(57)【要約】【課題】  高強度金属膜の外周端の割れを抑制する。【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高強度金属膜と、前記高強度金属膜の表面に接しているとともに前記高強度金属膜よりも低い引張強度を有する第２金属膜を有する。前記高強度金属膜の外周端の少なくとも一部が、前記第１金属膜と前記高強度金属膜の少なくとも一方によって覆われている。【選択図】図１
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【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、
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高強度金属膜と、
前記高強度金属膜の表面に接しており、前記高強度金属膜よりも低い引張強度を有する第２金属膜、
を有し、
前記高強度金属膜の外周端が、前記第１金属膜と前記第２金属膜の少なくとも一方によって覆われている、
半導体装置。
【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、第１金属膜と、第１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第２金属膜を有する。高強度金属膜の強度は、第２金属膜の強度よりも高い。この構成によれば、表面電極の強度を向上させることができる。
【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】
特許文献１に開示の表面電極の構造において、高強度金属膜の外周端が第１金属膜及び第２金属膜から突出していると、高強度金属膜の外周端が割れやすく、問題となる。したがって、本明細書では、高強度金属膜の外周端の割れを抑制する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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高強度金属膜と、前記高強度金属膜の表面に接しているとともに前記高強度金属膜よりも低い引張強度を有する第２金属膜を有する。前記高強度金属膜の外周端が、前記第１金属膜と前記第２金属膜の少なくとも一方によって覆われている。
【０００６】
この半導体装置では、高強度金属膜の外周端が、第１金属膜と第２金属膜の少なくとも一方によって覆われている。このため、第１金属膜と第２金属膜の少なくとも一方によって覆われている部分において、高強度金属膜の外周端の割れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態の半導体装置の断面図。
【図２】比較例の半導体装置の断面図。
【図３】比較例の半導体装置の製造工程の説明図。
【図４】比較例の半導体装置の製造工程の説明図。
【図５】比較例の半導体装置の製造工程の説明図。
【図６】比較例の半導体装置の製造工程の説明図。
【図７】比較例の半導体装置の製造工程の説明図。
【図８】比較例の半導体装置の製造工程の説明図。
【図９】実施形態の半導体装置の製造工程の説明図。
【図１０】実施形態の半導体装置の製造工程の説明図。
【図１１】実施形態の半導体装置の製造工程の説明図。
【図１２】実施形態の半導体装置の製造工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に示す実施形態の半導体装置１０は、半導体基板１２と、表面電極２０と、絶縁保護膜３０を有している。表面電極２０は、半導体基板１２の上面１２ａの一部（中央部）を覆っている。絶縁保護膜３０は、表面電極２０の表面と、表面電極２０に覆われていない範囲の半導体基板１２の上面１２ａ（すなわち、上面１２ａの外周部）を覆っている。絶縁保護膜３０は、絶縁性の樹脂により構成されている。図示していないが、半導体基板１２の下面には、電極が形成されている。半導体基板１２の内部には、縦型の半導体素子（半導体基板１２の下面の電極と表面電極２０との間で電流が流れる半導体素子）が形成されている。
【０００９】
表面電極２０は、第１金属膜２１、高強度金属膜２４及び第２金属膜２２を有している。第１金属膜２１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２１は、半導体基板１２の上面１２ａに接している。第１金属膜２１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。
【００１０】
高強度金属膜２４は、第１金属膜２１の表面に接している。高強度金属膜２４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。高強度金属膜２４の引張強度は、第１金属膜２１の引張強度よりも高い。
【００１１】
第２金属膜２２は、高強度金属膜２４の表面に接している。第２金属膜２２は、ＡｌＳｉを主材料とする金属膜である。第２金属膜２２の引張強度は、高強度金属膜２４の引張強度よりも低い。第２金属膜２２は、高強度金属膜２４の表面全体を覆っている。第２金属膜２２は、高強度金属膜２４が存在しない範囲まで伸びており、その範囲で第１金属膜２１と一体化している。したがって、高強度金属膜２４の外周端全体が、第２金属膜２２によって覆われている。第２金属膜２２のＡｌＳｉの結晶粒径は、第１金属膜２１のＡｌＳｉの結晶粒径よりも小さい。このため、第２金属膜２２の引張強度は、第１金属膜２１の引張強度よりも高い。
【００１２】
上述したように、絶縁保護膜３０は、表面電極２０の表面と、半導体基板１２の上面１２ａの外周部を覆っている。高強度金属膜２４の外周端２４ａが第２金属膜２２によって覆われているので、絶縁保護膜３０は、高強度金属膜２４に接していない。
【００１３】
次に、実施形態の半導体装置１０の利点を説明するために、比較例の半導体装置について説明する。図２は、比較例の半導体装置を示している。なお、図２では、図１の各部分に対応する部分に、図１と同じ参照番号を付している。比較例の半導体装置では、高強度金属膜２４の外周端２４ａが、第１金属膜２１及び第２金属膜２２に覆われておらず、第１金属膜２１及び第２金属膜２２から外側に突き出している。このため、高強度金属膜２４の外周端２４ａが、絶縁保護膜３０に接している。比較例の半導体装置のその他の構成は、実施形態の半導体装置１０と等しい。
【００１４】
次に、比較例の半導体装置の製造方法について説明する。まず、図３に示すように、スパッタリングによって、半導体基板１２の上面１２ａ上に、上面１２ａ全体を覆うように、第１金属膜２１を形成する。次に、図４に示すように、スパッタリングによって、第１金属膜２１上に、第１金属膜２１の表面全体を覆うように、高強度金属膜２４を形成する。次に、図５に示すように、高強度金属膜２４の表面の一部にフォトレジスト５０を形成し、フォトレジスト５０をマスクとして高強度金属膜２４をケミカルドライエッチングする。これによって、半導体基板１２の外周部上の高強度金属膜２４を除去し、半導体基板１２の中央部上に高強度金属膜２４を残存させる。次に、フォトレジスト５０を除去する。次に、図６に示すように、スパッタリングによって、高強度金属膜２４の表面全体と、高強度金属膜２４に覆われていない範囲の第１金属膜２１の表面全体を覆うように、第２金属膜２２を形成する。高強度金属膜２４上に成長する第２金属膜２２では、第１金属膜２１よりも、ＡｌＳｉの結晶粒径が小さくなる。次に、図７に示すように、第２金属膜２２の表面上に、フォトレジスト６０を形成する。ここでは、高強度金属膜２４の上部であって、高強度金属膜２４の範囲よりも狭い範囲内にフォトレジスト６０を形成する。したがって、高強度金属膜２４の外周端２４ａの上部には、フォトレジスト６０は存在しない。次に、図８に示すように、フォトレジスト６０をマスクとして第２金属膜２２と第１金属膜２１（すなわち、ＡｌＳｉ層）をウェットエッチングする。ここでは、半導体基板１２の上面１２ａの外周部が露出するまで、第２金属膜２２と第１金属膜２１をエッチングする。高強度金属膜２４の外周端２４ａの上部にフォトレジスト６０が存在しないので、外周端２４ａの上部の第２金属膜２２はエッチングによって除去される。このため、外周端２４ａが露出する。また、外周端２４ａの下側では、第１金属膜２１が高強度金属膜２４の裏側までエッチングされる。したがって、外周端２４ａの下側に、凹部２８が形成される。次に、フォトレジスト６０を除去する。次に、図２に示すように、射出成型によって、表面電極２０の表面と半導体基板１２の上面１２ａの外周部を覆うように、絶縁保護膜３０を形成する。その結果、図２に示す比較例の半導体装置が完成する。
【００１５】
比較例の半導体装置の製造方法では、図８に示すように、製造工程の途中において、高強度金属膜２４の外周端２４ａが露出する。高強度金属膜２４は、硬く、延性が低い。このため、比較例の半導体装置の製造工程の途中において、露出している高強度金属膜２４の外周端２４ａが欠けやすい。外周端２４ａが欠けると、半導体装置の信頼性を低下させるおそれがある。また、外周端２４ａが欠けると、欠けた破片が半導体基板１２等に付着して、半導体基板１２に対する加工時に不具合が生じる場合がある。また、比較例の半導体装置の製造工程では、図８に示すように、高強度金属膜２４の下側に凹部２８が形成される。絶縁保護膜３０を射出成型によって形成するときに、凹部２８内まで樹脂が充填されず、凹部２８内に空隙が形成される場合がる。凹部２８内に空隙が形成されると、半導体装置の発熱時に空隙が膨張して、高強度金属膜２４の外周端２４ａに高い応力が加わる。その結果、外周端２４ａにクラックが生じるおそれがある。このように、比較例の半導体装置では、外周端２４ａに欠けやクラックが生じ易いという問題がある。
【００１６】
次に、図１に示す実施形態の半導体装置１０の製造工程について説明する。まず、比較例の半導体装置の製造工程と同じ製造工程によって、図４に示すように、第１金属膜２１と高強度金属膜２４を形成する。次に、図９に示すように、高強度金属膜２４上にフォトレジスト７０を形成し、フォトレジスト７０をマスクとして高強度金属膜２４をケミカルドライエッチングする。これによって、半導体基板１２の外周部上の高強度金属膜２４を除去し、半導体基板１２の中央部上に高強度金属膜２４を残存させる。なお、図９に示すように、フォトレジスト７０は、図５のフォトレジスト５０よりも狭い範囲に形成される。したがって、図９では、図５よりも狭い範囲に高強度金属膜２４が残存する。その後、フォトレジスト７０を除去する。次に、図１０に示すように、スパッタリングによって、高強度金属膜２４の表面全体と、高強度金属膜２４に覆われていない範囲の第１金属膜２１の表面全体を覆うように、第２金属膜２２を形成する。高強度金属膜２４上に成長する第２金属膜２２では、第１金属膜２１よりも、ＡｌＳｉの結晶粒径が小さくなる。次に、図１１に示すように、第２金属膜２２の表面上に、フォトレジスト８０を形成する。ここでは、高強度金属膜２４の上部であって、高強度金属膜２４の範囲よりも広い範囲にフォトレジスト８０を形成する。したがって、高強度金属膜２４の外周端２４ａの上部にフォトレジスト８０が存在する。次に、図１２に示すように、フォトレジスト８０をマスクとして第２金属膜２２と第１金属膜２１（すなわち、ＡｌＳｉ層）をウェットエッチングする。ここでは、半導体基板１２の上面１２ａの外周部が露出するまで、第２金属膜２２と第１金属膜２１をエッチングする。また、ここでは、高強度金属膜２４の外周端２４ａまでエッチングが達するよりも前に、エッチングを停止する。すなわち、外周端２４ａが露出するよりも前に、エッチングを停止する。高強度金属膜２４の外周端２４ａの上部にフォトレジスト８０が存在しているので、外周端２４ａが露出するよりも前に、半導体基板１２の上面１２ａの外周部を露出させることができる。次に、フォトレジスト８０を除去する。次に、図１に示すように、射出成型によって、表面電極２０の表面と半導体基板１２の上面１２ａの外周部を覆うように、絶縁保護膜３０を形成する。その結果、図１に示す実施形態の半導体装置が完成する。
【００１７】
実施形態の半導体装置１０の製造方法では、図１２に示すように、第２金属膜２２を形成した後に、高強度金属膜２４の外周端２４ａが露出しない。したがって、製造工程の途中において、外周端２４ａが欠けることが抑制される。また、この製造方法では、外周端２４ａの下側に凹部２８（図８参照）が形成されないので、外周端２４ａ近傍に空隙が形成されることが防止される。したがって、半導体装置の動作時に外周端２４ａに加わる熱応力が低減され、外周端２４ａにクラックが生じ難い。
【００１８】
なお、上述した実施形態の半導体装置１０では、高強度金属膜２４の外周端２４ａの全体が第２金属膜２２に覆われていたが、外周端２４ａの一部が第２金属膜２２に覆われていてもよい。この場合でも、第２金属膜２２に覆われている範囲内で、外周端２４ａの欠けやクラックを抑制することができる。
【００１９】
また、上述した実施形態では、高強度金属膜２４の外周端２４ａが第２金属膜２２に覆われていたが、外周端２４ａは、第１金属膜２１によって覆われていてもよいし、第１金属膜２１と第２金属膜２２の両方によって覆われていてもよい。
【００２０】
また、上述した実施形態では、第１金属膜２１と第２金属膜２２が共にＡｌＳｉにより構成されていたが、第１金属膜２１と第２金属膜２２が異なる金属により構成されていてもよい。
【００２１】
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】
【００２２】
１０    ：半導体装置
１２    ：半導体基板
２０    ：表面電極
２１    ：第１金属膜
２２    ：第２金属膜
２４    ：高強度金属膜
２４ａ  ：外周端
３０    ：絶縁保護膜
【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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