JP2014160779A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極自体のスライドを抑制する技術を提供する。
【解決手段】 本明細書が開示する半導体装置１０は、半導体基板１２と、第１電極５０を有する。半導体基板１２には、素子領域１４と、その素子領域１４を取り囲む非素子領域１６とが形成されている。第１電極５０は、半導体基板１２上に配置されており、半導体基板１２に形成された素子領域１４と電気的に接続されている。第１電極５０は弾性率が異なる２以上の材料により構成されている。半導体基板１２を平面視した場合の第１電極５０の外周部における単位面積当たりの弾性率は、第１電極５０の中央部における単位面積当たりの弾性率よりも小さい。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示する技術は、半導体装置に関する。

特許文献１には、半導体チップの両面にヒートシンクが接合されたパッケージ型半導体装置が開示されている。半導体チップの一方の表面にはエミッタ電極が形成されており、エミッタ電極の周囲にはゲート配線層が形成されている。エミッタ電極とゲート配線層との間には、ゲート配線層と電気的に分離されたダミー配線層が形成されている。エミッタ電極の表面には、めっき層、はんだ層を介して金属ブロックが接合されている。金属ブロックの表面には、はんだ層を介して上側のヒートシンクが接合されている。半導体チップの他方の表面にはコレクタ電極が形成されており、コレクタ電極の表面にははんだ層を介して下側のヒートシンクが接合されている。一般に、半導体チップの両面にヒートシンクが接合されたパッケージ型半導体装置では、温度変化に伴いヒートシンク、金属ブロック、及び基板が異なる熱膨張率で膨張するため、めっき層がスライドすることがある。特許文献１の技術によると、温度変化に伴いめっき層がスライドしても、ダミー配線によりめっき層を受け止めることができる。このため、エミッタ電極がめっき層を介してゲート配線層と導通（短絡）することが防止できるとしている。

特開２００５−１１６９６２号公報

特許文献１の技術では、ダミー配線によりめっき層のスライドを受け止め、めっき層とゲート配線層との導通を防止する。しかしながら、本発明者らが鋭意研究した結果、この種の半導体装置では温度変化により、めっき層だけではなくめっき層と接合されている電極もスライドすることがあるとの知見を得た。したがって、特許文献１の技術では、めっき層のスライドによるエミッタ電極とゲート配線層との短絡は防止できるものの、エミッタ電極のスライドを抑制することはできない。電極がスライドすると、半導体装置の信頼性を損ねる虞がある。

本明細書では、電極自体のスライドを抑制する技術を提供する。

本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板と、第１電極を有する。半導体基板には、素子領域が形成されている。第１電極は、半導体基板上に配置されており、半導体基板に形成された素子領域と電気的に接続されている。第１電極は弾性率が異なる２以上の材料により構成されている。半導体基板を平面視した場合の第１電極の外周部における単位面積当たりの弾性率は、第１電極の中央部における単位面積当たりの弾性率よりも小さい。なお、本明細書における「電極」は、全ての領域が導電性を有している必要はなく、一部の領域が導電性を有していなくてもよい。一部に導電性を有していない領域を含んでいても、その領域が導電性を有する領域に取囲まれ、その領域が電極全体としての機能を阻害していない場合には、その領域を含む全体を電極という。したがって、電極の一部が絶縁材料により形成されていてもよい。なお、絶縁体が電極において占める領域の割合は、約５０％以下であることが好ましい。また、絶縁体は複数の領域に分散して配置されていることが好ましい。

上記の半導体装置では、半導体基板を平面視したときに、第１電極の外周部の方が中央部よりも弾性率が小さい。即ち、第１電極の外周部の方が中央部よりも応力に対して変形し易い。このため、第１電極と半導体基板との熱膨張率の差に起因して第１電極の内部に熱応力が生じても、第１電極の外周部においてその熱応力を緩和することができる。従って、第１電極が熱膨張によりスライドすることを抑制することができる。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明を実施するための形態、及び、実施例にて詳しく説明する。

実施例１の半導体装置の平面図を示す。 実施例１の半導体装置のII−II線における縦断面図を示す。 実施例２の半導体装置の平面図を示す。 実施例３の半導体装置の平面図を示す。 変形例１の半導体装置の平面図を示す。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、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。

（特徴１） 本明細書が開示する半導体装置は、第１電極の上面にめっき層が配置されており、めっき層の上面に金属ブロックが配置されていてもよい。金属ブロックは、第１電極の少なくとも一部を覆っており、めっき層を介して第１電極と電気的に接続されていてもよい。特徴１によると、第１電極の上面がめっき層を介して金属ブロックと接し、第１電極の下面は半導体基板と接している。このため、金属ブロックと第１電極と半導体基板との熱膨張率の差に起因して、第１電極に熱応力が発生する。しかしながら、この半導体装置では、第１電極の外周部は中央部よりも応力に対して変形し易い。このため、第１電極に生じる熱応力は第１電極の外周部において緩和される。この構成によると、第１電極がスライドすることを抑制することができる。

（特徴２） 本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板にはさらに、素子領域を取り囲む非素子領域が形成されていてもよい。素子領域には、絶縁ゲート型の半導体素子が形成されていてもよい。非素子領域上にはさらに、半導体素子の絶縁ゲートに電気的に接続されたゲート配線層が配置されていてもよい。第１電極の外周部は、第１電極の中央部よりもゲート配線層に近接していてもよい。特徴２によると、ゲート配線層は第１電極の中央部よりも外周部に近接した位置に配置される。第１電極は、中央部よりも外周部の方が応力に対して変形し易い。即ち、第１電極に生じる熱応力は、第１電極の中央部よりも外周部においてより緩和される。このため、第１電極の外周部がスライドすることを抑制できる。この構成によると、第１電極がスライドしてゲート配線層と導通（短絡）することを抑制できる。

（特徴３） 本明細書が開示する半導体装置は、第１電極の中央部からゲート配線層に近接する方向に向かうにつれて、第１電極の単位面積当たりの弾性率が小さくなってもよい。特徴３によると、第１電極は中央部から外周部に向かうにつれて、応力に対する変形性が徐々に高くなる。この構成によると、第１電極に生じる熱応力は、第１電極の中央部から外周部に向かうにつれてより大きく緩和される。このため、第１電極のスライドを好適に抑制することができる。

（特徴４） 本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板の素子領域上の一部に、絶縁膜を介して第１電極が配置されていてもよい。第１電極は、絶縁材料で形成された少なくとも１つの絶縁体を有しており、その絶縁体の弾性率は、第１電極を構成する絶縁材料以外の材料の弾性率より小さくされており、絶縁膜が配置された範囲の上方には絶縁体が配置されていてもよい。特徴４によると、素子領域上の一部に絶縁膜を介して第１電極が配置される。絶縁膜が形成された部分では、半導体基板と第１電極との間でキャリアの移動は生じない。このため、素子領域内にキャリア蓄積領域が部分的に形成され、半導体装置のオン抵抗を下げることができる。また、第１電極の一部が弾性率の低い絶縁材料により形成されるため、第１電極の弾性率を容易に調整することができる。なお、第１電極の一部を単に絶縁体とすると、その部分では電流が流れないため、第１電極の抵抗を増加させる。しかしながら、この半導体装置では、絶縁膜の上方に絶縁体が配置されている。素子領域において電流が流れない箇所に絶縁体を配置することで、第１電極の抵抗が増加することを抑制することができる。

本実施例の半導体装置１０について説明する。図１は半導体装置１０の平面図を示し、図２は図１の半導体装置１０のII−II線における縦断面図を示す。半導体装置１０は、図２に示すように、半導体基板１２、電極、絶縁膜、金属ブロック４８、及びヒートシンク７２、７６等によって構成されている。なお、図１では、図を見易くするために、図２に示されるめっき層４２より上方（ｚ方向）の部材は省略している。

図１に示すように、半導体基板１２は、素子領域１４及び素子領域１４を取り囲む非素子領域１６を有している。素子領域１４は矩形状の領域であり、３つの素子領域１４が半導体基板１２のｘ方向に沿って並んで形成されている。各素子領域１４の構成は略同一であり、各素子領域１４にはＩＧＢＴ（後述）が形成されている。半導体基板１２の素子領域１４以外の領域には非素子領域１６が形成されている。非素子領域１６には、ゲート配線層４０及びゲートパッド４１が配置されている。ゲートパッド４１は半導体基板１２上のｘ方向における略中央に配置されている。ゲート配線層４０は、各素子領域１４及びゲートパッド４１を取り囲んでいる。具体的には、素子領域１４を取り囲むゲート配線層４０は、素子領域１４から一定の距離を置いて配置されており、素子領域１４の長手方向と略平行なゲート配線層と、素子領域１４の短手方向と略平行なゲート配線層から構成される。隣接する素子領域１４の間に配置されるゲート配線層は、隣接する素子領域１４間の略中央を通るように配置される。一方、ゲートパッド４１を取り囲むゲート配線層４０は、素子領域１４のｘ方向における両側に配置されたゲート配線層を−ｙ方向に延長したゲート配線層と、素子領域１４の短手方向に略平行なゲート配線層から構成される。各ゲート配線層はつながっており、ゲート配線層４０はゲートパッド４１に接続されている。ゲートパッド４１は、ゲート配線層４０によってゲート電極２８（後述）に電気的に接続されている。ゲートパッド４１にはワイヤ（図示省略）の一端がボンディングされ、このワイヤの他端は外部回路に接続されている。非素子領域１６には周辺耐圧領域が形成されている。周辺耐圧領域は従来公知の構成であるため、その説明は省略する。

図２に示すように、半導体基板１２の下面の全体には、コレクタ電極３４が形成されている。本実施例では、コレクタ電極３４は、アルミニウムにより形成されている。

半導体基板１２の上面にはエミッタ電極５０が形成されている。エミッタ電極５０は、各素子領域１４の上面に形成されている。図１に示すように、エミッタ電極５０のｘｙ平面における寸法は素子領域１４の寸法と略同一となっている。エミッタ電極５０の上面には略正方形状の領域が多数形成されている。この領域はエミッタ電極５０の上面の中央部には形成されておらず、外周部において、ｘ方向及びｙ方向に等間隔となるように形成されている。また、図１の最も上方（ｙ方向）に、ｘ方向に並んで形成されている領域を１列目の領域とし、以下−ｙ方向に、ｘ方向に並んで形成されている領域を順に２列目の領域、３列目の領域・・・とすると、２列目の領域は、１列目の領域とはｘ方向の位置が互い違いになるように形成されている。即ち、奇数列目の領域はｘ方向において略同一の位置に形成されており、偶数列目の領域は、ｘ方向において、奇数列目の隣接する領域の間に位置するように形成されている。また、各領域の１辺の長さは、隣接する領域間の長さよりも短くなっている。このため、各領域が重ならないようになっている。この領域は、エミッタ電極５０の上面から下面まで（即ち、ｚ方向に）延びている。即ち、この領域は、略直方体の形状となっている。

上記の領域には、絶縁体５２が配置されている。エミッタ電極５０における上記の領域以外の部分は、導電体５４で形成されている。即ち、エミッタ電極５０は、導電体５４及び絶縁体５２により構成されている。本実施例では、導電体５４はＡｌＳｉで形成されており、絶縁体５２はポリイミドで形成されている。ＡｌＳｉ、ポリイミドのヤング率（縦弾性率）はそれぞれ約７７［ＧＰａ］、約５［ＧＰａ］である。別言すれば、エミッタ電極５０は、ヤング率の異なる２つの材料で構成されている。また、絶縁体５２を形成するポリイミドのヤング率は導電体５４を形成するＡｌＳｉのヤング率よりも大幅に小さい。このため、絶縁体５２が配置されているエミッタ電極５０の外周部の方が、絶縁体５２が配置されていない中央部よりも、単位面積当たりの弾性率が小さい。また、図１に示すように、ゲート配線層４０はエミッタ電極５０を取り囲んでいる。従って、ゲート配線層４０はエミッタ電極５０の中央部よりも外周部により近接している。また、エミッタ電極５０とゲート配線層４０との間には絶縁体６２が配置されている。絶縁体６２によりエミッタ電極５０（の導電体５４）とゲート配線層４０が絶縁されている。

次に、金属ブロック４８及びヒートシンク７２、７６について説明する。図１、２に示すように、エミッタ電極５０の上面の破線２０で囲まれた範囲には、めっき層が配置されている。めっき層は２層構造であり、Ｎｉで形成されためっき層４２とＡｕで形成されためっき層４４がｚ方向に順に配置されている。めっき層４２はエミッタ電極５０と電気的に接続されている。めっき層４２は、例えば無電解めっき法により形成される。一方、めっき層４４は、めっき層４２の上面全体に配置されている。めっき層４４はめっき層４２と電気的に接続されている。めっき層４４は、例えば湿式無電解めっき法により形成される。

図１の破線８０で囲まれた範囲における、めっき層４２、４４が形成されていない範囲には、絶縁膜５６が形成されている。図２に示すように、絶縁膜５６は、エミッタ電極５０、ゲート配線層４０、及び絶縁体６２の上面に、めっき層４４の高さと同じ位置まで形成されている。絶縁膜５６は、絶縁体５２及び絶縁体６２と一体的に形成されてもよいし、別体で形成されてもよい。

めっき層４４及び絶縁膜５６の上面には、はんだ４６を介して金属ブロック４８が接合されている。金属ブロック４８は図１の破線８０に示す寸法を有しており、３つの素子領域１４を覆うように配置されている。即ち、金属ブロック４８はエミッタ電極５０の上面全体を覆うように配置されている。金属ブロック４８は、はんだ４６及びめっき層４４、４２を介してエミッタ電極５０と電気的に接続されている。即ち、各素子領域１４に形成された各エミッタ電極５０同士も、金属ブロック４８を介して互いに電気的に接続されている。金属ブロック４８はＩＧＢＴ（後述）からの熱をヒートシンク７２（後述）に伝達する。本実施例では金属ブロック４８はＣｕにより形成される。

金属ブロック４８の上面には、はんだ７０を介してヒートシンク７２が接合されている。一方、コレクタ電極３４の下面には、はんだ７４を介してヒートシンク７６が接合されている。即ち、ヒートシンク７２はエミッタ電極５０に電気的に接続されており、ヒートシンク７６はコレクタ電極３４に電気的に接続されている。ヒートシンク７２、７６はＩＧＢＴからの熱を放出する。本実施例ではヒートシンク７２，７６はＣｕにより形成される。

続いて、素子領域１４に形成されるＩＧＢＴについて説明する。素子領域１４内の半導体基板１２には、トレンチ２７が形成されている。トレンチ２７の内面は、ゲート絶縁膜２９に覆われている。トレンチ２７内には、ゲート電極２８が形成されている。素子領域１４内の半導体基板１２には、ｎ型のエミッタ領域２４、ｐ型のボディ領域２６、ｎ型のドリフト領域３０、ｐ型のコレクタ領域３２が形成されている。エミッタ領域２４は、半導体基板１２の上面に露出する範囲に形成されている。エミッタ領域２４は、ゲート電極２８を覆うゲート絶縁膜２９に接している。エミッタ領域２４は、エミッタ電極５０に対してオーミック接続されている。ボディ領域２６は、エミッタ領域２４の側方及びエミッタ領域２４の下側に形成されている。ボディ領域２６は、エミッタ領域２４の下側でゲート絶縁膜２９に接している。２つのエミッタ領域２４の間のボディ領域２６（いわゆる、ボディコンタクト領域）は、ｐ型不純物濃度が高く、エミッタ電極５０に対してオーミック接続されている。本実施例では、エミッタ領域２４及びボディコンタクト領域は、エミッタ電極５０の絶縁体５２が配置されている下方には形成されておらず、エミッタ電極５０の導電体５４が配置されている下方に形成されている。以下では、エミッタ領域２４及びボディコンタクト領域が形成されているボディ領域２６を特にボディ領域２６ａと称し、エミッタ領域２４及びボディコンタクト領域が形成されていないボディ領域２６を特にボディ領域２６ｂと称する。ドリフト領域３０は、ボディ領域２６の下側に形成されている。ドリフト領域３０は、ボディ領域２６によってエミッタ領域２４から分離されている。ドリフト領域３０は、トレンチ２７の下端部のゲート絶縁膜２９と接している。コレクタ領域３２は、ドリフト領域３０の下側に形成されている。コレクタ領域３２は、ｐ型不純物濃度が高く、コレクタ電極３４に対してオーミック接続されている。上述した各電極及び各半導体領域によって、素子領域１４内にＩＧＢＴが形成されている。

素子領域１４の上面には絶縁膜６０が形成されている。絶縁膜６０の内、上方にエミッタ電極５０の導電体５４が配置されている部分の絶縁膜６０はエッチングにより除去されている。より詳細には、導電体５４の下方の絶縁膜６０の内、トレンチ２７の上面を覆う絶縁膜６０を残してエッチングが行われる。従って、ボディ領域２６ａの上方の絶縁膜６０はエッチングされ、ボディ領域２６ｂの上方の絶縁膜６０はエッチングされない。これにより、導電体５４は、エミッタ領域２４及びボディコンタクト領域とオーミック接触している。絶縁膜６０により、エミッタ電極５０（の導電体５４）とゲート電極２８とが絶縁されている。この構成は、別言すれば、エミッタ電極５０の外周部においては、絶縁膜６０が配置された範囲の上方に絶縁体５２が配置されているということもできる。

絶縁膜６０は、非素子領域１６の内、隣接する素子領域１４の間の非素子領域１６の上面にも形成されている。

上述した半導体装置１０を使用するときは、コレクタ電極３４が電源電位に接続され、エミッタ電極５０がグランド電位に接続される。ゲートパッド４１に印加される電位が閾値電位未満である場合は、半導体装置１０はオフしている。ゲートパッド４１に印加される電位が閾値電位以上となると、半導体装置１０はオンする。即ち、素子領域１４においては、ゲートパッド４１に印加された電位が、ゲート配線層４０を介してゲート電極２８に印加される。ゲート電極２８に印加される電位が閾値電位以上となると、ゲート絶縁膜２９に接している範囲のボディ領域２６にチャネルが形成される。これによって、電子が、エミッタ電極５０からエミッタ領域２４、ボディ領域２６のチャネル、ドリフト領域３０、及びコレクタ領域３２を通ってコレクタ電極３４に流れる。即ち、コレクタ電極３４からエミッタ電極５０に電流が流れる。このとき、ボディ領域２６ｂの上方には絶縁膜６０が配置されているため、ボディ領域２６ｂからエミッタ電極５０へ正孔が流れることはない。このため、ドリフト領域３０内に正孔が蓄積され、半導体装置１０のオン抵抗が低減される。従って、ボディ領域２６ｂは、正孔蓄積領域として機能する。

実施例１の半導体装置１０がオン状態になると、半導体装置１０に電流が流れ、半導体装置１０が発熱し、半導体装置１０の各部の温度が上昇する。逆に、半導体装置１０がオフ状態になると、半導体装置１０に流れている電流が遮断され、半導体装置１０からの発熱が停止する。その結果、半導体装置１０の各部の温度が低下する。上記のように半導体装置１０の各部が温度変化すると、熱膨張率の相違によって、半導体装置１０の各部に熱応力が繰り返し作用する。特に、エミッタ電極５０を構成する導電体５４の材料であるＡｌＳｉの熱膨張率（約２１×１０^−６［／Ｋ］）は、半導体基板１２の材料であるＳｉＣの熱膨張率（約４．５×１０^−６［／Ｋ］）よりも大幅に大きい。このため、上記の温度変化により導電体５４には両者の熱膨張率の差に起因した熱応力が発生する。本実施例のエミッタ電極５０では、外周部にポリイミドからなる絶縁体５２を多数配置している。上述したように、ポリイミドのヤング率（約５［ＧＰａ］）はＡｌＳｉのヤング率（約７７［ＧＰａ］）と比べて格段に小さい。このため、エミッタ電極５０の外周部は応力に対して極めて変形し易くなっている。従って、エミッタ電極５０に生じる熱応力は、導電体５４の周囲に配置された絶縁体５２が変形することにより緩和される。従って、導電体５４が熱膨張及び熱収縮を繰り返すことに起因してエミッタ電極５０がスライドすることが抑制される。

さらに、本実施例では、エミッタ電極５０の上面にめっき層４２，４４及びはんだ４６を介して金属ブロック４８が接合されている。金属ブロック４８の上面にははんだ７０を介してヒートシンク７２が接合されている。金属ブロック４８及びヒートシンク７２を構成するＣｕの熱膨張率は約１７×１０^−６［／Ｋ］である。半導体装置１０がオン状態になると、ＩＧＢＴが発熱し、半導体装置１０全体が高温となる。逆に、半導体装置１０がオフ状態になると、半導体装置１０は外部の温度まで低下する。このような温度変化に伴って金属ブロック４８、ヒートシンク７２、及び半導体基板１２が異なる熱膨張率で熱膨張と熱収縮を繰り返すことにより、エミッタ電極５０に熱応力が発生する。本実施例のエミッタ電極５０には絶縁体５２が等間隔で配置されているため、絶縁体５２によってエミッタ電極５０の熱応力が緩和される。結果として、エミッタ電極５０の最外周におけるスライドを抑制することができる。この構成によると、エミッタ電極５０がスライドすることに起因してエミッタ電極５０とゲート配線層４０とが導通（短絡）することを防止することができる。エミッタ電極５０とゲート配線層４０との間にダミー配線層などを形成する必要がなくなるため、エミッタ電極５０とゲート配線層４０との間隔を短くすることができ、半導体基板１２を有効に活用することができる。

また、ボディ領域２６ｂは正孔蓄積領域として機能する。本実施例において絶縁膜６０が形成される領域は、絶縁体５２の下方である。このため、仮に絶縁膜６０が形成されていなくても、電流がエミッタ電極５０（の絶縁体５２）に流れることはない。即ち、本実施例では、もともと電流が流れることがない領域を正孔蓄積領域として活用している。これにより、半導体装置１０の導通抵抗を上昇させることなく、半導体装置１０のオン電圧を低減することができる。

次に、図３を参照して実施例２について説明する。以下では、実施例１と相違する点についてのみ説明し、実施例１と同一の構成についてはその詳細な説明を省略する。

実施例２の半導体装置１０ａでは、エミッタ電極５０ａの上面に、環状の領域が形成されている。上記の環状の領域は、エミッタ電極５０ａとめっき層４２との接触面を取り囲むように、２周に亘って形成されている。内側の環状の領域は上記の接触面から一定の間隔を置いて形成されており、外側の環状の領域は内側の環状の領域から一定の間隔を置いて形成されている。これらの領域は、エミッタ電極５０ａの上面から下面まで延びている。これらの領域には、導電体５２ａ（本実施例ではＡｌ）が配置されている。即ち、本実施例では、エミッタ電極５０ａは導電体により構成されている。また、図示は省略しているが、絶縁膜６０はトレンチ２７の上面のみを覆うように形成されており、ボディ領域２６ｂにもエミッタ領域２４及びボディコンタクト領域が形成されている。即ち、本実施例では正孔蓄積領域は形成されていない。

Ａｌのヤング率は約７０［ＧＰａ］であり、導電体５４を構成するＡｌＳｉのヤング率（約７７［ＧＰａ］）よりも小さい。従って、エミッタ電極５０ａは、その中央部よりも外周部の方が、応力に対して変形し易くなっている。このため、本実施例の半導体装置１０ａも、エミッタ電極５０ａに生じる熱応力を緩和する点では実施例１の半導体装置１０と同様の効果を奏する。また、導電体５２ａが２周に亘って配置されているため、エミッタ電極５０ａの変形量はエミッタ電極５０ａの中央部から外側に向かうにつれて小さくなり、エミッタ電極５０ａの最外周におけるスライドを抑制することができる。さらに、エミッタ電極５０ａが導電体で構成されているため、エミッタ電極５０ａの一部が絶縁体で構成される場合と比較して、エミッタ電極５０ａの抵抗が上がることを抑制できる。

次に、図４を参照して実施例３について説明する。以下では、実施例１と相違する点についてのみ説明し、実施例１と同一の構成についてはその詳細な説明を省略する。

実施例３の半導体装置１０ｂは、以下の点で実施例１の半導体装置１０と異なっている。即ち、絶縁体５２ｂが配置される領域は略円形状であり、その寸法はエミッタ電極５０ｂの中心から外側に向かうにつれて徐々に大きくなっている。この構成によると、エミッタ電極５０ｂの単位面積当たりの弾性率は、エミッタ電極５０ｂの中央部からゲート配線層４０に近接する方向に向かうにつれて小さくなる。即ち、エミッタ電極５０ｂは、その中央部から外側に向かうにつれて応力に対する変形性が徐々に高くなる。即ち、絶縁体５２ｂの変形量は、エミッタ電極５０ｂの中央部から外側に向かうにつれて徐々に大きくなる。この構成によっても、エミッタ電極５０ｂの内部に生じる熱応力が絶縁体５２ｂによって緩和され、エミッタ電極５０ｂの最外周においてエミッタ電極５０ｂがスライドすることを抑制することができる。一般に、応力を緩和する領域（本実施例では絶縁体５２ｂ）が変形すると、その下方に形成されている半導体素子に影響が及ぼされる場合がある。本実施例の構成によると、絶縁体５２ｂが配置される領域の寸法をエミッタ電極５０ｂの位置によって変更することで、絶縁体５２ｂの変形量を制御している。具体的には、半導体素子が比較的に疎である領域に寸法の大きな絶縁体５２ｂを配置している。従って、絶縁体５２ｂが大きく変形しても、絶縁体５２ｂの下方の半導体素子への影響が低減される。

（変形例１）
次に、図５を参照して実施例３の変形例１について説明する。以下では、実施例３と相違する点についてのみ説明し、実施例３と同一の構成についてはその詳細な説明を省略する。

変形例１の半導体装置１０ｃは、以下の点で実施例３の半導体装置１０ｂと異なっている。即ち、絶縁体５２ｃが配置される領域の寸法はエミッタ電極５０ｃ上の位置によらず略同一である。また、隣接する絶縁体５２ｃの周方向の間隔は、エミッタ電極５０ｃの中央部から外側に向かうにつれて広くなっている。別言すれば、絶縁体５２ｃはエミッタ電極５０ｃの中央部から外側に向かうにつれて密に配置されている。この構成によっても、エミッタ電極５０ｃは、その中央部から外側に向かうにつれて応力に対する変形性が徐々に高くなる。このため、変形例１の半導体装置１０ｃは、実施例３の半導体装置１０ｂと同様の効果を奏する。

以上、本明細書が開示する技術の実施例について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、本明細書が開示する半導体装置は、上記の実施例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、上記の実施例では導電体５４、絶縁体５２、及び導電体５２ａはそれぞれＡｌＳｉ、ポリイミド、及びＡｌで形成されたが、これに限られず、絶縁体５２及び導電体５２ａのヤング率が導電体５４のヤング率より小さければ、これらは他の材質で形成されていてもよい。また、応力を緩和する領域（絶縁体５２、導電体５２ａなど）は、エミッタ電極５０とめっき層４２との接合面を取り囲むように配置されたが、エミッタ電極５０がスライドしても影響がない領域（例えば、ゲート配線層４０が配置されていない領域）では上記の応力を緩和する領域が形成されなくてもよい。

また、実施例１で絶縁体５２が配置された領域には、導電体が配置されてもよい。導電体のヤング率は、導電体５４のヤング率よりも小さいことが好ましい。この場合、正孔蓄積領域は形成されなくてもよい（即ち、絶縁膜６０は各トレンチ２７の上面のみを覆うように形成されてもよい）。ボディ領域２６ｂにもエミッタ領域２４及びボディコンタクト領域が形成されてもよい。また、絶縁体５２が配置される領域の形状は略正方形状に限られず、矩形状でもよいし、円状、楕円状でもよい。これは、実施例３及び変形例１においても同様である。また、実施例１では正孔蓄積領域（ボディ領域２６ｂ）にはエミッタ領域２４及びボディコンタクト領域は形成されなかったが、これらの領域が形成されていてもよい。

また、上記の実施例ではめっき層４２、４４はエミッタ電極５０の略中央部に配置されたが、３つのエミッタ電極の上面全体を覆うように配置されてもよい。このとき、ゲート配線層４０とそれに隣接するエミッタ電極５０とが絶縁されていることはいうまでもない。また、上記の実施例ではヒートシンク７２、７６が半導体基板１２の両面に接合されたいわゆる両面冷却型の半導体装置について述べたが、電極に応力が生じるような半導体装置であれば両面冷却型に限られない。また、各エミッタ電極５０は金属ブロック４８によって電気的に接続されたが、半導体基板１２上にエミッタパッドを形成して各エミッタ電極５０を電気的に接続してもよい。また、応力を緩和する領域は、ダミー配線層が配置された半導体装置に形成されてもよい。また、半導体基板１２上には素子領域１４がいくつ形成されてもよい。各素子領域１４の寸法を小さくすることにより、信号速度を大きくすることができる。また、素子領域１４に形成される素子構造は、ＩＧＢＴに限られず、ＭＯＳ等のスイッチング素子（トレンチ型、プレーナ型）であってもよい。また、上記の実施例における導電型はこれに限られず、ｐｎｐ型のＩＧＢＴであってもよい。また、エミッタ電極５０のスライドを抑制できる限り、応力を緩和する領域はエミッタ電極５０とめっき層４２との接合面の外周に１周のみ形成されてもよいし、複数周に亘って形成されてもよい。さらに、ＩＧＢＴでは、ドリフト層にドリフト層よりも不純物濃度が高いバッファ層が形成されてもよい。バッファ層は、コレクタ領域の上面に接した領域である。

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様々に変形、変更したものが含まれる。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するものであり、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。

１０：半導体装置
１２：半導体基板
１４：素子領域
１６：非素子領域
２７：トレンチ
２８：ゲート電極
２９：絶縁膜
４０：ゲート配線層
４２、４４：めっき層
４８：金属ブロック
５０：エミッタ電極
５２：絶縁体
５４：導電体
６０：絶縁膜

変形例１の半導体装置１０ｃは、以下の点で実施例３の半導体装置１０ｂと異なっている。即ち、絶縁体５２ｃが配置される領域の寸法はエミッタ電極５０ｃ上の位置によらず略同一である。また、隣接する絶縁体５２ｃの周方向の間隔は、エミッタ電極５０ｃの中央部から外側に向かうにつれて狭くなっている。別言すれば、絶縁体５２ｃはエミッタ電極５０ｃの中央部から外側に向かうにつれて密に配置されている。この構成によっても、エミッタ電極５０ｃは、その中央部から外側に向かうにつれて応力に対する変形性が徐々に高くなる。このため、変形例１の半導体装置１０ｃは、実施例３の半導体装置１０ｂと同様の効果を奏する。

Claims (5)

1. 素子領域が形成された半導体基板と、
   半導体基板上に配置されており、半導体基板に形成された素子領域と電気的に接続されている第１電極を有しており、
   第１電極は、弾性率が異なる２以上の材料により構成されており、
   半導体基板を平面視した場合の第１電極の外周部における単位面積当たりの弾性率は、第１電極の中央部における単位面積当たりの弾性率よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
2. 第１電極の上面にはめっき層が配置されており、
   めっき層の上面には金属ブロックが配置されており、
   金属ブロックは、第１電極の少なくとも一部を覆っており、めっき層を介して第１電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１の半導体装置。
3. 半導体基板にはさらに、素子領域を取り囲む非素子領域が形成されており、
   素子領域には、絶縁ゲート型の半導体素子が形成されており、
   非素子領域上にはさらに、半導体素子の絶縁ゲートに電気的に接続されたゲート配線層が配置されており、
   第１電極の外周部は、第１電極の中央部よりもゲート配線層に近接していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 第１電極の中央部からゲート配線層に近接する方向に向かうにつれて、第１電極の単位面積当たりの弾性率が小さくなることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 半導体基板の素子領域上の一部には、絶縁膜を介して第１電極が配置されており、
   第１電極は、絶縁材料で形成された少なくとも１つの絶縁体を有しており、その絶縁体の弾性率は、第１電極を構成する前記絶縁材料以外の材料の弾性率より小さくされており、
   前記絶縁膜が配置された範囲の上方には前記絶縁体が配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項の半導体装置。

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