(57)【要約】【課題】熱膨張に起因する電極層の歪みを抑制する。【解決手段】保護絶縁膜２０の内周縁２１は、第１辺部分２１ａ、第２辺部分２１ｂ、第３辺部分２１ｃ及び第４辺部分２１ｄを有する。平面視したときに、第１範囲Ａ１、第２範囲Ａ２、第３範囲Ａ３及び第４範囲Ａ４が存在する。第１範囲Ａ１は、第１辺部分２１ａの略全体を含む範囲であり、第１範囲Ａ１では、層間絶縁膜２２が第１辺部分２１ａと平行に伸びるストライプ状に配置され、かつ、第１辺部分の略全体がコンタクトホール２４の直上に位置する。第２範囲Ａ２〜第４範囲Ａ４についても、それぞれ第２辺部分２１ｂ〜第４辺部分２１ｄとの関係で同様である。【選択図】図１
2017054873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の基板上面に沿って設けられているとともに、前記半導体素子と電気的に接続された第１電極層と、
前記基板上面の外周縁に沿って枠状に伸びているとともに、その内周縁が前記第１電極層上において方形状の開口を画定する保護絶縁膜と、
前記方形状の開口から露出する前記第１電極層から前記保護絶縁膜に亘って積層された第２電極層と、
前記基板上面と前記第１電極層との間に設けられた層間絶縁膜と、を備え、
前記基板上面には、前記半導体素子のゲート電極が収容されたトレンチが形成されており、
前記層間絶縁膜は、前記トレンチの開口に合わせて設けられており、前記ゲート電極を覆うとともに、前記トレンチの間に位置する前記基板上面を露出するコンタクトホールを画定しており、
前記保護絶縁膜の前記内周縁は、それぞれが直線状に伸びる第１辺部分、第２辺部分、第３辺部分及び第４辺部分を有し、それらの辺部分が一連に接続されることによって前記方形状の開口を画定しており、
前記基板上面に垂直な方向から平面視したときに、少なくとも第１範囲、第２範囲、第３範囲及び第４範囲が存在し、
１から４までの任意の整数ｎについて、前記第ｎ範囲は前記第ｎ辺部分の略全体を含む範囲であり、当該第ｎ範囲では、前記層間絶縁膜が前記第ｎ辺部分と平行に伸びるストライプ状に配置され、かつ、前記第ｎ辺部分の略全体が前記コンタクトホールの直上に位置する、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される技術は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、半導体装置が記載されている。この半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の上面（以下、基板上面ともいう）に沿って設けられた第１電極層と、基板上面の外周縁に沿って枠状に伸びており、その内周縁が第１電極層上において開口を画定する保護絶縁膜と、その開口から露出する第１電極層から保護絶縁膜に亘って積層された第２電極層とを備える。このような構成によると、保護絶縁膜によって半導体基板の周縁部分を保護することができる。
【０００３】
特許文献２にも、半導体装置が記載されている。この半導体装置は、半導体素子が形成された半導体基板と、基板上面に沿って設けられた電極層とを備える。半導体素子は、ＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、基板上面に設けられたトレンチ内に位置するゲート電極を有する。ゲート電極は、層間絶縁膜によって電極層から絶縁されている。層間絶縁膜は、トレンチの開口に合わせて設けられており、ゲート電極を覆うとともに、トレンチの間に位置する基板上面を露出するコンタクトホールを画定している。この半導体装置では、ゲート電極が配置されたトレンチがストライプ状（即ち、複数のトレンチが平行）に形成されている。このような構成によると、半導体基板に半導体素子の単位構造を高い密度で形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０５０３４７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３８０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置が動作して発熱すると、それぞれの構成要素が熱膨張し、その相互作用の結果、それぞれの構成要素内に歪み（応力）が生じる。また、半導体装置に接合された放熱ブロックやバスバーといった外部の部材の熱膨張も、半導体装置の構成要素に歪みを生じさせる。半導体装置の構成要素に生じる歪みは、例えばクラックの発生といった問題の要因となる。従って、半導体装置の構成要素に生じる歪みは、小さい方が好ましい。
【０００６】
半導体装置の構成要素に生じる歪みは、半導体装置の構成に応じて様々に相違する。例えば特許文献１に記載の半導体装置では、第１電極層に対して保護絶縁膜と第２電極層の両者が接触している。このような構成であると、保護絶縁膜が接触する範囲と第２電極層が接触する範囲との境界（即ち、保護絶縁膜の内周縁の位置）において、第１電極層に大きな歪みが局所的に生じやすい。即ち、保護絶縁膜の内周縁の近傍において、第１電極層に生じる歪みは極大化する傾向がある。一方、特許文献２に記載の半導体装置では、基板上面と電極層との間に、層間絶縁膜とコンタクトホールがストライプ状に形成されている。このような構成であると、電極層に生じる歪みは、層間絶縁膜が存在する位置で大きくなり、コンタクトホールが存在する位置で小さくなる。即ち、層間絶縁膜の近傍において、第１電極層に生じる歪みは極大化する傾向がある。
【０００７】
上述したことから、保護絶縁膜を有する半導体装置では、できる限り、保護絶縁膜の内周縁が、層間絶縁膜の直上に位置しない構成とすることが好ましい。即ち、保護絶縁膜の内周縁が層間絶縁膜の直上に位置すると、第１電極層において歪みが極大化する位置が重畳することになり、第１電極層に大きな歪みが生じるおそれがある。しかしながら、ゲート電極が配置されるトレンチをストライプ状に形成すると、保護絶縁膜の内周縁の多くの部分について、層間絶縁膜の直上に位置することが避けられない。例えば、保護絶縁膜の内周縁が方形状の開口を画定しているとする。この場合、保護絶縁膜の内周縁は、それぞれが直線状に伸びる４つの辺部分を有し、そのうちの少なくとも二つの辺部分は、ストライプ状のトレンチを横切る方向に伸びることになる。その結果、当該少なくとも二つの辺部分の直下には、その全長に亘って層間絶縁膜及びコンタクトホールが交互に存在することになり、層間絶縁膜の近傍において第１電極層の歪みがさらに極大化することが想定される。
【０００８】
従って、本明細書は、保護絶縁膜を有する半導体装置において、ゲート電極が配置されるトレンチをストライプ状に形成した場合でも、保護絶縁膜の内周縁が層間絶縁膜の直上に位置することを回避又は低減し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書が開示する半導体装置は、半導体素子が形成された半導体基板と、半導体基板の基板上面に沿って設けられているとともに半導体素子と電気的に接続された第１電極層と、基板上面の外周縁に沿って枠状に伸びているとともにその内周縁が前記第１電極層上において方形状の開口を画定する保護絶縁膜と、方形状の開口から露出する第１電極層から保護絶縁膜に亘って積層された第２電極層と、基板上面と第１電極層との間に設けられた層間絶縁膜とを備える。基板上面には、半導体素子のゲート電極が配置されたトレンチが形成されている。層間絶縁膜は、トレンチの開口に合わせて設けられており、ゲート電極を覆うとともにトレンチ間に位置する基板上面を露出するコンタクトホールを画定している。保護絶縁膜の内周縁は、それぞれが直線状に伸びる第１辺部分、第２辺部分、第３辺部分及び第４辺部分を有し、それらの辺部分が一連に接続されることによって前記した方形状の開口を画定している。この半導体装置では、基板上面に垂直な方向から平面視したときに、少なくとも第１範囲、第２範囲、第３範囲及び第４範囲が存在する。そして、ｎを１から４までの任意の整数としたときに、第ｎ範囲は、第ｎ辺部分の略全体を含む範囲であり、当該第ｎ範囲では、層間絶縁膜が第ｎ辺部分と平行に伸びるストライプ状に配置され、かつ、第ｎ辺部分の略全体がコンタクトホールの直上に位置する。
【００１０】
上記した構成によると、方形状の開口を画定する保護絶縁膜の内周縁のうち、第１辺部分の周辺（即ち、第１範囲）では、ストライプ状の層間絶縁膜（即ち、トレンチ及びゲート電極）が第１辺部分と平行に配置されている。これにより、第１辺部分の略全体をコンタクトホールの直上に配置することができる。第２〜第４辺部分の各周辺（即ち、第２〜第４範囲）についても同様に、ストライプ状の層間絶縁膜（即ち、トレンチ及びゲート電極）が、それぞれ第２〜第４辺部分と平行に配置されており、これによって、第２〜第４辺部分の略全体をそれぞれコンタクトホールの直上に配置することができる。保護絶縁膜の内周縁の略全体について、当該内周縁が層間絶縁膜の直上に位置しないことから、第１電極層に大きな歪みが生じることを抑制することができる。
【００１１】
ここで、例えば第１辺部分の略全体とは、第１辺部分の全体又は大部分を意味し、第１辺部分の全体（全長）の９０パーセント以上、より好ましくは９５パーセント以上を意味する。第２辺部分〜第４辺部分についても同様である。また、保護絶縁膜の内周縁には、隣接する二つの辺部分を接続する四つの角部が存在するが、これらの角部は第１辺部分〜第４辺部分に含まれないものとする。なお、保護絶縁膜の内周縁の角部は、一定の長さに亘って円弧状に湾曲するもの（いわゆるＲ形状）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例の半導体装置１０を基板上面１２ａに垂直な方向から見た平面図。なお、層間絶縁膜２２が破線で示されており、保護絶縁膜２０の内周縁２１が一点鎖線で示されている。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】図２中のＩＩＩ部の拡大図であり、半導体素子３０の構成を模式的に示す。
【図４】半導体装置１０を組み込んだ半導体モジュール１００の構成を模式的に示す断面図。
【図５】図４中のＶ部の拡大図であり、第１電極層１４において歪みが極大化する領域Ｘ、Ｙを模式的に示す。
【図６】変形例の半導体装置１０ａの模式的な平面図であり、層間絶縁膜２２が破線で示されており、保護絶縁膜２０の内周縁が一点鎖線で示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を参照して、実施例の半導体装置１０を説明する。図１、図２に示すように、半導体装置１０は、半導体基板１２、上面電極１８、保護絶縁膜２０、層間絶縁膜２２及び下面電極２６を備える。上面電極１８、保護絶縁膜２０及び層間絶縁膜２２は、半導体基板１２の上面１２ａ（以下、基板上面１２ａという）側に位置している。下面電極２６は、半導体基板１２の下面１２ｂ（以下、基板下面１２ｂという）側に位置している。また、基板上面１２ａ側には、ゲートパッド８ａを含む複数の電極パッド８が設けられている。ここで、基板上面１２ａ及び基板下面１２ｂは、半導体基板１２の互いに反対側に位置する二つの表面を、便宜的に区別して表現するものである。即ち、ここでいう基板上面１２ａ及び基板下面１２ｂが、半導体装置１０の使用時において、必ずしも鉛直方向の上面及び下面になることを意味しない。
【００１４】
半導体基板１２は、半導体材料で構成された基板であり、例えばシリコン（Ｓｉ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いて構成することができる。半導体基板１２には、半導体素子３０が形成されている。基板上面１２ａには、半導体素子３０のゲート電極４６が配置されたトレンチ４２が形成されている。半導体素子３０は、トレンチゲート型の構造を有する半導体素子であるが、特定の種類の半導体素子に限定されない。半導体素子３０は、例えばＩＧＢＴ、ＲＣ−ＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴといったパワー半導体素子であってよい。一例ではあるが、本実施例における半導体素子３０はＩＧＢＴである。
【００１５】
図３を参照して、本実施例における半導体素子３０（ＩＧＢＴ）の単位構造について説明する。図３に示すように、半導体素子３０は、基板下面１２ｂ側から基板上面１２ａ側に向かって順に、コレクタ領域３２、バッファ領域３４、ドリフト領域３６、ボディ領域３８及びエミッタ領域４０を備える。また、前述したように、半導体素子３０は、トレンチ４２内に配置されたゲート電極４６を備える。
【００１６】
コレクタ領域３２は、ｐ型の領域であり、基板下面１２ｂに露出している。コレクタ領域３２は、その不純物濃度が十分に高く、下面電極２６と電気的に接続されている。バッファ領域３４は、ｎ型の領域であり、コレクタ領域３２とドリフト領域３６との間に位置している。ドリフト領域３６は、ｎ型の領域であり、バッファ領域３４とボディ領域３８との間に位置している。ドリフト領域３６の不純物濃度は、バッファ領域３４の不純物濃度よりも低い。ボディ領域３８は、ｐ型の領域であり、基板上面１２ａとドリフト領域３６との間に位置している。ボディ領域３８の不純物濃度は、コレクタ領域３２の不純物濃度よりも低い。但し、ボディ領域３８は基板上面１２ａに露出しており、その露出する表層部（コンタクト領域とも称される）では、不純物濃度がコレクタ領域３２と同程度に高められている。それにより、ボディ領域３８は、基板上面１２ａにおいて上面電極１８と電気的に接続されている。エミッタ領域４０は、ｎ型の領域であり、基板上面１２ａに露出している。エミッタ領域４０は、ボディ領域３８によってドリフト領域３６から隔てられている。エミッタ領域４０の不純物濃度は、ドリフト領域３６の不純物濃度よりも高く、基板上面１２ａにおいて上面電極１８と電気的に接続されている。
【００１７】
ゲート電極４６は、基板上面１２ａに設けられたトレンチ４２内に位置している。ゲート電極４６は、導電性材料で構成されており、例えばポリシリコンを用いて構成することができる。トレンチ４２の下端はドリフト領域３６に達している。図３に示す断面の位置では、複数のトレンチ４２が、図３の紙面に対して垂直に伸びている。トレンチ４２の内面とゲート電極４６との間には、ゲート絶縁膜４４が設けられている。ゲート絶縁膜４４は、絶縁性材料で構成されており、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いて構成することができる。ゲート電極４６は、ゲート絶縁膜４４を介して、ドリフト領域３６、ボディ領域３８及びエミッタ領域４０に対向している。
【００１８】
層間絶縁膜２２は、ゲート電極４６を上面電極１８から電気的に絶縁している。層間絶縁膜２２は、トレンチ４２の開口に合わせて設けられており、ゲート電極４６を覆うとともに、コンタクトホール２４を画定している。コンタクトホール２４は、層間絶縁膜２２が存在しない範囲であって、隣接する二つのトレンチ４２の間に位置する基板上面１２ａを露出する。従って、平面視したときに、トレンチ４２、ゲート電極４６及び層間絶縁膜２２の位置は互いに一致し、隣接する二つの層間絶縁膜２２の間に、コンタクトホール２４が位置する。一例ではあるが、層間絶縁膜２２及びコンタクトホール２４は、基板上面１２ａに酸化シリコン膜を広く形成し、それを部分的にエッチングすることによって形成することができる。
【００１９】
以上の構造により、本実施例における半導体素子（ＩＧＢＴ）３０は、ノーマリーオフ型のパワートランジスタとして機能することができる。なお、半導体素子３０の構成は適宜変更可能であり、上述した構成に限定されるものはない。
【００２０】
次に、図１から図３を参照して、基板上面１２ａ側の構造について説明する。前述したように、基板上面１２ａ側には、上面電極１８、保護絶縁膜２０及び層間絶縁膜２２が設けられている。上面電極１８は、第１電極層１４と第２電極層１６とを有する。
【００２１】
第１電極層１４は、基板上面１２ａに沿って設けられており、半導体素子３０と電気的に接続されている。より詳しくは、第１電極層１４は、コンタクトホール２４内の基板上面１２ａに露出するボディ領域３８及びエミッタ領域４０と、電気的に接続されている。一方、第１電極層１４とゲート電極４６との間は、層間絶縁膜２２によって電気的に絶縁されている。第１電極層１４は、金属材料を用いて構成することができ、その金属材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金等が挙げられる。一例ではあるが、本実施例における第１電極層１４には、シリコン（Ｓｉ）を比較的に多く含むＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金が用いられている。
【００２２】
保護絶縁膜２０は、絶縁性材料で構成されており、例えば樹脂材料を用いて構成することができる。一例ではあるが、本実施例における保護絶縁膜２０には、ポリイミドが用いられている。保護絶縁膜２０は、基板上面１２ａの周縁に沿って枠状に設けられている。保護絶縁膜２０は、例えば半導体装置１０の耐圧を維持する機能や、半導体装置１０を異物の接触から保護する機能を有する。保護絶縁膜２０の少なくとも一部（内側部分）は、第１電極層１４上に積層されており、保護絶縁膜２０の内周縁２１は、第１電極層１４上において開口を画定している。以下では、保護絶縁膜２０の内周縁２１が画定する開口を、単に保護絶縁膜２０の開口と称することがある。保護絶縁膜２０の断面形状は特に限定されないが、本実施例では、内周縁２１側の部分がテーパー形状を有している。
【００２３】
図１によく示されるように、保護絶縁膜２０の内周縁２１は、方形状の開口を画定している。従って、保護絶縁膜２０の内周縁２１は、それぞれが直線状に伸びる第１辺部分２１ａ、第２辺部分２１ｂ、第３辺部分２１ｃ及び第４辺部分２１ｄと、それらを一連に接続する四つの角部２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈとを有する。なお、本実施例における保護絶縁膜２０の開口は正方形状であり、第１辺部分２１ａと第３辺部分２１ｃは互いに平行であり、第２辺部分２１ｂと第４辺部分２１ｄは互いに平行であり、かつ、第１辺部分２１ａと第２辺部分２１ｂは互いに垂直である。なお、保護絶縁膜２０の開口は、矩形状その他の方形（四角形）状であってもよい。また、角部２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈは、或る長さに亘って円弧状に湾曲するもの（いわゆるＲ形状）であってもよい。なお、各辺部分２１ａ〜２１ｄに、角部２１ｅ〜２１ｈは含まれないものとする。
【００２４】
第２電極層１６は、導電性材料で構成されており、保護絶縁膜２０の開口から露出する第１電極層１４から保護絶縁膜２０に亘って積層されている。第２電極層１６は、金属材料を用いて構成することができ、その金属材料としては、例えばニッケル（Ｎｉ）又はニッケルを主成分とする合金等が挙げられる。一例ではあるが、本実施例の第２電極層１６には、ニッケルが用いられている。なお、第１電極層１４と第２電極層１６との間には、チタン（Ｔｉ）その他の導電性材料で構成される層が付加的に設けられてもよい。この場合、その付加的な層は、第２電極層１６の一部と見なすことができる。
【００２５】
次に、主に図１を参照して、層間絶縁膜２２の配列、及び、その配列と保護絶縁膜２０の内周縁２１との位置関係について説明する。なお、層間絶縁膜２２に配列は、トレンチ４２及びゲート電極４６の配列に一致する。図１に示すように、本実施例の半導体装置１０では、基板上面１２ａに垂直な方向から平面視したときに、層間絶縁膜２２の配列に関して第１範囲Ａ１、第２範囲Ａ２、第３範囲Ａ３及び第４範囲Ａ４が存在する。第１範囲Ａ１は、保護絶縁膜２０の内周縁２１の第１辺部分２１ａを含む範囲であり、概して、当該第１辺部分２１ａに近接する範囲といえる。この第１範囲Ａ１では、層間絶縁膜２２が第１辺部分２１ａと平行に伸びるストライプ状に配置され、かつ、第１辺部分２１ａがコンタクトホール２４の直上に位置している（図３参照）。
【００２６】
第２範囲Ａ２、第３範囲Ａ３及び第４範囲Ａ４についても同様である。第２範囲Ａ２は、第２辺部分２１ｂを含む範囲であって、第２範囲Ａ２では、層間絶縁膜２２が第２辺部分２１ｂと平行に伸びるストライプ状に配置され、かつ、第２辺部分２１ｂがコンタクトホール２４の直上に位置している。第３範囲Ａ３は、第３辺部分２１ｃを含む範囲であって、第３範囲Ａ３では、層間絶縁膜２２が第３辺部分２１ｃと平行に伸びるストライプ状に配置され、かつ、第３辺部分２１ｃがコンタクトホール２４の直上に位置している。そして、第４範囲Ａ４は、第４辺部分２１ｄを含む範囲であって、第４範囲Ａ４では、層間絶縁膜２２が第４辺部分２１ｄと平行に伸びるストライプ状に配置され、かつ、第４辺部分２１ｄがコンタクトホール２４の直上に位置している。ここで、第１範囲Ａ１〜第４範囲Ａ４の間の境界は、層間絶縁膜２２の内周縁２１が画定する方形状の開口の対角線及びその延長線と一致する。
【００２７】
次に、図５を参照し、半導体装置１０の使用例として、半導体装置１０が組み込まれた半導体モジュール１００について説明する。半導体モジュール１００は、半導体装置１０と、半導体装置１０が封止された樹脂モールド１０２とを備える。さらに、半導体モジュール１００は、第１放熱板１０４と放熱ブロック１０６と第２放熱板１０８とを備える。第１放熱板１０４、放熱ブロック１０６及び第２放熱板１０８は金属材料で構成されており、一例ではあるが銅で構成することができる。
【００２８】
第１放熱板１０４は、半導体装置１０の上面電極１８に放熱ブロック１０６を介して接合されている。第１放熱板１０４と放熱ブロック１０６との間、及び、放熱ブロック１０６と上面電極１８との間は、それぞれはんだ１１０、１１１によって接合されている。第２放熱板１０８は、半導体装置１０の下面電極２６に接合されている。下面電極２６と第２放熱板１０８との間は、はんだ１１２によって接合されている。図示省略するが、第１放熱板１０４と第２放熱板１０８の各々には、樹脂モールド１０２の外部へ伸びるリード（又はバスバー）が接続されている。これにより、第１放熱板１０４、放熱ブロック１０６及び第２放熱板１０８は、半導体装置１０を外部の機器と電気的に接続する導電経路の少なくとも一部を構成する。
【００２９】
第１放熱板１０４は、樹脂モールド１０２の上面１０２ａに露出しており、第２放熱板１０８は樹脂モールド１０２の下面１０２ｂに露出している。このような構成により、動作時に半導体装置１０で発生する熱は、放熱ブロック１０６を介して第１放熱板１０４へ伝導して、あるいは第２放熱板１０８へ伝導して、半導体モジュール１００の外部に放出される。即ち、半導体モジュール１００は、両面冷却型のモジュール構造を有する。通常、半導体モジュール１００は、樹脂モールド１０２の上面１０２ａ及び下面１０２ｂが冷却器に接触するように配置される。
【００３０】
半導体モジュール１００が例えばハイブリッドカー等に搭載され、半導体装置１０が動作して発熱すると、それぞれの構成要素が熱膨張する。それぞれの構成要素は、互いに異なる材料で構成されているので、互いに異なる線膨張係数を有する。従って、それぞれの構成要素は様々に熱膨張し、その相互作用の結果、それぞれの構成要素に歪み（応力）が生じる。また、半導体モジュール１００の放熱ブロック１０６といった構成要素も熱膨張し、半導体装置１０の構成要素に歪みを生じさせる。構成要素に生じる歪みは、例えばクラックの発生といった問題の要因となる。従って、半導体装置１０の構成要素に生じる歪みは、小さい方が好ましい。特に、本実施例の半導体装置１０では、第１電極層１４を構成する材料（Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金）の機械的強度（例えば引張り強度）が、第２電極層１６を構成する材料（ニッケル）やはんだ１１１よりも低い。従って、仮にクラックが発生するとすれば、第１電極層１４において発生するおそれが高い。
【００３１】
上記の点に関して、図５に示すように、本実施例の半導体装置１０では、第１電極層１４に保護絶縁膜２０と第２電極層１６の両者が接触している。このような構成であると、保護絶縁膜２０が接触する範囲と第２電極層１６が接触する範囲との境界（即ち、保護絶縁膜２０の内周縁２１の位置）において、第１電極層１４に大きな歪みが局所的に生じやすい。即ち、第１電極層１４の歪みは図５中の領域Ｙにおいて極大化する傾向がある。加えて、本実施例の半導体装置１０では、基板上面１２ａと第１電極層１４との間に、層間絶縁膜２２とコンタクトホール２４がストライプ状に形成されている。このような構成であると、第１電極層１４に生じる歪みは、層間絶縁膜２２が存在する位置で大きくなり、コンタクトホール２４が存在する位置で小さくなる。即ち、第１電極層１４の歪みは図５中の領域Ｘにおいても極大化する傾向がある。
【００３２】
仮に、図５に示す領域Ｘ、Ｙが重なると、第１電極層１４により大きな歪みが生じ得る。この場合、例えば半導体装置１０が過酷な熱履歴を長期に亘って経験したときなどに、第１電極層１４においてクラックが発生することも考えられる。この点に関して、本実施例の半導体装置１０では、保護絶縁膜２０の内周縁２１の各辺部分２１ａ〜２１ｄがコンタクトホール２４の直上に配置されており、各辺部分２１ａ〜２１ｄの直下に層間絶縁膜２２が存在しない（角部２１ｅ〜２１ｈは除く）。従って、図５に示すように、歪みが極大化し得る領域Ｘ、Ｙが離れて位置するので、第１電極層１４にクラックを誘発するような歪みが生じることを防止することができる。
【００３３】
上述したように、本実施例の半導体装置１０では、基板上面１２ａに保護絶縁膜２０が設けられているとともに、ゲート電極４６が配置されるトレンチ４２がストライプ状に形成されている。それにより、半導体基板１２の周縁部が保護されるとともに、半導体素子３０の単位構造を高い密度で形成することができる。ここで、保護絶縁膜２０の内周縁２１の第１辺部分２１ａの周辺（即ち、第１範囲Ａ１）では、ストライプ状の層間絶縁膜２２（即ち、トレンチ４２及びゲート電極４６）が、第１辺部分２１ａと平行に配置されている。これにより、第１辺部分２１ａの全てがコンタクトホール２４の直上に配置することが可能となる。第２辺部分２１ｂ〜第４辺部分２１ｄの各周辺（即ち、第２範囲Ａ２〜第４範囲Ａ４）についても同様であり、第２辺部分２１ｂ〜第４辺部分２１ｄのそれぞれが全てコンタクトホール２４の直上に配置されている。その結果、保護絶縁膜２０の内周縁２１（角部２１ｅ〜２１ｈを除く）が、層間絶縁膜２２の直上に位置しないので、第１電極層１４に生じる歪みを抑制することができる。
【００３４】
以上、本技術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。
【００３５】
例えば図６は、変形例の半導体装置１０ａを示す。図６に示すように、層間絶縁膜２２（即ち、トレンチ４２及びゲート電極４６）は、基板上面１２ａにおいて渦巻き状に配置されてもよい。このような構成であっても、平面視したときに、層間絶縁膜２２の配列に関して第１範囲Ａ１、第２範囲Ａ２、第３範囲Ａ３及び第４範囲Ａ４が存在する。第１範囲Ａ１は、保護絶縁膜２０の内周縁２１の第１辺部分２１ａを含む範囲であり、この第１範囲Ａ１では、層間絶縁膜２２が第１辺部分２１ａと平行に伸びるストライプ状に配置され、かつ、第１辺部分２１ａがコンタクトホール２４の直上に位置している。第２範囲Ａ２、第３範囲Ａ３及び第４範囲Ａ４についても同様である。
【００３６】
なお、図６に示す変形例では、層間絶縁膜２２が、保護絶縁膜２０の内周縁２１の第３辺部分２１ｃの直下を横切っており、第３辺部分２１ｃの直下には部分的に層間絶縁膜２２が存在する。このように、限られた範囲では、保護絶縁膜２０の内周縁２１の直下に層間絶縁膜２２が存在してもよい。具体的には、例えば内周縁２１の全体（全長）の９０パーセント以上、好ましくは９５パーセント以上が、コンタクトホール２４の直上に位置するとよい。あるいは、上述した半導体装置１０のように、角部２１ｅ〜２１ｈを除いて、内周縁２１の全体がコンタクトホール２４の直上に位置するとよい。
【００３７】
実施例の半導体装置１０では、平面視したときに、半導体素子３０が形成された領域（いわゆる素子領域）の略全体が、第１範囲Ａ１〜第４範囲Ａ４のいずれかに属すると理解される。しかしながら、他の変形例として、半導体装置１０は、例えば保護絶縁膜２０の内周縁２１から離れた位置に、第１範囲Ａ１〜第４範囲Ａ４のいずれにも属さない一又は複数の範囲をさらに有してもよい。即ち、例えば保護絶縁膜２０の内周縁２１が画定する開口の中央部分に、第１範囲Ａ１〜第４範囲Ａ４とは異なる態様で層間絶縁膜２２（即ち、トレンチ４２及びゲート電極４６）が配置された範囲を有してもよい。
【００３８】
本明細書又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、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又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。
【符号の説明】
【００３９】
１０、１０ａ：半導体装置
１２：半導体基板
１２ａ：基板上面
１２ｂ：基板下面
１４：第１電極層
１６：第２電極層
１８：上面電極
２０：保護絶縁膜
２１：保護絶縁膜の内周縁
２１ａ〜２１ｄ：上記内周縁の第１辺部分〜第４辺部分
２２：層間絶縁膜
２４：コンタクトホール
２６：下面電極
３０：半導体素子
４２：トレンチ
４４：ゲート絶縁膜
４６：ゲート電極
１００：半導体モジュール
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４：第１範囲、第２範囲、第３範囲、第４範囲
【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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