(57)【要約】【課題】半導体基板に縦型パワートランジスタが形成され、該半導体基板の主面側と裏面側にそれぞれ電極が形成されてなる半導体装置であって、半導体基板の主面側と裏面側とで残留応力が低くバランスされており、半田接合に際して剥がれや亀裂等の不具合が生じ難い電極構造を有してなる半導体装置を提供する。【解決手段】主面側の半導体基板１上に保護膜５が形成され、第１下地電極層１４に接続する第１金属電極３０ａが保護膜５に設けられた開口部５ｋを介して外部に露出すると共に、裏面側の半導体基板１上の全面に第２下地電極層１４ｂに接続する第２金属電極３０ｂが形成され、第１金属電極３０ａと第２金属電極３０ｂが、半導体基板１側から外部側に向かって、スパッタにより形成された同じ層数で対応する各層が同じ材料からなる積層構造を有してなる半導体装置１００とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に縦型パワートランジスタが形成され、前記半導体基板の主面側において第１下地電極層に接続すると共に外部に露出する第１金属電極が形成され、前記半導体基板の裏面側において第２下地電極層に接続すると共に外部に露出する第２金属電極が形成されてなる半導体装置であって、
主面側の前記半導体基板の上に保護膜が形成され、前記第１金属電極が前記保護膜に設けられた開口部を介して外部に露出すると共に、裏面側の前記半導体基板の上の全面に前記第２金属電極が形成され、
前記第１金属電極と前記第２金属電極が、前記半導体基板の側から外部側に向かって、スパッタにより形成された同じ層数で対応する各層が同じ材料からなる積層構造を有してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記保護膜の上面に対して前記開口部から臨む前記第１下地電極層の表面が引っ込むように段差が形成されており、
前記開口部が設けられた保護膜の上の全面にスパッタして、前記第１金属電極となる各層の膜が形成され、
前記第１金属電極が、前記保護膜の上面に形成された前記各層の膜を機械的に削る除去加工でパターニングされることによって、前記開口部から臨む前記第１下地電極層および前記段差を形成する前記保護膜の側面に形成されたものとなっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体装置が形成される半導体基板は、ウエハから複数個の四角形のチップに切り出される半導体基板であって、
前記ウエハの上の前記開口部が設けられた保護膜の平面パターンにおける前記四角形の直交する二つの辺方向の幅が、１０μｍ以上、２００μｍ以下に設定されてなることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記保護膜が、ポリイミドからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１下地電極層および第２下地電極層が、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）合金からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記積層構造における前記外部側の最上層が、金（Ａｕ）からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１下地電極層または前記第２下地電極層と前記積層構造における前記外部側の最上層との間の中間層が、前記半導体基板の側から外部側に向かって、チタン（Ｔｉ）からなる第１金属層とニッケル−バナジウム（Ｎｉ−Ｖ）合金からなる第２金属層の二層で構成されてなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記縦型パワートランジスタが、前記半導体基板の主面側に形成されたトレンチゲートを有する絶縁ゲートトランジスタであり、
前記半導体基板の裏面側にも、前記トレンチゲートと同じ断面構造のダミートレンチゲートが形成されてなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記縦型パワートランジスタが、ＩＧＢＴであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１金属電極と第２金属電極に、それぞれ、ヒートシンクが半田で接続されてなり、
前記半導体装置が、前記ヒートシンクと共に樹脂モールドされて、パッケージ化されてなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体装置が、車載用であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一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、半導体基板に縦型パワートランジスタが形成され、該半導体基板の主面側と裏面側にそれぞれ電極が形成されてなる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板に縦型パワートランジスタが形成され、該半導体基板の主面側と裏面側にそれぞれ電極が形成されてなる半導体装置が、例えば、特開２００５−１１６９６２号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
図７は、上記特許文献１に開示された、縦型パワートランジスタが形成されてなる半導体装置（半導体チップ）９０の断面構造を示した図である。また、図８は、半導体装置９０における各種構成要素のレイアウトを示す平面図である。尚、図７は、図８のＡ−Ａ断面に対応している。また、図９は、上記半導体装置９０がパッケージ化された、パッケージ型半導体装置９０ｐの断面構成を示す図である。
【０００４】
図７に示す半導体装置９０は、ｐ＋型基板２の主表面上にｎ−型ドリフト層３を形成した半導体基板を用いて形成されたものであり、半導体装置９０のセル部には、縦型パワートランジスタである多数のＩＧＢＴ（Insulated Gate BipolarTransistor）が形成されている。ｎ−型ドリフト層３の表層部にはｐ型ベース層４が形成され、ｐ型ベース層４の表層部にはｎ＋型エミッタ領域６が形成されている。図７に示すＩＧＢＴは、トレンチ７、ゲート絶縁膜８、ゲート層９により構成されるトレンチゲート１０を有したＩＧＢＴである。また、ｎ＋型エミッタ領域６の一部とトレンチゲート１０とが絶縁膜１２ａにて覆われている。半導体装置９０の裏面側におけるｐ＋型基板２は、ＩＧＢＴのコレクタ領域としての役割を果たし、このｐ＋型基板２の裏面には、当該裏面と接するようにコレクタ電極１３が形成されている。このコレクタ電極１３は、Ａｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜にて形成され、半田付けの際の濡れ性が良好にされている。
【０００５】
また、図７に示すＩＧＢＴの主面側の表面には、第１下地電極層であるエミッタＡｌ電極１４が形成され、その表面にはＮｉメッキ層１５およびＡｕメッキ層１６が順に形成されている。エミッタＡｌ電極１４は、主電極に相当するもので、１つのセル部内に形成される多数のＩＧＢＴのｐ型ベース層４とｎ＋型エミッタ領域６に接するように形成されている。具体的には、エミッタＡｌ電極１４は、ｐ＋型基板２のセル部の表面において、複数のトレンチゲート１０上にまたがるように形成され、図８に示されるように、セル部の上面のほぼ全域を覆うように形成されている。すなわち、ＩＧＢＴは、図７の断面に対して垂直な方向において、トレンチゲート１０が延設された構成となっており、トレンチゲート１０が延設された方向にエミッタＡｌ電極１４も延設されている。そして、半導体装置９０において、多数のセル部（図８では３つ示してある）が存在することから、エミッタＡｌ電極１４は、ストライプ状に配置される。このエミッタＡｌ電極１４は、例えばＡｌ−Ｓｉ等のＡｌを主成分とするＡｌ合金からなる金属材料でスパッタリングにより形成される。なお、このエミッタＡｌ電極１４は、図８に示されるように、図７とは別断面において、エミッタ電極用パッド１４ａと電気的に接続されており、このエミッタ電極用パッド１４ａを介してｎ＋型エミッタ領域６およびｐ型ベース層４がグランド電位に固定されるようになっている。
【０００６】
Ｎｉメッキ層１５は、エミッタＡｌ電極１４の表面全域に形成されるもので、エミッタＡｌ電極１４と電気的に接続される導電性の金属層である。このＮｉメッキ層１５は、例えば無電解メッキ法により形成されている。Ａｕメッキ層１６は、Ｎｉメッキ層１５の表面全域に形成されるもので、Ｎｉメッキ層１５と電気的に接続され、かつ半田付け可能な金属体である。このＡｕメッキ層１６は、例えば湿式無電解メッキによって形成される。
【０００７】
一方、電極配置部には、ｎ−型ドリフト層３の表面に形成されたＬＯＣＯＳ酸化膜１１および絶縁膜１２ｂを介して、ゲート配線層１７およびダミー配線層１８が備えられている。そして、これらゲート配線層１７およびダミー配線層１８の表面を覆うように保護膜５が形成されており、この保護膜５により、ゲート配線層１７、ダミー配線層１８およびエミッタＡｌ電極１４が互いに電気的に絶縁された状態となっている。なお、図８に示されるように、半導体装置９０には図７とは別断面において、ゲート配線層１７と電気的に接続されたゲート電極用パッド１７ａが形成されている。このゲート電極用パッド１７ａを介して、ゲート配線層１７への印加電圧、すなわちゲート電位が制御されるようになっている。
【０００８】
図９に示すように、パッケージ型半導体装置９０ｐは、ＩＧＢＴが形成された半導体装置９０と共に、下側ヒートシンクである金属ブロック２２、上側ヒートシンクである金属ブロック２３、中間の金属ブロック２４、下側および上側ヒートシンクである金属ブロック２２、２３にそれぞれ接合されたリード端子２２ａ、２３ａを樹脂部２５にて封止した構成となっている。また、ワイヤ２６を介して半導体装置９０におけるＩＧＢＴのゲート電極用パッド１７ａとリード端子２７とが接続されており、下側および上側ヒートシンクである金属ブロック２２、２３のそれぞれの一表面とリード端子２２ａ、２３ａおよびリード２７の端部とが樹脂部２５から露出している。
【０００９】
また、金属ブロック２２の上面と半導体装置９０の下面との間、半導体装置９０の上面と金属ブロック２４の下面との間、金属ブロック２４の上面と金属ブロック２３の下面との間には、半田２８ａ、２８ｂ、２８ｃにて接合されている。このため、半導体装置９０に形成されたＩＧＢＴのエミッタ電極は金属ブロック２３を介して、また、ＩＧＢＴのコレクタ電極１３は金属ブロック２２を介して外部と電気的に接続できるようになっている。下側および上側ヒートシンクである金属ブロック２２、２３は、半導体装置９０から発せられる熱を放出するための放熱板としても機能するため、熱伝導性が良く、電気抵抗が低いＣｕなどで構成される。
【００１０】
金属ブロック２４は半導体装置９０から発せられる熱を上側ヒートシンクである金属ブロック２３側へ逃がすための経路となるものであり、例えばＣｕなどで構成される。なお、図８中において、半導体装置９０をパッケージ型半導体装置９０ｐに内蔵した場合における金属ブロック２４の配置を破線で示した。この破線で示されるように、金属ブロック２４は、その外縁部がストライプ状に配置されたエミッタＡｌ電極１４の外縁とほぼ一致するように配置され、エミッタＡｌ電極１４すべてを覆っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１１６９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図７〜図９に示した縦型パワートランジスタが形成されてなる半導体装置９０、および該半導体装置９０がパッケージ化されてなるパッケージ型半導体装置９０ｐでは、以下に示すような問題点がある。
【００１３】
すなわち、半導体装置９０の裏面側では、スパッタによって形成されるＡｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜からなる薄いコレクタ電極１３が全面に形成されており、半導体装置９０の主面側では、エミッタＡｌ電極１４／Ｎｉメッキ層１５／Ａｕメッキ層１６からなるメッキ膜を使用した厚い電極がセル部に形成されている。このため、半導体装置９０の主面側と裏面側とでは、残留応力が大きく異なっている。主面側の厚いＮｉメッキ層１５は、エミッタＡｌ電極１４を電極とした電解メッキでの形成が容易であり、図９に示す金属ブロック２４を半田２８ｂで接合する際には、錫合金が成長して劣化が進行するのを防ぐ役割を持っている。しかしながら、厚いメッキ膜を使用した半導体装置９０の主面側の電極においては、図９に示すパッケージ化の際に、上記残留応力と金属ブロック２４を半田２８ｂで接合した時に発生する応力とで、剥がれや亀裂等の不具合が発生し易くなっている。
【００１４】
そこで本発明の目的は、半導体基板に縦型パワートランジスタが形成され、該半導体基板の主面側と裏面側にそれぞれ電極が形成されてなる半導体装置であって、該電極として従来の厚いメッキ膜を使用することなく、半導体基板の主面側と裏面側とで残留応力が低くバランスされており、半田接合に際して剥がれや亀裂等の不具合が生じ難い電極構造を有してなる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】
【００１５】
請求項１に記載の半導体装置は、半導体基板に縦型パワートランジスタが形成され、前記半導体基板の主面側において第１下地電極層に接続すると共に外部に露出する第１金属電極が形成され、前記半導体基板の裏面側において第２下地電極層に接続すると共に外部に露出する第２金属電極が形成されてなる半導体装置であって、主面側の前記半導体基板の上に保護膜が形成され、前記第１金属電極が前記保護膜に設けられた開口部を介して外部に露出すると共に、裏面側の前記半導体基板の上の全面に前記第２金属電極が形成され、前記第１金属電極と前記第２金属電極が、前記半導体基板の側から外部側に向かって、スパッタにより形成された同じ層数で対応する各層が同じ材料からなる積層構造を有してなることを特徴としている。
【００１６】
上記半導体装置は、半導体基板の主面側と裏面側にそれぞれ縦型パワートランジスタの第１金属電極と第２金属電極が形成されてなる半導体装置である。裏面側の第２金属電極は、半導体基板の全面に形成されているが、主面側の第１金属電極は、半導体基板の上に形成された保護膜の開口部から外部に露出するように形成されている。
【００１７】
主面側の第１金属電極と裏面側の第２金属電極とでは、上記のように電極構造や平面パターンの面積に違いがあるものの、該第１金属電極と第２金属電極は、スパッタにより形成された同じ層数で対応する各層が同じ材料からなる積層構造を有している。スパッタにより形成される主面側と裏面側の該積層構造は、主面側の電極において厚いメッキ層を使用する従来の半導体装置と異なり、第１金属電極と第２金属電極の形成に起因する半導体基板の主面側と裏面側の残留応力を低くバランスさせることができる。従って、例えば第１金属電極と第２金属電極に金属ブロックを半田接合して上記半導体装置をパッケージ化するに際しても、上記残留応力と金属ブロックを半田接合した時に発生する応力とで発生する剥がれや亀裂等の不具合を抑制することができる。
【００１８】
上記した第１金属電極と第２金属電極とがスパッタにより形成された同じ層数で対応する各層が同じ材料からなる積層構造を有していることによる残留応力の低減効果は、縦型パワートランジスタを形成するため一般的に厚さが１００〜２００μｍの薄い半導体基板が採用される上記半導体装置において特に効果的である。
【００１９】
以上のようにして、上記半導体装置は、半導体基板に縦型パワートランジスタが形成され、該半導体基板の主面側と裏面側にそれぞれ第１金属電極と第２金属電極が形成されてなる半導体装置であって、該電極として従来の厚いメッキ膜を使用することなく、半導体基板の主面側と裏面側とで残留応力が低くバランスされており、半田接合に際して剥がれや亀裂等の不具合が生じ難い電極構造を有してなる半導体装置とすることができる。
【００２０】
請求項２に記載のように、上記半導体装置の主面側における第１金属電極の電極構造は、前記保護膜の上面に対して前記開口部から臨む前記第１下地電極層の表面が引っ込むように段差が形成されており、前記開口部が設けられた保護膜の上の全面にスパッタして、前記第１金属電極となる各層の膜が形成され、前記第１金属電極が、前記保護膜の上面に形成された前記各層の膜を機械的に削る除去加工でパターニングされることによって、前記開口部から臨む前記第１下地電極層および前記段差を形成する前記保護膜の側面に形成されたものとなっていることが好ましい。
【００２１】
主面側の第１金属電極はパターニングが必要であるが、スパッタにより形成する場合は、電解メッキのように前記保護膜の開口部に露出する第１下地電極層に対して選択的に成長させて形成することができない。このため、上記第１金属電極の電極構造では、最初に開口部が設けられた保護膜の上の全面にスパッタし第１金属電極となる各層の膜を形成しておき、次に保護膜の上面に形成されている余分な各層の膜を機械的に削る除去加工でパターニングする方法を採用している。これによれば、第１金属電極のパターニングのためのマスクが不要であるため、安価に製造することが可能である。
【００２２】
また、縦型パワートランジスタが形成された半導体装置における主面側の第１金属電極の平面パターン（すなわち保護膜の開口部の平面パターン）は、大電流を流す必要性から、一般的に大面積の平面パターンとなる。このような大面積の平面パターンを有する第１金属電極の形成に際して、例えば保護膜の上面に形成されている余分な各層の膜を研磨で除去加工する場合には、主面側の全面を一括して研磨するため、開口部の中央にある膜までいっしょに研磨されてしまうおそれがある。これに対して、上記の機械的に削る除去加工によれば、切削バイトを走査して、保護膜の上面に形成されている余分な各層の膜だけを確実に除去することができる。
【００２３】
この場合の上記半導体装置が形成される半導体基板は、請求項３に記載のように、ウエハから複数個の四角形のチップに切り出される半導体基板である場合において、前記ウエハの上の前記開口部が設けられた保護膜の平面パターンにおける前記四角形の直交する二つの辺方向の幅が、１０μｍ以上、２００μｍ以下に設定されてなることが好ましい。
【００２４】
保護膜の上記幅が１０μｍより小さい場合には、除去加工時に切削バイトにより保護膜へ印加される引き剥がし力に対して当該部分の半導体基板に対する密着力が小さすぎて、保護膜の剥離が急に発生し易くなる。一方、保護膜の上記幅が２００μｍより大きい場合には、当該部分での切削屑が多くなりすぎて、加工精度が急に悪くなる。
【００２５】
上記半導体装置における前記保護膜は、請求項４に記載のように、半導体基板のシリコンやパッケージ化時のモールド樹脂との密着性が高く耐湿性にも優れる
、ポリイミドからなることが好ましい。
【００２６】
上記半導体装置における前記第１下地電極層および第２下地電極層は、請求項５に記載のように、配線層として一般的に用いられている、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）合金であってよい。
【００２７】
上記半導体装置の前記積層構造における前記外部側の最上層は、請求項６に記載のように、半田との濡れ性に優れる、金（Ａｕ）からなることが好ましい。
【００２８】
また、上記半導体装置における前記第１下地電極層または前記第２下地電極層と前記積層構造における前記外部側の最上層との間の中間層は、請求項７に記載のように、前記半導体基板の側から外部側に向かって、チタン（Ｔｉ）からなる第１金属層とニッケル−バナジウム（Ｎｉ−Ｖ）合金からなる第２金属層の二層で構成されてなることが好ましい。
【００２９】
上記構成における第１金属層のチタンは、第１下地電極層および第２下地電極層であるアルミニウムまたはアルミニウム−シリコン合金との密着性が高く、第１下地電極層および第２下地電極層のバリアメタルとして機能する。また、第２金属層であるニッケル−バナジウム合金は、バナジウムを含有しているため、半田接合時の錫（Ｓｎ）拡散に対するバリアメタルとして機能する。
【００３０】
上記半導体装置において、請求項８に記載のように、前記縦型パワートランジスタが、前記半導体基板の主面側に形成されたトレンチゲートを有する絶縁ゲートトランジスタである場合には、前記半導体基板の裏面側にも、前記トレンチゲートと同じ断面構造のダミートレンチゲートが形成されてなることが好ましい。これによれば、半導体基板の主面側と裏面側において、前述した第１金属電極と第２金属電極の形成に起因する残留応力だけでなく、上記トレンチゲートの形成に起因する残留応力についてもバランスさせることができる。
【００３１】
上記半導体装置における前記縦型パワートランジスタは、例えば請求項９に記載のように、上記第１金属電極として主面側にエミッタ電極を備え、上記第２金属電極として裏面側にコレクタ電極を備える、ＩＧＢＴであってよい。
【００３２】
以上のようにして、上記した半導体装置は、いずれも、半導体基板に縦型パワートランジスタが形成され、該半導体基板の主面側と裏面側にそれぞれ第１金属電極と第２金属電極が形成されてなる半導体装置であって、該電極として従来の厚いメッキ膜を使用することなく、半導体基板の主面側と裏面側とで残留応力が低くバランスされており、半田接合に際して剥がれや亀裂等の不具合が生じ難い電極構造を有してなる半導体装置とすることができる。
【００３３】
従って、上記半導体装置は、請求項１０に記載のように、前記第１金属電極と第２金属電極に、それぞれ、ヒートシンクが半田で接続されてなり、前記半導体装置が、前記ヒートシンクと共に樹脂モールドされて、パッケージ化される場合に好適である。
【００３４】
これにより、ヒートサイクル等の熱応力に強いパッケージ型半導体装置とすることができる。
【００３５】
また、上記半導体装置は、請求項１１に記載のように、過酷な熱環境下で使用される車載用の半導体装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】半導体装置１００を模式的に示した上面図である。
【図２】（ａ）は、図１の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける断面を模式的に示した拡大図であり、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ（ａ）において一点鎖線Ｃおよび一点鎖線Ｄで囲った部分の拡大図である。
【図３】半導体装置１００がパッケージ化された、パッケージ型半導体装置１００ｐの模式的な断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、半導体装置１００の製造工程を説明する図で、それぞれ製造途中にある半導体装置１００の工程別の断面図である
【図５】図４で説明した切削バイトＣＢによる機械的な除去加工に適した保護膜５の平面パターンを説明する図で、半導体装置１００を切り出す前のウエハ１ａの部分的な上面図である。
【図６】図２（ａ）に示した半導体装置１００の変形例で、半導体装置１０１の断面を模式的に示した図である。
【図７】特許文献１に開示された、縦型パワートランジスタが形成されてなる半導体装置（半導体チップ）９０の断面構造を示した図である。
【図８】半導体装置９０における各種構成要素のレイアウトを示す平面図である。
【図９】半導体装置９０がパッケージ化された、パッケージ型半導体装置９０ｐの断面構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明を実施するための形態を、図に基づいて説明する。
【００３８】
図１〜図３は、本発明の半導体装置の基本構成を説明する図で、図１は、半導体装置１００を模式的に示した上面図である。図２（ａ）は、図１の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける断面を模式的に示した拡大図であり、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、それぞれ図２（ａ）において一点鎖線Ｃおよび一点鎖線Ｄで囲った部分の拡大図である。図３は、図１と図２に示す半導体装置１００がパッケージ化された、パッケージ型半導体装置１００ｐの模式的な断面図である。尚、図１と図２に示す半導体装置１００および図３に示すパッケージ型半導体装置１００ｐにおいて、図７と図８に示す半導体装置９０および図９に示すパッケージ型半導体装置９０ｐと同様の部分については、同じ符号を付した。
【００３９】
図１と図２に示す半導体装置１００は、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１に、縦型パワートランジスタが形成された半導体装置である。該縦型パワートランジスタは、例えば図７に示した半導体装置９０と同様のセル部に多数形成されているＩＧＢＴであってもよいし、縦型のＭＯＳトランジスタであってもよい。尚、図７の半導体装置９０では、ＩＧＢＴに関係したｐ＋型基板２、ｎ−型ドリフト層３、ｐ型ベース層４、ｎ＋型エミッタ領域６等の半導体基板内の詳細構造が示されているが、図２（ａ）の半導体装置１００では、これらの半導体基板内の詳細構造は省略し、一括して半導体基板１として図示している。尚、半導体装置１００に縦型パワートランジスタが形成されていることを示すために、図２（ａ）では、図７の半導体装置９０と同じトレンチ７、ゲート絶縁膜８、ゲート層９により構成されるトレンチゲート１０が図示されている。
【００４０】
半導体装置１００は、半導体基板１の主面側において第１下地電極層１４に接続すると共に外部に露出する第１金属電極３０ａが形成され、半導体基板１の裏面側において第２下地電極層１４ｂに接続すると共に外部に露出する第２金属電極３０ｂが形成されている。半導体装置１００における第１下地電極層１４および第２下地電極層１４ｂは、配線層として一般的に用いられている、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）合金であってよい。例えば、第１下地電極層１４として厚さ５μｍ程度の、第２下地電極層１４ｂとして厚さ２μｍ程の（Ａｌ−Ｓｉ）合金膜が使用される。半導体装置１００に形成されている縦型パワートランジスタが図７と同様のＩＧＢＴである場合には、半導体基板１の主面側にある第１下地電極層１４と第１金属電極３０ａがエミッタ電極となり、裏面側にある第２下地電極層１４ｂと第２金属電極３０ｂがコレクタ電極となる。
【００４１】
半導体装置１００においては、半導体基板１に例えばＩＧＢＴのような縦型パワートランジスタが形成されるため、半導体基板１の主面側ではＩＧＢＴのゲート電極とエミッタ電極を形成する必要があり、図１に示すようなパターン化された保護膜５の形成が必要である。図２（ａ）に示すように、半導体装置１００においては、主面側の半導体基板１上に保護膜５が形成され、第１金属電極３０ａが保護膜５に設けられた開口部５ｋを介して外部に露出している。より詳細には、半導体装置１００の主面側における第１金属電極３０ａの電極構造は、保護膜５の上面に対して開口部５ｋから臨む第１下地電極層１４の表面が引っ込むように開口部５ｋによる段差が形成されており、第１金属電極３０ａが開口部５ｋから臨む第１下地電極層１４および前記段差を形成する保護膜５の側面に形成されたものとなっている。保護膜５は、半導体基板１のシリコン（Ｓｉ）や後述するパッケージ化時のモールド樹脂との密着性が高く耐湿性にも優れる
、ポリイミドが好ましい。一方、半導体装置１００の裏面側においては、半導体基板１上の全面に第２金属電極３０ｂが形成されている。
【００４２】
図７の半導体装置９０と異なり、図２（ａ）に示す半導体装置１００の第１金属電極３０ａと第２金属電極３０ｂは、それぞれ図２（ｂ）と図２（ｃ）の拡大図に示すように、半導体基板１側から外部側に向かって、スパッタにより形成された同じ層数で対応する各層が同じ材料からなる積層構造を有している。
【００４３】
図２（ｂ）と図２（ｃ）の積層構造における外部側の最上層３３ａ、３３ｂは、半田との濡れ性に優れる、金（Ａｕ）からなることが好ましい。例えば、図２（ｂ）の外部側の最上層３３ａと図２（ｃ）の外部側の最上層３３ｂには、共に厚さ０．１μｍ程度のＡｕ膜が使用される。
【００４４】
また、半導体装置１００における第１下地電極層１４または第２下地電極層１４ｂと上記積層構造における外部側の最上層３３ａ、３３ｂとの間の中間層は、それぞれ図２（ｂ）と図２（ｃ）に示すように、半導体基板１側から外部側に向かって、第１金属層３１ａ，３１ｂと第２金属層３２ａ，３２ｂの二層で構成されている。第１金属層３１ａ，３１ｂは、チタン（Ｔｉ）からなことが好ましい。例えば、図２（ｂ）の第１金属層３１ａと図２（ｃ）の第１金属層３１ｂには、共に厚さ０．２５μｍ程度のＴｉ膜が使用される。第２金属層３２ａ，３２ｂは、ニッケル−バナジウム（Ｎｉ−Ｖ）合金からなることが好ましい。例えば、図２（ｂ）の第２金属層３２ａには厚さ０．５μｍ程度の（Ｎｉ−Ｖ）合金膜が使用され、図２（ｃ）の第２金属層３２ｂには、厚さ０．７μｍ程度の（Ｎｉ−Ｖ）合金膜が使用される。
【００４５】
上記構成における第１金属層３１ａ，３１ｂのチタンは、第１下地電極層１４および第２下地電極層１４ｂであるアルミニウムまたはアルミニウム−シリコン合金との密着性が高く、第１下地電極層１４および第２下地電極層１４ｂのバリアメタルとして機能する。また、第２金属層３２ａ，３２ｂであるニッケル−バナジウム合金は、バナジウムを含有しているため、半田接合時の錫（Ｓｎ）拡散に対するバリアメタルとして機能する。
【００４６】
以上のように、図１と図２に示す半導体装置１００は、半導体基板１の主面側と裏面側にそれぞれ縦型パワートランジスタの第１金属電極３０ａと第２金属電極３０ｂが形成されてなる半導体装置である。裏面側の第２金属電極３０ｂは、半導体基板１の全面に形成されているが、主面側の第１金属電極３０ａは、半導体基板１上に形成された保護膜５の開口部５ｋら外部に露出するように形成されている。
【００４７】
以上のように、半導体装置１００における主面側の第１金属電極３０ａと裏面側の第２金属電極３０ｂとでは、上記のように電極構造や平面パターンの面積に違いがあるものの、該第１金属電極３０ａと第２金属電極３０ｂは、図２（ｂ）と図２（ｃ）に示した、スパッタにより形成された同じ層数（図では三層）で対応する各層が同じ材料からなる積層構造を有している。また、スパッタにより形成された主面側の第１金属電極３０ａと裏面側の第２金属電極３０ｂを構成している各層は、いずれの薄い膜厚の層からなり、第１金属電極３０ａと裏面側の第２金属電極３０ｂとでそれぞれの厚さもほぼ等しい。スパッタにより形成される主面側と裏面側の該積層構造は、図７に示した主面側の電極において厚いメッキ層（Ｎｉメッキ層１５）を使用する従来の半導体装置９０と異なり、第１金属電極３０ａと第２金属電極３０ｂの形成に起因する半導体基板１の主面側と裏面側の残留応力を低くバランスさせることができる。従って、例えば図３に示すパッケージ型半導体装置１００ｐのように、第１金属電極３０ａと第２金属電極３０ｂにそれぞれ金属ブロック２４，２２を半田２８ｂ，２８ａで接合して上記半導体装置１００をパッケージ化するに際しても、上記残留応力と金属ブロック２４，２２を半田２８ｂ，２８ａで接合した時に発生する応力とで発生する剥がれや亀裂等の不具合を抑制することができる。
【００４８】
上記した第１金属電極３０ａと第２金属電極３０ｂとがスパッタにより形成された同じ層数で対応する各層が同じ材料からなる積層構造を有していることによる残留応力の低減効果は、縦型パワートランジスタを形成するため一般的に厚さが１００〜２００μｍの薄い半導体基板１が採用される半導体装置１００において特に効果的である。
【００４９】
以上のようにして、上記半導体装置１００は、半導体基板１に縦型パワートランジスタが形成され、該半導体基板１の主面側と裏面側にそれぞれ第１金属電極３０ａと第２金属電極３０ｂが形成されてなる半導体装置であって、該電極３０ａ，３０ｂとして従来の厚いメッキ膜を使用することなく、半導体基板１の主面側と裏面側とで残留応力が低くバランスされており、半田接合に際して剥がれや亀裂等の不具合が生じ難い電極構造を有してなる半導体装置とすることができる。
【００５０】
図４（ａ），（ｂ）は、図１と図２に示した半導体装置１００の製造工程を説明する図で、それぞれ製造途中にある半導体装置１００の工程別の断面図である。
【００５１】
図１と図２に示した半導体装置１００を製造するにあたっては、最初に半導体基板１に縦型パワートランジスタの所定の構造を形成し、次に主面側の第１下地電極層１４と裏面側の第２下地電極層１４ｂを形成する。次に、主面側の半導体基板１上の全面に保護膜５を形成し、所定形状にパターニングして第１下地電極層１４の表面を露出する開口部５ｋを形成しておく。
【００５２】
次に、図４（ａ）に示すように、半導体基板１の裏面側の全面にスパッタして、第２金属電極３０ｂとなる各層の膜を形成する。また、半導体基板１の主面側においても、開口部５ｋが設けられた保護膜５上の全面にスパッタして、裏面側と同じ層数で対応する各層が同じ材料からなる積層構造で、第１金属電極３０ａとなる各層の膜３０ａａを形成しておく。
【００５３】
次に、図４（ｂ）に示すように、切削バイトＣＢを走査して、保護膜５の上面に形成された前記各層の膜３０ａａを機械的に削る、除去加工を行う。これによって、第１金属電極３０ａが、開口部５ｋから臨む第１下地電極層１４および開口部５ｋの段差を形成する保護膜５の側面に残されて、パターニングされる。
【００５４】
図１に示すように、半導体装置１００の主面側の第１金属電極３０ａはパターニングが必要であるが、スパッタにより形成する場合は、図７の半導体装置９０の電極形成で採用している電解メッキのように、保護膜５の開口部５ｋに露出する第１下地電極層１４に対して選択的に成長させて形成することができない。このため、図４で説明したように、半導体装置１００の第１金属電極３０ａの電極構造では、最初に開口部５ｋが設けられた保護膜５上の全面にスパッタし第１金属電極３０ａとなる各層の膜３０ａａを形成しておき、次に保護膜５の上面に形成されている余分な各層の膜３０ａａを機械的に削る除去加工でパターニングする方法を採用している。これによれば、第１金属電極３０ａのパターニングのためのマスクが不要であるため、安価に製造することが可能である。
【００５５】
また、縦型パワートランジスタが形成された半導体装置１００における主面側の第１金属電極３０ａの平面パターン（すなわち保護膜５の開口部５ｋの平面パターン）は、図１に示したように、大電流を流す必要性から、一般的に大面積の平面パターンとなる。このような大面積の平面パターンを有する第１金属電極３０ａの形成に際して、例えば保護膜５の上面に形成されている余分な各層の膜３０ａａを研磨で除去加工する場合には、主面側の全面を一括して研磨するため、開口部５ｋの中央にある膜３０ａａまでいっしょに研磨されてしまうおそれがある。これに対して、上記の図４（ｂ）に示す機械的に削る除去加工によれば、切削バイトＣＢを走査して、保護膜５の上面に形成されている余分な各層の膜３０ａａだけを確実に除去することができる。
【００５６】
尚、上記切削バイトＣＢによる機械的な除去加工で形成される例えばポリイミドからなる保護膜５の表面では、微細な凹凸を持った表面が形成され、樹脂モールド時にはモールド樹脂との密着性を高めることができ、耐湿性の向上にも寄与する。
【００５７】
図１に示す半導体装置１００は、四角形の半導体基板１に形成されているが、半導体装置１００は、一般的に、ウエハから複数個の四角形のチップに切り出されて製造される。従って、図４で説明した保護膜５の上面に形成された各層の膜３０ａａを機械的に削る除去加工も、一般的にはウエハ状態で実施される。
【００５８】
図５は、図４で説明した切削バイトＣＢによる機械的な除去加工に適した保護膜５の平面パターンを説明する図で、半導体装置１００を切り出す前のウエハ１ａの部分的な上面図である。図５に示すウエハ１ａでは、半導体装置１００の直交する切り出しラインＬ１，Ｌ２が点線で示されている。
【００５９】
図４で説明した保護膜５の上面に形成された各層の膜３０ａａを切削バイトＣＢで機械的に削る除去加工を実施するにあたっては、図５に示すウエハ１ａ上の開口部５ｋが設けられた保護膜５の平面パターンにおける半導体装置１００の四角形の直交する二つの辺方向の幅Ｗ１，Ｗ２、すなわち保護膜５の平面パターンにおける半導体装置１００の直交する切り出しラインＬ１，Ｌ２方向の幅Ｗ１，Ｗ２が、１０μｍ以上、２００μｍ以下に設定されていることが好ましい。
【００６０】
保護膜５の上記幅Ｗ１，Ｗ２が１０μｍより小さい場合には、除去加工時に切削バイトＣＢにより保護膜５へ印加される引き剥がし力に対して当該部分の半導体基板１に対する密着力が小さすぎて、保護膜５の剥離が急に発生し易くなる。一方、保護膜５の上記幅Ｗ１，Ｗ２が２００μｍより大きい場合には、当該部分での切削屑が多くなりすぎて、加工精度が急に悪くなる。
【００６１】
図６は、図２（ａ）に示した半導体装置１００の変形例で、半導体装置１０１の断面を模式的に示した図である。
【００６２】
図２（ａ）では、半導体装置１００の半導体基板１に形成されている縦型パワートランジスタを示すために、トレンチゲート１０が図示されていた。
【００６３】
上記縦型パワートランジスタが、図２（ａ）に示したような半導体基板１の主面側に形成されたトレンチゲート１０を有する絶縁ゲートトランジスタである場合には、図６に示す半導体装置１０１のように、半導体基板１の裏面側にも、主面側のトレンチゲート１０と同じ断面構造のダミートレンチゲート１０ｄが形成されてなることが好ましい。これによれば、半導体基板１の主面側と裏面側において、前述した第１金属電極３０ａと第２金属電極３０ｂの形成に起因する残留応力だけでなく、上記トレンチゲート１０の形成に起因する残留応力についてもバランスさせることができる。（関連出願：特願２００８−２９４４８１）
以上のようにして、上記した半導体装置は、いずれも、半導体基板１に縦型パワートランジスタが形成され、該半導体基板１の主面側と裏面側にそれぞれ第１金属電極３０ａと第２金属電極３０ｂが形成されてなる半導体装置であって、該電極３０ａ，３０ｂとして従来の厚いメッキ膜を使用することなく、半導体基板１の主面側と裏面側とで残留応力が低くバランスされており、半田接合に際して剥がれや亀裂等の不具合が生じ難い電極構造を有してなる半導体装置とすることができる。
【００６４】
従って、上記半導体装置は、図３に示すように、第１金属電極３０ａと第２金属電極３０ｂに、それぞれ、ヒートシンクとして機能する金属ブロック２４，２２が半田２８ｂ，２８ａで接続されてなり、上記半導体装置が、ヒートシンクとして機能する金属ブロック２４，２２と共に樹脂モールドされて、パッケージ化される場合に好適である。これにより、図３に例示したパッケージ型半導体装置１００ｐのように、ヒートサイクル等の熱応力に強いパッケージ型半導体装置とすることができる。
【００６５】
また、上記半導体装置は、過酷な熱環境下で使用される車載用の半導体装置として特に好適である。
【符号の説明】
【００６６】
９０，１００，１０１  半導体装置
１  半導体基板
１４  第１下地電極層
１４ｂ  第２下地電極層
５  保護膜
５ｋ  開口部
３０ａ  第１金属電極
３０ｂ  第２金属電極
３１ａ，３１ｂ  第１金属層
３２ａ，３２ｂ  第２金属層
３３ａ、３３ｂ  最上層
【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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