半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体装置。
【背景技术】
[0002]搭载功率半导体装置、例如绝缘栅型双极晶体管(IGBT)、续流二极管(FWD)、绝缘栅型场效应晶体管(MOSFET)等器件的半导体模块装置的高耐压化正在发展。为了提高该半导体模块装置的耐压，需要提高所搭载的各个器件的耐压。一般地，在搭载于功率半导体装置的各个半导体片分别设置有活性区域，该活性区域是形成在半导体衬底的中央部的半导体功能区域。在活性区域的表面设置有与活性区域接触的金属电极。活性区域是在导通状态时流过主电流的区域。
[0003]在半导体功能区域(活性区域)的周围，以包围半导体功能区域的周端部的衬底正面侧的pn主结的外侧的方式配置有边缘终端区域。该边缘终端区域具有电场缓和结构，该电场缓和结构用于防止对于对衬底正面侧的pn主结(以下仅为pn主结)施加反向偏压时产生的电场，产生比半导体功能区域的底部中央部(衬底背面侧的部分的中央部)的电场高的高电场部位。电场缓和结构是指使漂移区域的衬底正面侧的电场缓和而保持耐压的区域。作为这样的电场缓和结构，设置保护环、覆盖保护环的场板等。
[0004]场板具有使容易在边缘终端区域产生的高电场缓和的功能。具体地说，场板使对pn主结施加反向偏压时随着逆向电压的上升而从pn主结主要向漂移层侧延伸的耗尽层在边缘终端区域比在半导体功能区域的底部中央部更容易延伸。由此，等电位线的间隔扩大，因此在边缘终端区域产生的高电场被缓和。并且，场板具有以下功能:通过屏蔽在边缘终端区域的衬底正面附近由于模制树脂等而产生的外来电荷(游离离子等)，来抑制半导体衬底正面的、与模制树脂之间的界面附近的电场的变动。通过场板来抑制电场的变动，从而能够保持耐压可靠性。
[0005]这样的场板例如是将多个金属膜层叠而成，为了使其形成所需要的工艺简单化，大多通过与引线接合用焊盘电极金属膜(包含1.5%的比例的硅(Si)的铝(Al)合金膜(Al-Si (1.5%)合金膜)等)、栅电极用多晶硅膜、扩散防止用势皇金属等中的某一个的形成同时的工艺来形成。铝合金膜等焊盘电极金属膜由于根据其目的而厚度(膜厚)厚达5 μπι以上以及在图案加工(图案形成)时需要侧蚀量多的湿蚀刻，从而优选被应用于易于使场板间隔宽的最上层的场板。栅电极用多晶硅膜或者扩散防止用势皇金属由于I μπι以下薄的厚度合适且能够在图案加工中利用干蚀刻，因此特别适合于需要窄的环间隔的下层场板的形成。
[0006]接着，对以往的半导体装置的边缘终端区域的结构进行说明。图2是表示以往的半导体装置的边缘终端区域的结构的截面图。图2的(a)中示出包围主电流流动的活性区域201的外周的边缘终端区域200的主要部分截面图。图2的(b)中示出图2的(a)的虚线框内的放大截面图。如图2所示，在半导体衬底I的活性区域201的外周设置有包围活性区域201的外周的边缘终端区域200。在边缘终端区域200设置有包括保护环2以及第一、第二场板4、7的电场缓和结构。
[0007]具体地说，在边缘终端区域200中，在半导体衬底I的正面侧的表面层，五个保护环2设置成包围活性区域201的大致环状。另外，在半导体衬底I的正面，在保护环2上隔着层叠体设置有第二场板7，该层叠体是场绝缘膜3、第一场板4以及层间绝缘膜5依次层叠而成的。第一场板4经由场绝缘膜3的接触孔与保护环2接触。第二场板7由铝合金(Al-Si合金)构成，与形成于活性区域201的衬底正面的主电极同时形成。
[0008]第二场板7不需要设置在所有的保护环2上。即，在多个保护环2中也可以存在其上方不层叠形成第二场板7的保护环2。通过设为例如针对多个保护环2隔一个地配置第二场板7那样的结构，能够扩大第二场板7间的间隔。因此，即使在通过湿蚀刻对厚度厚的铝合金膜进行图案加工来形成第二场板7的情况下，对铝合金膜进行图案加工时也不会产生问题而能够在短时间内进行处理，由于存在这种优点，因此优选。
[0009]接着，参照图2的(b)详细地说明场绝缘膜3、第一场板4以及层间绝缘膜5的结构。场绝缘膜3形成在半导体衬底I的正面。在场绝缘膜3上，在与各个保护环2的表面对应的位置处设置有接触孔。第一场板4由形成在场绝缘膜3上的多晶硅膜构成。作为第一场板4而被粘附的多晶硅膜在场绝缘膜3的接触孔的内部与保护环2的表面接触。该多晶硅膜(第一场板4)与活性区域201的栅电极(未图示)同时形成。
[0010]第一场板4的端部突出到形成于保护环2间的表面的场绝缘膜3上以能够适当地发挥第一场板4的功能。由于该多晶硅膜(第一场板4)为薄膜(lym)，因此能够利用干蚀刻进行微细的图案加工。因此，能够使第一场板4的间隔比成为第二场板7的铝合金膜的图案间隔窄。因而，能够减少外来电荷对半导体衬底I的正面附近的电场产生的不良影响。
[0011]在第一场板4的图案加工之后，与活性区域201中的层间绝缘膜的形成同时地在第一场板4上形成层间绝缘膜5。然后，在层间绝缘膜5之上，铝合金膜作为第二场板7而与活性区域201中的该电极膜同时地形成。在第二场板7上形成作为覆盖衬底正面整个面的表面保护膜的聚酰亚胺膜8。虽然在图2中没有示出，但是第一场板4和第二场板7通过各个保护环2的省略图示的部分(例如角部)相互接触。因此，第一、第二场板4、7都与保护环2表面成为等电位。
[0012]关于具备这样的场板的半导体装置，提出了如下面那样的公知文献。公开了一种具备双层的场板结构的装置(例如，参照下述专利文献I。)，该双层的场板结构包括隔着绝缘膜设置在环状的保护环上的薄的多晶硅膜以及隔着绝缘膜层叠在多晶硅膜上的比多晶硅膜厚的金属膜。还公开了一种设置场板结构并且在铝电极与半导体衬底的连接处插入势皇金属的结构(例如，参照下述专利文献2。)。还公开了以下一种装置，该装置具备在半导体功能区域上设置的势皇金属层，或者具备在半导体功能区域上设置的包括势皇金属层和形成在势皇金属层上的铝层的电极(例如，参照下述的专利文献3。)。
[0013]专利文献1:日本特开2008-193043号公报(图1、摘要)
[0014]专利文献2:日本特开2009-117715号公报(0036段)
[0015]专利文献3:日本特开2001-44414号公报(图1、摘要)
【发明内容】
_6] 发明要解决的问题
[0017]然而，在上述现有技术中，第一场板4的厚度(例如Iym以下)远薄于第二场板7的厚度(例如5 μπι以上)，因此针对外来电荷的屏蔽效果并不能说充分。因而，有可能耐压可靠性产生问题。
[0018]本发明目的在于为了解决上述现有技术的问题点而提供如下一种半导体装置:即使是具备设置在半导体衬底的表面的第一场板以及以夹持绝缘膜的方式设置在第一场板上的厚度比第一场板厚的第二场板的结构，也能够提高针对外来电荷的屏蔽效果。
_9] 用于解决问题的方案
[0020]为了解决上述问题并达到本发明的目的，本发明所涉及的半导体装置具有下面的特征。在半导体衬底的一个主面侧设置有活性区域。设置有包围上述活性区域的周围的边缘终端区域。在上述边缘终端区域中，在上述半导体衬底的一个主面的表面层设置有多个保护环。另外，在上述保护环上设置有与上述保护环等电位的场板。电场缓和机构包括上述保护环和上述场板。上述场板包括第一场板、第二场板。上述第一场板设置在上述保护环的表面。上述第二场板隔着层间绝缘膜设置在上述第一场板上。另外，上述第二场板以比上述第一场板间的间隔宽的间隔配置。上述第二场板比上述第一场板的厚度厚。在上述第二场板与上述层间绝缘膜之间设置有与上述第二场板导电接触的势皇金属膜。上述势皇金属膜间的间隔与上述第一场板间的间隔大致相等。
[0021]另外，本发明所涉及的半导体装置优选为，在上述发明中，上述势皇金属膜以熔点比上述第二场板的熔点高的金属作为主要成分。
[0022]另外，本发明所涉及的半导体装置更优选为，在上述发明中，上述势皇金属膜以钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛鹤、钼中的任一个作为主要成分。
[0023]另外，本发明所涉及的半导体装置优选为，在上述发明中，上述势皇金属膜的厚度为50nm以上且300nm以下。
[0024]另外，本发明所涉及的半导体装置优选为，在上述发明中，上