、リサーフ領域５６と端部ｎ型領域６２の間の範囲にも存在しており、その範囲内で半導体基板１２の上面に露出している。以下では、リサーフ領域５６と端部ｎ型領域６２の間のドリフト領域３０を、周辺ドリフト領域３０ａという。ドリフト領域３０のｎ型不純物濃度は、ディープｐ型領域５２のｐ型不純物濃度よりも低く、端部ｎ型領域６２のｎ型不純物濃度よりも低い。周辺耐圧領域５０内においても、ドリフト領域３０の下側にコレクタ領域３２が形成されている。
周辺耐圧領域５０の表面には、絶縁膜５８が形成されている。絶縁膜５８は、ディープｐ型領域５２から端部ｎ型領域６２まで伸びており、リサーフ領域５６と周辺ドリフト領域３０ａの上面にそれぞれ形成されている。絶縁膜５８には、開口部５８ａ，５８ｂが形成されている。開口部５８ａ，５８ｂの開口幅（図１に示す断面における開口幅）は、半導体基板１２側で狭く、半導体基板１２から離れるのに伴って広くされている。開口部５８ａ，５８ｂは、互いに間隔を空けて配置されている。具体的には、開口部５８ａは、ディープｐ型領域５２上に位置し、開口５８ｂは、端部ｎ型領域６２上に位置している。絶縁膜５８の開口部５８ａ，５８ｂの内部には、電極５４及び電極６４が形成されている。即ち、電極５４，６４は、開口部５８ａ，５８ｂの側面と接するように形成されている。ただし、電極５４，６４は、開口部５８ａ，５８ｂの側面の上部とは接しておらず、電極５４，６４が開口部５８ａ，５８ｂの側面を越えて絶縁膜５８の上面５８ｕに及ぶことはない。電極５４，６４の側面は、開口部５８ａ，５８ｂの側面と接する第１部分と、絶縁膜５８から離れて上方に伸びる第２部分を有している。電極５４，６４の側壁の第２部分は、電極５４，６４の幅（図１に示す断面における幅）が半導体基板１２から離れるのに伴って徐々に狭くなるように傾斜している。電極５４，６４の上面は、半導体基板１２の上面と平行となっている。電極５４の下面は、開口部５８ａを介してディープｐ型領域５２に接触しており、電極６４の下面は、開口部５８ｂを介して端部ｎ型領域６２に接触している。なお、本実施例における電極５４及び電極６４はアルミニウムでできているが、電極を形成する金属の種類はこれに限られない。
電極５４と電極６４の間には、絶縁膜５８が位置し、その絶縁膜５８上に窒化膜７６が形成されている。窒化膜７６は、電極５４と電極６４の間に亘って形成されている。即ち、窒化膜７６は、電極５４の外側の側面の第２部分に接し、電極６４の内側の側面の第２部分にそれぞれ接するように、絶縁膜５８の表面に形成されている。したがって、窒化膜７６は、周辺耐圧領域５０の表面に、絶縁膜５８から電極５４及び電極６４にかけて、一続きの膜として形成されている。ここで、図２を参照して窒化膜７６についてより具体的に説明する。図２は、図１の電極５４近傍の部分拡大図を示す。図２に示されるように、電極５４と絶縁膜５８の境界に窒化膜７６が接する位置Ｃ１は、絶縁膜５８の上面５８ｕよりも下方に位置する。即ち、電極５４は、絶縁膜５８の開口部５８ａの側面の上部とは接しておらず、電極５４と絶縁膜５８の間には、位置Ｃ１を底部とする窪みが形成される。別言すれば、絶縁膜５８には、位置Ｃ１から絶縁膜５８の上面５８ｕにかけて、段差（角部）が形成される。窒化膜７６は、電極５４の外側の側面の第２部分５４ａに沿って位置Ｃ１と接し、上記した絶縁膜５８の段差を覆うように形成されている。図２では図示を省略しているが、電極６４の内側の側面の第２部分を覆う窒化膜７６についても同様である。窒化膜７６は、電極５４の外側の側面の全体に接している必要はなく、電極５４の外側の側面の少なくとも一部と接していればよい。同様に、窒化膜７６は、電極６４の内側の側面の全体に接している必要はなく、電極６４の内側の側面の少なくとも一部と接していればよい。窒化膜７６は、「第１のパッシベーション膜」の一例に相当する。なお、窒化膜７６は、例えば、半導電性のシリコン窒化膜（いわゆるＳＩｎＳｉＮ膜）とすることができるが、第１のパッシベーション膜を形成する物質はこれに限られない。
図１に戻って半導体装置１０の説明を続ける。電極５４及び電極６４の表面、窒化膜７６の表面、及び絶縁膜５８の表面には、ポリイミド膜７０が形成されている。ポリイミド膜７０は、エミッタ電極２２の上面の一部にも接している。即ち、ポリイミド膜７０は、アクティブ領域２０の表面の一部、及び周辺耐圧領域５０の表面に連続した層として形成されている。ポリイミド膜７０は、「第２のパッシベーション膜」の一例に相当する。なお、本実施例では、第２のパッシベーション膜をポリイミド膜７０で形成したが、第２のパッシベーション膜を形成する物質はこれに限られない。
上述した構成は、別言すれば、窒化膜７６は、絶縁膜５８、及び電極５４、６４、及びポリイミド膜７０に接するということになる。窒化膜７６（ＳｉＮ）、絶縁膜５８（ＳｉＯ２）、電極５４、６４（アルミニウム）、ポリイミド膜７０（ポリイミド）の線膨張係数はそれぞれ３×１０−６［／Ｋ］、０．６×１０−６［／Ｋ］、２４×１０−６［／Ｋ］、４０×１０−６［／Ｋ］であるため、この４者の間には、次の関係が成り立つ。即ち、窒化膜７６の線膨張係数と絶縁膜５８の線膨張係数の差は、窒化膜７６の線膨張係数と電極５４、６４の線膨張係数の差、及び窒化膜７６の線膨張係数とポリイミド膜７０の線膨張係数の差よりも小さい。また、窒化膜７６の線膨張係数は、電極５４、６４の線膨張係数、及びポリイミド膜７０の線膨張係数よりも小さい。
ポリイミド膜７０の上面には、樹脂層８２が形成されている。なお、ポリイミド膜７０と樹脂層８２の間には、ポリマー層が形成されていてもよい。ポリマー層は、例えば、ポリアミドで形成されていてもよい。ポリマー層をポリアミドで形成することで、ポリマー層と樹脂層８２との密着性を向上することができる。
次に、図２から図４を参照して、従来の半導体装置を比較例として参照しながら本実施例の半導体装置１０の利点を説明する。図３は、低温時における従来の半導体装置の電極近傍の縦断面図を示す。図３に示す矢印は、低温化によって各部材に生じる応力を模式的に示す。窒化膜１７６、絶縁膜１５８、電極１５４、ポリイミド膜１７０、樹脂層１８２は、図２の窒化膜７６、絶縁膜５８、電極５４、ポリイミド膜７０、樹脂層８２とそれぞれ同じ物質でできている。窒化膜１７６、絶縁膜１５８、電極１５４、ポリイミド膜１７０の線膨張係数はそれぞれおよそ、３×１０−６［／Ｋ］、０．６×１０−６［／Ｋ］、２４×１０−６［／Ｋ］、４０×１０−６［／Ｋ］である。即ち、窒化膜１７６は、電極１５４の上面及び側面において、自身の線膨張係数よりも比較的に線膨張係数の大きい物質（電極１５４及びポリイミド膜１７０）に囲まれている。そのため、半導体装置を低温化すると、それらの物質が温度変化によって熱収縮し、窒化膜１０６には、その両面に対して図３の矢印が示すような強いせん断応力が作用する。半導体装置の温度を変化させることにより電極１５４及びポリイミド膜１７０は熱膨張、熱収縮を繰り返し、窒化膜１０６の両面にせん断応力が作用する。そのため、図３に示す角部Ａ２や屈曲部Ａ３を覆う窒化膜１７６に応力が集中し、結果として、図４に示すようなクラック１０３及びクラック１０４が発生する。
ここで、図２は、本明細書の一実施例を表した図である。上述したように、本明細書が開示する技術では、電極５４と絶縁膜５８の境界に窒化膜７６が接する位置Ｃ１が、絶縁膜５８の上面５８ｕよりも下方に位置する。従って、窒化膜７６は絶縁膜５８の角部Ａ１を覆うように形成される。ここで、上述したように、窒化膜７６と絶縁膜５８の線膨張係数は比較的に近いため、窒化膜７６と絶縁膜５８が温度変化に伴いそれぞれ熱膨張、熱収縮を繰り返しても、両者の間には相対的変位がほとんど生じない。即ち、絶縁膜５８と窒化膜７６の間では、線膨張係数の差に起因する熱応力がほとんど生じない。一方、窒化膜７６はその表面において、窒化膜７６よりも大きな線膨張係数を有するポリイミド膜７０と接するため、ポリイミド膜７０からは、窒化膜７６に対して、温度変化に伴いせん断応力が作用する。しかしながら、窒化膜７６と絶縁膜５８の線膨張係数が比較的に近いために、ポリイミド膜７０からの応力は、窒化膜７６と絶縁膜５８に分散して作用する。従って、ポリイミド膜７０からの応力が窒化膜７６のみに作用する場合と比べて、窒化膜７６にかかる応力は大幅に低減する。そのため、角部Ａ１においてクラックが発生することを抑制することができる。
他方、窒化膜７６が電極５４の外側の側面と接している部分においては、窒化膜７６は、その一方の面と他方の面において、自身の線膨張係数よりも大きな線膨張係数を有する電極５４及びポリイミド膜７０と接している。しかしながら、窒化膜７６は電極５４の角部（電極５４の上面と側面とで形成される角部）を覆うことがないため、窒化膜７６に応力が集中することを緩和でき、窒化膜７６にクラックが発生することを抑制することができる。また、窒化膜７６は、位置Ｃ１において屈曲しているため、その屈曲部において周囲（即ち、窒化膜７６が位置Ｃ１において当接している電極５４、ポリイミド膜７０、及び絶縁膜５８）からの応力が作用することが考えられる。しかしながら、屈曲部は上述したように位置Ｃ１を底部とする窪みの内部に存在する。窪み内部の大きさは、例えば半導体チップの大きさと比較すると、極めて小さい。そのため、窪みの内部に形成されたポリイミド膜７０が温度変化に伴って熱膨張、熱収縮することによって、窒化膜７６の屈曲部に作用する応力は、例えば、電極５４と電極６４の間に存在するポリイミド膜７０が、その一方の面で当接する窒化膜７６に作用する応力に比べて極めて小さい。また、上述したように、窒化膜７６と当接する絶縁膜５８は、温度が変化しても窒化膜７６にほとんど熱応力を生じさせない。従って、窒化膜７６の屈曲部には電極５４からの応力が作用するものの、従来の窒化膜１７６と比較して、その周囲から作用する応力は格段に緩和される。さらに、窒化膜７６の屈曲部（位置Ｃ１）の近傍においては、半導体基板１２の表面と平行となる方向に、電極５４、窒化膜７６（電極側）、窒化膜７６（絶縁膜側）、絶縁膜５８と配置されることになる。上述したように、窒化膜７６と絶縁膜５８の線膨張係数の差は小さく、両者は略一体となって膨張及び収縮することとなる。このため、窒化膜７６と電極５４の線膨張係数の差に起因する熱応力が発生しても、その熱応力を窒化膜７６と絶縁膜５８で受けることができる。これによっても、窒化膜７６の屈曲部に作用する応力を緩和することができる。その結果、窒化膜７６の屈曲部においてクラックが発生することを抑制することができる。
従来の半導体装置では、周囲からの応力が集中しやすい角部Ａ２や屈曲部Ａ３において、窒化膜１７６の両面が、自身よりも大きな線膨張係数を有する部材で囲まれていた。そのため、温度変化に伴って窒化膜１７６の両面で当接する部材が窒化膜１７６に対して強いせん断応力を作用し、窒化膜１７６の角部Ａ２や屈曲部Ａ３でクラックが発生する虞があった。しかしながら、本実施例の半導体装置１０では、周囲からの応力が集中しやすい角部Ａ１において、窒化膜７６の片面が、自身と近い線膨張係数を有する部材（絶縁膜５８）と当接する構成を採用した。これにより、窒化膜７６がもう片方の面で当接する部材（ポリイミド膜７０）が、窒化膜７６より大きな線膨張係数を有する場合でも、その部材が窒化膜７６に作用する応力を、窒化膜７６及び窒化膜７６と近い線膨張係数を有する部材の２層で分散して受けることができる。さらに、従来は窒化膜１７６の両面に対して比較的に大きな応力が作用したが、本実施例の半導体装置１０では、窒化膜７６の片面に対して比較的に大きな応力が作用するのみであるため、窒化膜７６に作用する応力は大幅に低減し、結果として、窒化膜７６の角部Ａ１にクラックが発生することを抑制することができる。また、従来の半導体装置では、電極１５４と絶縁膜１５８の境界に窒化膜１７６が接する位置の高さが、絶縁膜１５８の上面の高さと略同じであったが、本実施例の半導体装置１０では、電極５４と絶縁膜５８の境界に窒化膜７６が接する位置Ｃ１が、絶縁膜の上面５８ｕよりも下方に位置する構成を採用した。これにより、電極５４と絶縁膜５８の間に窪みが形成され、上述したように位置Ｃ１を覆う窒化膜７６（即ち、窒化膜７６の屈曲部）に生じる応力が低減される。
また窒化膜は、外部からＮａ、Ｃｕ、及びＣｌなどの可動イオンが半導体基板１２に進入することを防止する。従って、図１に示すように、窒化膜７６が周辺耐圧領域５０において電極５４と電極６４の間に形成されることにより、可動イオンがリサーフ領域５６に進入することを防止できる。また、半導電性であるため、窒化膜７６を電極５４と電極６４の間に跨って形成することにより、半導体基板１２の表面に誘導電荷が発生することを抑制できる。このため、周辺耐圧領域における耐圧性が低下することを抑制できる。
以上に説明したように、本実施例における半導体装置１０によれば、窒化膜７６にクラックが発生することを抑制することができる。また、電極５４、６４と絶縁膜５８の間に窪みを形成するだけでよいため、従来の技術と比較して、半導体装置の設計の自由度が低下することもない。
（半導体装置の製造方法）
次に、半導体装置１０の製造方法について、図５から図９を参照して説明する。図示していないが、半導体基板１２のアクティブ領域２０には、拡散層等の半導体素子構造が形成されている。アクティブ領域２０の半導体素子構造は従来公知の方法によって形成されているので、その形成方法については説明を省略する。以下の説明では、主に半導体基板１２の周辺耐圧領域５０の表面に設けられる保護膜の形成方法について説明する。また、以下に示す図では、電極５４の近傍のみを描いているが、以下の製造方法は、電極５６の近傍の周辺耐圧領域５０においても共通である。本実施例では、半導体基板１２に対して、絶縁膜形成工程、開口部形成工程、電極形成工程、第１のパッシベーション膜形成工程、第２のパッシベーション膜形成工程を実施することによって、半導体装置１０を製造する。
（絶縁膜形成工程及び開口部形成工程）
まず、図５に示すように、公知の方法によって半導体基板１２の表面の全体に絶縁膜を形成する。次に、形成した絶縁膜にフォトリソグラフィ技術などを用いてウェットエッチングを施し、パターニングされた絶縁膜５８を形成する。ウェットエッチングを施すことで、絶縁膜５８には等方的にエッチングされた開口部５８ａが形成される。
（電極形成工程）
次に、図６に示すように、絶縁膜５８及び半導体基板１２の表面に、ＣＶＤ法などでアルミニウム層６３を形成する。なお、アルミニウム層６３と絶縁膜５８の間、及び、アルミニウム層６３と半導体基板１２との間には、予めバリア層が形成されていてもよい。その後、アルミニウム層６３にフォトリソグラフィ技術などを用いてマスク６５を形成する。マスク６５は、マスク６５の幅ｗ１が、絶縁膜５８の開口部５８ａの上端の幅ｗ２よりも狭くなるように形成される。続いて、マスク６５の存在下でアルミニウム層６３をウェットエッチングする。ウェットエッチングのエッチング量は、絶縁膜５８の上面に形成されたアルミニウム層６３の膜厚ｔよりも大きくなるようにエッチングされる。その後、マスク６５をアッシングにより分解、除去することで、図７に示すような電極５４が形成される。上述したようにマスク６５の幅ｗ１やエッチング量を調整することで、電極５４は、絶縁膜５８の開口部５８ａの内部に形成される。即ち、電極５４が、絶縁膜５８の開口部５８ａを越えて上面５８ｕに及ぶことがなくなる。なお、図示しない電極６４についても同様の方法で形成する。
（第１のパッシベーション膜形成工程）
次に、図８に示すように、絶縁膜５８の表面及び電極５４の表面に、プラズマＣＶＤ法などを用いて窒化膜７６を形成する。窒化膜７６を形成する方法はプラズマＣＶＤ法に限られず、例えば、ラジカルビーム法などを用いてもよい。このようにして形成された窒化膜７６は、電極５４から絶縁膜５８に亘って連続して形成されており、絶縁膜５８の表面に接すると共に電極５４の側面の第２部分５４ａに接している。また、図８から明らかなように、電極５４と絶縁膜５８の境界に窒化膜７６が接する位置Ｃ１は、絶縁膜の上面５８ｕより下方に位置している。
（第２のパッシベーション膜形成工程）
続いて、半導体基板１２の表面にポリイミドを含有する有機溶剤をスピン塗布などの方法によって塗布して乾燥させて、ポリイミド塗布膜を形成する。この際、ポリイミド塗布膜は、電極５４及び絶縁膜５８との間の段差が埋まるように、電極５４の高さよりも高く形成する。次に、ポリイミドベーク処理を施して、ポリイミド塗布膜を焼成し、図９に示すようなポリイミド膜７０を形成する。このようにして形成されたポリイミド膜７０は、窒化膜７６から電極５４（及び電極６４及びエミッタ電極２２）を経て絶縁膜５８に亘って連続して形成されており、窒化膜７６の表面、電極５４の表面（及び電極６４とエミッタ電極２２の表面）、及び絶縁膜５８の表面に接している。
以上に説明した製造方法によれば、図１，２に示す本実施例の半導体装置１０を製造することができる。
（半導体装置及びその製造方法）
次に、上述した半導体装置１０の変形例及びその変形例に係る半導体装置の製造方法について図１０から１４を参照して説明する。なお、上述した実施例と同一の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。変形例に係る半導体装置では、図１４に示すように、絶縁膜５８に開口幅が上下方向に一定となる開口部５８ａが形成される。電極５４は、開口部５８ａの内部に形成され、その上面が絶縁膜５８の上面５８ｕより下方（半導体基板１２側）に位置する。このような構成としても、電極５４から絶縁膜５８に亘って形成される窒化膜７６にクラックが発生することを抑制することができる。以下、変形例に係る半導体装置の製造方法について説明する。
（絶縁膜形成工程・開口部形成工程）
まず、図１０に示すように、半導体基板１２の表面に絶縁膜を形成する。次に、絶縁膜にドライエッチングを施し、パターニングされた絶縁膜５８を形成する。ドライエッチングにより開口部を形成することで、絶縁膜５８には、膜の積層方向（上下方向）に開口幅が一定となる開口部５８ａが形成される。
（電極形成工程）
次に、図１１に示すように、絶縁膜５８及び半導体基板１２の表面に、アルミニウム層６３を形成する。図１１に示すように、アルミニウム層６３には、絶縁膜５８に形成された開口部５８ａに倣った窪みが形成される。アルミニウム層６３を十分に厚く成膜することで、窪みの深さは、絶縁膜５８の開口部５８ａの深さ（すなわち、絶縁膜５８の厚み）よりも浅くなっている。なお、アルミニウム層６３と絶縁膜５８の間、及び、アルミニウム層６３と半導体基板１２との間には、予めバリア層が形成されていてもよい。その後、アルミニウム層６３にドライエッチングを施して図１２に示すような電極５４を形成する。このとき、アルミニウム層６３にパターン形成は行わず、ドライエッチングによって終点検知を行う。変形例では、開口部形成工程において、ドライエッチングにより絶縁膜に開口部５８ａを形成し、電極形成工程において、アルミニウム層６３にマスクを形成せずに、ドライエッチングによる終点検知を行うことで、電極５４を形成する。なお、図示しない電極６４についても同様の方法で形成する。
（第１のパッシベーション膜形成工程）
次に、図１３に示すように、絶縁膜５８の表面及び電極５４の表面に、窒化膜７６を形成する。このようにして形成された窒化膜７６は、電極５４から絶縁膜５８に亘って連続して形成されており、絶縁膜５８の表面に接すると共に電極５４の表面の少なくとも一部と接している。また、電極５４と絶縁膜５８の境界に窒化膜７６が接する位置Ｃ２が、絶縁膜の上面５８ｕより下方に位置する。
（第２のパッシベーション膜形成工程）
続いて、図１４に示すように半導体基板１２の表面にポリイミド膜７０を形成する。このようにして形成されたポリイミド膜７０は、電極５４（及び電極６４及びエミッタ電極２２）から窒化膜７６を経て絶縁膜５８に亘って連続して形成されており、電極５４の表面（及び電極６４とエミッタ電極２２の表面）、窒化膜７６の表面、及び絶縁膜５８の表面に接している。
以上に説明した製造方法によれば、窒化膜７６にクラックが発生することを抑制することができる半導体装置を製造することができる。
なお、上述した各製造方法では、アルミニウムでできた電極５４及び電極６４を形成した後に、窒化膜７６を形成するため、電極５４，６４が腐食することなく、ドライエッチングによって集積率を上げることができる。すなわち、窒化膜を形成後にアルミニウム膜を形成してドライエッチングを施すと、ドライエッチングの際に、エッチングガスの塩素と、窒化膜からの水素が反応し、アルミニウムが腐食する虞がある。本実施例の製造方法では、アルミニウム膜の形成後に窒化膜を形成するので、上述したアルミニウム膜の腐食の問題は生じない。
以上、本明細書が開示する技術の実施例について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、本明細書が開示する半導体装置及び半導体装置の製造方法は、上記の実施例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、実施例において窒化膜７６は半導電性シリコン窒化膜（ＳＩｎＳｉＮ膜）で形成されたが、窒化膜７６は、半導電性シリコン窒化膜（ＳＩｎＳｉＮ膜）の上面にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を有する２層構造であってもよい。この場合、窒化膜７６の上層の膜であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ）が外部からの可動イオンの進入を抑制するとともに絶縁の役割を果たし、窒化膜７６の下層の膜である半導電性シリコン窒化膜（ＳＩｎＳｉＮ膜）が、半導電性の性質を利用して基板表面に誘導電荷が発生することを抑制する。即ち、このようなパッシベーション膜が周辺耐圧領域５０の電極５４と電極６４の間に形成されることにより、外部からの可動イオンがリサーフ領域５６に進入することを確実に抑制することができる。なお、上述した窒化膜７６の機能から明らかなように、窒化膜７６の一端が電極５４に接続され、窒化膜７６の他端が電極６４に接続されていればよい。
また、上述したように、ポリイミド膜７０と樹脂層８２との間にポリアミドを含有するポリマー層を形成してもよい。ポリアミドと樹脂の密着性は、ポリイミドと樹脂の密着性よりも高いため、ポリマー層を介在させることで、各部材の密着性を高めることができる。なお、ポリアミドの線膨張係数はおよそ８０×１０−６［／Ｋ］であり、ポリアミドでポリマー層を形成することで、温度変化に伴い、窒化膜にはより大きな応力が作用する。しかしながら、上述した構成を採用することで、窒化膜にクラックが発生することを抑制することができる。
また、実施例では電極５４及び電極６４は最上層の電極であったが、多層配線構造を有する半導体装置では、本発明に係る構造は最上層以外の層に形成されていてもよい。また、実施例では半導体装置１０のアクティブ領域２０内にＩＧＢＴが形成されていたが、アクティブ領域２０内に他の半導体素子が形成されていてもよい。例えば、ＭＯＳＦＥＴやダイオード等が形成されていてもよい。また、実施例では、周辺耐圧領域５０内にリサーフ領域５６が形成されていたが、半導体基板に形成する周辺耐圧領域はリサーフ領域５６に限られない。例えば、リサーフ領域５６に替えて、ＦＬＲ構造や、フィールドプレート構造，ＥＱＲ等の別の構造が形成されていてもよい。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
１０：半導体装置
１２：半導体基板
２０：アクティブ領域
２２：エミッタ電極
２４：エミッタ領域
２６：ボディ領域
２８：ゲート電極
３０：ドリフト領域
３０ａ：周辺ドリフト領域
３２：コレクタ領域
３４：コレクタ電極
５０：周辺耐圧領域
５２：ディープｐ型領域
５４、６４：電極
５６：リサーフ領域
５８：絶縁膜
６２：端部ｎ型領域
７０：ポリイミド膜
７６：窒化膜
８２：樹脂層

Claims (5)

  1. 半導体基板と、
    半導体基板上に配置されている絶縁膜と、
    絶縁膜の側面の一部に接する電極と、
    電極から絶縁膜に亘って配置され、絶縁膜の表面に接すると共に電極の表面に接する第１のパッシベーション膜と、
    電極上の第１のパッシベーション膜から絶縁膜上の第１のパッシベーション膜に亘って配置され、第１のパッシベーション膜の表面に接する第２のパッシベーション膜を有しており、
    第１のパッシベーション膜の線膨張係数は、絶縁膜の線膨張係数よりも大きく、かつ、電極の線膨張係数よりも小さく、
    第１のパッシベーション膜の線膨張係数と絶縁膜の線膨張係数の差は、第１のパッシベーション膜の線膨張係数と電極の線膨張係数の差よりも小さく、
    第２のパッシベーション膜の線膨張係数は、第１のパッシベーション膜の線膨張係数よりも大きく、
    第１のパッシベーション膜の線膨張係数と絶縁膜の線膨張係数の差は、第１のパッシベーション膜の線膨張係数と第２のパッシベーション膜の線膨張係数の差よりも小さく、
    電極と絶縁膜の境界に第１のパッシベーション膜が接する位置が、絶縁膜の上面より下方に位置することを特徴とする半導体装置。
  2. 電極の表面と絶縁膜の側面とによって前記境界に窪みが形成されており、
    第１のパッシベーション膜が窪みの内面を覆っており、
    第２のパッシベーション膜が窪み内の第１のパッシベーション膜を覆っており、
    窪み内では、電極の表面を覆う第１のパッシベーション膜と、絶縁膜の側面を覆う第１のパッシベーション膜とが、第２のパッシベーション膜を介して対向していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 間隔を空けて２つの電極が配置されており、
    絶縁膜は、２つの電極の間に位置しており、
    第１のパッシベーション膜は、２つの電極の間に位置することを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 第１のパッシベーション膜は、半導電性であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 半導体基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
    絶縁膜に開口部を形成する開口部形成工程と、
    絶縁膜に形成された開口部に電極を形成する電極形成工程と、
    絶縁膜の表面に接すると共に電極の表面に接する第１のパッシベーション膜を、電極から絶縁膜に亘って形成する第１のパッシベーション膜形成工程と、
    第１のパッシベーション膜の表面に接する第２のパッシベーション膜を、電極上の第１のパッシベーション膜から絶縁膜上の第１のパッシベーション膜に亘って形成する第２のパッシベーション膜形成工程を有し、
    絶縁膜と第１のパッシベーション膜と電極と第２のパッシベーション膜は、
    第１のパッシベーション膜が、絶縁膜よりも大きい線膨張係数を有し、かつ、電極及び第２のパッシベーション膜よりも小さい線膨張係数を有すると共に、
    第１のパッシベーション膜の線膨張係数と絶縁膜の線膨張係数の差が、第１のパッシベーション膜の線膨張係数と電極の線膨張係数の差、及び第１のパッシベーション膜の線膨張係数と第２のパッシベーション膜の線膨張係数の差よりも小さくなる材料で形成され、
    電極形成工程では、絶縁膜の開口部の側面の上部が表面に露出するように、絶縁膜の開口部内に電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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