JP7179587B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
発電や送電、ポンプやブロアなどの回転機、通信システムや工場などの電源装置、交流モータによる鉄道、電気自動車、家庭用電化製品等の幅広い分野に向けた、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）といった半導体素子に代表される、電力制御用に設計されたパワー半導体装置の開発が行われている。
例えば、縦型ＭＯＳＦＥＴを用いてモータ等を駆動する半導体装置の場合、半導体基板内に縦型ＭＯＳＦＥＴが形成されている。縦型ＭＯＳＦＥＴのソース電極及びゲート電極は、半導体基板の上に設けられたＣｕ（銅）等を含む電極に、はんだ等を介してそれぞれ接続されている。また、縦型ＭＯＳＦＥＴのドレイン電極は、半導体基板の下に設けられたＣｕ等を含む電極に、はんだ等を介して接続されている。上述のＣｕ等を含む電極は、外部の電気回路等と接続されている。
はんだから生じるα線（アルファ線）が半導体素子のゲート絶縁膜に入った場合には、α線が有するエネルギーのため、ゲート絶縁膜内に電子－正孔対が発生する。ゲート電極にバイアス電圧が印加されている場合、発生した電子は半導体基板又はゲート電極に移動する。しかし、正孔はゲート絶縁膜中に残留する。これは、正孔の移動度が電子の移動度よりも低いためである。この残留した正孔のため、ＭＯＳＦＥＴの閾値電圧Ｖｔｈが、より負の側に変化してしまうという問題があった。
特開２００２－４３３５２公報
本発明が解決しようとする課題は、信頼性の高い半導体装置を提供することである。
実施形態の半導体装置は、第１面と、第２面と、を有する半導体基板と、半導体基板内に設けられ、第１面に設けられているゲート絶縁膜を有する半導体素子と、第１面の上に設けられ、第１金属材料を含む第１電極と、第１電極の上に設けられ、第２金属材料を含む第２電極と、第２電極の上に設けられた第１はんだ部と、第１はんだ部の上に設けられた第３電極と、第１面の上に設けられ、第３金属材料を含む第４電極と、第４電極の上に設けられ、第４金属材料を含む第５電極と、第５電極の上に設けられた第２はんだ部と、第２はんだ部の上に設けられた第６電極と、を備え、第１電極の膜厚と第２電極の膜厚の和は（（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ －３ ］）／（第１金属材料の密度［ｇ・ｃｍ －３ ］）＋（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ －３ ］）／（第２金属材料の密度［ｇ・ｃｍ －３ ］））以上であり、第４電極の膜厚と第５電極の膜厚の和は（（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ －３ ］）／（第３金属材料の密度［ｇ・ｃｍ －３ ］）＋（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ －３ ］）／（第４金属材料の密度［ｇ・ｃｍ －３ ］））以上である、半導体装置である。
第１の実施形態の半導体装置の模式断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の要部の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の要部の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の要部の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の要部の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の要部の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図である。 α線の侵入長と金属の密度の関係を示す図である。 第１の実施形態の半導体装置の作用効果を説明する図である。 第２の実施形態の半導体装置の模式断面図である。 第２の実施形態の他の態様の半導体装置の模式断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の模式断面図である。
以下、図面を用いて実施形態を説明する。なお、図面中、同一又は類似の箇所には、同一又は類似の符号を付している。
本明細書中、同一又は類似する部材については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
本明細書中、部品等の位置関係を示すために、図面の上方向を「上」、図面の下方向を「下」と記述する。本明細書中、「上」、「下」の概念は、必ずしも重力の向きとの関係を示す用語ではない。
本明細書中、ｎ＋、ｎ、ｎ－及び、ｐ＋、ｐ、ｐ－の表記は、各導電型における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわちｎ＋はｎよりもｎ型の不純物濃度が相対的に高く、ｎ－はｎよりもｎ型の不純物濃度が相対的に低いことを表す。また、ｐ＋はｐよりもｐ型の不純物濃度が相対的に高く、ｐ－はｐよりもｐ型の不純物濃度が相対的に低いことを表す。なお、ｎ＋とｎ－を単にｎ型、またｐ＋とｐ－を単にｐ型と記載する場合もある。
（第１の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、第１面と、第２面と、を有する半導体基板と、半導体基板内に設けられ、第１面に設けられているゲート絶縁膜を有する半導体素子と、第１面の上に設けられた第１電極と、第１電極の上に設けられ、第１金属材料を含み、膜厚は（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第１金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上である第２電極と、第２電極の上に設けられた第１はんだ部と、第１はんだ部の上に設けられた第３電極と、第１面の上に設けられた第４電極と、第４電極の上に設けられ、第２金属材料を含み、膜厚は（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第２金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上である第５電極と、第５電極の上に設けられた第２はんだ部と、第２はんだ部の上に設けられた第６電極と、を備える半導体装置である。
図１は、本実施形態の半導体装置１００の模式断面図である。本実施形態の半導体装置１００は、トレンチ型のＭＯＳＦＥＴ３０を有する半導体装置である。
半導体基板２は、例えばＳｉ（シリコン）基板である。
ＭＯＳＦＥＴ３０は、半導体素子の一例である。ＭＯＳＦＥＴ３０は、半導体層１０と、ドリフト層１２と、ウェル領域１４と、ゲート絶縁膜１６と、ゲート電極１８と、ソース領域２０と、コンタクト領域２２と、を有する。
第１面２ａは、半導体基板２の上側に設けられている。第２面２ｂは、半導体基板２の下側に設けられている。ｎ－型のドリフト層１２は、ｎ＋型の半導体層１０の上に設けられている。言い換えると、半導体基板２のドリフト層１２は第１面２ａを有し、半導体基板２の半導体層１０は第２面２ｂを有している。
第１面２ａは、第１領域４０ａと、第２領域４０ｂと、を有する。ＭＯＳＦＥＴ３０は、第１領域４０ａ及びその下に設けられている。
ｐ型のウェル領域１４は、ドリフト層１２内部に設けられ、一部は第１領域４０ａに接して設けられている。
ゲート電極１８は、例えば、上部が第１領域４０ａに接して設けられている。そして、ゲート電極１８は、第１領域４０ａから第２面２ｂに向かって延び、下部はウェル領域１４を貫通してドリフト層１２内に設けられている。ゲート電極１８は、例えば不純物を含有する多結晶ポリシリコンを含む。なお図１記載の半導体装置１００において、図示されているゲート電極１８の個数は３個である。しかし、ゲート電極１８の個数は、勿論これに限定されるものではない。
ｐ＋型のコンタクト領域２２は、それぞれのゲート電極１８の間に、一部が第１領域４０ａに接するように設けられている。
ｎ＋型のソース領域２０は、ゲート電極１８とコンタクト領域２２の間にそれぞれ設けられている。
ゲート絶縁膜１６は、第１領域４０ａに接して、設けられている。また、ゲート絶縁膜１６は、第１領域４０ａに設けられている。また、ゲート絶縁膜１６は、ウェル領域１４とゲート電極１８の間、ドリフト層１２とゲート電極１８の間、及びソース領域２０とゲート電極１８の間に設けられている。また、ゲート絶縁膜１６は、半導体基板２の第１面２ａから第２面２ｂの方向へ延伸している。ゲート絶縁膜１６は、例えば酸化シリコンを含む。
終端構造９０は、第２領域４０ｂ及びその下に設けられている。終端構造９０とは、ＭＯＳＦＥＴ３０の逆バイアス印加時に発生する、半導体装置１００の端における電界集中を緩和する構造である。図１に示した終端構造９０は、複数のｐ型領域がドリフト層１２内において第１面２ａに沿って設けられたＪＴＥ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｅｘｔｅｎｔｉｏｎ）構造である。なお、終端構造９０の構造はこれに限定されるものではなく、公知のガードリング構造、公知のリサーフ構造または公知のＶＬＤ（Ｖａｒｉａｔｉｏｎ Ｌａｔｅｒａｌ Ｄｏｐｉｎｇ）構造等であっても好ましく用いることができる。
絶縁膜９２は、第１面２ａの上に設けられている。絶縁膜９２は、例えば、酸化シリコンを含む。
コンタクト９４は、コンタクト領域２２の上に設けられた絶縁膜９２を貫通する穴の内部に設けられている。コンタクト９４は、例えば、ＴｉＮ（窒化チタン）膜又はＴｉ（チタン）とＴｉＮの積層膜である。ただし、コンタクト９４に用いられる材料は、勿論これに限定されるものではない。
第１電極６０は、第１領域４０ａの上に設けられている。第１電極６０は、例えば、絶縁膜９２の上に設けられ、コンタクト９４と接続され、例えばＴｉ（チタン）を含む第１Ｔｉ含有電極６０ａと、第１Ｔｉ含有電極６０ａの上に設けられＡｌ（アルミニウム）を含む第１Ａｌ含有電極６０ｂと、を有する。これにより、第１電極６０は、コンタクト９４及びコンタクト領域２２を介して、ＭＯＳＦＥＴ３０のソース領域２０と電気的に接続されている。第１電極６０の構成は、コンタクト９４に直接接する第１Ｔｉ含有電極６０ａに酸素を吸収しても導電性が保たれるＴｉを含む材料を用い、第１Ｔｉ含有電極６０ａの上には安価なＡｌを含む第１Ａｌ含有電極６０ｂを設ける構成としている。なお、第１電極６０の構成は、勿論これに限定されるものではない。
第２電極６４は、第１電極６０の上に設けられ、第１金属材料を含む。第２電極６４は、第１下地層６４ａと、第１下地層６４ａの上に設けられた第１めっき電極６４ｂと、を有する。後述するように、第２電極６４の形成は、第１下地層６４ａを形成した後に、めっきにより第１めっき電極６４ｂを形成することにより行われる。言い換えると、第１下地層６４ａは、めっきに用いられる下地層である。なお第２電極６４の構成はこれに限定されるものではない。
第２電極６４の膜厚ｔ１は、（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第１金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上であることが好ましい。例えば第２電極６４がＣｕ（銅）で形成されている場合には、Ｃｕの密度を８．９２［ｇ・ｃｍ－３］として計算すると、第２電極６４の膜厚ｔ１が７μｍ以上であれば好ましいことになる。
なお、第１電極６０と第２電極６４の間には、例えばＴｉで形成されたバリアメタルを含む第１Ｔｉ含有層６２が設けられている。
第１はんだ部６６は、第２電極６４の上に設けられている。第１はんだ部６６は、第２電極６４と、後述する第３電極６８を接合するはんだ部材である。
第３電極６８は、第１はんだ部６６の上に設けられている。第３電極６８は、例えばＣｕで形成された、外部の電気回路とＭＯＳＦＥＴ３０を接続するためのコネクタである。
第４電極７０は、第２領域４０ｂの上に設けられている。第４電極７０は、ポリシリコン電極７０ａと、ポリシリコン電極７０ａの上に設けられた第２Ｔｉ含有電極７０ｂと、第２Ｔｉ含有電極７０ｂの上に設けられた第２Ａｌ含有電極７０ｃと、を有する。ポリシリコン電極７０ａは、例えば図示しないポリシリコン配線を介して、ゲート電極１８に接続されている。
第５電極７４は、第４電極７０の上に設けられ、第２金属材料を含む。第５電極７４は、第２下地層７４ａと、第２下地層７４ａの上に設けられた第２めっき電極７４ｂと、を有する。第２下地層７４ａは、第２めっき電極７４ｂの形成のためのめっきに用いられる下地層である。なお第２電極６４の構成はこれに限定されるものではない。
第５電極７４の膜厚ｔ２は、（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第２金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上であることが好ましい。
なお、第４電極７０と第５電極７４の間には、例えばＴｉで形成されたバリアメタルを含む第２Ｔｉ含有層７２が設けられている。
第２はんだ部７６は、第５電極７４の上に設けられている。第２はんだ部７６は、第５電極７４と後述する第６電極７８を接合するはんだ部材である。
第６電極７８は、第２はんだ部７６の上に設けられている。第６電極７８は、例えばＣｕで形成された、外部の電気回路とＭＯＳＦＥＴ３０を接続するためのコネクタである。
絶縁膜５２及び絶縁膜５４は、第１電極６０及び第２電極６４と、第４電極７０及び第５電極７４を絶縁するために設けられている。絶縁膜５２は例えば酸化シリコン膜であり、絶縁膜５４は例えばポリイミド膜である。
第２電極６４は、第２電極６４と第５電極７４の間に、第１はんだ部６６よりも第１面２ａに平行に突き出ている電極部分（第１の電極部分）６５を有しており、さらに、第１はんだ部６６の膜厚をａ、第１面２ａに平行な方向における電極部分６５の上面の長さをｂ、第１面２ａに垂直な方向における電極部分６５の膜厚をｃ、第１面２ａに平行な方向における電極部分６５と第５電極７４の間の距離をｄとしたときに、（ａ／ｂ）＜（ａ＋ｃ）／（ｂ＋ｄ）であることが好ましい。
第５電極７４は、第２電極６４と第５電極７４の間に、第２はんだ部７６よりも第１面２ａに平行に突き出ている電極部分（第２の電極部分）７５を有しており、さらに、第２はんだ部７６の膜厚をｈ、第１面２ａに平行な方向における電極部分７５の上面の長さをｉ、第１面２ａに垂直な方向における電極部分７５の膜厚をｊ、第１面２ａに平行な方向における電極部分７５と第２電極６４の間の距離をｄとしたときに、（ｈ／ｉ）＜（ｈ＋ｊ）／（ｉ＋ｄ）であることが好ましい。
第８電極８２は、第３金属材料を含み、ＴｉＷやＴｉＮ（窒化チタン）で形成されたバリアメタル８０を介して、第２面２ｂに接続されている。第８電極８２は、ＭＯＳＦＥＴ３０のドレインに接続される電極である。第８電極８２は、第３下地層８２ａと、第３下地層８２ａの下に設けられた第３めっき電極８２ｂと、を有する。なお第８電極８２の構成はこれに限定されるものではない。
第８電極８２の膜厚ｔ３は、（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第３金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上であることが好ましい。
第２電極６４、第５電極７４及び第８電極８２は、それぞれ、金属層の積層構造であっても好ましく用いることができる。
第３はんだ部８４は、第８電極８２の下に設けられている。第３はんだ部８４は、第８電極８２と後述する第７電極８６を接合するはんだ部材である。
第７電極８６は、第３はんだ部８４の下に設けられている。言い換えると、第７電極８６は、半導体基板２の第２面２ｂに設けられている。第７電極８６は、例えばＣｕで形成された、外部の電気回路とＭＯＳＦＥＴ３０を接続するためのコネクタである。
なお半導体基板２の板厚が２５μｍ以下である場合に、膜厚ｔ３が（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第３金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上である第８電極８２が設けられていることが特に好ましい。さらに、第２面２ｂとゲート絶縁膜１６の距離ｄ１が２５μｍ以下であるとさらに好ましい。
言い換えると、半導体基板２は、第３電極６８及び第６電極７８と第７電極８６の間に設けられている。また、第３はんだ部８４は、第７電極８６と半導体基板２の間に設けられている。また、第８電極８２は、第３はんだ部８４と半導体基板２の間に設けられている。
第１金属材料、第２金属材料または第３金属材料は、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｔｉ（チタン）又はＷ（タングステン）であることが好ましい。
図２ないし図６は、本実施形態の半導体装置１００の要部の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図である。
第１面２ａの第１領域４０ａ及びその下にＭＯＳＦＥＴ３０が形成された半導体基板２の、第１領域４０ａの上に、第１Ｔｉ含有電極６０ａ及び第１Ａｌ含有電極６０ｂを含む第１電極６０を形成する。また、第２領域４０ｂの上に、ポリシリコン電極７０ａ、第２Ｔｉ含有電極７０ｂ及び第２Ａｌ含有電極７０ｃを含む第４電極７０を形成する。次に、第１面２ａ、第１電極６０及び第４電極７０の上に、例えば酸化シリコンを含む、絶縁膜５２を形成する。次に、絶縁膜５２の上に、例えばポリイミドを含む、絶縁膜５４を形成する。次に、フォトリソグラフィにより、第１電極６０の上部と第４電極７０の上部を露出させる（図２）。
次に、絶縁膜５４の上、露出した第１電極６０の上部及び露出した第４電極７０の上部に、例えばＴｉを含む膜９６を形成する。次に、膜９６の上に、Ｃｕを含む膜９８を形成する。次に、膜９８の上にフォトレジスト９９を形成する。次に、図２において露出した第１電極６０の上部及び第４電極７０の上部におけるフォトレジスト９９の部分を除去する（図３）。
次に、フォトレジスト９９が除去された部分の、第１電極６０の上方に、例えばめっき法により第１めっき電極６４ｂを形成する。また、フォトレジスト９９が除去された部分の、第４電極７０の上方に、例えばめっき法により、第２めっき電極７４ｂを形成する。次にフォトレジスト９９を除去する。次に、フォトレジスト９９が除去された部分における膜９６と膜９８を除去する。第１電極６０と第１めっき電極６４ｂの間に残された膜９６及び膜９８は、それぞれ第１Ｔｉ含有層６２及び第１下地層６４ａとなる。これにより、第１下地層６４ａと第１めっき電極６４ｂを含む第２電極６４が形成される。また、第４電極７０と第２めっき電極７４ｂの間に残された膜９６と膜９８は、それぞれ第２Ｔｉ含有層７２及び第２下地層７４ａとなる。これにより、第２下地層７４ａと第２めっき電極７４ｂを含む第５電極７４が形成される（図４）。
次に、半導体基板２の第１面２ａと反対側の面を研削し、半導体基板２を薄膜化する。第１面２ａの反対側に設けられた面は、第２面２ｂとなる。次に、第２面２ｂに、例えばｎ型イオンのイオン注入を行うことにより、半導体層１０を形成する。次に、ＴｉＷやＴｉＮを含むバリアメタル８０を第２面２ｂに形成し、バリアメタル８０に接する第３下地層８２ａを形成する。次に、例えばめっき法により、第３下地層８２ａに接する第３めっき電極８２ｂを形成する。これにより、第３下地層８２ａと第３めっき電極８２ｂを含む第８電極８２が形成される（図５）。
次に、第８電極８２の下面に例えばクリームはんだを塗布し、クリームはんだに第７電極８６を接触させる。次にこれを加熱して冷却すると、クリームはんだが一旦溶融した後硬化して、第８電極８２と第７電極８６が第３はんだ部８４により接合される（図６）。
次に、第２電極６４と第５電極７４の上に例えばクリームはんだを塗布する。次に、第２電極６４の上のクリームはんだに第３電極６８を接触させ、第５電極７４の上のクリームはんだの上に第６電極７８を接触させる。次にこれを加熱して冷却すると、クリームはんだが一旦溶融した後硬化する。これにより、第２電極６４と第３電極６８が第１はんだ部６６により接合される。また、第５電極７４と第６電極７８が第２はんだ部７６により接合される。これにより、本実施形態の半導体装置１００が得られる。
次に、本実施形態の半導体装置１００の作用効果を記載する。
半導体装置１００は、第１金属材料を含み、膜厚は（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第１金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上である第２電極６４と、第２金属材料を含み、膜厚は（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第２金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上である第５電極７４と、第３金属材料を含み、膜厚は（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（前記第３金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上である第８電極８２と、を備えている。
例えば、第２電極６４が設けられていない半導体装置を考える。この場合、第１はんだ部６６とゲート絶縁膜１６の距離が短くなるため、第１はんだ部６６から生じるα線がゲート絶縁膜１６に入り電子－正孔対が発生しやすくなる。正孔はゲート絶縁膜１６内に残留し、ＭＯＳＦＥＴ３０の閾値電圧Ｖｔｈがより負の側に変化してしまう。
図７は、本発明者らが見出した、α線の侵入長と、材料の密度の関係を示す図である。本発明者らは、物質と相互作用する力（ＬＥＴ：Ｌｉｎｅａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）のエネルギー依存性を用いて、侵入長について検討した。そして、α線の侵入長と、材料の密度の逆数は、比例関係にあることを見出した。さらに、本発明者らは、１／（Ｓｔｏｐｐｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｘ Ｄｅｎｓｉｔｙ）から求めた侵入長以上の膜厚を有する電極、より具体的には、（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（電極の金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上の膜厚を有する電極を設けることにより、α線の通過を抑制することができることを見出した。これは、金属材料の密度が高いほど、α線のエネルギーが電極内で吸収されやすくなるため、α線の通過が抑制されるということである。
具体的には、（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第１金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上の膜厚を有する第２電極６４を、第１はんだ部６６とＭＯＳＦＥＴ３０の間に設けることにより、第１はんだ部６６からＭＯＳＦＥＴ３０へのα線の侵入を抑制できる。これにより、信頼性の高い半導体装置１００の提供が可能となる。
第５電極７４についても同様に、第２金属材料を含み、膜厚は（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第２金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上である第５電極７４を設けることにより、第２はんだ部７６からＭＯＳＦＥＴ３０へのα線の侵入を抑制できる。これにより、信頼性の高い半導体装置１００の提供が可能となる。
第８電極８２についても同様に、第３金属材料を含み、膜厚は（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（前記第３金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上である第８電極８２を設けることにより、第３はんだ部８４からＭＯＳＦＥＴ３０へのα線の侵入を抑制できる。これにより、信頼性の高い半導体装置１００の提供が可能となる。
なお、例えば第１層と第２層の積層膜の場合は、（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第１層の密度［ｇ・ｃｍ－３］）と（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第２層の密度［ｇ・ｃｍ－３］）の和により、好ましい膜厚を計算することが出来る。積層膜が三層以上から構成される場合も同様である。
すなわち、例えば、第１面２ａと、第２面２ｂと、を有する半導体基板２と、半導体基板２内に設けられ、第１面２ａに設けられているゲート絶縁膜１６を有する半導体素子３０と、第１面２ａの上に設けられ、第１金属材料を含む第１電極６０と、第１電極６０の上に設けられ、第２金属材料を含む第２電極６４と、第２電極６４の上に設けられた第１はんだ部６６と、第１はんだ部６６の上に設けられた第３電極６８と、第１面２ａの上に設けられ、第３金属材料を含む第４電極７０と、第４電極７０の上に設けられ、第４金属材料を含む第５電極７４と、第５電極７４の上に設けられた第２はんだ部７６と、第２はんだ部７６の上に設けられた第６電極７８と、を備え、第１電極６０の膜厚と第２電極６４の膜厚の和は（（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第１金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）＋（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第２金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］））以上であり、第４電極７０の膜厚と第５電極７４の膜厚の和は（（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第３金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）＋（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第４金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］））以上である半導体装置が、好ましい態様として挙げられる。
半導体基板２の板厚が２５μｍ以下である場合に、膜厚ｔ３が（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第３金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上である第８電極８２が設けられていることが特に好ましい。これは、半導体基板２の板厚が２５μｍ以下である場合、特に第３はんだ部８４からＭＯＳＦＥＴ３０にα線が侵入しやすくなるためである。この関係は特に半導体基板２がＳｉ基板である場合に適用されるが、必ずしも半導体基板２がＳｉ基板である場合に限られるものではない。また、第２面２ｂとゲート絶縁膜１６の距離ｄ１が２５μｍ以下である場合には、膜厚ｔ３が（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（第３金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上である第８電極８２が設けられていることがさらに好ましい。これは、第２面２ｂとゲート絶縁膜１６の距離ｄ１が２５μｍ以下である場合には、特に第３はんだ部８４からＭＯＳＦＥＴ３０へα線が侵入する量が多くなるためである。
図８は、本実施形態の半導体装置１００の作用効果を説明する図であり、半導体装置１００の上部の一部を示した図である。第１はんだ部６６の膜厚をａ、第１面２ａに平行な方向における電極部分６５の上面の長さをｂ、第１面２ａに垂直な方向における電極部分の膜厚をｃ、第１面２ａに平行な方向における電極部分６５と第５電極７４の間の距離をｄとしたときに、（ａ／ｂ）＜（ａ＋ｃ）／（ｂ＋ｄ）である場合、図７の点線に示したように、第１はんだ部６６と第３電極６８が接している部分の近傍における第１はんだ部６６の部分から生じたα線が、ＭＯＳＦＥＴ３０内に侵入せず第５電極７４に衝突するため、ＭＯＳＦＥＴ３０へのα線の侵入を抑制できる。これにより、信頼性の高い半導体装置１００の提供が可能となる。
同様に、第２はんだ部７６の膜厚をｈ、第１面２ａに平行な方向における電極部分７５の上面の長さをｉ、第１面２ａに垂直な方向における電極部分７５の膜厚をｊ、第１面２ａに平行な方向における電極部分７５と第２電極６４の間の距離をｄとしたときに、（ｈ／ｉ）＜（ｈ＋ｊ）／（ｉ＋ｄ）である場合、第２はんだ部７６と第６電極７８が接している部分の近傍における第２はんだ部７６の部分から生じたα線が、ＭＯＳＦＥＴに侵入せず第２電極６４に衝突するため、ＭＯＳＦＥＴ３０へのα線の侵入を抑制できる。これにより、信頼性の高い半導体装置１００の提供が可能となる。
第１金属材料、第２金属材料、第３金属材料または第４金属材料は、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｔｉ（チタン）又はＷ（タングステン）であることが好ましい。
本実施形態の記載はトレンチ型のＭＯＳＦＥＴを有する半導体装置について行われた。α線によるゲート絶縁膜のダメージは、特にトレンチ型の半導体装置について問題となる。しかし、例えば、プレーナー型のＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴであっても、実施形態の内容が好ましく実施できることは勿論である。
本実施形態の半導体装置１００によれば、信頼性の高い半導体装置１００の提供が可能となる。
（第２の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、半導体基板は、第２領域に設けられた終端構造（半導体素子に隣接して第１面に設けられた終端構造、又は半導体基板の端部側に設けられた終端構造）をさらに有し、第１はんだ部と半導体基板の間の距離をｅ、第１はんだ部が第１面に投影された第１部分と終端構造の間の距離をｆとしたときに、（ａ／ｂ）＞（ａ＋ｅ）／ｆである点で第１の実施形態の半導体装置と異なっている。
また、本実施形態の半導体装置は、半導体基板は、第２領域（半導体素子に隣接した第１面）に設けられた、ゲート絶縁膜が設けられていない第３の領域をさらに有し、第１はんだ部と半導体基板の間の距離をｅ、第１はんだ部が第１面に投影された第１部分と第３の領域の間の距離をｇとしたときに、（ａ／ｂ）＞（ａ＋ｅ）／ｇである点で第１の実施形態の半導体装置と異なっている。
ここで、第１の実施形態と重複する内容については、記載を省略する。
図９は、本実施形態の半導体装置１１０の要部の模式断面図である。第１はんだ部６６と半導体基板２の間の距離をｅ、第１はんだ部６６が第１面２ａに投影された第１部分６７と終端構造９０の間の距離をｆとしたときに、（ａ／ｂ）＞（ａ＋ｅ）／ｆであることが好ましい。これは、終端構造９０にはゲート絶縁膜が設けられていないため、絶縁膜に残留した正孔により閾値電圧Ｖｔｈがより負の側に変化してしまうという問題が生じないためである。
図１０は、本実施形態の他の態様の半導体装置１２０の模式断面図である。第３の領域９１はゲート絶縁膜が設けられていない領域であり例えば終端構造であるが、これに限定されるものではない。そして、第１はんだ部６６が第１面２ａに投影された第１部分６７と第３の領域９１の間の距離をｇとしたときに、（ａ／ｂ）＞（ａ＋ｅ）／ｇであることが好ましい。
本実施形態の半導体装置１１０及び１２０によれば、信頼性の高い半導体装置１００の提供が可能となる。
（第３の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、第２電極が第１面２ａに投影された第２部分と、第４電極が第１面に投影された第３部分は、接している、又は重なりを有する点で、第１の実施形態及び第２の実施形態と異なっている。ここで、第１の実施形態及び第２の実施形態と重複する点については、記載を省略する。
図１１は、本実施形態の半導体装置１３０の要部の模式断面図である。第２電極６４が第１面２ａに投影された第２部分６３と、第４電極７０が第１面２ａに投影された第３部分６９は、重なり部分（重なり）６１を有している。なお、第２部分６３と第３部分６９は、接していても良い。
ＭＯＳＦＥＴ３０の駆動により、半導体装置１３０は発熱する。このとき、電極が設けられていない、第１電極６０と第４電極７０の間の絶縁膜５２及び絶縁膜５４が、発熱により破壊されてしまうという問題があった。
本実施形態の半導体装置１３０によれば、第２電極６４が第１面２ａに投影された第２部分６３と、第４電極７０が第１面２ａに投影された第３部分６９は、接している、又は重なりを有している。そのため、第１電極６０と第４電極７０の間の絶縁膜５２及び絶縁膜５４の熱が、第２電極６４及び第４電極７０により吸収されやすくなる。そのため、発熱による破壊を抑制することが出来る。
なお、第５電極７４が第１面２ａに投影された部分と、第１電極６０が第１面２ａに投影された部分が、接している、又は重なりを有していても、好ましく用いることができる。
本実施形態の半導体装置１３０によれば、発熱による破壊が抑制された半導体装置の提供が可能となる。
以上、実施形態について記載した。
本発明のいくつかの実施形態及び実施例を説明したが、これらの実施形態及び実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
２ 半導体基板
２ａ 第１面
２ｂ 第２面
１０ 半導体層
１２ ドリフト層
１４ ウェル領域
１６ ゲート絶縁膜
１８ ゲート電極
２０ ソース領域
２２ コンタクト領域
３０ 半導体素子（ＭＯＳＦＥＴ）
４０ａ 第１領域
４０ｂ 第２領域
５２ 絶縁膜
５４ 絶縁膜
６０ 第１電極
６０ａ 第１Ｔｉ含有電極
６０ｂ 第１Ａｌ含有電極
６１ 重なり部分（重なり）
６２ 第１Ｔｉ含有層
６３ 第２部分
６４ 第２電極
６４ａ 第１下地層
６４ｂ 第１めっき電極
６５ 電極部分（第１の電極部分）
６６ 第１はんだ部
６７ 第１部分
６８ 第３電極
６９ 第３部分
７０ 第４電極
７０ａ ポリシリコン電極
７０ｂ 第２Ｔｉ含有電極
７０ｃ 第２Ａｌ含有電極
７２ 第２Ｔｉ含有層
７４ 第５電極
７４ａ 第２下地層
７４ｂ 第２めっき電極
７５ 電極部分（第２の電極部分）
７６ 第２はんだ部
７８ 第６電極
８０ バリアメタル
８２ 第８電極
８２ａ 第３下地層
８２ｂ 第３めっき電極
８４ 第３はんだ部
８６ 第７電極
９０ 終端構造
９１ 第３の領域
９２ 絶縁膜
９４ コンタクト
９６ 膜
９８ 膜
９９ フォトレジスト
１００ 半導体装置
１１０ 半導体装置
１２０ 半導体装置
１３０ 半導体装置

Claims (6)

  1. 第１面と、第２面と、を有する半導体基板と、
    前記半導体基板内に設けられ、前記第１面に設けられているゲート絶縁膜を有する半導体素子と、
    前記第１面の上に設けられ、第１金属材料を含む第１電極と、
    前記第１電極の上に設けられ、第２金属材料を含む第２電極と、
    前記第２電極の上に設けられた第１はんだ部と、
    前記第１はんだ部の上に設けられた第３電極と、
    前記第１面の上に設けられ、第３金属材料を含む第４電極と、
    前記第４電極の上に設けられ、第４金属材料を含む第５電極と、
    前記第５電極の上に設けられた第２はんだ部と、
    前記第２はんだ部の上に設けられた第６電極と、
    を備え、
    前記第１電極の膜厚と前記第２電極の膜厚の和は（（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ －３ ］）／（前記第１金属材料の密度［ｇ・ｃｍ －３ ］）＋（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ －３ ］）／（前記第２金属材料の密度［ｇ・ｃｍ －３ ］））以上であり、
    前記第４電極の膜厚と前記第５電極の膜厚の和は（（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ －３ ］）／（前記第３金属材料の密度［ｇ・ｃｍ －３ ］）＋（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ －３ ］）／（前記第４金属材料の密度［ｇ・ｃｍ －３ ］））以上である、
    半導体装置。
  2. 前記半導体基板の前記第２面に設けられた第７電極と、
    前記第７電極と前記半導体基板の間に設けられた第３はんだ部と、
    前記第３はんだ部と前記半導体基板の間に設けられ、前記第３金属材料を含み、膜厚は（６５［ｇ・μｍ・ｃｍ－３］）／（前記第３金属材料の密度［ｇ・ｃｍ－３］）以上である第８電極と、
    をさらに備え、
    前記半導体基板の板厚は２５μｍ以下である請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記第２電極又は前記第５電極は、複数の金属層の積層構造を有する請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
  4. 前記第２電極が前記第１面に投影された第２部分と、前記第４電極が前記第１面に投影された第３部分は、接している、又は重なりを有する請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の半導体装置。
  5. 前記ゲート絶縁膜は前記半導体基板の前記第１面から前記第２面の方向へ延伸している、請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の半導体装置。
  6. 前記第１金属材料及び前記第２金属材料は、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｔｉ（チタン）又はＷ（タングステン）である請求項１ないし請求項５いずれか一項記載の半導体装置。
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