JP2018186208A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面電極と電極パッドを接続するだけの工程を不要化する。【解決手段】半導体基板１０の表面の一部に臨む位置に形成されている半導体領域と、その半導体領域に導通しているとともに半導体基板１０の表面に形成されている表面電極１２と、半導体領域が形成されていない範囲の半導体基板１０の表面から深部に延びているダミートレンチ４０内に充填されているダミートレンチ内導体４４と、ダミートレンチ内導体４４に導通しているとともに半導体基板１０の表面に形成されている電極パッド１６と、半導体領域と表面電極１２の組と、ダミートレンチ内導体４４と電極パッド１６の組の間を絶縁している絶縁膜１３，４２，５２と、表面電極１２の表面から電極パッド１６の表面に跨って延びる金属プレート１８を備えている。金属プレート１８によって、半導体領域と表面電極１２と電極パッド１６とダミートレンチ内導体４４が導通している。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、ダミートレンチを有する半導体装置に関する。

特許文献１に、ＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting - Insulated Gate Bipolar Transistor）が開示されている。このＲＣ−ＩＧＢＴは、半導体基板の表面の一部に臨む位置に形成されているエミッタ領域と、半導体基板の表面上に形成されているとともにエミッタ領域に導通している表面電極と、エミッタ領域が形成されていない範囲の半導体基板の表面から深部に延びているダミートレンチと、ダミートレンチ内に埋め込まれている導体と、半導体基板の表面上に形成されているとともにダミートレンチ内導体に導通している電極パッド（特許文献１では、ダミートレンチスクリーニング用パッドと称している）を備えている。ダミートレンチ内導体は、ダミートレンチ壁面に形成されている絶縁膜によって半導体基板から絶縁されている。このＲＣ−ＩＧＢＴを実際に使用する際には、エミッタ領域と表面電極とダミートレンチ内導体を同電位にして用いる。エミッタ領域と同電位に維持されるダミートレンチ内導体を利用すると、半導体装置の耐圧が向上する。

このＲＣ−ＩＧＢＴの製造工程では、ダミートレンチ内導体およびダミートレンチ壁面に形成されている絶縁膜が適切に製造されているか否かを検査する必要がある。この場合、エミッタ領域と表面電極が同電位であり、ダミートレンチ内導体と電極パッドが同電位であり、両者が絶縁されている状態で検査を実施する必要がある。

特開２０１４−０５３５５２号公報

上記のＲＣ−ＩＧＢＴでは、検査に合格した後に、表面電極ないし表面電極に導通している表面電極パッドと、電極パッドをワイヤで接続する工程が必要とされていた。

上記では、ＲＣ−ＩＧＢＴについて例示したが、それ以外にも、半導体基板の表面の一部に臨む範囲に形成されている半導体領域（例えば、エミッタ領域またはソース領域）と、その半導体領域に導通している表面電極と、半導体領域が形成されていない範囲の半導体基板の表面から深部に延びているダミートレンチに埋め込まれている導体と、その導体に導通している電極パッドを備えており、検査の際には、ダミートレンチ内導体と電極パッドが表面電極から絶縁されており、検査後に電極パッドと表面電極を接続して用いる半導体装置が存在する。それらの半導体装置では、検査後に電極パッドと表面電極を接続するためだけの工程が必要となる。本明細書では、電極パッドと表面電極を接続するだけの工程を不用化する技術を開示する。

本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板の表面の一部に臨む位置に形成されている半導体領域と、半導体領域に導通しているとともに半導体基板の表面に形成されている表面電極と、半導体領域が形成されていない範囲の半導体基板の表面から深部に延びているダミートレンチ内に充填されているダミートレンチ内導体と、ダミートレンチ内導体に導通しているとともに半導体基板の表面に形成されている電極パッドと、半導体領域と表面電極の組と、ダミートレンチ内導体と電極パッドの組の間を絶縁している絶縁膜と、表面電極の表面から電極パッドの表面に跨って延びる金属プレートを備えている。金属プレートによって、半導体領域と表面電極と電極パッドとダミートレンチ内導体が導通している。

表面電極を備えている半導体装置の場合、その表面電極に金属プレートを接合して、電流経路および／または伝熱経路を完成することがある。本明細書の技術では、その金属プレートを利用して表面電極と電極パッドを導通する。これにより、表面電極と電極パッドを接続するだけの工程が不要化できる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の半導体装置の上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った半導体装置の断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った半導体装置の断面図である。

図面を参照してＲＣ−ＩＧＢＴである半導体装置２を説明する。図１は、半導体装置２の上面図である。半導体装置２の半導体基板１０の表面には、２つの表面電極１２と、信号用電極パッド１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、電極パッド１６が設けられており、その他の部分は絶縁膜１３によって覆われている。表面電極１２は、半導体基板１０の素子領域上に配置されており、当該素子領域は、ＩＧＢＴ領域１４ａおよびダイオード領域１４ｂに区画されている。素子領域には、トレンチ構造が形成されている。理解を助けるために、図１では、素子領域のトレンチ構造を破線で示している。また、半導体装置２では、半導体基板１０の表面上に後述の金属プレート１８が接合されているが、図１では、金属プレート１８の図示を省略している。

信号用電極パッド１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、半導体基板１０表面の外周端部に設けられている。信号用電極パッド１５ａは、半導体基板１０のゲートパッドである。信号用電極パッド１５ｂは、半導体基板１０の温度を示す電圧を出力するための電極パッドであり、信号用電極パッド１５ｃは、半導体基板１０を流れる電流値を示す電圧を出力するための電極パッドである。

電極パッド１６は、２つの表面電極１２の間に配置されている。電極パッド１６は、ダイオード領域１４ｂに形成されているトレンチ構造（具体的には、後述のダミートレンチ４０）が適切に形成されているのか否かの検査のために使用される。

続いて、図２および図３を参照して、半導体装置２の構造の詳細な説明をする。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った半導体装置２の断面図である。また、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った半導体装置２の断面図である。

図２に示すように、半導体装置２は、半導体基板１０と、半導体基板１０の上面を被覆する表面電極１２および半導体基板１０の下面を被覆する下面電極２０と、金属プレート１８を備える。表面電極１２は、Ａｌ又はＡｌＳｉの単層電極、又は、ＡｌＳｉ（又はＡｌ）／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの積層電極であり、下面電極２０は、ＡｌＳｉ（又はＡｌ）／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ又はＴｉ／Ｎｉ／Ａｕの積層電極である。金属プレート１８は、例えば銅又はその他の金属によって構成される。金属プレート１８は、ハンダ５４を介して、表面電極１２に接合されており、半導体装置２の電流経路および伝熱経路の一部として機能する。また、金属プレート１８は、信号用電極パッド１５ａ，１５ｂ，１５ｃにワイヤを接続するために必要な空間を確保するためのスペーサとしても機能する。

上記のように、半導体基板１０は、ＩＧＢＴ構造が設けられているＩＧＢＴ領域１４ａ、および、ダイオード構造が設けられているダイオード領域１４ｂに区画されている。半導体装置２はさらに、ＩＧＢＴ領域１４ａに設けられているゲートトレンチ３０、ダイオード領域１４ｂに設けられているダミートレンチ４０、および、半導体基板１０の上面に部分的に設けられている層間絶縁膜５２を備える。

半導体基板１０は、ｐ型のコレクタ領域２１、ｎ型のカソード領域２２、ｎ^-型のドリフト領域２３、ｎ型のバリア領域２４、ｐ型のボディ領域２５、ｎ型のピラー領域２６、ｎ⁺型のエミッタ領域２７を有する。

コレクタ領域２１は、ＩＧＢＴ領域１４ａに配置されている。コレクタ領域２１は、半導体基板１０の下層部の一部に設けられており、下面電極２０と接している。コレクタ領域２１は、その不純物濃度が濃く、下面電極２０にオーミック接触する。

カソード領域２２は、ダイオード領域１４ｂに配置されている。カソード領域２２は、半導体基板１０の下層部の一部に設けられており、下面電極２０と接している。カソード領域２２は、その不純物濃度が濃く、下面電極２０にオーミック接触する。

ドリフト領域２３は、ＩＧＢＴ領域１４ａおよびダイオード領域１４ｂに配置されている。ドリフト領域２３は、ＩＧＢＴ領域１４ａにおいて、コレクタ領域２１とバリア領域２４の間に設けられている。ドリフト領域２３は、ダイオード領域１４ｂにおいて、カソード領域２２とバリア領域２４の間に設けられている。ドリフト領域２３は、半導体基板１０に他の領域を形成した残部であり、不純物濃度は厚み方向に一定である。

バリア領域２４は、ＩＧＢＴ領域１４ａおよびダイオード領域１４ｂに配置されている。バリア領域２４は、ドリフト領域２３とボディ領域２５の間に設けられている。ＩＧＢＴ領域１４ａに配置されているバリア領域２４は、隣り合うゲートトレンチ３０の間に設けられており、隣り合うゲートトレンチ３０の双方の側面に接している。また、ダイオード領域１４ｂに配置されているバリア領域２４は、隣り合うダミートレンチ４０の間に設けられており、隣り合うダミートレンチ４０の双方の側面に接している。ダイオード領域１４ｂに配置されているバリア領域２４は、ピラー領域２６を介して表面電極１２に電気的に接続されている。

ボディ領域２５は、ＩＧＢＴ領域１４ａおよびダイオード領域１４ｂに配置されている。ボディ領域２５は、半導体基板１０の上層部に設けられており、表面電極１２と接している。ボディ領域２５は、その不純物濃度が薄いが、ボディ領域２５の表面電極１２に接する部分の不純物濃度が局所的に濃く、表面電極１２にオーミック接触する。ＩＧＢＴ領域１４ａに配置されているボディ領域２５は、隣り合うゲートトレンチ３０の間に設けられており、隣り合うゲートトレンチ３０の双方の側面に接する。また、ダイオード領域１４ｂに配置されているボディ領域２５は、隣り合うダミートレンチ４０の間に設けられており、隣り合うダミートレンチ４０の双方の側面に接する。ダイオード領域１４ｂに配置されているボディ領域２５は、アノード領域として機能する。

ピラー領域２６は、ダイオード領域１４ｂに配置されている。ピラー領域２６は、表面電極１２の下面からボディ領域２５を貫通してバリア領域２４に達するように設けられており、表面電極１２とバリア領域２４を電気的に接続する。ピラー領域２６は、表面電極１２にショットキー接触するように、その不純物濃度が調整されている。ダイオード領域１４ｂに配置されているピラー領域２６は、隣り合うダミートレンチ４０の間に設けられており、隣り合うダミートレンチ４０の双方からボディ領域２５によって分離されている。

エミッタ領域２７は、ＩＧＢＴ領域１４ａに配置されている。エミッタ領域２７は、半導体基板１０の上層部に設けられており、表面電極１２と接している。エミッタ領域２７は、その不純物濃度が濃く、表面電極１２にオーミック接触する。エミッタ領域２７は、例えば、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の上面からヒ素又はリンを導入することで形成される。

ゲートトレンチ３０は、ＩＧＢＴ領域１４ａにおいて、エミッタ領域２７、ボディ領域２５およびバリア領域２４を貫通してドリフト領域２３に達するように深さ方向に伸びている。エミッタ領域２７、ボディ領域２５およびバリア領域２４は、ゲートトレンチ３０の側面に接する。ドリフト領域２３は、ゲートトレンチ３０の側面および底面に接する。ゲートトレンチ３０は、その内面がゲートトレンチ絶縁膜３２に覆われ、内部にゲートトレンチ内導体３４が充填されている。ゲートトレンチ内導体３４は、ゲートトレンチ絶縁膜３２によって半導体基板１０から絶縁され、層間絶縁膜５２によって表面電極１２から絶縁されている。

ダミートレンチ４０は、ボディ領域２５およびバリア領域２４を貫通してドリフト領域２３に達するように深さ方向に伸びている。ボディ領域２５およびバリア領域２４は、ダミートレンチ４０の側面に接する。ドリフト領域２３は、ダミートレンチ４０の側面および底面に接する。ダミートレンチ４０は、その内面がダミートレンチ絶縁膜４２に覆われ、内部にダミートレンチ内導体４４が充填されている。ダミートレンチ内導体４４は、ダミートレンチ絶縁膜４２によって半導体基板１０から絶縁され、層間絶縁膜５２によって表面電極１２から絶縁されている。

また、図３に示すように、ダミートレンチ４０は、半導体装置２の中心部付近まで延在している。ダミートレンチ４０の終端近傍には、ダミートレンチ内導体４４の上面が層間絶縁膜５２と接していない接続部４４ａが形成されている。ダミートレンチ内導体４４は、接続部４４ａにおいて、配線１７と接続されている。

配線１７は、電極パッド１６とダミートレンチ内導体４４を接続するための配線である。配線１７は、ダミートレンチ絶縁膜４２によって半導体基板１０から絶縁されており、層間絶縁膜５２によって表面電極１２から絶縁されている。配線１７の上部には、層間絶縁膜５２によって覆われていないコンタクト部１７ａが形成されている。配線１７は、コンタクト部１７ａにおいて、電極パッド１６と接続されている。

電極パッド１６は、半導体基板１０の表面に設けられており、絶縁膜１３によって表面電極１２から絶縁されている。しかしながら、電極パッド１６の上面には、ハンダ５４を介して、金属プレート１８が接合されている。これにより、電極パッド１６は、金属プレート１８を介して、表面電極１２と導通している。

次に、半導体装置２のダミートレンチ４０に対する検査の手順について説明する。ダミートレンチ４０に対する検査は、表面電極１２とダミートレンチ内導体４４が導通していない状態、即ち、半導体基板１０に金属プレート１８が接合される前の半製品の状態で行われる。

電極パッド１６に一定の電位を印加することで、配線１７を介して、ダミートレンチ内導体４４に一定の電位が印加される。これにより、ダミートレンチ内導体４４およびダミートレンチ絶縁膜４２が適切に製造されているのか否かを検査することができる。ダミートレンチ４０が適切に製造されていた場合には、半導体基板１０の上面に金属プレート１８が接合され、表面電極１２と電極パッド１６が導通する。これにより、表面電極１２とダミートレンチ内導体４４を同電位として用いることができる。

（本実施例の効果）
本実施例では、金属プレート１８を介して、表面電極１２と電極パッド１６が導通する。金属プレート１８は、半導体装置２の電流経路および伝熱経路の一部およびスペーサとして機能する部材であるため、表面電極１２と電極パッド１６を接続するためだけの工程が必要なく、また、表面電極１２と電極パッド１６を接続するためだけの追加の部材を設ける必要もない。従って、表面電極１２と電極パッド１６を接続するためだけの工程が不要化できる。

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。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。

２：半導体装置
１０：半導体基板
１２：表面電極
１３：絶縁膜
１４ａ：ＩＧＢＴ領域
１４ｂ：ダイオード領域
１５ａ，１５ｂ，１６ｃ：信号用電極パッド
１６：電極パッド
１７：配線
１７ａ：コンタクト部
１８：金属プレート
２０：下面電極
２１：コレクタ領域
２２：カソード領域
２３：ドリフト領域
２４：バリア領域
２５：ボディ領域
２６：ピラー領域
２７：エミッタ領域
３０：ゲートトレンチ
３２：ゲートトレンチ絶縁膜
３４：ゲートトレンチ内導体
４０：ダミートレンチ
４２：ダミートレンチ絶縁膜
４４：ダミートレンチ内導体
４４ａ：接続部
５２：層間絶縁膜
５４：ハンダ

Claims (1)

1. 半導体基板の表面の一部に臨む位置に形成されている半導体領域と、
   前記半導体領域に導通しているとともに前記半導体基板の表面に形成されている表面電極と、
   前記半導体領域が形成されていない範囲の前記半導体基板の表面から深部に延びているダミートレンチ内に充填されているダミートレンチ内導体と、
   前記ダミートレンチ内導体に導通しているとともに前記半導体基板の表面に形成されている電極パッドと、
   前記半導体領域と前記表面電極の組と、前記ダミートレンチ内導体と前記電極パッドの組の間を絶縁している絶縁膜と、
   前記表面電極の表面から前記電極パッドの表面に跨って延びる金属プレートを備えており、
   前記金属プレートによって、前記半導体領域と前記表面電極と前記電極パッドと前記ダミートレンチ内導体が導通している、半導体装置。

Images