(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向において対向する第１の辺及び第２の辺と前記第１の方向と交差する第２の方向において対向する第３の辺及び第４の辺とを有する基板と、
前記基板上において前記第２の方向に複数配設され、かつ第１の主面を露出して配設され、第１の導電型を有する第１の半導体領域と、
前記第１の半導体領域内において前記第２の方向に複数配設され、かつ前記第１の半導体領域の第１の主面に第２の主面が露出され、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する第２の半導体領域と、
前記第１の半導体領域の前記第２の半導体領域と前記第２の方向に隣接する他の前記第１の半導体領域の他の前記第２の半導体領域との間に渡って配設され、前記第１の方向に延伸し、前記第２の方向に一定間隔において複数配列された制御電極と、
前記制御電極上を覆い前記第１の方向に延伸し前記第２の方向に一定間隔において複数配設され直下に前記制御電極が配設された延伸部及び前記第２の方向に隣接する前記延伸部同士を前記第１の方向に一定間隔において連結し直下に前記制御電極が配設されない連結部を有し、前記延伸部と前記連結部とにより開口形状が規定され前記第１の半導体領域の前記第１の主面と前記第２の半導体領域の前記第２の主面とを露出する開口部を有する層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に配設され、前記層間絶縁膜の前記開口部を通して前記第１の半導体領域の前記第１の主面及び前記第２の半導体領域の前記第２の主面に電気的に接続された電極と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の半導体領域の前記第２の半導体領域と前記第２の方向に隣接する他の前記第１の半導体領域の他の前記第２の半導体領域との間において、前記第１の半導体領域の前記第１の主面から前記基板側に前記第１の半導体領域を貫通して配設され、前記第１の方向に延伸し前記第２の方向に一定間隔において配設された穴と、
前記穴の側面及び前記穴の底面に配設された絶縁膜と、を更に備え、
前記制御電極は、前記穴に前記絶縁膜を介在して埋設された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】
前記第１の半導体領域の前記第２の半導体領域と前記第２の方向に隣接する他の前記第１の半導体領域の他の前記第２の半導体領域との間に配設され、かつ第３の主面が露出され、第２の導電型を有する第３の半導体領域と、
前記第３の半導体領域の前記第３の主面上に配設された絶縁膜と、を更に備え、
前記第２の半導体領域及び前記第３の半導体領域は、前記制御電極を用いて構成された２重拡散構造を有し、
前記制御電極は、前記第３の半導体領域の前記第３の主面上に前記絶縁膜を介在して配設されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記制御電極は、前記第１の方向に延伸し前記第２の方向に一定間隔において配列されたストライプ形状を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記層間絶縁膜は、前記延伸部、前記連結部及び前記開口部によりメッシュ形状において構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記層間絶縁膜の前記連結部は前記電極のボンディングエリアの直下の領域に配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ボンディングエリア外において、前記層間絶縁膜は、前記第１の方向に延伸し前記第２の方向に一定間隔において配列され、前記連結部が配設されないストライプ形状により構成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記電極にはワイヤ、クリップリードのいずれかの外部配線が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか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、半導体装置及びその製造方法に関し、特に半導体素子の電極に外部配線が接続される半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
IGBT（insulated gate bipolar transistor）、パワーMOSFET（metal oxide semiconductor field effect transistor）等の半導体素子は半導体装置に組み込まれる。この種の半導体素子は大電流を高速に制御することができるスイッチングデバイスである。
【０００３】
半導体素子例えばIGBTは、コレクタ領域と、ベース領域と、エミッタ領域と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを備えている。コレクタ領域は、基板の一方の主面上にエピタキシャル成長又は基板の一方の主面部に拡散により形成されている。ベース領域は、基板の他方の主面部に形成されている。エミッタ領域は、ベース領域の表面部に形成されている。ゲート絶縁膜は少なくともベース領域の表面に形成されており、ゲート電極はゲート絶縁膜上に形成されている。
【０００４】
半導体素子にはゲート電極がストライプ状に形成されることにより高耐圧でかつゲート容量が小さいストライプ構造のIGBTが採用されている。この構造を採用するIGBTにおいては、ゲート電極がゲート長方向に向かって基板主面上を延伸し、このゲート電極がゲート幅方向に一定間隔において複数配列され、上方から見てゲート幅方向にゲート電極を挟み込むようにエミッタ領域及びベース領域の表面の一部がゲート長方向にストライプ状に露出する。この表面が露出されたエミッタ領域及びベース領域にはエミッタ電極（エミッタ配線）が電気的に接続される。エミッタ電極はゲート電極との間に挟まれた層間絶縁膜上に形成されており、層間絶縁膜はゲート電極上を覆うとともに上述のエミッタ領域及びベース領域の一部が露出した領域上（に対応する箇所）においてゲート長方向にストライプ状の開口（コンタクト開口）を備えている。つまり、ゲート幅方向に切断した断面において、上述の開口によって隣り合う層間絶縁膜同士に隙間を有する凸状の層間絶縁膜の平面形状はゲート電極の平面形状と同様にストライプ形状になる。このようなストライプ構造を採用するIGBTは、エミッタ領域及びベース領域とエミッタ電極との間のコンタクト面積を増加し、電流容量を増大することができるので、電界集中の発生を減少し、大電流化並びに高耐圧化を実現することができる。
【０００５】
IGBTのエミッタ電極はボンディングワイヤを通してエミッタ用リード（外部端子）に電気的に接続され、ゲート電極にも同様にボンディングワイヤを通してゲート用リードが電気的に接続される。コレクタ領域は例えば基板の他方の主面に設けられたコレクタ電極がコレクタ用リードに電気的に接続される。ボンディングワイヤは、一般的にワイヤボンディング装置を使用し、超音波振動を併用した熱圧着によりボンディングされている。そして、IGBTは各リードのインナー部とともに樹脂封止され、半導体装置として組み立てられる。
【０００６】
なお、この種の半導体装置に関しては、例えば下記特許文献１及び特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２２３２２号公報
【特許文献１】特開２００２−２２２８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述の半導体装置においては、以下の点について配慮がなされていなかった。ストライプ構造を有するIGBTの直上のエミッタ電極に直接ボンディングワイヤが超音波振動のエネルギによりボンディングされると、層間絶縁膜やその下のIGBT（セル）のゲート電極に剥がれや破壊が生じる。詳細には、IGBTにおいては、ゲート電極及び層間絶縁膜の平面形状がゲート長方向に細長いストライプ形状を備えているので、ゲート電極及び層間絶縁膜の機械的強度が弱く、かつ下地との接着面積が少なく、しかも基板主面から突出した形状であるために、ボンディングワイヤがボンディングされた際に、層間絶縁膜やゲート電極に剥がれや破壊が生じる。特に、層間絶縁膜にゲート幅方向の応力が生じると上記問題が生じ易い。
【０００８】
また、IGBTの微細化に伴い、IGBTにトレンチ構造が採用されると、基板主面上においてゲート電極の平面面積（ゲート幅寸法）が縮小され、この縮小に伴いゲート電極上の層間絶縁膜の平面面積（ゲート幅方向においてコンタクト開口から隣接する次段のコンタクト開口までの幅寸法）が縮小される。つまり、基板主面と層間絶縁膜との間の接着面積が更に縮小されるので、層間絶縁膜やゲート電極の剥がれや破壊が顕著に生じる。更に、半導体装置において大電流対応のために、ボンディングワイヤ径を太くした場合、ボンディングに必要な超音波振動のエネルギが増大するので、層間絶縁膜やゲート電極の剥がれや破壊がより一層顕著に生じる。
【０００９】
このような層間絶縁膜やゲート電極に剥がれや破壊が生じると、エミッタ電極（エミッタ領域）とゲート電極との間に絶縁不良が発生する。程度が悪い場合には、エミッタ電極とゲート電極との間が電気的に短絡する。
【００１０】
層間絶縁膜やゲート電極の剥がれや破壊を抑制するには、ボンディング装置（ボンディング処理時）の超音波パワーを弱める方法、圧着荷重を軽減する方法がある。しかしながら、このような方法を採用した場合には、エミッタ電極とボンディングワイヤとの間に十分なボンディング強度（機械的な接合強度）を得ることができない。ボンディング強度が不十分な場合には、半導体製造プロセスにおける樹脂封止時や半導体装置の実稼動中に、エミッタ電極からボンディングワイヤに剥がれが生じる。
【００１１】
また、層間絶縁膜やゲート電極の剥がれや破壊を半導体素子側において抑制するには、ボンディングワイヤがボンディングされる領域にIGBT（セル）を配置しない方法、エミッタ電極を膜厚の厚いアルミニウム膜により形成する方法がある。しかしながら、前者の方法においては、基板の一部の領域にセルが存在しないので、IGBTの主要な電気的特性であるオン電圧が著しく増加するか、半導体素子のサイズが増大する。また、後者の方法においては、エミッタ電極によってボンディングワイヤのボンディング時の衝撃を吸収することができ、或いはエミッタ電極下に衝撃を伝搬しないようにすることができる。しかしながら、半導体製造プロセスにおいて、原材料費用の増加、電極成膜時間の増加等に伴い、製造コストが増大する。更に、エミッタ電極の膜厚の増加は半導体素子の動作によるエミッタ電極及びエミッタ電極に接する箇所との線膨張係数の違いによる膜ストレスの増加に繋がり、IGBTに不要なストレスが加わるので、IGBTの電気的特性に変化が生じる。
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、ボンディング強度を確保しつつ、ボンディングに伴う層間絶縁膜の破壊や電極の破壊を防止することができる半導体装置及びその製造方法を提供することである。更に、本発明は、半導体素子の電気的特性が良好な半導体装置及びその製造方法を提供することである。更に、本発明は、製造コストを削減することができる半導体装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、第１の方向において対向する第１の辺及び第２の辺と第１の方向と交差する第２の方向において対向する第３の辺及び第４の辺とを有する基板と、基板上において第２の方向に複数配設され、かつ第１の主面を露出して配設され、第１の導電型を有する第１の半導体領域と、第１の半導体領域内において第２の方向に複数配設され、かつ第１の半導体領域の第１の主面に第２の主面が露出され、第１の導電型と反対の第２の導電型を有する第２の半導体領域と、第１の半導体領域の第２の半導体領域と第２の方向に隣接する他の第１の半導体領域の他の第２の半導体領域との間に渡って配設され、第１の方向に延伸し、第２の方向に一定間隔において複数配列された制御電極と、制御電極上を覆い第１の方向に延伸し第２の方向に一定間隔において複数配設され直下に制御電極が配設された延伸部及び第２の方向に隣接する延伸部同士を第１の方向に一定間隔において連結し直下に制御電極が配設されない連結部を有し、延伸部と連結部とにより開口形状が規定され第１の半導体領域の第１の主面と第２の半導体領域の第２の主面とを露出する開口部を有する層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に配設され、層間絶縁膜の開口部を通して第１の半導体領域の第１の主面及び第２の半導体領域の第２の主面に電気的に接続された電極とを備える。
【００１４】
第１の特徴に係る半導体装置において、第１の半導体領域の第２の半導体領域と第２の方向に隣接する他の第１の半導体領域の他の第２の半導体領域との間において、第１の半導体領域の第１の主面から基板側に第１の半導体領域を貫通して配設され、第１の方向に延伸し第２の方向に一定間隔において配設された穴と、穴の側面及び穴の底面に配設された絶縁膜と、を更に備え、制御電極は、穴に絶縁膜を介在して埋設されることが好ましい。
【００１５】
第１の特徴に係る半導体装置において、第１の半導体領域の第２の半導体領域と第２の方向に隣接する他の第１の半導体領域の他の第２の半導体領域との間に配設され、かつ第３の主面が露出され、第２の導電型を有する第３の半導体領域と、第３の半導体領域の第３の主面上に配設された絶縁膜と、を更に備え、第２の半導体領域及び第３の半導体領域は、制御電極を用いて構成された２重拡散構造を有し、制御電極は、第３の半導体領域の第３の主面上に絶縁膜を介在して配設されることが好ましい。
【００１６】
第１の特徴に係る半導体装置において、制御電極は、第１の方向に延伸し第２の方向に一定間隔において配列されたストライプ形状を有することが好ましい。
【００１７】
第１の特徴に係る半導体装置において、層間絶縁膜は、延伸部、連結部及び開口部によりメッシュ形状において構成されていることが好ましい。
【００１８】
第１の特徴に係る半導体装置において、層間絶縁膜の連結部は電極のボンディングエリアの直下の領域に配設されていることが好ましい。
【００１９】
第１の特徴に係る半導体装置において、ボンディングエリア外において、層間絶縁膜は、第１の方向に延伸し第２の方向に一定間隔において配列され、連結部が配設されないストライプ形状により構成されていることが好ましい。
【００２０】
第１の特徴に係る半導体装置において、電極にはワイヤ、クリップリードのいずれかの外部配線が電気的に接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ボンディング強度を確保しつつ、ボンディングに伴う層間絶縁膜の破壊や電極の破壊を防止することができる半導体装置及びその製造方法を提供することができる。更に、本発明によれば、半導体素子の電気的特性が良好な半導体装置及びその製造方法を提供することができる。更に、本発明によれば、製造コストを削減することができる半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２３】
また、以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００２４】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、トレンチ構造を有するIGBTからなる半導体素子、それを搭載した電力用半導体装置及びその製造方法に本発明を適用した例を説明するものである。
【００２５】
［半導体素子（IGBT）のデバイス構造］
図１及び図４に示すように、第１の実施の形態に係る半導体装置に搭載された半導体素子１は、第１の方向において対向する第１の辺１０１及び第２の辺１０２と第１の方向と交差する第２の方向において対向する第３の辺１０３及び第４の辺１０４とを有する基板１１１（特に図１及び図４参照。）と、基板１１１上において第２の方向に複数配設され、かつ第１の主面を露出して配設され、第１の導電型を有する第１の半導体領域１１２（特に図１及び図２参照。）と、第１の半導体領域１１２内において第２の方向に複数配設され、かつ第１の半導体領域１１２の第１の主面に第２の主面が露出され、第１の導電型と反対の第２の導電型を有する第２の半導体領域１１３と、第１の半導体領域１１２の第２の半導体領域１１３と第２の方向に隣接する他の第１の半導体領域１１２の他の第２の半導体領域１１３との間に渡って配設されたゲート電極（制御電極）１１６と、ゲート電極１１６上を覆い第１の方向に延伸する延伸部１２１、第２の方向に隣接する延伸部１２１同士を第１の方向に一定間隔において連結する連結部１２２及び延伸部１２１と連結部１２２とにより開口形状が規定され第１の半導体領域１１２の第１の主面と第２の半導体領域１１３の第２の主面とを露出する開口部１２３を有する層間絶縁膜１２（特に図１及び図３参照。）と、層間絶縁膜１２上に配設され、層間絶縁膜１２の開口部１２３を通して第１の半導体領域１１２の第１の主面及び第２の半導体領域１１３の第２の主面に電気的に接続された電極１３とを備えている。
【００２６】
半導体素子１はIGBT１１であり、このIGBT１１は、図１及び図２に示すように、第１の実施の形態において、トレンチゲート構造を有するIGBTにより構成されている。すなわち、IGBT１１は、コレクタ領域（又はドレイン領域）であるp型の第２の半導体領域１１０（以下、コレクタ領域１１０という。）と、n型ベース領域でありかつn型の第１の半導体領域である基板１１１（以下、ベース領域１１１という。）と、p型ベース領域であるp型の第１の半導体領域１１２（以下、ベース領域１１２という。）と、エミッタ領域であるn型の第２の半導体領域１１３（以下、エミッタ領域１１３という。）と、穴（トレンチ）１１４と、ゲート絶縁膜１１５と、ゲート電極１１６と、コレクタ電極（第１の電極）と、エミッタ電極（第２の電極）１３とを備えて構成されている。ここで、「ゲート電極」とは、主電流の流れを制御することができる電極という意味において使用され、主電流の流れを制御することができる電極であれば、半導体領域、拡散領域、電極等が含まれる。
【００２７】
ベース領域（基板）１１１は、図４に示すように、第１の方向において対向する第１の辺１０１及び第２の辺１０２と、第２の方向において対向する第３の辺１０３及び第４の辺１０４とを有し、平面方形状により構成されている。ベース領域１１１は、この半導体素子１の製造プロセスにおいて、シリコン単結晶ウエーハによりIGBT（セル）１１を製作した後に、ダイシング工程により切り出されたものであり、半導体チップである。ベース領域１１１の平面形状は必ずしもこの平面形状に限定されるものではないが、ベース領域１１１は第１の辺１０１及び第２の辺１０２を長辺、第３の辺１０３及び第４の辺１０４を短辺とする平面長方形により構成されている。
【００２８】
ここで、第１の実施の形態において、「第１の方向」とは、図２中、図３中及び図４中の上下方向であり、「Ｙ方向」である。また、「第２の方向」とは、同図中の左右方向であり、「Ｘ方向」である。
【００２９】
図１に示すように、ベース領域１１１には第１の実施の形態においてn型シリコン単結晶基板が使用されている。このシリコン単結晶基板の一方の主面（図１中、下側表面上）にはエピタキシャル成長法又は拡散法によりp型不純物を拡散して形成されたp型の第２の半導体領域１１０が配設されている。このp型の第２の半導体領域１１０はIGBT１１のコレクタ領域として機能する。
【００３０】
p型のベース領域１１２はn型のベース領域１１１の主面上に不純物拡散法によりp型不純物を拡散して形成される。エミッタ領域（又はソース領域）１１３は、p型のベース領域１１２の主面部にn型不純物を拡散して形成される。
【００３１】
穴１１４は、図１に示すように、エミッタ領域１１３の主面からその深さ方向（基板側）に向い、p型のベース領域１１２を通過し、n型のベース領域１１１に達する深さを備えている。更に、図２に示すように、第１の辺１０１から第２の辺１０２まで第１の方向に向かって穴１１４の長手方向が延在し、この穴１１４は第３の辺１０３から第４の辺１０４に向かって第２の方向に一定間隔において複数配列されている。穴１１４の平面形状はストライプ形状である。穴１１４は例えばリアクティブイオンエッチング（RIE）等の異方性エッチングを用いて形成されている。
【００３２】
ゲート絶縁膜１１５は穴１１４の内壁並びに底面に沿って配設されている。ゲート絶縁膜１１５には例えば熱酸化法、CVD法等の成膜方法を用いて形成されたシリコン酸化膜を実用的に使用することができる。また、ゲート絶縁膜１１５には、シリコン窒化膜や、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを組み合わせた複合膜が使用されてもよい。
【００３３】
ゲート電極１１６は穴１１４の内部にゲート絶縁膜１１５を介在して埋設されている。第１の実施の形態において、ゲート電極１１６には、例えば導電性を確保するn型不純物が導入されたシリコン多結晶膜を実用的に使用することができる。ゲート電極１１６は、穴１１４の内部に埋設された後、エッチング法又はケミカルメカニカルポリッシング（CMP）法を用いて形成される。図２に示すように、穴１１４の平面形状が第１の方向に細長いストライプ形状に形成されているので、ゲート電極１１６の平面形状は穴１１４の平面形状に従って第１の方向に細長いストライプ形状に形成されている。
【００３４】
同図２に示すように、ゲート電極１１６を挟むように形成されたエミッタ領域１１３の表面において後述する層間絶縁膜１２１の連結部１２２が形成されていない表面領域が露出される。同様に、p型のベース領域１１２の表面において後述する層間絶縁膜１２（の連結部１２２）が形成されていない表面領域が露出される。従って、第２の方向において隣接するゲート電極１１６間に配設されたエミッタ領域１１３及びp型のベース領域１１２のそれぞれは後述するボンディングエリア内を除きゲート電極１１６の延在方向と同様に第１の方向に延在し、このエミッタ領域１１３及びp型のベース領域１１２のそれぞれは第２の方向に複数配列されている。エミッタ領域１１３及びp型のベース領域１１２のそれぞれの平面形状は後述するボンディングエリア内を除きストライプ形状において形成されている。
【００３５】
図１乃至図４に示すように、第１の実施の形態に係る層間絶縁膜１２の平面形状は、第１の電極１３のボンディングエリア内において、第２の方向に一定間隔において配列され第１の方向に延伸する第２の電極１３とゲート電極１１６との間に設けられた延伸部１２１と、それに隣り合う延伸部１２１を連結する連結部１２２と、開口部１２３とを有するメッシュ形状である。また、層間絶縁膜１２の平面形状は、第１の電極１３のボンディングエリア外において、第２の電極１３とゲート電極１１６との間に設けられた延伸部１２１のみが形成されたストライプ形状である。
【００３６】
層間絶縁膜１２の「メッシュ形状」とは、ゲート電極１１６（穴１１４）上に配設され、このゲート電極１１６が延在する第１の方向と同一方向に延在し、ゲート電極１１６と同様に第２の方向に一定間隔に配列した、平面形状がストライプ形状を有する延伸部１２１と、第２の方向において隣接する延伸部１２１の間を相互に連結し一体に構成された連結部１２２と、第２の方向において隣接する２本の延伸部１２１と第１の方向において隣接する２本の連結部１２２とに囲まれた領域内に形成された開口１２３とを備えている。連結部１２２は第２の方向に隣接する延伸部１２１間を第１の方向に一定間隔において連結しているので、層間絶縁膜１２の延伸部１２１及びその直下のゲート電極１１６における第２の電極１３のボンディングエリア内における機械的強度を向上することができる。特に、ボンディングの際に発生する応力（例えば超音波振動エネルギ）に対して、層間絶縁膜１２の延伸部１２１及びその直下のゲート電極１１６の割れや剥がれを防止することができる。一方、層間絶縁膜１２の連結部１２２は、第２の方向において隣接する延伸部１２１間に設けられているが、連結部１２２が設けられているのはボンディングエリア内であって、ボンディングエリア内においてもメッシュ形状となるようにできる限り開口１２３が配設されているので、エミッタ領域１１３と第２の電極１３との間のコンタクト面積及び電流容量の減少を抑制し、電界集中を防止することができる。また、これらの効果を層間絶縁膜１２の開口パターンを変更することだけで達成することができ、製造プロセスを追加することがないため、製造が容易になりかつ製造コストが高くならない。第１の実施の形態において、層間絶縁膜１２にはシリコン酸化膜具体的には燐ガラス（PSG）膜を実用的に使用することができ、この燐ガラス膜の膜厚は例えば0.5 μm−3.0 μmに設定されている。
【００３７】
層間絶縁膜１２並びにこの層間絶縁膜１２の構造に関係する各部の一例の実施寸法は例えば以下の通りである。
【００３８】
１．穴１１４の穴幅：0.5 μm−3.0 μm
２．穴１１４の配列ピッチ：2.0 μm−20.0 μm
３．層間絶縁膜１２の延伸部１２１の幅：1.0 μm−4.0 μm
４．層間絶縁膜１２の連結部１２２の幅：1.0 μm−19.0 μm
５．連結部１２２の第１の方向の配列ピッチ：2.0 μm−20.0 μm
６．層間絶縁膜１２の開口１２３のサイズ：1.0 μm×1.0 μm−19.0 μm×1.0 μm
７．ボンディングエリアのサイズ：50 μm×50 μm−2 mm×2 mm
第１の実施の形態において、更に層間絶縁膜１２の平面形状には、図３に示すように、第１の方向に一定間隔に配列された開口１２３と、それに対して第２の方向側に隣り合う開口１２３とがオフセットされたメッシュ形状となるように採用されることが望ましい。オフセット量は例えば２分の１配列ピッチである。
【００３９】
ここで、層間絶縁膜１２の平面形状がメッシュ形状に設定される「第２の電極１３のボンディングエリア」とは、第２の電極（エミッタ電極）１３とエミッタ用リードとを電気的に接続するボンディングワイヤ（３２）がボンディングされる領域である。第２の電極１３上には保護膜１４が配設され、この保護膜１４にはボンディングワイヤ（３２）を通過させる開口１４１が配設されており、第２の電極１３のボンディングエリアはこの保護膜１４に配設される開口１４１の領域内である。
【００４０】
第２の電極１３のボンディングエリア外において層間絶縁膜１２の平面形状は前述のようにストライプ形状である。詳細には、層間絶縁膜１２は、ゲート電極１１６（穴１１４）上に配設されこのゲート電極１１６が延在する第１の方向と同一方向に延在し、ゲート電極１１６の配列間隔と同様に第２の方向に一定間隔において複数配列された、平面形状がストライプ形状を有する延伸部１２１と、第２の方向において隣接する延伸部１２１の間に双方に囲まれた領域内に形成され、第２の方向に一定間隔において複数配列された、平面ストライプ形状を有する開口１２４とを備えている。第２の電極１３のボンディングエリア外においては、ボンディングの際に発生する応力に対する機械的強度を高める必要はないので、第２の方向において隣接する延伸部１２１間に連結部１２２は配設されていない。連結部１２２が配設されていない結果、開口１２４の面積を増加することができるので、エミッタ領域１１３と第２の電極１３との間のコンタクト面積及び電流容量を確保し、電界集中を防止することができる。また、これらの効果を層間絶縁膜１２の開口パターンを変更することだけで達成することができ、製造プロセスを追加することがないため、製造が容易になりかつ製造コストが高くならない。
【００４１】
第２の電極（エミッタ電極）１３は、層間絶縁膜１２上に配設されるとともに、IGBT１１のエミッタ領域１１３及びp型のベース領域１１２に電気的に接続されている。第２の電極１３のボンディングエリア内においては、第２の電極１３は層間絶縁膜１２の開口１２３を通してIGBT１１に接続され、第２の電極１３のボンディングエリア外においては、第２の電極１３は層間絶縁膜１２の開口１２４を通してIGBT１１に接続されている。第２の電極１３はエミッタ電極（又はソース電極）として使用され、この第２の電極１３には例えばアルミニウム合金膜を使用することができる。アルミニウム合金膜は、アロイスパイクを防止するSi、マイグレーションを防止するCu等の添加物を添加したアルミニウムである。
【００４２】
図１に示すように、保護膜１４は基板１０の主面上の全域において第２の電極１３上に配設されている。保護膜１４には、図１乃至図４に示すように、素子領域において第２の電極１３上のボンディングエリアに開口１４１が配設されている。また、保護膜１４には、図４に示すように、素子領域において、IGBT１１のゲート電極１１６に電気的に接続させるためのボンディング電極１３Ｇが保護膜１４の開口１４２によって露出されている。ゲート電極１１６のボンディング電極１３Ｇは、第２の電極１３と同一導電層において同一導電性材料により構成されている。保護膜１４の開口１４１は図４に示すようにベース領域（基板）１１１の中央部分に配設され、開口１４２はベース領域１１１の第３の辺１０３の近傍に配設されている。開口１４２の平面面積は開口１４１の平面面積に比べて小さい。保護膜１４には、例えばPIF（poly-imide film）等の樹脂膜やPSG膜を実用的に使用することができる。
【００４３】
［半導体装置の組立構造］
図４に示すように、半導体装置２０１は、半導体素子１と、半導体素子１を搭載するダイボンディング領域２１Ｄを有し第１の方向（Y方向）に延在する第１のリード（コレクタ用リード）２１と、第１のリード２１の左側に隣接し第１の方向に延在する第２のリード（ゲート用リード）２２と、第１のリード２１の右側に隣接し第１の方向に延在する第３のリード（エミッタ用リード）２３と、第２のリード２２と半導体素子１のボンディング電極１３Ｇとの間を電気的に接続するボンディングワイヤ３１と、第３のリード２３と半導体素子１の第２の電極１３のボンディングエリアとの間を電気的に接続するボンディングワイヤ３２と、封止体４とを備えている。
【００４４】
第１のリード２１、第２のリード２２及び第３のリード２３にはCu板、Fe−Ni合金板等を使用することができる。ここで、金属板や合金板の抵抗成分並びにインダクタンス成分はワイヤ配線のそれに比べて小さいが、金属板や合金板とボンディングエリアとの接合部に生じる応力が大きい。しかしながら、第１の実施の形態においては、第２の電極１３のボンディングエリアにおいて層間絶縁膜１２に連結部１２２を備えているので、第２の電極１３のボンディングエリアにおける機械的強度は高い。従って、半導体装置２０１においては、抵抗成分並びにインダクタンス成分を小さくしつつ、層間絶縁膜１２の剥がれやゲート電極１１６の剥がれを防止することができる。
【００４５】
図１及び図４には詳細に図示していないが、第１のリード２１のダイボンディン領域２１Ｄには導電性接着材を介在させて半導体素子１の裏面の第１の電極が電気的かつ機械的に接続されている。
【００４６】
ボンディングワイヤ３１は半導体素子１の保護膜１４に形成された開口１４２を通してボンディング電極１３Ｇに電気的に接続されている。同様に、ボンディングワイヤ３２は基板１０上の保護膜１４に形成された開口１４１を通して電極１３に電気的に接続されている。ボンディングワイヤ３１及び３２には例えばAu、Lu、Al等のワイヤを実用的に使用することができ、このワイヤはボンディング装置を用い超音波振動に熱圧着を併用してボンディングされる。
【００４７】
封止体４には例えばエポキシ系樹脂が使用されている。このエポキシ系樹脂は例えばモールド法により成型される。封止体４の内部には半導体素子１、第１のリード２１、第２のリード２２及び第３のリード２３のそれぞれのインナー部（一部）、ボンディングワイヤ３１及び３２が気密封止される。封止体４の外部には第１のリード２１、第２のリード２２及び第３のリード２３のそれぞれのアウター部（一部）が突出する。
【００４８】
［半導体装置の特徴］
図１乃至図４に示すように、第１の実施の形態に係る半導体装置２０１においては、ボンディングエリア内の層間絶縁膜１２の平面構造がメッシュ形状に構成され、層間絶縁膜１２の第２の方向に隣接する延伸部１２１を連結部１２２により機械的な強度が増強されているので、ボンディングの際の層間絶縁膜１２のボンディング強度を確保しつつ、ボンディングに伴う層間絶縁膜１２の破壊や電極（例えばゲート電極１１６や第２の電極１３）の破壊を防止することができる。
【００４９】
更に、第１の実施の形態に係る半導体装置２０１においては、層間絶縁膜１２の連結部１２２を第２の方向に一定間隔において配設しているので、開口１２３の平面面積を十分に確保することができる。従って、ストライプ構造を有するIGBT１１の本来の特性であるコンタクト面積を十分に確保することができるので、電界集中を減少することができ、十分な耐圧を確保することができ、半導体素子１の電気的特性が良好な半導体装置２０１を提供することができる。
【００５０】
また、第１の実施の形態に係る半導体装置２０１においては、ボンディングエリア外の層間絶縁膜１２の平面形状がストライプ形状により構成されているので、前述のように半導体素子１の電気的特性を確保することができる。
【００５１】
また、第１の実施の形態に係る半導体装置２０１においては、このような作用効果を奏するための層間絶縁膜１２の平面形状は製造用マスクのパターンを変更するだけで対応することができるので、特に製造工程数を増加する必要がなく、製造コストを減少することができる。更に、第２の電極１３、ボンディング電極１３Ｇの膜厚は、ボンディングのために厚くする必要がないので、この点においても製造コストを減少することができる。
【００５２】
［変形例］
第１の実施の形態の変形例に係る半導体装置１においては、IGBT１１の層間絶縁膜１２の特にボンディングエリア内の平面形状が、図５に示すように、第１の方向に一定間隔に配列された開口１２３と、それに対して第２の方向側に隣り合う開口１２３とが同一の直線上となるように随時形成されたメッシュ形状により構成されている。すなわち、連結部１２２を第２の方向に見ると一直線上に形成され、第１の方向に見ると一定間隔に繰り返し形成されており、変形例に係る層間絶縁膜１２の平面形状は、連結部１２２及び開口１２３の配列ピッチをアンオフセットしている。
【００５３】
このように構成される変形例に係る半導体装置２０１においては、前述の第１の実施の形態に係る半導体装置２０１により得られる効果と同様の効果を奏することができる。
【００５４】
なお、第１の実施の形態に係る半導体装置２０１においては、半導体素子１のボンディングエリア内のみ層間絶縁膜１２の平面形状をメッシュ形状としているが、本発明は、このような構造に限定されるものではなく、ボンディングエリア内外の層間絶縁膜１２の平面形状をメッシュ形状としてもよい。
【００５５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、プレーナ構造を有するIGBTからなる半導体素子、それを搭載した電力用半導体装置及びその製造方法に本発明を適用した例を説明するものである。
【００５６】
［半導体素子（IGBT）のデバイス構造］
第２の実施の形態に係る半導体装置２０１に搭載された半導体素子１は、図６に示すように、プレーナ構造を有するIGBT１１により構成されている。すなわち、IGBT１１は、コレクタ領域（p型の第２の半導体領域）１１０と、n型ベース領域（n型の第１の半導体領域又は基板）１１１と、p型ベース領域（p型の第１の半導体領域）１１２と、エミッタ領域（n型の第２の半導体領域）１１３と、ゲート絶縁膜１１５と、ゲート電極１１６と、コレクタ電極（第１の電極）と、エミッタ電極（第２の電極）１３とを備えて構成されている。基本的な半導体素子１の断面構造は前述の第１の実施の形態に係る半導体装置２０１の半導体素子１の断面構造と同一であるが、図１に示す穴１１４が配設されていない。つまり、半導体素子１は、ベース領域１１１の主面上にゲート絶縁膜１１５を介在してゲート電極１１６をプレーナ構造において配設し、ゲート電極１１６をマスクとして二重拡散構造によりベース領域１１２及びエミッタ領域１１３が配設されている。
【００５７】
層間絶縁膜１２は、前述の図１乃至図４に示す第１の実施の形態に係る半導体装置２０１と同様に、ゲート電極１１６上に配設されこのゲート電極１１６が延在する第１の方向と同一方向に延在し、ゲート電極１１６の配列間隔と同様に第２の方向に一定間隔に配列した、平面形状がストライプ形状を有する延伸部１２１と、第２の方向に隣り合う延伸部１２１の間を相互に連結し一体に構成された連結部１２２と、第２の方向に隣り合う２本の延伸部１２１と第１の方向に隣り合う２本の連結部１２２とに囲まれた領域内に形成された開口１２３とを備えている。すなわち、少なくとも第２の電極１３のボンディングエリア内において層間絶縁膜１２の平面形状はメッシュ形状により構成されている。
【００５８】
［半導体装置の特徴］
図６に示すように、第２の実施の形態に係る半導体装置２０１においては、前述の第１の実施の形態に係る半導体装置２０１と同様に、第２の電極１３のボンディングエリア内の層間絶縁膜１２の平面構造がメッシュ形状に構成され、層間絶縁膜１２の第２の方向に隣り合う延伸部１２１を連結部１２２により連結し機械的な強度が増強されているので、ボンディングの際の層間絶縁膜１２のボンディング強度を確保しつつ、ボンディングに伴う層間絶縁膜１２の破壊や電極（例えばゲート電極１１６や第２の電極１３）の破壊を防止することができる。
【００５９】
更に、第２の実施の形態に係る半導体装置２０１においては、層間絶縁膜１２の連結部１２２を第２の方向に一定間隔において配設しているので、開口１２３の平面面積（コンタクト面積）を十分に確保することができる。従って、ストライプ構造を有する半導体素子１の本来の特性であるコンタクト面積及び電流容量を十分に確保することができるので、電界集中を減少することができ、十分な耐圧を確保することができ、半導体素子１の電気的特性が良好な半導体装置２０１を提供することができる。
【００６０】
また、第２の実施の形態に係る半導体装置２０１においては、第２の電極１３のボンディングエリア外の層間絶縁膜１２の平面形状を前述の図３に示すストライプ形状に構成することにより、半導体素子１の電気的特性を確保することができる。
【００６１】
また、第２の実施の形態に係る半導体装置２０１においては、このような作用効果を奏するための層間絶縁膜１２の平面形状は製造用マスクのパターンを変更するだけで対応することができるので、特に製造工程数を増加する必要がなく、製造コストを減少することができる。
【００６２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、前述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態に係る半導体装置２０１において、半導体素子１と第２のリード２２及び第３のリード２３との間の接続方法を代えた例を説明するものである。
【００６３】
第３の実施の形態に係る半導体装置２０１は、図７及び図８に示すように、半導体素子１のボンディング電極１３Ｇと第２のリード２２との間がクリップリード２２Ｃにより電気的に接続され、第２の電極１３と第３のリード２３との間がクリップリード２３Ｃにより電気的に接続されている。クリップリード２２Ｃとボンディング電極１３Ｇ、第２のリード２２のそれぞれとの間の接続には半田ペースト３５が使用され、双方の間は電気的かつ機械的に接続される。同様に、クリップリード２３Ｃと第２の電極１３、第３のリード２３のそれぞれとの間の接続には半田ペースト３６が使用され、双方の間は電気的かつ機械的に接続される。
【００６４】
クリップリード２２Ｃ及び２３Ｃには例えばCu板等の金属板やFe−Ni合金板等の合金板を使用することができる。半田ペースト３５及び３６には例えばPb−Sn半田、又はSn−3 wt% Ag−0.5 wt% Cu等のPbフリー半田を使用することができる。ボンディング電極１３Ｇに半田ペースト３５を介したクリップリード２２Ｃの接続、第２のリード２２に半田ペースト３５を介したクリップリード２２Ｃの接続には、ボンディングワイヤ３１のボンディングと同様に、超音波振動に熱圧着を併用したボンディング法により行われる。同様に、第２の電極１３に半田ペースト３６を介したクリップリード２３Ｃの接続、第３のリード２３に半田ペースト３６を介したクリップリード２３Ｃの接続には、ヒータ等による加熱法、又はボンディングワイヤ３２のボンディングと同様に、超音波振動に熱圧着を併用したボンディング法が使用される。
【００６５】
また、ボンディング電極１３Ｇと半田ペースト３５とのボンダビリティを向上するため、同様に第２の電極１３と半田ペースト３６とのボンダビリティを向上するため、ボンディング電極１３Ｇ、第２の電極１３のそれぞれの表面上に濡れ性向上膜を形成してもよい。この濡れ性向上膜には例えばTi層上にNi層を積層した複合層を実用的に使用することができる。
【００６６】
このように構成される第３の実施の形態に係る半導体装置２０１においては、前述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態に係る半導体装置２０１により得られる効果と同様の効果を奏することができる。
【００６７】
更に、クリップリード２２Ｃ及び２３Ｃの金属板や合金板の抵抗成分並びにインダクタンス成分はワイヤ配線のそれに比べて小さい特徴がある。反面、金属板や合金板とボンディングエリアとの接合部に生じる応力が大きくなるが、第３の実施の形態においては、第２の電極１３のボンディングエリアにおいて層間絶縁膜１２に連結部１２２を備えているので、第２の電極１３のボンディングエリアにおける機械的強度を高めることができる。従って、半導体装置２０１においては、抵抗成分並びにインダクタンス成分を小さくしつつ、層間絶縁膜１２の剥がれやゲート電極１１６の剥がれを防止することができる。
【００６８】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を第１の実施の形態、その変形例、第２の実施の形態及び第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。本発明は様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術に適用することができる。例えば、前述の実施の形態等においては、IGBT１１からなる半導体素子１が搭載された半導体装置２０１を例に説明したが、本発明は、IGBT１１に限定されるものではなく、パワートランジスタ（パワーMOSFET）からなる半導体素子及びそれを搭載する半導体装置に適用することができる。また、トレンチ構造だけでなく、プレーナ構造を有するパワートランジスタからなる半導体素子及びそれを搭載した半導体装置に本発明は適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置に搭載された半導体素子にボンディングワイヤを設けたときの要部拡大断面図である。
【図２】図１に示す半導体素子の要部（図１における保護膜、ボンディングワイヤ、第２の電極及び層間絶縁膜を省いたIGBTの一部）の拡大平面図である。
【図３】図１に示す半導体素子において層間絶縁膜の要部の拡大平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の内部構造を示す平面図である。
【図５】第１の実施の形態の変形例に係る半導体素子において層間絶縁膜の要部の拡大平面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置に搭載された半導体素子にボンディングワイヤを設けたときの要部拡大断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の内部構造を示す平面図である。
【図８】図７に示す半導体装置の半導体素子にクリップリードを設けたときの要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
２０１…半導体装置
１１０…コレクタ領域
１０１…第１の辺
１０２…第２の辺
１０３…第３の辺
１０４…第４の辺
１…半導体素子
１１…IGBT
１１１、１１２…ベース領域
１１３…エミッタ領域
１１４…穴
１１５…ゲート絶縁膜
１１６…ゲート電極
１２…層間絶縁膜
１２１…延伸部
１２２…連結部
１２３、１２４…開口部
１３…第２の電極
１３Ｇ…ボンディング電極
１４…保護膜
１４１、１４２…開口
２１…第１のリード
２２…第２のリード
２３…第３のリード
３１、３２…ボンディングワイヤ
２２Ｃ、２３Ｃ…クリップリード
３５、３６…半田ペースト
４…封止体
【図１】
0004293272.tif 000002
【図２】
0004293272.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
0004293272.tif 000007
【図６】
0004293272.tif 000008
【図８】
0004293272.tif 000009