(57)【要約】【課題】第１金属層にクラックが生じるのを抑制することができる半導体装置を提供すること。【解決手段】第１金属層２２は、半導体基板２１の一面上に形成されている。第１保護膜２３は、第１金属層上において開口部２３ａを有し、第１金属層の端部を覆うように形成されている。開口部２３ａにおいて、第１金属層上には第２金属層２４が形成されており、第２金属層上には酸化防止層２５が形成されている。第２保護膜２６は、開口部２６ａを有し、酸化防止層の端部及び第１保護膜を覆うように形成されている。そして、酸化防止層よりも第２保護膜に対する密着性が高い密着部２７が、第２保護膜における開口周縁部２６ｃの下面の一部に密着している。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子が形成された半導体基板（２１）と、
前記半導体基板の一面上に形成された第１金属層（２２）と、
前記第１金属層上において第１開口部（２３ａ）を有し、前記第１金属層の端部を覆うように形成された第１保護膜（２３）と、
前記第１開口部において、前記第１金属層上に形成された第２金属層（２４）と、
前記第１開口部において、前記第２金属層上に形成された酸化防止層（２５）と、
第２開口部（２６ａ）を有し、前記酸化防止層の端部及び前記第１保護膜を覆うように形成された第２保護膜（２６）と、
前記第２保護膜における開口周縁部（２６ｃ）の下面の一部に密着し、前記酸化防止層よりも前記第２保護膜に対する密着性が高くされた密着部（２７，２８，２９）と、
を備える半導体装置。
【請求項２】
前記密着部を複数備え、
複数の前記密着部は、前記開口周縁部の周方向において互いに離間して設けられ、隣り合う前記密着部の間において、前記第２保護膜が前記酸化防止層の端部を介して前記第２金属層の端部上に形成されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記開口周縁部は、矩形環状をなしており、
前記密着部は、前記開口周縁部の４つの隅部の少なくとも１つに対応して設けられている請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記開口周縁部は、矩形環状をなしており、
前記密着部は、前記開口周縁部において隣り合う隅部をつなぐ辺部に対応して設けられている請求項１〜３いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記密着部が設けられていない部分において、前記第１保護膜の開口端に対する前記第２保護膜のオーバーラップ長さが、３０μｍ以上とされている請求項１〜４いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記密着部が設けられていない部分において、前記第１保護膜の開口端に対する前記第２保護膜のオーバーラップ長さが、０．６５ｍｍ以下とされている請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記密着部は、前記第１保護膜の一部分として、前記第１開口部の開口端（２３ｂ）から内側に延設された突起部である請求項１〜６いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記密着部は、前記第１金属層上において前記第１開口部の開口端（２３ｂ）から離れた位置に形成され、前記第１保護膜と同一材料を用いて形成されている請求項１〜６いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記密着部は、前記第２金属層上に形成され、前記第２金属層の主成分の金属と同じ金属の酸化物を含む粗化部である請求項１〜６いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
素子が形成された半導体基板（２１）と、
前記半導体基板の一面上に形成された第１金属層（２２）と、
前記第１金属層上において第１開口部（２３ａ）を有し、前記第１金属層の端部を覆うように形成された第１保護膜（２３）と、
前記第１開口部において、前記第１金属層上に形成された第２金属層（２４）と、
第２開口部（２６ａ）を有し、前記第２金属層の端部及び前記第１保護膜を覆うように形成された第２保護膜（２６）と、
前記第２保護膜における開口周縁部（２６ｃ）の下面の一部に密着した密着部（２７，２８，２９）と、
はんだ（８０）と、
前記はんだを介して前記第２金属層と接続される金属部材（４０）と、
を備え、
前記開口周縁部の直下領域のうち、前記密着部が設けられていない部分における前記第２金属層上の少なくとも一部に、前記はんだが濡れ拡がっている半導体装置。
【請求項１１】
前記金属部材は、前記半導体基板の板厚方向の投影視において前記第２金属層を内包するように、前記第２開口部よりも大きく設けられている請求項１０に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、はんだ接合される多層膜構造の電極を備えた半導体装置が知られている。この半導体装置では、半導体基板の一面上に第１金属層が形成され、第１金属層上に第１保護膜が形成されている。第１金属層として、たとえばＡｌが用いられ、第１保護膜として、たとえばポリイミドが用いられる。第１保護膜は、第１金属層上に第１開口部を有しており、第１開口部において、第１金属層上に第２金属層が形成されている。また、第１開口部において、第２金属層上に酸化防止層が形成されている。第２金属層として、たとえばＮｉが用いられ、酸化防止層として、たとえばＡｕが用いられる。
【０００３】
このような構造の半導体装置として、特許文献１には、酸化防止層の端部及び第１保護層膜を覆うように形成された第２保護膜を備える構成が開示されている。第２保護膜として、たとえばポリイミドが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−８６０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した半導体装置の場合、はんだ接合された状態で、パワーサイクルや冷熱サイクル等の応力により、第１保護膜と第２金属層との境界部の直下、すなわち第２金属層の端面の直下の第１金属層にクラックが発生しやすい。
【０００６】
特許文献１に開示された構成の場合、酸化防止層と第２保護膜との密着性が低いため、製造過程の温度変化などにより、第２保護膜の開口周縁部全体が酸化防止層に対して剥離する虞がある。この場合、第２保護膜が酸化防止層の端部上に保持されないため、第２保護膜を備えない構成と同様に、はんだが酸化防止層上を濡れ拡がる。よって、第１金属層にクラックが発生しやすい。
【０００７】
本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、第１金属層にクラックが生じるのを抑制することができる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。
【０００９】
本開示のひとつである半導体装置は、
素子が形成された半導体基板（２１）と、
半導体基板の一面上に形成された第１金属層（２２）と、
第１金属層上において第１開口部（２３ａ）を有し、第１金属層の端部を覆うように形成された第１保護膜（２３）と、
第１開口部において、第１金属層上に形成された第２金属層（２４）と、
第１開口部において、第２金属層上に形成された酸化防止層（２５）と、
第２開口部（２６ａ）を有し、酸化防止層の端部及び第１保護膜を覆うように形成された第２保護膜（２６）と、
第２保護膜における開口周縁部（２６ｃ）の下面の一部に密着し、酸化防止層よりも第２保護膜に対する密着性が高くされた密着部（２７，２８，２９）と、
を備える。
【００１０】
この半導体装置によれば、密着部が第２保護膜のアンカーとして機能する。これにより、製造過程の温度変化などによって第２保護膜が酸化防止層から剥離するのを抑制することができる。仮に開口周縁部において密着部が設けられていない部分が酸化防止層から剥離したとしても、密着部によって、剥離した部分を酸化防止層の端部上に保持することができる。
【００１１】
したがって、酸化防止層の端部上に保持されている第２保護膜により、第２金属層の端部上に、はんだが濡れ拡がるのを抑制することができる。仮に上記した剥離が生じた場合でも、剥離した第２保護膜の部分が第２金属層の端部上に保持されるため、はんだ厚を薄くすることができる。このように、はんだが濡れ拡がるのを抑制することができる。
【００１２】
以上より、この半導体装置によれば、第２金属層と第１保護膜との境界部へのはんだの濡れ拡がりを抑制し、ひいては、第１金属層にクラックが生じるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の半導体装置を表面側から見た平面図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】半導体チップを示す平面図である。
【図４】図３のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】図３のV-V線に沿う断面図である。
【図６】参考例において応力分布を示す図である。
【図７】はんだ接合状態を示す断面図である。
【図８】はんだ接合状態を示す断面図である。
【図９】オーバーラップ長さと第１金属層の塑性歪み振幅との関係を示す図である。
【図１０】第１変形例を示す平面図であり、図３に対応している。
【図１１】第２変形例を示す平面図であり、図１０に対応している。
【図１２】第２実施形態の半導体装置において半導体チップを示す平面図であり、図３に対応している。
【図１３】第３変形例を示す平面図であり、図１２に対応している。
【図１４】第３実施形態の半導体装置において半導体チップを示す平面図であり、図３に対応している。
【図１５】第４実施形態の半導体装置において半導体チップを示す平面図であり、図３に対応している。
【図１６】図１５のXVI-XVI線に沿う断面図である。
【図１７】第４変形例を示す断面図であり、図４に対応している。
【図１８】第４変形例を示す断面図であり、図５に対応している。
【図１９】第５実施形態の半導体装置において、半導体チップとターミナルとの位置関係を示す図である。
【図２０】半導体装置を示す断面図であり、図８に対応している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。以下において、半導体基板の板厚方向をＺ方向と示す。Ｚ方向に直交する一方向をＸ方向と示す。Ｚ方向及びＸ方向の両方向に直交する方向をＹ方向と示す。特に断りのない限り、上記したＸ方向及びＹ方向により規定されるＸＹ面に沿う形状を平面形状とする。
【００１５】
（第１実施形態）
【００１６】
（半導体装置の概略構成）
図１及び図２に示す半導体装置１０は、半導体チップ２０、封止樹脂体３０、ターミナル４０、ヒートシンク５０Ｃ，５０Ｅ、主端子６０Ｃ，６０Ｅ、及び信号端子７０を備えている。図２では、便宜上、半導体チップ２０を簡素化して図示している。
【００１７】
半導体チップ２０は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの半導体基板に、素子が形成されてなる。素子としては、たとえば板厚方向であるＺ方向に電流が流れる素子、所謂縦型素子を採用することができる。本実施形態では、縦型素子として、ＩＧＢＴと、ＩＧＢＴに逆並列に接続されたＦＷＤ（転流ダイオード）が形成されている。すなわち、ＲＣ−ＩＧＢＴが形成されている。なお、ＩＧＢＴとＦＷＤを互いに異なる半導体基板に形成することもできる。
【００１８】
Ｚ方向において、半導体チップ２０の一面にはエミッタ電極２０Ｅが形成され、一面と反対の裏面にはコレクタ電極２０Ｃが形成されている。エミッタ電極２０Ｅはダイオードのアノード電極を兼ねており、コレクタ電極２０Ｃはダイオードのカソード電極を兼ねている。
【００１９】
半導体チップ２０の一面、すなわちエミッタ電極２０Ｅの形成面には、信号用の電極であるパッド２０Ｐも形成されている。パッド２０Ｐは、一面においてエミッタ電極２０Ｅとは別の位置に形成されている。
【００２０】
封止樹脂体３０は、半導体チップ２０などを封止している。封止樹脂体３０は、たとえばエポキシ系樹脂からなる。封止樹脂体３０は、たとえばトランスファモールド法により成形されている。封止樹脂体３０は、平面略矩形状をなしている。
【００２１】
ターミナル４０は、半導体チップ２０のエミッタ電極２０Ｅとヒートシンク５０Ｅとの間に介在している。ターミナル４０は、エミッタ電極２０Ｅとヒートシンク５０Ｅとの熱伝導、電気伝導経路の途中に位置するため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。ターミナル４０は、エミッタ電極２０Ｅに対向配置され、はんだ８０を介して、エミッタ電極２０Ｅに接続されている。ターミナル４０は、はんだ８１を介して、ヒートシンク５０Ｅに接続されている。
【００２２】
ヒートシンク５０Ｃ，５０Ｅは、半導体チップ２０の熱を半導体装置１０の外部に放熱する機能を果たすとともに、配線としての機能も果たす。このため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。半導体チップ２０は、Ｚ方向において、ヒートシンク５０Ｃ，５０Ｅの間に配置されている。上記したように、ヒートシンク５０Ｅは、ターミナル４０及びはんだ８０，８１を介して、エミッタ電極２０Ｅに接続されている。ヒートシンク５０Ｃは、はんだ８２を介して、コレクタ電極２０Ｃに接続されている。
【００２３】
本実施形態では、ヒートシンク５０Ｃ，５０Ｅのそれぞれが、Ｚ方向からの投影視において、半導体チップ２０を内包するように設けられている。ヒートシンク５０Ｃ，５０Ｅは、平面略矩形状をなしている。ヒートシンク５０Ｃ，５０Ｅの厚みはほぼ一定とされ、その板厚方向はＺ方向に略平行となっている。また、ヒートシンク５０Ｃ，５０Ｅの大部分が、封止樹脂体３０によって覆われている。ヒートシンク５０Ｃ，５０Ｅの表面のうち、半導体チップ２０とは反対の面が、封止樹脂体３０から露出されている。Ｚ方向において、封止樹脂体３０の一面からヒートシンク５０Ｅが露出され、一面とは反対の裏面からヒートシンク５０Ｃが露出されている。
【００２４】
主端子６０Ｃ，６０Ｅは、主電流が流れる外部接続用の端子である。主端子６０Ｃは、ヒートシンク５０Ｃを介して、コレクタ電極２０Ｃに接続されている。主端子６０Ｅは、ヒートシンク５０Ｅ及びターミナル４０を介して、エミッタ電極２０Ｅに接続されている。
【００２５】
本実施形態では、同一の金属板を加工することで、主端子６０Ｃがヒートシンク５０Ｃと一体的に設けられている。主端子６０Ｃは、ヒートシンク５０Ｃよりも厚みが薄くされ、ヒートシンク５０Ｃの露出面と反対の面に略面一で連なっている。主端子６０Ｃは、封止樹脂体３０内に屈曲部を有しており、封止樹脂体３０のひとつの側面であって、Ｚ方向における中央付近から外部に突出している。
【００２６】
同じく、主端子６０Ｅはヒートシンク５０Ｅと一体的に設けられている。主端子６０Ｅは、ヒートシンク５０Ｅよりも厚みが薄くされ、ヒートシンク５０Ｅの露出面と反対の面に略面一で連なっている。主端子６０Ｅは、図２に示すように封止樹脂体３０内に屈曲部を有しており、主端子６０Ｃと同じ側面であって、Ｚ方向における中央付近から外部に突出している。
【００２７】
このように、主端子６０Ｃ，６０Ｅは、ともに同じ側面から突出している。主端子６０Ｃ，６０Ｅの突出部分は、Ｙ方向に延設されている。また、板厚方向はＺ方向に略一致しており、主端子６０Ｃ，６０ＥはＸ方向に並んで配置されている。
【００２８】
信号端子７０は、半導体チップ２０の対応するパッド２０Ｐに接続されている。本実施形態の信号端子７０は、封止樹脂体３０の内部で、ボンディングワイヤ８３を介してパッド２０Ｐに接続されている。信号端子７０は、封止樹脂体３０の側面、詳しくは主端子６０Ｃ，６０Ｅが突出する側面と反対の面から外部に突出している。
【００２９】
（半導体チップ詳細）
図３〜図５に示すように、半導体チップ２０は、半導体基板２１、第１金属層２２、第１保護膜２３、第２金属層２４、酸化防止層２５、第２保護膜２６、及び密着部２７を備えている。図３では、便宜上、第２保護膜２６について、破線にて開口端２６ｂのみを示している。
【００３０】
半導体基板２１は、平面略矩形状をなしている。半導体基板２１の一面側の表層において、アクティブ領域（メイン領域）には、ＩＧＢＴのエミッタ領域、トレンチゲート、ＦＷＤのアノード領域などが形成されている。アクティブ領域を取り囲む周囲領域には、ガードリングなどの耐圧構造部が形成されている。一面と反対の裏面側の表層には、ＩＧＢＴのコレクタ領域及びＦＷＤのカソード領域が形成されている。
【００３１】
半導体基板２１の一面には、上記したエミッタ電極２０Ｅ及びパッド２０Ｐが形成されている。エミッタ電極２０Ｅは、第１金属層２２、第２金属層２４、及び酸化防止層２５を備えて構成されている。本実施形態では、パッド２０Ｐもエミッタ電極２０Ｅと同じ構成とされている。また、半導体チップ２０が５つのパッド２０Ｐを有しているが、パッド２０Ｐの個数は特に限定されるものではない。
【００３２】
第１金属層２２は、半導体基板２１の一面上に形成されている。第１金属層２２は、たとえばＡｌ（アルミニウム）を主成分とする材料を用いて形成されている。本実施形態では、ＡｌＳｉを材料とし、スパッタにより形成されている。第１金属層２２の厚みは、たとえば５μｍ程度とされている。第１金属層２２は、下地電極、下部電極とも称される。
【００３３】
第１保護膜２３は、第１金属層２２の少なくとも端部を覆うように、半導体基板２１の一面上に形成されている。端部とは、端面から所定範囲の部分である。第１保護膜２３は、第１金属層２２上に開口部２３ａを有するようにパターニングされている。開口部２３ａが、第１開口部に相当する。開口部２３ａは、第１保護膜２３の内端面である開口端２３ｂによって規定されている。開口部２３ａの開口形状は、平面略矩形状をなしている。本実施形態では、ポリイミドを材料とし、スピンコートにより形成されている。第１保護膜２３の厚みは、第１金属層２２のない部分で、たとえば１０μｍ程度とされている。
【００３４】
第２金属層２４は、はんだ８０との接合強度向上、はんだ８０の濡れ性向上などを目的として、開口部２３ａにおいて第１金属層２２上に形成されている。第２金属層２４は、たとえばＮｉ（ニッケル）を主成分とする材料を用いて形成されている。Ｎｉを用いると、たとえば、はんだとの接合強度を向上することができる。Ｎｉは、第１金属層２２を構成するＡｌよりも硬い金属材料である。
【００３５】
本実施形態では、第２金属層２４としてめっき膜を採用している。詳しくは、主成分であるＮｉに加えて、Ｐ（リン）を含む無電解Ｎｉめっき膜を採用している。第２金属層２４の厚みは、たとえば数μｍ程度とされている。第２金属層２４は、上地電極、上部電極とも称される。
【００３６】
酸化防止層２５は、第２金属層２４がはんだ付けされるまで、第２金属層２４の酸化を防ぐために設けられている。加えて、その他の機能、たとえば、はんだ８０の濡れ性向上の機能を持たせてもよい。酸化防止層２５は、開口部２３ａにおいて第２金属層２４上に形成されている。酸化防止層２５は、たとえばＡｕを用いて形成されている。
【００３７】
本実施形態では、酸化防止層２５として、Ａｕを主成分とするめっき膜を採用している。酸化防止層２５を構成するＡｕは、はんだ付け時に、はんだ中に拡散する。このため、酸化防止層２５は、はんだ接合する前の状態で存在し、はんだ接合した状態で存在しない。
【００３８】
上記した第２金属層２４及び酸化防止層２５は、第１保護膜２３をマスクとして形成される。Ｚ方向からの投影視において、第２金属層２４の形成領域と酸化防止層２５の形成領域とは、ほぼ一致している。
【００３９】
第２保護膜２６は、酸化防止層２５の少なくとも端部及び第１保護膜２３を覆うように形成されている。第２保護膜２６は、開口部２６ａを有するようにパターニングされている。開口部２６ａを有することで、酸化防止層２５が露出されている。開口部２６ａは、第２開口部に相当する。開口部２６ａは、第２保護膜２６の内端面である開口端２６ｂによって規定されている。開口部２６ａの開口形状は、平面略矩形状をなしている。本実施形態では、ポリイミドを材料とし、スピンコートにより形成されている。スピンコート以外の方法、たとえばインクジェットやディスペンサを用いて形成することもできる。
【００４０】
第２保護膜２６は、酸化防止層２５上から延設されて第１保護膜２３の一部を覆っている。第２保護膜２６は、第２金属層２４の少なくとも端部を覆うように形成されている。開口部２６ａの開口面積は、開口部２３ａの開口面積よりも小さくされている。第２保護膜２６は、開口周縁部２６ｃを有している。開口周縁部２６ｃは、開口部２６ａの周辺部分である。開口周縁部２６ｃは、開口端２６ｂから所定範囲の部分、詳しくは第１保護膜２３の開口端２３ｂよりも内側の部分である。
【００４１】
密着部２７は、酸化防止層２５よりも第２保護膜２６に対する密着性が高くされている。密着部２７は、第２保護膜２６の開口周縁部２６ｃの直下、具体的にはＺ方向の投影視において開口周縁部２６ｃと重なる位置に形成されている。密着部２７は、開口周縁部２６ｃの下面の一部に密着している。
【００４２】
密着部２７は、開口周縁部２６ｃの直下領域において、酸化防止層２５とは異なる位置に形成されている。すなわち、密着部２７と酸化防止層２５とは、横並びで形成されている。第２保護膜２６と密着部２７との密着強度は、第２保護膜２６と酸化防止層２５との密着強度よりも高くされている。このため、密着部２７は、開口周縁部２６ｃのアンカーとして機能する。
【００４３】
本実施形態では、半導体チップ２０に複数の密着部２７が形成されている。複数の密着部２７は、開口周縁部２６ｃの一部と複数箇所で接触するように形成されている。複数の密着部２７は、開口周縁部２６ｃの周方向において互いに離間して形成されている。
【００４４】
また、開口周縁部２６ｃの平面形状が、略矩形環状とされている。密着部２７は、開口周縁部２６ｃの４つの隅部（コーナー部）をつなぐ辺部のそれぞれに形成されている。密着部２７は、４つの辺部のそれぞれにおいて、所定ピッチで複数（たとえば４つ）形成されている。そして、隣り合う密着部２７の間において、第２保護膜２６は、酸化防止層２５の端部を介して第２金属層２４の端部上に形成されている。はんだ接合前の状態で、剥離が生じていなければ、酸化防止層２５が開口周縁部２６ｃの下面に接触している。
【００４５】
密着部２７は、第１保護膜２３の一部分として形成されている。密着部２７は、図３及び図５に示すように、第１保護膜２３の開口端２３ｂから内側に延設された突起部である。第１保護膜２３及び第２保護膜２６は、ともに保護膜（絶縁膜）であるため、密着部２７と第２保護膜２６との密着強度が高い。本実施形態では、第１保護膜２３及び第２保護膜２６として、同一材料であるポリイミドを適用することで、密着強度をより高めることができる。
【００４６】
密着部２７を構成する突起部は、４つの辺部のそれぞれにおいて、所定ピッチで形成されている。密着部２７が延設された部分のみ、開口周縁部２６ｃの直下に密着部２７が配置され、それ以外の部分には酸化防止層２５の端部が配置されている。密着部２７は、平面略矩形状とされている。
【００４７】
（はんだ接合構造）
図６は、第２保護膜を備えない参考例において、第１金属層に作用する応力分布を示す図である。図６は、シミュレーション結果を示している。図６では、本実施形態に示した要素と関連する要素の符号に対し、末尾にｒを付与している。
【００４８】
図６に示すように、パワーサイクルや冷熱サイクル等の熱応力は、第１金属層２２ｒにおいて、第１保護膜２３ｒと第２金属層２４ｒとの境界部の直下部分、すなわち第２金属層２４ｒの端面の直下部分に集中する。このため、境界部において、第１金属層２２ｒにクラックが発生しやすい。なお、熱応力は、半導体基板（素子）とターミナル等の金属部材との線膨張係数差に起因して生じる。
【００４９】
図７は、半導体チップ２０の図４に示した部分において、はんだ付け後の状態を示している。図８は、図５に示した部分において、はんだ付け後の状態を示している。なお、図７及び図８は、いずれも、接続対象であるターミナル４０の図示を省略している。
【００５０】
本実施形態の半導体チップ２０（半導体装置１０）は、上記した参考例に対して、第２保護膜２６及び密着部２７をさらに備えている。そして、密着部２７が、第２保護膜２６のアンカーとして機能する。これにより、製造過程の温度変化などによって第２保護膜２６の開口周縁部２６ｃが酸化防止層２５から剥離するのを抑制することができる。
【００５１】
また、仮に密着部２７が形成されていない部分が酸化防止層２５から剥離したとしても、剥離した開口周縁部２６ｃの部分を、アンカーである密着部２７によって、酸化防止層２５の端部上に保持することができる。特に、酸化防止層２５を構成するＡｕは、第２保護膜２６を構成するポリイミドに対する密着性が低いため剥離しやすい。しかしながら、剥離したとしても、剥離した開口周縁部２６ｃの部分を、アンカーである密着部２７によって酸化防止層２５の端部上に保持することができる。
【００５２】
このように、第２保護膜２６の開口周縁部２６ｃを酸化防止層２５の端部上に保持することができるため、第２保護膜２６により、第２金属層２４の端部上に、はんだ８０が濡れ拡がるのを抑制することができる。
【００５３】
たとえば開口周縁部２６ｃにおいて、密着部２７が形成されていない部分の少なくとも一部が剥離した場合、剥離した開口周縁部２６ｃの部分が第２金属層２４の端部上に保持されるため、濡れ拡がる隙間が狭い。したがって、図７に示すように、第２金属層２４の端部上に濡れ拡がったはんだ８０の厚みを薄くすることができる。
【００５４】
なお、はんだ付けする直前の状態で、開口周縁部２６ｃにおいて剥離が生じていなくても、開口周縁部２６ｃの直下領域の酸化防止層２５のうち、開口端２６ｂの下端から少なくとも一部が、はんだ８０中に拡散することが考えられる。すなわち、開口周縁部２６ｃの直下領域のうち、密着部２７が設けられていない部分における第２金属層２４上の少なくとも一部に、はんだ８０が濡れ拡がることが考えられる。このように拡散によってはんだ８０が入り込み、剥離が生じる。しかしながら、仮に直下領域の酸化防止層２５のすべてがはんだ８０中に拡散したとしても、開口周縁部２６ｃと第２金属層２４との間の隙間が狭いため、図７に示すように、第２金属層２４の端部上のはんだ８０の厚みを薄くすることができる。
【００５５】
以上より、本実施形態の半導体チップ２０（半導体装置１０）によれば、第２金属層２４の端面まではんだ８０が濡れ拡がるのを抑制し、ひいては、第１金属層２２にクラックが生じるのを抑制することができる。また、密着部２７は、開口周縁部２６ｃに対して部分的に形成されているため、放熱性の低下を抑制することもできる。
【００５６】
なお、密着部２７が形成された部分については、図５に示したように、第２保護膜２６が酸化防止層２５及び第２金属層２４を覆っていない。このため、図８に示すように、はんだ８０が、第２金属層２４の端面まで濡れ拡がる。しかしながら、密着部２７は開口周縁部２６ｃに対して全周ではなく、一部に形成されている。このように、開口周縁部２６ｃに対して部分的（局所的）に形成されているため、第１金属層２２への応力集中を抑制し、ひいてはクラックが生じるのを抑制することができる。特に本実施形態では、複数の密着部２７が、周方向において互いに離間して分散しているため、アンカー効果を確保しつつ、応力集中を抑制することができる。また、広い範囲で、開口周縁部２６ｃを酸化防止層２５の端部上に保持することができる。
【００５７】
半導体基板がたとえばＳｉＣの場合、外周の耐圧構造部の幅が、必要な沿面距離で規定されるため、従来の構成では、ＳｉＣ本来の特性から求まる幅では設計できず、素子面積が必要以上に大きくなっていた。本実施形態では、第１保護膜２３上に第２保護膜２６を積層する。これにより、耐圧構造部上の保護膜を厚くすることができるため、必要な沿面距離が縮まり、素子面積を小さくすることができる。
【００５８】
本実施形態では、密着部２７が、第１保護膜２３の一部分として形成されている。第１保護膜２３及び第２保護膜２６は、ともに保護膜（絶縁膜）であるため、密着部２７と第２保護膜２６との密着強度を高めることができる。また、第１保護膜２３の一部とすることで、構成を簡素化するとともに、製造工程を簡素化することができる。さらには、密着部２７が第１保護膜２３に保持されているため、密着部２７自体の剥離を抑制することもできる。
【００５９】
本実施形態では、開口周縁部２６ｃが平面略矩形環状をなしており、密着部２７が、開口周縁部２６ｃの辺部に対応して設けられている。素子中央ほど高温となるため、隅部よりも辺部のほうが、素子の発熱によって温度が高くなる。このように、素子の生じる熱の厳しい箇所に密着部２７を設けるため、辺部において開口周縁部２６ｃの剥離を抑制することができる。また、熱によって開口周縁部２６ｃが剥離しても、第２金属層２４の端部上に保持することができる。
【００６０】
本実施形態では、図７に示すように、密着部２７が設けられていない部分において、第１保護膜２３の開口端２３ｂに対する第２保護膜２６のオーバーラップ長さＬ１が、３０μｍ以上とされている。オーバーラップ長さＬ１とは、第１保護膜２３の開口端２３ｂの下端から第２保護膜２６の開口端２６ｂの下端までの長さである。ここで、第２金属層２４の表面に対してはんだ８０のなす角度を、フィレット角度θとする。
【００６１】
図９は、オーバーラップ長さＬ１と第１金属層２２の塑性歪み振幅との関係を示す図である。図９は、シミュレーション結果を示している。ここで、塑性歪み振幅とは、第１金属層２２において第２金属層２４の端面の直下における、Ａｌ相当の塑性歪み振幅である。図９において、三角（△）はフィレット角度θ＝２７．４度の結果、丸（○）はフィレット角度θ＝９０度の結果を示している。
【００６２】
図９から、オーバーラップ長さＬ１を３０μｍ以上とすると、はんだ８０のフィレット角度θによらず、第１金属層２２の塑性歪み振幅を低減できる、すなわち第１金属層２２に作用する応力を低減できることが明らかである。図示しないが、フィレット角度θが９０度よりも大きい鈍角の場合にも、同様の効果を奏することができる。本実施形態では、上記したように、第１保護膜２３の開口端２３ｂに対する第２保護膜２６のオーバーラップ長さＬ１が、全周で３０μｍ以上とされているため、第１金属層２２に作用する応力を効果的に低減することができる。これにより、第１金属層２２にクラックが生じるのを効果的に抑制することができる。
【００６３】
上記したように、密着部２７が形成された部分については、はんだ８０が第２金属層２４の端面まで濡れ拡がるが、オーバーラップ長さＬ１が３０μｍとされているため、第１金属層２２にクラックが生じるのを効果的に抑制することができる。
【００６４】
本実施形態では、オーバーラップ長さＬ１が、０．６５ｍｍ以下とされている。オーバーラップ長さＬ１を０．６５ｍｍを超える長さにすると、素子の最高温度が素子中央部から素子周辺へ移る。０．６５ｍｍ以下にすると、素子中央部を素子の最高温度にすることができる。このため、素子周辺において最高温度となり、素子の熱により第２保護膜２６の開口周縁部２６ｃが剥離しやすくなるのを抑制することができる。また、第２保護膜２６で覆っていない素子中央部が最高温度となるため、第２保護膜２６を設けることによる放熱性の低下を抑制することができる。
【００６５】
各辺部において、４つ密着部２７がそれぞれ形成される例を示したが、これに限定されない。
【００６６】
密着部２７の平面形状は、上記した例に限定されない。第２保護膜２６を保持する密着力を確保できればよい。図１０に示す第１変形例のように、平面略三角形の密着部２７を採用してもよい。平面略三角形を採用すると、開口端２３ｂからの延設長さが等しい場合に、平面矩形状よりも密着部２７の面積を小さくすることができる。これにより、剥離を抑制しつつ、密着部２７を設けることによる放熱性の低下を抑制することができる。
【００６７】
また、図１１に示す第２変形例のように、図１０とは逆向きの三角形、すなわち第１保護膜２３の開口端２３ｂから突出先端に向けて幅が広くなる略三角形を採用することもできる。開口周縁部２６ｃの剥離は、開口端２６ｂから生じる。図１１では、密着部２７の幅が開口端２６ｂ側において広いため、第１変形例同様に放熱性の低下を抑制しつつ、開口周縁部２６ｃの剥離をより効果的に抑制することができる。なお、上記以外にも、密着部２７として、平面略円形、平面略楕円形、平面略台形等を採用することができる。
【００６８】
（第２実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した半導体装置１０、及び、半導体チップ２０と共通する部分についての説明は省略する。
【００６９】
本実施形態の半導体チップ２０においても、開口周縁部２６ｃが平面略矩形環状をなしている。そして、複数の密着部２７が、図１２に示すように、開口周縁部２６ｃの隅部（コーナー部）に対応して設けられている。図１２では、４つの隅部において、密着部２７が個別に設けられている。また、隅部にのみ密着部２７が設けられ、辺部には設けられていない。
【００７０】
隅部は、辺部に較べて熱応力が集中しやすい。一方、素子中央部が高温となるため、素子中央に対して辺部よりも遠い位置にある隅部は、辺部よりも放熱性の点で重要度が低い。したがって、隅部に密着部２７を設け、これにより隅部にはんだ８０が配置されない構成としても、密着部２７を設けることによる放熱性の低下を抑制しつつ、第１金属層２２にクラックが生じるのを抑制することができる。
【００７１】
図１２では、４つの隅部すべてに密着部２７が設けられる例を示したが、これに限定されない。密着部２７は、複数の隅部の少なくとも１つに対応して設けられればよい。
【００７２】
図１３に示す第３変形例のように、隅部と辺部の両方に、密着部２７を設けてもよい。図１３では、４つの隅部に密着部２７がそれぞれ設けられている。また、４つの辺部のそれぞれに、複数の密着部２７が設けられている。これによれば、第２保護膜２６の開口周縁部２６ｃの剥離を効果的に抑制することができる。また、剥離が生じたとしても、開口周縁部２６ｃをより確実に保持することができる。
【００７３】
（第３実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した半導体装置１０、及び、半導体チップ２０と共通する部分についての説明は省略する。
【００７４】
本実施形態の半導体チップ２０においても、開口周縁部２６ｃが平面略矩形環状をなしている。図１４に示す密着部２８は、第１金属層２２上において、第１保護膜２３の開口端２３ｂから離れた位置に形成されている。密着部２８は、第１保護膜２３に連なっていない。密着部２８は、先行実施形態同様、第１保護膜２３と同一材料を用いて形成されている。
【００７５】
このような密着部２８は、たとえばポリイミド膜をパターニングすることで、第１保護膜２３と同一工程で形成される。このため、密着部２８は、先行実施形態に示した密着部２７同様、第２保護膜２６に対して酸化防止層２５よりも高い密着性を示し、アンカーとして機能する。
【００７６】
密着部２８は、第２変形例（図１１参照）に示した密着部２７同様、開口端２３ｂから遠ざかるほど幅が広くなる平面略三角形とされている。そして、内側の端部、すなわち幅広側の端部が、開口端２６ｂと略一致している。
【００７７】
本実施形態によれば、第１保護膜２３の開口端２３ｂから離れた位置に密着部２８が形成されているため、オーバーラップ長さＬ１が同じであれば、密着部２７に較べて密着部が占める面積を小さくすることができる。よって、放熱性の低下を抑制しつつ、開口周縁部２６ｃが開口端２６ｂから剥離するのを効果的に抑制することができる。
【００７８】
特に本実施形態では、第２保護膜２６の開口端２６ｂ側において幅が広いため、放熱性の低下を抑制しつつ、開口周縁部２６ｃの剥離をより効果的に抑制することができる。
【００７９】
密着部２７同様、密着部２８の平面形状も上記例に限定されない。また、複数の密着部２８の配置も、上記例に限定されない。密着部２７同様、隅部の少なくとも１つに配置してもよいし、辺部に配置してもよい。隅部と辺部の両方に配置してもよい。
【００８０】
（第４実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した半導体装置１０、及び、半導体チップ２０と共通する部分についての説明は省略する。
【００８１】
本実施形態の半導体チップ２０においても、開口周縁部２６ｃが平面略矩形環状をなしている。図１５及び図１６に示す密着部２９は、第２金属層２４上に形成され、第２金属層２４の主成分の金属と同じ金属の酸化物を含む粗化部である。本実施形態において、密着部２９の主成分は、Ｎｉの酸化物である。
【００８２】
密着部２９は、酸化防止層２５まで形成した後、第２保護膜２６を形成する前に、酸化防止層２５の端部の一部分に、パルス発振のレーザ光を照射することで形成される。レーザ光を照射すると、酸化防止層２５を構成するＡｕが除去されるとともに、下層の第２金属層２４の表層部分が溶融、気化される。そして、第２金属層２４の表面上に、第２金属層２４の主成分であるＮｉの酸化膜であって、表面が連続して凹凸をなす凹凸酸化膜が形成される。この凹凸酸化膜が、密着部２９である。
【００８３】
なお、密着部２９の長さに応じて、ひとつの密着部２９につき、１パルスのみを照射してもよいし、複数パルスを照射してもよい。
【００８４】
本実施形態によれば、密着部２９として、表面に非常に微細な凹凸が形成された凹凸酸化膜が形成されている。このため、密着部２９の表面の凸部に第２保護膜２６が絡みつく。また、第２保護膜２６との接触面積が増える。これにより、密着部２９が、アンカーとして機能する。したがって、第２保護膜２６の開口周縁部２６ｃの剥離を抑制することができる。また、開口周縁部２６ｃにおいて密着部２９の非形成部分が剥離したとしても、酸化防止層２５の端部上に剥離した部分を保持することができる。密着部２９は、開口周縁部２６ｃに対して部分的に形成されているため、放熱性の低下を抑制することもできる。酸化膜は、はんだ８０に対する濡れ性が低いため、これによっても、はんだ８０の濡れ拡がりを抑制することができる。
【００８５】
なお、第２保護膜２６の開口周縁部２６ｃの直下領域の全域に、密着部２９を設けてもよい。これによれば、開口周縁部２６ｃの直下に、はんだ８０が濡れ拡がらない。すなわち、第２金属層２４の端まで、はんだ８０が濡れ拡がらない。したがって、第１金属層２２にクラックが生じるのをより効果的に抑制することができる。
【００８６】
また、密着部２９については、第１保護膜２３をマスクとして用いずに形成された第２金属層２４及び酸化防止層２５に対して形成することもできる。たとえば、スパッタにより形成された第２金属層２４及び酸化防止層２５に対し、レーザ光を照射することで、密着部２９を形成することもできる。この場合、先行実施形態同様、開口部２３ａ内のみに、第２金属層２４及び酸化防止層２５を設けることもできるし、図１７及び図１８に示す第４変形例のように設けることもできる。第４変形例では、第１保護膜２３の開口周縁部を覆うように、第２金属層２４及び酸化防止層２５を設けている。また、エミッタ電極２０Ｅとパッド２０Ｐを別構成とすることもできる。たとえば、パッド２０Ｐに第２金属層２４及び酸化防止層２５を設けず、第１金属層２２が露出された構成とすることもできる。なお、図１８では、密着部２９を簡略化して図示している。
【００８７】
（第５実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した半導体装置１０、及び、半導体チップ２０と共通する部分についての説明は省略する。
【００８８】
本実施形態の半導体装置１０においては、図１９及び図２０に示すように、Ｚ方向の投影視において、第２保護膜２６が有する開口部２６ａ全体を内包するように、開口部２６ａよりも大きいターミナル４０を採用している。ＸＹ平面の面積は、ターミナル４０のほうが開口部２６ａよりも大きくされている。図１９では、ターミナル４０を一点鎖線で示している。ターミナル４０が、金属部材に相当する。
【００８９】
このようなターミナル４０を用いると、図２０に示すように、はんだ８０のフィレット角度が鈍角となる。なお、半導体チップ２０は、図１９に示すように第１実施形態と同じである。
【００９０】
本実施形態によれば、はんだ８０及びターミナル４０の経路の断面積が大きくなるため、たとえば放熱性を向上することができる。また、はんだ８０のフィレット角度が鈍角でも、先行実施形態に示したように、密着部２７のアンカー効果により、第１金属層２２にクラックが生じるのを抑制することができる。特に、オーバーラップ長さＬ１が３０μｍとすることで、第１金属層２２にクラックが生じるのを効果的に抑制することができる。したがって、放熱性を向上しつつ、第１金属層２２にクラックが生じるのを抑制することができる。
【００９１】
なお、半導体チップ２０としては、第１実施形態に示した構成に限定されない。第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、変形例に示した構成を適用することもできる。
【００９２】
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
【００９３】
半導体装置１０の構成は、上記例に限定されない。半導体装置１０は、半導体チップ２０を少なくとも備えればよい。
【００９４】
半導体チップ２０が、一面側の電極であるエミッタ電極２０Ｅと、一面とは反対の裏面側の電極であるコレクタ電極２０Ｃを備える例を示したが、これに限定されない。少なくとも一方の面のみに、上記した電極構造を備えればよい。
【００９５】
開口周縁部２６ｃの平面形状は、略矩形環状に限定されない。
【００９６】
密着部２７，２８，２９の形成部分において、第２保護膜２６が酸化防止層２５の端部及び第２金属層２４の端部を覆わない例を示したが、これに限定されない。僅かに覆うようにしてもよい。しかしながら、覆わない構成のほうが、放熱性や電気特性のために好ましい。
【００９７】
密着部２７，２８，２９が、それぞれ複数形成される例を示したが、これに限定されない。少なくとも１つ形成されればよい。
【符号の説明】
【００９８】
１０…半導体装置、２０…半導体チップ、２１…半導体基板、２２…第１金属層、２３…第１保護膜、２３ａ…開口部、２３ｂ…開口端、２４…第２金属層、２５…酸化防止層、２６…第２保護膜、２６ａ…開口部、２６ｂ…開口端２６ｂ…開口周縁部、２７，２８，２９…密着部、３０…封止樹脂体、４０…ターミナル、５０Ｃ，５０Ｅ…ヒートシンク、６０Ｃ，６０Ｅ…主端子、７０…信号端子、８０〜８２…はんだ、８３…ボンディングワイヤ
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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