(57)【要約】【課題】素子破壊を防いで信頼性を向上することができる電力用半導体装置を得る。【解決手段】ｎ型半導体基板１０の第１の主面に複数のセル領域２４が形成され、その上にエミッタ電極２６が形成されている。ｎ型半導体基板１０の第２の主面上にコレクタ電極３２が形成されている。各セル領域２４は、エミッタ電極２６に接続されたｎ＋半導体層１４及びｐ型半導体層１２と、ゲート電極２０と、ゲート電極２０を覆ってエミッタ電極２６に対して絶縁する層間絶縁膜２２とを有する。各セル領域２４において層間絶縁膜２２とｎ＋半導体層１４及びｐ型半導体層１２との間に段差が存在する。エミッタ電極２６は、ｎ型半導体基板１０上に順次形成された第１の金属膜２６ｂと、高強度金属膜２６ｃと、第２の金属膜２６ｄとを有する。第１の金属膜２６ｂ及び第２の金属膜２６ｄはＡｌを９５％以上有する。高強度金属膜２６ｃは、第２の金属膜２６ｄよりも強度が高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１の主面と第２の主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記第１の主面に形成された複数のセル領域と、
前記複数のセル領域上に形成された第１の主電極と、
前記半導体基板の前記第２の主面上に形成された第２の主電極とを備え、
各セル領域は、前記第１の主電極に接続された半導体層と、制御電極と、前記制御電極を覆って前記第１の主電極に対して絶縁する層間絶縁膜とを有し、
各セル領域において前記層間絶縁膜と前記半導体層の間に段差が存在し、
前記第１の主電極は、前記半導体基板上に順次形成された、第１の金属膜と、高強度金属膜と、第２の金属膜とを有し、
前記第１の金属膜及び前記第２の金属膜はＡｌを９５％以上有し、
前記高強度金属膜は、前記第２の金属膜よりも強度が高いことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
前記高強度金属膜は、高融点金属又は高融点金属の導電性化合物からなることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記第１の主電極は、前記第１の金属膜の下に設けられ、高融点金属又は高融点金属の導電性化合物からなるバリアメタルを更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記第１の金属膜は前記層間絶縁膜よりも厚く、
前記第２の金属膜の厚みは３μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
前記第１の金属膜の上面は平坦化されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などの電力用半導体装置に関し、特に素子破壊を防いで信頼性を向上することができる電力用半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用半導体装置では、特性向上のために複数のセル領域が主電極により並列接続されている。また、主電極と複数のセル領域の制御電極とは、層間絶縁膜により絶縁されている。各セル領域において層間絶縁膜と半導体層の間に段差が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２７５５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
各セル領域において段差が存在するため、複数のセル領域上の主電極にワイヤを超音波接続する場合、大きな超音波パワーにより層間絶縁膜やセル領域などの素子が破壊される場合があった。また、アウタリードを主電極に直接に圧接やはんだ接続する場合でも、熱ストレスにより素子が破壊される場合があった。
【０００５】
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、その目的は、素子破壊を防いで信頼性を向上することができる電力用半導体装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、互いに対向する第１の主面と第２の主面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第１の主面に形成された複数のセル領域と、前記複数のセル領域上に形成された第１の主電極と、前記半導体基板の前記第２の主面上に形成された第２の主電極とを備え、各セル領域は、前記第１の主電極に接続された半導体層と、制御電極と、前記制御電極を覆って前記第１の主電極に対して絶縁する層間絶縁膜とを有し、各セル領域において前記層間絶縁膜と前記半導体層の間に段差が存在し、前記第１の主電極は、前記半導体基板上に順次形成された、第１の金属膜と、高強度金属膜と、第２の金属膜とを有し、前記第１の金属膜及び前記第２の金属膜はＡｌを９５％以上有し、前記高強度金属膜は、前記第２の金属膜よりも強度が高いことを特徴とする電力用半導体装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、素子破壊を防いで信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る電力用半導体装置を示す断面図である。
【図２】比較例に係る電力用半導体装置を示す断面図である。
【図３】実施の形態２に係る電力用半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る電力用半導体装置について図面を参照して説明する。同じ構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力用半導体装置を示す断面図である。ｎ型半導体基板１０はＳｉからなり、互いに対向する第１の主面と第２の主面を有する。ｎ型半導体基板１０の第１の主面にｐ型半導体層１２が形成されている。ｐ型半導体層１２の表面の一部にｎ＋半導体層１４が形成されている。ｎ＋半導体層１４とｐ型半導体層１２を貫通してｎ型半導体基板１０に達するトレンチ溝１６が形成されている。トレンチ溝１６内にゲート絶縁膜１８を介してゲート電極２０が埋設されている。層間絶縁膜２２がゲート電極２０を覆っている。
【００１１】
ｎ型半導体基板１０の第１の主面に複数のセル領域２４が形成されている。各セル領域２４は、ｎ＋半導体層１４及びｐ型半導体層１２と、ゲート電極２０と、層間絶縁膜２２とを有する。各セル領域２４において層間絶縁膜２２とｎ＋半導体層１４及びｐ型半導体層１２との間に段差が存在する。
【００１２】
複数のセル領域２４上にエミッタ電極２６が形成されている。エミッタ電極２６はｎ＋半導体層１４及びｐ型半導体層１２に接続されている。ゲート電極２０は層間絶縁膜２２によりエミッタ電極２６に対して絶縁されている。ｎ型半導体基板１０の第２の主面にｎ＋半導体層２８とｐ型コレクタ層３０が形成されている。第２の主面上にコレクタ電極３２が形成されている。
【００１３】
エミッタ電極２６は、ｎ型半導体基板１０上に順次形成されたバリアメタル２６ａと、第１の金属膜２６ｂと、高強度金属膜２６ｃと、第２の金属膜２６ｄとを有する。ここで、加工性やワイヤ接続の容易性から、第１の金属膜２６ｂ及び第２の金属膜２６ｄはＡｌを９５％以上有する金属からなる。一方、バリアメタル２６ａ及び高強度金属膜２６ｃは、Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖなどの高融点金属又は高融点金属の導電性化合物からなる。従って、高強度金属膜２６ｃは第２の金属膜２６ｄよりも強度が高い。
【００１４】
本実施の形態の効果について比較例と比較しながら説明する。図２は、比較例に係る電力用半導体装置を示す断面図である。比較例では、エミッタ電極３４は、Ａｌを９５％以上有する１つの膜だけからなる。このエミッタ電極３４にワイヤを超音波接続する際にエミッタ電極３４が変形して、層間絶縁膜２２やセル領域２４などの素子が破壊される場合がある。
【００１５】
一方、本実施の形態でも、エミッタ電極２６にワイヤを超音波接続する際に第２の金属膜２６ｄは変形する。しかし、第２の金属膜２６ｄよりも強度が高い高強度金属膜２６ｃが存在するため、第１の金属膜２６ｂの変形は抑制される。従って、ワイヤ接続による層間絶縁膜２２やセル領域２４へのダメージを緩和できる。また、アウタリードを主電極に直接に圧接やはんだ接続する場合でも、熱ストレスによる素子破壊を防ぐことができる。よって、素子破壊を防いで信頼性を向上することができる。
【００１６】
また、第１の金属膜２６ｂの下に高融点金属又は高融点金属の導電性化合物からなるバリアメタル２６ａを設けることで、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの微細パターンを有する半導体装置において電極によるＳｉ食われを防止できる。
【００１７】
また、第１の金属膜２６ｂは層間絶縁膜２２よりも厚いことが好ましい。そして、０．５ｍｍΦ程度の太線ワイヤや０．５ｍｍ厚程度のリボンワイヤーを接続することを考えると、第２の金属膜２６ｄの厚みは３μｍ以上であることが好ましい。これにより、更に確実に素子破壊を防ぐことができる。
【００１８】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る電力用半導体装置を示す断面図である。第１の金属膜２６ｂはＡｌの高温スパッタやリフローＡｌ工程により層間絶縁膜２２を埋めることで形成され、第１の金属膜２６ｂの上面は平坦化されている。
【００１９】
これにより、ワイヤ３６を接続する際に第２の金属膜２６ｄにかかる応力を高強度金属膜２６ｃで均等に受けることができるため、ダメージを更に緩和できる。なお、アウタリードを主電極に直接に圧接やはんだ接続する場合でも、同様に熱ストレスによる素子破壊を更に確実に防ぐことができる。
【００２０】
なお、実施の形態１，２に係る電力用半導体装置はトレンチＩＧＢＴであるが、これに限らず本発明は複数のセル領域を備える縦型の電力用半導体装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１０  ｎ型半導体基板（半導体基板）
１２  ｐ型半導体層（半導体層）
１４  ｎ＋半導体層（半導体層）
２０  ゲート電極（制御電極）
２２  層間絶縁膜
２４  セル領域
２６  エミッタ電極（第１の主電極）
２６ａ  バリアメタル
２６ｂ  第１の金属膜
２６ｃ  高強度金属膜
２６ｄ  第２の金属膜
３２  コレクタ電極（第２の主電極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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