半导体装置的制作方法

本发明公开的技术涉及半导体装置。

背景技术：

专利文献1中公开的半导体装置具有：半导体基板、第一金属层、保护绝缘膜、以及第二金属层。第一金属层覆盖半导体基板的表面。保护绝缘膜覆盖第一金属层的表面的一部分。第二金属层由构成第一金属层的金属(alsi)之外的金属(ni)构成。第二金属层对第一金属层的表面中未被保护绝缘膜覆盖的范围进行覆盖。另外，第二金属层与保护绝缘膜的端部接触。所以，保护绝缘膜的端部成为第一金属层、第二金属层以及保护绝缘膜相互接触的三重接触部。

专利文献2中公开了具有接触栓塞的半导体装置。接触栓塞由金属构成，并以贯穿层间绝缘膜的方式设置。接触栓塞与半导体基板接触。层间绝缘膜和接触栓塞的表面被金属层覆盖。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2015-233035号公报。

专利文献2：日本特开2017-054928号公报。

专利文献1的半导体装置中，当半导体装置的温度变化时，会在三重接触部处产生较大的热应力。如果对三重接触部反复施加热应力，则可能会以三重接触部为起点而在第一金属层上产生裂纹。如果裂纹从三重接触部发展到半导体基板的工作区域，则可能会导致半导体装置的特性劣化。

另外，如上所述，专利文献2中公开了具有接触栓塞的半导体装置。多数情况下，半导体基板的工作区域内设置有以条纹状延伸的多个接触栓塞。通过设置接触栓塞，能够抑制其上部的电极层的热膨胀，能够抑制电极层处的裂纹的产生。

可以将专利文献1的构造与专利文献2的构造进行组合。即，可以在工作区域内设置以条纹状延伸的接触栓塞，并在工作区域周围的外周区域设置保护绝缘膜。保护绝缘膜的端部可以与专利文献1同样地形成三重接触部的构造。该情况下，如图9所示，在工作区域120与外周区域124之间的边界部的局部，工作区域120内的接触栓塞132向保护绝缘膜116的端部116a(即，沿x方向)延伸。沿x方向延伸的接触栓塞能够抑制第一金属层沿y方向(沿着端部116a的方向)的热膨胀，但另一方面，抑制第一金属层沿x方向的热膨胀的效果较差。因此，抑制从保护绝缘膜116的端部116a(即，三重接触部)向工作区域120延伸的裂纹的效果较差。因此，可能会产生深入工作区域120内的裂纹。所以，本发明提出一种能够抑制从三重接触部向工作区域发展的裂纹产生的半导体装置。

技术实现要素：

本发明公开的半导体装置具备：半导体基板、层间绝缘膜、接触栓塞、第一金属层、保护绝缘膜、以及第二金属层。所述层间绝缘膜设置在所述半导体基板上。所述接触栓塞由金属构成，贯穿所述层间绝缘膜并与所述半导体基板接触。所述第一金属层覆盖所述层间绝缘膜的表面和所述接触栓塞的表面。所述保护绝缘膜覆盖所述第一金属层的表面的一部分。所述第二金属层由构成所述第一金属层之外的金属构成，覆盖所述第一金属层的表面，并与所述保护绝缘膜的端部接触。在沿所述半导体基板的厚度方向观察时，所述半导体装置具备：外周区域，其设置有所述保护绝缘膜；工作区域，其配置有多个所述接触栓塞的第一部分；以及中间区域，其位于所述外周区域与所述工作区域之间，并且配置有所述接触栓塞的至少一个第二部分。所述第一部分是朝向所述保护绝缘膜的所述端部延伸的部分。所述第二部分是沿着所述保护绝缘膜的所述端部延伸的部分。

该半导体装置中，外周区域与工作区域之间的中间区域设置有沿着保护绝缘膜的端部延伸的接触栓塞的第二部分。因此，通过接触栓塞的第二部分，能够抑制第一金属层在从保护绝缘膜的端部(即三重接触部)朝向工作区域的方向上的热膨胀。因此，能够抑制从保护绝缘膜的端部(即三重接触部)朝向工作区域发展的裂纹产生。所以，根据该半导体装置，难以出现到达工作区域的裂纹。因此，该半导体装置具有较高的可靠性。

附图说明

图1是半导体装置10的俯视图。

图2是图1的范围a的放大图。

图3是沿着图2的iii-iii线的剖视图。

图4是沿着图2的iv-iv线的剖视图。

图5是沿着图2的v-v线的剖视图。

图6是沿着图2的vi-vi线的剖视图。

图7是变形例的半导体装置与图2对应的放大图。

图8是变形例的半导体装置与图2对应的放大图。

图9是变形例的半导体装置与图2对应的放大图。

具体实施方式

图1所示的半导体装置10具有半导体基板12。半导体基板12由硅构成。另外，以下，将与半导体基板12的上表面平行的一个方向称为x方向，将与半导体基板12的上表面平行且与x方向正交的方向称为y方向，将半导体基板12的厚度方向称为z方向。半导体基板12的线膨胀系数为约4×10^-6/℃。半导体基板12的上表面设置有电极、保护绝缘膜16等。另外，图1、图2中，半导体装置10的上表面中被保护绝缘膜16覆盖的范围由灰色阴影线示出。如图1所示，在半导体装置10的上表面露出两个发射极14和多个信号电极15。在这些电极14、15周围露出保护绝缘膜6。

图2是图1的范围a的放大图。图2将设置有保护绝缘膜16的范围与没有设置保护绝缘膜16的范围之间的边界部放大表示。以下，将从上侧观察半导体装置10时设置有保护绝缘膜16的区域(发射极14周围的区域)称为外周区域24。如图2、图3所示，在没有设置保护绝缘膜16的范围内的半导体的上表面设置有多个沟槽30a。另外，图2中，为了便于观察附图，用斜阴影线示出沟槽30a。如图2所示，各沟槽30a在半导体基板12的上表面沿x方向以直线状延伸。多个沟槽30a在y方向上具有间隔地排列。如随后详细描述所述，在多个沟槽30a所分布的范围内形成有igbt(insulatedgatebipolartransistor)。以下，将从上侧观察半导体装置10时设置有多个沟槽30a的区域(即设置有igbt的区域)称为工作区域20。如图2所示，外周区域24与工作区域20之间设置有间隔。以下，将外周区域24与工作区域20之间的区域称为中间区域22。

如图3所示，各沟槽30a的内表面被栅极绝缘膜40覆盖。各沟槽30a内设置有栅极30。各栅极30通过栅极绝缘膜40相对于半导体基板12绝缘。

如图3、图5、图6所示，半导体基板12的上表面设置有层间绝缘膜50。层间绝缘膜50由氧化硅构成。层间绝缘膜50的线膨胀系数为约0.5×10^-6/℃。如图5、图6所示，层间绝缘膜50横跨工作区域20、中间区域22以及外周区域24从而覆盖半导体基板12的上表面。层间绝缘膜50上设置有多个接触孔33、34。如图3所示，在工作区域20内，各个沟槽30a之间的位置处设置有接触孔33。如图2所示，从上侧观察半导体装置10时，工作区域20内的各接触孔33与沟槽30a平行地沿x方向以直线状延伸。另外，如图2所示，从上侧观察半导体装置10时，中间区域22以及外周区域24中设置有在y方向上以直线状延伸的接触孔34。中间区域22与外周区域24中各自设置有多个接触孔34。

如图3～6所示，各接触孔33、34的内表面和层间绝缘膜50的上表面被金属阻障层58覆盖。金属阻障层58是由tin等构成的金属层。金属阻障层58在接触孔33、34内部与半导体基板12接触。另外，各接触孔33、34的内部设置有w层56。w层56由钨构成，并毫无间隙地填充接触孔33、34的内部。w层56覆盖接触孔33、34内部的金属阻障层58的表面。金属阻障层58防止金属原子从w层56扩散至半导体基板12。以下，将接触孔33内部的金属阻障层58和w层56称为接触栓塞32a，将接触孔34内部的金属阻障层58和w层56称为接触栓塞32b。接触栓塞32a、32b对于层间绝缘膜50从上表面直至下表面进行贯穿，与半导体基板12接触。如图2所示，工作区域20内的各接触栓塞32a沿x方向以直线状延伸。即，各接触栓塞32a沿着从工作区域20的中心侧朝向外周区域24的方向延伸。中间区域22以及外周区域24内的各接触栓塞32b沿y方向以直线状延伸。即，各接触栓塞32b沿着保护绝缘膜16的中间区域22侧的端部16a延伸。

如图3～6所示，w层56的上表面和接触孔33、34外部的金属阻障层58的上表面被alsi层52覆盖。alsi层52由铝和硅形成的合金构成。如图5、图6所示，alsi层52横跨工作区域20、中间区域22以及外周区域24延伸。alsi层52的线膨胀系数为约19×10^-6/℃。

如图5、图6所示，外周区域24内的alsi层52的上表面被上述保护绝缘膜16覆盖。保护绝缘膜16由聚酰亚胺构成。保护绝缘膜16的线膨胀系数为约25×10^-6/℃，与alsi层52的线膨胀系数相比较高。

如图3～6所示，工作区域20内和中间区域22内的alsi层52的上表面被ni层54覆盖。ni层54由镍构成。如图5、图6所示，ni层54在保护绝缘膜16的端部16a的附近处覆盖保护绝缘膜16的上表面。ni层54的线膨胀系数为约13×10^-6/℃，与alsi层52的线膨胀系数以及保护绝缘膜16的线膨胀系数相比较低。保护绝缘膜16的端部16a(即外周区域24与中间区域22之间的边界部)成为alsi层52、保护绝缘膜16以及ni层54相互接触的三重接触部。

由接触栓塞32a、32b、alsi层52以及ni层54构成上述发射极14。

如图2所示，在保护绝缘膜16的下部设置有栅极配线36。栅极配线36在未图示的位置处与各个栅极30连接。

如图3～6所示，半导体基板12具有上部体区48、分离区46、下部体区44、以及漂移区42。上部体区48为p型，在半导体基板12的上表面附近与栅极绝缘膜40和接触栓塞32a、32b接触。分离区46为n型，位于上部体区48的下侧且与栅极绝缘膜40接触。下部体区44为p型，位于分离区46的下侧且与栅极绝缘膜40接触。漂移区42为n型，位于下部体区44的下侧(沟槽30a的下端)且与栅极绝缘膜40接触。另外，虽然没有图示，但半导体基板12具有发射极区和集电极区。发射极区为n型，位于半导体基板12的上表面附近且与栅极绝缘膜40和接触栓塞32a接触。发射极区通过上部体区48与分离区46分隔开。集电极区为p型，配置在漂移区42的下侧。集电极区与设置在半导体基板12的下表面的集电极(省略图示)接触。

在工作区域20内形成有igbt，其与栅极30的电位对应而控制发射极14与集电极之间的电流。如果使栅极30的电位上升至阈值以上，则在与栅极绝缘膜40接触的范围内，在上部体区48和下部体区44之间形成沟道。因此，电流从集电极向发射极14流动。如果使栅极30的电位降低至小于阈值，则沟道消失，电流停止。

如果igbt反复导通和断开，则半导体装置10的温度变化。如果半导体装置10的温度变化，则在半导体装置10的内部产生热应力。此时，由于在保护绝缘膜16的端部16a处，线膨胀系数彼此不同的保护绝缘膜16、alsi层52以及ni层54相互接触，所以在端部16a处产生较大的热应力。通过在端部16a处反复产生较大的热应力，可能会以端部16a为起点而在alsi层52上产生裂纹。如果在alsi层52上产生的裂纹发展至工作区域20，则会导致半导体装置10的特性劣化。然而，本实施方式的半导体装置10中，在位于保护绝缘膜16的端部16a与工作区域20之间的中间区域22中设置有接触栓塞32b。如图5、图6所示，接触栓塞32b以贯穿层间绝缘膜50而到达半导体基板12的方式设置。如上所述，由于接触栓塞32b以进入层间绝缘膜50且到达线膨胀系数较低的半导体基板12的方式设置，所以通过锚固效果抑制alsi层52的热膨胀。因此，抑制在alsi层52中产生的热应力。特别是，根据沿y方向以直线状延伸的接触栓塞32b，能够抑制alsi层52沿x方向的热膨胀。因此，能够有效地抑制沿x方向延伸的裂纹产生。即，本实施方式中，利用接触栓塞32b，能够有效地抑制从保护绝缘膜16的端部16a向工作区域20一侧发展的裂纹产生。所以，半导体装置10中，裂纹难以到达工作区域20，特性劣化不易发生。因此，半导体装置10具有较高的可靠性。

另外，图9所示的对比例的半导体装置中，栅极130延伸至外周区域124内的栅极配线136的下部为止，在该位置栅极130与栅极配线136连接。工作区域120内的接触栓塞132延伸至外周区域124为止(即直至保护绝缘膜16的下部为止)。图9的结构中，在保护绝缘膜116的端部116a处，抑制alsi层向x方向的热膨胀的效果较差。所以，端部116a(即三重接触部)处容易产生较大的热应力，容易以端部116a为起点而产生向工作区域120延伸的裂纹。对此，通过如图2所示在中间区域22中设置沿y方向延伸的接触栓塞32b，能够有效地抑制向工作区域20延伸的裂纹产生。特别是，由于在中间区域22中在x方向上具有间隔地设置多个接触栓塞32b，所以能够更有效地抑制在alsi层中产生的热应力。因此，能够更有效地抑制向工作区域20延伸的裂纹产生。

另外，如图2所示，通过在外周区域24内也设置沿y方向延伸的接触栓塞32b，能够降低施加在alsi层52(特别是三重接触部处的alsi层52)的应力，能够进一步抑制裂纹。

此外，接触栓塞32b也可以如图7所示以局部中断的方式设置。图7中，在接触栓塞32b中断的范围内，栅极30延伸至栅极配线36的下部为止，在该位置栅极30与栅极配线36连接。这样的结构也能够通过接触栓塞32b抑制向工作区域20侧发展的裂纹产生。另外，也可以如图8所示，在工作区域20内，利用沿y方向延伸的栅极30与沿x方向延伸的栅极30相互连接。

另外，在上述实施方式中，ni层54覆盖端部16a附近的保护绝缘膜16的上表面。然而，只要ni层54与保护绝缘膜16的端部16a接触即可，ni层54也可以不覆盖保护绝缘膜16的上表面。

另外，在上述实施方式中，在工作区域20中形成有igbt，但也可以是在工作区域20中形成mosfet或二极管等其他元件。

以下对实施方式的结构要素与权利要求的结构要素之间的关系进行说明。实施方式的alsi层是权利要求的第一金属层的一个示例。实施方式的ni层是权利要求的第二金属层的一个示例。实施方式的接触栓塞32a是权利要求的接触栓塞的第一部分的一个示例。实施方式的接触栓塞32b是权利要求的接触栓塞的第二部分的一个示例。

以下列出本发明公开的技术要素。另外，以下各技术要素能够各自独立地应用。

本发明公开的一个例子的半导体装置中，中间区域中设置有多个接触栓塞的第二部分。

根据该结构，能够更有效地抑制裂纹从三重接触部向工作区域发展。

以上对实施方式进行了详细说明，但其仅为例示，并不限定权利要求保护的范围。权利要求书所记载的技术包括将以上所例示的具体例子进行各种变形、变更后的内容。本说明书或说明书附图中所说明的技术要素单独或者进行过各种组合而能够产生技术效果，并不限定于本发明的权利要求书所记载的组合。另外，本说明书或说明书附图所例示的技术是同时实现多个目的的技术，当然仅实现其中一个目的这一点也具有技术效果。

标号的说明

10…半导体装置

12…半导体基板

14…发射极

15…信号电极

16…保护绝缘膜

20…工作区域

22…中间区域

24…外周区域

30…栅极

30a…沟槽

32a…接触栓塞

32b…接触栓塞

40…栅极绝缘膜

42…漂移区

44…下部体区

46…分离区

48…上部体区

50…层间绝缘膜

52…alsi层

54…ni层

56…w层

58…金属阻障层