專利名稱：功率用半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率用半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
在產(chǎn)業(yè)用馬達(dá)或汽車用馬達(dá)等的變換器電路(inverter circuit)、大容量服務(wù)器的電源裝置、以及不間斷電源裝置等中，主要使用用于處理從數(shù)百千瓦到數(shù)兆瓦的比較大的功率的功率用半導(dǎo)體裝置。作為該功率用半導(dǎo)體裝置，存在例如MOSFET (Metal-Ox ide-Semiconductor Field-Effect Transistor)以及 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)等半導(dǎo)體開關(guān)。作為IGBT，以往廣泛使用平面柵極型的IGBT，但是，近年來開始使用采用了能夠高集成化的溝槽柵極的縱型的IGBT。為了使采用了這樣的溝槽柵極的IGBT能夠處理的電流進(jìn)一步增大，例如，根據(jù)日本特開2007-273931號公報(專利文獻(xiàn)1 )，功率用半導(dǎo)體元件(功率用半導(dǎo)體裝置)具有發(fā)射極插塞(emitter plug)和與該發(fā)射極插塞連接的發(fā)射極焊盤。在上述的焊盤上例如利用弓丨線鍵合進(jìn)行電連接。此時，存在由于焊盤正下方的部分受到的沖擊而使晶體管受到損傷的情況。這與高集成化相伴，很大原因在于各部位尺寸 (間隔或大小、膜厚等)的細(xì)微化。為了抑制這樣的損傷，例如，根據(jù)日本特開2006-3號公報，半導(dǎo)體裝置的特征在于在焊盤正下方交替地層疊多個導(dǎo)電層布線金屬和層間絕緣膜，夾著層間絕緣膜而相鄰的導(dǎo)電層布線金屬經(jīng)由通孔被連接，所層疊的層被分割為層間絕緣膜的材料不同的多個精細(xì)層(fine layer)，在材料不同的層間絕緣膜間的界面的上層所形成的層間絕緣膜上形成的通孔的直徑比其他通孔的直徑大。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1 日本特開2007-273931號公報； 專利文獻(xiàn)2 日本特開2006-3M265號公報。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題
根據(jù)上述日本特開2007-273931號公報的技術(shù)，如上述那樣，存在如下問題在進(jìn)行向焊盤的電連接時，功率用半導(dǎo)體裝置受到損傷。此外，根據(jù)上述日本特開2006_3對沈5號公報的技術(shù)，經(jīng)由直徑彼此不同的多個通孔進(jìn)行電連接。因此在制造工序中所需的構(gòu)圖次數(shù)變多，所以，容易產(chǎn)生圖形缺陷或圖形偏差。其結(jié)果是，功率用半導(dǎo)體裝置的通電能力容易產(chǎn)生偏差。特別是，具有小的直徑的通孔的剖面積產(chǎn)生偏差，從而該通電能力產(chǎn)生很大偏差。因此，存在難以穩(wěn)定地得到處理較大的功率的功率用半導(dǎo)體裝置這樣的問題。本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種功率用半導(dǎo)體裝置， 能夠處理較大的功率并且能夠抑制由于向焊盤的電連接而產(chǎn)生的損傷。
用于解決課題的手段
本發(fā)明的功率用半導(dǎo)體裝置具有半導(dǎo)體層、柵極電極、柵極絕緣膜、導(dǎo)體部、層間絕緣膜、緩沖絕緣膜、電極層。柵極電極用于對流過半導(dǎo)體層的電流進(jìn)行控制。柵極絕緣膜將半導(dǎo)體層與柵極電極彼此電絕緣。導(dǎo)體部設(shè)置在半導(dǎo)體層上，并且與半導(dǎo)體層電連接。層間絕緣膜以導(dǎo)體部與柵極電極電絕緣的方式設(shè)置在柵極電極上。緩沖絕緣膜覆蓋導(dǎo)體部以及層間絕緣膜上的一部分區(qū)域，并且由絕緣體構(gòu)成。電極層具有布線部分，位于導(dǎo)體部露出的區(qū)域上；焊盤部分，位于緩沖絕緣膜上。發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明的功率用半導(dǎo)體裝置，焊盤部分位于緩沖絕緣膜上。因此，在與焊盤部分進(jìn)行電連接時施加到半導(dǎo)體層的沖擊被緩沖絕緣膜緩和。因此，能夠抑制對功率用半導(dǎo)體裝置的損傷。此外，將焊盤部分的正下方的半導(dǎo)體層和焊盤部分之間直線地連結(jié)的較短的電流路徑被緩沖絕緣膜切斷。因此，能夠防止焊盤部分的正下方的電流集中。因此，防止了電流集中所引起的功率用半導(dǎo)體裝置的破壞，所以，能夠處理更大的功率。


圖1是示意性地示出本發(fā)明的實施方式1的功率用半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的部分平面圖。圖2是沿圖1的線II-II的示意剖面圖。圖3是示出由于向本發(fā)明的實施方式1的功率用半導(dǎo)體裝置的焊盤部分的電連接而產(chǎn)生的不良率和緩沖絕緣膜的厚度的加速條件下的關(guān)系的一例的圖表。圖4是示意性地示出本發(fā)明的實施方式2的功率用半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的部分平面圖。
具體實施例方式以下，基于附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。并且，在部分平面圖(圖1以及圖 4)中未示出發(fā)射極電極(電極層)以及引線，此外，為了使附圖容易觀察，對導(dǎo)體部以及層間絕緣膜附加了陰影線。(實施方式1)
參照圖1以及圖2，作為本實施方式的功率用半導(dǎo)體裝置的IGBT具有半導(dǎo)體層SL、柵極電極26、柵極絕緣膜四、導(dǎo)體部M、層間絕緣膜25、緩沖絕緣膜23、發(fā)射極電極21 (電極層)、集電極電極33、引線22。半導(dǎo)體層SL作為IGBT的半導(dǎo)體部分，具有成為發(fā)射極的％層27、用于得到歐姆接觸的P+層28、被稱為基極等的nB層30、Pb層31、以及成為集電極的Pc層32。nE層27以及nB層30是η型的半導(dǎo)體層，ρ+層^、ρΒ層31以及層32是ρ型的半導(dǎo)體層，半導(dǎo)體層是硅層。此外，半導(dǎo)體層SL具有沿著一個方向(圖1中的縱向)延伸并且在與該方向正交的方向(圖1以及圖2中的橫向)彼此空出間隔配置的多個溝槽。各溝槽面向％層27、ρΒ層 31以及 層30。即，溝槽在半導(dǎo)體層中形成為條紋狀。柵極電極沈作為IGBT的柵極電極，用于控制在厚度方向(圖2中的縱向)流過半導(dǎo)體層SL的電流。即，本實施方式的功率用半導(dǎo)體裝置是縱型IGBT。此外，柵極電極沈是通過在形成于半導(dǎo)體層SL的溝槽中埋入例如多晶硅而形成的，是所謂的溝槽柵極。柵極絕緣膜四由薄的硅氧化膜等構(gòu)成，將半導(dǎo)體層SL和柵極電極沈彼此電絕緣。導(dǎo)體部M設(shè)置在半導(dǎo)體層SL上，與半導(dǎo)體層SL的％層27以及p+層觀電連接， 另一方面，在柵極電極沈上以與柵極電極沈電絕緣的方式設(shè)置有層間絕緣膜25。并且， 導(dǎo)體部M以比柵極電極沈的導(dǎo)電率大的例如鎢材料形成。此外，層間絕緣膜25以使用了例如作為有機(jī)類的材料的TEOS (tetraethyIorthosi 1 icate)的硅氧化膜(下面，稱為TEOS 膜)形成。導(dǎo)體部M是設(shè)置于層間絕緣膜25的所謂的觸點(插塞)，將半導(dǎo)體層SL和發(fā)射極電極21電連接。如圖1所示，緩沖絕緣膜23覆蓋導(dǎo)體部M以及層間絕緣膜25上的一部分區(qū)域。 因此，如圖2所示，緩沖絕緣膜23包括隔著層間絕緣膜25而位于柵極電極沈上的部分。并且，在該情況下，優(yōu)選在平面圖中與溝槽延伸的方向平行的緩沖絕緣膜23的端部(圖1中的左右兩端)不在導(dǎo)體部M上而位于層間絕緣膜25上。此外，緩沖絕緣膜23是由絕緣體構(gòu)成的膜，例如是與層間絕緣膜25同樣的TEOS膜、SOG (spin on glass)膜、或者有機(jī)類絕緣膜。作為有機(jī)類絕緣膜，能夠使用例如聚酰亞胺膜。發(fā)射極電極21以例如鋁形成并且具有位于緩沖絕緣膜23上的焊盤部分21p ；以在平面圖中包圍該焊盤部分21p的方式位于導(dǎo)體部M以及層間絕緣膜25上的布線部分 21w。焊盤部分21p用作鍵合焊盤。S卩，焊盤部分21p是用于對引線22進(jìn)行鍵合的部分。布線部分21w位于不被緩沖絕緣膜23覆蓋而使導(dǎo)體部M以及層間絕緣膜25露出的部分(導(dǎo)體部M以及層間絕緣膜25上的上述一部分區(qū)域以外)上。因此，布線部分21w 在其正下方具有與導(dǎo)體部M的直接的電連接，與在其正下方和導(dǎo)體部M絕緣的焊盤部分 21p電連接。弓丨線22在接合部分44與發(fā)射極電極21的焊盤部分21p接合。弓丨線22例如是應(yīng)用了利用超聲波進(jìn)行的引線鍵合法的鋁引線。作為與焊盤部分21p對應(yīng)的優(yōu)選的緩沖絕緣膜23的各部分尺寸，首先，其膜厚具有發(fā)射極電極21的焊盤部分21p的厚度的五分之一以上并且五分之四以下的厚度。并且，關(guān)于緩沖絕緣膜23的幅度，具有引線22的寬度(直徑)尺寸以上且3倍以下的寬度尺寸(圖1中的縱向的尺寸)和與引線22接合的接合部分44的長度以上且3倍以下的長度(圖1中的橫向的長度)。此外，在與多個引線22對應(yīng)地具有多個緩沖絕緣膜23的情況下，緩沖絕緣膜23的面積的合計(總面積)具有發(fā)射極電極21的面積的二分之一以下的面積。根據(jù)本實施方式，如圖2所示，作為鍵合焊盤的焊盤部分21p位于緩沖絕緣膜23 上。因此，在鍵合時施加到半導(dǎo)體層SL的沖擊AF被緩沖絕緣膜23緩和，所以，能夠抑制引線22被連接到焊盤部分21p時的對IGBT的損傷。此外，緩沖絕緣膜23包括隔著層間絕緣膜25而位于柵極電極沈上的部分。因此， 柵極電極26被緩沖絕緣膜23保護(hù)而免受沖擊AF。此外，如上述那樣，引線22的連接所引起的損傷被抑制，所以，能夠以更強(qiáng)的條件進(jìn)行引線22的引線鍵合。具體地說，例如能夠使用更強(qiáng)的超聲波或者更強(qiáng)的載荷進(jìn)行引線鍵合。由此，能夠增大引線22與焊盤部分21p的接合部分44的接合強(qiáng)度以及接合面積。因此，能夠延長接合部分44由于溫度循環(huán)而最終剝離的極限壽命即功率循環(huán)壽命。由此，能夠確保充分的壽命并且能夠處理更大的功率。特別是，如本實施方式那樣，在柵極電極沈是溝槽柵極的情況下，假設(shè)當(dāng)較大的沖擊AF施加到溝槽附近時，在柵極電極沈和nE層27之間容易產(chǎn)生裂紋。當(dāng)產(chǎn)生這樣的裂紋時，在柵極電極沈和&層27之間，耐壓降低或者產(chǎn)生短路。但是，根據(jù)本實施方式， 沖擊AF被緩沖絕緣膜23緩和，所以，能夠抑制上述的那樣的裂紋的產(chǎn)生。此外，根據(jù)本實施方式，如圖2所示，將焊盤部分21p的正下方的ρ+層觀和焊盤部分21p之間直線地連接的較短的電流路徑AI被緩沖絕緣膜23切斷。因此，能夠防止引線 22的接合部分44所在的焊盤部分21p的正下方的電流集中，所以，防止由該電流集中所導(dǎo)致的破壞。因此，能夠防止電流集中所導(dǎo)致的破壞的產(chǎn)生，并且，能夠處理更大的功率。此外，導(dǎo)體部M的導(dǎo)電率比柵極電極沈的導(dǎo)電率大。利用該導(dǎo)電率較大的導(dǎo)體部對，分別在nE層27和ρ+層觀，能夠降低依賴于直到焊盤部分21p為止的電路徑的長度的電壓降。由此，能夠使IGBT整體更加均勻地動作，所以，能夠處理更大的功率。此外，緩沖絕緣膜23具有發(fā)射極電極21的焊盤部分21p的厚度的五分之一以上并且五分之四以下的厚度。在緩沖絕緣膜23的厚度滿足這樣的條件的情況下，能夠降低功率用半導(dǎo)體裝置的不良率。進(jìn)行該驗證實驗的結(jié)果是，如圖3所示，確認(rèn)了發(fā)射極電極21 的焊盤部分21p的厚度和緩沖絕緣膜23的厚度的膜厚比RT (橫軸)與向焊盤部分21p連接引線22時的不良率DR的關(guān)系。即，將發(fā)射極電極21的焊盤部分21p的厚度設(shè)為1的情況下的緩沖絕緣膜23的膜厚比RT為0. 2以上且0. 8以下(五分之一以上且五分之四以下)， 由此，不良率DR顯著地減低。并且，在緩沖絕緣膜23的膜厚比RT小于0. 2的情況下，由于引線鍵合時的沖擊AF (圖2)，緩沖絕緣膜23容易損傷，由此，進(jìn)而產(chǎn)生在柵極電極沈和％層27之間發(fā)生短路這樣的損傷，不良率DR上升。此外，在緩沖絕緣膜23的膜厚RT超過0. 8的情況下，發(fā)射極電極21的焊盤部分21p與布線部分21w的邊界處的臺階差變得過度地大，在該臺階差部分產(chǎn)生斷線，由此，不良率DR上升。此外，緩沖絕緣膜23具有發(fā)射極電極21的面積的二分之一以下的面積。由此，發(fā)射極電極21被緩沖絕緣膜23遮擋的部分被限定，所以，關(guān)于發(fā)射極電極21的有效面積，能夠確保充分的大小。因此，能夠抑制IGBT的導(dǎo)通電壓的上升和飽和電流的下降。此外，緩沖絕緣膜23由使用了有機(jī)類的材料的TEOS膜或SOG膜、有機(jī)類絕緣膜 (聚酰亞胺膜)等構(gòu)成。由此，與緩沖絕緣膜23由無機(jī)類的材料(硅烷等)構(gòu)成的情況相比， 能夠以低溫形成緩沖絕緣膜23。因此，能夠在半導(dǎo)體層SL中的雜質(zhì)不進(jìn)行再擴(kuò)散的情況下，以更高的精度對雜質(zhì)分布圖進(jìn)行控制。此外，能夠容易地形成厚度較大的緩沖絕緣膜 23，所以，能夠緩和沖擊AF (圖2)。并且，對于有機(jī)類絕緣膜來說，根據(jù)其材料所具有的硬度特性等，是針對沖擊AF 的緩和性能特別優(yōu)良的有機(jī)類絕緣膜。此外，緩沖絕緣膜23具有引線22的寬度尺寸以上的寬度尺寸(圖1中的縱向的尺寸)。由此，能夠抑制接合部分44在寬度方向上從緩沖絕緣膜23上的焊盤部分21p露出。 此外，緩沖絕緣膜23具有引線22的寬度尺寸的3倍以下的寬度尺寸。由此，能夠防止焊盤部分21p (緩沖絕緣膜23)的寬度尺寸超過作為鍵合焊盤的必要性而過度地變大。
此外，緩沖絕緣膜23具有與引線22接合的接合部分44的長度的3倍以下的長度 (圖1中的橫向的長度)。由此，能夠防止焊盤部分21p (緩沖絕緣膜23)的長度超過作為鍵合焊盤的必要性而過度地變大。(實施方式2)
參照圖4，代替緩沖絕緣膜23 (實施方式1 圖1)，本實施方式的功率用半導(dǎo)體裝置具有緩沖絕緣膜23V。優(yōu)選緩沖絕緣膜23V與緩沖絕緣膜23同樣地具有發(fā)射極電極21 (在圖4中未圖示)的面積的二分之一以下的面積。在緩沖絕緣膜23V上，與實施方式1同樣地設(shè)置有覆蓋緩沖絕緣膜23V的發(fā)射極電極21。發(fā)射極電極21的緩沖絕緣膜23V之上的部分是焊盤部分，在多個連接部分44a、 44b分別連接有引線22 (在圖4中未圖示)。并且，上述以外的結(jié)構(gòu)與如上所述的實施方式1的結(jié)構(gòu)大致相同，所以，對相同或者對應(yīng)的要素標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，不重復(fù)其說明。根據(jù)本實施方式，一體地設(shè)置有用于多個引線22的焊盤部分。因此，與用于各引線22的焊盤部分分散地設(shè)置的情況相比，各焊盤部分的面積變大。因此，能夠確保引線22 的接合的位置精度并且能夠?qū)⒑副P部分(緩沖絕緣膜)的面積降低到同等以下，即，能夠較大地取得發(fā)射極電極的有效面積。此外，在引線的數(shù)目需要很多的情況下，緩沖絕緣膜間的距離變短，所以，在形成了發(fā)射極電極21時，存在在緩沖絕緣膜間形成空隙的情況。對于這樣的課題，使焊盤部分成為一體，由此，能夠防止空隙的產(chǎn)生，使可靠性提高。此外，緩沖絕緣膜23V的面積為發(fā)射極電極21的面積的二分之一以下，由此，發(fā)射極電極21被緩沖絕緣膜23V遮擋的部分被限定，所以，關(guān)于發(fā)射極電極21的有效面積，能夠確保充分的大小。因此，能夠抑制IGBT的導(dǎo)通電壓的上升和飽和電流的下降。并且，在上述各實施方式中，對IGBT進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明的功率用半導(dǎo)體裝置并不限定于此，例如也可以是M0SFET。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為此次公開的各實施方式在所有方面都是例示而不是限制。本發(fā)明的范圍不是由上述的說明示出而是包括與技術(shù)方案等同的意思以及范圍內(nèi)的所有的變更。產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明能夠特別有利地應(yīng)用于功率用半導(dǎo)體裝置。附圖標(biāo)記說明
21發(fā)射極電極(電極層) 21p焊盤部分 21w布線部分 22引線
23、23V緩沖絕緣膜 24導(dǎo)體部 25層間絕緣膜 26柵極電極
27nE 層
28ρ+層30 層
31Pb 層
32pc 層
33集電極電極 44、44a、44b 接合部分 SL半導(dǎo)體層。
權(quán)利要求
1.一種功率用半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有 半導(dǎo)體層(SL);柵極電極(26)，用于對流過所述半導(dǎo)體層(SL)的電流進(jìn)行控制； 柵極絕緣膜(29)，將所述半導(dǎo)體層(SL)以及所述柵極電極(26)彼此電絕緣； 導(dǎo)體部(24)，設(shè)置在所述半導(dǎo)體層(SL)上，并且與所述半導(dǎo)體層(SL)電連接； 層間絕緣膜(25)，以所述導(dǎo)體部(24)與所述柵極電極(26)電絕緣的方式設(shè)置在所述柵極電極(26)上；緩沖絕緣膜(23)，覆蓋所述導(dǎo)體部(24)以及層間絕緣膜(25)上的一部分區(qū)域，并且由絕緣體構(gòu)成；以及電極層(21 )，具有位于所述導(dǎo)體部(24)露出的區(qū)域上的布線部分(21w)和位于所述緩沖絕緣膜(23)上的焊盤部分(21p)。
2.如權(quán)利要求1所述的功率用半導(dǎo)體裝置，其特點在于， 所述柵極電極(26)是溝槽柵極。
3.如權(quán)利要求2所述的功率用半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在平面圖中與所述溝槽柵極延伸的方向平行的所述緩沖絕緣膜(23)的端部位于所述層間絕緣膜(25)上。
4.如權(quán)利要求1所述的功率用半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述緩沖絕緣膜具有所述電極層(21)的所述焊盤部分(21p)的厚度的五分之一以上并且五分之四以下的厚度。
5.如權(quán)利要求1所述的功率用半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述緩沖絕緣膜(23)具有所述電極層(21)的面積的二分之一以下的面積。
6.如權(quán)利要求1所述的功率用半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述緩沖絕緣膜(23)是TEOS膜、SOG膜、有機(jī)類絕緣膜的任意一種。
7.如權(quán)利要求1所述的功率用半導(dǎo)體裝置，其特征在于，還具有與所述電極層(21)的所述焊盤部分(21p)接合的引線(22)， 所述焊盤部分(21p)具有所述引線(22)的寬度尺寸以上并且所述引線(22)的寬度尺寸的3倍以下的寬度尺寸。
8.如權(quán)利要求1所述的功率用半導(dǎo)體裝置，其特征在于，還具有與所述電極層(21)的所述焊盤部分(21p)接合的引線(22)， 所述焊盤部分(21p)具有所述焊盤部分(21p)的與所述引線(22)接合的部分(44)的長度的3倍以下的長度。
全文摘要
本發(fā)明涉及功率用半導(dǎo)體裝置。柵極電極(26)用于控制流過半導(dǎo)體層(SL)的電流。柵極絕緣膜(29)將半導(dǎo)體層(SL)與柵極電極(26)彼此電絕緣。導(dǎo)體部(24)設(shè)置在半導(dǎo)體層(SL)上且與半導(dǎo)體層(SL)電連接。層間絕緣膜(25)以導(dǎo)體部(24)與柵極電極(26)電絕緣的方式設(shè)置在柵極電極(26)上。緩沖絕緣膜(23)覆蓋導(dǎo)體部(24)及層間絕緣膜(25)上的一部分區(qū)域并且由絕緣體構(gòu)成。電極層(21)具有位于導(dǎo)體部(24)露出的區(qū)域上的布線部分(21w)及位于緩沖絕緣膜(23)上的焊盤部分(21p)。由此，能夠抑制引線(22)連接到焊盤部分(21p)時對IGBT的損傷。此外，能夠防止電流集中引起的破壞的產(chǎn)生，能夠處理更大的功率。
文檔編號H01L29/739GK102414825SQ200980159009
公開日2012年4月11日 申請日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者中田和成 申請人:三菱電機(jī)株式會社