(57)【要約】      （修正有）【課題】オン電圧又はオン抵抗が低く、発生した熱が分散している縦型の半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置７０は、第１層１１と、その第１層１１と基板３０の間に介在する第２層１２を備えている。第１層１１は、裏面電極層７１と、その裏面電極層７１上に形成されている半導体層７８と、その半導体層７８上に形成されている表面電極層８８を有している。半導体層７８には、複数種類の半導体領域で構成される機能構造体が作り込まれており、その機能構造体は表面電極層８８と裏面電極層７１の間を流れる電流の導通状態と非導通状態を切替える機能を有している。第２層１２は、第１層１１の裏面電極層７１にはんだを介さずに接合されているとともに、少なくとも裏面電極層７１と接する面は絶縁体で構成されておる。【選択図】  図２
2007266132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の部材に固定される半導体装置であって、その半導体装置は、第１層と、その第１層と他の部材の間に介在する第２層を備えており、
第１層は、
裏面電極層と、
その裏面電極層上に形成されている半導体層と、
その半導体層上に形成されている表面電極層を有し、
その半導体層には、複数種類の半導体領域で構成される機能構造体が作り込まれており、その機能構造体は表面電極層と裏面電極層の間を流れる電流の導通状態と非導通状態を切替える機能を有しており、
第２層は、
第１層の裏面電極層にはんだを介さずに接合されているとともに、少なくとも裏面電極層と接する面が絶縁体であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第１層の裏面電極層には、不純物を高濃度に含む半導体が用いられており、
第２層には、半導体が用いられていることを特徴とする請求項１の半導体装置。
【請求項３】
第１層の裏面電極層には、不純物を高濃度に含むシリコンが用いられており、
第２層には、シリコンウェハが用いられていることを特徴とする請求項２の半導体装置。
【請求項４】
第１層の裏面電極層と第２層は、貼り合せ技術を利用して接合されていることを特徴とする請求項２又は３の半導体装置。
【請求項５】
第２層の側面の少なくとも一部に形成されている導電膜をさらに備えており、
その導電膜が、裏面電極層に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの半導体装置。
【請求項６】
他の部材に固定される半導体装置であって、その半導体装置は、第１層と、他の部材が存在する側と反対側の第１層の面に接合されている第３層を備えており、
第１層は、
裏面電極層と、
その裏面電極層上に形成されている半導体層と、
その半導体層上に形成されている表面電極層を有し、
その半導体層には、複数種類の半導体領域で構成される機能構造体が作り込まれており、その機能構造体は表面電極層と裏面電極層の間を流れる電流の導通状態と非導通状態を切替える機能を有しており、
第３層は、
第１層の表面電極層にはんだを介さずに接合されているとともに、少なくとも表面電極層と接する面が絶縁性であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
第１層の表面電極層には、不純物を高濃度に含む半導体が用いられており、
第３層には、半導体が用いられていることを特徴とする請求項６の半導体装置。
【請求項８】
第１層の表面電極層には、不純物を高濃度に含むシリコンが用いられており、
第３層には、シリコンウェハが用いられていることを特徴とする請求項７の半導体装置。
【請求項９】
第１層の表面電極層と第３層は、貼り合せ技術を利用して接合されていることを特徴とする請求項７又は８の半導体装置。
【請求項１０】
第３層の側面の少なくとも一部に形成されている導電膜をさらに備えており、
その導電膜が、表面電極層に電気的に接続されていることを特徴とする請求項６〜９のいずれかの半導体装置。
【請求項１１】
第１層に、縦型のIGBTが作り込まれていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかの半導体装置。
【請求項１２】
第１層の半導体層の厚みが、３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかの半導体装置。
【請求項１３】
第２層又は第３層の厚みは、第１層の半導体層の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかの半導体装置。
【請求項１４】
第１層と第２層の合計の厚み又は第１層と第３層の合計の厚みが、１００μｍ以上であることを特徴とする請求項１３の半導体装置。
【請求項１５】
第２層又は第３層は、外表面を覆う絶縁膜を備えており、
その絶縁膜は、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、酸化シリコン、窒化シリコンのうちの少なくとも１種以上を備えていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかの半導体装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかの半導体装置を備えているモジュールであって、
冷却器と、
その冷却器の表面に設けられている絶縁性の基板と、
その基板上に固定されている前記半導体装置を備えているモジュール。
【請求項１７】
他の部材に固定される半導体装置を製造する方法であって、
半導体層の裏面に、不純物を高濃度に含む半導体の裏面電極層を形成する工程と、
貼り合せ技術を利用して、その裏面電極層に半導体ウェハを接合する工程と、
半導体層の表面部に表面構造体を作り込む工程を備えている製造方法。
【請求項１８】
前記半導体ウェハの側面の少なくとも一部に、裏面電極層に接する導電膜を形成する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１７の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱対策が施された半導体装置に関する。本発明はまた、その半導体装置を備えているモジュールにも関する。
【背景技術】
【０００２】
大きな電流を扱うために、一対の主電極が縦方向に配置されている縦型の半導体装置が開発されている。縦型の半導体装置は、裏面電極層と半導体層と表面電極層を備えている。半導体層には、複数種類の半導体領域が作り込まれており、その半導体層は、表面電極層と裏面電極層の間を流れる電流の導通状態と非導通状態を経時的に切替える機能を有している。半導体装置で扱う電流値が増大すると、半導体装置で発生する熱も増大する。この発生する熱に対策を施さなければ、半導体装置の動作が不安定になる。また、場合によっては、半導体装置が熱破壊されてしまうこともある。このため、この種の半導体装置は、冷却器とともにモジュールを構成していることが多い。
【０００３】
図４に、モジュール２００の断面図を模式的に示す。モジュール２００は、複数個の半導体装置２７０を備えている。図５に、半導体装置２７０の要部断面図を模式的に示す。
図４に示すように、モジュール２００は、冷却器２２０と、その冷却器２２０の表面に設けられている絶縁性の基板２３０と、その基板２３０上に固定されている半導体装置２７０を備えている。半導体装置２７０は、はんだ２４０を介して基板２３０に固定されている。半導体装置２７０は、裏面電極層２７１と、シリコン単結晶の半導体層２７８と、表面電極層２８８を備えている。半導体装置２７０には、縦型のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が作り込まれている。半導体装置２７０で発生した熱は、冷却器２２０内を循環する循環水によって冷却される。この種のモジュール２００は、特許文献１に開示されている。
【０００４】
図５（Ａ）に示すように、半導体装置２７０の半導体層２７８は、裏面から順にｐ＋型のコレクタ領域と２７２と、ｎ＋型のフィールドストップ領域２７３と、ｎ−型のドリフト領域２７４と、ｐ型のボディ領域２７５と、ｎ＋型のエミッタ領域２７７及びｐ＋型のボディコンタクト領域２７６を備えている。半導体層２７８はさらに、半導体層２７８の表面からドリフト領域２７４まで伸びており、ゲート絶縁膜２８２に被覆されているトレンチゲート電極２８４を備えている。トレンチゲート電極２８４と表面電極層２８８は、層間絶縁膜２８６で絶縁されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３９０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
縦型の半導体装置２７０では、オン電圧又はオン抵抗を小さくするために、半導体層２７８が薄く形成されているのが望ましい。しかしながら、薄板化された半導体装置２７０では、発生した熱によって半導体装置２７０内が高温に達し易く、場合によっては熱破壊が発生してしまう。このため、薄板化された半導体装置２７０では、発生した熱に対して対策を施すことが重要になってくる。
半導体装置２７０で発生した熱は、冷却器２２０に向けて熱伝導し、冷却器２２０内を循環する循環水によって外部に放熱される。しかしながら、半導体装置２７０と冷却器２２０の間には、はんだ２４０が介在している。はんだ２４０の熱抵抗係数は大きいので、半導体装置２７０で発生した熱は、冷却器２２０まで効率的に伝導することができない。このため、図５（Ｂ）に示すように、ドリフト領域２７４とボディ領域２７５の界面２７４ａの局所領域では、シリコンの許容できる温度範囲を超えてしまい、半導体装置２７０が熱破壊されてしまうことがある。
【０００７】
仮に、ドリフト領域２７４の厚みを大きくすれば、半導体装置２７０内の熱が分散され、ドリフト領域２７４とボディ領域２７５の界面２７４ａの温度のピーク値が抑えられる。しかしながら、ドリフト領域２７４の厚みを大きくすると、オン電圧又はオン抵抗が増大してしまう。即ち、従来の構造では、オン電圧又はオン抵抗を小さく抑えながら、半導体装置２７０内の温度のピーク値を低く抑えることが困難であった。
本発明は、オン電圧又はオン抵抗を小さく抑えながら、半導体装置内の熱を分散させ、熱破壊が抑えられた半導体装置を提供することを目的とする。本発明はまた、その半導体装置を備えているモジュールを提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、他の部材に固定される半導体装置に具現化することができる。本発明は、第１のタイプの形態を有する半導体装置と、第２のタイプの形態を有する半導体装置を提供することができる。なお、本発明は、第１タイプの形態と第２タイプの形態を組合せた半導体装置を提供することも可能である。
第１タイプの形態を有する半導体装置は、第１層と、その第１層と他の部材の間に介在する第２層を備えている。第１層は、裏面電極層と、その裏面電極層上に形成されている半導体層と、その半導体層上に形成されている表面電極層を有している。半導体層には、複数種類の半導体領域で構成される機能構造体が作り込まれており、その機能構造体は表面電極層と裏面電極層の間を流れる電流の導通状態と非導通状態を切替える機能を有している。第２層は、第１層の裏面電極層にはんだを介さずに接合されているとともに、少なくとも裏面電極層と接する面が絶縁体であることを特徴としている。
本発明の第１層は、従来構造の半導体装置と観念することができる。即ち、本発明の第１タイプの形態を有する半導体装置は、従来構造の半導体装置の裏面側に第２層が追加で設けられていると観念することができる。この第２層は、少なくとも裏面電極層と接する面が絶縁体である。したがって、電流は、裏面電極層と第２層の接合面を流れることができない。第２層は、電流が導通する経路ではない。したがって、機能構造体のオン電圧又はオン抵抗は、第１層の半導体層の厚みを薄く調整することによって、小さく抑えることができる。第２層は、第１層とはんだを介さずに接合されている。したがって、第１層で発生した熱は、第２層の存在によって半導体装置内に分散することができる。このため、半導体層の温度のピーク値が低く抑えられる。
本発明の形態によると、オン電圧又はオン抵抗を小さく抑えながら、半導体装置内の熱を分散させ、熱破壊が抑えられた半導体装置を提供することができる。
【０００９】
第１層の裏面電極層には、不純物を高濃度に含む半導体が用いられているのが好ましい。さらに、第２層には、半導体が用いられているのが好ましい。
第１層の裏面電極層と第２層に同種材料が用いられていると、はんだを介さずに両者を接合させることができる。第１層の裏面電極層と第２層の間の熱抵抗係数を小さく抑えることができる。
【００１０】
第１層の裏面電極層には、不純物を高濃度に含むシリコンが用いられているのが好ましい。さらに、第２層には、シリコンウェハが用いられているのが好ましい。
シリコンとシリコンウェハは同種材料であり、はんだを介さずに接合させることができる。
【００１１】
第１層の裏面電極層と第２層は、貼り合せ技術を利用して接合されているのが好ましい。
貼り合せ技術は、技術的に確立している。したがって、第１層の裏面電極層と第２層をはんだを介さずに良好な状態で接合させることができる。
【００１２】
半導体装置は、第２層の側面の少なくとも一部に形成されている導電膜をさらに備えているのが好ましい。その導電膜が、裏面電極層に電気的に接続されていることが好ましい。
第２層が第１層の裏面電極層に接合されていると、裏面電極層が第１層の半導体層と第２層の間に埋設した状態になる。このため、裏面電極層は、外部との間に電気的なコンタクトを取ることが難しくなる。本発明では、導電膜が、裏面電極層と外部と間の電気的なコンタクトをとるための場を提供する。これにより、埋設された裏面電極層は、外部との間に電気的なコンタクトを得ることができ、安定した電位を確保することができる。
【００１３】
第２タイプの形態を有する半導体装置は、第１層と、他の部材が存在する側と反対側の第１層の面に接合されている第３層を備えている。第１層は、裏面電極層と、その裏面電極層上に形成されている半導体層と、その半導体層上に形成されている表面電極層を有している。半導体層には、複数種類の半導体領域で構成される機能構造体が作り込まれており、その機能構造体は表面電極層と裏面電極層の間を流れる電流の導通状態と非導通状態を切替える機能を有している。第３層は、第１層の表面電極層にはんだを介さずに接合されているとともに、少なくとも表面電極層と接する面が絶縁性であることを特徴としている。
本発明の第１層は、従来構造の半導体装置と観念することができる。即ち、本発明の第２タイプの形態を有する半導体装置は、従来構造の半導体装置の表面側に第３層が追加で設けられていると観念することができる。この第３層は、少なくとも表面電極層と接する面が絶縁性であるので、電流が導通する経路ではない。したがって、機能構造体のオン電圧又はオン抵抗は、第１層の半導体層の厚みを薄く調整することによって、小さく抑えることができる。第３層は、第１層とはんだを介さずに接合されている。したがって、第１層で発生した熱は、第３層の存在によって半導体装置内に分散することができる。このため、半導体層の温度のピーク値が低く抑えられる。
本発明の形態によると、オン電圧又はオン抵抗を小さく抑えながら、半導体装置内の熱を分散させ、熱破壊が抑えられた半導体装置を提供することができる。
【００１４】
第１層の表面電極層には、不純物を高濃度に含む半導体が用いられているのが好ましい。さらに、第３層には、半導体が用いられているのが好ましい。
第１層の表面電極層と第３層に同種材料が用いられていると、はんだを介さずに接合させることができる。第１層の表面電極層と第３層の間の熱抵抗係数を小さく抑えることができる。
【００１５】
第１層の表面電極層には、不純物を高濃度に含むシリコンが用いられているのが好ましい。さらに、第３層には、シリコンウェハが用いられているのが好ましい。
シリコンとシリコンウェハは同種材料であり、はんだを介さずに接合させることができる。
【００１６】
第１層の表面電極層と第３層は、貼り合せ技術を利用して接合されているのが好ましい。
貼り合せ技術は、技術的に確立している。したがって、第１層の表面電極層と第３層をはんだを介さずに良好な状態で接合させることができる。
【００１７】
半導体装置は、第３層の側面の少なくとも一部に形成されている導電膜をさらに備えているのが好ましい。その導電膜が、表面電極層に電気的に接続されていることが好ましい。
第３層が第１層の表面電極層に接合されていると、表面電極層が第１層の半導体層と第３層の間に埋設した状態になる。このため、表面電極層は、外部との間に電気的なコンタクトを取ることが難しくなる。本発明では、導電膜が、表面電極層と外部と間の電気的なコンタクトをとるための場を提供する。これにより、埋設された表面電極層は、外部との間に電気的なコンタクトを得ることができ、安定した電位を確保することができる。
【００１８】
第１層に、縦型のIGBTが作り込まれていてもよい。
縦型のIGBTは、大電流を扱うことができる機能構造体である。その一方で、発生する熱によって半導体装置が熱破壊されることが問題となり易い。本発明の半導体装置は、機能構造体に縦型のIGBTを採用したとしても、熱対策が効果的に働き、熱破壊を抑制することができる。
【００１９】
第１層の半導体層の厚みが、３００μｍ以下であることが好ましい。
第１層の半導体層の厚みが３００μｍ以下の半導体装置は、オン電圧又はオン抵抗が小さく有用である。その一方で、厚みが薄いために、発生する熱によって半導体装置が熱破壊されることが問題となり易い。本発明の半導体装置は、第１層が薄い場合であっても、第２層が設けられていることによって、半導体装置内の熱を分散させ、熱破壊を抑制することができる。
【００２０】
第２層又は第３の厚みは、第１層の半導体層の厚みよりも大きいことが好ましい。
第２層又は第３層の厚みが第１層の半導体層の厚みよりも大きいと、第１層の温度のピーク値を低く抑える効果が顕著に現れる。
【００２１】
第２層の厚みが第１層の半導体層の厚みよりも大きいときに、第１層と第２層の合計の厚みが、１００μｍ以上であることが好ましい。また、第３層の厚みが第１層の半導体層の厚みよりも大きいときに、第１層と第３層の合計の厚みが、１００μｍ以上であることが好ましい。
第１層の半導体層が薄くなるほど、第２層又は第３層の厚みを大きくし、第１層と第２層の合計の厚み又は第１層と第３層の合計の厚みを１００μｍ以上に維持する。これにより、半導体装置のオン電圧又はオン抵抗を小さく抑えながら、半導体装置が熱破壊される事態の発生を抑制することができる。
【００２２】
第２層又は第３層は、外表面に絶縁膜を備えていることが好ましい。その絶縁膜は、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、酸化シリコン、窒化シリコンのうちの少なくとも１種以上を備えていることが好ましい。
これにより、第２層又は第３層の外表面は絶縁性となり、第１層からの電流を導通させることがない。半導体装置のオン抵抗又はオン電圧は、第１層の半導体層の厚みで調整される。その一方で、第２層又は第３層は、第１層で発生した熱を分散させることができる。本発明の形態によると、オン電圧又はオン抵抗を小さく抑えながら、半導体装置内の熱を分散させ、熱破壊が抑えられた半導体装置を提供することができる。
【００２３】
本発明は、上記の半導体装置を備えているモジュールにも具現化することができる。本発明のモジュールは、冷却器と、その冷却器の表面に設けられている絶縁性の基板と、その基板上に固定されている半導体装置を備えている。
本発明のモジュールは、半導体装置のオン電圧又はオン抵抗を小さく抑えながら、半導体装置内の熱を分散させることができる。
【００２４】
本発明は、他の部材に固定される半導体装置を製造する方法を提供することができる。本発明の製造方法は、半導体層の裏面に、不純物を高濃度に含む半導体の裏面電極層を形成する工程を備えている。本発明の製造方法はさらに、貼り合せ技術を利用して、その裏面電極層に半導体ウェハを接合する工程を備えている。本発明の製造方法はさらに、半導体層の表面部に表面構造体を作り込む工程を備えている。
本発明の製造方法では、表面構造体を作り込むのに先立って、半導体層の裏面に裏面電極層を形成し、その裏面電極層に半導体ウェハを接合する。半導体ウェハは、熱を分散させるための第２層として機能するとともに、後の製造工程中において半導体層に強度を付与する。したがって、破損を回避しながら半導体層に表面構造体を作り込むことができる。本発明の製造方法は、熱対策が施された半導体装置を得るためでなく、その半導体装置を歩留まり良く製造することにも貢献することができる。
【００２５】
本発明の製造方法は、半導体ウェハの側面の少なくとも一部に、裏面電極層に接する導電膜を形成する工程をさらに備えているのが好ましい。
導電膜を形成することによって、第１層の半導体層と第２層の間に埋設した裏面電極層に対して、外部と間に電気的なコンタクトをとるための場を提供することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の半導体装置は、第１層の半導体層の厚みを薄くし、オン電圧又はオン抵抗を低く抑えることができる。その上で、第２層又は第３層を設けることによって、半導体装置内の熱を分散させるのに寄与する実効的な厚みを大きくすることができる。これにより、本発明は、熱破壊が抑えられた半導体装置を提供することができる。また、本発明は、その半導体装置を利用することによって、有用なモジュールを提供することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の特徴を列記する。
（第１形態）  機能構造体には、ＩＧＢＴ、ＭＩＳＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＳＩＴ、ＳＩＴｈｙ等の縦型の構造体が用いられる。
（第２形態）  導電膜には、アルミニウム、はんだ、積層電極（チタンとニッケルと金）、クロム、銅等が用いられる。
（第３形態）  第１層と第２層をはんだを介さずに接合する技術には、貼り合せ技術、圧接等の技術を利用することができる。
【実施例】
【００２８】
図１に、モジュール１０の断面図を模式的に示す。モジュール１０は、複数個の半導体装置７０を備えている。図２に、半導体装置７０の要部断面図を模式的に示す。
図１に示すように、モジュール１０は、冷却器２０と、その冷却器２０の表面に設けられている絶縁性の基板３０と、その基板３０上に固定されている半導体装置７０を備えている。冷却器２０には、図示しない流路が形成されており、その流路内を循環水が循環している。冷却器２０の材料には、銅（Ｃｕ）又は銅とモリブテンの合金（ＣｕＭｏ）等の金属が用いられている。基板３０は、半導体装置７０と冷却器２０の間を電気的に分離している。基板３０の材料には、ＡｌＮセラミック（窒化アルミニウムセラミック）等が用いられている。半導体装置７０は、はんだ４０を介して基板３０に固定されている。はんだの材料には、スズ（Ｓｎ）又は鉛（Ｐｂ）等が用いられている。
【００２９】
半導体装置７０は、第１層１１と、その第１層１１と基板３０の間に介在する第２層１２を備えている。第１層１１は、裏面電極層７１と、その裏面電極層７１上に形成されているシリコン単結晶の半導体層７８と、その半導体層７８上に形成されている表面電極層８８を備えている。裏面電極層７１の材料には、ｐ型の不純物が高濃度に導入されているシリコン単結晶が用いられている。なお、後述するように、裏面電極層７１は、半導体層７８の裏面部に形成されているコレクタ領域７１と実質的に同一の層であり、コレクタ領域７１の一部と評価することもできる。表面電極層８８の材料には、アルミニウム（Ａｌ）が用いられている。半導体装置７０には、縦型のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が作り込まれている。
第２層１２は、シリコンウェハ５０を備えている。シリコンウェハ５０は、不純物を低濃度に含んでおり、実質的には絶縁体と評価することができる。なお、シリコンウェハ５０は、ダイシング後のものであり、正確にはシリコンウェハ５０の一部である。シリコンウェハ５０は、貼り合せ技術を利用して、第１層１１の裏面電極層７１に接合されている。シリコンウェハ５０と裏面電極層７１の間には、貼り合せるときに形成された酸化シリコン層が介在している（図示せず）。したがって、シリコンウェハ５０は、もとより絶縁体と評価できるのに加えて、酸化シリコン層によって裏面電極層７１から電気的に良好に絶縁されている。シリコンウェハ５０は、第１層１１と接合する面とは反対側の面で、はんだ４０を介して基板３０に固定されている。半導体装置７０で発生した熱は、冷却器２０内を循環する循環水によって冷却される。
【００３０】
図２（Ａ）に示すように、半導体装置７０の半導体層７８は、裏面から順にｐ＋型のコレクタ領域と７２と、ｎ＋型のフィールドストップ領域７３と、ｎ−型のドリフト領域７４と、ｐ型のボディ領域７５と、ｎ＋型のエミッタ領域７７及びｐ＋型のボディコンタクト領域７６を備えている。半導体層７８はさらに、半導体層７８の表面からドリフト領域７４まで伸びており、ゲート絶縁膜８２に被覆されているトレンチゲート電極８４を備えている。トレンチゲート電極８４と表面電極層８８は、層間絶縁膜８６で絶縁されている。コレクタ領域７２と裏面電極層７１は、半導体層７８の裏面からイオン注入して同時に形成された領域である。したがって、裏面電極層７１は、コレクタ領域７２の一部でもある。
【００３１】
第２層１２の側面には、導電膜６０が一巡して形成されている。導電膜６０には、アルミニウムが用いられている。導電膜６０の上端は、裏面電極層７１の側面に電気的に接続されている。導電膜６０の下端は、基板３０上に形成されているコンタクト端子（図示せず）にはんだを介して電気的に接続されている。そのコンタクト端子は、ワイヤボンディング（図示せず）を介して外部から所定電圧が供給されている。
【００３２】
半導体装置７０がオンすると、半導体装置７０内を電流が導通する。電流は、導電膜６０と第１層１１を介して導通する。導電膜６０には、抵抗値の小さいアルミニウムが用いられているので、半導体装置７０の実質的なオン電圧又はオン抵抗は、第１層１１の半導体層７８の厚みによって調整される。第１層１１の半導体７８の厚みを薄くすれば、オン電圧又はオン抵抗の低い半導体装置７０を得ることができる。
その一方で、半導体装置７０には、第２層１２が設けられている。このため、第１層１１の半導体層７８の厚みを薄くしたとしても、第１層１１で発生した熱は、第２層１２の存在によって半導体装置７０内に分散することができる。図２（Ｂ）に示すように、半導体装置７０内の温度分布は、第１層１１及び第２層１２の広い範囲に亘って分布している。このため、ドリフト領域７４とボディ領域７５の界面７４ａの温度のピーク値が低く抑えられている。
【００３３】
半導体装置７０の構造を採用すると、第１層１１の半導体層７８の厚みを薄く調整することによって、半導体装置７０のオン電圧又はオン抵抗を低く抑えることができる。その上で、第２層１２を設けることによって、半導体装置７０内の熱を分散させるのに寄与する実効的な厚みを大きくすることができる。これにより、熱破壊が抑えられた半導体装置７０を得ることができる。
【００３４】
図３に、一つの変形例の半導体装置１７０を示す。この変形例では、半導体装置１７０の上下面に冷却器が設けられている。なお、図２の半導体装置７０と実質的に同一の構成要素に関しては、同符号を付し、その説明を省略する。
半導体装置１７０では、第１層１１の表面側に第３層１１２が設けられている。第３層１１２は、シリコンウェハ１５０を備えている。シリコンウェハ１５０は、不純物を低濃度に含んでおり、実質的には絶縁体と評価することができる。シリコンウェハ１５０は、貼り合せ技術を利用して、第１層１１の表面電極層１８８に接合されている。この場合の表面電極層１８８には、不純物が高濃度に導入されたシリコンが用いられており、表面電極層１８８とシリコンウェハ１５０は貼り合せることが可能である。シリコンウェハ１５０と表面電極層１８８の間には、貼り合せるときに形成された酸化シリコン層が介在している（図示せず）。したがって、シリコンウェハ１５０は、表面電極層１８８から電気的に絶縁されている。シリコンウェハ１５０は、第１層１１と接合する面とは反対側の面で、はんだ１４０を介して第２の基板１３０に固定されている。
第３層１１２の側面には、導電膜１６０が一巡して形成されている。導電膜１６０には、アルミニウムが用いられている。導電膜１６０の下端は、表面電極層１８８の側面に電気的に接続されている。導電膜１６０の上端は、基板１３０上に形成されているコンタクト端子（図示せず）にはんだ１４０を介して電気的に接続されている。そのコンタクト端子はワイヤボンディング（図示せず）を介して外部から所定電圧が供給されている。半導体装置１７０がオンすると、電流は、導電膜１６０と第１層１１を介して導通する。
【００３５】
第１層１１のIGBTにおいて、最も高温に達する局所領域は、ドリフト領域７４とボディ領域７５の界面７４ａである。したがって、第３層１１２が第１層１１の表面側に設けられていると、第３層１１２と界面７４ａまでの距離が近いので、界面７４ａにおける温度のピークをより効果的に抑えることができる。
【００３６】
以下に、本実施例の他の特徴を列記する。
（１）図１及び図２に示す半導体装置７０は、製造プロセスの前処理段階において、第２層１２のシリコンウェハ５０を第１層１１に接合させておくことが好ましい。この場合、第１層の裏面にコレクタ領域７２（その一部が裏面電極層７１となる）とフィールドストップ領域７３をイオン注入で形成した後に、貼り合せ技術を利用して、第１層１１に第２層１２のシリコンウェハ５０を接合させる。第２層１２のシリコンウェハ５０を第１層１１に予め接合させておくことによって、強度を確保しながら、第１層１１の表面構造体を作り込むことができる。
（２）第１層１１の半導体層７８の厚みが、２００μｍ以下になると、その半導体装置７０、１７０は、オン電圧又はオン抵抗が小さく有用である。特に、第１層１１の半導体層７８の厚みが、８０μｍ以下になると、半導体装置７０、１７０は、オン電圧又はオン抵抗が小さく有用である。その一方で、厚みが薄いために、発生する熱によって半導体装置７０、１７０が熱破壊されることが問題となり易い。そのような薄い半導体層７８を備えていても、半導体装置７０、１７０は、第２層１２又は第３層１１２が設けられていることによって、半導体装置７０、１７０内の熱を分散させることができる。
（３）第２層１２又は第３層１１２の厚みは、第１層１１の半導体層７８の厚みよりも大きいことが好ましい。第２層１２又は第３層１１２の厚みが、第１層１１の半導体層７８の厚みよりも大きいと、第１層１１の温度のピーク値を低く抑える効果が顕著に現れる。
（４）第１層１１と第２層１２、又は第１層１１と第３層１１２をはんだを介さずに接合するためには、熱処理を利用するウエハ貼り合せ技術、圧接等の技術を利用することもできる。
（５）第１層１１と第２層１２の合計の厚み、又は第１層１１と第３層１１２の合計の厚みが、１００μｍ以上であることが好ましい。第１層１１の半導体層７８の厚みを薄くしたい場合は、第２層１２又は第３層１１２の厚みを大きくすることによって、第１層１１と第２層１２の合計の厚み、又は第１層１１と第３層１１２の合計の厚みを１００μｍ以上に確保する。第１層１１と第２層１２の合計の厚み、又は第１層１１と第３層１１２の合計の厚みが１００μｍ以上であれば、半導体装置７０、１７０が熱破壊される事態の発生を抑制することができる。より好ましくは、第１層１１と第２層１２の合計の厚み、又は第１層１１と第３層１１２の合計の厚みが１５０μｍ以上であるのがよい。半導体装置７０、１７０が熱破壊される事態の発生を顕著に抑制することができる。
（６）シリコンウェハ５０、１５０の側面に、絶縁性の膜が形成されているのが好ましい。導電膜６０、１６０とシリコンウェハ５０、１５０を電気的に良好に分離することができる。また、シリコンウェハ５０、１５０の底面に、絶縁性の膜が形成されているのが好ましい。導電膜６０、１６０とはんだ４０、１４０を電気的に良好に分離することができる。
【００３７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、図２と図３の構造を組合せた構造も有用である。即ち、第１層１１の上下に第２層１２及び第３層１１２が設けられている構造である。より熱を分散させることができ、半導体装置の熱破壊が抑制される。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合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し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例のモジュールの断面図を模式的に示す。
【図２】（Ａ）半導体装置の要部断面図を模式的に示す。（Ｂ）半導体装置内の温度分布を示す。
【図３】変形例の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【図４】従来のモジュールの断面図を模式的に示す。
【図５】（Ａ）従来の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。（Ｂ）従来の半導体装置内の温度分布を示す。
【符号の説明】
【００３９】
１０：モジュール
１１：第１層
１２：第２層
２０：冷却器
３０、１３０：基板
４０、１４０：はんだ
５０、１５０：シリコンウェハ
６０、１６０：導電膜
７０、１７０：半導体装置
７１：裏面電極層
７８：半導体層
８８、１８８：表面電極層
１１２：第３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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