(57)【要約】【課題】  表面電極のクラックを抑制するとともに半導体基板に対するストレスを軽減する。【解決手段】  半導体装置であって、半導体基板と、前記半導体基板の表面を覆う表面電極と、前記表面電極の表面の一部を覆う絶縁保護膜と、前記絶縁保護膜の表面から前記表面電極の表面に跨る範囲を覆うはんだ接合用金属膜を有する。前記表面電極が、前記半導体基板上に配置されている第１金属膜と、前記第１金属膜の表面に接しており、前記第１金属膜よりも高い引張強度を有する第２金属膜と、前記第２金属膜の表面に接しており、前記第２金属膜よりも低いとともに前記第１金属膜よりも高い引張強度を有する第３金属膜を有する。【選択図】図１
2018121050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の表面を覆う表面電極と、
前記表面電極の表面の一部を覆う絶縁保護膜と、
前記絶縁保護膜の表面から前記表面電極の表面に跨る範囲を覆うはんだ接合用金属膜、
を有し、
前記表面電極が、
前記半導体基板上に配置されている第１金属膜と、
前記第１金属膜の表面に接しており、前記第１金属膜よりも高い引張強度を有する第２金属膜と、
前記第２金属膜の表面に接しており、前記第２金属膜よりも低いとともに前記第１金属膜よりも高い引張強度を有する第３金属膜、
を有する、
半導体装置。
【請求項２】
前記第３金属膜の結晶粒径が、前記第１金属膜の結晶粒径よりも小さい請求項１の半導体装置。
【請求項３】
前記第３金属膜が、主要金属層と、前記主要金属層中に分散されている金属粒子を有する請求項１または２の半導体装置。
【請求項４】
前記金属粒子の抵抗率が、前記主要金属層の抵抗率よりも低い請求項３の半導体装置。
【請求項５】
前記表面電極と前記絶縁保護膜と前記接合用金属膜とが互いに接して三重接触部を構成しており、
前記半導体基板の前記表面を平面視したときに、前記第１金属膜、前記第２金属膜及び前記第３金属膜の積層構造が、前記表面電極の一部に、前記三重接触部と重なるように設けられている、
請求項１〜４のいずれか一項の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体基板の前記表面を平面視したときに、前記積層構造が、前記三重接触部から３０μｍ以内の範囲に設けられている請求項５の半導体装置。
【請求項７】
半導体装置の製造方法であって、
半導体基板の表面に表面電極を形成する工程と、
前記表面電極の表面の一部を覆うように絶縁保護膜を形成する工程と、
前記絶縁保護膜の表面から前記表面電極の表面に跨る範囲を覆うはんだ接合用金属膜を形成する工程、
を有し、
前記表面電極を形成する前記工程が、
前記半導体基板上に第１金属膜を形成する工程と、
Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＴｉＷ、ＭｏまたはＶを主材料とし、前記第１金属膜の表面に接している第２金属膜を形成する工程と、
ＡｌＳｉを主材料とし、前記第２金属膜の表面に接しており、前記第１金属膜よりも結晶粒径が小さい第３金属膜を形成する工程、
を有する、
製造方法。
【請求項８】
前記第３金属膜を形成する前記工程において、ＡｌＳｉ中に金属粒子を分散させる請求項７の製造方法。
【請求項９】
前記金属粒子が、ＡｌＳｉよりも低い抵抗率を有する請求項８の製造方法。
【請求項１０】
前記第１金属膜が、ＡｌＳｉを主材料とすることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項の製造方法。
【請求項１１】
前記第２金属膜を形成する工程では、前記第１金属膜の表面の一部に前記第２金属膜を形成し、
前記絶縁保護膜を形成する工程では、前記絶縁保護膜の端部が前記第２金属膜の上部に位置するように前記絶縁保護膜を形成する、
請求項７〜１０のいずれか一項の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体基板の前記表面を平面視したときに、前記第２金属膜が、前記絶縁保護膜の前記端部から３０μｍ以内の範囲に設けられるように、前記第２金属膜及び前記絶縁保護膜を形成する請求項１１の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置とその製造方法に関する。
【０００２】
特許文献１には、半導体基板の表面を覆う表面電極を備える半導体装置が開示されている。この表面電極は、下部金属膜と、下部金属膜の表面に接する高強度金属膜と、高強度金属膜の表面に接する上部金属膜を有する。この構成によれば、ワイヤーボンディングによる半導体基板へのダメージを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４９４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
表面電極の一部を覆う絶縁保護膜と、絶縁保護膜の表面から表面電極の表面に跨る範囲を覆うはんだ接合用金属膜を有する半導体装置が知られている。はんだ接合用金属膜は、外部の端子に対してはんだにより接合される金属膜である。はんだ接合用金属膜が表面電極の表面だけでなく絶縁保護膜の表面を覆っていることで、はんだ接合用金属膜の形成範囲に位置ずれが生じた場合に、表面電極の一部が露出することを防止することができる。この種の半導体装置では、表面電極と絶縁保護膜とはんだ接合用金属膜とが互いに接する三重接触部で高い熱応力が生じ易く、その位置を起点として表面電極にクラックが生じる場合がある。
【０００５】
本願発明者らは、この種の半導体装置の表面電極に特許文献１の構造を採用することで、表面電極のクラックを抑制することを検討した。しかしながら、特許文献１の構造を採用したとしても、三重接触部を起点として上部金属膜にクラックが生じる場合がある。クラックが生じると、クラックの進展を高強度金属膜で停止させることは難しい。これに対し、表面電極全体の強度を向上させることも考え得るが、この場合、表面電極と半導体基板との間で高い熱応力が生じるようになり、半導体基板に対するストレスが増加する。
【０００６】
したがって、本明細書では、表面電極のクラックを抑制するとともに半導体基板に対するストレスを軽減する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に開示の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の表面を覆う表面電極と、前記表面電極の表面の一部を覆う絶縁保護膜と、前記絶縁保護膜の表面から前記表面電極の表面に跨る範囲を覆うはんだ接合用金属膜を有する。前記表面電極が、前記半導体基板上に配置されている第１金属膜と、前記第１金属膜の表面に接しているとともに前記第１金属膜よりも高い引張強度を有する第２金属膜と、前記第２金属膜の表面に接しており、前記第２金属膜よりも低いとともに前記第１金属膜よりも高い引張強度を有する第３金属膜を有する。
【０００８】
この半導体装置では、表面電極の第２金属膜が高い引張強度を有する。また、第２金属膜よりも半導体基板側に、引張強度が小さい第１金属膜が配置されている。引張強度が小さい第１金属膜は、応力に応じて柔軟に変形することができる。このため、表面電極と半導体基板の間で高い熱応力が生じることが抑制され、半導体基板に対するストレスが軽減される。また、この半導体装置では、第２金属膜よりも表面側（絶縁保護膜及びはんだ接合用金属膜側）に、第３金属膜が配置されている。第３金属膜の引張強度は、第２金属膜より低いものの、第１金属膜より高い。このため、三重接触部で高い熱応力が生じたとしても、第３金属膜にクラックが生じ難い。したがって、表面電極にクラックが生じ難い。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の半導体装置の断面図。
【図２】結晶粒径と耐久性の関係を示すグラフ。
【図３】実施例１の半導体装置の製造方法を示すフローチャート。
【図４】第２金属膜の材料と第３金属膜の結晶粒径の関係を示すグラフ。
【図５】第３金属膜の膜厚と第３金属膜の結晶粒径の関係を示すグラフ。
【図６】実施例２の半導体装置の断面図。
【図７】実施例３の半導体装置の断面図。
【図８】実施例４の半導体装置の断面図。
【図９】実施例５の半導体装置の断面図。
【図１０】実施例５の半導体装置の製造方法を示すフローチャート。
【図１１】実施例５の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図１２】実施例５の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図１３】実施例５の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１０】
図１に示す実施例１の半導体装置１０は、半導体基板１２を有している。半導体基板１２の上面１２ａには、トレンチが設けられている。各トレンチ内に、ゲート電極３０とゲート絶縁膜３２が配置されている。ゲート電極３０の上面は、層間絶縁膜６２に覆われている。半導体基板１２内には、ｎ型のエミッタ領域２２、ｐ型のボディコンタクト領域２４、ｐ型のボディ領域２５、ｎ型のドリフト領域２６及びｐ型のコレクタ領域２７が設けられている。半導体基板１２の上面１２ａには、表面電極５０が配置されている。半導体基板１２の下面１２ｂには、下部電極６４が配置されている。エミッタ領域２２、ボディコンタクト領域２４、ボディ領域２５、ドリフト領域２６、コレクタ領域２７、ゲート電極３０等によって、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が構成されている。表面電極５０は、ＩＧＢＴのエミッタ電極として機能する。下部電極６４は、ＩＧＢＴのコレクタ電極として機能する。
【００１１】
表面電極５０は、第１金属膜５１、第２金属膜５２及び第３金属膜５３を有している。
【００１２】
第１金属膜５１は、半導体基板１２の上面１２ａ上に配置されている。第１金属膜５１は、層間絶縁膜６２によってゲート電極３０から絶縁されている。第１金属膜５１は、層間絶縁膜６２が存在しない範囲で、半導体基板１２の上面１２ａに接している。第１金属膜５１は、ＡｌＳｉ（アルミニウムとシリコンの合金）を主材料とする金属膜である。第１金属膜５１は、エミッタ領域２２及びボディコンタクト領域２４に対してオーミック接触している。
【００１３】
第２金属膜５２は、第１金属膜５１の表面に接している。第２金属膜５２は、第１金属膜５１の表面全体を覆っている。第２金属膜５２は、Ｔｉ（チタン）またはＴｉＮ（窒化チタン）を主材料とする金属膜である。第２金属膜５２の引張強度は、第１金属膜５１の引張強度よりも高い。
【００１４】
第３金属膜５３は、第２金属膜５２の表面に接している。第３金属膜５３は、第２金属膜５２の表面全体を覆っている。第３金属膜５３は、ＡｌＳｉを主材料とする金属膜である。第３金属膜５３のＡｌＳｉの結晶粒径は、第１金属膜５１のＡｌＳｉの結晶粒径よりも小さい。一般に、結晶粒径が小さいほど、金属の強度は高くなる。このため、第３金属膜５３の引張強度は、第１金属膜５１の引張強度よりも高い。
【００１５】
表面電極５０の表面の外周部は、絶縁保護膜５６によって覆われている。絶縁保護膜５６は、ポリイミドによって構成されている。絶縁保護膜５６は、表面電極５０（すなわち、第３金属膜５３）に接している。表面電極５０の表面の中央部は、絶縁保護膜５６に覆われていない。
【００１６】
絶縁保護膜５６の表面と表面電極５０の表面に跨る範囲は、はんだ接合用金属膜５８に覆われている。はんだ接合用金属膜５８は、はんだ濡れ性を有する金属により構成されている。本実施例では、はんだ接合用金属膜５８は、ニッケルを主成分とする金属膜である。はんだ接合用金属膜５８は、絶縁保護膜５６に覆われていない範囲の表面電極５０の表面全域を覆っている。はんだ接合用金属膜５８の表面は、はんだ層６０によって覆われている。はんだ接合用金属膜５８は、はんだ層６０よって、図示しない端子に接続されている。
【００１７】
上述したように、はんだ接合用金属膜５８は、絶縁保護膜５６と表面電極５０に接している。特に、絶縁保護膜５６の端部では、はんだ接合用金属膜５８と、絶縁保護膜５６と、表面電極５０（すなわち、第３金属膜５３）が互いに接している。以下では、これらが互いに接触している箇所を、三重接触部９０という。
【００１８】
半導体装置１０の動作中に、半導体基板１２が繰り返し発熱する。このため、半導体装置１０の全体の温度が、繰り返し変化する。半導体装置１０を構成する各材料の線膨張係数が異なるので、温度変化時に各材料の膨張率が異なる。このため、半導体装置１０の内部に熱応力が生じる。特に、三重接触部９０では、線膨張係数が異なる３つの材料が互いに接しているので、高い熱応力が生じる。表面電極５０として従来の構造（ＡｌＳｉを主成分とする単層の金属膜により構成されている構造）を採用すると、三重接触部９０で繰り返し高い熱応力が加わることで、表面電極５０にクラックが生じ易い。これに対し、実施例１の半導体装置１０では、第２金属膜５２と第３金属膜５３によって表面電極５０のクラックが抑制される。つまり、実施例１の半導体装置１０では、表面電極５０が、中間層として引張強度が高い第２金属膜５２を有している。第２金属膜５２によって、表面電極５０全体が補強されている。さらに、表面電極５０の最表層である第３金属膜５３の結晶粒径が小さく、これによって第３金属膜５３の引張強度が高くなっている。このため、三重接触部９０で高い熱応力が繰り返し生じても、第３金属膜５３にクラックが生じ難い。また、仮に第３金属膜５３にクラックが生じたとしても、第３金属膜５３の結晶粒径が小さいので、クラックが進展し難い。このため、半導体装置１０によれば、表面電極５０のクラックによる特性劣化を抑制することができる。
【００１９】
なお、図２は、結晶粒径が異なる第３金属膜５３に対して熱サイクル試験を行った結果を示している。図２の縦軸は、クラックによる特性劣化が生じたときの熱サイクル数を示している。図２に示すように、結晶粒径が小さいほど、第３金属膜５３にクラックが生じ難いことが分かる。
【００２０】
また、半導体装置１０が温度変化すると、表面電極５０と半導体基板１２の界面でも熱応力が発生する。しかしながら、本実施例では、表面電極５０の半導体基板１２に接する部分が、引張強度が小さい第１金属膜５１により構成されている。第１金属膜５１の柔軟性によって、表面電極５０と半導体基板１２の界面における熱応力が緩和される。したがって、半導体基板１２に加わるストレスが低減される。
【００２１】
以上に説明したように、半導体装置１０によれば、表面電極５０のクラックを抑制することができるとともに、表面電極５０から半導体基板１２に加わる熱応力を低減することができる。
【００２２】
次に、半導体装置１０の製造方法について説明する。図３は、半導体装置１０の製造方法を示すフローチャートである。ステップＳ２では、従来公知の方法によって、ＩＧＢＴの上面側の構造（ゲート電極３０、ゲート絶縁膜３２、層間絶縁膜６２、エミッタ領域２２、ボディコンタクト領域２４、ボディ領域２５）を形成する。次に、ステップＳ４で、半導体基板１２上にＡｌＳｉを主成分とする金属膜を成長させることで、第１金属膜５１を形成する。次に、ステップＳ６で、第１金属膜５１上にＴｉまたはＴｉＮを主成分とする金属膜を成長させることで、第２金属膜５２を形成する。次に、ステップＳ８で、第２金属膜５２上にＡｌＳｉを主成分とする金属膜を成長させることで、第３金属膜５３を形成する。これによって、表面電極５０が完成する。第３金属膜５３（すなわち、ＡｌＳｉを主成分とする金属膜）を成長させるときには、下地の材料によって第３金属膜５３の結晶粒径が変化する。図４は、第３金属膜５３を成長させるときにおける第２金属膜５２の材料（横軸）と第３金属膜５３の結晶粒径（縦軸）の関係を示している。図４の「なし」は、第２金属膜５２を設けずに、半導体基板１２上にＡｌＳｉを主成分とする金属膜を成長させた場合を示している。図４に示すように、第２金属膜５２の主成分をＴｉまたはＴｉＮとすることで、その上部に成長する第３金属膜５３の結晶粒径を小さくすることができる。また、図５は、第２金属膜５２の主成分をＴｉＮとした場合において、第３金属膜５３の厚み（横軸）と結晶粒径（縦軸）の関係を示している。図５に示すように、第３金属膜５３の厚みが薄いほど、第３金属膜５３の結晶粒径が小さくなる。このように、この方法によれば、第３金属膜５３の結晶粒径を調整することができ、第３金属膜５３の結晶粒径を第１金属膜５１の結晶粒径よりも小さくすることができる。上述したように、結晶粒径が小さいほど、金属の強度が高くなる。したがって、この方法によれば、第１金属膜５１よりも引張強度が高い第３金属膜５３を形成することができる。なお、結晶粒径を小さくするためには第３金属膜５３の厚みが薄い方が良いが、応力に耐えるために第３金属膜５３はある程度の厚みを有することが好ましい。したがって、第３金属膜５３の厚みは、１〜４μｍが好ましい。第２金属膜５２の厚みは、段差の被覆性等を考慮して、３０〜５００ｎｍとすることが好ましい。第１金属膜５１の厚みは、層間絶縁膜６２を被覆するために、１〜４μｍとすることが好ましい。
【００２３】
表面電極５０が完成したら、ステップＳ１０で、表面電極５０の外周部を覆うように絶縁保護膜５６を形成する。次に、ステップＳ１２で、絶縁保護膜５６の表面と表面電極５０の表面に跨る範囲を覆うように、はんだ接合用金属膜５８を形成する。次に、ステップＳ１４で、半導体基板１２にコレクタ領域２７を形成する。次に、ステップＳ１６で、半導体基板１２の下面１２ｂに下部電極６４を形成する。以上の工程によって、半導体装置１０が完成する。その後、半導体装置１０を実装するときに、はんだ接合用金属膜５８が、はんだ層６０によって外部の端子に接続される。
【実施例２】
【００２４】
上述した実施例１では、表面電極５０の最表層が第３金属膜５３によって構成されていた。実施例２では、図６に示すように、表面電極５０が第３金属膜５３の表面を覆う第４金属膜５４を有している。第４金属膜５４は、第２金属膜５２と同程度に高い引張強度を有する金属膜であり、例えば、ＴｉまたはＴｉＮを主材料とする金属膜である。第４金属膜５４は、絶縁保護膜５６及びはんだ接合用金属膜５８に接している。この構成によれば、引張強度が高い第４金属膜５４によって、表面電極５０のクラックがより効果的に抑制される。
【実施例３】
【００２５】
上述した実施例１では、第２金属膜５２が、表面電極５０の横方向全域に設けられていた。実施例３では、図７に示すように、表面電極５０の外周部（絶縁保護膜５６の下部）の一部において、第２金属膜５２が設けられていない。このように、高い応力が加わらない箇所では、第２金属膜５２を無くしてもよい。なお、三重接触部９０を起点に生じる熱応力は、三重接触部９０から約３０μｍの範囲内に作用し、三重接触部９０から約２０μｍの範囲内で特に強く作用する。したがって、第２金属膜５２が存在しない部分と三重接触部９０の間の距離Ｌ１を、２０μｍ以上とすることが好ましく、３０μｍ以上とすることがさらに好ましい。
【実施例４】
【００２６】
実施例４では、図８に示すように、第３金属膜５３が、主要金属層７０と、主要金属層７０中に分散された金属粒子７２を有している。主要金属層７０は、ＡｌＳｉを主成分とする金属により構成されている。金属粒子７２は、Ｃｕ（銅）を主成分とする金属により構成されている。金属粒子７２の引張強度は、主要金属層７０の引張強度よりも高い。また、金属粒子７２の抵抗率は、主要金属層７０の抵抗率よりも低い。なお、金属粒子７２は、０．５ｗｔ％以上の構成比率で第３金属膜５３中に存在することが好ましい。
【００２７】
主要金属層７０中に金属粒子７２が分散されていると、主要金属層７０のＡｌＳｉの結晶粒径が小さくなる。このため、第３金属膜５３の引張強度が高くなる。また、金属粒子７２の引張強度が高いので、これによっても第３金属膜５３の引張強度が高くなる。したがって、実施例４の構成によれば、第３金属膜５３の引張強度をより高くすることができ、表面電極５０のクラックをより効果的に抑制することができる。
【００２８】
また、ＡｌＳｉ（すなわち、主要金属層７０）の結晶粒径が小さくなると、ＡｌＳｉの抵抗率が高くなる。しかしながら、実施例４では、金属粒子７２の抵抗率が低いので、主要金属層７０の抵抗率が高くなっても、第３金属膜５３の抵抗がそれほど上昇しない。すなわち、この構成によれば、結晶粒径が小さくなることによる第３金属膜５３の抵抗増大を抑制することができる。
【００２９】
実施例４の半導体装置の製造方法は、ステップＳ８が実施例１の製造方法とは異なり、その他の工程は実施例１の製造方法と等しい。実施例４のステップＳ８では、主要金属層７０中に金属粒子７２を分散させながら第２金属膜５２上に第３金属膜５３を成長させる。このように第３金属膜５３を成長させると、主要金属層７０の結晶粒径が小さくなる。したがって、第３金属膜５３の引張強度を高めることができる。また、第３金属膜５３を成長させるときに、第２金属膜５２によって、金属粒子７２が第１金属膜５１や半導体基板１２へ拡散することが防止される。
【実施例５】
【００３０】
上述した実施例１では、第２金属膜５２が、表面電極５０の横方向全域に設けられていた。これに対し、実施例５では、図９に示すように、第２金属膜５２が、三重接触部９０の下部のみに設けられている。すなわち、半導体基板１２の厚み方向に沿って上面１２ａを平面視したときに、第１金属膜５１、第２金属膜５２及び第３金属膜５３の積層構造５０ａが、三重接触部９０と重複する範囲にのみ設けられている。半導体基板１２の厚み方向に沿って上面１２ａを平面視したときに、積層構造５０ａは、三重接触部９０から３０μｍ以内の範囲にのみ設けられている。積層構造５０ａが設けられていない範囲では、表面電極５０が、ＡｌＳｉからなる単一の金属膜５０ｂによって構成されている。半導体基板１２の厚み方向に沿って上面１２ａを平面視したときに、積層構造５０ａは、三重接触部９０に沿って設けられている。このため、半導体基板１２の厚み方向に沿って上面１２ａを平面視したときに、三重接触部９０の全体が、積層構造５０ａと重複している。
【００３１】
上述したように、第１金属膜５１、第２金属膜５２及び第３金属膜５３の積層構造５０ａは、三重接触部９０で生じる熱応力に対して高い耐性を有する。実施例５では、三重接触部９０の下部に積層構造５０ａが設けられているので、三重接触部９０で生じる応力は、積層構造５０ａに加わる。したがって、表面電極５０にクラックが生じることが抑制される。
【００３２】
また、三重接触部９０から離れた位置（特に、３０μｍ以上離れた範囲）では、表面電極５０が、積層構造５０ａではなく、金属膜５０ｂによって構成されている。金属膜５０ｂの熱応力に対する耐性はそれほど高くないが、三重接触部９０から離れた位置に金属膜５０ｂが配置されているので、金属膜５０ｂにはそれほど高い熱応力は加わらない。したがって、金属膜５０ｂでも、クラックが生じることが抑制される。
【００３３】
また、実施例１では、第２金属膜５２と半導体基板１２の間に柔軟性を有する第１金属膜５１が設けられているものの、引っ張り強度が高い第２金属膜５２が表面電極５０の横方向全域に設けられているため、半導体基板１２に比較的高い熱応力が加わる。このため、熱応力によって、半導体基板１２に反りが生じる場合がある。これに対し、実施例５では、三重接触部９０の直下以外の部分で、表面電極５０が柔軟性を有する金属膜５０ｂ（すなわち、ＡｌＳｉ）によって構成されている。特に、三重接触部９０からの熱応力がほとんど加わらない範囲（すなわち、三重接触部９０から３０μｍ以上離れた範囲）の全体で、表面電極５０が金属膜５０ｂによって構成されている。このため、半導体基板１２に加わる熱応力が小さく、半導体基板１２の反りが抑制される。このように、実施例５では、高温時における半導体基板１２の反りを、実施例１よりも抑制することができる。
【００３４】
図１０は、実施例５の半導体装置の製造方法を示している。図１０の製造方法には、図３の製造方法に比べて、ステップＳ７が付加されている。ステップＳ２〜Ｓ６は、図３（すなわち、実施例１）と同様に実施される。次に、ステップＳ７において、第２金属膜５２をエッチングする。これによって、図１１に示すように、第１金属膜５１の表面の一部に第２金属膜５２を残存させ、その他の部分の第２金属膜５２を除去する。次に、ステップＳ８において、図１２に示すように、第１金属膜５１と第２金属膜５２の表面を跨る範囲を覆うように、ＡｌＳｉ膜５５を形成する。第２金属膜５２上では、実施例１のステップＳ８と同様に、ＡｌＳｉ膜５５の結晶粒径が小さくなる。第２金属膜５２上に成長するＡｌＳｉ膜５５（結晶粒径が小さいＡｌＳｉ膜）によって、第３金属膜５３が構成される。したがって、積層構造５０ａが形成される。また、第１金属膜５１上（すなわち、第２金属膜５２に覆われていない範囲の第１金属膜５１上）には、第１金属膜５１と略同じ結晶粒径でＡｌＳｉ膜５５が成長する。すなわち、第１金属膜５１上のＡｌＳｉ膜５５は、第３金属膜５３よりも結晶粒径が大きい金属膜となる。第１金属膜５１とその上のＡｌＳｉ膜５５によって、金属膜５０ｂ（厚さ方向全体がＡｌＳｉによって構成されている層）が形成される。次に、ステップＳ１０で、図１３に示すように、絶縁保護膜５６の端部５６ａが積層構造５０ａ上に位置するように、絶縁保護膜５６を形成する。ここでは、端部５６ａから３０μｍ以内の範囲に第２金属膜５２が収まるように、絶縁保護膜５６を形成する。その後、実施例１と同様にステップＳ１２〜１６を実施することで、図９に示す実施例５の半導体装置が完成する。はんだ接合用金属膜５８が形成されると、図１３に示す端部５６ａは、図９の三重接触部９０となる。このように、この製造方法によれば、三重接触部９０の下（より詳細には、三重接触部９０から３０μｍ以内の範囲）に積層構造５０ａを有する半導体装置を製造することができる。
【００３５】
なお、第２金属膜５２を上述した実施例で用いた材料（すなわち、ＴｉまたはＴｉＮ）とは異なる材料によって構成してもよい。例えば、第２金属膜５２を、Ｔｉ、ＴｉＮと同様の柱状結晶構造を有するＷ（タングステン）、ＴｉＷ、Ｍｏ（モリブデン）、Ｖ（バナジウム）等により構成してもよい。第２金属膜５２をこれらの材料により構成しても、第３金属膜５３をＡｌＳｉで構成する場合に、その結晶粒径を小さくすることができる。
【００３６】
また、第３金属膜５３を上述した実施例で用いた材料（すなわち、ＡｌＳｉを主材料とする金属）とは異なる材料によって構成してもよい。この場合でも、第３金属膜５３を第１金属膜５１よりも高い引張強度を有する材料によって構成することで、表面電極５０のクラックを抑制することができる。但し、上述した実施例の構成では、半導体用の電極材料として一般的なＡｌＳｉを用いて引張強度が高い第３金属膜５３を形成することができる。
【００３７】
また、第１金属膜５１を上述した実施例で用いた材料（すなわち、ＡｌＳｉを主材料とする金属）とは異なる材料によって構成してもよい。この場合でも、第１金属膜５１を第３金属膜５３よりも低い引張強度を有する材料によって構成することで、半導体基板１２に対するストレスを軽減することができる。但し、上述した実施例の構成では、第１金属膜５１と第３金属膜５３を同じ金属材料によって形成しながら、第１金属膜５１の引張強度を第３金属膜５３の引張強度よりも低くすることができる。したがって、半導体装置を容易に製造することができる。
【００３８】
本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。
【００３９】
本明細書が開示する一例の半導体装置では、第３金属膜の結晶粒径が、第１金属膜の結晶粒径よりも小さくてもよい。
【００４０】
結晶粒径が小さい第３金属膜では、クラックが生じ難いとともに、クラックが生じたとしてもそのクラックが進展し難い。したがって、この構成によれば、表面電極のクラックをより好適に抑制することができる。
【００４１】
本明細書が開示する一例の半導体装置では、第３金属膜が、主要金属層と、主要金属層中に分散されている金属粒子を有していてもてよい。
【００４２】
この構成によれば、主要金属層の結晶粒径が小さくなり、第３金属膜の引張強度が高くなる。したがって、この構成によれば、表面電極のクラックをより好適に抑制することができる。
【００４３】
本明細書が開示する一例の半導体装置では、前記金属粒子の抵抗率が、主要金属層の抵抗率よりも低くてもよい。
【００４４】
この構成によれば、第３金属膜の抵抗を低減することができる。
【００４５】
本明細書が開示する一例の半導体装置では、表面電極と絶縁保護膜と接合用金属膜とが互いに接して三重接触部を構成している。半導体基板の表面を平面視したときに、第１金属膜、第２金属膜及び第３金属膜の積層構造が、表面電極の一部に、三重接触部と重なるように設けられている。
【００４６】
このように、三重接触部と重なる範囲に前記積層構造を設けることで、三重接触部と重なる範囲で表面電極を補強することができる。したがって、三重接触部で生じる熱応力によって表面電極にクラックが生じることを抑制することができる。また、表面電極に積層構造が存在しない範囲（すなわち、引張強度が高い第２金属膜が存在しない範囲）を設けることで、その範囲で表面電極に柔軟性を持たせることができる。これによって、表面電極と半導体基板との線膨張係数の差によって半導体基板に加わる熱応力を緩和し、半導体基板の反りを抑制することができる。
【００４７】
本明細書が開示する一例の半導体装置では、半導体基板の表面を平面視したときに、前記積層構造が、三重接触部から３０μｍ以内の範囲に設けられていてもよい。
【００４８】
三重接触部の熱応力の影響を受けるのは、主に、三重接触部から３０μｍ以内の範囲である。したがって、この範囲にのみ前記積層構造を設けることで、三重接触部で生じる熱応力によって表面電極にクラックが生じることを抑制することができる。また、その他の範囲には前記積層構造を設けないことで、効果的に半導体基板の反りを抑制することができる。
【００４９】
また、本明細書では、半導体装置の製造方法を提供する。本明細書が開示する製造方法は、半導体基板の表面に表面電極を形成する工程と、前記表面電極の表面の一部を覆うように絶縁保護膜を形成する工程と、前記絶縁保護膜の表面から前記表面電極の表面に跨る範囲を覆うはんだ接合用金属膜を形成する工程を有する。前記表面電極を形成する前記工程が、前記半導体基板上に第１金属膜を形成する工程と、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＴｉＷ、ＭｏまたはＶを主材料とし、前記第１金属膜の表面に接している第２金属膜を形成する工程と、ＡｌＳｉを主材料とし、前記第２金属膜の表面に接しており、前記第１金属膜よりも結晶粒径が小さい第３金属膜を形成する工程を有する。
【００５０】
第２金属膜の主材料をＴｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＴｉＷ、ＭｏまたはＶとし、その第２金属膜の表面にＡｌＳｉを主材料とする第３金属膜を形成すると、第３金属膜の結晶粒径を小さくすることができる。このため、第３金属膜の引張強度が高くなり、第３金属膜にクラックが生じ難くなる。これによって、表面電極のクラックを抑制することができる。
【００５１】
本明細書が開示する一例の製造方法では、前記第３金属膜を形成する工程において、ＡｌＳｉ中に金属粒子を分散させてもよい。
【００５２】
この構成によれば、第３金属膜の引張強度をより高めることができる。
【００５３】
本明細書が開示する一例の製造方法では、前記金属粒子が、ＡｌＳｉよりも低い抵抗率を有していてもよい。
【００５４】
この構成によれば、第３金属膜の抵抗率を低減することができる。
【００５５】
本明細書が開示する一例の製造方法においては、第２金属膜を形成する工程では、第１金属膜の表面の一部に第２金属膜を形成してもよい。絶縁保護膜を形成する工程では、絶縁保護膜の端部が第２金属膜の上部に位置するように絶縁保護膜を形成してもよい。
【００５６】
この構成によれば、第２金属膜の上部に三重接触部（すなわち、絶縁保護膜の端部）が位置するようになる。したがって、第２金属膜とその上の第３金属膜によって、三重接触部で生じる熱応力によって表面電極にクラックが生じることを抑制することができる。また、この製造方法によれば、表面電極の一部に第２金属膜が存在しない範囲が設けられるので、その範囲で表面電極に柔軟性を持たせることができる。これによって、表面電極と半導体基板との線膨張係数の差によって半導体基板に加わる熱応力を緩和し、半導体基板の反りを抑制することができる。
【００５７】
本明細書が開示する一例の製造方法においては、半導体基板の表面を平面視したときに、第２金属膜が、絶縁保護膜の端部から３０μｍ以内の範囲に設けられるように、第２金属膜及び絶縁保護膜を形成してもよい。
【００５８】
三重接触部の熱応力の影響を受けるのは、主に、三重接触部（すなわち、絶縁保護膜の端部）から３０μｍ以内の範囲である。したがって、この範囲に第２金属膜を設けることで、三重接触部で生じる熱応力によって表面電極にクラックが生じることを抑制することができる。また、その他の範囲には第２金属膜を設けないことで、効果的に半導体基板の反りを抑制することができる。
【００５９】
以上、実施形態について詳細に説明したが、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さまざまに変形、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み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わ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１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００６０】
１０  ：半導体装置
１２  ：半導体基板
５０  ：表面電極
５１  ：第１金属膜
５２  ：第２金属膜
５３  ：第３金属膜
５６  ：絶縁保護膜
５８  ：はんだ接合用金属膜
６０  ：はんだ層
９０  ：三重接触部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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