(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成されており開口部を有する絶縁膜と、前記半導体基板の前記表面上において前記開口部内に形成されている電極とを有する半導体素子と、
前記半導体素子を覆うように設けられている第１保護膜と、
前記電極および前記絶縁膜のそれぞれの少なくとも一部と接触するとともに、前記絶縁膜上において前記電極を表出するような開口部を有する第２保護膜とを備え、
前記絶縁膜は、前記第１保護膜および前記第２保護膜よりも弾性率が高く、
前記絶縁膜の膜厚は、前記半導体基板の厚みの１／５００以上４μｍ以下であり、
前記絶縁膜は、膜厚あたりの圧縮応力が１００ＭＰａ／μｍ以上である、半導体装置。
【請求項２】
前記第２保護膜の弾性率は、前記第１保護膜の弾性率よりも低い、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁膜において、前記半導体基板の外周側に位置する端部は、前記第２保護膜に覆われている、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２保護膜を構成する材料は、ポリイミドである、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁膜を構成する材料は、酸化シリコンである、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁膜は液体原料を用いる化学気相成長法により成膜されている、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体素子は、トランジスタまたはダイオードである、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体基板を構成する材料は、炭化珪素である、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記表面上において、前記半導体基板の外周端部を含む外周表面領域は前記第１保護膜と接している、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体基板の平面形状は方形状に設けられており、
前記半導体基板の一辺の長さ方向における前記絶縁膜と前記半導体基板との接触部の幅が、前記一辺の長さの１／２５以上９９／１００以下である、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関し、特に電力制御に用いられるパワー半導体素子を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
数百ボルト（Ｖ）を超える高電圧で用いられるパワー半導体素子には、主電極となる表面側電極と裏面側の電極の間の絶縁を図るため、表面側電極の端の下に絶縁膜が形成されている。さらに、パワー半導体素子には、表面側電極の外周を囲むように、樹脂材料からなる電極終端絶縁保護膜が形成されている。半導体素子は、外部と電気的に接続可能な配線が形成された後、封止樹脂で封止されて半導体装置が完成する。【０００３】
このような半導体装置では、動作時に半導体素子が発熱することにより、半導体装置を構成する各材料の熱膨張係数の差異や封止樹脂の硬化収縮などに起因して、半導体装置の構成部材間に熱応力が生じる。【０００４】
この結果、たとえば半導体基板と絶縁膜との界面や、半導体基板と封止樹脂との界面に剥離欠陥が発生するおそれがある。この剥離欠陥は、半導体装置の信頼性を低下させるものであり、抑制する必要がある。【０００５】
従来の半導体装置においては、封止樹脂（たとえばエポキシ樹脂）により封止される領域全体を膜厚が均一の樹脂材料（たとえばポリアミド）で覆い、パワー半導体チップなどの内蔵部材と封止樹脂との接着力を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１８４３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の半導体装置では内蔵部材と封止樹脂との接着力を向上させることができるが、動作時の半導体素子の発熱量が大きく大きな熱応力が生じるような場合には、上記剥離欠陥の発生を十分に抑制することが困難であった。【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、剥離欠陥の発生が抑制された半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の表面に形成されており開口部を有する絶縁膜と、半導体基板の表面上において開口部内に形成されている電極とを有する半導体素子と、半導体素子を覆うように設けられている第１保護膜と、電極および絶縁膜のそれぞれの少なくとも一部と接触するとともに、絶縁膜上において電極を表出するような開口部を有する第２保護膜とを備える。絶縁膜は、第１保護膜および第２保護膜よりも弾性率が高い。絶縁膜の膜厚は、半導体基板の膜厚の１／５００以上４μｍ以下であり、絶縁膜は、膜厚あたりの圧縮応力が１００ＭＰａ／μｍ以上である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、剥離欠陥の発生が抑制された半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置を説明するための断面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置を説明するための断面図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体装置に生じる熱応力を説明するための断面図である。
【図４】実施の形態１に係る半導体装置の絶縁膜を説明するための上面図である。
【図５】実施の形態１に係る半導体装置の熱サイクル試験の結果を示すグラフである。
【図６】実施の形態１に係る半導体装置の絶縁膜および第２保護膜の変形例を説明するための断面図である。
【図７】実施の形態１に係る半導体装置の絶縁膜の変形例を説明するための断面図である。
【図８】実施の形態２に係る半導体装置を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１３】
（実施の形態１）
図１を参照して、実施の形態１に係る半導体装置１００について説明する。半導体装置１００は、半導体基板１と、半導体基板１の表面１Ａに形成されており開口部を有する絶縁膜２と、半導体基板１の表面１Ａ上において開口部内に形成されている電極３とを有する半導体素子５と、半導体素子５を覆うように設けられている第１保護膜９とを備える。
【００１４】
半導体基板１は、表面１Ａと表面１Ａの反対側に位置する裏面１Ｂとを有している。表面１Ａと裏面１Ｂとの間の距離に当たる半導体基板１の厚みＷ２は、任意に設定することができるが、たとえば１００μｍ以上７００μｍ以下程度である。半導体基板１を構成する材料は、任意の半導体材料とすることができるが、たとえば珪素（Ｓｉ）や炭化珪素（ＳｉＣ）などであり、好ましくは高い耐熱性を有し高温動作が可能であるＳｉＣである。半導体基板１には反りが生じていてもよく、たとえば表面１Ａ側に凸状に反っていてもよい。
【００１５】
絶縁膜２は、電極３と隣接しているとともに電極３が形成されていない領域に位置する半導体基板１の表面１Ａと、電極３の側壁とを覆うように設けられている。異なる観点から言えば、絶縁膜２は開口部を有しており、該開口部内に電極３が形成されている。絶縁膜２は、半導体基板１の表面１Ａと接する面と交差する方向において、開口部の外形を決める開口端部２１と、半導体基板１の外周側に位置する外周端部２２とを有している。半導体基板１の表面１Ａを平面視したときに、開口端部２１は外周端部２２の内側に形成されている。
【００１６】
絶縁膜２は圧縮応力を有している。すなわち、絶縁膜２は、その構成する材料や膜厚が圧縮応力を生じ得るように設けられている。絶縁膜２を構成する材料は、電気的絶縁性を有し、かつ圧縮応力が１００ＭＰａ／μｍ以上である任意の材料であるのが好ましく、たとえば酸化珪素（ＳｉＯ２）である。絶縁膜２の膜厚Ｗ１は、半導体基板１の厚みＷ２の１／５００以上４μｍ以下である。絶縁膜２は、第２保護膜４や第１保護膜９よりも弾性率が高い。
【００１７】
電極３は、絶縁膜２の開口部内に表出している半導体基板１の表面１Ａと接触するように形成されている。電極３は、半導体基板１とオーミック接合していてもよいし、ショットキー接合していてもよい。電極３は絶縁膜２の開口部から絶縁膜２上に延びるように形成されている。電極３の外周側に位置する端部は、絶縁膜２上に位置するように設けられている。電極３を構成する材料は、導電性を有する任意の材料とすることができる。電極３は、異なる導電性材料からなる膜が積層した構造を有していてもよい。
【００１８】
半導体素子５は、半導体基板１の裏面１Ｂ上に電極（図示しない）を有していてもよい。つまり、半導体素子５は縦型のダイオードやトランジスタとして構成されていてもよい。
【００１９】
半導体素子５は、第２保護膜４をさらに有しているのが好ましい。第２保護膜４は、絶縁膜２上において、電極３を表出するような開口部を有するように形成されている。第２保護膜４は、半導体基板１の表面１Ａと接する面と交差する方向において、開口部の外形を決める開口端部４１と、半導体基板１の外周側に位置する外周端部４２とを有している。
【００２０】
半導体基板１の表面１Ａを平面視したときに、開口端部４１は外周端部４２の内側に形成されている。開口端部４１は電極３上に形成されており、外周端部４２は絶縁膜２上または表面１Ａ上に形成されている。つまり、第２保護膜４は、電極３の外周側に位置する領域の一部を覆うように設けられている。これにより、電極３の端部は、絶縁膜２および第２保護膜４によって覆われている。第２保護膜４を構成する材料は、電気的絶縁性を有し、絶縁膜２を構成する材料よりも弾性率の低い任意の材料とすることができるが、たとえばポリイミドである。第２保護膜４の膜厚は、絶縁膜２上に形成されている電極３の部分の膜厚よりも厚ければよいが、たとえば６μｍ以上５０μｍ以下である。
【００２１】
半導体素子５は、半導体基板１の裏面１Ｂがはんだ６を介して熱拡散基板７の上面７Ａに接続され固定されている。はんだ６を構成する材料は任意のはんだ材料とすればよく、たとえばアルミニウム（Ａｌ）である。熱拡散基板７を構成する材料は、高い熱伝導率を有する任意の材料とすればよいが、たとえば銅（Ｃｕ）、Ａｌ、またはこれらの複合材などの導電性材料であってもよいし、ＳｉＯ２やＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮなどのＨｉｇｈ−Ｋ材料やこれらの複合材などの絶縁性材料であってもよい。
【００２２】
第２保護膜４の開口部に表出している電極３から第１保護膜９の外部まで、配線８ａが延びるように形成されている。また、熱拡散基板７の上面７Ａから第１保護膜９の外部まで、配線８ｂが延びるように形成されている。配線８ａ，８ｂは、半導体装置１００の外部と半導体素子５とを電気的に接続することができる。配線８ａ，８ｂは、リードフレームにより構成されていてもよいし、ボンディングワイヤーにより構成されていてもよい。
【００２３】
第１保護膜９は、熱拡散基板７の下面７Ｂと、配線８ａ，８ｂの一部とを除いた半導体素子５および熱拡散基板７を覆うように設けられている。
【００２４】
次に、実施の形態１に係る半導体装置１００の製造方法について説明する。半導体装置１００の製造方法は、半導体基板１を用いて半導体素子５を形成する工程と、半導体素子５を第１保護膜９により封止する工程とを備える。
【００２５】
半導体素子５を形成する工程では、はじめに半導体基板１を準備し、半導体基板１上にトランジスタやダイオードを形成する。このとき、たとえば半導体素子５を縦型トランジスタや縦型ダイオードとして形成されてもよく、半導体基板１の表面１Ａ上には電極形成領域に開口部を有する絶縁膜２と、オーミック電極またはショットキー電極として構成された電極３が形成される。半導体基板１には、たとえばその厚みＷ２が３７０μｍのＳｉＣ基板が準備される。
【００２６】
次に、半導体基板１の表面１Ａ上には、絶縁膜２が形成される。絶縁膜２は、膜厚あたりの圧縮応力が１００ＭＰａ／μｍ以上であるとともに、その膜厚Ｗ１が半導体基板１の厚みＷ２の１／５００以上４μｍ以下となるように形成される。絶縁膜２は、たとえばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を原料としたＬＰ−ＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、膜厚が１．２μｍ以上の酸化珪素（ＳｉＯ２）膜として形成される。なお、ガスソースプラズマＣＶＤやスパッタリングなどの他方法では、膜厚あたりの圧縮応力が圧１００ＭＰａ／μｍ以上の絶縁膜２を形成することが困難である。
【００２７】
次に、絶縁膜２がパターニングされる。絶縁膜２は、たとえば任意の方法により絶縁膜２上に形成されたマスクパターンを用いて、絶縁膜２に対して異方性エッチングを行うことによりパターニングされる。異方性エッチングは、たとえば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行われる。これにより、半導体基板１の表面１Ａ上において、電極３が形成されるべき領域、および当該領域から離れた位置にあるダイシングエリアと重なる領域には絶縁膜２が除去されて半導体基板１の表面１Ａが表出される。また、パターニングは、等方性エッチング、または異方性エッチングと等方性エッチングとの組み合わせにより行ってもよく、等方性エッチングは例えばフッ化水素（ＨＦ）を用いたケミカルウェットエッチングにより行われる。
【００２８】
次に、半導体基板１の表面１Ａ上に電極３が形成される。電極３を形成する方法は、任意の成膜方法とすることができるが、たとえば蒸着法やスパッタリング法などの物理蒸着法であってもよいし、メッキ法などの化学蒸着法であってもよい。電極３は、その膜厚が絶縁膜２の膜厚Ｗ１よりも厚くなるように形成される。電極３は、たとえばマスクパターンを用いて電極３に対して異方性エッチングを行うことにより、またはリフトオフ法によりパターニングされる。電極３は、その端部が絶縁膜２上に位置するようにパターニングされる。
【００２９】
次に、第２保護膜４が形成される。第２保護膜４は、たとえばスピンコート法を用いて、膜厚が６μｍ以上５０μｍ以下のポリイミド膜として形成される。さらに、第２保護膜４は任意の方法によりパターニングされる。たとえば絶縁膜２と同様にＲＩＥにより行われる。
【００３０】
このようにして、所定のトランジスタやダイオードなどにより構成された半導体素子５が半導体基板１上に複数形成される。その後、半導体基板１はダイシングされることによって、個々の半導体素子５に個片化される。
【００３１】
次に、個片化された半導体素子５と熱拡散基板７とをはんだ６を介して接続し固定させる。次に、半導体素子５の電極３に配線８ａを接続させる。さらに、半導体素子５の裏面１Ｂとはんだ６を介して電気的に接続されている熱拡散基板７の上面７Ａに、配線８ｂを接続させる。
【００３２】
次に、第１保護膜９が形成される。具体的には、半導体素子５および熱拡散基板７を封止対象材として、封止対象材が第１保護膜９によって封止される。第１保護膜９の形成は、たとえば当該封止対象材を金型の内部に収容し、第１保護膜９となるべき流動性材料（熱硬化性樹脂）を金型内に供給して加熱硬化させる、トランスファモールド法により行われる。このようにして、実施の形態１に係る半導体装置１００を得ることができる。
【００３３】
次に、実施の形態１に係る半導体装置１００の作用効果について説明する。はじめに、図２を参照して、半導体装置１００に加えられる熱応力について説明する。半導体装置１００には、動作時において半導体素子５が発する熱により、矢印１１の方向に熱応力が加えられる。熱応力は、半導体装置１００の各構成部材間の熱膨張係数の差異や、第１保護膜９が硬化収縮することによって発生する。この熱応力は、半導体素子を樹脂封止して構成されている従来の半導体装置にも同様に発生していたものである。
【００３４】
このとき、半導体装置１００には半導体基板１と第１保護膜９との界面１０Ｂ、絶縁膜２と第１保護膜９との界面１０Ｃ、および絶縁膜２と第２保護膜４との界面１０Ｄが存在する。このため、半導体装置１００に生じた熱応力により、これらの界面において剥離欠陥が生じることが懸念される。実際、本願発明者らによる研究の結果、半導体装置１００と同様の構成を備えるとともに、絶縁膜２の膜厚Ｗ１が半導体基板１の厚みＷ２の１／５００未満である場合には、上記界面１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに剥離欠陥が生じることが確認された。
【００３５】
図３（ａ）は、絶縁膜２の膜厚Ｗ１が半導体基板１の厚みＷ２の１／５００未満であるときの半導体装置１００内に生じる熱応力を説明するための断面図であり、他の構成部材を省略している。図３（ｂ）は、絶縁膜２の膜厚Ｗ１が半導体基板１の厚みＷ２の１／５００以上であるときの半導体装置１００内に生じる熱応力を説明するための断面図であり、他の構成部材を省略している。図３（ｃ）は、第２保護膜４を有している半導体装置１００内に生じる熱応力を説明するための断面図であり、他の構成部材を省略している。なお、図３の各図において、矢印１１および矢印１２の長さはその領域での熱応力の大きさを示し、長さが長ければ熱応力が大きいことを示す。
【００３６】
図３（ａ）を参照して、半導体基板１の表面１Ａの近傍に加えられる熱応力の一部は表面１Ａに沿った矢印１２の方向に働く。これは、半導体基板１と第１保護膜９との間の熱膨張係数差や、絶縁膜２と第１保護膜９との間の熱膨張係数差により生じている熱応力によるものであり、半導体基板１と第１保護膜９との界面１０Ａおよび界面１０Ｂに生じることが懸念される剥離欠陥の要因となる。このとき、たとえば絶縁膜２の膜厚Ｗ１が半導体基板１の厚みＷ２の１／５００未満であれば、半導体基板１の表面１Ａの近傍には表面１Ａに対して上方に離れた位置での熱応力と同じような大きさの熱応力が加えられるために、当該熱応力が界面１０Ｂにおける半導体基板１の表面１Ａと第１保護膜９との接着力よりも強い場合に界面１０Ｂに剥離欠陥が生じると考えられる。
【００３７】
なお、絶縁膜２の膜厚あたりの圧縮応力が１００ＭＰａ／μｍ以上であっても、絶縁膜２の膜厚Ｗ１が半導体基板１の厚みＷ２の１／５００未満である場合には同様の剥離欠陥が確認された。つまり、絶縁膜２の膜厚Ｗ１が薄い場合には、絶縁膜２に生じる圧縮応力が小さいため、半導体基板１を表面１Ａ側に凸状となるように十分に反らせることができず、半導体基板１の表面１Ａ近傍に矢印１２の方向に印加される熱応力を界面１０Ｂにおける上記接着力よりも十分に低減することができないためと考えられる。
【００３８】
これに対し、図３（ｂ）を参照して、実施の形態１に係る半導体装置１００では絶縁膜２の膜厚Ｗ１が半導体基板１の厚みＷ２の１／５００以上であるため、絶縁膜２に生じる圧縮応力を十分に大きくすることができ、半導体基板１を表面１Ａ側に凸状となるように十分に反らせることができる。このとき、矢印１２の方向に生じる熱応力は半導体基板１の表面１Ａ（界面１０Ｂ）を押し付ける力となる。その結果、半導体基板１を表面１Ａ側に凸状となるように十分に反らせることができない場合には剥離欠陥の発生に寄与していた矢印１２方向の熱応力を、半導体基板１と第１保護膜９との間や絶縁膜２と第１保護膜９との間に剥離欠陥を生じにくくするような力とすることができる。また、半導体基板１と第１保護膜９との間や絶縁膜２と第１保護膜９との間に剥離欠陥を生じさせる表面１Ａ（界面１０Ｂ）に沿った方向における力（熱応力）を、表面１Ａ（界面１０Ｂ）における半導体基板１の表面１Ａと第１保護膜９との接着力よりも十分に小さくすることができる。
【００３９】
また、表面１Ａ（界面１０Ｂ）にはこれに垂直な方向の力も働く。この力は、界面１０Ｃに含まれる半導体基板１の表面１Ａに垂直な方向に延びる面に沿った方向の力であるが、上述した表面１Ａ（界面１０Ｂ）に沿った方向における力が十分に低減されるのと同様の働きによって、当該表面１Ａ（界面１０Ｂ）に垂直な方向の力を絶縁膜２と第１保護膜９との接着力よりも十分に小さくすることができる。実際に本願発明者らは、実施の形態１に係る半導体装置１００では、界面１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄにおける剥離欠陥を抑制することができることを確認した。詳細は後述する。
【００４０】
さらに、図３（ｃ）を参照して、実施の形態１に係る半導体装置１００では、第１保護膜９よりも弾性率の低い第２保護膜４を備えている。そのため、第２保護膜４は、熱応力が加えられたときに応力緩和層として作用することができ、半導体基板１の表面１Ａ近傍において矢印１２の方向の熱応力を緩和することができる。その結果、絶縁膜２の上層として第２保護膜４を有することにより矢印１２の方向に生じる熱応力自体を緩和することができ、さらに図３（ｂ）に示すように上述したような絶縁膜２を有することにより界面１０Ｂに沿った方向における力（熱応力）を第２保護膜４より緩和された熱応力の一成分とすることができる。この結果、半導体装置１００は、界面１０Ｂにおける剥離欠陥の発生を抑制することができる。
【００４１】
図４は、半導体装置１００の絶縁膜２を説明するための上面図である。図４を参照して、絶縁膜２は、半導体基板１の表面１Ａと接触している面の領域が広い方が好ましい。異なる観点から言えば、絶縁膜２は、半導体基板１の外側から内側に向かう方向（第１保護膜９が硬化収縮する方向）において開口端部２１と外周端部２２との間隔が長い方が好ましい。たとえば、半導体基板１の平面形状が方形状であってその中心に電極３が形成されている場合には、半導体基板１の一辺に沿った方向における開口端部２１と外周端部２２との間隔ｄ／２の２倍の長さｄが長い方が好ましい。長さｄが長ければ、半導体基板１と絶縁膜２とが接している面が広くなるためである。このようにすれば、絶縁膜２は半導体基板１とより広範囲に渡って接していることにより、絶縁膜２の圧縮応力をより広範囲に作用させることができる。そのため、半導体装置１００の構成部材間の熱膨張率の差異に起因して半導体基板１が熱膨張する際に、半導体基板１を裏面１Ｂ側に凸となるようにより大きく反らせることができる。その結果、より効果的に半導体基板１の表面１Ａと第１保護膜９とが接触している界面１０Ｂに沿った方向に加えられる熱応力を低減させることができる。
【００４２】
半導体基板１の一辺の長さ方向における絶縁膜２と半導体基板１との接触部の幅、すなわち開口端部２１と外周端部２２との間隔ｄ／２の２倍の長さｄが、半導体基板１の一辺の長さの１／２５以上９９／１００以下であるのが好ましい。長さｄが半導体基板１の一片の長さの１／２５以上であれば、上述のように絶縁膜２によって界面１０Ｂに沿った方向における力（熱応力）を、界面１０Ｂにおける半導体基板１の表面１Ａと第１保護膜９との接着力よりも小さくすることができる。また、半導体基板１をダイシングする前のウエハ上の半導体基板１において、たとえばダイシングエリアには絶縁膜２を形成しないようにするのが好ましい。これにより、ダイシングブレードの寿命低下抑制やダイシング品質の安定化を得ることができる。また、絶縁膜２に加え、電極３および第２保護膜４についてもダイシングエリアには形成しないようにするのが好ましい。絶縁膜２をダイシングエリアに形成しないようにするには、たとえばダイシングエリアに形成された絶縁膜２をエッチングにより除去してもよいし、ダイシングエリアにリフトオフパターンを形成しておきリフトオフにより除去してもよい。この場合、上記長さｄは半導体基板１の一片の長さの９９／１００以下となる。これにより、ダイシングブレードの寿命低下抑制やダイシング品質の安定化を得ることができる。
【００４３】
なお、界面１０Ｂに沿った方向における熱応力が低く抑えられていることによって、界面Ｂと略平行に形成されている界面１０Ｄ、および界面１０Ｂと垂直な方向に延びる面を有する界面１０Ｃに沿った方向における熱応力も低く抑えられており、また、界面１０Ｂの剥離欠陥が界面１０Ｃや界面１０Ｄにも進展することが防止される。そのため、界面１０Ｃや界面１０Ｄについても、剥離欠陥の発生を抑制することができる。
【００４４】
図５を参照して、本願発明者らは、実施の形態１に係る半導体装置１００について、動作時に加熱され得る温度域での熱サイクル試験を実施して剥離欠陥を十分に抑制することができることを確認した。また、半導体装置１００において絶縁膜２を備えることによる剥離欠陥抑制効果を確認するため、実施の形態１に係る半導体装置１００を模したサンプル、具体的には半導体基板１としてＳｉＣ基板を、絶縁膜２としてＬＰ−ＣＶＤ法により形成されたＳｉＯ２膜を、第１保護膜９としてエポキシ樹脂をそれぞれ用いるとともに、電極３や第２保護膜４が形成されていないもの、を作成して当該サンプルについて熱サイクル試験を実施した。
【００４５】
図５を参照して、上記サンプルによる熱サイクル試験の結果、絶縁膜２の膜厚が増すに従い、剥離欠陥が生じる熱サイクル回数が増加している。すなわち、絶縁膜２の膜厚を厚くすることにより、剥離耐性が向上していることが確認された。
【００４６】
絶縁膜２が形成されていない場合、すなわち絶縁膜２の膜厚が０μｍの場合には目標の熱サイクル回数（１００回）において剥離欠陥が確認された。これに対し、実施の形態１に係る半導体装置１００と同様に、絶縁膜２の膜厚が１．２μｍｍ以上と半導体基板１の膜厚６００μｍの１／５００以上であれば目標の熱サイクル回数（１００回）においても剥離欠陥が確認されず、２００回において初めて剥離が確認された。これらの結果は、絶縁膜２の膜厚が厚くなるに従い剥離耐性が向上し、絶縁膜２の膜厚が半導体基板１の厚みの１／５００以上である半導体装置１００は十分な剥離耐性を有することができることを表している。
【００４７】
また、本願発明者らは、絶縁膜２の膜厚Ｗ１が４μｍを超えたときには、絶縁膜２が半導体基板１から剥離してしまうなどの物理破壊が生じることを確認した。絶縁膜２の物理破壊が生じると所望の絶縁性を確保することはできないため、本願発明者らは物理破壊が生じない膜厚として４μｍ以下とするのが好ましいことを確認した。
【００４８】
また、実施の形態１に係る半導体装置１００における第２保護膜４は、上述のように応力緩和層として作用し得るが、電極３の外周の端部を絶縁膜２とともに覆っているため半導体装置１００の絶縁性を高めることができる。さらに、本願発明者らは、絶縁膜２と第２保護膜４との界面１０Ｄでは半導体基板１の表面１Ａと第１保護膜９との界面１０Ｂよりも剥離が進展しにくい傾向を確認した。このことから、上述のような絶縁膜２上に第２保護膜４を形成することにより、剥離欠陥の発生をより効果的に抑制することができることが分かった。
【００４９】
実施の形態１に係る半導体装置１００には、絶縁膜２と第１保護膜９との界面１０Ｃが形成されているが、これに限られるものではない。図６（ａ）を参照して、たとえば絶縁膜２において外周端部２２は、第２保護膜４に覆われているのが好ましい。この場合、半導体装置１００には界面１０Ｃが形成されず、界面１０Ｂおよび界面１０Ｄが形成されている。このような半導体装置１００では、第２保護膜４が広く形成されているため、半導体基板１の表面１Ａ近傍に加えられる熱応力をより広い領域に渡って緩和することができ、界面１０Ｂや界面１０Ｄでの剥離欠陥の発生をより効果的に抑制することができる。
【００５０】
また、図６（ｂ）を参照して、第２保護膜４の外周端部４２は、絶縁膜２の外周端部２２と重なるように設けられていてもよい。このようにしても、実施の形態１に係る半導体装置１００と同様の効果を奏することができる。
【００５１】
また、図７を参照して、絶縁膜２の外周端部２２の形状は任意に選択することができる。図７（ａ）に示すように、絶縁膜２の外周端部２２は、たとえば半導体基板１の表面１Ａに垂直な方向に延びる端面で構成されていてもよい。また、絶縁膜２の外周端部２２は、たとえば半導体基板１の表面１Ａと鋭角を成すように交差する端面を有していてもよい。また、図７（ｂ）に示すように、絶縁膜２の外周端部２２は、たとえば半導体基板１の表面１Ａと成す角度が０度から９０度まで変化するように交差する端面を有していてもよい。言い換えると、絶縁膜２の外周端部２２は、半導体基板１の表面１Ａに垂直な方向において円孤状に形成されていてもよい。また、図７（ｃ）に示すように、図７（ａ）に示す外周端部２２と図７（ｂ）に示す外周端部２２とが、半導体基板１の表面１Ａに垂直な方向において組み合わされたように形成されていてもよい。たとえば、絶縁膜２の外周端部２２は、半導体基板１の表面１Ａと成す角度がほぼ９０度であって表面１Ａと接している端面と、半導体基板１の表面１Ａと成す角度が０度から９０度まで変化するように交差する端面とを有していてもよい。
【００５２】
これらいずれの場合でも、外周端部２２と第１保護膜９との界面１０Ｃが形成されている場合にあっては、界面１０Ｂ、界面１０Ｃ、界面１０Ｄに沿った方向に加えられる熱応力を低減させることができるため、界面１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに剥離欠陥が生じることを抑制することができる。また、外周端部２２が第２保護膜４に覆われている場合にあっては、界面１０Ｂや界面１０Ｄに沿った方向に加えられる熱応力を低減させることができるため、界面１０Ｂ，１０Ｄに剥離欠陥が生じることを抑制することができる。
【００５３】
また、表面１Ａ上において、半導体基板１の外周端部を含む外周表面領域は第１保護膜９と接しているのが好ましい。ここで、外周表面領域とは、半導体基板１の表面１Ａ上において絶縁膜２が形成されている領域の外周側に位置する領域をいう。当該外周表面領域上には絶縁膜２や第２保護膜４が形成されておらず、当該外周表面領域は第１保護膜９と接して界面１０Ｂを形成している。これは、半導体基板１をダイシングする前のウエハ状の半導体基板１において、たとえばダイシングエリアには絶縁膜２を形成しないようにするのが好ましく、これによりダイシングブレードの寿命低下抑制やダイシング品質の安定化を得ることができる。また、このようにしても、界面１０Ｂにおいて剥離欠陥の発生が抑制されている半導体装置１００とすることができる。
【００５４】
（実施の形態２）
次に、図８を参照して、実施の形態２に係る半導体装置１００について説明する。実施の形態２に係る半導体装置１００は、基本的には実施の形態１に係る半導体装置１００と同様の構成を備えるが、半導体基板１の表面１Ａ上において、電極３と接合されている領域が狭く、絶縁膜２と接している領域がより広く形成されている点で異なる。
【００５５】
半導体装置１００は、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であってもよい。具体的には、絶縁膜２がゲート酸化膜、電極３ａがゲート電極、電極３ｂがソース電極として設けられていてもよい。電極３ａは、絶縁膜２上において、半導体基板１に設けられているチャネル領域と重なる領域に形成されており、たとえば絶縁膜２に一部が埋め込まれるように形成されていてもよい。電極３ｂは、絶縁膜２上において、半導体基板１に設けられているソース領域と重なる領域に形成されているとともに、絶縁膜２に形成されているスルーホール内に形成されて、ソース領域と電気的に接続されている。
【００５６】
このようにしても、実施の形態１に係る半導体装置１００と同様の効果を奏することができる。さらに、絶縁膜２は厚膜であることにより大きな圧縮応力を有しており、かつ第２保護膜４や第１保護膜９よりも弾性率が高いため、また第２保護膜４が応力緩和層として作用するため、熱応力により絶縁膜２に設けられたスルーホール内の電極３ｂが断線することを抑制することができる。
【００５７】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、高温で動作する半導体装置に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００５９】
１  半導体基板、１Ａ  表面、１Ｂ  裏面、２  絶縁膜、３，３ａ，３ｂ  電極、４  第２保護膜、５  半導体素子、６  はんだ、７  熱拡散基板、７Ａ  上面、７Ｂ  下面、８ａ，８ｂ  配線、９  第１保護膜、１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ  界面、２１，４１  開口端部、２２，４１，４２  外周端部、１００  半導体装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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