(57)【要約】【課題】  保護膜に加わる応力を好適に緩和することができる半導体装置を提供する。【解決手段】  本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に設けられた第１無機保護膜と、前記第１無機保護膜の上面に設けられた第１電極と、前記第１無機保護膜の上面の前記第１電極よりも外周側に設けられ、前記第１電極から分離されている第２電極と、前記第２電極の上面に設けられた第２無機保護膜と、前記第１電極と前記第２電極の間の前記第１無機保護膜の上面を覆い、前記第１無機保護膜と前記第２電極の境界に接し、前記第１無機保護膜の線膨張係数よりも前記第２電極の線膨張係数に近い線膨張係数を有する有機保護膜を備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上面に設けられた第１無機保護膜と、
前記第１無機保護膜の上面に設けられた第１電極と、
前記第１無機保護膜の上面の前記第１電極よりも外周側に設けられ、前記第１電極から分離されている第２電極と、
前記第２電極の上面に設けられた第２無機保護膜と、
前記第１電極と前記第２電極の間の前記第１無機保護膜の上面を覆い、前記第１無機保護膜と前記第２電極の境界に接し、前記第１無機保護膜の線膨張係数よりも前記第２電極の線膨張係数に近い線膨張係数を有する有機保護膜、
を備える半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、半導体装置を開示する。
【背景技術】
【０００２】
図９に例示する半導体装置が開発されている。図９の半導体装置では、半導体基板２２０の上面に第１無機保護膜２１１が設けられている。第１無機保護膜２１１の上面には、第１電極２２１と第２電極２２２が設けられている。第２電極２２２は、第１電極２２１よりも外周側に配置されており、第１電極２２１から分離されている。また、第１無機保護膜２１１、第１電極２２１、及び、第２電極２２２に跨る範囲を覆うように第２無機保護膜２１２が設けられている。第２無機保護膜２１２の上面には、有機保護膜２１３が設けられている。第２電極２２２上に第２無機保護膜２１２が設けられていると、半導体装置の周辺耐圧が向上する。
【０００３】
半導体装置は、動作時の発熱により各部材が熱膨張する。一般的に、電極の線膨張係数は、無機保護膜の線膨張係数より大きい。すなわち、電極の膨張率は、無機保護膜の膨張率より大きい。このため、図９の半導体装置では、第２電極２２２の膨張率が、第１無機保護膜２１１と第２無機保護膜２１２の膨張率よりも大きい。このため、第２電極２２２と第１無機保護膜２１１と第２無機保護膜２１２が互いに接する境界２３０において、第２電極２２２が第１無機保護膜２１１と第２無機保護膜２１２よりも大きく膨張する。その結果、境界２３０において、第１無機保護膜２１１と第２無機保護膜２１２を互いから引き離す方向に大きな応力が加わり、境界２３０を起点としてクラックが生じる場合がある。例えば、第１無機保護膜２１１自体または第２無機保護膜２１２自体にクラックが生じる場合がある。また、第２無機保護膜２１２が第１無機保護膜２１１から剥離して、これらの界面に沿ってクラックが生じる場合もある。
【０００４】
他方、特許文献１に、電極の周辺においてクラックを抑制する技術が開示されている。特許文献１の半導体装置では、電極と保護膜との間に空隙が設けられている。この空隙により、半導体装置の発熱による電極の熱膨張を吸収できる。したがって、保護膜に加わる応力が緩和され、クラックが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１９８７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、半導体装置の内部に空隙を形成する必要がある。このため、空隙の周辺における保護膜や電極の強度が弱く、これらが変形し易いという問題がある。したがって、本明細書は、空隙を用いることなく保護膜に加わる応力を好適に緩和することができる半導体装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に開示する半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の上面に設けられた第１無機保護膜と、第１無機保護膜の上面に設けられた第１電極と、第１無機保護膜の上面の第１電極よりも外周側に設けられ、第１電極から分離されている第２電極と、第２電極の上面に設けられた第２無機保護膜と、第１電極と第２電極の間の第１無機保護膜の上面を覆い、第１無機保護膜と第２電極の境界に接し、前記第１無機保護膜の線膨張係数よりも前記第２電極の線膨張係数に近い線膨張係数を有する有機保護膜、を備える。
【０００８】
なお、有機保護膜の線膨張係数は、第２電極の線膨張係数より大きくてもよいし小さくてもよい。
【０００９】
上記の半導体装置では、第１無機保護膜と第２電極の境界に有機保護膜が接している。すなわち、この境界において第１無機保護膜と第２電極と有機保護膜が互いに接している。有機保護膜は、第２電極の線膨張係数に近い線膨張係数を有する。この構成によれば、半導体装置が発熱した際に、有機保護膜が第２電極と略同程度に膨張することによって、前記境界に加わる応力を緩和することができる。このため、前記境界においてクラックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の半導体装置の断面図である。
【図２】実施例１の半導体装置が備える半導体素子の平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。
【図４】実施例１の半導体素子の変形例を示す断面図である。
【図５】実施例１の半導体素子の変形例を示す断面図である。
【図６】実施例２の半導体装置が備える半導体素子の断面図である。
【図７】実施例２の半導体素子の変形例を示す断面図である。
【図８】実施例２の半導体素子の変形例を示す断面図である。
【図９】従来の半導体素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１１】
図１に示すように、半導体装置１は、半導体素子２と、金属ブロック８０と、上面側リードフレーム８１と、下面側リードフレーム８２と、パッケージ樹脂８３を備えている。なお、図示はしていないが、半導体素子２は、半導体基板と、上面電極（後述する第１電極２１）と、下面電極と、ゲート電極（後述する第２電極２２）を有している。金属ブロック８０は、はんだ層９１を介して半導体素子２の上面電極に接続されている。上面側リードフレーム８１は、はんだ層９２を介して金属ブロック８０の上面に接続されている。下面側リードフレーム８２は、はんだ層９３を介して半導体素子２の下面電極に接続されている。パッケージ樹脂８３は、上面側リードフレーム８１と下面側リードフレーム８２の間で、金属ブロック８０及び半導体素子２を覆っている。
【００１２】
半導体素子２は、本実施例ではＩＧＢＴである。半導体素子２はこれに限られず、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオード等であってもよい。図２、３に示すように、半導体素子２は、半導体基板２０と、第１電極２１と、第２電極２２と、第１無機保護膜１１と、第２無機保護膜１２と、有機保護膜１３を備えている。なお、図２では、第２無機保護膜１２と有機保護膜１３の図示を省略していることに留意されたい。
【００１３】
半導体基板２０は板状であり、例えば、単結晶Ｓｉにより構成されている。半導体基板２０の線膨張係数は、約２．３ｐｐｍである。
【００１４】
第１無機保護膜１１は、半導体基板２０の上面の外周部（半導体基板２０の外周端２０ａ近傍の部分）全域に設けられている。半導体基板２０の上面の中央部は、第１無機保護膜１１に覆われていない。第１無機保護膜１１は、絶縁性を有しており、例えば、ＢＰＳＧ／ＮＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass / Non-doped Silicate Glass）により構成されている。第１無機保護膜１１の線膨張係数は、約０．６ｐｐｍである。
【００１５】
半導体基板２０の上面の中央部に、２つの第１電極２１が設けられている。第１電極２１は、半導体基板２０の上面の中央部（第１無機保護膜１１に覆われていない範囲）で半導体基板２０に接している。また、第１電極２１の外周側の部分は、第１無機保護膜１１上まで伸びている。本実施例では、第１電極２１は、エミッタ電極として機能する。第１電極２１は、例えば、ＡｌＳｉにより構成されている。第１電極２１の線膨張係数は、約２５ｐｐｍである。
【００１６】
第２電極２２は、第１無機保護膜１１の上面に設けられている。第２電極２２は、２つの第１電極２１を取り囲むように環状に伸びている。第２電極２２は、第１電極２１から分離されている。すなわち、第１無機保護膜１１の上面上において、第１電極２１と第２電極２２の間に間隔が設けられている。本実施例では、第２電極２２は、ゲート配線（ゲート電極とゲート用ボンディングパッド（図示省略）とを接続する配線）として機能する。第２電極２２は、例えば、ＡｌＳｉにより構成されている。第２電極２２の線膨張係数は、約２５ｐｐｍである。
【００１７】
図３に示すように、第２無機保護膜１２は、第２電極２２の上面に設けられている。第２無機保護膜１２は、半絶縁性を有している。第２無機保護膜１２は、例えば、ＳＩｎＳｉＮ（Semi-Insulating Silicon Nitride）により構成されている。第２無機保護膜１２の線膨張係数は、約２．６ｐｐｍである。第２電極２２上に第２無機保護膜１２を設けることにより、半導体素子２の外周部の耐圧が向上する。また、第２電極２２が第１無機保護膜１１と第２無機保護膜１２によりその上下側から拘束されるため、第２電極２２の平面方向の変形を抑制することができる。
【００１８】
有機保護膜１３は、第１電極２１と第２電極２２の間の第１無機保護膜１１の上面全域を覆うように設けられている。また、有機保護膜１３は、第１電極２１の外周部と第２無機保護膜１２を覆っている。図示していないが、有機保護膜１３に覆われていない範囲の第１電極２１は、上述したはんだ層９１（図１参照）に接続されている。有機保護膜１３は、第１無機保護膜１１と第２電極２２の境界３０に接している。つまり、境界３０において、第１無機保護膜１１と第２電極２２と有機保護膜１３が互いに接している。有機保護膜１３は、樹脂により構成されており、絶縁性を有している。有機保護膜１３は、例えば、ポリイミド（ＰＩ）により構成されている。有機保護膜１３の線膨張係数は、約２７ｐｐｍである。有機保護膜１３の線膨張係数（約２７ｐｐｍ）は、第１無機保護膜１１の線膨張係数（約０．６ｐｐｍ）よりも、第２電極２２の線膨張係数（約２５ｐｐｍ）に近い。
【００１９】
半導体装置１が発熱すると、第２電極２２と第１無機保護膜１１と第２無機保護膜１２と有機保護膜１３のそれぞれが熱膨張する。本実施例の半導体装置１では、境界３０において、第１無機保護膜１１と第２電極２２と有機保護膜１３が互いに接している。有機保護膜１３の線膨張係数は、第２電極２２の線膨張係数に近い。したがって、境界３０において、有機保護膜１３と第２電極２２が略同程度膨張する。このため、有機保護膜１３に覆われている範囲の第１無機保護膜１１の膨張率と第２電極２２に覆われている範囲の第１無機保護膜１１の膨張率との間の差が小さい。したがって、境界３０に生じる応力を緩和することができ、境界３０を起点としてクラックが生じることを抑制することができる。
【００２０】
なお、図４に示すように、第１電極２１の上面に第２無機保護膜１２をさらに設けてもよい。第１電極２１が、第１無機保護膜１１と第２無機保護膜１２によりその上下側から拘束されるため、第１電極２１の平面方向の変形を抑制することができる。
【００２１】
また、図５に示すように、第１電極２１の第２電極２２と対向する側面２１ａと、第２電極２２の第１電極２１と対向する側面２２ａがテーパ状であってもよい。別言すると、電極２１、２２のそれぞれは、上面から下面に向かって幅が広くなっていてもよい。この構成によると、各電極の側面が第１無機保護膜１１に対して垂直である場合と比較して第１無機保護膜１１に加わる応力を低減することができるため、クラックを抑制することができる。
【００２２】
また、図６に示すように、第１電極２１と第２電極２２の間に位置する第１無機保護膜１１の上面に、第２無機保護膜１１２がさらに設けられていてもよい。第２無機保護膜１１２は、第１無機保護膜１１と第１電極２１の境界２９、及び、第１無機保護膜１１と第２電極２２の境界３０には接していない。別言すると、第２無機保護膜１１２は、第１電極２１と第２電極２２の間の第１無機保護膜１１の上面であって、第１電極２１及び第２電極２２から離れた位置に設けられている。
【００２３】
図６の半導体装置では、境界３０を起点として有機保護膜１３が第１無機保護膜１１から剥離した場合であっても、第２無機保護膜１１２と第１無機保護膜１１の境界３１において、当該剥離の進展を抑止することができる。なお、第２無機保護膜１１２の形態は、上記に限られない。例えば、図７に示すように、第１電極２１と第２電極２２の間に位置する第１無機保護膜１１の上面に、第２無機保護膜１１２を断続的に複数設けてもよい。この構成によると、上述した剥離の進展を多段階で抑止することができる。
【００２４】
また、図８に示すように、第２無機保護膜１１２の側面１１２ａをテーパ状に構成してもよい。別言すると、第２無機保護膜１１２の断面形状が台形を有していてもよい。この構成によると、境界３１において、第１無機保護膜１１と有機保護膜１３の間の剥離の進展をより効果的に抑止することができる。なお、図８の第２無機保護膜１１２は、第１電極２１と第２電極２２の間に位置する第１無機保護膜１１の上面に、断続的に複数設けてもよい。
【００２５】
実施例の半導体装置では、第２無機保護膜１２が、第２電極２２の上面の全域に形成されていたが、第２電極２２の上面の一部に形成されていてもよい。
【００２６】
また、第１無機保護膜１１と第２無機保護膜１２の線膨張係数は、電極２１、２２の線膨張係数よりも小さい値を有することが好ましい。この構成によると、電極２１、２２を拘束する力が大きくなり、半導体装置の発熱による電極２１、２２の変形を抑制することができる。
【００２７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独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。
【符号の説明】
【００２８】
１：半導体装置
２：半導体素子
１１：第１無機保護膜
１２：第２無機保護膜
１３：有機保護膜
２０：半導体基板
２１：第１電極
２２：第２電極
【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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【図９】
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