專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別是，涉及一種用于提高IGBT等的功率半導(dǎo)體裝置的性能和品質(zhì)的電極的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，IGBT等的半導(dǎo)體裝置被用于各種用途中，并期望進(jìn)一步提高其性能和品質(zhì)。
提高IGBT的性能和品質(zhì)是以單元結(jié)構(gòu)的重新評估、晶片厚度的最優(yōu)化等為主要手段的，但僅憑這些手段要提高性能和品質(zhì)也逐漸達(dá)到極限。為此，提高每單位面積的發(fā)射極區(qū)域的面積比率(即擴(kuò)大有效面積來降低電流密度)也成為用于提高性能和品質(zhì)的重要手段。
專利文獻(xiàn)1 日本特開2009-283717號公報(bào)。
例如專利文獻(xiàn)1中所示的那樣，在帶溫度傳感二極管的IGBT的情況下，由于在溫度傳感二極管的電極焊盤以及布線的正下方的區(qū)域不能形成發(fā)射極電極，變?yōu)闊o效區(qū)域， 所以有必要新擴(kuò)展有效面積。
為了增加有效面積，減小電極焊盤并縮短布線長度是有效的。但是，由于電極焊盤必需至少與外部連接(例如Al引線)的面積(例如引線直徑)，所以面積縮小中存在界限。
另外，當(dāng)半導(dǎo)體裝置所具備的柵極電極的柵極阻抗大時(shí)，產(chǎn)生芯片動作的偏差，存在會產(chǎn)生電流向部分芯片集中的不平衡動作的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而創(chuàng)作出的發(fā)明，其目的在于，提供一種在增加單元的有效面積的同時(shí)，能抑制不平衡動作等的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，具備柵極電極，與多個(gè)單元的單獨(dú)柵極電極連接，在絕緣膜上有選擇地形成；第1層間絕緣膜，覆蓋所述柵極電極的除上表面的一部分的區(qū)域， 形成于所述絕緣膜上；第1柵極布線，經(jīng)未被所述第1層間絕緣膜覆蓋的所述上表面與所述柵極電極連接；第2層間絕緣膜，覆蓋所述第1柵極布線的除上表面的一部分的區(qū)域，形成于所述第1層間絕緣膜上；以及第2柵極布線，經(jīng)未被所述第2層間絕緣膜覆蓋的所述上表面與所述第1柵極布線連接，在俯視時(shí)，所述第2柵極布線的寬度比所述第1柵極布線的寬度寬。
發(fā)明效果根據(jù)涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，通過具備經(jīng)未被第1層間絕緣膜覆蓋的上表面與柵極電極連接的第1柵極布線；覆蓋第1柵極布線的除上表面的一部分的區(qū)域，形成于第1層間絕緣膜上的第2層間絕緣膜；以及經(jīng)未被第2層間絕緣膜覆蓋的上表面與第1柵極布線連接的第2柵極布線，在俯視時(shí)，第2柵極布線的寬度比第1柵極布線的寬度寬，從而能降低IGBT芯片內(nèi)的寄生柵極阻抗值，抑制不平衡動作。


圖1是基于本發(fā)明的實(shí)施方式1的電極焊盤形成后的制造工序圖； 圖2是基于本發(fā)明的實(shí)施方式1的上主面圖； 圖3是基于本發(fā)明的實(shí)施方式1的溫度傳感二極管的截面圖； 圖4是基于本發(fā)明的實(shí)施方式1的第1柵極布線正上方形成的第2柵極布線的截面圖；圖5是基于本發(fā)明的實(shí)施方式2的上主面圖；圖6是基于本發(fā)明的實(shí)施方式2的第1柵極布線正上方形成的第2發(fā)射極電極的截面圖；圖7是基于本發(fā)明的實(shí)施方式3的末端區(qū)域的截面圖；圖8是基于本發(fā)明的實(shí)施方式3的末端區(qū)域的制造工序圖；圖9是基于本發(fā)明的實(shí)施方式3的末端區(qū)域的制造工序圖；圖10是基于本發(fā)明的實(shí)施方式3的末端區(qū)域的截面圖；圖11是基于本發(fā)明的實(shí)施方式3的末端區(qū)域的制造工序圖；圖12是基于本發(fā)明的實(shí)施方式3的末端區(qū)域的制造工序圖；圖13是基于本發(fā)明的實(shí)施方式4的上主面圖；圖14是基于本發(fā)明的實(shí)施方式4的第3發(fā)射極電極的截面圖；圖15是作為前提技術(shù)的帶溫度傳感二極管的IGBT的上主面圖；圖16是作為前提技術(shù)的帶溫度傳感二極管的IGBT的溫度傳感二極管的截面圖；圖17是作為前提技術(shù)的IGBT的第1柵極布線的截面圖；圖18是作為前提技術(shù)的IGBT的末端區(qū)域的截面圖；圖19是作為前提技術(shù)的IGBT的末端區(qū)域的截面圖；符號說明1末端區(qū)域；2第1發(fā)射極電極；3溫度傳感二極管；4布線；5第1柵極布線；6電極焊盤；7第1柵極電極焊盤；8，80 83，800，801 層間絕緣膜；9η-基板；10ρ阱層；11第1場板電極； 12溝道截?cái)喹h(huán)；15第2發(fā)射極電極； 16第2柵極布線； 17第2柵極電極焊盤；18 η+發(fā)射極層； 20柵極電極； 21 第2場板電極； 22氧化膜； 23保護(hù)膜；Μ 27第3發(fā)射極電極； 200單獨(dú)柵極電極； 210第3場板電極。
具體實(shí)施方式
<Α.實(shí)施方式1>圖15是表示作為本發(fā)明的前提技術(shù)的IGBT芯片的上主面的圖。
在俯視時(shí)，由第1柵極布線5包圍形成了第1發(fā)射極電極2的單元區(qū)域，其外側(cè)的區(qū)域變成末端區(qū)域1。所謂單元區(qū)域是指排列有多個(gè)IGBT等的單位元件(單元)的區(qū)域。
在形成第1發(fā)射極電極2的區(qū)域內(nèi)，在中央部配置溫度傳感二極管3，配置連接于溫度傳感二極管3的溫度傳感二極管3的布線4、以及連接于布線4的溫度傳感二極管3的電極焊盤6。
另外，在形成第1發(fā)射極電極2的區(qū)域內(nèi)，也排列連接于第1柵極電極焊盤7的多個(gè)第1柵極布線5。
第1柵極電極焊盤7、第1柵極布線5通過利用同一電極有選擇地蝕刻來構(gòu)成。
第1柵極電極焊盤7作為傳遞來自外部的柵極電壓的、例如引線接合的電極焊盤來構(gòu)成。第1柵極布線5從第1柵極電極焊盤7分配后配置，并向并聯(lián)連接的IGBT單元施加?xùn)艠O電壓。
另外，第1發(fā)射極電極2是用于流過發(fā)射極電流(主電流)的區(qū)域，在第1發(fā)射極電極2的下面構(gòu)成并聯(lián)連接的IGBT單元。
溫度傳感二極管3具有如下功能，即利用二極管的電壓降來檢測元件的發(fā)熱溫度，當(dāng)超過最大額定溫度時(shí)，使IGBT斷開，保護(hù)芯片不被熱破壞。
另外，末端區(qū)域1是為了保持柵極電壓OFF時(shí)施加于集電極和發(fā)射極間的電壓而構(gòu)成的區(qū)域。
圖16是圖15中的A-A’截面的截面圖。如圖所示，在n_基板9上形成層間絕緣膜801，進(jìn)而在層間絕緣膜801上配置溫度傳感二極管3的布線4。
圖17是圖15中的G-G’截面的截面圖。如圖所示，在n_基板9上形成ρ阱層10， 在P阱層10上有選擇地形成氧化膜22。
在氧化膜22上配置柵極電極20，夾著柵極電極20形成層間絕緣膜8。這里，層間絕緣膜8以除了柵極電極20的上表面的一部分之外覆蓋柵極電極20的方式來形成。另外， 柵極電極20以與圖15所示的柵極布線5 —樣的布局形成，即以包圍圖15的上下方向以及單元區(qū)域的方式形成。
進(jìn)而，經(jīng)柵極電極20的未被層間絕緣膜8覆蓋的上表面，連接第1柵極布線5。
另外，在ρ阱層10上以夾著氧化膜22以及層間絕緣膜8的方式形成第1發(fā)射極電極2。
圖18是圖15中的B-B’截面的截面圖。該圖是表示將多個(gè)浮動的ρ阱10配置成環(huán)狀的保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)的圖。如圖所示，雖然在η-基板9上形成ρ阱層10，但末端區(qū)域1中，在俯視時(shí)，形成有包圍形成第1發(fā)射極電極2的區(qū)域的多個(gè)環(huán)狀ρ阱層10。另外，在最外周形成溝道截?cái)喹h(huán)12。
在各ρ阱層10、溝道截?cái)喹h(huán)12上，形成連接于未被層間絕緣膜800覆蓋的上表面的第1場板電極11。第1場板電極11例如可由鋁形成。
圖19是圖15中的Β-Β’截面的另一樣式。該圖是表示利用了電容耦合的場板結(jié)構(gòu)的圖。如圖所示，在η-基板9上形成ρ阱層10，在最外周形成溝道截?cái)喹h(huán)12。
在ρ阱層10、溝道截?cái)喹h(huán)12上，形成連接于未被層間絕緣膜800覆蓋的上表面的第1場板電極11。另外，在P阱層10與溝道截?cái)喹h(huán)12之間的區(qū)域中，也經(jīng)層間絕緣膜800 將多個(gè)第1場板電極11形成為環(huán)狀。第1場板電極11例如可由多晶硅形成。
進(jìn)而，在第1場板電極11上經(jīng)層間絕緣膜81 ( 一部分連接)形成第3場板電極 210。
在上述半導(dǎo)體裝置中，如圖16所示，由于在溫度傳感二極管的電極焊盤以及布線的正下方的區(qū)域不能形成發(fā)射極電極，變成無效區(qū)域，所以有必要新擴(kuò)展有效面積。
另外，在溫度傳感二極管的電極焊盤以及布線的正下方之外的區(qū)域中，未圖示的單獨(dú)柵極電極形成為沿圖15的左右方向延伸的條狀，并排列成多列。單獨(dú)柵極電極在與柵極電極20交叉的部位與柵極電極20連接。
為了增加有效面積，減小電極焊盤并縮短布線長度是有效的。但是，由于電極焊盤必需至少與外部連接(例如Al引線)的面積(例如引線直徑)，所以面積縮小中存在界限。
另外，一般情況下，期望將溫度傳感二極管配置在半導(dǎo)體芯片中發(fā)熱最高的芯片中心附近，在配置于半導(dǎo)體芯片的端部的情況下，存在檢測靈敏度下降的問題。
另外，當(dāng)半導(dǎo)體裝置所具備的柵極電極的柵極阻抗大時(shí)，產(chǎn)生芯片動作的偏差，存在會產(chǎn)生電流向部分芯片集中的不平衡動作的問題。
另外，近年來，應(yīng)用傳遞模塑技術(shù)的制品增多，但基于模塑樹脂與半導(dǎo)體芯片的熱膨脹系數(shù)之差，存在半導(dǎo)體上構(gòu)成的布線因來自模塑樹脂的應(yīng)力而滑動的問題。作為其對策之一，例如進(jìn)行電極厚度的薄膜化，減少梯級來緩和應(yīng)力，但如上所述，因?yàn)闁艠O布線寬度(截面積)有限制，當(dāng)由引線接合構(gòu)成為電極時(shí)擔(dān)心損壞單元部，所以存在界限值。另外， 雖然有基于聚酰亞胺涂層對布線的保護(hù)，但會造成成本上升。
在下面的實(shí)施方式中，對能解決上述問題的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明。
<Α-1.構(gòu)成〉圖1是涉及實(shí)施方式1的電極焊盤形成后的制造工序圖。相當(dāng)于后述的圖2的下層的上主面，在俯視時(shí)，由第1柵極布線5包圍形成有第1發(fā)射極電極2的區(qū)域，將由第1柵極布線5包圍的區(qū)域作為單元區(qū)域。單元區(qū)域的外側(cè)的區(qū)域變?yōu)槟┒藚^(qū)域1。
在形成有第1發(fā)射極電極2的單元區(qū)域內(nèi)，在其中央部配置溫度傳感二極管3。
另外，在單元區(qū)域內(nèi)也排列連接于第1柵極電極焊盤7的多個(gè)第1柵極布線5。
圖2是表示涉及本發(fā)明實(shí)施方式1的作為半導(dǎo)體裝置的IGBT的上主面的圖，從圖 1的狀態(tài)進(jìn)一步示出制造工序行進(jìn)的狀態(tài)。
在俯視時(shí)，由第2柵極布線16包圍形成有相當(dāng)于第1發(fā)射極電極2的上層的第2 發(fā)射極電極15的單元區(qū)域，其外側(cè)的區(qū)域變?yōu)槟┒藚^(qū)域1。第2柵極布線16也相當(dāng)于第1 柵極布線5的上層。通過形成第2發(fā)射極電極15，強(qiáng)化IGBT芯片內(nèi)的發(fā)射極電位固定，能抑制不平衡動作。
在形成有第2發(fā)射極電極15的單元區(qū)域內(nèi)，在其中央部配置溫度傳感二極管3，配置連接于溫度傳感二極管3的溫度傳感二極管3的布線4、以及連接于布線4的溫度傳感二極管3的電極焊盤6。
另外，在單元區(qū)域內(nèi)也排列連接于第2柵極電極焊盤17的多個(gè)第2柵極布線16。
圖3是圖2的C-C’截面的截面圖。如圖所示，在η-基板9上形成ρ阱層10 (ρ基極層)，從P阱層10 (P基極層)表面向η-基板9內(nèi)延伸形成單獨(dú)柵極電極200。
另外，在溫度傳感二極管3的電極焊盤6以及布線4的正下方以外的區(qū)域中，將未圖示的單獨(dú)柵極電極200形成為沿圖1的左右方向延伸的條狀，并排列成多列。單獨(dú)柵極電極200在與柵極電極20交叉的部位與柵極電極20連接。
進(jìn)而，在ρ阱層10的表面，夾著單獨(dú)柵極電極200形成作為各單元的發(fā)射極層的 η+發(fā)射極層18。另外，在ρ阱層10的表面，覆蓋單獨(dú)柵極電極200，形成作為第4層間絕緣膜的層間絕緣膜82。
另外，覆蓋包含層間絕緣膜82的ρ阱層10，形成第1發(fā)射極電極2。在第1發(fā)射極電極2上，有選擇地形成作為第5層間絕緣膜的層間絕緣膜83。在第1發(fā)射極電極2下， 形成MOS晶體管。另外，在未圖示的截面中，第1發(fā)射極電極2與η+發(fā)射極層18連接。
在層間絕緣膜83上，有選擇地配置溫度傳感二極管3的布線4。另外，在將溫度傳感二極管3的電極焊盤6配置于層間絕緣膜83上的截面中，代替溫度傳感二極管3的布線 4，配置電極焊盤6。
在圖15所示的半導(dǎo)體裝置的情況下，由電極焊盤6以及布線4削減了發(fā)射極電極的有效面積，但在本實(shí)施方式1中，在布線4的正下方也能配置MOS晶體管，進(jìn)而能防止有效面積的減少。
這樣，在實(shí)施方式1中，由于能在溫度傳感二極管3的電極焊盤6以及布線4的下面形成MOS晶體管，所以得到了可使無效面積最小化的效果。
在圖4中示出圖2的D-D’截面的截面圖。如圖所示，涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具備形成于η-基板9上的ρ阱層10 ；有選擇地形成于ρ阱層10表面的作為絕緣膜的氧化膜22 ；以及有選擇地形成于氧化膜22上的柵極電極20。柵極電極20與多個(gè)單元的單獨(dú)柵極電極200連接。另外，柵極電極20以與圖1所示的柵極布線5—樣的布局形成，即以包圍圖1的上下方向以及單元區(qū)域的方式形成。
另外，覆蓋柵極電極20的除上表面的一部分的區(qū)域來形成作為第1層間絕緣膜的層間絕緣膜8。以沉積等方法有選擇地進(jìn)行蝕刻，在氧化膜22上形成層間絕緣膜8。經(jīng)未被層間絕緣膜8覆蓋的上表面的一部分，連接?xùn)艠O電極20和第1柵極布線5。以濺射或蒸鍍等方法將鋁等導(dǎo)電性材料進(jìn)行成膜并有選擇地蝕刻來形成第1柵極布線5。
覆蓋第1柵極布線5的除上表面的一部分的區(qū)域來形成作為第2層間絕緣膜的層間絕緣膜80。層間絕緣膜80形成于層間絕緣膜8上。經(jīng)未被層間絕緣膜80覆蓋的上表面的一部分，連接第1柵極布線5和第2柵極布線16。
這里，在俯視時(shí)，第2柵極布線16的寬度能形成為比第1柵極布線5的寬度寬。
另外，能經(jīng)層間絕緣膜8以夾著柵極電極20、第1柵極布線5的方式形成第1發(fā)射極電極2、第1場板電極11。形成第1發(fā)射極電極2的圖面左側(cè)對應(yīng)于單元區(qū)域。進(jìn)而，在第1發(fā)射極電極2、第1場板電極11各自的上層，能形成第2發(fā)射極電極15、第2場板電極 21。在形成第2發(fā)射極電極15的情況下，能強(qiáng)化IGBT芯片內(nèi)的發(fā)射極電位固定，抑制不平衡動作。另外，在形成第2場板電極21的情況下，能使耐壓穩(wěn)定化。
這里，所謂不平衡動作是指在柵極阻抗大的情況下，產(chǎn)生芯片動作的偏差，并且電流向部分芯片容易集中的動作。
在圖4所示的結(jié)構(gòu)中，由第1柵極布線5設(shè)定傳遞柵極電位所必需的寬度，將與第 1柵極布線5連接的第2柵極布線16的寬度形成得比第1柵極布線5的寬度寬，并設(shè)定柵極阻抗。因此，由于以第2柵極布線16能設(shè)定柵極阻抗，所以能降低IGBT芯片內(nèi)的寄生柵極阻抗值，進(jìn)而能抑制不平衡動作。
另外，在形成圖4所示的結(jié)構(gòu)中的第2柵極布線16、第2發(fā)射極電極15、第2場板電極21的工序中，能形成圖3所示的結(jié)構(gòu)中的電極焊盤6和布線4。
另外，單獨(dú)柵極電極200和柵極電極20能在相同工序形成，層間絕緣膜8和層間絕緣膜82、層間絕緣膜80和層間絕緣膜83能在相同工序形成。
<Α-2·效果〉根據(jù)涉及本發(fā)明的實(shí)施方式1，在半導(dǎo)體裝置中，通過具備經(jīng)未被第1層間絕緣膜8 覆蓋的上表面與柵極電極20連接的第1柵極布線5 ；覆蓋第1柵極布線5的除上表面的一部分的區(qū)域，形成于第1層間絕緣膜8上的第2層間絕緣膜80 ；以及經(jīng)未被第2層間絕緣膜80覆蓋的上表面與第1柵極布線5連接的第2柵極布線16，在俯視時(shí)，由于第2柵極布線16的寬度比第1柵極布線5的寬度寬，從而能降低IGBT芯片內(nèi)的寄生柵極阻抗值，抑制不平衡動作。
另外，根據(jù)涉及本發(fā)明的實(shí)施方式1，在半導(dǎo)體裝置中，通過進(jìn)一步具備鄰接于單獨(dú)柵極電極200形成的、作為各單元的發(fā)射極層的η+發(fā)射極層18 ；覆蓋單獨(dú)柵極電極 200形成的第4層間絕緣膜82 ；在第4層間絕緣膜82上與η+發(fā)射極層18連接形成的第1 發(fā)射極電極2 ；形成于第1發(fā)射極電極2上的第5層間絕緣膜83 ；以及，配置在第5層間絕緣膜83上的、溫度傳感二極管3的電極焊盤6和/或溫度傳感二極管3的布線4，由此，能抑制在溫度傳感二極管3的電極焊盤6、布線4的正下方形成無效區(qū)域，進(jìn)而能擴(kuò)展半導(dǎo)體裝置的有效面積。
另外，根據(jù)涉及本發(fā)明的實(shí)施方式1，在半導(dǎo)體裝置中，通過進(jìn)一步具備形成于第 1發(fā)射極電極2上的第2發(fā)射極電極15，能強(qiáng)化IGBT芯片內(nèi)的發(fā)射極電位固定，并能期待不平衡動作的抑制、振蕩的抑制以及引線接合性的提高。
另外，根據(jù)涉及本發(fā)明的實(shí)施方式1，在半導(dǎo)體裝置中，通過在形成第2柵極布線 16以及第2發(fā)射極電極15的工序形成溫度傳感二極管3的電極焊盤6以及溫度傳感二極管3的布線4，能削減工序數(shù)，使作業(yè)效率提高。
另外，根據(jù)涉及本發(fā)明的實(shí)施方式1，在半導(dǎo)體裝置中，通過第1柵極布線5、第1 發(fā)射極電極2以及第1場板電極11在相同工序形成，能削減工序數(shù)，使作業(yè)效率提高。
另外，根據(jù)涉及本發(fā)明的實(shí)施方式1，在半導(dǎo)體裝置中，通過第2柵極布線16、第2發(fā)射極電極15以及第2場板電極21在相同工序形成，能削減工序數(shù)，使作業(yè)效率提高。
〈B.實(shí)施方式2> <Β-1·構(gòu)成〉圖5中示出涉及本發(fā)明實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的上主面圖。在俯視時(shí)，由第2柵極布線16包圍形成有第2發(fā)射極電極15的單元區(qū)域，單元區(qū)域的外側(cè)變?yōu)槟┒藚^(qū)域1。
在形成有第2發(fā)射極電極15的區(qū)域內(nèi)，在中央部配置溫度傳感二極管3，配置連接于溫度傳感二極管3的溫度傳感二極管3的布線4、以及連接于布線4的溫度傳感二極管3 的電極焊盤6。
圖6中示出圖5的Ε-Ε’截面的截面圖。由于該圖是未包括末端區(qū)域1的區(qū)域的截面圖，所以未示出場板電極。
如圖所示，至少局部覆蓋第1柵極布線5來形成層間絕緣膜80(圖6中覆蓋第1 柵極布線5上)，與圖4所示的情況不同，代替第2柵極布線16，覆蓋包含層間絕緣膜80上的區(qū)域來形成第2發(fā)射極電極15。
基于這樣的構(gòu)成，通過強(qiáng)化IGBT芯片內(nèi)的發(fā)射極電位固定，可實(shí)現(xiàn)不平衡動作的抑制、振蕩的抑制以及引線接合性的提高。
<Β-2.效果 >根據(jù)涉及本發(fā)明的實(shí)施方式2，在半導(dǎo)體裝置中，通過至少局部覆蓋第1柵極布線5來形成第2層間絕緣膜80，并在局部部位代替第2柵極布線16覆蓋包含第2層間絕緣膜80 上的區(qū)域來形成第2發(fā)射極電極15，能強(qiáng)化IGBT芯片內(nèi)的發(fā)射極電位固定，進(jìn)而能期待不平衡動作的抑制、振蕩的抑制以及引線接合性的提高。
〈C.實(shí)施方式3><c-l.構(gòu)成 1>圖7是圖2的H-H’截面的截面圖。如圖所示，在η-基板9上形成ρ阱層10，但在末端區(qū)域1中，在俯視時(shí)，包圍形成有第1發(fā)射極電極2的區(qū)域的多個(gè)環(huán)狀ρ阱層10。另外， 在最外周形成溝道截?cái)喹h(huán)12。圖中多個(gè)ρ阱層10形成為環(huán)狀，但有時(shí)也可形成1個(gè)ρ阱層 10，并形成環(huán)狀。
在各ρ阱層10、溝道截?cái)喹h(huán)12上，形成連接于未被層間絕緣膜800覆蓋的上表面的第1場板電極11。在俯視時(shí)，以包圍形成有多個(gè)單元的單元區(qū)域的方式來形成第1場板電極11。
進(jìn)而，雖然以作為第3層間絕緣膜的層間絕緣膜81來覆蓋第1場板電極11，但殘留未被層間絕緣膜81覆蓋的第1場板電極11，并在該第1場板電極11上形成與第1場板電極11連接的第2場板電極21。
如圖所示，期望第2場板電極21的厚度比第1場板電極11的厚度厚。
進(jìn)而，覆蓋第2場板電極21、層間絕緣膜81能形成保護(hù)膜23。
圖8、9是表示圖7所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。
首先，在η-基板9上形成施加電壓時(shí)有選擇地?cái)U(kuò)展耗盡層的ρ阱層10、在最外周阻止耗盡層的溝道截?cái)喹h(huán)12，并以沉積等方法形成層間絕緣膜800(圖8)。
之后，以濺射或蒸鍍等方法將鋁等的導(dǎo)電性材料進(jìn)行成膜，有選擇地蝕刻后，形成第1場板電極11 (圖8)，接著以同樣的方法形成層間絕緣膜81，有選擇地制作第2場板電極21 (圖9)。
這樣，使用第1場板電極11與第2場板電極21，能以末端結(jié)構(gòu)保持耐壓。
這里，在涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，以不同工序來制作用于末端區(qū)域1的電位接地的電極即第1場板電極11和用于提高引線接合性的電極即第2場板電極21。
在圖15所示的涉及本發(fā)明的前提技術(shù)的半導(dǎo)體裝置的情況下，同時(shí)制作用于末端區(qū)域1的電位接地的電極和用于提高引線接合性的厚的Al電極。為此，埋入到模塑樹脂中的器件存在如下問題，即，因模具與Si以及鋁的熱膨脹率不同，所以末端結(jié)構(gòu)的場板電極(Al)隨著時(shí)間的推移而剝離(滑動)。但是，在本發(fā)明中，如上所述，由于第2場板電極 21在另一工序形成，所以能抑制由末端結(jié)構(gòu)的第2場板電極21的薄厚化所引起的滑動現(xiàn)象的產(chǎn)生。
這里，第1柵極布線5、第1發(fā)射極電極2和第1場板電極21能在相同工序形成。
另外，第2柵極布線16、第2發(fā)射極電極15和第2場板電極21也能在相同工序形成。
在這種情況下，能得到削減工序數(shù)，降低成本、提高效率的效果。
進(jìn)而，在其它的第2場板電極21上，構(gòu)成保護(hù)不受水分、應(yīng)力、雜質(zhì)等影響的如氮化硅等的半絕緣性保護(hù)膜23(圖7)。這樣，能得到耐壓的穩(wěn)定化和防止由模具應(yīng)力引起的電極變形的效果。
<C-2.構(gòu)成 2>圖10表示圖2的H-H’截面的變形例。如圖所示，在Π-基板9上形成P阱層10。另外，在最外周形成溝道截?cái)喹h(huán)12。雖然圖中多個(gè)ρ阱層10形成為環(huán)狀，但有時(shí)也可形成1 個(gè)P阱層10，并形成環(huán)狀。
在各ρ阱層10、溝道截?cái)喹h(huán)12上，形成連接于未被層間絕緣膜800覆蓋的上表面的第1場板電極11，從形成P阱層10的區(qū)域至形成溝道截?cái)喹h(huán)12的區(qū)域，在層間絕緣膜 800上形成多個(gè)第1場板電極11。
以層間絕緣膜81覆蓋第1場板電極11，進(jìn)而形成多個(gè)第3場板電極210。第3場板電極210例如是包圍單元區(qū)域的環(huán)狀。另外，在俯視時(shí)，以與第1場板電極11部分重疊的方式形成第3場板電極210。通過這樣形成，能使半導(dǎo)體裝置的耐壓穩(wěn)定化。
進(jìn)而，覆蓋第3場板電極210、層間絕緣膜81來形成保護(hù)膜23。
圖11、12是表示圖10所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。
首先，在η-基板9上形成施加電壓時(shí)有選擇地?cái)U(kuò)展耗盡層的ρ阱10、在最外周阻止耗盡層的溝道截?cái)喹h(huán)12，并以沉積等方法形成層間絕緣膜800(圖11)。
之后，以濺射或蒸鍍等方法將鋁等的導(dǎo)電性材料進(jìn)行成膜，并有選擇地蝕刻后，形成第1場板電極11 (圖11)，接著以同樣的方法形成層間絕緣膜81，并有選擇地形成第3場板電極210，進(jìn)行電容耦合(圖12)。
另外，第2柵極布線16、第2發(fā)射極電極15以及第2場板電極210能在相同工序形成。
在圖19所示的涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的情況下，由于以形成柵極電極20的多晶硅來形成第1場板電極11，所以有制造上的限制。但是，在本實(shí)施方式中，能以第1發(fā)射極電極2來制作第1場板電極11，以第2發(fā)射極電極15來制作第2場板電極21。因此，能不受制造上的限制，來制作末端結(jié)構(gòu)。
<C-3.效果 >根據(jù)涉及本發(fā)明的實(shí)施方式3，在半導(dǎo)體裝置中，通過進(jìn)一步具備在俯視時(shí)包圍形成有多個(gè)單元的單元區(qū)域的第1場板電極11 ；覆蓋第1場板電極11的除上表面的一部分的區(qū)域的作為第3層間絕緣膜的層間絕緣膜81 ；以及經(jīng)未被層間絕緣膜81覆蓋的上表面的一部分與第1場板電極11連接第2場板電極21，從而使半導(dǎo)體裝置的耐壓穩(wěn)定化。
另外，根據(jù)涉及本發(fā)明的實(shí)施方式3，在半導(dǎo)體裝置中，通過第2場板電極21的厚度比第1場板電極11的厚度厚，從而能抑制由末端結(jié)構(gòu)的第2場板電極21的薄厚化引起的滑動現(xiàn)象的產(chǎn)生。
另外，根據(jù)涉及本發(fā)明的實(shí)施方式3，在半導(dǎo)體裝置中，通過進(jìn)一步具備形成于作為第3層間絕緣膜的層間絕緣膜81上的第3場板電極210，在俯視時(shí)包圍單元區(qū)域，并且第3場板電極210在俯視時(shí)與第1場板電極11部分重疊，從而使半導(dǎo)體裝置的耐壓穩(wěn)定化。
另外，根據(jù)涉及本發(fā)明的實(shí)施方式3，在半導(dǎo)體裝置中，通過進(jìn)一步具備形成于作為第3層間絕緣膜的層間絕緣膜81上的保護(hù)膜23，從而使半導(dǎo)體裝置的耐壓穩(wěn)定化。另外，能抑制由模具應(yīng)力引起的電極變形。
<D.實(shí)施方式4> <D-1.構(gòu)成〉圖13表示涉及本發(fā)明實(shí)施方式4的半導(dǎo)體裝置的上主面圖。在俯視時(shí)，以第2柵極布線16包圍形成有第3發(fā)射極電極M的單元區(qū)域，其外側(cè)的區(qū)域變?yōu)槟┒藚^(qū)域1。
在形成有第3發(fā)射極電極M的區(qū)域內(nèi)，在中央部配置溫度傳感二極管3，配置連接于溫度傳感二極管3的溫度傳感二極管3的布線4、以及連接于布線4的溫度傳感二極管3 的電極焊盤6。
在圖14中示出圖13的F-F’截面的截面圖。如圖所示，在n_基板9上形成ρ阱層10 (P基極層)，從P阱層10 (P基極層)表面向η-基板9內(nèi)延伸形成單獨(dú)柵極電極200。
進(jìn)而，在ρ阱層10的表面夾著單獨(dú)柵極電極200形成η+發(fā)射極層18。另外，在ρ 阱層10的表面，覆蓋單獨(dú)柵極電極200，形成層間絕緣膜82。
另外，覆蓋包含層間絕緣膜82的ρ阱層10，形成第1發(fā)射極電極2。在第1發(fā)射極電極2下，形成MOS晶體管。
在第1發(fā)射極電極2上形成第2發(fā)射極電極15，進(jìn)而在上層形成能焊接的第3發(fā)射極電極M。
第3發(fā)射極電極M能使用分成3層的電極，例如能作成第3發(fā)射極電極25(Ti)、 第3發(fā)射極電極^(Ni)、第3發(fā)射極電極27 (Au)。各電極以濺射或蒸鍍等方法進(jìn)行成膜， 并有選擇地蝕刻而構(gòu)成。
當(dāng)在芯片表面電極上進(jìn)行焊接時(shí)，能降低通電時(shí)的導(dǎo)通阻抗，并且與引線接合法相比，能提高直到與芯片的接合面剝離的壽命。通常，即便在焊接中芯片表面的柵極布線也阻礙焊接的自由度，但在本實(shí)施方式4中，由于結(jié)構(gòu)變?yōu)榈?發(fā)射極電極15經(jīng)層間絕緣膜 8覆蓋第1柵極布線5上，所以焊接的自由度上升。
這樣，在本實(shí)施方式中，得到以下效果，即在提高焊接的自由度的同時(shí)，降低通電時(shí)的導(dǎo)通阻抗、防止由封裝的模具應(yīng)力引起的電極變形。
<D_2.效果〉根據(jù)涉及本發(fā)明的實(shí)施方式4，在半導(dǎo)體裝置中，通過進(jìn)一步具備形成于第2發(fā)射極電極15上且可焊接的第3發(fā)射極電極24，從而使半導(dǎo)體裝置的耐壓穩(wěn)定化。另外，能抑制由模具應(yīng)力引起的電極變形。
另外，根據(jù)涉及本發(fā)明的實(shí)施方式4，在半導(dǎo)體裝置中，通過第3發(fā)射極電極25、 沈、27由Ti/Ni/Au的電極構(gòu)成，從而進(jìn)一步使半導(dǎo)體裝置的耐壓穩(wěn)定化。另外，能抑制由模具應(yīng)力引起的電極變形。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，雖然記載了各構(gòu)成要素的材質(zhì)、材料、實(shí)施條件等，但這些是示例，并不限于該記載。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 具備柵極電極，與多個(gè)單元的單獨(dú)柵極電極連接，在絕緣膜上有選擇地形成； 第1層間絕緣膜，覆蓋所述柵極電極的除上表面的一部分的區(qū)域，形成于所述絕緣膜上；第1柵極布線，經(jīng)未被所述第1層間絕緣膜覆蓋的所述上表面與所述柵極電極連接； 第2層間絕緣膜，覆蓋所述第1柵極布線的除上表面的一部分的區(qū)域，形成于所述第1 層間絕緣膜上；以及第2柵極布線，經(jīng)未被所述第2層間絕緣膜覆蓋的所述上表面與所述第1柵極布線連接，在俯視時(shí)，所述第2柵極布線的寬度比所述第1柵極布線的寬度寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具備第1場板電極，在俯視時(shí)，包圍形成有所述多個(gè)單元的單元區(qū)域； 第3層間絕緣膜，覆蓋所述第1場板電極的除上表面的一部分的區(qū)域；以及第2場板電極，經(jīng)未被所述第3層間絕緣膜覆蓋的所述上表面的一部分與所述第1場板電極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第2場板電極的厚度比所述第1場板電極的厚度厚。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具備第3場板電極，形成于所述第3層間絕緣膜上，在俯視時(shí)包圍所述單元區(qū)域， 所述第3場板電極在俯視時(shí)與所述第1場板電極部分重疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具備形成于所述第3層間絕緣膜上的保護(hù)膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具備鄰接于所述單獨(dú)柵極電極所形成的各單元的發(fā)射極層； 覆蓋所述單獨(dú)柵極電極所形成的第4層間絕緣膜； 在所述第4層間絕緣膜上與所述發(fā)射極層連接所形成第1發(fā)射極電極； 形成于所述第1發(fā)射極電極上的第5層間絕緣膜；以及配置在所述第5層間絕緣膜上的溫度傳感二極管的電極焊盤和/或所述溫度傳感二極管的布線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具備形成于所述第1發(fā)射極電極上的第2發(fā)射極電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 至少局部覆蓋所述第1柵極布線形成的所述第2層間絕緣膜，在所述局部部位，代替所述第2柵極布線，覆蓋包含所述第2層間絕緣膜上的區(qū)域形成的所述第2發(fā)射極電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具備形成于所述第2發(fā)射極電極上的可焊接的第3發(fā)射極電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第3發(fā)射極電極包含Ni。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第3發(fā)射極電極由Ti/Ni/Au的電極構(gòu)成。
12.—種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體裝置，具備柵極電極，與多個(gè)單元的單獨(dú)柵極電極連接，在絕緣膜上有選擇地形成； 第1層間絕緣膜，覆蓋所述柵極電極的除上表面的一部分的區(qū)域，形成于所述絕緣膜上；第1柵極布線，經(jīng)未被所述第1層間絕緣膜覆蓋的所述上表面與所述柵極電極連接； 第2層間絕緣膜，覆蓋所述第1柵極布線的除上表面的一部分的區(qū)域，形成于所述第1 層間絕緣膜上；以及第2柵極布線，經(jīng)未被所述第2層間絕緣膜覆蓋的所述上表面與所述第1柵極布線連接，在俯視時(shí)，所述第2柵極布線的寬度比所述第1柵極布線的寬度寬， 還具備鄰接于所述單獨(dú)柵極電極所形成的各單元的發(fā)射極層； 覆蓋所述單獨(dú)柵極電極所形成的第4層間絕緣膜； 在所述第4層間絕緣膜上與所述發(fā)射極層連接所形成第1發(fā)射極電極； 形成于所述第1發(fā)射極電極上的第5層間絕緣膜；配置在所述第5層間絕緣膜上的溫度傳感二極管的電極焊盤和/或所述溫度傳感二極管的布線；以及形成于所述第1發(fā)射極電極上的第2發(fā)射極電極，其中，所述溫度傳感二極管的電極焊盤以及所述溫度傳感二極管的布線在形成所述第 2柵極布線以及所述第2發(fā)射極電極的工序中形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述第1柵極布線、所述第1發(fā)射極電極以及所述第1場板電極在相同工序中形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述第2柵極布線、所述第2發(fā)射極電極以及所述第2場板電極在相同工序中形成。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，提供一種能增加單元的有效面積，抑制不平衡動作等的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。涉及本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具備第1柵極布線(5)，經(jīng)未被第1層間絕緣膜(8)覆蓋的上表面與柵極電極(20)連接；第2層間絕緣膜(80)，覆蓋第1柵極布線(5)的除上表面的一部分的區(qū)域，形成于第1層間絕緣膜(8)上；以及第2柵極布線(16)，經(jīng)未被第2層間絕緣膜(80)覆蓋的上表面與第1柵極布線(5)連接，在俯視時(shí)，第2柵極布線(16)的寬度比第1柵極布線(5)的寬度寬。
文檔編號H01L21/331GK102544002SQ201110265359
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者鈴木健司 申請人:三菱電機(jī)株式會社