JP7095615B2

JP7095615B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP7095615B2
Application number: JP2019022885A
Authority: JP
Inventors: 佳史安田; 泰浦上; 行彦渡辺
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2019-02-12
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2039-02-12
Also published as: JP2020136287A

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。

特許文献１には、半導体基板と、半導体基板上に設けられた複数の配線（例えば、ソース配線、ゲート配線、ドレイン配線）を有する半導体装置が開示されている。各配線の間には間隔が設けられている。各配線の間の間隔において、半導体基板の上面は酸化膜に覆われている。さらに、各配線と酸化膜の表面は、パッシベーション膜に覆われている。

特開２０１７－１５２６５５号公報

上記のような半導体装置において、パッシベーション膜として、絶縁樹脂が用いられる場合がある。このような半導体装置の使用時には、半導体基板の温度上昇に応じて、配線、酸化膜及び絶縁樹脂等の各構成部材に熱膨張が生じる。各構成部材の線膨張係数が異なるので、各構成部材の膨張率が異なる。このため、各構成部材に高い応力が加わる。その結果、配線の近傍で絶縁樹脂が酸化膜から剥離し、その剥離した領域に配線から金属が押し出される場合がある。配線から押し出された金属は、絶縁樹脂と酸化膜の界面に沿って伸展する。絶縁樹脂と酸化膜の界面に沿って伸展する金属が他の配線に接触すると、短絡が生じる。本明細書は、配線間の短絡を抑制することができる技術を提供する。

本発明者らが鋭意検討したところ、２つの配線の間の距離が１００μｍ以下である場合に、上記の短絡が生じ易いことを見出した。この事情に鑑みて、本明細書が開示する半導体装置は、以下の構成を有する。

本明細書が開示する半導体装置は、ＳｉＣ基板と、第１配線と、第２配線と、溝部と、酸化シリコン膜と、絶縁樹脂を有する。前記第１配線は、前記ＳｉＣ基板の上部に配置されており、Ａｌによって構成されている。前記第２配線は、前記ＳｉＣ基板の上部に配置されており、Ａｌによって構成されており、前記第１配線から分離されている。前記溝部は、前記第１配線と前記第２配線の間の前記ＳｉＣ基板の上面に設けられている。前記酸化シリコン膜は、前記第１配線と前記第２配線の間の前記ＳｉＣ基板の前記上面と、前記溝部の内面を覆っている。前記絶縁樹脂は、前記第１配線、前記酸化シリコン膜、及び、前記第２配線に跨る範囲を覆っている。前記絶縁樹脂の一部が、前記溝部内に配置されており、前記溝部内の前記酸化シリコン膜の表面を覆っている。前記第１配線と前記第２配線の間の間隔が１００μｍ以下である。

なお、第１配線は、ＳｉＣ基板の上面に接していてもよい。また、第１配線とＳｉＣ基板の間に他の層が配置されていてもよい。同様に、第２配線は、ＳｉＣ基板の上面に接していてもよい。また、第２配線とＳｉＣ基板の間に他の層が配置されていてもよい。

上記の半導体装置では、第１配線と第２配線の間において、ＳｉＣ基板の上面に溝部が設けられている。また、絶縁樹脂の一部が溝部内に配置されており、溝部内の酸化シリコン膜の表面を覆っている。このため、絶縁樹脂と酸化シリコン膜の界面が、溝部に倣って伸びている。この半導体装置において、応力によって、第１配線から押し出された金属が絶縁樹脂と酸化シリコン膜の界面に沿って第２配線側に伸展する場合を考える。この場合、絶縁樹脂と酸化シリコン膜の界面が溝部に倣って伸びているので、第１配線から押し出された金属は上記界面に沿って（すなわち、溝部に倣って）伸展する。このため、上記の半導体装置では、第１配線から押し出された金属が第２配線に達するまでに必要な伸展距離（すなわち、絶縁樹脂と酸化シリコン膜の界面に沿って計測される第１配線から第２配線までの距離）が、第１配線と第２配線の間の直線距離よりも長い。したがって、酸化シリコン膜と絶縁樹脂との間に剥離が生じた場合であっても、配線間の短絡が生じ難い。

実施形態の半導体装置１０の断面図。図１のＩＩ－ＩＩ線における断面図。酸化シリコン膜２０と絶縁樹脂２２との間に剥離が生じたときの様子を示す図。変形例の半導体装置の図２に対応する断面図。

図面を参照して、本実施形態の半導体装置１０について説明する。図１及び図２に示すように、半導体装置１０は、ＳｉＣ基板１２と、ゲート配線１４と、２つのソース配線１６を有している。図示していないが、ＳｉＣ基板１２の内部には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）が形成されている。図１では、図の見易さのため、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａの上部に形成されたゲート配線１４及びソース配線１６のみを図示し、絶縁膜等の図示を省略している。なお、ＳｉＣ基板１２の内部に形成される素子構造は、ＭＯＳＦＥＴに限られず、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であってもよい。

図１に示すように、各ソース配線１６は、ＳｉＣ基板１２の上部の中央に配列されている。各ソース配線１６は、平面視において矩形状である。各ソース配線１６は、Ａｌ（アルミニウム）によって構成されている。各ソース配線１６の一部は、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａに接している。

ゲート配線１４は、外周部１４ａと、延在部１４ｂを有している。外周部１４ａは、ＳｉＣ基板１２の上部で、２つのソース配線１６を囲うようにＳｉＣ基板１２の外周縁に沿って配置されている。延在部１４ｂは、２つのソース配線１６の間に沿って伸びており、一方の端部が外周部１４ａに接続されている。延在部１４ｂの一部は、ＳｉＣ基板１２の内部に設けられたゲート電極（不図示）に接続されている。ゲート配線１４は、Ａｌによって構成されている。ゲート配線１４とソース配線１６との間の間隔Ｄ１は、１００μｍ以下である。

図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線における断面図である。図２に示すように、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａには、溝部１８が設けられている。溝部１８は、ゲート配線１４とソース配線１６との間のＳｉＣ基板１２の上面１２ａに設けられている。溝部１８は、図１に示すように、ゲート配線１４の外周部１４ａとソース配線１６との間に配置されており、外周部１４ａに沿って長く伸びている。すなわち、溝部１８は、２つのソース配線１６よりも外側の領域であって、ゲート配線１４の外周部１４ａよりも内側の領域に形成されている。

図２に示すように、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａと溝部１８の内面には、酸化シリコン膜２０が形成されている。酸化シリコン膜２０は、溝部１８の内面からＳｉＣ基板１２の上面１２ａに跨る範囲を覆っている。

ゲート配線１４は、酸化シリコン膜２０上に配置されている。ゲート配線１４は、酸化シリコン膜２０によってＳｉＣ基板１２から絶縁されている。ソース配線１６は、酸化シリコン膜２０上に配置されている。上述したように、ソース配線１６は、図示しない位置でＳｉＣ基板１２の上面１２ａに接している。ゲート配線１４とソース配線１６の間に位置するＳｉＣ基板１２の表面（すなわち、上面１２ａと溝１８の内面）の全体が、酸化シリコン膜２０によって覆われている。

ゲート配線１４、酸化シリコン膜２０及びソース配線１６は、絶縁樹脂２２に覆われている。絶縁樹脂２２は、ゲート配線１４の表面からソース配線１６の表面に跨る範囲を覆っている。絶縁樹脂２２は、溝部１８の内部にも配置されている。絶縁樹脂２２は、溝部１８の内部で酸化シリコン膜２０の表面を覆っている。すなわち、絶縁樹脂２２は、ゲート配線１４とソース配線１６の間に位置する酸化シリコン膜２０の表面全体を覆っている。絶縁樹脂２２は、例えば、ポリイミドによって構成されている。

半導体装置１０の使用時には、ＳｉＣ基板１２の温度上昇に応じて、ゲート配線１４、ソース配線１６、酸化シリコン膜２０、絶縁樹脂２２等の各構成部材に熱膨張が生じる。各構成部材の線膨張係数が異なるので、各構成部材の膨張率が異なる。特に、本実施形態に用いられるＳｉＣ基板１２は、比較的高いヤング率を有し、他の構成部材が熱膨張しても変形し難い。このため、本実施形態の半導体装置１０では、各構成部材に高い応力が加わり易い。また、ＳｉＣ基板１２の外周部では、ＳｉＣ基板１２の中央部と比較して高い応力が加わる。その結果、ＳｉＣ基板１２の外周部において、密着力が比較的低い絶縁樹脂２２と酸化シリコン膜２０との界面で剥離が生じ易い。ゲート配線１４やソース配線１６の近傍で絶縁樹脂２２が酸化シリコン膜２０から剥離すると、その剥離した領域にゲート配線１４やソース配線１６からこれらを構成する金属（すなわち、Ａｌ）が押し出される場合がある。

本実施形態の半導体装置１０では、ゲート配線１４の外周部１４ａとソース配線１６との間において、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａに溝部１８が設けられている。また、絶縁樹脂２２の一部が溝部１８内に配置されており、溝部１８内の酸化シリコン膜２０の表面を覆っている。このため、絶縁樹脂２２と酸化シリコン膜２０の界面が、溝部１８に倣って伸びている。この半導体装置１０において、図３に示すように、ゲート配線１４の近傍の部分Ｓで絶縁樹脂２２が酸化シリコン膜２０から剥離し、ゲート配線１４から押し出されたＡｌ部材１５が絶縁樹脂２２と酸化シリコン膜２０の界面に沿ってソース配線１６側に伸展する場合を考える。この場合、絶縁樹脂２２と酸化シリコン膜２０の界面が溝部１８に倣って伸びているので、ゲート配線１４から押し出されたＡｌ部材１５は、矢印Ａに示すように、上記界面に沿って（すなわち、溝部１８に倣って）伸展する。このため、本実施形態の半導体装置１０では、ゲート配線１４から押し出されたＡｌ部材１５がソース配線１６に達するまでに必要な伸展距離（すなわち、絶縁樹脂２２と酸化シリコン膜２０の界面に沿って計測されるゲート配線１４からソース配線１６までの距離Ｄ２（図２の太線部分参照））が、ゲート配線１４とソース配線１６の間の直線距離（すなわち、図２の間隔Ｄ１）よりも長い。したがって、この半導体装置１０では、酸化シリコン膜２０と絶縁樹脂２２との間に剥離が生じた場合であっても、配線１４、１６間の短絡が生じ難い。なお、ソース配線１６の近傍において絶縁樹脂２２が酸化シリコン膜２０から剥離し、ソース配線１６から押し出されたＡｌがゲート配線１４側に伸展する場合も同様に、配線１４、１６間の短絡を抑制することができる。

上述した実施形態では、ゲート配線１４及びソース配線１６が、酸化シリコン膜２０を介してＳｉＣ基板１２の上面１２ａに設けられていた。しかしながら、図４に示すように、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａに直接接するように設けられた配線１１４及び配線１１６の間に溝部１８を設けてもよい。また、配線１１４及び配線１１６の一方のみが、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａに直接接していてもよい。このような構成であっても、絶縁樹脂２２が酸化シリコン膜２０から剥離した場合に、配線１１４、１１６間の短絡を抑制することができる。

上述した実施形態の構成要素と、請求項の構成要素との関係について説明する。実施形態のゲート配線１４が、請求項の「第１配線」または「第２配線」の一例であり、ソース配線１６が、請求項の「第２配線」または「第１配線」の一例である。

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み合わ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み合わ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：ＳｉＣ基板、１２ａ：上面、１４：ゲート配線、１６：ソース配線、１８：溝部、２０：酸化シリコン膜、２２：絶縁樹脂

Claims

ＳｉＣ基板と、
前記ＳｉＣ基板の上部に配置されており、Ａｌによって構成されている第１配線と、
前記ＳｉＣ基板の上部に配置されており、Ａｌによって構成されており、前記第１配線から分離されている第２配線と、
前記第１配線と前記第２配線の間の前記ＳｉＣ基板の上面に設けられている溝部と、
前記第１配線と前記第２配線の間の前記ＳｉＣ基板の前記上面と、前記溝部の内面を覆っている酸化シリコン膜と、
前記第１配線、前記酸化シリコン膜、及び、前記第２配線に跨る範囲を覆っている絶縁樹脂、
を有し、
前記絶縁樹脂の一部が、前記溝部内に配置されており、前記溝部内の前記酸化シリコン膜の表面を覆っており、
前記第１配線と前記第２配線の間の間隔が１００μｍ以下である、半導体装置。