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JP7243737B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、耐湿性が要求される半導体装置に関する。
半導体装置において、半導体基板の上面に酸化膜が設けられ、その上にポリイミドが設けられている。しかし、酸化膜とポリイミドの密着性が弱いため、高湿下に晒され続けた場合、時間経過と共に終端領域のポリイミドと酸化膜の界面から水分が進展する。このため、最外周のガードリングとチャネルストッパの間で電界集中が起こるという問題があった。これに対し、耐湿性を向上させるために終端領域を長くすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
日本特開２０１５－２２０３３４号公報
終端領域を長くすると、電流が流れる有効領域が狭くなり、高電流密度化により損失特性が悪化し、チップサイズが大きくなってしまう。特にＳｉＣのような高価な材料は単位面積当たりのチップコストが非常に高価であるため、チップサイズが大きくなることは非常に大きな問題であった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は終端領域を長くすることなく、耐湿性を向上することができる半導体装置を得るものである。
本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に設けられた酸化膜と、前記半導体基板の前記上面に設けられたガードリングと、前記ガードリングと前記半導体基板の外端部との間の終端領域において前記酸化膜に直接的に接する有機絶縁膜とを備え、前記終端領域において前記半導体基板の前記上面に溝が設けられ、前記酸化膜が前記溝の内部に設けられ、前記溝は前記有機絶縁膜で埋め込まれていることを特徴とする。
本発明では、終端領域において半導体基板の上面に溝が設けられている。水分は有機絶縁膜の端から侵入して溝に沿って進展するため、水分が最外周のガードリングに達するまでの沿面距離が長くなる。また、溝は有機絶縁膜で埋め込まれているため、有機絶縁膜と酸化膜の密着性が向上する。これにより、有機絶縁膜の端からの水分の進展を防ぐことができるため、耐湿性を向上することができる。そして、終端領域を短く設計できるため、チップサイズが小さくなり、コストを低減することができる。
実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。 図１のＡ－Ｂに沿った断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。
実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。半導体基板１の中央部は電流が流れる有効領域２である。有効領域２にトランジスタ又はダイオードが設けられている。有効領域２の周りを囲むように半導体基板１の上面に複数のガードリング３が設けられている。
図２は、図１のＡ－Ｂに沿った断面図である。半導体基板１の上面に酸化膜４が設けられている。半導体基板１はシリコン基板であり、酸化膜４はシリコン酸化膜である。酸化膜４の上にガードリング３が選択的に設けられている。絶縁保護膜５がガードリング３を覆うように選択的に設けられている。ウェハ状態の半導体基板１がダイシングされてチップ状に加工され、ダイシングされた部分が半導体基板１の外端部になっている。
酸化膜４及び絶縁保護膜５の上に有機絶縁膜６が選択的に設けられている。有機絶縁膜６は例えばポリイミドである。最外周のガードリング３と半導体基板１の外端部との間の終端領域７において有機絶縁膜６は酸化膜４に直接的に接する。有機絶縁膜６は半導体基板１の外端部までは設けられていない。
本実施の形態では、終端領域７において半導体基板１の上面に少なくとも１つの溝８が設けられている。水分は有機絶縁膜６の端から侵入して溝８に沿って進展するため、水分が最外周のガードリング３に達するまでの沿面距離が長くなる。また、溝８は有機絶縁膜６で埋め込まれているため、有機絶縁膜６と酸化膜４の密着性が向上する。これにより、有機絶縁膜６の端からの水分の進展を防ぐことができるため、耐湿性を向上することができる。そして、終端領域７を短く設計できるため、チップサイズが小さくなり、コストを低減することができる。
実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。終端領域７において酸化膜４と有機絶縁膜６の間に複数の密着膜９が選択的に設けられている。密着膜９と有機絶縁膜６の密着性は有機絶縁膜６と酸化膜４の密着性よりも高い。密着膜９と酸化膜４の密着性は有機絶縁膜６と酸化膜４の密着性よりも高い。この密着膜９を設けることで有機絶縁膜６と酸化膜４の密着性が向上する。そして、密着膜９により水分の進展する界面が凸状になり、水分が最外周のガードリング３に達するまでの沿面距離が長くなる。この結果、耐湿性を更に向上することができる。
密着膜９の一部は有機絶縁膜６から半導体基板１の外側方向に突き出している。これにより、半導体基板１の外側方向に応力がかかった際の強度が強くなり、密着膜９が剥がれ難くなる。
密着膜９は複数設けられているため、水分の進展する界面が凹凸状になる。従って、水分が最外周のガードリング３に達するまでの沿面距離が長くなるため、耐湿性を向上することができる。よって、終端領域７を短く設計できるため、チップサイズが小さくなり、コストを低減することができる。
密着膜９はＣＶＤで堆積したテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）膜である。ＴＥＯＳ膜の表面には有機絶縁膜６のポリイミドが食い込むような凹凸が多く存在する。このため、そのような凹凸がほとんどない熱酸化膜などに比べて、密着膜９と有機絶縁膜６との密着性が高くなる。
また、密着膜９は絶縁保護膜５と同じ材料のＳｉｎＳｉＮからなることが好ましい。これにより、工程追加を伴わずに密着膜９の形成が可能となる。
なお、半導体基板１は、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。界面の電界強度が高く設計されているワイドバンドギャップ半導体装置に本発明は特に有効である。
ワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体装置は、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された半導体装置を用いることで、この半導体装置を組み込んだ半導体モジュールも小型化できる。また、半導体装置の耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体モジュールを更に小型化できる。また、半導体装置の電力損失が低く高効率であるため、半導体モジュールを高効率化できる。
１ 半導体基板、３ ガードリング、４ 酸化膜、５ 絶縁保護膜、６ 有機絶縁膜、７ 終端領域、８ 溝、９ 密着膜

Claims (8)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の上面に設けられた酸化膜と、
    前記半導体基板の前記上面に設けられたガードリングと、
    前記ガードリングと前記半導体基板の外端部との間の終端領域において前記酸化膜に直接的に接する有機絶縁膜とを備え、
    前記終端領域において前記半導体基板の前記上面に溝が設けられ、
    前記酸化膜が前記溝の内部に設けられ、
    前記溝は前記有機絶縁膜で埋め込まれていることを特徴とする半導体装置。
  2. 半導体基板と、
    前記半導体基板の上面に設けられた酸化膜と、
    前記半導体基板の前記上面に設けられたガードリングと、
    前記ガードリングと前記半導体基板の外端部との間の終端領域において前記酸化膜に直接的に接する有機絶縁膜と、
    前記終端領域において前記酸化膜と前記有機絶縁膜の間に設けられた密着膜とを備え、
    前記終端領域において前記半導体基板の前記上面に溝が設けられ、
    前記溝は前記有機絶縁膜で埋め込まれ、
    前記密着膜と前記有機絶縁膜の密着性は前記有機絶縁膜と前記酸化膜の密着性よりも高く、
    前記密着膜と前記酸化膜の密着性は前記有機絶縁膜と前記酸化膜の密着性よりも高いことを特徴とする半導体装置。
  3. 前記密着膜の一部は前記有機絶縁膜から前記半導体基板の外側方向に突き出していることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記密着膜は複数設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置。
  5. 前記密着膜はテトラエトキシシラン膜であることを特徴とする請求項２～４の何れか１項に記載の半導体装置。
  6. 前記ガードリングを覆う絶縁保護膜を更に備え、
    前記密着膜は前記絶縁保護膜と同じ材料からなることを特徴とする請求項２～４の何れか１項に記載の半導体装置。
  7. 前記有機絶縁膜はポリイミドであることを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の半導体装置。
  8. 前記半導体基板はワイドバンドギャップ半導体からなることを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載の半導体装置。
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