JP7095615B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。 The techniques disclosed herein relate to semiconductor devices.
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。 Patent Document 1 discloses a semiconductor substrate and a semiconductor device having a plurality of wirings (for example, source wiring, gate wiring, drain wiring) provided on the semiconductor substrate. There is a gap between each wiring. At intervals between the wires, the top surface of the semiconductor substrate is covered with an oxide film. Further, each wiring and the surface of the oxide film are covered with a passivation film.
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。 In a semiconductor device as described above, an insulating resin may be used as a passivation film. When such a semiconductor device is used, thermal expansion occurs in each component such as wiring, oxide film, and insulating resin according to the temperature rise of the semiconductor substrate. Since the linear expansion coefficient of each component is different, the expansion rate of each component is different. Therefore, high stress is applied to each component. As a result, the insulating resin may be peeled from the oxide film in the vicinity of the wiring, and the metal may be extruded from the wiring in the peeled region. The metal extruded from the wiring extends along the interface between the insulating resin and the oxide film. A short circuit occurs when the metal extending along the interface between the insulating resin and the oxide film comes into contact with other wiring. The present specification provides a technique capable of suppressing a short circuit between wirings.
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。 As a result of diligent studies by the present inventors, it has been found that the above-mentioned short circuit is likely to occur when the distance between the two wirings is 100 μm or less. In view of this situation, the semiconductor device disclosed in the present specification has the following configuration.
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。 The semiconductor device disclosed in the present specification includes a SiC substrate, a first wiring, a second wiring, a groove portion, a silicon oxide film, and an insulating resin. The first wiring is arranged on the upper part of the SiC substrate and is composed of Al. The second wiring is arranged on the upper part of the SiC substrate, is composed of Al, and is separated from the first wiring. The groove is provided on the upper surface of the SiC substrate between the first wiring and the second wiring. The silicon oxide film covers the upper surface of the SiC substrate between the first wiring and the second wiring and the inner surface of the groove portion. The insulating resin covers the range straddling the first wiring, the silicon oxide film, and the second wiring. A part of the insulating resin is arranged in the groove portion and covers the surface of the silicon oxide film in the groove portion. The distance between the first wiring and the second wiring is 100 μm or less.
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。 The first wiring may be in contact with the upper surface of the SiC substrate. Further, another layer may be arranged between the first wiring and the SiC substrate. Similarly, the second wiring may be in contact with the upper surface of the SiC substrate. Further, another layer may be arranged between the second wiring and the SiC substrate.
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。 In the above semiconductor device, a groove is provided on the upper surface of the SiC substrate between the first wiring and the second wiring. Further, a part of the insulating resin is arranged in the groove portion and covers the surface of the silicon oxide film in the groove portion. Therefore, the interface between the insulating resin and the silicon oxide film extends along the groove. In this semiconductor device, consider a case where the metal extruded from the first wiring extends to the second wiring side along the interface between the insulating resin and the silicon oxide film due to stress. In this case, since the interface between the insulating resin and the silicon oxide film extends along the groove portion, the metal extruded from the first wiring extends along the interface (that is, following the groove portion). Therefore, in the above semiconductor device, the extension distance required for the metal extruded from the first wiring to reach the second wiring (that is, from the first wiring measured along the interface between the insulating resin and the silicon oxide film). The distance to the second wiring) is longer than the linear distance between the first wiring and the second wiring. Therefore, even if peeling occurs between the silicon oxide film and the insulating resin, a short circuit between the wirings is unlikely to occur.
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。
The
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。
As shown in FIG. 1, each
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。
The
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。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. As shown in FIG. 2, a
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。
As shown in FIG. 2, a
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。
The
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。
The
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。
When the
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。
In the
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。
In the above-described embodiment, the
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。
The relationship between the components of the above-described embodiment and the components of the claims will be described. The
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。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples exemplified above. The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques exemplified in the present specification or the drawings achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.
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 10: Semiconductor device, 12: SiC substrate, 12a: Top surface, 14: Gate wiring, 16: Source wiring, 18: Groove, 20: Silicon oxide film, 22: Insulation resin
Claims (1)
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。 With a SiC substrate
The first wiring, which is arranged on the upper part of the SiC substrate and is composed of Al,
The second wiring, which is arranged on the upper part of the SiC substrate, is composed of Al, and is separated from the first wiring, and
A groove provided on the upper surface of the SiC substrate between the first wiring and the second wiring, and
The upper surface of the SiC substrate between the first wiring and the second wiring, and the silicon oxide film covering the inner surface of the groove portion.
The first wiring, the silicon oxide film, and the insulating resin covering the range straddling the second wiring.
Have,
A part of the insulating resin is arranged in the groove portion and covers the surface of the silicon oxide film in the groove portion.
A semiconductor device in which the distance between the first wiring and the second wiring is 100 μm or less.
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