WO2021225119A1 - 半導体装置 - Google Patents

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semiconductor device
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佑紀 中野
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ローム株式会社
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    • H01L2224/05624Aluminium [Al] as principal constituent
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    • H01L2224/05638Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2224/056Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05638Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05639Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/056Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05638Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05644Gold [Au] as principal constituent
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    • H01L2224/05638Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05647Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/05638Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05655Nickel [Ni] as principal constituent
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    • H01L2224/05663Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05664Palladium [Pd] as principal constituent
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    • H01L2224/05663Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05666Titanium [Ti] as principal constituent
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    • H01L2224/05686Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
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    • H01L2224/06Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601Structure
    • H01L2224/0603Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
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    • H01L2224/0605Shape
    • H01L2224/06051Bonding areas having different shapes
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    • H01L2224/061Disposition
    • H01L2224/0618Disposition being disposed on at least two different sides of the body, e.g. dual array
    • H01L2224/06181On opposite sides of the body
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    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
    • H01L2224/291Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
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    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
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    • H01L2224/29299Base material
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    • H01L2224/29338Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29339Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/29298Fillers
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    • H01L2224/293Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29338Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2224/4911Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
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    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
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    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692Surface layout
    • H01L29/0696Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
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    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
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    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
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    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
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    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation

Definitions

  • Patent Document 1 discloses a semiconductor device including a gate pad electrically connected to an IGBT gate electrode.
  • Patent Document 2 discloses a technique relating to a vertical semiconductor device including a semiconductor layer made of SiC.
  • the semiconductor device according to Patent Document 1 includes a gate pad for supplying power to the gate electrode. Since the gate pad is wire-bonded, it needs to have a certain size or more. However, the region directly below the gate pad is an inactive region that cannot be operated as a transistor. Therefore, when the size of the pad is secured, there is a problem that the operating region (active region) in which the transistor can operate is narrowed.
  • one embodiment of the present invention provides a semiconductor device capable of securing a wide operating range.
  • One embodiment of the present invention is a semiconductor device including a vertical transistor, which has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and contains SiC as a main component.
  • the second main electrode of the vertical transistor provided on the second main surface, the first electrode covering a part of the first main surface, and the first electrode in a plan view are spaced apart from each other.
  • a second electrode provided and a first electrode pad that overlaps the first electrode in a plan view and is electrically connected to the first electrode are provided, and the first electrode is the first electrode in a plan view.
  • a semiconductor device smaller than the first electrode pad.
  • a semiconductor layer having a main surface and containing SiC as a main component, a gate structure formed on the main surface, and a gate structure formed on the main surface so as to cover the gate structure.
  • a gate main electrode arranged on the insulating layer and electrically connected to the gate structure, and arranged on the gate main electrode so as to be connected to the gate main electrode.
  • a semiconductor device including a connection portion connected to the gate main electrode in a first area in a plan view, and a gate pad electrode including an electrode surface having a second area exceeding the first area in a plan view. do.
  • a semiconductor layer having a main surface, an active region provided in the semiconductor layer, an inactive region provided in a region outside the active region in the semiconductor layer, and a plurality of gate structures formed in the active region.
  • An insulating layer formed on the main surface so as to cover the plurality of the gate structures, and arranged on the insulating layer so as to be electrically connected to the plurality of the gate structures, in a plan view.
  • a semiconductor device including.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a vertical transistor included in the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of the semiconductor device shown in FIG.
  • FIG. 4 is a plan view taken along the line IV-IV shown in FIG.
  • FIG. 5 is a plan view taken along the line VV shown in FIG.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing a step after FIG. 6A.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view showing a step after FIG. 6B.
  • FIG. 6D is a cross-sectional view showing the steps after FIG. 6C.
  • FIG. 6E is a cross-sectional view showing the steps after FIG. 6D.
  • FIG. 6F is a cross-sectional view showing a step after FIG. 6E.
  • FIG. 6G is a cross-sectional view showing a step after FIG. 6F.
  • FIG. 6H is a cross-sectional view showing a step after FIG. 6G.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a plan view of the semiconductor device shown in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a plan view taken along the line IX-IX shown in FIG.
  • FIG. 10 is a plan view showing a modified example of the semiconductor device according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view showing the upper surface of the electrode of the semiconductor device shown in FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a main part of the semiconductor device according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of the semiconductor device shown in FIG.
  • FIG. 14 is a plan view along the line XIV-XIV shown in FIG.
  • FIG. 15 is a plan view showing a modified example of the semiconductor device according to the third embodiment.
  • FIG. 16 is a plan view showing the upper surface of the electrode of the semiconductor device shown in FIG.
  • FIG. 17 is a rear view showing an example of the semiconductor package according to the fourth embodiment.
  • FIG. 18 is a front view showing the internal structure of the semiconductor package shown in FIG.
  • FIG. 19 is a front view showing another example of the semiconductor package according to the fourth embodiment.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing a main part of the semiconductor device according to the first modification of each of the above-described embodiments.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a main part of the semiconductor device according to the second modification of each of the above-described embodiments.
  • the terms “upper” and “lower” do not refer to the upward (vertically upward) and downward (vertically downward) directions in absolute spatial recognition, but are relative based on the stacking order in the stacking configuration. It is used as a term defined by the positional relationship. Specifically, the description will be described with one first main surface side of the semiconductor layer as the upper side (upper side) and the other second main surface side as the lower side (lower side). When the semiconductor device (vertical transistor) is actually used, the first main surface side may be the lower side (lower side) and the second main surface side may be the upper side (upper side). Alternatively, the semiconductor device (vertical transistor) may be used in a posture in which the first main surface and the second main surface are inclined or orthogonal to the horizontal plane.
  • the terms “upper” and “lower” are applied when the two components are spaced apart from each other so that another component is interposed between the two components. It is also applied when the two components are arranged so that the two components are in close contact with each other.
  • the x-axis, y-axis, and z-axis indicate the three axes of the three-dimensional Cartesian coordinate system.
  • the "stacking direction” means a direction orthogonal to the main surface of the semiconductor layer.
  • the "planar view” means a view from a direction perpendicular to the first main surface of the semiconductor layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a vertical transistor 2 included in the semiconductor device 1 according to the first embodiment.
  • the shading indicating the cross section of the semiconductor layer 10 is not provided.
  • the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 is an example of a switching device and includes a vertical transistor 2.
  • the vertical transistor 2 is, for example, a vertical MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor).
  • the semiconductor device 1 includes a semiconductor layer 10, a gate electrode 20, a source electrode 30, and a drain electrode 40.
  • the semiconductor device 1 includes a semiconductor layer 10 containing SiC (silicon carbide) as a main component as an example of a wide bandgap semiconductor.
  • the semiconductor layer 10 is an n-type SiC semiconductor layer containing a SiC single crystal.
  • the SiC single crystal is, for example, a 4H-SiC single crystal.
  • the 4H-SiC single crystal has an off-angle inclined within 10 ° with respect to the [11-20] direction from the (0001) plane.
  • the off angle may be 0 ° or more and 4 ° or less.
  • the off angle may be greater than 0 ° and less than 4 °.
  • the off angle is set, for example, to a range of 2 ° or 4 °, or a range of 2 ° ⁇ 0.2 ° or a range of 4 ° ⁇ 0.4 °.
  • the semiconductor layer 10 is formed in the shape of a rectangular parallelepiped chip.
  • the semiconductor layer 10 has a first main surface 11 on one side and a second main surface 12 on the other side.
  • the semiconductor layer 10 has a semiconductor substrate 13 and an epitaxial layer 14.
  • the semiconductor substrate 13 is formed as an n + type drain region.
  • the epitaxial layer 14 is formed as an n- type drain drift region.
  • the semiconductor substrate 13 contains a SiC single crystal.
  • the lower surface of the semiconductor substrate 13 is the second main surface 12.
  • the second main surface 12 is a carbon surface (000-1) surface on which the carbon of the SiC crystal is exposed.
  • the epitaxial layer 14 is an n- type SiC semiconductor layer that is laminated on the upper surface of the semiconductor substrate 13 and contains a SiC single crystal.
  • the upper surface of the epitaxial layer 14 is the first main surface 11.
  • the first main surface 11 is a silicon surface (0001) surface on which the silicon of the SiC crystal is exposed.
  • the concentration of n-type impurities in the semiconductor substrate 13 is, for example, 1.0 ⁇ 10 18 cm -3 or more and 1.0 ⁇ 10 21 cm -3 or less.
  • impurity concentration means the peak value of the impurity concentration.
  • the concentration of n-type impurities in the epitaxial layer 14 is lower than the concentration of n-type impurities in the semiconductor substrate 13.
  • the concentration of n-type impurities in the epitaxial layer 14 is, for example, 1.0 ⁇ 10 15 cm -3 or more and 1.0 ⁇ 10 17 cm -3 or less.
  • the thickness of the semiconductor substrate 13 is, for example, 1 ⁇ m or more and less than 1000 ⁇ m.
  • the thickness of the semiconductor substrate 13 may be 5 ⁇ m or more.
  • the thickness of the semiconductor substrate 13 may be 25 ⁇ m or more.
  • the thickness of the semiconductor substrate 13 may be 50 ⁇ m or more.
  • the thickness of the semiconductor substrate 13 may be 100 ⁇ m or more.
  • the thickness of the semiconductor substrate 13 may be 700 ⁇ m or less.
  • the thickness of the semiconductor substrate 13 may be 500 ⁇ m or less.
  • the thickness of the semiconductor substrate 13 may be 400 ⁇ m or less.
  • the thickness of the semiconductor substrate 13 may be 300 ⁇ m or less.
  • the thickness of the semiconductor substrate 13 may be 250 ⁇ m or less.
  • the thickness of the semiconductor substrate 13 may be 200 ⁇ m or less.
  • the thickness of the semiconductor substrate 13 may be 150 ⁇ m or less.
  • the thickness of the semiconductor substrate 13 may be 100 ⁇ m or less.
  • a current flows in the thickness direction (that is, the stacking direction) of the semiconductor substrate 13. Therefore, by reducing the thickness of the semiconductor substrate 13, it is possible to reduce the resistance value by shortening the current path.
  • the thickness of the epitaxial layer 14 is, for example, 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the thickness of the epitaxial layer 14 may be 5 ⁇ m or more.
  • the thickness of the epitaxial layer 14 may be 10 ⁇ m or more.
  • the thickness of the epitaxial layer 14 may be 50 ⁇ m or less.
  • the thickness of the epitaxial layer 14 may be 40 ⁇ m or less.
  • the thickness of the epitaxial layer 14 may be 30 ⁇ m or less.
  • the thickness of the epitaxial layer 14 may be 20 ⁇ m or less.
  • the thickness of the epitaxial layer 14 may be 15 ⁇ m or less.
  • the thickness of the epitaxial layer 14 may be 10 ⁇ m or less.
  • the semiconductor device 1 includes a plurality of trench gate structures 21 and a plurality of trench source structures 31, respectively, formed on the first main surface 11 of the semiconductor layer 10.
  • the trench gate structure 21 and the trench source structure 31 are alternately and repeatedly arranged one by one along the x-axis direction in a plan view to form a striped structure. In FIG. 1, only the range in which one trench gate structure 21 is sandwiched between two trench source structures 31 is shown.
  • Both the trench gate structure 21 and the trench source structure 31 are formed in a band shape extending along the y-axis direction.
  • the x-axis direction is the [11-20] direction and the y-axis direction is the [1-100] direction.
  • the x-axis direction may be the [-1100] direction ([1-100] direction).
  • the y-axis direction may be the [11-20] direction.
  • the distance between the trench gate structure 21 and the trench source structure 31 is, for example, 0.3 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less.
  • the trench gate structure 21 includes a gate trench 22, a gate insulating layer 23, and a gate electrode 20.
  • the gate trench 22 is formed by digging the first main surface 11 of the semiconductor layer 10 toward the second main surface 12 side.
  • the gate trench 22 has a rectangular cross-sectional shape in the xz cross section, and is a groove-shaped recessed portion (recessed portion) extending in a band shape along the y-axis direction.
  • the gate trench 22 may have a length on the order of millimeters in the longitudinal direction (y-axis direction).
  • the gate trench 22 has, for example, a length of 1 mm or more and 10 mm or less.
  • the length of the gate trench 22 may be 2 mm or more and 5 mm or less.
  • the total length of one or more gate trenches 22 per unit area may be 0.5 ⁇ m / ⁇ m 2 or more and 0.75 ⁇ m / ⁇ m 2 or less.
  • the gate insulating layer 23 is provided in a film shape along the side wall 22a and the bottom wall 22b of the gate trench 22.
  • the gate insulating layer 23 partitions a concave space inside the gate trench 22.
  • the gate insulating layer 23 contains, for example, silicon oxide.
  • the gate insulating layer 23 may contain at least one of impurity-free silicon, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride or aluminum oxynitride.
  • the thickness of the gate insulating layer 23 is, for example, 0.01 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less.
  • the thickness of the gate insulating layer 23 may be uniform or may vary depending on the portion.
  • the gate insulating layer 23 includes a side wall portion 23a and a bottom wall portion 23b.
  • the side wall portion 23a is formed along the side wall 22a of the gate trench 22.
  • the bottom wall portion 23b is formed along the bottom wall 22b of the gate trench 22.
  • the thickness of the bottom wall portion 23b may be larger than the thickness of the side wall portion 23a.
  • the thickness of the bottom wall portion 23b is, for example, 0.01 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less.
  • the thickness of the side wall portion 23a is, for example, 0.05 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less.
  • the gate insulating layer 23 may include an upper surface portion formed on the upper surface of the first main surface 11 outside the gate trench 22. The thickness of the upper surface portion may be thicker than the thickness of the side wall portion 23a.
  • the gate electrode 20 is an example of a control electrode of the vertical transistor 2.
  • the gate electrode 20 is embedded in the gate trench 22.
  • a gate insulating layer 23 is provided between the gate electrode 20 and the side wall 22a and the bottom wall 22b of the gate trench 22. That is, the gate electrode 20 is embedded in the concave space partitioned by the gate insulating layer 23.
  • the gate electrode 20 is, for example, a conductive layer containing conductive polysilicon.
  • the gate electrode 20 may contain at least one of a metal such as titanium, nickel, copper, aluminum, silver, gold and tungsten, or a conductive metal nitride such as titanium nitride.
  • the width of the trench gate structure 21 is, for example, 0.2 ⁇ m or more and 2.0 ⁇ m or less. As an example, the width of the trench gate structure 21 may be about 0.4 ⁇ m.
  • the depth of the trench gate structure 21 is, for example, 0.5 ⁇ m or more and 3.0 ⁇ m or less. As an example, the depth of the trench gate structure 21 may be about 1.0 ⁇ m.
  • the aspect ratio of the trench gate structure 21 is, for example, 0.25 or more and 15.0 or less.
  • the aspect ratio of the trench gate structure 21 is defined by the ratio of the depth (length in the z-axis direction) of the trench gate structure 21 to the width (length in the x-axis direction) of the trench gate structure 21.
  • the aspect ratio of the trench gate structure 21 is the same as the aspect ratio of the gate trench 22.
  • the trench source structure 31 includes a source trench 32, a deep well region 15, a barrier cambium 33, and a source electrode 30.
  • the source trench 32 is formed by digging the first main surface 11 of the semiconductor layer 10 toward the second main surface 12 side.
  • the source trench 32 has a rectangular cross-sectional shape in the xz cross section, and is a groove-shaped recess extending in a band shape along the y-axis direction.
  • the source trench 32 is deeper than the gate trench 22. That is, the bottom wall 32b of the source trench 32 is located closer to the second main surface 12 than the bottom wall 22b of the gate trench 22.
  • the deep well region 15 is formed in the semiconductor layer 10 along the source trench 32.
  • the deep well region 15 is also referred to as a pressure resistance holding region.
  • the deep well region 15 is a p - type semiconductor region.
  • the p-type impurity concentration in the deep well region 15 is, for example, 1.0 ⁇ 10 17 cm -3 or more and 1.0 ⁇ 10 19 cm -3 or less.
  • the p-type impurity concentration in the deep well region 15 is higher than, for example, the n-type impurity concentration in the epitaxial layer 14.
  • the deep well region 15 includes a side wall portion 15a along the side wall 32a of the source trench 32 and a bottom wall portion 15b along the bottom wall 32b of the source trench 32.
  • the thickness of the bottom wall portion 15b (length in the z-axis direction) is, for example, greater than or equal to the thickness of the side wall portion 15a (length in the x-axis direction). At least a part of the bottom wall portion 15b may be located in the semiconductor substrate 13.
  • the source electrode 30 is an example of the first main electrode of the vertical transistor 2.
  • the source electrode 30 is embedded in the source trench 32.
  • the source electrode 30 is, for example, a conductive layer containing conductive polysilicon.
  • the source electrode 30 may be n-type polysilicon to which n-type impurities are added, or p-type polysilicon to which p-type impurities are added.
  • the source electrode 30 may contain at least one of a metal such as titanium, nickel, copper, aluminum, silver, gold and tungsten, or a conductive metal nitride such as titanium nitride.
  • the source electrode 30 may be made of the same material as the gate electrode 20. In this case, the source electrode 30 and the gate electrode 20 are formed in the same process.
  • the barrier cambium 33 is interposed between the source electrode 30 and the source trench 32.
  • the barrier forming layer 33 is formed in a film shape between the source electrode 30 and the source trench 32 along the side wall 32a and the bottom wall 32b of the source trench 32. That is, the source electrode 30 is embedded in the concave space partitioned by the barrier forming layer 33.
  • the barrier cambium 33 partitions a concave space inside the source trench 32.
  • the barrier forming layer 33 is formed by using a material different from that of the source electrode 30.
  • the barrier cambium 33 has a higher potential barrier than the potential barrier between the source electrode 30 and the deep well region 15.
  • the barrier forming layer 33 may be an insulating barrier forming layer.
  • the barrier cambium 33 contains at least one of impurity-free silicon, silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride or aluminum oxynitride.
  • the barrier forming layer 33 may be formed by using the same material as the gate insulating layer 23. In this case, the barrier forming layer 33 may have the same film thickness as the gate insulating layer 23.
  • the barrier forming layer 33 and the gate insulating layer 23 may be formed of silicon oxide. In this case, the barrier forming layer 33 and the gate insulating layer 23 are simultaneously formed by the thermal oxidation treatment method.
  • the barrier forming layer 33 may be a conductive barrier forming layer.
  • the barrier cambium 33 contains at least one of conductive polysilicon, tungsten, platinum, nickel, cobalt or molybdenum.
  • the width of the trench source structure 31 is, for example, 0.6 ⁇ m or more and 2.4 ⁇ m or less. As an example, the width of the trench source structure 31 may be about 0.8 ⁇ m.
  • the depth of the trench source structure 31 is the sum of the depth of the source trench 32 and the thickness of the bottom wall portion 15b of the deep well region 15.
  • the depth of the trench source structure 31 is, for example, 1.5 ⁇ m or more and 11 ⁇ m or less. As an example, the depth of the trench source structure 31 may be about 2.5 ⁇ m.
  • the aspect ratio of the trench source structure 31 is larger than the aspect ratio of the trench gate structure 21.
  • the aspect ratio of the trench source structure 31 is defined by the ratio of the depth (length in the z-axis direction) of the trench source structure 31 to the width (length in the x-axis direction) of the trench source structure 31.
  • the width of the trench source structure 31 is the sum of the width of the source trench 32 and the width of the side wall portions 15a of the deep well region 15 located on both sides of the source trench 32.
  • the aspect ratio of the trench source structure 31 is 1.5 or more and 4.0 or less.
  • the semiconductor device 1 includes a body region 16, a source region 17, and a contact region 18 formed in the epitaxial layer 14 of the semiconductor layer 10, respectively.
  • the deep well region 15, body region 16, source region 17, and contact region 18 described above may be regarded as components of the epitaxial layer 14.
  • the body region 16 is a p- type semiconductor region provided on the surface layer portion of the first main surface 11 of the semiconductor layer 10.
  • the body region 16 is formed in a region between the gate trench 22 and the source trench 32 in a plan view.
  • the body region 16 is formed in a band shape extending along the y-axis direction in a plan view.
  • the body region 16 is connected to the deep well region 15.
  • the p-type impurity concentration in the body region 16 is, for example, 1.0 ⁇ 10 16 cm -3 or more and 1.0 ⁇ 10 19 cm -3 or less.
  • the p-type impurity concentration in the body region 16 may be equal to the impurity region in the deep well region 15.
  • the p-type impurity concentration in the body region 16 may be higher than the p-type impurity concentration in the deep well region 15.
  • the source region 17 is an n + type semiconductor region provided on the surface layer portion of the first main surface 11 of the semiconductor layer 10 in the body region 16.
  • the source region 17 is provided in a region along the gate trench 22.
  • the source region 17 is in contact with the gate insulating layer 23 and faces the gate electrode 20 with the gate insulating layer 23 interposed therebetween. Specifically, the source region 17 is in contact with the side wall portion 23a of the gate insulating layer 23.
  • the source region 17 may be in contact with the upper surface portion of the gate insulating layer 23.
  • the source region 17 is formed in a strip shape extending along the y-axis direction in a plan view.
  • the width (length in the x-axis direction) of the source region 17 is, for example, 0.2 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less. As an example, the width of the source region 17 may be about 0.4 ⁇ m.
  • the concentration of n-type impurities in the source region 17 is, for example, 1.0 ⁇ 10 18 cm -3 or more and 1.0 ⁇ 10 21 cm -3 or less.
  • the contact region 18 is a p + type semiconductor region provided on the surface layer portion of the first main surface 11 of the semiconductor layer 10.
  • the contact region 18 may be regarded as a part (high concentration portion) of the body region 16.
  • the contact region 18 is formed in a region along the source trench 32.
  • the contact region 18 is in contact with the barrier forming layer 33 and faces the source electrode 30 with the barrier forming layer 33 interposed therebetween.
  • the contact region 18 is electrically connected to the body region 16.
  • the contact region 18 is electrically connected to the source region 17.
  • the contact region 18 is formed in a band shape extending along the y-axis direction in a plan view.
  • the width (length in the x-axis direction) of the contact region 18 is, for example, 0.1 ⁇ m or more and 0.4 ⁇ m or less. As an example, the width of the contact region 18 may be about 0.2 ⁇ m.
  • the p-type impurity concentration in the contact region 18 is, for example, 1.0 ⁇ 10 18 cm -3 or more and 1.0 ⁇ 10 21 cm -3 or less.
  • the semiconductor device 1 includes a drain electrode 40 connected to the second main surface 12 of the semiconductor layer 10.
  • the drain electrode 40 is an example of the second main electrode of the semiconductor device 1 (vertical transistor 2).
  • the drain electrode 40 may contain at least one of titanium, nickel, copper, aluminum, gold or silver.
  • the drain electrode 40 may have a four-layer structure including a Ti layer, a Ni layer, an Au layer, and an Ag layer that are laminated in order from the second main surface 12 of the semiconductor layer 10.
  • the drain electrode 40 may have a four-layer structure including a Ti layer, an AlCu layer, a Ni layer, and an Au layer, which are laminated in order from the second main surface 12 of the semiconductor layer 10.
  • the AlCu layer is an alloy layer of aluminum and copper.
  • the drain electrode 40 may have a four-layer structure including a Ti layer, an AlSiCu layer, a Ni layer, and an Au layer, which are laminated in order from the second main surface 12 of the semiconductor layer 10.
  • the AlSiCu layer is an alloy layer of aluminum, silicon, and copper.
  • the drain electrode 40 may include a single-layer structure having a TiN layer or a laminated structure having a Ti layer and a TiN layer instead of the Ti layer.
  • the on state in which the drain current flows and the off state in which the drain current does not flow can be switched according to the gate voltage applied to the gate electrode 20 of the vertical transistor 2.
  • the gate voltage is, for example, a voltage of 10 V or more and 50 V or less.
  • the gate voltage may be 30V.
  • the source voltage applied to the source electrode 30 is, for example, a reference voltage such as a ground voltage (0V).
  • the drain voltage applied to the drain electrode 40 is equal to or higher than the source voltage.
  • the drain voltage is, for example, 0 V or more and 10000 V or less.
  • the drain voltage may be 1000 V or more.
  • a gate voltage When a gate voltage is applied to the gate electrode 20, a channel is formed in a portion of the p- shaped body region 16 in contact with the gate insulating layer 23. As a result, a current path is formed between the source electrode 30 and the drain electrode 40 via the channel of the body region 16. The current path connects the contact region 18, the source region 17, the channels of the body region 16, the epitaxial layer 14, and the semiconductor substrate 13 between the source electrode 30 and the drain electrode 40.
  • the drain electrode 40 may have a higher potential than the source electrode 30.
  • the drain current flows from the drain electrode 40 toward the source electrode 30. That is, the drain region passes through the drain electrode 40, the semiconductor substrate 13, the epitaxial layer 14, the channel of the body region 16, the source region 17, and the contact region 18 in this order, and flows to the source electrode 30. In this way, the drain current flows along the thickness direction of the semiconductor device 1.
  • a pn junction (pn junction) is formed between the p- type deep well region 15 and the n - type epitaxial layer 14.
  • the source voltage is applied to the p - type deep well region 15 via the source electrode 30, and a drain voltage higher than the source voltage is applied to the n - type epitaxial layer via the drain electrode 40. It is applied to 14.
  • a reverse bias voltage is applied to the pn junction between the deep well region 15 and the epitaxial layer 14. Therefore, the depletion layer spreads from the interface portion (interface) of the deep well region 15 and the epitaxial layer 14 toward the drain electrode 40. Thereby, the withstand voltage of the vertical transistor 2 can be increased.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device 1 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of the semiconductor device 1 shown in FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG.
  • the illustration of the specific configuration of the semiconductor layer 10 shown in FIG. 1 is omitted.
  • the shading indicating the cross section of the semiconductor layer 10 is not provided.
  • the semiconductor device 1 includes a main surface gate electrode 50, a main surface source electrode 55, an insulating layer 60, a gate pad 70, a source pad 75, and a mold layer 80.
  • the pad structure is provided above the first main surface 11 of the semiconductor layer 10.
  • FIG. 4 is a plan view along the IV-IV line shown in FIG.
  • FIG. 4 is a plan view of the semiconductor device 1 as viewed from the positive side of the z-axis by seeing through the gate pad 70, the source pad 75, and the mold layer 80 shown in FIG.
  • FIG. 5 shows the main surface gate electrode 50, the main surface source electrode 55 and the insulating layer 60 shown in FIG. 4, and the gate pad 70, the source pad 75 and the mold shown in FIG. 3, respectively. It is a top view when the semiconductor device 1 is seen from the positive side of the z-axis with the layer 80 seen through.
  • the semiconductor layer 10 (semiconductor device 1) has a rectangular plan view shape.
  • the length of one side of the semiconductor layer 10 (semiconductor device 1) is, for example, 1 mm or more and 10 mm or less.
  • the length of one side of the semiconductor layer 10 (semiconductor device 1) may be 2 mm or more and 5 mm or less.
  • the semiconductor device 1 includes an active region 3 and an inactive region 4 (outer region).
  • the active region 3 is indicated by a chain double-dashed line in FIGS. 3 and 5.
  • the active region 3 is a main region through which the drain current of the vertical transistor 2 flows. That is, the active region 3 is an operating region of the vertical transistor 2. Specifically, the active region 3 substantially coincides with the region covered by the main surface source electrode 55.
  • the active region 3 is separated into a region on one side (left side of the paper surface) of the semiconductor layer 10 in the x-axis direction and a region on the other side (right side of the paper surface) in the x-axis direction in a plan view.
  • the flat area of the region on one side (left side of the paper) may be different from the flat area of the region on the other side (right side of the paper).
  • an example is shown in which the flat area of the area on one side (left side of the paper) is less than the flat area of the area on the other side (right side of the paper).
  • the active region 3 includes a plurality of gate electrodes 20 (trench gate structure 21) and a plurality of source electrodes 30 (trench source structure 31).
  • the plurality of gate electrodes 20 and the plurality of source electrodes 30 are schematically illustrated to the extent that the number of the gate electrodes 20 and the source electrodes 30 can be counted. However, the number of gate electrodes 20 and source electrodes 30 is actually much larger than the numbers shown.
  • the inactive region 4 is an region that does not operate as the vertical transistor 2.
  • the inactive region 4 is a frame-shaped (annular) region surrounding the active region 3.
  • the inactive region 4 separates the active region 3 into a region on one side (left side of the paper) and a region on the other side (right side of the paper). That is, the inactive region 4 surrounds one side (left side of the paper surface) of the active region 3 in a plan view. Further, the inactive region 4 surrounds an region on one side (left side of the paper surface) of the active region 3 in a plan view.
  • a gate finger portion 20b which will be described later, is provided in the inactive region 4.
  • the active region 3 is divided into two by the inactive region 4, but the active region 3 may be one undivided region.
  • the shape and arrangement of the active region 3 can be appropriately adjusted depending on the layout of the gate finger portion 20b.
  • the active region 3 is included in the region covered by the main surface source electrode 55. As shown in FIG. 3, the active region 3 includes a portion of the region covered by the gate pad 70. The region covered by the main surface gate electrode 50 is included in the inactive region 4 and not included in the active region 3.
  • the main surface gate electrode 50 is an example of a first electrode that covers a part of the first main surface 11.
  • the main surface gate electrode 50 includes, for example, at least one of a metal such as conductive polysilicon, titanium, nickel, copper, aluminum, silver, gold and tungsten, or a metal nitride such as titanium nitride.
  • the main surface gate electrode 50 may be formed by using the same material as the gate electrode 20.
  • the main surface gate electrode 50 is electrically connected to the gate electrode 20. As shown in FIG. 2, the main surface gate electrode 50 is provided in a line shape on the insulating layer 60 (specifically, the lower insulating layer 61 described later) described later. The main surface gate electrode 50 is connected to the gate electrode 20 (not shown in FIG. 2) via a via conductor penetrating the insulating layer 60 (specifically, the lower insulating layer 61).
  • the main surface gate electrode 50 includes a power receiving portion 50a, a feeding portion 50b, and a connecting portion 50c.
  • the power receiving portion 50a of the main surface gate electrode 50 is provided in the inner portion of the first main surface 11 in a plan view.
  • the power receiving unit 50a is provided on a region of the inactive region 4 located between the region on one side (left side of the paper surface) and the region on the other side (right side of the paper surface) of the active region 3 in a plan view. Has been done.
  • the power receiving unit 50a is located directly below the gate pad 70 described later, and is a portion connected to the gate pad 70 (specifically, the columnar portion 71 described later). In a plan view, the portion of the main surface gate electrode 50 that overlaps the columnar portion 71 corresponds to the power receiving portion 50a.
  • the power receiving portion 50a of the main surface gate electrode 50 is smaller than the gate pad 70 in a plan view.
  • the plan view shape of the power receiving portion 50a (the plan view shape of the columnar portion 71) is, for example, a square or a rectangle.
  • the length of one side of the power receiving unit 50a is 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the plan view shape of the power receiving unit 50a may be a square of about 20 ⁇ m ⁇ 20 ⁇ m.
  • the power feeding portion 50b is a portion extending along the outer periphery of the semiconductor layer 10 (the peripheral edge of the first main surface 11) in a plan view. In the example shown in FIG. 4, the feeding portion 50b extends along the x-axis direction of the semiconductor layer 10. In this embodiment, two feeding portions 50b are provided so as to sandwich the inner portion of the first main surface 11 from the positive side and the negative side in the y-axis direction in a plan view. The feeding portion 50b may be provided so as to surround the inner portion of the first main surface 11 (for example, the main surface source electrode 55 described later) over the entire circumference of the semiconductor layer 10.
  • the connection unit 50c is a portion connected to the power receiving unit 50a and the power feeding unit 50b.
  • the connecting portion 50c is pulled out from the power receiving portion 50a to the positive side and the negative side in the y-axis direction so as to be connected to the feeding portion 50b, and extends to the feeding portion 50b.
  • the area where the power receiving unit 50a, the power feeding unit 50b, and the connecting unit 50c is provided becomes the inactive area 4. Therefore, it is desirable that the power receiving unit 50a, the power feeding unit 50b, and the connecting unit 50c be formed as small as possible.
  • the main surface gate electrode 50 is electrically connected to each of the plurality of gate electrodes 20 via the feeding portion 50b.
  • a through hole is provided in the insulating layer 60 (specifically, the lower insulating layer 61 described later) located directly below the power feeding unit 50b, and the power feeding unit 50b has the through hole. It is connected to the gate finger portion 20b (see FIG. 5) described later via the gate finger portion 20b (see FIG. 5).
  • the plurality of gate electrodes 20 are formed in a long shape extending in the y-axis direction.
  • the plurality of gate electrodes 20 may be divided into a positive side portion and a negative side portion in the y-axis direction at the central portion in the y-axis direction.
  • the semiconductor device 1 includes a gate finger portion 20b formed on the semiconductor layer 10 (first main surface 11) so as to be electrically connected to a plurality of gate electrodes 20.
  • the gate finger portion 20b is interposed between the semiconductor layer 10 (first main surface 11) and the insulating layer 60 described later.
  • the gate finger portion 20b extends in the x-axis direction along the peripheral edge of the first main surface 11 (outer circumference of the semiconductor device 1) in a plan view.
  • two gate finger portions 20b are provided so as to sandwich the plurality of gate electrodes 20 from the positive side and the negative side in the y-axis direction in a plan view.
  • the gate finger portions 20b are connected to both ends of the plurality of gate electrodes 20 in the y-axis direction.
  • the gate finger portion 20b may be connected to only one end of the plurality of gate electrodes 20 in the y-axis direction.
  • the power feeding portion 50b described above is connected to the gate finger portion 20b via a through hole provided in the insulating layer 60 (specifically, the lower insulating layer 61 described later) described later.
  • the main surface source electrode 55 is an example of a second electrode that covers a part of the first main surface 11.
  • the main surface source electrode 55 is provided at a distance from the main surface gate electrode 50 in a plan view.
  • the main surface source electrode 55 excludes a region of the first main surface 11 of the semiconductor layer 10 (semiconductor device 1) where the main surface gate electrode 50 is provided and the periphery of the region. It is formed in almost all areas.
  • the main surface source electrode 55 is larger than the main surface gate electrode 50.
  • the main surface source electrode 55 has a first portion arranged on one side (left side of the paper surface) of the active region 3 and the other side of the active region 3 separated from the first portion. Includes a second portion located above the area (on the right side of the page).
  • the flat area of the second portion is larger than the first flat area of the first portion.
  • the total value of the flat area of the first portion and the flat area of the second portion is larger than the flat area of the main surface gate electrode 50.
  • the main surface source electrode 55 contains, for example, at least one of a metal such as conductive polysilicon, titanium, nickel, copper, aluminum, silver, gold and tungsten, or a metal nitride such as titanium nitride.
  • the main surface source electrode 55 may be formed by using the same material as the source electrode 30.
  • the main surface source electrode 55 may be formed by using the same material as the main surface gate electrode 50. In this case, the main surface gate electrode 50 and the main surface source electrode 55 can be formed in the same process.
  • a plurality of source electrodes 30 are provided directly below the main surface source electrode 55, and the main surface source electrode 55 is electrically connected to the source electrode 30. Therefore, as shown in FIG. 1, the main surface source electrode 55 is directly connected to the upper surface of each of the plurality of source electrodes 30. As shown in FIG. 2, the lower part of the main surface source electrode 55 is the active region 3, and the MOSFET structure shown in FIG. 1 is periodically formed in the active region 3.
  • the main surface source electrode 55 has an area of 50% or more of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view.
  • the main surface source electrode 55 has an area of 70% or more of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view.
  • the main surface gate electrode 50 has an area of 20% or less of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view.
  • the main surface gate electrode 50 has an area of 10% or less of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view.
  • the main surface source electrode 55 is arranged in a region including the center position of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view.
  • the main surface gate electrode 50 is arranged in a region avoiding the main surface source electrode 55.
  • the main surface gate electrode 50 may be arranged in a region including the center position of the semiconductor layer 10 (first main surface 11). In this case, the main surface source electrode 55 may be arranged so as to surround the main surface gate electrode 50.
  • the insulating layer 60 includes a lower insulating layer 61, a side insulating layer 62, an upper insulating layer 63, and an end insulating layer 65.
  • the unshaded portion around the main surface gate electrode 50 corresponds to the side insulating layer 62 and the end insulating layer 65.
  • the lower insulating layer 61 is an interlayer insulating film and is provided on the first main surface 11. Specifically, the lower insulating layer 61 collectively covers the plurality of trench gate structures 21. As shown in FIG. 1, the lower insulating layer 61 is provided to prevent contact between the main surface source electrode 55 and the gate electrode 20.
  • the lower insulating layer 61 has a plurality of source contact holes 61b. A part of the main surface source electrode 55 is embedded in the plurality of source contact holes 61b. As a result, the main surface source electrode 55 is electrically connected to the plurality of source electrodes 30 in the absence of the plurality of source contact holes 61b.
  • the feeding portion 50b (see FIG. 4) of the main surface gate electrode 50 to the gate finger portion 20b (see FIG. 5) in the lower insulating layer 61.
  • a through hole is provided.
  • a part of the power feeding portion 50b is buried in the through hole of the lower insulating layer 61.
  • the power feeding portion 50b is connected to the gate finger portion 20b in the through hole.
  • the main surface gate electrode 50 is electrically connected to the gate electrode 20.
  • the side insulating layer 62 is formed on the lower insulating layer 61 and is provided to prevent contact between the main surface gate electrode 50 and the main surface source electrode 55. As shown in FIG. 4, the side insulating layer 62 is provided so as to surround the main surface gate electrode 50.
  • the upper insulating layer 63 is formed on the upper surface 56 of the main surface source electrode 55. Specifically, the upper insulating layer 63 covers a portion of the main surface gate electrode 50 along the power receiving portion 50a on the main surface source electrode 55. The upper insulating layer 63 covers a part of the power receiving portion 50a so as to partially expose the upper surface 52 of the power receiving portion 50a. That is, the upper insulating layer 63 has a through hole 64 that exposes the upper surface 52 of the power receiving portion 50a. As shown in FIG. 2, a part of the upper insulating layer 63 rides on the power receiving portion 50a from above the lower insulating layer 61.
  • the upper insulating layer 63 includes a flat portion 63a, a first end portion 63b, and a second end portion 63c.
  • the flat portion 63a is provided on the upper surface 56 of the main surface source electrode 55, and is a portion having a substantially uniform thickness. A part of the flat portion 63a is also provided on the upper surface 52 of the power receiving portion 50a.
  • the first end portion 63b is provided on the upper surface 52 of the power receiving portion 50a of the main surface gate electrode 50.
  • the second end portion 63c is provided on the upper surface 56 of the main surface source electrode 55.
  • the first end portion 63b and the second end portion 63c are portions having a non-uniform thickness, respectively.
  • the first end 63b and the second end 63c are respectively inclined so that the thickness gradually decreases, for example.
  • the first end portion 63b and the second end portion 63c may have an inclined surface having a constant inclination angle, or may have a curved surface curved in a convex or concave shape.
  • the size and shape of the through hole 64 substantially match the size and shape of the power receiving portion 50a of the main surface gate electrode 50. Specifically, in a plan view, the size of the through hole 64 is smaller than that of the power receiving portion 50a because a part of the upper insulating layer 63 rides on the power receiving portion 50a.
  • the end insulating layer 65 is provided on the first main surface 11 along the outer circumference of the main surface source electrode 55.
  • the end insulating layer 65 is formed in an annular shape so as to cover the entire circumference of the main surface source electrode 55 in a plan view.
  • the end insulating layer 65 has a portion that rides on the lower insulating layer 61 and an electrode covering portion that rides on the main surface source electrode 55 (upper surface 56). ..
  • the electrode covering portion of the end insulating layer 65 has a flat portion 65a and an end portion 65b.
  • the flat portion 65a is a portion having a substantially uniform thickness.
  • the end portion 65b is a portion having a non-uniform thickness.
  • the end 65b is inclined so that the thickness gradually decreases, for example.
  • the end portion 65b may have an inclined surface having a constant inclination angle, or may have a curved surface curved in a convex or concave shape.
  • the end insulating layer 65 may cover the feeding portion 50b of the main surface gate electrode 50 shown in FIG.
  • the lower insulating layer 61 contains, for example, silicon oxide or silicon nitride as a main component. Even if the lower insulating layer 61, the side insulating layer 62, the upper insulating layer 63 and the end insulating layer 65 include PSG (Phosphor Silicate Glass) and / or BPSG (Boron Phosphor Silicate Glass) as an example of silicon oxide. good.
  • PSG Phosphor Silicate Glass
  • BPSG Bipolar Phosphor Silicate Glass
  • the side insulating layer 62, the upper insulating layer 63, and the end insulating layer 65 may each contain a photosensitive resin.
  • the side insulating layer 62, the upper insulating layer 63, and the end insulating layer 65 may be made of an organic material such as polyimide or PBO (polybenzoxazol), respectively.
  • the thickness of the upper insulating layer 63 and the end insulating layer 65 is, for example, 3 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the thickness of the upper insulating layer 63 and the end insulating layer 65 may be preferably 5 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the thickness of the upper insulating layer 63 and the end insulating layer 65 may be more preferably 5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the lower insulating layer 61, the side insulating layer 62, the upper insulating layer 63, and the end insulating layer 65 may be formed of the same insulating material (for example, an inorganic insulating material such as silicon oxide or silicon nitride).
  • the gate pad 70 is an example of the first electrode pad.
  • the gate pad 70 overlaps the main surface gate electrode 50 and is electrically connected to the main surface gate electrode 50 in a plan view.
  • the gate pad 70 completely covers the power receiving portion 50a of the main surface gate electrode 50. That is, in a plan view, the power receiving portion 50a of the main surface gate electrode 50 is located inside the gate pad 70.
  • the gate pad 70 overlaps a part of the main surface source electrode 55 in a plan view. That is, a part of the main surface source electrode 55 is located directly below the gate pad 70.
  • a part of the region where the gate pad 70 overlaps the main surface source electrode 55 can be used as the active region 3. As a result, it is possible to secure a larger area of the active region 3 while securing the area of the gate pad 70.
  • the gate pad 70 includes a columnar portion 71 and a wide portion 72.
  • the columnar portion 71 is an example of the first conductive layer provided on the main surface gate electrode 50.
  • the columnar portion 71 extends in a columnar direction in the normal direction (z-axis direction) of the upper surface 52 of the power receiving portion 50a of the main surface gate electrode 50.
  • the columnar portion 71 covers the upper surface 52 of the power receiving portion 50a.
  • the columnar portion 71 further covers a part of the flat portion 63a of the upper insulating layer 63 and the first end portion 63b.
  • the height of the columnar portion 71 (length in the z-axis direction) is larger (longer) than the thickness of the upper insulating layer 63 (length in the z-axis direction).
  • the height of the columnar portion 71 is larger (longer) than the maximum thickness of the portion of the upper insulating layer 63 located on the power receiving portion 50a.
  • the top of the columnar portion 71 is higher than the top of the upper insulating layer 63.
  • the columnar portion 71 has a side surface 74 extending vertically or substantially vertically.
  • the side surface 74 does not necessarily have to extend linearly in a cross-sectional view, and may extend in a curved or uneven shape.
  • the side surface 74 is located above the region where the power receiving portion 50a and the upper insulating layer 63 overlap in a plan view.
  • the side surface 74 is located on the flat portion 63a of the upper insulating layer 63. That is, the columnar portion 71 covers the power receiving portion 50a and the upper insulating layer 63.
  • the wide portion 72 is an example of the second conductive layer provided at the upper end of the columnar portion 71.
  • the wide portion 72 is a portion in which the size of the upper end of the columnar portion 71 is enlarged in the xy plane.
  • the size and shape of the wide portion 72 in the plan view match the size and shape of the gate pad 70 in the plan view.
  • the wide portion 72 is larger than the columnar portion 71.
  • the columnar portion 71 is located inside the wide portion 72.
  • the contour of the wide portion 72 is formed at a certain interval from the contour of the columnar portion 71 toward the peripheral edge side of the semiconductor layer 10.
  • the wide portion 72 (gate pad 70) overlaps a part of the active region 3 and the inactive region 4 in a plan view. That is, the wide portion 72 (gate pad 70) overlaps the trench gate structure 21 and the trench source structure 31 in a plan view.
  • the wide portion 72 has an upper surface 73 used for electrical connection between the semiconductor device 1 (vertical transistor 2) and another circuit.
  • the upper surface 73 of the wide portion 72 is formed in an island shape in a plan view and is connected to a power supply circuit that supplies a gate voltage. That is, in this form, the gate pad 70 is not formed in a line shape unlike the main surface gate electrode 50.
  • a metal wire is connected to the upper surface 73 of the wide portion 72 by wire bonding.
  • Metal wire includes at least one of metals such as aluminum, copper and gold. In this form, the aluminum wire is wedge bonded to the gate pad (upper surface 73 of the wide portion 72).
  • the wide portion 72 In order to perform wire bonding properly, the wide portion 72 needs to have a certain size or more.
  • the plan view shape of the wide portion 72 is, for example, a square.
  • the size of the wide portion 72 may be, for example, 800 ⁇ m ⁇ 800 ⁇ m or more and 1 mm ⁇ 1 mm or less.
  • the direction of connecting the metal wire to the wide portion 72 can be any direction.
  • the size of the wide portion 72 may be larger than 1 mm ⁇ 1 mm.
  • the plan view shape of the wide portion 72 may be rectangular. In this case, the size of the wide portion 72 may be 400 mm ⁇ 800 mm or more.
  • the area of the wide portion 72 (that is, the area of the gate pad 70) is larger than the area of the power receiving portion 50a of the main surface gate electrode 50.
  • the connection area of the connection portion between the main surface gate electrode 50 and the gate pad 70 in a plan view is less than the area of the upper surface 73 of the gate pad 70.
  • the area of the wide portion 72 is 200 times or more and 40,000 times or less the area of the power receiving portion 50a.
  • the area of the wide portion 72 may be 400 times or more the area of the power receiving portion 50a.
  • the area of the wide portion 72 may be about 2500 times the area of the power receiving portion 50a.
  • the columnar portion 71 contains a metal material such as copper or a copper alloy containing copper as a main component.
  • the wide portion 72 includes a metal material such as copper and a copper alloy containing copper as a main component.
  • the wide portion 72 is formed, for example, by using the same conductive material as the columnar portion 71.
  • the wide portion 72 may be formed of a conductive material different from that of the columnar portion 71.
  • the height of the gate pad 70 (length in the z-axis direction) is the sum of the height of the columnar portion 71 (length in the z-axis direction) and the thickness of the wide portion 72 (length in the z-axis direction).
  • the height of the gate pad 70 is, for example, more than 0 mm and 1 mm or less (for example, several tens of ⁇ m or more and several hundred ⁇ m or less).
  • the height of the columnar portion 71 is larger (longer) than the thickness of the wide portion 72.
  • the height of the columnar portion 71 may be equal to or less than the thickness of the wide portion 72.
  • the source pad 75 overlaps the main surface source electrode 55 and is electrically connected to the main surface source electrode 55 in a plan view.
  • the source pad 75 is provided on the main surface source electrode 55.
  • the source pad 75 extends in a thick plate shape in the normal direction (z-axis direction) of the upper surface 56 of the main surface source electrode 55. In plan view, the area of the source pad 75 is smaller than the area of the main surface source electrode 55.
  • the source pad 75 covers the upper surface 56 of the main surface source electrode 55. Further, the source pad 75 covers a part of the flat portion 63a and the second end portion 63c of the upper insulating layer 63. Further, the source pad 75 covers a part of the flat portion 65a and the end portion 65b of the end insulating layer 65.
  • the thickness (length in the z-axis direction) of the source pad 75 is larger (longer) than the thickness (length in the z-axis direction) of the upper insulating layer 63 and the end insulating layer 65, respectively.
  • the thickness of the source pad 75 is the maximum thickness of the portion of the upper insulating layer 63 located on the main surface source electrode 55 and the thickness of the portion of the end insulating layer 65 located on the main surface source electrode 55. Larger (longer) than the maximum thickness. As a result, the top of the source pad 75 is higher than the top of the top insulating layer 63 and the top of the end insulating layer 65.
  • the source pad 75 has a side surface 77 that extends vertically or substantially vertically.
  • the side surface 77 does not necessarily have to extend linearly in a cross-sectional view, and may extend in a curved or uneven shape.
  • the side surface 77 is located in a region where the main surface source electrode 55 and the upper insulating layer 63 overlap in a plan view, or a region where the main surface source electrode 55 and the end insulating layer 65 overlap in a plan view.
  • the side surface 77 is located on the flat portion 63a of the upper insulating layer 63 or on the flat portion 65a of the end insulating layer 65. That is, the source pad 75 is in contact with the main surface source electrode 55 and the upper insulating layer 63, or the main surface source electrode 55 and the end insulating layer 65. In this form, the source pad 75 is in contact with the main surface source electrode 55, the upper insulating layer 63, and the end insulating layer 65. As a result, the source pad 75 can be stably formed as in the case of the columnar portion 71.
  • the source pad 75 has an upper surface 76 used for electrical connection between the semiconductor device 1 (vertical transistor 2) and another circuit.
  • the upper surface 76 of the source pad 75 is connected to a power supply circuit that supplies the source voltage.
  • a metal wire is connected to the upper surface 76 of the source pad 75 by wire bonding.
  • Metal wire includes at least one of metals such as aluminum, copper and gold. In this form, the aluminum wire is wedge bonded to the source pad 75.
  • the source pad 75 is provided at a distance from the gate pad 70 in a plan view. As a result, a short circuit due to contact between the source pad 75 and the gate pad 70 can be suppressed.
  • the source pad 75 is made of a conductive material. Specifically, the source pad 75 includes a metal material such as copper and a copper alloy containing copper as a main component.
  • the source pad 75 is made of, for example, the same material as the gate pad 70. In this case, the source pad 75 can be formed in the same process as the gate pad 70.
  • the source pad 75 may be made of a different material than the gate pad 70.
  • the source pad 75 has an area of 50% or more of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view.
  • the source pad 75 has an area of 70% or more of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view.
  • the gate pad 70 has an area of 20% or less of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view.
  • the gate pad 70 has an area of 10% or less of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view.
  • the source pad 75 is arranged in a region including the center position of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view.
  • the gate pad 70 is arranged in a region avoiding the source pad 75.
  • the gate pad 70 may be arranged in a region including the center position of the semiconductor layer 10 (first main surface 11). In this case, the source pad 75 may be arranged so as to surround the gate pad 70.
  • the semiconductor device 1 includes a mold layer 80 filled between the source pad 75 and the gate pad 70. Specifically, the mold layer 80 fills the space between the gate pad 70 and the source pad 75. Further, the mold layer 80 covers the upper insulating layer 63 and the end insulating layer 65. Further, the mold layer 80 is provided in an annular shape along the outer periphery of the semiconductor layer 10 (the peripheral edge of the first main surface 11) in a plan view.
  • the mold layer 80 is formed of an insulating material.
  • the mold layer 80 may contain a thermosetting resin.
  • the mold layer 80 contains an epoxy resin.
  • the mold layer 80 may contain an epoxy resin containing carbon, glass fiber and the like.
  • the thickness (length in the z-axis direction) of the mold layer 80 is, for example, more than 0 mm and 1 mm or less (for example, several tens of ⁇ m or more and several hundred ⁇ m or less).
  • the thickness of the mold layer 80 may be larger than the thickness of the semiconductor layer 10.
  • the mold layer 80 has an upper surface 81 formed flush with the upper surface 73 of the gate pad 70 and the upper surface 76 of the source pad 75. That is, no step is formed at the boundary between the upper surface 73 of the gate pad 70, the upper surface 76 of the source pad 75, and the upper surface 81 of the mold layer 80.
  • the upper surface 73 of the gate pad 70 may be a ground surface.
  • the upper surface 76 of the source pad 75 may be formed of a ground surface.
  • the upper surface 81 of the mold layer 80 may be a ground surface. That is, the upper surface 81 of the mold layer 80 may form one grinding surface with the upper surface 73 of the gate pad 70 and the upper surface 76 of the source pad 75.
  • 6A to 6G are cross-sectional views showing one step of the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG.
  • a method for manufacturing the structure above the semiconductor layer 10 will be mainly described.
  • the method of forming the trench gate structure 21, the trench source structure 31, and each well region (each semiconductor region) in the semiconductor layer 10 known methods can be used.
  • the lower insulating layer 61 is formed on the first main surface 11 of the semiconductor layer 10 (semiconductor wafer).
  • the lower insulating layer 61 has a plurality of source contact holes 61b.
  • an insulating film containing silicon oxide or the like is formed by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition).
  • plasma CVD Chemical Vapor Deposition
  • a part of the insulating film after film formation is removed by a photolithography method and an etching method.
  • the lower insulating layer 61 having a plurality of source contact holes 61b is formed.
  • the main surface gate electrode 50 and the main surface source electrode 55 are formed.
  • a metal film is formed on the entire surface of the first main surface 11 so as to cover the lower insulating layer 61 by a vapor deposition method or a sputtering method.
  • a part of the metal film after the film formation is removed by a photolithography method and an etching method.
  • the metal film is patterned to form the main surface gate electrode 50 and the main surface source electrode 55.
  • the main surface gate electrode 50 and the main surface source electrode 55 may be formed in different steps by repeating the process of forming a metal film using different materials and the step of patterning the metal film.
  • the side insulating layer 62, the upper insulating layer 63, and the end insulating layer 65 are formed.
  • the upper insulating layer 63 has a through hole 64.
  • this step includes a coating step and an exposure developing step.
  • the coating step the liquid photosensitive resin material that is the source of each insulating layer is applied to the upper surface 52 of the main surface gate electrode 50 and the upper surface 56 of the main surface source electrode 55 by the spin coating method.
  • the exposure development step after the photosensitive resin material is cured by exposure, unnecessary portions of the photosensitive resin material are removed by an ashing method or a wet etching method. As a result, the side insulating layer 62, the upper insulating layer 63, and the end insulating layer 65 are formed.
  • the columnar portion 71 is formed on the power receiving portion 50a of the main surface gate electrode 50, and the lower source pad 75a is formed on the main surface source electrode 55.
  • the upper insulating layer by electroplating or electroless plating, on at least a part of the portion of the main surface gate electrode 50 that is not covered by the upper insulating layer 63, and on the main surface source electrode 55, the upper insulating layer.
  • a metal plating layer is selectively formed on at least a part of the portion not covered by 63.
  • a part of the metal plating layer is also formed on the flat portion 63a, the first end portion 63b, and the second end portion 63c of the upper insulating layer 63.
  • a part of the metal plating layer is also formed on the flat portion 65a and the end portion 65b of the end insulating layer 65.
  • the portion of the metal plating layer located on the power receiving portion 50a of the main surface gate electrode 50 and the portion located on the flat portion 63a and the first end portion 63b of the upper insulating layer 63 are one of the gate pads 70. It is formed as a columnar portion 71 which is a portion.
  • the portion of the metal plating layer located on the main surface source electrode 55 and the portion located on the second end portion 63c and the end portion insulating layer 65 of the upper insulating layer 63 are a part of the source pad 75. It is formed as a lower source pad 75a.
  • the lower mold layer 80a is formed.
  • this step includes a film forming step, a curing step and a thinning step.
  • a liquid resin material for example, an epoxy resin as an example of a thermosetting resin
  • the resin material covers the entire columnar portion 71 and the lower source pad 75a. The resin material also enters the space between the columnar portion 71 and the lower source pad 75a.
  • the applied or printed resin material is cured by heating.
  • the resin material is ground until the columnar portion 71 and the lower source pad 75a are exposed.
  • the upper surface of the columnar portion 71, the upper surface of the lower mold layer 80a, and the upper surface of the lower source pad 75a are formed flush with each other.
  • the gate wiring layer 72b and the source wiring layer 75b are formed.
  • the gate wiring layer 72b and the source wiring layer 75b are formed, for example, using the same materials as the columnar portion 71 and the lower source pad 75a, respectively.
  • the gate wiring layer 72b has the same size and shape as the wide portion 72 of the gate pad 70 in a plan view.
  • the source wiring layer 75b has the same size and shape as the lower source pad 75a in a plan view.
  • the gate wiring layer 72b and the source wiring layer 75b function as seed wiring that serves as a film formation starting point in the next plating step.
  • the wide portion 72a of the gate pad 70 is formed on the gate wiring layer 72b, and the upper source pad 75c of the source pad 75 is formed on the source wiring layer 75b.
  • the metal plating layer is selectively formed only on the upper surface of the gate wiring layer 72b and the upper surface of the source wiring layer 75b by the electrolytic plating method or the electroless plating method.
  • the upper mold layer 80b is formed.
  • this step includes a film forming step, a curing step and a thinning step.
  • the film forming step for example, by coating or printing, the entire wide portion 72a and the entire upper source pad 75c are covered with a resin material (for example, an epoxy resin as an example of a thermosetting resin).
  • the applied or printed resin material is cured by heating.
  • the resin material is ground until the wide portion 72a and the upper source pad 75c are exposed.
  • the upper surface of the wide portion 72a, the upper surface of the upper mold layer 80b, and the upper surface of the upper source pad 75c are formed flush with each other.
  • the wide portion 72 of the gate pad 70 is formed by the gate wiring layer 72b and the wide portion 72a.
  • the source pad 75 is formed by the lower source pad 75a, the source wiring layer 75b, and the upper source pad 75c.
  • the mold layer 80 is composed of a lower mold layer 80a and an upper mold layer 80b.
  • the gate pad 70 and the source pad 75 are formed by two-step plating.
  • the illustration and description of the specific layer structure of the gate pad 70, the source pad 75, and the mold layer 80 are omitted.
  • the description of the specific layer structure of the gate pad 70, the source pad 75, and the mold layer 80 also applies to FIG. 2 and the like described above.
  • the semiconductor layer 10 is thinned by polishing the second main surface 12a of the semiconductor layer 10.
  • the drain electrode 40 is formed on the second main surface 12 by a vapor deposition method or a sputtering method. After that, the semiconductor layer 10 and the like are selectively cut together with the mold layer 80 to manufacture the semiconductor device 1 shown in FIG.
  • the manufacturing method of the semiconductor device 1 is only an example, and is not limited to the above-mentioned method.
  • the gate pad 70 and the source pad 75 may be formed by a film forming method other than the plating method.
  • the semiconductor device 1 is a semiconductor device including the vertical transistor 2.
  • the semiconductor device 1 includes a semiconductor layer 10, a vertical transistor 2, a gate electrode 20, a source electrode 30, a drain electrode 40, a main surface gate electrode 50, a main surface source electrode 55, and a gate pad 70.
  • the semiconductor layer 10 has a first main surface 11 and a second main surface 12 on the opposite side of the first main surface 11, and contains SiC as a main component.
  • the vertical transistor 2 is provided on the first main surface 11.
  • the gate electrode 20 is provided on the first main surface 11 as a gate electrode of the vertical transistor 2.
  • the source electrode 30 is provided on the first main surface 11 as a source electrode of the vertical transistor 2 at a distance from the gate electrode 20.
  • the drain electrode 40 is provided on the second main surface 12 as a drain electrode of the vertical transistor 2.
  • the main surface gate electrode 50 covers a part of the first main surface 11.
  • the main surface source electrode 55 is provided at a distance from the main surface gate electrode 50 in a plan view.
  • the gate pad 70 overlaps the main surface gate electrode 50 in a plan view and is electrically connected to the main surface gate electrode 50.
  • the main surface gate electrode 50 is smaller than the gate pad 70 in a plan view.
  • the main surface gate electrode 50 is electrically connected to the gate electrode 20.
  • the main surface source electrode 55 is electrically connected to the source electrode 30.
  • the main surface gate electrode 50 is used as an electrode pad for wire bonding instead of the gate pad 70, the main surface gate electrode 50 needs to be formed to have the same size as the wide portion 72 of the gate pad 70. be. In this case, the region of the semiconductor layer 10 covered by the main surface gate electrode 50 is formed as the inactive region 4.
  • the size of the inactive region 4 becomes the size of the main surface gate electrode 50 formed to be the same size as the wide portion 72, so that the active region 3 becomes smaller. That is, the size of the inactive region 4 is extremely larger than the size of the inactive region 4 of the semiconductor device 1 according to this embodiment. Therefore, since the active region 3 becomes small, the semiconductor layer 10 cannot be effectively used, and it becomes difficult to reduce the size and cost.
  • a gate pad 70 (wide portion 72) connected to the main surface gate electrode 50 is provided, and wire bonding is performed to the gate pad 70 (wide portion 72). Is carried out. Therefore, while reducing the size of the main surface gate electrode 50, it is possible to secure a gate pad 70 having a sufficient size for proper wire bonding. As a result, the main surface gate electrode 50 can be reduced, so that the region not covered by the main surface gate electrode 50 can be expanded and used as the active region 3. Therefore, the semiconductor device 1 capable of securing a wide operating region is realized.
  • the gate pad 70 overlaps a part of the main surface source electrode 55 in a plan view.
  • the region directly below the wide portion 72 can be used as the active region 3.
  • the main surface source electrodes 55 provided directly below the wide portion 72 of the gate pad 70 can easily secure electrical connections to the plurality of source electrodes 30.
  • the semiconductor device further includes an electrode for current detection and an electrode pad connected to the electrode for current detection, and the electrode for current detection is smaller than the electrode pad in the first embodiment. It is mainly different from the morphology. In the following, the differences from the first embodiment will be mainly described, and the description of the common points will be omitted or simplified.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor device 101 according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a plan view of the semiconductor device 101 shown in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a plan view of the upper surface of the electrode of the semiconductor device 101 along the IX-IX line of FIG. Specifically, FIG. 7 shows a cross section taken along the line VII-VII of FIG. Specifically, FIG. 9 shows a plane when the semiconductor device 101 is viewed from the positive side of the z-axis by seeing through the gate pad 70, the source pad 75, the current detection pad 170, and the mold layer 80 shown in FIG. It is a figure.
  • the semiconductor device 101 includes a vertical transistor 2 that allows a current to flow in the thickness direction of the semiconductor layer 10, as in the case of the first embodiment.
  • the semiconductor device 101 includes a main surface gate electrode 50, a main surface source electrode 55, and a current detection electrode 150.
  • the main surface gate electrode 50 and the main surface source electrode 55 according to the second embodiment are different in arrangement or shape as compared with the case of the first embodiment, but their configurations are the cases of the first embodiment. Is substantially the same as. Therefore, the description of the main surface gate electrode 50 and the main surface source electrode 55 according to the second embodiment is omitted.
  • the current detection electrode 150 is an example of the third electrode.
  • the current detection electrode 150 is arranged at a distance from the main surface gate electrode 50 and the main surface source electrode 55 in a plan view.
  • the current detection electrode 150 is arranged in a region partitioned by the main surface gate electrode 50 and the main surface source electrode 55 in a plan view.
  • the current detection electrode 150 corresponds to a portion of the main surface source electrode 55 according to the first embodiment separated.
  • the current detection electrode 150 includes, for example, at least one of a metal such as conductive polysilicon, titanium, nickel, copper, aluminum, silver, gold, and tungsten, or a metal nitride such as titanium nitride.
  • the current detection electrode 150 is made of, for example, the same material as the main surface gate electrode 50 and the main surface source electrode 55.
  • the current detection electrode 150 is electrically connected to N (N-munber) source electrodes 30 among the plurality of source electrodes 30 provided on the first main surface 11 of the semiconductor layer 10.
  • N is a natural number. N is, for example, 10 or less.
  • the vertical transistor 2 included in the semiconductor device 101 is directed from the drain electrode 40 provided on the second main surface 12 of the semiconductor layer 10 to the plurality of source electrodes 30 provided on the first main surface 11 of the semiconductor layer 10. Drain current can flow.
  • the current detection electrode 150 is an electrode for extracting current (a component of the drain current) flowing through N source electrodes 30 among the plurality of source electrodes 30.
  • the N source electrodes 30 are used for detecting the current (drain current) flowing through the vertical transistor 2.
  • the current detection electrode 150 is provided on the lower insulating layer 61.
  • the current detection electrode 150 is electrically connected to one or more source electrodes 30 via one or more source contact holes 61b provided in the lower insulating layer 61.
  • the number of source contact holes 61b corresponds to N. That is, by adjusting the number of the source contact holes 61b, the number N of the source electrodes 30 to which the current detection electrode 150 is connected can be adjusted.
  • the main surface source electrode 55 is electrically connected to M source electrodes 30 among the plurality of source electrodes 30.
  • M is a natural number greater than N.
  • M is, for example, 100 times or more and 10000 times that of N. Therefore, a current of 1 / 10,000 or more and 1/100 or less of the current flowing through the main surface source electrode 55 flows through the current detection electrodes 150 connected to the N source electrodes 30.
  • the current flowing through the current detection electrode 150 can be reduced.
  • the maximum amount of current flowing through the current detection electrode 150 can be suppressed to about 1 A.
  • the increase in current can be detected within the current detection range by using the current detection electrode 150.
  • the increase or decrease of the drain current can be indirectly detected within the detection range of the current detection electrode 150.
  • the current detection electrode 150 is smaller than the current detection pad 170 in a plan view.
  • the plan-view shape of the current detection electrode 150 is, for example, a square or a rectangle.
  • the length of one side of the current detection electrode 150 is 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the current detection electrode 150 has a square plan view shape and may have a size of about 20 ⁇ m ⁇ 20 ⁇ m.
  • the size of the current detection electrode 150 is the same as the size of the power receiving portion 50a of the main surface gate electrode 50.
  • the size of the current detection electrode 150 may be smaller than the size of the power receiving unit 50a.
  • the size of the current detection electrode 150 may be larger than the size of the power receiving unit 50a.
  • the current detection electrode 150 has an area of 20% or less of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view. Preferably, the current detection electrode 150 has an area of 10% or less of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11).
  • the current detection electrode 150 is arranged in a region avoiding the main surface source electrode 55 and the main surface gate electrode 50 in a plan view.
  • the current detection electrode 150 may be arranged in a region including the center position of the semiconductor layer 10. In this case, the main surface source electrode 55 may be arranged so as to surround the current detection electrode 150.
  • the semiconductor device 101 includes a gate pad 70, a source pad 75, and a current detection pad 170.
  • the gate pad 70 and the source pad 75 according to the second embodiment are different in arrangement or shape as compared with the case of the first embodiment, but their configurations are substantially different from those of the first embodiment. Is the same as. Therefore, the description of the gate pad 70 and the source pad 75 according to the second embodiment will be omitted.
  • the current detection pad 170 is an example of the second electrode pad.
  • the current detection pad 170 overlaps the current detection electrode 150 and is electrically connected to the current detection electrode 150 in a plan view.
  • the current detection pad 170 connected to the current detection electrode 150 has the same configuration as the gate pad 70.
  • the current detection pad 170 includes a columnar portion 171 and a wide portion 172.
  • the columnar portion 171 is an example of the first conductive layer provided on the current detection electrode 150.
  • the columnar portion 171 extends in a columnar direction in the normal direction (z-axis direction) of the upper surface 152 of the current detection electrode 150.
  • the columnar portion 171 is connected to the current detection electrode 150 via a through hole 164 provided in the upper insulating layer 63.
  • the columnar portion 171 covers the upper surface 152 of the current detection electrode 150.
  • the columnar portion 171 further covers a part of the flat portion 63a of the upper insulating layer 63 and the first end portion 63b.
  • the height (length in the z-axis direction) of the columnar portion 171 is larger (longer) than the thickness (length in the z-axis direction) of the upper insulating layer 63.
  • the height of the columnar portion 171 is larger (longer) than the maximum thickness of the portion of the upper insulating layer 63 located on the current detection electrode 150.
  • the top of the columnar portion 171 is higher than the top of the upper insulating layer 63.
  • the columnar portion 171 has a side surface 174 that extends vertically or substantially vertically.
  • the side surface 174 does not necessarily have to extend linearly in a cross-sectional view, and may extend in a curved or uneven shape.
  • the side surface 174 is located above the region where the current detection electrode 150 and the upper insulating layer 63 overlap in a plan view. Specifically, the side surface 174 is located on the flat portion 63a of the upper insulating layer 63. That is, the columnar portion 171 covers the current detection electrode 150 and the upper insulating layer 63. As a result, the columnar portion 171 can be stably formed as in the columnar portion 71 according to the first embodiment.
  • the wide portion 172 is an example of a second conductive layer provided at the upper end of the columnar portion 171.
  • the wide portion 172 is a portion in which the size of the upper end of the columnar portion 171 is enlarged in the xy plane.
  • the size and shape of the wide portion 172 in plan view match the size and shape of the current detection pad 170 in plan view.
  • the wide portion 172 has an upper surface 173 used for electrical connection between the semiconductor device 101 (vertical transistor 2) and another circuit.
  • the upper surface 173 of the wide portion 172 is connected to a control circuit that controls the semiconductor device 101 (vertical transistor 2) based on the detected current.
  • a metal wire is connected to the upper surface 173 of the wide portion 172 by wire bonding.
  • Metal wire includes at least one of metals such as aluminum, copper and gold.
  • the aluminum wire is wedge-bonded to the current detection pad 170 (upper surface 173 of the wide portion 172).
  • the wide portion 172 In order to perform wire bonding properly, the wide portion 172 needs to have a certain size or more.
  • the plan view shape of the wide portion 172 is, for example, a square.
  • the size of the wide portion 172 may be 800 ⁇ m ⁇ 800 ⁇ m or more and 1 mm ⁇ 1 mm or less.
  • the direction of connection of the metal wire to the wide portion 172 can be any direction.
  • the size of the wide portion 172 may be larger than 1 mm ⁇ 1 mm.
  • the plan view shape of the wide portion 172 may be rectangular.
  • the size of the wide portion 172 may be 400 mm ⁇ 800 mm or more.
  • the size of the wide portion 172 is the same as the size of the wide portion 72 of the gate pad 70.
  • the size of the wide portion 172 may be smaller than the size of the wide portion 72.
  • the size of the wide portion 172 may be larger than the size of the wide portion 72.
  • the area of the wide portion 172 (that is, the area of the current detection pad 170) is larger than the area of the current detection electrode 150.
  • the area of the wide portion 172 is 200 times or more and 40,000 times or less the area of the current detection electrode 150.
  • the area of the wide portion 172 may be 400 times or more the area of the current detection electrode 150.
  • the area of the wide portion 172 may be about 2500 times the area of the current detection electrode 150.
  • the columnar portion 171 contains a metal material such as copper and a copper alloy containing copper as a main component.
  • the wide portion 172 includes a metal material such as copper and a copper alloy containing copper as a main component.
  • the wide portion 172 is formed, for example, by using the same conductive material as the columnar portion 171.
  • the wide portion 172 may be formed by using a conductive material different from that of the columnar portion 171.
  • the current detection pad 170 is formed, for example, using the same material as the gate pad 70 and the source pad 75. As a result, the current detection pad 170, the gate pad 70, and the source pad 75 can be formed in the same process.
  • the height of the current detection pad 170 (length in the z-axis direction) is the sum of the height of the columnar portion 171 (length in the z-axis direction) and the thickness of the wide portion 172 (length in the z-axis direction). ..
  • the height of the current detection pad 170 is, for example, more than 0 mm and 1 mm or less (for example, several tens of ⁇ m or more and several hundred ⁇ m or less). As shown in FIG. 7, the height of the columnar portion 171 is larger (longer) than the thickness of the wide portion 172.
  • the height of the columnar portion 171 may be equal to or less than the thickness of the wide portion 172.
  • the current detection pad 170 has an area of 20% or less of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view. Preferably, the current detection pad 170 has an area of 10% or less of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view. Further, the current detection pad 170 is arranged in an area avoiding the gate pad 70 and the source pad 75. The current detection pad 170 may be arranged in a region including the central position of the semiconductor layer 10 (first main surface 11). In this case, the source pad 75 may be arranged so as to surround the current detection pad 170.
  • the semiconductor device 101 includes an active region 103 and an inactive region 104.
  • the active region 103 is a main region through which the drain current of the vertical transistor 2 flows.
  • the active region 103 is a region that overlaps with the main surface source electrode 55 in a plan view.
  • the active region 103 does not include a region that overlaps with either the main surface gate electrode 50 or the current detection electrode 150.
  • a part of the region that overlaps the gate pad 70 and the current detection pad 170 in a plan view is included in the active region 103.
  • the inactive region 104 is an region that does not operate as the vertical transistor 2.
  • the inactive area 104 is an area other than the active area 103 in a plan view.
  • the inactive region 104 includes a current detection region 102.
  • the current detection region 102 is a region that overlaps with the current detection electrode 150 in a plan view. In this embodiment, the region overlapping the main surface gate electrode 50 or the current detection electrode 150 in a plan view is included in the inactive region 104.
  • the current detection pad 170 overlaps a part of the main surface source electrode 55 in a plan view. That is, a part of the main surface source electrode 55 is located directly below the current detection pad 170.
  • a part of the region where the current detection pad 170 overlaps the main surface source electrode 55 can be used as the active region 103. .. As a result, it is possible to secure a larger area of the active region 103 while securing the area of the current detection pad 170.
  • the semiconductor device 101 further includes a plurality of source electrodes 30, a current detection electrode 150, and a current detection pad 170.
  • the plurality of source electrodes 30 are arranged at intervals from each other in a plan view.
  • the current detection electrodes 150 are provided at intervals from the main surface gate electrode 50 and the main surface source electrode 55 in a plan view, and are electrically connected to N (N is a natural number) source electrodes 30.
  • the current detection pad 170 overlaps the current detection electrode 150 in a plan view and is electrically connected to the current detection electrode 150.
  • the main surface source electrodes 55 are electrically connected to M source electrodes 30 (M is a natural number larger than N).
  • the current detection electrode 150 is smaller than the current detection pad 170 in a plan view.
  • the number N of the source electrodes 30 (that is, the source electrodes 30 included in the current detection region 102) to which the current detection electrode 150 is connected may be, for example, 10 or less.
  • the number of source electrodes 30 included in the range 105 directly below the wide portion 172 of the current detection pad 170 is much larger than 10.
  • the current detection electrode 150 is used as an electrode pad for wire bonding instead of the current detection pad 170, the current detection electrode 150 is formed to have the same size as the wide portion 172 of the current detection pad 170. Need to be. In this case, the range 105 directly below the wide portion 172 of the current detection pad 170 is formed as the inactive region 104.
  • the size of the inactive region 104 is the size of the current detection electrode 150 formed to be the same size as the wide portion 172, so that the active region 103 becomes smaller. That is, the size of the inactive region 104 is extremely larger than the size of the inactive region 104 of the semiconductor device 101 according to this embodiment. Therefore, since the active region 103 becomes small, the semiconductor layer 10 cannot be effectively used, and it becomes difficult to reduce the size and cost.
  • the current detection pad 170 (wide portion 172) connected to the current detection electrode 150 is provided, and the wire is connected to the current detection pad 170 (wide portion 172). Bonding is performed. Therefore, it is possible to secure the current detection pad 170 having a size sufficient for performing wire bonding appropriately while reducing the current detection electrode 150. Further, since the current detection electrode 150 can be reduced, the region not covered by the current detection electrode 150 can be expanded and used as the active region 103. Therefore, the semiconductor device 101 that can secure a wide operating region is realized.
  • the manufacturing method of the semiconductor device 101 according to this embodiment is the same as the manufacturing method of the semiconductor device 1 according to the first embodiment. Specifically, the patterning step of the main surface gate electrode 50, the main surface source electrode 55 and the current detection electrode 150, the patterning step of the insulating layer 60, and the patterning step of the gate pad 70, the source pad 75 and the current detection pad 170. In each case, the semiconductor device 101 can be manufactured by adjusting each shape.
  • the gate pad 70 has the same configuration as the current detection pad 170 has been described, but the gate pad 70 may have the same configuration as the source pad 75.
  • FIG. 10 is a plan view of a modified example of the semiconductor device 101 according to the second embodiment (hereinafter, referred to as a semiconductor device 101a).
  • FIG. 11 is a plan view of the upper surface of the electrode of the semiconductor device 101a shown in FIG. 10 and 11 correspond to FIGS. 8 and 9, respectively, of the second embodiment.
  • the main surface gate electrode 50A and the gate pad 70a have the same size and the same shape in a plan view. That is, in a plan view, the main surface gate electrode 50A is larger than the power receiving portion 50a of the main surface gate electrode 50 according to the second embodiment.
  • the current detection electrode 150 and the current detection pad 170 are the same as in the second embodiment. That is, the semiconductor device 101a according to the modified example includes the current detection electrode 150 as an example of the first electrode, and includes the current detection pad 170 as an example of the first electrode pad.
  • a configuration for increasing the area in the plan view is applied only to the current detection electrode 150.
  • the current detection electrode 150 can be made smaller than the current detection pad 170 while securing the area of the pad for making an electrical connection to the current detection electrode 150. Therefore, a part of the region overlapping the current detection pad 170 in the plan view can be effectively used as the active region. Therefore, a wide operating area can be secured.
  • the semiconductor device further includes a diode having an electrode and an electrode pad connected to the electrode of the diode, and the electrode of the diode is smaller than the electrode pad, which is different from the case of the first embodiment. Mainly different. In the following, the differences from the first embodiment will be mainly described, and the description of the common points will be omitted or simplified.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a main part of the semiconductor device 201 according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of the semiconductor device 201 shown in FIG.
  • FIG. 14 is a plan view along the line XIV-XIV shown in FIG. Specifically, FIG. 12 shows a cross section along the line XII-XII of FIG. Specifically, FIG. 14 shows the semiconductor device 201 from the positive side of the z-axis while seeing through the gate pad 70, the source pad 75, the anode electrode pad 270, the cathode electrode pad 275, and the mold layer 80 shown in FIG. It is a plan view when viewed.
  • the semiconductor device 201 includes a diode 290 provided on the first main surface 11 of the semiconductor layer 10.
  • the diode 290 is a pn diode and includes a p-type semiconductor layer 291 and an n-type semiconductor layer 292.
  • the p-type semiconductor layer 291 contains polysilicon to which p-type impurities have been added
  • the n-type semiconductor layer 292 contains polysilicon to which n-type impurities have been added.
  • the p-type semiconductor layer 291 and the n-type semiconductor layer 292 are in contact with each other and form a pn diode having a pn junction.
  • the diode 290 is provided in the recess 293 provided on the first main surface 11 of the semiconductor layer 10.
  • the recess 293 is formed by digging the first main surface 11 of the semiconductor layer 10 toward the second main surface 12 side.
  • the recess 293 has the same depth as the gate trench 22.
  • the recess 293 can be formed in the same process as the gate trench 22.
  • the recess 293 has an area of 20% or less of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view. Preferably, the recess 293 has an area of 10% or less of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view.
  • the recess 293 is provided in a region avoiding the main surface source electrode 55 and the main surface gate electrode 50 in a plan view.
  • the recess 293 may be provided in a region including the center position of the semiconductor layer 10 (first main surface 11). In this case, the main surface source electrode 55 may be arranged so as to surround the periphery of the recess 293.
  • the semiconductor device 201 includes an insulating layer 223 formed so as to cover the bottom wall and the side wall of the recess 293.
  • the insulating layer 223 is interposed between the semiconductor layer 10 and the diode 290. That is, the diode 290 is provided on the insulating layer 223.
  • the insulating layer 223 contains, for example, silicon oxide.
  • the insulating layer 223 may contain at least one of impurity-free silicon, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride or aluminum oxynitride.
  • the insulating layer 223 contains, for example, the same material as the gate insulating layer 23, and has the same thickness as the gate insulating layer 23. As a result, the insulating layer 223 can be formed in the same process as the gate insulating layer 23.
  • the semiconductor layer 10 may not be provided with either or both of the recess 293 and the insulating layer 223.
  • the diode 290 may be provided on the first main surface 11 of the semiconductor layer 10. In this case, the diode 290 may be arranged on the insulating layer 223 covering the first main surface 11.
  • the diode 290 includes an anode electrode 250 and a cathode electrode 255.
  • the temperature of the semiconductor device 201 can be detected by the magnitude of the voltage between the anode electrode 250 and the cathode electrode 255. That is, the diode 290 is used as a temperature sensor (temperature sensitive diode).
  • the anode electrode 250 is electrically connected to the p-type semiconductor layer 291.
  • the anode electrode 250 includes, for example, at least one of a metal such as conductive polysilicon, titanium, nickel, copper, aluminum, silver, gold and tungsten, or a metal nitride such as titanium nitride.
  • the cathode electrode 255 is electrically connected to the n-type semiconductor layer 292. As shown in FIG. 14, the cathode electrode 255 is provided at a distance from the anode electrode 250 in a plan view. In this embodiment, the lower insulating layer 61 is provided between the cathode electrode 255 and the anode electrode 250. Further, the anode electrode 250 and the cathode electrode 255 are provided at intervals from each of the main surface gate electrode 50 and the main surface source electrode 55 in a plan view.
  • the main surface gate electrode 50 and the main surface source electrode 55 according to the third embodiment are different in arrangement or shape as compared with the case of the first embodiment, but they are different from each other.
  • the configuration is substantially the same as in the case of the first embodiment. Therefore, the description of the main surface gate electrode 50 and the main surface source electrode 55 according to the third embodiment is omitted.
  • the cathode electrode 255 contains, for example, at least one of a metal such as conductive polysilicon, titanium, nickel, copper, aluminum, silver, gold and tungsten, or a metal nitride such as titanium nitride.
  • the cathode electrode 255 may be formed by using the same material as the anode electrode 250.
  • the semiconductor device 201 includes a gate pad 70, a source pad 75, an anode electrode pad 270, and a cathode electrode pad 275.
  • the gate pad 70 and the source pad 75 according to the third embodiment are different in arrangement or shape as compared with the case of the first embodiment, but their configurations are substantially different from those of the first embodiment. It is the same. Therefore, the description of the gate pad 70 and the source pad 75 according to the third embodiment will be omitted.
  • the anode electrode pad 270 overlaps the anode electrode 250 and is electrically connected to the anode electrode 250 in a plan view.
  • the anode electrode pad 270 connected to the anode electrode 250 has the same configuration as the gate pad 70.
  • the anode electrode pad 270 includes a columnar portion 271 and a wide portion 272.
  • the columnar portion 271 is an example of the first conductive layer provided on the anode electrode 250.
  • the columnar portion 271 extends in a columnar direction in the normal direction (z-axis direction) of the upper surface 251 of the anode electrode 250.
  • the wide portion 272 is an example of the second conductive layer provided at the upper end of the columnar portion 271.
  • the wide portion 272 is a portion in which the size of the upper end of the columnar portion 271 is enlarged in the xy plane.
  • the size and shape of the wide portion 272 in the plan view match the size and shape of the anode electrode pad 270 in the plan view.
  • the wide portion 272 has an upper surface 273 used for electrical connection between the semiconductor device 201 (diode 290) and other circuits.
  • the upper surface 273 of the wide portion 272 is connected to a voltmeter or the like that detects the voltage of the anode electrode 250 and the cathode electrode 255.
  • a metal wire is connected to the upper surface 273 of the wide portion 272 by wire bonding.
  • Metal wire includes at least one of metals such as aluminum, copper and gold.
  • the aluminum wire is wedge bonded to the anode electrode pad 270 (the upper surface 273 of the wide portion 272).
  • the wide portion 272 In order to perform wire bonding properly, the wide portion 272 needs to have a certain size or more.
  • the shape and size of the wide portion 272 in the plan view are the same as, for example, the shape and size of the wide portion 72 of the gate pad 70 in the plan view. At least one of the shape and size of the wide portion 272 in the plan view may be different from the shape and size of the wide portion 72 in the plan view.
  • the area of the wide portion 272 (that is, the area of the anode electrode pad 270) is larger than the area of the anode electrode 250.
  • the area of the wide portion 272 may be 200 times or more and 40,000 times or less the area of the anode electrode 250.
  • the area of the wide portion 272 may be 400 times or more the area of the anode electrode 250.
  • the area of the wide portion 272 may be about 2500 times the area of the anode electrode 250.
  • the columnar portion 271 contains a metal material such as copper and a copper alloy containing copper as a main component.
  • the wide portion 272 includes a metal material such as copper and a copper alloy containing copper as a main component.
  • the wide portion 272 is formed, for example, by using the same conductive material as the columnar portion 271.
  • the wide portion 272 may be formed by using a conductive material different from that of the columnar portion 271.
  • the height of the anode electrode pad 270 (length in the z-axis direction) is the sum of the height of the columnar portion 271 (length in the z-axis direction) and the thickness of the wide portion 272 (length in the z-axis direction). ..
  • the height of the anode electrode pad 270 is, for example, more than 0 mm and 1 mm or less (for example, several tens of ⁇ m or more and several hundred ⁇ m or less). As shown in FIG. 12, the height of the columnar portion 271 is larger (longer) than the thickness of the wide portion 272.
  • the height of the columnar portion 271 may be equal to or less than the thickness of the wide portion 272.
  • the cathode electrode pad 275 overlaps the cathode electrode 255 and is electrically connected to the cathode electrode 255 in a plan view.
  • the cathode electrode pad 275 connected to the cathode electrode 255 has the same configuration as the gate pad 70 and the anode electrode pad 270.
  • the cathode electrode pad 275 includes a columnar portion 276 and a wide portion 277.
  • the columnar portion 276 is an example of the first conductive layer provided on the cathode electrode 255.
  • the columnar portion 276 extends in a columnar direction in the normal direction (z-axis direction) of the upper surface 256 of the cathode electrode 255.
  • the wide portion 277 is an example of the second conductive layer provided at the upper end of the columnar portion 276.
  • the wide portion 277 is a portion in which the size of the upper end of the columnar portion 276 is enlarged in the xy plane.
  • the size and shape of the wide portion 277 in plan view match the size and shape of the cathode electrode pad 275 in plan view.
  • the wide portion 277 has an upper surface 278 used for electrical connection between the semiconductor device 201 (diode 290) and other circuits.
  • the upper surface 278 of the wide portion 277 is connected to a voltmeter or the like that detects the voltage of the anode electrode 250 and the cathode electrode 255.
  • a metal wire is connected to the upper surface 278 of the wide portion 277 by wire bonding.
  • the columnar portion 276 and the wide portion 277 of the cathode electrode pad 275 are the same as the columnar portion 276 and the wide portion 277 of the anode electrode pad 270, respectively. Therefore, the description of the shape and material of the cathode electrode pad 275 is omitted.
  • the anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275 are formed of, for example, using the same materials as the gate pad 70 and the source pad 75. Thereby, the anode electrode pad 270, the cathode electrode pad 275, the gate pad 70, and the source pad 75 can be formed in the same process.
  • the semiconductor device 201 may include an insulating layer (not shown) that covers a part of the upper surface 251 of the anode electrode 250 and a part of the upper surface 256 of the cathode electrode 255.
  • the insulating layer is made of, for example, an organic material such as polyimide or PBO.
  • the side surface of the columnar portion 271 of the anode electrode pad 270 and the side surface of the columnar portion 276 of the cathode electrode pad 275 are on the flat portion of the insulating layer, respectively, as in the side surface 74 of the columnar portion 71 according to the first embodiment. It may be provided.
  • the anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275 each have an area of 20% or less of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view.
  • the anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275 have an area of 10% or less of the area of the semiconductor layer 10 (first main surface 11) in a plan view.
  • anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275 are arranged in a region avoiding the gate pad 70 and the source pad 75.
  • One of the anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275 may be arranged in the region including the central position of the semiconductor layer 10 (first main surface 11), and the source pad 75 is the anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275. It may be arranged so as to surround the periphery of the.
  • the semiconductor device 201 includes an active region 203 and an inactive region 204.
  • the active region 203 is a main region through which the drain current of the vertical transistor 2 flows.
  • the active region 203 is a region that overlaps with the main surface source electrode 55 in a plan view.
  • the active region 203 does not include a region that overlaps with either the main surface gate electrode 50 or the recess 293. A part of the region that overlaps the gate pad 70, the anode electrode pad 270, and the cathode electrode pad 275 in a plan view is included in the active region 103.
  • the inactive region 204 is an region that does not operate as the vertical transistor 2.
  • the inactive area 204 is an area other than the active area 203 in a plan view.
  • a diode 290 is formed in the inactive region 204.
  • the region overlapping the main surface gate electrode 50 or the recess 293 in a plan view is included in the inactive region 204.
  • the anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275 each overlap a part of the main surface source electrode 55 in a plan view. That is, a part of the main surface source electrode 55 is located directly below the anode electrode pad 270 and directly below the cathode electrode pad 275, respectively.
  • the main surface source electrode 55 is pulled out to a region overlapping the anode electrode pad 270 or the cathode electrode pad 275 in a plan view.
  • a part of the region where the main surface source electrode 55 and the anode electrode pad 270 overlap, or a part of the region where the main surface source electrode 55 and the cathode electrode pad 275 overlap can be used as the active region 203.
  • the semiconductor device 201 includes a diode 290, an anode electrode pad 270, and a cathode electrode pad 275.
  • the diode 290 includes an anode electrode 250 and a cathode electrode 255, and is provided on the first main surface 11.
  • the anode electrode pad 270 overlaps the anode electrode 250 in a plan view and is electrically connected to the anode electrode 250.
  • the cathode electrode pad 275 overlaps the cathode electrode 255 in a plan view and is electrically connected to the cathode electrode 255.
  • the anode electrode 250 is smaller than the anode electrode pad 270 in plan view.
  • the cathode electrode 255 is smaller than the cathode electrode pad 275 in a plan view.
  • the anode electrode 250 is used as an electrode pad for wire bonding instead of the anode electrode pad 270, the anode electrode 250 needs to have the same size as the wide portion 272.
  • the cathode electrode 255 is used as an electrode pad for wire bonding instead of the cathode electrode pad 275, the cathode electrode 255 needs to have a size equivalent to that of the wide portion 277.
  • the region covered by the anode electrode 250 and the cathode electrode 255 is formed as an inactive region 204. Therefore, the size of the inactive region becomes the size of the anode electrode 250 and the cathode electrode 255 formed to be the same size as the wide portion 272 and the wide portion 277, so that the active region 203 becomes small. That is, the size of the inactive region is extremely larger than the size of the inactive region 204 of the semiconductor device 201 according to this embodiment. Therefore, the semiconductor layer 10 cannot be effectively used, and it becomes difficult to reduce the size and cost.
  • the anode electrode pad 270 (wide portion 272) connected to the anode electrode 250 is provided, and the cathode electrode pad 275 (wide portion 272) connected to the cathode electrode 255 is provided. 277) is provided. Wire bonding is performed on each of the anode electrode pad 270 (wide portion 272) and the cathode electrode pad 275 (wide portion 277).
  • the anode electrode 250 and the cathode electrode 255 small, it is possible to secure the anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275, which have a sufficient size for proper wire bonding, respectively. Further, since the anode electrode 250 and the cathode electrode 255 can be reduced respectively, the region not covered by the anode electrode 250 or the cathode electrode 255 can be expanded and used as the active region 203. In this way, the semiconductor device 201 that can secure a wide operating region is realized.
  • the manufacturing method of the semiconductor device 201 according to this embodiment is the same as the manufacturing method of the semiconductor device 1 according to the first embodiment. Specifically, the patterning step of the main surface gate electrode 50, the main surface source electrode 55, the anode electrode 250 and the cathode electrode 255, the patterning step of the insulating layer 60, and the gate pad 70, the source pad 75, the anode electrode pad 270 and The semiconductor device 201 can be manufactured by adjusting each shape in each of the patterning steps of the cathode electrode pad 275.
  • the gate pad 70 has the same configuration as the anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275 has been described, but the gate pad 70 has the same configuration as the source pad 75. You may.
  • FIG. 15 is a plan view of a modified example of the semiconductor device 201 according to the third embodiment (hereinafter, referred to as the semiconductor device 201a).
  • FIG. 16 is a plan view showing the upper surface of the electrode of the semiconductor device 201a shown in FIG. 15 and 16 correspond to FIGS. 13 and 14, respectively, of the third embodiment.
  • the main surface gate electrode 50A and the gate pad 70a have the same size and the same shape in a plan view. That is, in a plan view, the main surface gate electrode 50A is larger than the power receiving portion 50a of the main surface gate electrode 50 according to the third embodiment.
  • the anode electrode 250, the cathode electrode 255, the anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275 are the same as in the third embodiment. That is, the semiconductor device 201a according to the modified example includes the anode electrode 250 as an example of the first electrode, and includes the anode electrode pad 270 as an example of the first electrode pad. The semiconductor device 201a according to the modified example includes the cathode electrode 255 as an example of the second electrode, and includes the cathode electrode pad 275 as an example of the second electrode pad.
  • the configuration (specifically, the anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275) has a configuration in which the area in the plan view is larger than that of only the anode electrode 250 and the cathode electrode 255. It has been applied. That is, the anode electrode 250 is made smaller than the anode electrode pad 270, and the cathode electrode 255 is made the cathode electrode pad 275, while securing the pad area for making electrical connection to each of the anode electrode 250 and the cathode electrode 255. Can be smaller than.
  • Either one of the anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275 may have the same configuration as the source pad 75.
  • the anode electrode 250 and the anode electrode pad 270 may have the same shape and size in a plan view.
  • the cathode electrode 255 and the cathode electrode pad 275 may have the same shape and size in a plan view.
  • FIG. 17 is a rear view showing an example of the semiconductor package 300 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 18 is a front view showing the internal structure of the semiconductor package 300 shown in FIG.
  • the semiconductor package 300 is a so-called TO (Transistor Outline) type semiconductor package.
  • the semiconductor package 300 includes a package body 301, a terminal 302d, a terminal 302g, a terminal 302s, a bonding wire 303g, a bonding wire 303s, and a semiconductor device 1.
  • the package body 301 has a rectangular parallelepiped shape.
  • the package body 301 incorporates the semiconductor device 1.
  • the package body 301 is a sealing body that seals the semiconductor device 1.
  • the package body 301 may contain an epoxy resin.
  • the package body 301 is formed of, for example, an epoxy resin containing carbon, glass fiber, and the like.
  • Each of the terminal 302d, the terminal 302g, and the terminal 302s protrudes from the bottom of the package main body 301 and is arranged side by side along the bottom of the package main body 301.
  • the terminals 302d, 302g and 302s are made of, for example, aluminum, but may also be made of other metal materials such as copper.
  • the gate pad 70 of the semiconductor device 1 is electrically connected to the terminal 302g by a bonding wire 303g or the like.
  • the source pad 75 of the semiconductor device 1 is electrically connected to the terminal 302s by a bonding wire 303s or the like.
  • the drain electrode 40 of the semiconductor device 1 is joined to a wide portion of the terminal 302d located in the package main body 301 by solder, a sintered layer made of silver or copper, or the like.
  • the semiconductor package 300 may include the semiconductor devices 101, 101a, 201 or 201a instead of the semiconductor device 1.
  • the package body 301 may further include a terminal to which the current detection pad 170 of the semiconductor device 101 is connected.
  • the package body 301 may further include a plurality of terminals to which each of the anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275 of the semiconductor device 201 is connected.
  • the semiconductor package 300 can secure a wider operating region than the case where the general semiconductor device is included.
  • FIG. 19 is a front view showing another example of the semiconductor package 300 according to the fourth embodiment (hereinafter, referred to as a semiconductor package 400).
  • the semiconductor package 400 shown in FIG. 19 is a so-called DIP (Dual In-line Package) type semiconductor package.
  • the semiconductor package 400 includes a package body 401, a plurality of terminals 402, and a semiconductor device 1.
  • the package body 401 has a rectangular parallelepiped shape.
  • the package body 401 incorporates the semiconductor device 1.
  • the package body 401 is a sealing body that seals the semiconductor device 1.
  • the package body 401 may contain an epoxy resin.
  • the package body 401 is formed of, for example, an epoxy resin containing carbon, glass fiber, and the like.
  • the plurality of terminals 402 protrude from the long side of the package main body 401 and are arranged side by side along the long side of the package main body 401.
  • the plurality of terminals 402 are formed of, for example, aluminum, but may be formed of other metallic materials such as copper.
  • the semiconductor package 400 may include a plurality of semiconductor devices 1. That is, the package main body 401 may include a plurality of semiconductor devices 1.
  • the semiconductor package 400 may include semiconductor devices 101, 101a, 201 or 201a in place of or in addition to the semiconductor device 1.
  • the current detection pad 170 of the semiconductor device 101, or the anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275 of the semiconductor device 201 are electrically connected to the corresponding terminals 402 by a bonding wire or the like. Be connected.
  • the semiconductor package 400 can secure a wider operating region than the case where the general semiconductor device is included.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing a main part of the semiconductor device 501 according to the first modification of each of the above-described embodiments.
  • bonding wires are used for electrical connection between the terminals of the semiconductor package 300 or 400 and the semiconductor devices 1, 101, 101a, 201 or 201a.
  • the bonding wire is a wire made of aluminum
  • a nickel layer may be formed on the upper surface 73 of the gate pad 70 and the upper surface 76 of the source pad 75, which are metal plating layers, as shown in FIG. ..
  • FIG. 20 shows the bonding wires 303g and 303s together as an example of the bonding wires.
  • the nickel layer 90 is an example of a metal layer formed of a metal material different from the metal material forming the gate pad 70 and the source pad 75.
  • the nickel layer 90 is a layer containing nickel as a main component.
  • the nickel layer 90 is a metal layer made of a simple substance of nickel.
  • a nickel layer 90 may be provided on the upper surfaces of the current detection pad 170, the anode electrode pad 270 and the cathode electrode pad 275.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a main part of the semiconductor device 601 according to the second modification of each of the above-described embodiments.
  • the gate pad 70 may include a columnar portion 71 made of copper and a wide portion 672 made of nickel.
  • the source pad 75 may include a lower source pad 75a made of copper and an upper source pad 675c made of nickel.
  • the semiconductor device 601 shown in FIG. 21 can be manufactured by performing a plating method using nickel instead of copper in the plating step shown in FIG. 6G.
  • the upper surface 73 of the wide portion 672, the upper surface 76 of the upper source pad 675c, and the upper surface 81 of the mold layer 80 are formed flush with each other.
  • the outermost surface of the metal plating layer (specifically, the gate pad 70 and the source pad 75), which is the bonding portion of the bonding wire made of aluminum, is used instead of the nickel layer.
  • Other layers may be formed.
  • a two-layer structure that is, a NiPd layer
  • a palladium layer provided on the nickel layer may be provided on the metal plating layer.
  • a three-layer structure for example, NiPdAu layer in which another metal layer such as a gold (Au) layer is formed may be formed on the upper surface of the two-layer structure.
  • the NiPd layer and the NiPdAu layer are suitable not only when the bonding wires are bonded but also when the external terminals are bonded by silver sintering.
  • the form of the semiconductor package including the semiconductor devices 1, 101, 101a, 201, 201a, 501 or 601 is not limited to the forms such as the semiconductor package 300 and the semiconductor package 400.
  • Semiconductor packages include SOP (Small Outline Package), QFN (Quad Flat Non Lead Package), DFP (Dual Flat Package), QFP (Quad Flat Package), SIP (Single Inline Package), or SOJ (Small Outline J-). leaded Package) may be adopted. Further, various semiconductor packages similar to these may be adopted as the semiconductor package.
  • the present invention is not limited to these embodiments.
  • the scope of the present invention also includes a form in which various modifications that can be conceived by those skilled in the art are applied to the present embodiment and a form constructed by combining components in different embodiments as long as the gist of the present invention is not deviated. Is done.
  • the gate pad 70 may cover only a part of the main surface gate electrode 50. That is, the gate pad 70 does not have to completely cover the main surface gate electrode 50. Similar structures may be applied to the current detection pad 170, the anode electrode pad 270, and the cathode electrode pad 275, respectively.
  • each semiconductor region or semiconductor layer may be inverted. That is, an n-type semiconductor may be provided in place of the p-type semiconductor, and a p-type semiconductor may be provided in place of the n-type semiconductor.
  • the vertical transistor 2 is formed as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). That is, it is possible to provide a semiconductor device including an IGBT as a vertical transistor.
  • the "source” of the MISFET is read as the "emitter” of the IGBT.
  • the "drain” of the MISFET is read as the "collector” of the IGBT.
  • the emitter of the IGBT is an example of the first main electrode
  • the collector of the IGBT is an example of the second main electrode.
  • the control electrode (20) of the vertical transistor (2) and the control electrode (20) of the vertical transistor (2) are formed on the first main surface (11) of the semiconductor layer (10) having the second main surface (12) on the opposite side and containing SiC as a main component.
  • the semiconductor device (1, 101, 101a, 201, 201a).
  • the third step includes a fourth step of forming the first conductive layer (71) on the first electrodes (50, 250) and along the outer periphery of the first conductive layer (71) in a plan view.
  • a second conductive layer (72) larger than the first conductive layer (71) is formed on the first conductive layer (71) and the insulating layer (80).
  • the sixth step includes a seventh step of forming a wiring layer (72b) larger than the first conductive layer (71) on the first conductive layer (71) and the insulating layer (80).
  • the resin material (80b) is molded so as to cover the first conductive layer (71), and the molded resin material (80b) is exposed until the first conductive layer (71) is exposed.
  • the first main electrode (30) of the vertical transistor (2) and the second main surface (30) provided on the first main surface (11) at intervals from the control electrode (20).
  • the second main electrode (40) of the vertical transistor (2) provided in 12) and the first electrodes (50, 250) covering a part of the first main surface (11) are viewed in plan view.
  • the first electrode (55, 255) provided at a distance from the first electrode (50, 250) and the first electrode (50, 250) overlapping the first electrode (50, 250) in a plan view and the first electrode (50). , 250), the first electrode (50, 250) is smaller than the first electrode pad (70) in a plan view, the semiconductor device (70) is provided with the first electrode pad (70). 1, 101, 101a, 201, 201a).
  • the first electrode (50, 250) is electrically connected to the control electrode (20), and the first electrode (55, 255) is electrically connected to the first main electrode (30).
  • the third electrode (150) which is provided at intervals from the above and is electrically connected to N (N is a natural number) of the first main electrode (30), and the third electrode (150) in a plan view. It is provided with a second electrode pad (170) that overlaps and is electrically connected to the third electrode (150), and the number of the first electrodes (55, 255) is M (M is a natural number larger than N).
  • the diode (290) including the anode electrode (250) and the cathode electrode (255) and provided on the first main surface (11) overlaps with the anode electrode (250) in a plan view, and ,
  • the electrode pad (275) is provided, the anode electrode (250) is smaller than the anode electrode pad (270) in plan view, and the cathode electrode (255) is the cathode electrode pad (275) in plan view.
  • the smaller semiconductor device according to B3 or B4 (1, 101, 101a, 201, 201a).
  • a plurality of the first main electrodes (30) are provided, and the first electrodes (50, 250) are electrically connected to one of the plurality of first main electrodes (30), B1 or The semiconductor device (1, 101, 101a, 201, 201a) according to B2.
  • the diode (290) provided on the first main surface (11) overlaps with the first electrode (55, 255) in a plan view, and overlaps with the first electrode (55, 255).
  • the first electrode (50, 250) is an anode electrode (250) of the diode (290), and the first electrode (55, 255) is provided with an electrically connected second electrode pad.
  • a semiconductor layer (10) having a main surface (11) and containing SiC as a main component, a gate structure (21) formed on the main surface (11), and the gate structure (21) are covered.
  • a region (4, 104, 204) is further included, the gate structure (21) is formed in the active region (3, 103, 203), and the gate main electrode (50) is the non-regional view.
  • the gate pad electrode (70) overlaps the active region (3, 103, 203) and the inactive region (4, 104, 204) in a plan view.
  • the semiconductor device (1, 101, 101a, 201, 201a) according to any one of C1 to C4.
  • the gate pad electrode (70) is arranged on the portion of the gate main electrode (50) exposed from the first resin layer (63, 65) and the second resin layer (80).
  • the semiconductor device according to C11 (1, 101, 101a, 201, 201a).
  • the semiconductor layer (10) having the main surface (11), the active regions (3, 103, 203) provided in the semiconductor layer (10), and the active region (3) in the semiconductor layer (10). , 103, 203) An inactive region (4, 104, 204) provided in an outer region, a plurality of gate structures (21) formed in the active region (3, 103, 203), and a plurality of the above.
  • An insulating layer (61) formed on the main surface (11) so as to cover the gate structure (21), and the insulating layer (61) so as to be electrically connected to the plurality of the gate structures (21).
  • the gate pad electrode (70) has a connecting portion connected to the gate main electrode (50) in a first area in a plan view, and an electrode having a second area exceeding the first area in a plan view.
  • the active region (3, 103, 203) includes a plurality of divided regions provided in the semiconductor layer (10) at intervals in a plan view, and the inactive region (4, 104, 204).
  • the semiconductor device (1, 101, 101a, 201, 201a) according to any one of C15 to C17, which includes a portion of the semiconductor layer (10) located between the plurality of divided regions in a plan view. ..
  • the gate main electrode (50) includes a portion overlapping a portion located between the plurality of divided regions in the inactive region (4, 104, 204) in a plan view, and the gate pad electrode (70). ) Consulate the semiconductor device (1, 101, 101a, 201, 201, 201a).
  • a pair of polar electrodes (250, 255) including a first polar electrode (250/255) on one side and a second polar electrode (255/250) on the other side, which are electrically connected to 292), and the first polar electrode.
  • the second polar electrode (255 / 250) is arranged on the second polar electrode (255/250) so as to be connected to the second polar electrode (255/250), and has a third area in a plan view.
  • D1 further includes a second connecting portion connected to 250) and a second polar pad electrode (275/270) including a second electrode surface (278/272) having a fourth area that exceeds the third area.
  • the semiconductor device according to D2 (1, 101, 101a, 201, 201a).
  • the diode structure (290, 291, 292) includes a polysilicon layer, a first conductive type first region (291.292) formed on the polysilicon layer, and the first region (291 /).
  • the first polar electrode (250/255) includes the second conductive type second region (292/291) formed in the polysilicon layer so as to form a pn junction with 292), and the first polar electrode (250/255) has the diode structure. Electrically connected to the first region (291.292) of (290, 291, 292), the second polar electrode (255/250) is the second of the diode structure (290, 291, 292).
  • the semiconductor device (1, 101, 101a, 201, 201a) according to any one of D1 to D4, which is electrically connected to the region (292/291).
  • the semiconductor device (1) according to any one of D1 to D7, further comprising a region (4, 104, 204) and a gate structure (21) formed in the active region (3, 103, 203). , 101, 101a, 201, 201a).

Landscapes

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Abstract

半導体装置は、主面を有し、SiCを主成分に含む半導体層と、前記主面に形成されたゲート構造と、前記ゲート構造を被覆するように前記主面の上に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に配置され、前記ゲート構造に電気的に接続されたゲート主電極と、前記ゲート主電極に接続されるように前記ゲート主電極の上に配置され、平面視において第1面積で前記ゲート主電極に接続された接続部、および、平面視において前記第1面積を超える第2面積を有する電極面を含むゲートパッド電極と、を含む。

Description

半導体装置
 この出願は、2020年5月8日に日本国特許庁に提出された特願2020-082750号に対応しており、この出願の全開示はここに引用により組み込まれる。本発明は、半導体装置に関する。
 特許文献1は、IGBTのゲート電極に電気的に接続されたゲートパッドを含む半導体装置を開示している。特許文献2は、SiCにより構成された半導体層を備える縦型の半導体装置に関する技術を開示している。
特開2020-4864号公報 特開2012-79945号公報
 特許文献1に係る半導体装置は、ゲート電極への給電を行うためのゲートパッドを備える。ゲートパッドには、ワイヤボンディングが行われるため、一定以上の大きさが必要になる。しかしながら、ゲートパッドの直下の領域は、トランジスタとして動作させることができない非アクティブ領域である。このため、パッドの大きさを確保した場合には、トランジスタとして動作可能な動作領域(アクティブ領域)が狭くなるという問題がある。
 そこで、本発明の一実施形態は、動作領域を広く確保できる半導体装置を提供する。
 本発明の一実施形態は、縦型トランジスタを含む半導体装置であって、第1主面、および、当該第1主面の反対側の第2主面を有し、SiCを主成分として含む半導体層と、前記第1主面に設けられた、前記縦型トランジスタの制御電極と、前記第1主面に、前記制御電極から間隔を空けて設けられた、前記縦型トランジスタの第1主電極と、前記第2主面に設けられた、前記縦型トランジスタの第2主電極と、前記第1主面の一部を覆う第1電極と、平面視において前記第1電極から間隔を空けて設けられた第2電極と、平面視において前記第1電極に重なり、かつ、前記第1電極に電気的に接続された第1電極パッドとを備え、前記第1電極は、平面視において、前記第1電極パッドより小さい半導体装置を提供する。
 本発明の一実施形態は、主面を有し、SiCを主成分に含む半導体層と、前記主面に形成されたゲート構造と、前記ゲート構造を被覆するように前記主面の上に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に配置され、前記ゲート構造に電気的に接続されたゲート主電極と、前記ゲート主電極に接続されるように前記ゲート主電極の上に配置され、平面視において第1面積で前記ゲート主電極に接続された接続部、および、平面視において前記第1面積を超える第2面積を有する電極面を含むゲートパッド電極と、を含む、半導体装置を提供する。
 主面を有する半導体層と、前記半導体層に設けられたアクティブ領域と、前記半導体層において前記アクティブ領域外の領域に設けられた非アクティブ領域と、前記アクティブ領域に形成された複数のゲート構造と、複数の前記ゲート構造を被覆するように前記主面の上に形成された絶縁層と、複数の前記ゲート構造に電気的に接続されるように前記絶縁層の上に配置され、平面視において前記非アクティブ領域に重なるゲート主電極と、前記ゲート主電極に電気的に接続されるように前記ゲート主電極の上に配置され、平面視において前記アクティブ領域および前記非アクティブ領域に重なるゲートパッド電極と、を含む、半導体装置を提供する。
 本発明における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。
図1は、第1実施形態に係る半導体装置に含まれる縦型トランジスタを示す断面図である。 図2は、図1に示す半導体装置の断面図である。 図3は、図1に示す半導体装置の平面図である。 図4は、図2に示すIV-IV線に沿う平面図である。 図5は、図2に示すV-V線に沿う平面図である。 図6Aは、図1に示す半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 図6Bは、図6Aの後の工程を示す断面図である。 図6Cは、図6Bの後の工程を示す断面図である。 図6Dは、図6Cの後の工程を示す断面図である。 図6Eは、図6Dの後の工程を示す断面図である。 図6Fは、図6Eの後の工程を示す断面図である。 図6Gは、図6Fの後の工程を示す断面図である。 図6Hは、図6Gの後の工程を示す断面図である。 図7は、第2実施形態に係る半導体装置の断面図である。 図8は、図7に示す半導体装置の平面図である。 図9は、図7に示すIX-IX線に沿う平面図である。 図10は、第2実施形態に係る半導体装置の変形例を示す平面図である。 図11は、図10に示す半導体装置の電極上面を示す平面図である。 図12は、第3実施形態に係る半導体装置の要部を示す断面図である。 図13は、図12に示す半導体装置の平面図である。 図14は、図12に示すXIV-XIV線に沿う平面図である。 図15は、第3実施形態に係る半導体装置の変形例を示す平面図である。 図16は、図15に示す半導体装置の電極上面を示す平面図である。 図17は、第4実施形態に係る半導体パッケージの一例を示す背面図である。 図18は、図17に示す半導体パッケージの内部構造を示す正面図である。 図19は、第4実施形態に係る半導体パッケージの他の例を示す正面図である。 図20は、前述の各実施形態の第1変形例に係る半導体装置の要部を示す断面図である。 図21は、前述の各実施形態の第2変形例に係る半導体装置の要部を示す断面図である。
 以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態が具体的に説明される。以下で説明される実施形態は、いずれも包括的または具体的な例を示す。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置、構成要素の接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施形態における構成要素のうち独立請求項に記載されていない構成要素は、任意の構成要素として説明される。
 各添付図面は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、たとえば、添付図面において縮尺などは必ずしも一致しない。添付図において、実質的に同一の構成については同一の符号が付されており、重複する説明は省略または簡略化される。
 本明細書において、垂直、直交などの要素間の関係性を示す用語、および、矩形、直方体などの要素の形状を示す用語、ならびに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲を含むことを意味する表現である。たとえば、多角形または多角柱の形状において、頂点は丸みを帯びていてもよい。
 本明細書において、「上方」および「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向(鉛直上方)および下方向(鉛直下方)を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いられる。具体的には、半導体層の一方の第1主面側を上側(上方)とし、他方の第2主面側を下側(下方)として説明を行う。半導体装置(縦型トランジスタ)の実使用時には、第1主面側が下側(下方)であり、かつ、第2主面側が上側(上方)であってもよい。あるいは、半導体装置(縦型トランジスタ)は、第1主面および第2主面が水平面に対して傾斜または直交する姿勢で使用されてもよい。
 また、「上方」および「下方」という用語は、2つの構成要素の間に別の構成要素が介在されるように当該2つの構成要素が互いに間隔を空けて配置される場合に適用される他、2つの構成要素が互いに密着するように当該2つの構成要素が配置される場合にも適用される。
 本明細書および図面において、x軸、y軸およびz軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。また、本明細書において、「積層方向」とは、半導体層の主面に直交する方向を意味する。また、「平面視」とは、半導体層の第1主面に対して垂直な方向から見たときのことをいう。
 図1は、第1実施形態に係る半導体装置1に含まれる縦型トランジスタ2を示す断面図である。図1では、図面の見やすさの観点から、半導体層10の断面を表す網掛けが付されていない。
 図1に示される半導体装置1は、スイッチングデバイスの一例であり、縦型トランジスタ2を含む。縦型トランジスタ2は、たとえば、縦型のMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)である。図1に示されるように、半導体装置1は、半導体層10、ゲート電極20、ソース電極30およびドレイン電極40を含む。
 半導体装置1は、ワイドバンドギャップ半導体の一例としてのSiC(炭化シリコン)を主成分として含む半導体層10を含む。具体的には、半導体層10は、SiC単結晶を含むn型のSiC半導体層である。SiC単結晶は、たとえば4H-SiC単結晶である。4H-SiC単結晶は、(0001)面から[11-20]方向に対して10°以内の角度で傾斜したオフ角を有する。オフ角は0°以上4°以下であってもよい。オフ角は、0°を超えて4°未満であってもよい。オフ角は、たとえば、2°もしくは4°、または、2°±0.2°の範囲または4°±0.4°の範囲に設定される。
 この形態(this embodiment)では、半導体層10は、直方体形状のチップ状に形成されている。半導体層10は、一方側の第1主面11、および、他方側の第2主面12を有する。この形態では、半導体層10は、半導体基板13およびエピタキシャル層14を有する。半導体基板13は、n型のドレイン領域として形成されている。エピタキシャル層14は、n型のドレインドリフト領域として形成されている。
 半導体基板13は、SiC単結晶を含む。半導体基板13の下面が第2主面12である。第2主面12は、SiC結晶のカーボンが露出するカーボン面(000-1)面である。エピタキシャル層14は、半導体基板13の上面に積層されており、SiC単結晶を含むn型のSiC半導体層である。エピタキシャル層14の上面が第1主面11である。第1主面11は、SiC結晶のシリコンが露出するシリコン面(0001)面である。
 半導体基板13のn型不純物濃度は、たとえば、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下である。本明細書において「不純物濃度」は、不純物濃度のピーク値を意味する。エピタキシャル層14のn型不純物濃度は、半導体基板13のn型不純物濃度より低い。エピタキシャル層14のn型不純物濃度は、たとえば、1.0×1015cm-3以上1.0×1017cm-3以下である。
 半導体基板13の厚さは、たとえば、1μm以上1000μm未満である。半導体基板13の厚さは、5μm以上であってもよい。半導体基板13の厚さは、25μm以上であってもよい。半導体基板13の厚さは、50μm以上であってもよい。半導体基板13の厚さは、100μm以上であってもよい。
 半導体基板13の厚さは、700μm以下であってもよい。半導体基板13の厚さは、500μm以下であってもよい。半導体基板13の厚さは、400μm以下であってもよい。半導体基板13の厚さは、300μm以下であってもよい。半導体基板13の厚さは、250μm以下であってもよい。半導体基板13の厚さは、200μm以下であってもよい。半導体基板13の厚さは、150μm以下であってもよい。半導体基板13の厚さは、100μm以下であってもよい。縦型トランジスタ2では、半導体基板13の厚さ方向(すなわち、積層方向)に電流が流れる。したがって、半導体基板13の厚さを低減させることにより、電流経路の短縮による抵抗値の低減を実現できる。
 エピタキシャル層14の厚さは、たとえば、1μm以上100μm以下である。エピタキシャル層14の厚さは、5μm以上であってもよい。エピタキシャル層14の厚さは、10μm以上であってもよい。エピタキシャル層14の厚さは、50μm以下であってもよい。エピタキシャル層14の厚さは、40μm以下であってもよい。エピタキシャル層14の厚さは、30μm以下であってもよい。エピタキシャル層14の厚さは、20μm以下であってもよい。エピタキシャル層14の厚さは、15μm以下であってもよい。エピタキシャル層14の厚さは、10μm以下であってもよい。
 半導体装置1は、半導体層10の第1主面11にそれぞれ形成された複数のトレンチゲート構造21および複数のトレンチソース構造31を含む。トレンチゲート構造21およびトレンチソース構造31は、平面視においてx軸方向に沿って1つずつ交互に繰り返し配列され、ストライプ構造を形成している。図1では、1つのトレンチゲート構造21が2つのトレンチソース構造31に挟まれた範囲のみが示されている。
 トレンチゲート構造21およびトレンチソース構造31はいずれも、y軸方向に沿って延びる帯状に形成されている。たとえば、x軸方向は[11-20]方向であり、y軸方向は[1-100]方向である。x軸方向は、[-1100]方向([1-100]方向)であってもよい。この場合、y軸方向は[11-20]方向であってもよい。トレンチゲート構造21およびトレンチソース構造31の間の距離は、たとえば、0.3μm以上1.0μm以下である。
 トレンチゲート構造21は、図1に示されるように、ゲートトレンチ22、ゲート絶縁層23およびゲート電極20を含む。ゲートトレンチ22は、半導体層10の第1主面11を、第2主面12側に向けて掘り下げることによって形成されている。ゲートトレンチ22は、xz断面において矩形の断面形状を有し、y軸方向に沿って帯状に延びる溝状の凹部(recessed portion)である。
 ゲートトレンチ22は、長手方向(y軸方向)にミリメートルオーダの長さを有していてもよい。ゲートトレンチ22は、たとえば、1mm以上10mm以下の長さを有する。ゲートトレンチ22の長さは、2mm以上5mm以下であってもよい。単位面積当たりの1つまたは複数のゲートトレンチ22の総延長は、0.5μm/μm以上0.75μm/μm以下であってもよい。
 ゲート絶縁層23は、ゲートトレンチ22の側壁22aおよび底壁22bに沿って膜状に設けられている。ゲート絶縁層23は、ゲートトレンチ22の内部において、凹状の空間を区画している。ゲート絶縁層23は、たとえば、酸化シリコンを含む。ゲート絶縁層23は、不純物無添加シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸窒化アルミニウムのうちの少なくとも一種を含んでいてもよい。
 ゲート絶縁層23の厚さは、たとえば、0.01μm以上0.5μm以下である。ゲート絶縁層23の厚みは、均一であってもよく、部位によって異なっていてもよい。たとえば、ゲート絶縁層23は、側壁部分23aおよび底壁部分23bを含む。側壁部分23aは、ゲートトレンチ22の側壁22aに沿って形成されている。底壁部分23bは、ゲートトレンチ22の底壁22bに沿って形成されている。
 底壁部分23bの厚みは、側壁部分23aの厚みよりも大きくてもよい。底壁部分23bの厚みは、たとえば、0.01μm以上0.2μm以下である。側壁部分23aの厚みは、たとえば、0.05μm以上0.5μm以下である。また、ゲート絶縁層23は、ゲートトレンチ22の外側で第1主面11の上面に形成された上面部分を含んでもよい。上面部分の厚みは、側壁部分23aの厚みよりも厚くてもよい。
 ゲート電極20は、縦型トランジスタ2の制御電極の一例である。ゲート電極20は、ゲートトレンチ22内に埋め込まれている。ゲート電極20とゲートトレンチ22の側壁22aおよび底壁22bとの間には、ゲート絶縁層23が設けられている。つまり、ゲート電極20は、ゲート絶縁層23によって区画された凹状の空間に埋め込まれている。ゲート電極20は、たとえば、導電性ポリシリコンを含む導電層である。ゲート電極20は、チタン、ニッケル、銅、アルミニウム、銀、金、タングステンなどの金属、または、窒化チタンなどの導電性金属窒化物のうちの少なくとも一種を含んでもよい。
 トレンチゲート構造21の幅は、たとえば、0.2μm以上2.0μm以下である。一例として、トレンチゲート構造21の幅は、0.4μm程度であってもよい。トレンチゲート構造21の深さは、たとえば、0.5μm以上3.0μm以下である。一例として、トレンチゲート構造21の深さは、1.0μm程度であってもよい。
 トレンチゲート構造21のアスペクト比は、たとえば、0.25以上15.0以下である。トレンチゲート構造21のアスペクト比は、トレンチゲート構造21の幅(x軸方向の長さ)に対するトレンチゲート構造21の深さ(z軸方向の長さ)の比によって定義される。この形態では、トレンチゲート構造21のアスペクト比は、ゲートトレンチ22のアスペクト比と同じである。
 トレンチソース構造31は、図1に示されるように、ソーストレンチ32と、ディープウェル領域15と、障壁形成層33と、ソース電極30とを含む。ソーストレンチ32は、半導体層10の第1主面11を、第2主面12側に向けて掘り下げることによって形成されている。ソーストレンチ32は、xz断面において矩形の断面形状を有し、y軸方向に沿って帯状に延びる溝状の凹部である。この形態では、ソーストレンチ32は、ゲートトレンチ22よりも深い。つまり、ソーストレンチ32の底壁32bは、ゲートトレンチ22の底壁22bよりも第2主面12側に位置している。
 ディープウェル領域15は、半導体層10においてソーストレンチ32に沿う領域に形成されている。ディープウェル領域15は、耐圧保持領域とも称される。ディープウェル領域15は、p型の半導体領域である。ディープウェル領域15のp型不純物濃度は、たとえば、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下である。ディープウェル領域15のp型不純物濃度は、たとえば、エピタキシャル層14のn型不純物濃度よりも高い。
 ディープウェル領域15は、ソーストレンチ32の側壁32aに沿った側壁部分15a、および、ソーストレンチ32の底壁32bに沿った底壁部分15bを含む。底壁部分15bの厚さ(z軸方向の長さ)は、たとえば、側壁部分15aの厚さ(x軸方向の長さ)以上である。底壁部分15bの少なくとも一部は、半導体基板13内に位置してもよい。
 ソース電極30は、縦型トランジスタ2の第1主電極の一例である。ソース電極30は、ソーストレンチ32内に埋め込まれている。ソース電極30は、たとえば、導電性ポリシリコンを含む導電層である。ソース電極30は、n型不純物が添加されたn型ポリシリコン、または、p型不純物が添加されたp型ポリシリコンであってもよい。ソース電極30は、チタン、ニッケル、銅、アルミニウム、銀、金、タングステンなどの金属、または、窒化チタンなどの導電性金属窒化物のうち少なくとも一種を含んでもよい。ソース電極30は、ゲート電極20と同じ材料によって形成されていてもよい。この場合、ソース電極30およびゲート電極20は、同じ工程で形成される。
 障壁形成層33は、ソース電極30およびソーストレンチ32の間に介在されている。障壁形成層33は、ソース電極30およびソーストレンチ32の間において、ソーストレンチ32の側壁32aおよび底壁32bに沿って膜状に形成されている。つまり、ソース電極30は、障壁形成層33によって区画された凹状の空間に埋め込まれている。障壁形成層33は、ソーストレンチ32の内部において、凹状の空間を区画している。障壁形成層33は、ソース電極30とは異なる材料を用いて形成されている。障壁形成層33は、ソース電極30およびディープウェル領域15の間の電位障壁よりも高い電位障壁を有する。
 障壁形成層33は、絶縁性の障壁形成層であってもよい。この場合、障壁形成層33は、不純物無添加シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸窒化アルミニウムのうち少なくとも一種を含む。障壁形成層33は、ゲート絶縁層23と同じ材料を用いて形成されていてもよい。この場合、障壁形成層33は、ゲート絶縁層23と同じ膜厚を有してもよい。たとえば、障壁形成層33およびゲート絶縁層23が酸化シリコンによって形成されていてもよい。この場合、障壁形成層33およびゲート絶縁層23は、熱酸化処理法によって同時に形成される。
 障壁形成層33は、導電性の障壁形成層であってもよい。この場合、障壁形成層33は、導電性ポリシリコン、タングステン、白金、ニッケル、コバルトまたはモリブデンのうち少なくとも一種を含む。
 トレンチソース構造31の幅は、たとえば、0.6μm以上2.4μm以下である。一例として、トレンチソース構造31の幅は、0.8μm程度であってもよい。トレンチソース構造31の深さは、ソーストレンチ32の深さおよびディープウェル領域15の底壁部分15bの厚さの和である。トレンチソース構造31の深さは、たとえば、1.5μm以上11μm以下である。一例として、トレンチソース構造31の深さは、2.5μm程度であってもよい。
 トレンチソース構造31のアスペクト比は、トレンチゲート構造21のアスペクト比よりも大きい。トレンチソース構造31のアスペクト比は、トレンチソース構造31の幅(x軸方向の長さ)に対するトレンチソース構造31の深さ(z軸方向の長さ)の比によって定義される。この形態では、トレンチソース構造31の幅は、ソーストレンチ32の幅と、ソーストレンチ32の両側に位置するディープウェル領域15の側壁部分15aの幅との和である。たとえば、トレンチソース構造31のアスペクト比は、1.5以上4.0以下である。トレンチソース構造31の深さを大きくすることにより、スーパージャンクション(SJ:Super Junction)構造による耐圧保持効果を高めることができる。
 図1に示されるように、半導体装置1は、半導体層10のエピタキシャル層14にそれぞれ形成されたボディ領域16、ソース領域17およびコンタクト領域18を含む。前述のディープウェル領域15、ボディ領域16、ソース領域17およびコンタクト領域18は、エピタキシャル層14の構成要素とみなされてもよい。
 ボディ領域16は、半導体層10の第1主面11の表層部分に設けられたp型の半導体領域である。ボディ領域16は、平面視において、ゲートトレンチ22およびソーストレンチ32の間の領域に形成されている。ボディ領域16は、平面視において、y軸方向に沿って延びる帯状に形成されている。ボディ領域16は、ディープウェル領域15に連なっている。
 ボディ領域16のp型不純物濃度は、たとえば1.0×1016cm-3以上1.0×1019cm-3以下である。ボディ領域16のp型不純物濃度は、ディープウェル領域15の不純物領域と等しくてもよい。ボディ領域16のp型不純物濃度は、ディープウェル領域15のp型不純物濃度よりも高くてもよい。
 ソース領域17は、ボディ領域16において半導体層10の第1主面11の表層部分に設けられたn型の半導体領域である。ソース領域17は、ゲートトレンチ22に沿った領域に設けられている。ソース領域17は、ゲート絶縁層23に接し、ゲート絶縁層23を挟んでゲート電極20に対向している。ソース領域17は、具体的には、ゲート絶縁層23の側壁部分23aに接している。ソース領域17は、ゲート絶縁層23の上面部分に接していてもよい。
 ソース領域17は、平面視において、y軸方向に沿って延びる帯状に形成されている。ソース領域17の幅(x軸方向の長さ)は、たとえば、0.2μm以上0.6μm以下である。一例として、ソース領域17の幅は、0.4μm程度であってもよい。ソース領域17のn型不純物濃度は、たとえば、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下である。
 コンタクト領域18は、半導体層10の第1主面11の表層部分に設けられたp型の半導体領域である。コンタクト領域18は、ボディ領域16の一部(高濃度部)とみなされてもよい。コンタクト領域18は、ソーストレンチ32に沿った領域に形成されている。コンタクト領域18は、障壁形成層33に接し、障壁形成層33を挟んでソース電極30に対向している。コンタクト領域18は、ボディ領域16に電気的に接続されている。コンタクト領域18は、ソース領域17に電気的に接続されている。
 コンタクト領域18は、平面視において、y軸方向に沿って延びる帯状に形成されている。コンタクト領域18の幅(x軸方向の長さ)は、たとえば、0.1μm以上0.4μm以下である。一例として、コンタクト領域18の幅は、0.2μm程度であってもよい。コンタクト領域18のp型不純物濃度は、たとえば、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下である。
 半導体装置1は、半導体層10の第2主面12に接続されたドレイン電極40を含む。ドレイン電極40は、半導体装置1(縦型トランジスタ2)の第2主電極の一例である。ドレイン電極40は、チタン、ニッケル、銅、アルミニウム、金または銀のうち少なくとも一種を含んでもよい。たとえば、ドレイン電極40は、半導体層10の第2主面12から順に積層されたTi層、Ni層、Au層、Ag層を含む4層構造を有してもよい。
 ドレイン電極40は、半導体層10の第2主面12から順に積層されたTi層、AlCu層、Ni層、Au層を含む4層構造を有してもよい。AlCu層は、アルミニウムと銅との合金層である。ドレイン電極40は、半導体層10の第2主面12から順に積層されたTi層、AlSiCu層、Ni層、Au層を含む4層構造を有してもよい。AlSiCu層は、アルミニウムとシリコンと銅との合金層である。ドレイン電極40は、Ti層の代わりに、TiN層を有する単層構造、または、Ti層およびTiN層を有する積層構造を含んでもよい。
 以上のように構成された半導体装置1では、縦型トランジスタ2のゲート電極20に印加されるゲート電圧に応じて、ドレイン電流が流れるオン状態、および、ドレイン電流が流れないオフ状態が切り替えられることができる。ゲート電圧は、たとえば、10V以上50V以下の電圧である。一例として、ゲート電圧は30Vであってもよい。ソース電極30に印加されるソース電圧は、たとえば、グランド電圧(0V)などの基準電圧である。ドレイン電極40に印加されるドレイン電圧は、ソース電圧以上である。ドレイン電圧は、たとえば、0V以上10000V以下である。ドレイン電圧は、1000V以上であってもよい。
 ゲート電極20にゲート電圧が印加された場合、p型のボディ領域16のゲート絶縁層23に接する部分にチャネルが形成される。これにより、ソース電極30およびドレイン電極40の間に、ボディ領域16のチャネルを介する電流経路が形成される。電流経路は、ソース電極30およびドレイン電極40の間において、コンタクト領域18、ソース領域17、ボディ領域16のチャネル、エピタキシャル層14および半導体基板13を接続する。
 ドレイン電極40はソース電極30よりも高電位であってもよい。この場合、ドレイン電流は、ドレイン電極40からソース電極30に向けて流れる。つまり、ドレイン領域は、ドレイン電極40、半導体基板13、エピタキシャル層14、ボディ領域16のチャネル、ソース領域17およびコンタクト領域18をこの順に通過してソース電極30に流れる。このように、ドレイン電流は、半導体装置1の厚さ方向に沿って流れる。
 この形態では、pn接合部(pn接合)が、p型のディープウェル領域15およびn型のエピタキシャル層14の間に形成されている。縦型トランジスタ2のオン状態では、ソース電圧がソース電極30を介してp型のディープウェル領域15に印加され、ソース電圧よりも高いドレイン電圧がドレイン電極40を介してn型のエピタキシャル層14に印加される。
 つまり、ディープウェル領域15およびエピタキシャル層14の間のpn接合部には、逆バイアス電圧が印加される。したがって、空乏層が、ディープウェル領域15およびエピタキシャル層14の界面部(界面)からドレイン電極40に向かって広がる。これにより、縦型トランジスタ2の耐圧を高めることができる。
 次に、ゲート電極20およびソース電極30に所定の電圧を供給するためのパッド構造が説明される。図2は、図1に示す半導体装置1の断面図である。図3は、図1に示す半導体装置1の平面図である。図2は、具体的には、図3に示すII-II線に沿う断面図である。図2では、図1に示される半導体層10の具体的な構成の図示が省略されている。また、図2では、半導体層10の断面を表す網掛けが付されていない。
 図2および図3に示されるように、半導体装置1は、主面ゲート電極50、主面ソース電極55、絶縁層60、ゲートパッド70、ソースパッド75およびモールド層80を含む。パッド構造は、半導体層10の第1主面11の上方に設けられる。
 図4は、図2に示すIV-IV線に沿う平面図である。図4は、具体的には、図3に示されるゲートパッド70、ソースパッド75およびモールド層80を透視して、半導体装置1をz軸の正側から見たときの平面図である。たとえば、z軸の正側は、第2主面12(またはドレイン電極40の表面)がz=0であるxy平面上に位置していると仮定したときの第1主面11側である。図5は、具体的には、図4にそれぞれ示された主面ゲート電極50、主面ソース電極55および絶縁層60、ならびに、図3にそれぞれ示されたゲートパッド70、ソースパッド75およびモールド層80を透視して、半導体装置1をz軸の正側から見たときの平面図である。
 図3~図5に示されるように、半導体層10(半導体装置1)は、矩形の平面視形状を有している。平面視において、半導体層10(半導体装置1)の一辺の長さは、たとえば1mm以上10mm以下である。平面視において、半導体層10(半導体装置1)の一辺の長さは、2mm以上5mm以下であってもよい。
 半導体装置1は、アクティブ領域3および非アクティブ領域4(外側領域)を含む。アクティブ領域3は、図3および図5では二点鎖線によって示されている。アクティブ領域3は、縦型トランジスタ2のドレイン電流が流れる主な領域である。すなわち、アクティブ領域3は、縦型トランジスタ2の動作領域である。具体的には、アクティブ領域3は、主面ソース電極55に覆われた領域にほぼ一致する。
 アクティブ領域3は、この形態では、平面視において半導体層10のx軸方向の一方側(紙面左側)の領域、および、x軸方向の他方側(紙面右側)の領域に分離されている。アクティブ領域3において、一方側(紙面左側)の領域の平面積は、他方側(紙面右側)の領域の平面積と異なっていてもよい。この形態では、一方側(紙面左側)の領域の平面積が他方側(紙面右側)の領域の平面積未満である例が示されている。
 図5に示されるように、アクティブ領域3は、複数のゲート電極20(トレンチゲート構造21)および複数のソース電極30(トレンチソース構造31)を含む。図5では、複数のゲート電極20および複数のソース電極30が、ゲート電極20およびソース電極30の本数が数えられる程度に模式的に図示されている。しかし、ゲート電極20およびソース電極30の本数は、実際には図示された数よりも遥かに多い。
 非アクティブ領域4は、縦型トランジスタ2として動作しない領域である。非アクティブ領域4は、アクティブ領域3を囲む枠状(環状)の領域である。非アクティブ領域4は、この形態では、アクティブ領域3を一方側(紙面左側)の領域および他方側(紙面右側)の領域に分離している。つまり、非アクティブ領域4は、平面視においてアクティブ領域3の一方側(紙面左側)の領域を取り囲んでいる。また、非アクティブ領域4は、平面視においてアクティブ領域3の一方側(紙面左側)の領域を取り囲んでいる。
 図5に示されるように、非アクティブ領域4には、後述のゲートフィンガー部20bが設けられる。図3~図5に示される例では、非アクティブ領域4によってアクティブ領域3が2つに分断されているが、アクティブ領域3は、分断されない1つの領域であってもよい。ゲートフィンガー部20bのレイアウトによってアクティブ領域3の形状および配置は適宜調整可能である。
 図4に示されるように、アクティブ領域3は、主面ソース電極55によって覆われた領域に含まれる。図3に示されるように、アクティブ領域3は、ゲートパッド70によって覆われた領域の一部を含む。主面ゲート電極50によって覆われた領域は、非アクティブ領域4に含まれ、アクティブ領域3には含まれない。
 主面ゲート電極50は、第1主面11の一部を覆う第1電極の一例である。主面ゲート電極50は、たとえば、導電性ポリシリコン、チタン、ニッケル、銅、アルミニウム、銀、金、タングステンなどの金属、または、窒化チタンなどの金属窒化物のうちの少なくとも一種を含む。主面ゲート電極50は、ゲート電極20と同じ材料を用いて形成されていてもよい。
 主面ゲート電極50は、ゲート電極20に電気的に接続されている。図2に示されるように、主面ゲート電極50は、後述の絶縁層60(具体的には、後述の下部絶縁層61)上にライン状に設けられている。主面ゲート電極50は、絶縁層60(具体的には、下部絶縁層61)を貫通するビア導体を介してゲート電極20(図2には示されていない)に接続されている。
 図4に示されるように、主面ゲート電極50は、受電部50a、給電部50bおよび接続部50cを含む。主面ゲート電極50の受電部50aは、平面視において第1主面11の内方部に設けられている。受電部50aは、具体的には、平面視において非アクティブ領域4のうちアクティブ領域3の一方側(紙面左側)の領域および他方側(紙面右側)の領域の間に位置する領域の上に設けられている。
 受電部50aは、後述のゲートパッド70の直下に位置し、ゲートパッド70(具体的には、後述の柱状部71)に接続される部分である。平面視において、主面ゲート電極50のうち柱状部71に重なる部分が受電部50aに相当する。主面ゲート電極50の受電部50aは、平面視において、ゲートパッド70より小さい。受電部50aの平面視形状(柱状部71の平面視形状)は、たとえば、正方形または長方形である。受電部50aの一辺の長さは、5μm以上50μm以下である。一例として、受電部50aの平面視形状は、20μm×20μm程度の正方形であってもよい。
 給電部50bは、平面視において、半導体層10の外周(第1主面11の周縁)に沿って延びる部分である。図4に示される例では、給電部50bは、半導体層10のx軸方向に沿って延びている。この形態では、平面視において第1主面11の内方部をy軸方向の正側および負側から挟み込むように2本の給電部50bが設けられている。給電部50bは、半導体層10の全周に亘って、第1主面11の内方部(たとえば、後述の主面ソース電極55)を囲むように設けられていてもよい。
 接続部50cは、受電部50aおよび給電部50bに接続された部分である。図4に示される例では、接続部50cは、給電部50bに接続されるように受電部50aからy軸方向の正側および負側のそれぞれに引き出され、給電部50bまで延びている。受電部50a、給電部50bおよび接続部50cが設けられた領域は、非アクティブ領域4になる。このため、受電部50a、給電部50bおよび接続部50cは、可能な限り小さく形成されることが望ましい。
 この形態では、主面ゲート電極50は、給電部50bを介して、複数のゲート電極20のそれぞれに電気的に接続される。具体的には、給電部50bの直下に位置する後述の絶縁層60(具体的には、後述の下部絶縁層61)には貫通孔が設けられており、給電部50bは、当該貫通孔を介して後述のゲートフィンガー部20b(図5参照)に接続されている。
 図5に示されるように、複数のゲート電極20(トレンチゲート構造21)は、y軸方向に延びた長尺状に形成されている。複数のゲート電極20は、y軸方向における中央部においてy軸方向の正側の部分および負側の部分に分断されていてもよい。
 図5に示されるように、半導体装置1は、複数のゲート電極20に電気的に接続されるように半導体層10(第1主面11)上に形成されたゲートフィンガー部20bを含む。ゲートフィンガー部20bは、具体的には、半導体層10(第1主面11)および後述の絶縁層60の間に介在されている。ゲートフィンガー部20bは、平面視において第1主面11の周縁(半導体装置1の外周)に沿ってx軸方向に延びている。
 この形態では、平面視において複数のゲート電極20をy軸方向の正側および負側から挟み込むように、2本のゲートフィンガー部20bが設けられている。ゲートフィンガー部20bは、複数のゲート電極20のy軸方向の両端に接続されている。ゲートフィンガー部20bは、複数のゲート電極20のy軸方向の一方端のみに接続されていてもよい。前述の給電部50bは、後述の絶縁層60(具体的には、後述の下部絶縁層61)に設けられた貫通孔を介してゲートフィンガー部20bに接続されている。
 主面ソース電極55は、第1主面11の一部を覆う第2電極の一例である。主面ソース電極55は、平面視において、主面ゲート電極50から間隔を空けて設けられている。主面ソース電極55は、たとえば、平面視において、半導体層10(半導体装置1)の第1主面11のうち、主面ゲート電極50が設けられた領域と、当該領域の周囲とを除いたほぼ全領域に形成されている。平面視において、主面ソース電極55は、主面ゲート電極50よりも大きい。
 主面ソース電極55は、具体的には、アクティブ領域3の一方側(紙面左側)の領域の上に配置された第1部分、および、当該第1部分から分離してアクティブ領域3の他方側(紙面右側)の領域の上に配置された第2部分を含む。第2部分の平面積は、第1部分の第1平面積よりも大きい。第1部分の平面積および第2部分の平面積の合計値は、主面ゲート電極50の平面積よりも大きい。
 主面ソース電極55は、たとえば、導電性ポリシリコン、チタン、ニッケル、銅、アルミニウム、銀、金、タングステンなどの金属、または、窒化チタンなどの金属窒化物のうちの少なくとも一種を含む。主面ソース電極55は、ソース電極30と同じ材料を用いて形成されていてもよい。主面ソース電極55は、主面ゲート電極50と同じ材料を用いて形成されていてもよい。この場合、主面ゲート電極50と主面ソース電極55とを同じ工程で形成できる。
 主面ソース電極55の直下には複数のソース電極30が設けられ、主面ソース電極55はソース電極30に電気的に接続されている。このため、図1に示されるように、主面ソース電極55は、複数のソース電極30の上面にそれぞれ直接接続されている。図2に示すように、主面ソース電極55の下部がアクティブ領域3となっており、アクティブ領域3には図1に示すMOSFET構造が周期的に形成されている。
 主面ソース電極55は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の50%以上の面積を有する。好ましくは、主面ソース電極55は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の70%以上の面積を有する。一方、主面ゲート電極50は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の20%以下の面積を有する。好ましくは、主面ゲート電極50は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の10%以下の面積を有する。
 主面ソース電極55は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の中心位置を含む領域に配置されている。主面ゲート電極50は、主面ソース電極55を避けた領域に配置されている。主面ゲート電極50は、半導体層10(第1主面11)の中心位置を含む領域に配置されていてもよい。この場合、主面ソース電極55が主面ゲート電極50の周囲を取り囲むように配置されていてもよい。
 絶縁層60は、図2に示されるように、下部絶縁層61、側部絶縁層62、上部絶縁層63および端部絶縁層65を含む。図4では、主面ゲート電極50の周囲の網掛けの付されていない部分が側部絶縁層62および端部絶縁層65に相当する。下部絶縁層61は、層間絶縁膜であり、第1主面11上に設けられている。具体的には、下部絶縁層61は、複数のトレンチゲート構造21を一括して覆っている。図1に示されるように、下部絶縁層61は、主面ソース電極55およびゲート電極20の接触を防ぐために設けられている。
 下部絶縁層61は、複数のソースコンタクト孔61bを有する。複数のソースコンタクト孔61bには主面ソース電極55の一部が埋められている。これにより、主面ソース電極55は、複数のソースコンタクト孔61bないにおいて複数のソース電極30に電気的に接続されている。
 図2には示されていないが、上述したように、下部絶縁層61には、主面ゲート電極50の給電部50b(図4参照)をゲートフィンガー部20b(図5参照)に接続するための貫通孔が設けられている。給電部50bの一部は下部絶縁層61の貫通孔に埋められている。給電部50bは、当該貫通孔内においてゲートフィンガー部20bに接続されている。これにより、主面ゲート電極50がゲート電極20に電気的に接続されている。
 側部絶縁層62は、下部絶縁層61の上に形成され、主面ゲート電極50および主面ソース電極55の接触を防ぐために設けられている。図4に示されるように、側部絶縁層62は、主面ゲート電極50を囲むように設けられている。
 上部絶縁層63は、主面ソース電極55の上面56に形成されている。具体的には、上部絶縁層63は、主面ソース電極55の上において主面ゲート電極50の受電部50aに沿った部分を覆っている。上部絶縁層63は、受電部50aの上面52を部分的に露出させるように受電部50aの一部を被覆している。つまり、上部絶縁層63は、受電部50aの上面52を露出させる貫通孔64を有する。図2に示すように、上部絶縁層63の一部は、下部絶縁層61の上から受電部50aの上に乗り上げている。
 より具体的には、上部絶縁層63は、平坦部63a、第1端部63bおよび第2端部63cを含む。平坦部63aは、主面ソース電極55の上面56上に設けられており、実質的に均一な厚みを有する部分である。平坦部63aの一部は、受電部50aの上面52上にも設けられている。
 第1端部63bは、主面ゲート電極50の受電部50aの上面52上に設けられている。第2端部63cは、主面ソース電極55の上面56上に設けられている。第1端部63bおよび第2端部63cはそれぞれ、不均一な厚みを有する部分である。第1端部63bおよび第2端部63cはそれぞれ、たとえば、厚みが緩やかに減少するように傾斜している。第1端部63bおよび第2端部63cは、一定の傾斜角を有する傾斜面を有していてもよく、凸状または凹状に湾曲した湾曲面を有していてもよい。
 平面視において、貫通孔64の大きさおよび形状は、主面ゲート電極50の受電部50aの大きさおよび形状に略一致する。具体的には、平面視において、貫通孔64のサイズは、上部絶縁層63の一部が受電部50aに乗り上げているため、受電部50aよりも小さい。
 端部絶縁層65は、主面ソース電極55の外周に沿って第1主面11の上に設けられている。たとえば、端部絶縁層65は、平面視において主面ソース電極55の全周を覆うように環状に形成されている。図2に示されるように、端部絶縁層65は、下部絶縁層61の上に乗り上げた部分、および、主面ソース電極55(上面56)の上に乗り上げた電極被覆部分を有している。
 端部絶縁層65の電極被覆部分は、平坦部65aおよび端部65bを有する。平坦部65aは、実質的に均一な厚みを有する部分である。端部65bは、不均一な厚みを有する部分である。端部65bは、たとえば、厚みが緩やかに減少するように傾斜している。端部65bは、一定の傾斜角を有する傾斜面を有していてもよく、凸状または凹状に湾曲した湾曲面を有していてもよい。端部絶縁層65は、図4に示される主面ゲート電極50の給電部50bを覆っていてもよい。
 下部絶縁層61は、たとえば、酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分として含む。下部絶縁層61、側部絶縁層62、上部絶縁層63および端部絶縁層65は、酸化シリコンの一例としてのPSG(Phosphor Silicate Glass)および/またはBPSG(Boron Phosphor Silicate Glass)を含んでいてもよい。
 側部絶縁層62、上部絶縁層63および端部絶縁層65は、感光性樹脂をそれぞれ含んでいてもよい。側部絶縁層62、上部絶縁層63および端部絶縁層65は、ポリイミド、PBO(ポリベンザオキサゾール)などの有機材料からそれぞれなっていてもよい。上部絶縁層63および端部絶縁層65の厚みは、たとえば、3μm以上20μm以下である。上部絶縁層63および端部絶縁層65の厚みは、好ましくは、5μm以上15μm以下であってもよい。上部絶縁層63および端部絶縁層65の厚みは、さらに好ましくは、5μm以上10μm以下であってもよい。下部絶縁層61、側部絶縁層62、上部絶縁層63および端部絶縁層65は、同じ絶縁性材料(たとえば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの無機絶縁性材料)によって形成されていてもよい。
 ゲートパッド70は、第1電極パッドの一例である。ゲートパッド70は、平面視において、主面ゲート電極50に重なり、かつ、主面ゲート電極50に電気的に接続されている。ゲートパッド70は、主面ゲート電極50の受電部50aを完全に覆っている。すなわち、平面視において、主面ゲート電極50の受電部50aは、ゲートパッド70の内側に位置している。
 ゲートパッド70は、平面視において、主面ソース電極55の一部に重なっている。つまり、主面ソース電極55の一部が、ゲートパッド70の直下に位置している。この形態では、主面ソース電極55が平面視においてゲートパッド70に重なる領域まで引き出されているため、ゲートパッド70が主面ソース電極55に重なる領域の一部をアクティブ領域3として利用できる。これにより、ゲートパッド70の面積を確保しつつ、アクティブ領域3の面積をより多く確保できる。
 図2に示されるように、ゲートパッド70は、柱状部71および幅広部72を含む。柱状部71は、主面ゲート電極50上に設けられた第1導電層の一例である。柱状部71は、主面ゲート電極50の受電部50aの上面52の法線方向(z軸方向)に柱状に延びている。
 柱状部71は、受電部50aの上面52を覆っている。柱状部71は、さらに、上部絶縁層63の平坦部63aの一部および第1端部63bを覆っている。柱状部71の高さ(z軸方向の長さ)は、上部絶縁層63の厚み(z軸方向の長さ)より大きい(長い)。具体的には、柱状部71の高さは、上部絶縁層63において受電部50a上に位置する部分の最大厚みよりも大きい(長い)。これにより、柱状部71の最頂部は、上部絶縁層63の最頂部よりも高くなっている。
 柱状部71は、垂直または実質的に垂直に延びる側面74を有している。側面74は、必ずしも断面視において直線状に延びている必要はなく、曲線状または凹凸状に延びていてもよい。側面74は、平面視において受電部50aおよび上部絶縁層63が重なる領域の上に位置している。具体的には、側面74は、上部絶縁層63の平坦部63a上に位置している。つまり、柱状部71は、受電部50aおよび上部絶縁層63を被覆している。側面74を平坦部63a上に位置させることにより、厚みのばらつきが比較的大きい第1端部63b上に位置させる場合に比べて、柱状部71を安定して形成できる。
 幅広部72は、柱状部71の上端に設けられた第2導電層の一例である。幅広部72は、柱状部71の上端の大きさをxy平面に拡大した部分である。平面視における幅広部72の大きさおよび形状は、平面視におけるゲートパッド70の大きさおよび形状に一致する。平面視において、幅広部72は、柱状部71よりも大きい。平面視において、柱状部71は、幅広部72の内側に位置している。
 平面視において、幅広部72の輪郭は、柱状部71の輪郭から半導体層10の周縁側に向けて一定の間隔を空けて形成されている。幅広部72(ゲートパッド70)は、平面視においてアクティブ領域3の一部および非アクティブ領域4に重なっている。つまり、幅広部72(ゲートパッド70)は、平面視においてトレンチゲート構造21およびトレンチソース構造31に重なっている。
 幅広部72は、半導体装置1(縦型トランジスタ2)と他の回路との電気的な接続に利用される上面73を有する。この形態では、幅広部72の上面73は、平面視においてアイランド状に形成され、ゲート電圧を供給する電源回路に接続される。つまり、ゲートパッド70は、この形態では、主面ゲート電極50とは異なりライン状に形成されていない。たとえば、幅広部72の上面73には、金属線がワイヤボンディングによって接続される。金属線は、たとえばアルミニウム、銅、金などの金属の少なくとも一種を含む。この形態では、アルミニウムワイヤが、ゲートパッド(幅広部72の上面73)にウェッジボンディングされる。
 ワイヤボンディングを適切に行うためには、幅広部72が一定以上の大きさを有している必要がある。幅広部72の平面視形状は、たとえば、正方形である。この場合、幅広部72のサイズは、たとえば、800μm×800μm以上1mm×1mm以下であってもよい。この場合、幅広部72に対する金属線の接続の向きを任意の方向にすることができる。むろん、幅広部72のサイズは、1mm×1mmより大きくてもよい。また、幅広部72の平面視形状は、長方形であってもよい。この場合、幅広部72のサイズは、400mm×800mm以上であってもよい。
 平面視において、幅広部72の面積(すなわち、ゲートパッド70の面積)は、主面ゲート電極50の受電部50aの面積より大きい。換言すると、平面視において主面ゲート電極50およびゲートパッド70の接続部の接続面積は、ゲートパッド70の上面73の面積未満である。幅広部72の面積は、受電部50aの面積の200倍以上40000倍以下である。幅広部72の面積は、受電部50aの面積の400倍以上であってもよい。一例として、幅広部72の面積は、受電部50aの面積の2500倍程度であってもよい。
 柱状部71は、銅、銅を主成分とする銅合金などの金属材料を含む。幅広部72は、銅、銅を主成分とする銅合金などの金属材料を含む。幅広部72は、たとえば、柱状部71と同じ導電性材料を用いて形成されている。幅広部72は、柱状部71とは異なる導電性材料によって形成されていてもよい。
 ゲートパッド70の高さ(z軸方向の長さ)は、柱状部71の高さ(z軸方向の長さ)および幅広部72の厚さ(z軸方向の長さ)の和である。ゲートパッド70の高さは、たとえば0mmを超えて1mm以下(たとえば数十μm以上数百μm以下)である。図2に示されるように、柱状部71の高さは、幅広部72の厚さよりも大きい(長い)。柱状部71の高さは、幅広部72の厚さ以下であってもよい。
 ソースパッド75は、平面視において、主面ソース電極55に重なり、かつ、主面ソース電極55に電気的に接続されている。ソースパッド75は、主面ソース電極55上に設けられている。ソースパッド75は、主面ソース電極55の上面56の法線方向(z軸方向)に厚板状に延びている。平面視において、ソースパッド75の面積は、主面ソース電極55の面積より小さい。
 ソースパッド75は、主面ソース電極55の上面56を覆っている。また、ソースパッド75は、上部絶縁層63の平坦部63aの一部および第2端部63cを覆っている。さらに、ソースパッド75は、端部絶縁層65の平坦部65aの一部および端部65bを覆っている。ソースパッド75の厚み(z軸方向の長さ)は、上部絶縁層63および端部絶縁層65のそれぞれの厚み(z軸方向の長さ)よりも大きい(長い)。
 具体的には、ソースパッド75の厚みは、上部絶縁層63において主面ソース電極55上に位置する部分の最大厚み、および、端部絶縁層65において主面ソース電極55上に位置する部分の最大厚みよりも大きい(長い)。これにより、ソースパッド75の最頂部は、上部絶縁層63の最頂部および端部絶縁層65の最頂部よりも高くなっている。
 ソースパッド75は、垂直または実質的に垂直に延びる側面77を有している。側面77は、必ずしも断面視において直線状に延びている必要はなく、曲線状または凹凸状に延びていてもよい。側面77は、主面ソース電極55および上部絶縁層63が平面視において重なる領域、または、主面ソース電極55および端部絶縁層65が平面視において重なる領域に位置している。
 具体的には、側面77は、上部絶縁層63の平坦部63a上、または、端部絶縁層65の平坦部65a上に位置している。つまり、ソースパッド75は、主面ソース電極55および上部絶縁層63、または、主面ソース電極55および端部絶縁層65に接している。ソースパッド75は、この形態では、主面ソース電極55、上部絶縁層63および端部絶縁層65に接している。これにより、柱状部71の場合と同様に、ソースパッド75を安定して形成できる。
 ソースパッド75は、半導体装置1(縦型トランジスタ2)と他の回路との電気的な接続に利用される上面76を有している。この形態では、ソースパッド75の上面76には、ソース電圧を供給する電源回路に接続される。たとえば、ソースパッド75の上面76には、金属線がワイヤボンディングによって接続される。金属線は、たとえばアルミニウム、銅、金などの金属の少なくとも一種を含む。この形態では、アルミニウムワイヤが、ソースパッド75にウェッジボンディングされる。
 ソースパッド75は、平面視において、ゲートパッド70から間隔を空けて設けられている。これにより、ソースパッド75およびゲートパッド70の接触による短絡を抑制できる。ソースパッド75は、導電性材料によって形成されている。具体的には、ソースパッド75は、銅、銅を主成分とする銅合金などの金属材料を含む。ソースパッド75は、たとえば、ゲートパッド70と同じ材料によって形成されている。この場合、ソースパッド75は、ゲートパッド70と同じ工程で形成できる。ソースパッド75は、ゲートパッド70とは異なる材料によって形成されてもよい。
 ソースパッド75は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の50%以上の面積を有する。好ましくは、ソースパッド75は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の70%以上の面積を有する。一方、ゲートパッド70は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の20%以下の面積を有する。好ましくは、ゲートパッド70は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の10%以下の面積を有する。
 ソースパッド75は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の中心位置を含む領域に配置されている。ゲートパッド70は、ソースパッド75を避けた領域に配置されている。ゲートパッド70は半導体層10(第1主面11)の中心位置を含む領域に配置されていてもよい。この場合、ソースパッド75がゲートパッド70の周囲を取り囲むように配置されていてもよい。
 半導体装置1は、ソースパッド75およびゲートパッド70の間に充填されたモールド層80を含む。具体的には、モールド層80は、ゲートパッド70およびソースパッド75の間の空間を埋めている。また、モールド層80は、上部絶縁層63および端部絶縁層65を覆っている。また、モールド層80は、平面視において半導体層10の外周(第1主面11の周縁)に沿って環状に設けられている。
 モールド層80は、絶縁性材料によって形成されている。モールド層80は、熱硬化性樹脂を含んでいてもよい。たとえば、モールド層80は、エポキシ樹脂を含む。たとえば、モールド層80は、カーボン、ガラス繊維などを含むエポキシ樹脂を含んでいてもよい。モールド層80の厚み(z軸方向の長さ)は、たとえば、0mmを超えて1mm以下(たとえば数十μm以上数百μm以下)である。モールド層80の厚みは、半導体層10の厚みより大きてもよい。
 この形態では、モールド層80は、ゲートパッド70の上面73およびソースパッド75の上面76に対して面一に形成された上面81を有する。つまり、ゲートパッド70の上面73、ソースパッド75の上面76およびモールド層80の上面81のそれぞれの境界部分には段差が形成されていない。この場合、ゲートパッド70の上面73は研削面からなっていてもよい。また、ソースパッド75の上面76は研削面からなっていてもよい。また、モールド層80の上面81は研削面からなっていてもよい。すなわち、モールド層80の上面81は、ゲートパッド70の上面73およびソースパッド75の上面76と一つの研削面を形成していてもよい。
 以下、第1実施形態に係る半導体装置1の製造方法が説明される。図6A~図6Gは、図1に示す半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。以下では、特に半導体層10の上方の構成の製造方法が中心に説明される。トレンチゲート構造21、トレンチソース構造31および各ウェル領域(各半導体領域)を半導体層10に形成する方法に関しては、公知の方法を利用できる。
 まず、図6Aに示されるように、下部絶縁層61が、半導体層10(半導体ウエハ)の第1主面11上に形成される。下部絶縁層61は、複数のソースコンタクト孔61bを有している。たとえば、この工程では、まず、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)によって酸化シリコンなどを含む絶縁膜が成膜される。次に、フォトリソグラフィ法およびエッチング法によって成膜後の絶縁膜の一部が除去される。これにより、複数のソースコンタクト孔61bを有する下部絶縁層61が形成される。
 次に、図6Bに示されるように、主面ゲート電極50および主面ソース電極55が形成される。たとえば、この工程では、まず、蒸着法またはスパッタ法によって下部絶縁層61を覆うように第1主面11の全面に金属膜が成膜される。次に、フォトリソグラフィ法およびエッチング法によって、成膜後の金属膜の一部が除去される。これにより、金属膜がパターニングされ、主面ゲート電極50および主面ソース電極55が形成される。主面ゲート電極50および主面ソース電極55は、異なる材料を用いた金属膜の成膜工程と、当該金属膜のパターニング工程とを繰り返すことによって異なる工程で形成されてもよい。
 次に、図6Cに示されるように、側部絶縁層62、上部絶縁層63および端部絶縁層65が形成される。上部絶縁層63は、貫通孔64を有している。たとえば、この工程は、塗布工程および露光現像工程を含む。塗布工程では、各絶縁層の元となる液状の感光性樹脂材料がスピンコート法によって主面ゲート電極50の上面52および主面ソース電極55の上面56に塗布される。露光現像工程では、感光性樹脂材料が露光によって硬化された後、当該感光性樹脂材料の不要部分がアッシング法またはウェットエッチング法によって除去される。これにより、側部絶縁層62、上部絶縁層63および端部絶縁層65が形成される。
 次に、図6Dに示されるように、柱状部71が主面ゲート電極50の受電部50a上に形成され、下部ソースパッド75aが主面ソース電極55上に形成される。たとえば、この工程では、電解めっき法または無電解めっき法によって、主面ゲート電極50において上部絶縁層63に覆われていない部分の少なくとも一部の上、および、主面ソース電極55において上部絶縁層63に覆われていない部分の少なくとも一部の上に、選択的に金属めっき層が形成される。
 金属めっき層の一部は、上部絶縁層63の平坦部63a、第1端部63bおよび第2端部63cの上にも形成される。また、金属めっき層の一部は、端部絶縁層65の平坦部65aおよび端部65bの上にも形成される。金属めっき層のうちの、主面ゲート電極50の受電部50a上に位置する部分、ならびに、上部絶縁層63の平坦部63aおよび第1端部63b上に位置する部分が、ゲートパッド70の一部である柱状部71として形成される。金属めっき層のうちの、主面ソース電極55上に位置する部分、ならびに、上部絶縁層63の第2端部63cおよび端部絶縁層65上に位置する部分が、ソースパッド75の一部である下部ソースパッド75aとして形成される。
 次に、図6Eに示されるように、下部モールド層80aが形成される。たとえば、この工程は、成膜工程、硬化工程および薄化工程を含む。成膜工程では、下部モールド層80aの元となる液状の樹脂材料(たとえば熱硬化性樹脂の一例としてのエポキシ樹脂)が半導体層10の第1主面11の全面に塗布または印刷される。この工程では、樹脂材料によって柱状部71および下部ソースパッド75aの全体が覆われる。樹脂材料は、柱状部71および下部ソースパッド75aの間の空間にも入り込む。
 硬化工程では、塗布または印刷した樹脂材料が加熱によって硬化される。薄化工程では、柱状部71および下部ソースパッド75aが露出するまで樹脂材料が研削される。これにより、図6Eに示されるように、柱状部71の上面、下部モールド層80aの上面および下部ソースパッド75aの上面のそれぞれが面一に形成される。
 次に、図6Fに示されるように、ゲート配線層72bおよびソース配線層75bが形成される。ゲート配線層72bおよびソース配線層75bは、たとえば、柱状部71および下部ソースパッド75aと同じ材料を用いてそれぞれ形成される。ゲート配線層72bは、平面視において、ゲートパッド70の幅広部72と同じ大きさおよび同じ形状を有する。ソース配線層75bは、平面視において、下部ソースパッド75aと同じ大きさおよび同じ形状を有する。ゲート配線層72bおよびソース配線層75bは、次のめっき工程における成膜起点となるシード配線として機能する。
 次に、図6Gに示されるように、ゲートパッド70の幅広部72aがゲート配線層72b上に形成され、ソースパッド75の上部ソースパッド75cがソース配線層75b上に形成される。たとえば、この工程では、電解めっき法または無電解めっき法によって、金属めっき層が、ゲート配線層72bの上面およびソース配線層75bの上面のみに選択的に形成される。
 次に、図6Hに示されるように、上部モールド層80bが形成される。たとえば、この工程は、成膜工程、硬化工程および薄化工程を含む。成膜工程では、たとえば、塗布または印刷によって、幅広部72aの全体および上部ソースパッド75cの全体が樹脂材料(たとえば熱硬化性樹脂の一例としてのエポキシ樹脂)によって覆われる。
 硬化工程では、塗布または印刷した樹脂材料が加熱によって硬化される。薄化工程では、幅広部72aおよび上部ソースパッド75cが露出するまで樹脂材料が研削される。これにより、図6Hに示されるように、幅広部72aの上面、上部モールド層80bの上面および上部ソースパッド75cの上面が面一に形成される。
 これにより、図6Hに示されるように、ゲートパッド70の幅広部72がゲート配線層72bおよび幅広部72aによって形成される。また、ソースパッド75が下部ソースパッド75a、ソース配線層75bおよび上部ソースパッド75cによって形成される。また、モールド層80が、下部モールド層80aおよび上部モールド層80bによって構成される。
 以上のように、ゲートパッド70およびソースパッド75は、2段階のめっきによって形成される。前述の図2等では、ゲートパッド70、ソースパッド75およびモールド層80の具体的な層構造の図示および説明は省略されている。ゲートパッド70、ソースパッド75およびモールド層80の具体的な層構造に関する説明は、前述の図2等にも適用される。
 次に、半導体層10が、半導体層10の第2主面12aの研磨によって薄化される。次に、蒸着法またはスパッタ法によって、第2主面12にドレイン電極40が形成される。その後、半導体層10等がモールド層80と共に選択的に切断されて、図2に示される半導体装置1が製造される。
 半導体装置1の製造方法は一例にすぎず、上述した方法に限定されない。たとえば、ゲートパッド70およびソースパッド75は、めっき法以外の成膜法によって形成されてもよい。
 以上のように、第1実施形態に係る半導体装置1は、縦型トランジスタ2を含む半導体装置である。半導体装置1は、半導体層10、縦型トランジスタ2、ゲート電極20、ソース電極30、ドレイン電極40、主面ゲート電極50、主面ソース電極55およびゲートパッド70を含む。
 半導体層10は、第1主面11、および、第1主面11の反対側の第2主面12を有し、SiCを主成分として含む。縦型トランジスタ2は、第1主面11に設けられている。ゲート電極20は、縦型トランジスタ2のゲート電極として第1主面11に設けられている。ソース電極30は、ゲート電極20から間隔を空けて第1主面11に縦型トランジスタ2のソース電極として設けられている。
 ドレイン電極40は、縦型トランジスタ2のドレイン電極として第2主面12に設けられている。主面ゲート電極50は、第1主面11の一部を覆っている。主面ソース電極55は、平面視において主面ゲート電極50から間隔を空けて設けられている。ゲートパッド70は、平面視において主面ゲート電極50に重なり、かつ、主面ゲート電極50に電気的に接続されている。主面ゲート電極50は、平面視において、ゲートパッド70より小さい。たとえば、主面ゲート電極50は、ゲート電極20に電気的に接続される。主面ソース電極55は、ソース電極30に電気的に接続されている。
 仮に、主面ゲート電極50がゲートパッド70の代わりにワイヤボンディング用の電極パッドとして利用される場合、主面ゲート電極50はゲートパッド70の幅広部72と同等の大きさに形成される必要がある。この場合、半導体層10において主面ゲート電極50に覆われた領域は、非アクティブ領域4として形成される。
 このため、非アクティブ領域4の大きさは、幅広部72と同等の大きさに形成された主面ゲート電極50の大きさになるので、アクティブ領域3が小さくなる。つまり、非アクティブ領域4の大きさは、この形態に係る半導体装置1の非アクティブ領域4の大きさよりも極めて大きくなる。このため、アクティブ領域3が小さくなるので、半導体層10を有効利用できず、小型化および低コスト化が難しくなる。
 これに対して、この形態に係る半導体装置1によれば、主面ゲート電極50に接続されるゲートパッド70(幅広部72)が設けられ、ゲートパッド70(幅広部72)に対してワイヤボンディングが実施される。したがって、主面ゲート電極50を小さくしながら、ワイヤボンディングを適切に行うために十分な大きさを有するゲートパッド70を確保できる。これにより、主面ゲート電極50を縮小できるため、主面ゲート電極50に覆われていない領域をアクティブ領域3として拡張し、利用できる。よって、動作領域を広く確保できる半導体装置1が実現される。
 たとえば、ゲートパッド70は、平面視において、主面ソース電極55の一部に重なっている。これにより、幅広部72の直下の領域をアクティブ領域3として利用できる。また、ゲートパッド70の幅広部72の直下に設けられた主面ソース電極55によって、複数のソース電極30への電気的な接続部を容易に確保できる。
 以下、第2実施形態が説明される。第2実施形態では、半導体装置が、電流検知用の電極、および、電流検知用の電極に接続された電極パッドをさらに含み、電流検知用の電極が電極パッドよりも小さい点が、第1実施形態とは主として相違する。以下では、第1実施形態との相違点が中心に説明され、共通点の説明は省略または簡略化される。
 図7は、第2実施形態に係る半導体装置101の断面図である。図8は、図7に示す半導体装置101の平面図である。図9は、図7のIX-IX線に沿った、半導体装置101の電極上面の平面図である。具体的には、図7は、図8のVII-VII線に沿う断面を示している。具体的には、図9は、図8に示されるゲートパッド70、ソースパッド75、電流検知パッド170およびモールド層80を透視して、半導体装置101をz軸の正側から見たときの平面図である。図7には示されていないが、半導体装置101は、第1実施形態の場合と同様に、半導体層10の厚さ方向に電流を流す縦型トランジスタ2を含む。
 図7~図9に示されるように、半導体装置101は、主面ゲート電極50、主面ソース電極55および電流検知電極150を含む。第2実施形態に係る主面ゲート電極50および主面ソース電極55はそれぞれ、第1実施形態の場合と比較して配置または形状が相違しているが、それらの構成は第1実施形態の場合と実質的に同じである。したがって、第2実施形態に係る主面ゲート電極50および主面ソース電極55の説明は省略される。
 電流検知電極150は、第3電極の一例である。電流検知電極150は、平面視において、主面ゲート電極50および主面ソース電極55から間隔を空けて配置されている。電流検知電極150は、この形態では、平面視において、主面ゲート電極50および主面ソース電極55によって区画された領域に配置されている。電流検知電極150は、第1実施形態に係る主面ソース電極55の一部を分離した部分に相当している。
 電流検知電極150は、たとえば、導電性ポリシリコン、チタン、ニッケル、銅、アルミニウム、銀、金、タングステンなどの金属、または、窒化チタンなどの金属窒化物のうちの少なくとも一種を含む。電流検知電極150は、たとえば、主面ゲート電極50および主面ソース電極55と同じ材料によって形成されている。
 電流検知電極150は、半導体層10の第1主面11に設けられた複数のソース電極30のうち、N個(N-munber)のソース電極30に電気的に接続されている。Nは、自然数である。Nは、たとえば10以下である。半導体装置101に含まれる縦型トランジスタ2は、半導体層10の第2主面12に設けられたドレイン電極40から、半導体層10の第1主面11に設けられた複数のソース電極30に向かってドレイン電流を流すことができる。電流検知電極150は、複数のソース電極30のうちのN個のソース電極30を流れる電流(ドレイン電流の一成分)を取り出すための電極である。N個のソース電極30は、縦型トランジスタ2を流れる電流(ドレイン電流)の検知用に利用される。
 図7に示されるように、電流検知電極150は、下部絶縁層61上に設けられている。電流検知電極150は、下部絶縁層61に設けられた1つ以上のソースコンタクト孔61bを介して、1つ以上のソース電極30に電気的に接続されている。たとえば、ソースコンタクト孔61bの個数がNに相当する。つまり、ソースコンタクト孔61bの個数を調整することで、電流検知電極150が接続されるソース電極30の個数Nを調整できる。
 主面ソース電極55は、複数のソース電極30のうちのM個のソース電極30に電気的に接続されている。Mは、Nより大きい自然数である。Mは、たとえばNの100倍以上10000倍である。このため、N個のソース電極30に接続された電流検知電極150には、主面ソース電極55に流れる電流の10000分の1以上100分の1以下の電流が流れる。
 これにより、仮に、半導体装置101のドレイン電極40および複数のソース電極30の間に何らかの要因によって大きなドレイン電流が流れた場合であっても、電流検知電極150に流れる電流を小さくすることができる。たとえば、電流検知電極150に流れる電流の最大量は、1A程度に抑えられることができる。これにより、電流検知電極150を利用して、電流の検知範囲内で電流の増加を検知できる。換言すると、電流検知電極150の検知範囲内において、ドレイン電流の増減を間接的に検知できる。
 電流検知電極150は、平面視において、電流検知パッド170より小さい。電流検知電極150の平面視形状は、たとえば、正方形または長方形である。電流検知電極150の一辺の長さは、5μm以上50μm以下である。一例として、電流検知電極150は、正方形の平面視形状を有し、20μm×20μm程度のサイズを有してもよい。図9に示されるように、電流検知電極150の大きさは、主面ゲート電極50の受電部50aの大きさと同じである。電流検知電極150の大きさは、受電部50aの大きさより小さくてもよい。電流検知電極150の大きさは、受電部50aの大きさより大きくてもよい。
 電流検知電極150は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の20%以下の面積を有する。好ましくは、電流検知電極150は、半導体層10(第1主面11)の面積の10%以下の面積を有する。電流検知電極150は、平面視において、主面ソース電極55および主面ゲート電極50を避けた領域に配置されている。電流検知電極150は、半導体層10の中心位置を含む領域に配置されていてもよい。この場合、主面ソース電極55が電流検知電極150の周囲を取り囲むように配置されていてもよい。
 図7および図8に示されるように、半導体装置101は、ゲートパッド70、ソースパッド75および電流検知パッド170を含む。第2実施形態に係るゲートパッド70およびソースパッド75は、それぞれ、第1実施形態の場合と比較して配置または形状が相違しているが、それらの構成は第1実施形態の場合と実質的に同じである。したがって、第2実施形態に係るゲートパッド70およびソースパッド75の説明は省略される。
 電流検知パッド170は、第2電極パッドの一例である。電流検知パッド170は、平面視において、電流検知電極150に重なり、かつ、電流検知電極150に電気的に接続されている。この形態に係る半導体装置101では、電流検知電極150に接続された電流検知パッド170は、ゲートパッド70と同様の構成を有する。
 具体的には、図7に示されるように、電流検知パッド170は、柱状部171および幅広部172を含む。柱状部171は、電流検知電極150上に設けられた第1導電層の一例である。柱状部171は、電流検知電極150の上面152の法線方向(z軸方向)に柱状に延びている。柱状部171は、上部絶縁層63に設けられた貫通孔164を介して電流検知電極150に接続されている。
 柱状部171は、電流検知電極150の上面152を覆っている。柱状部171は、さらに、上部絶縁層63の平坦部63aの一部および第1端部63bを覆っている。柱状部171の高さ(z軸方向の長さ)は、上部絶縁層63の厚み(z軸方向の長さ)より大きい(長い)。具体的には、柱状部171の高さは、上部絶縁層63において電流検知電極150上に位置する部分の最大厚みよりも大きい(長い)。これにより、柱状部171の最頂部は、上部絶縁層63の最頂部よりも高くなっている。
 柱状部171は、垂直または実質的に垂直に延びる側面174を有している。側面174は、必ずしも断面視において直線状に延びている必要はなく、曲線状または凹凸状に延びていてもよい。側面174は、電流検知電極150および上部絶縁層63が平面視において重なる領域の上に位置している。具体的には、側面174は、上部絶縁層63の平坦部63a上に位置している。つまり、柱状部171は、電流検知電極150および上部絶縁層63を被覆している。これにより、第1実施形態に係る柱状部71と同様に、柱状部171を安定して形成できる。
 幅広部172は、柱状部171の上端に設けられた第2導電層の一例である。幅広部172は、柱状部171の上端の大きさをxy平面に拡大した部分である。平面視における幅広部172の大きさおよび形状は、平面視における電流検知パッド170の大きさおよび形状に一致する。幅広部172は、半導体装置101(縦型トランジスタ2)と他の回路との電気的な接続に利用される上面173を有している。
 この形態では、幅広部172の上面173は、検知された電流に基づいて半導体装置101(縦型トランジスタ2)を制御する制御回路に接続される。たとえば、幅広部172の上面173には、金属線がワイヤボンディングによって接続される。金属線は、たとえばアルミニウム、銅、金などの金属の少なくとも一種を含む。この形態では、アルミニウムワイヤが電流検知パッド170(幅広部172の上面173)にウェッジボンディングされる。
 ワイヤボンディングを適切に行うためには、幅広部172が一定以上の大きさを有している必要がある。幅広部172の平面視形状は、たとえば、正方形である。この場合、幅広部172のサイズは、800μm×800μm以上1mm×1mm以下であってもよい。この場合、幅広部172に対する金属線の接続の向きを任意の方向にすることができる。幅広部172のサイズは、1mm×1mmより大きくてもよい。
 幅広部172の平面視形状は、長方形であってもよい。この場合、幅広部172のサイズは、400mm×800mm以上であってもよい。幅広部172の大きさは、ゲートパッド70の幅広部72の大きさと同じである。幅広部172の大きさは、幅広部72の大きさより小さくてもよい。幅広部172の大きさは、幅広部72の大きさより大きくてもよい。
 平面視において、幅広部172の面積(すなわち、電流検知パッド170の面積)は、電流検知電極150の面積より大きい。幅広部172の面積は、電流検知電極150の面積の200倍以上40000倍以下である。幅広部172の面積は、電流検知電極150の面積の400倍以上であってもよい。一例として、幅広部172の面積は、電流検知電極150の面積の2500倍程度であってもよい。
 柱状部171は、銅、銅を主成分とする銅合金などの金属材料を含む。幅広部172は、銅、銅を主成分とする銅合金などの金属材料を含む。幅広部172は、たとえば、柱状部171と同じ導電性材料を用いて形成されている。幅広部172は、柱状部171とは異なる導電性材料を用いて形成されていてもよい。電流検知パッド170は、たとえば、ゲートパッド70およびソースパッド75と同じ材料を用いて形成されている。これにより、電流検知パッド170、ゲートパッド70およびソースパッド75を、同じ工程で形成できる。
 電流検知パッド170の高さ(z軸方向の長さ)は、柱状部171の高さ(z軸方向の長さ)および幅広部172の厚さ(z軸方向の長さ)の和である。電流検知パッド170の高さは、たとえば0mmを超えて1mm以下(たとえば数十μm以上数百μm以下)である。図7に示されるように、柱状部171の高さは、幅広部172の厚さよりも大きい(長い)。柱状部171の高さは、幅広部172の厚さ以下であってもよい。
 電流検知パッド170は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の20%以下の面積を有する。好ましくは、電流検知パッド170は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の10%以下の面積を有する。また、電流検知パッド170は、ゲートパッド70およびソースパッド75を避けた領域に配置されている。電流検知パッド170は、半導体層10(第1主面11)の中心位置を含む領域に配置されていてもよい。この場合、ソースパッド75が電流検知パッド170の周囲を取り囲むように配置されていてもよい。
 この形態では、図7に示されるように、半導体装置101は、アクティブ領域103および非アクティブ領域104を含む。アクティブ領域103は、縦型トランジスタ2のドレイン電流が流れる主な領域である。アクティブ領域103は、平面視において、主面ソース電極55と重なる領域である。アクティブ領域103には、主面ゲート電極50および電流検知電極150のいずれかに重なる領域が含まれていない。一方で、ゲートパッド70および電流検知パッド170に平面視で重なる領域の一部は、アクティブ領域103に含まれている。
 非アクティブ領域104は、縦型トランジスタ2として動作しない領域である。非アクティブ領域104は、平面視において、アクティブ領域103以外の領域である。図7に示されるように、非アクティブ領域104には、電流検知領域102が含まれる。電流検知領域102は、平面視において、電流検知電極150に重なる領域である。この形態では、主面ゲート電極50または電流検知電極150に平面視で重なる領域は、非アクティブ領域104に含まれる。
 具体的には、電流検知パッド170は、平面視において、主面ソース電極55の一部に重なっている。つまり、電流検知パッド170の直下には、主面ソース電極55の一部が位置している。この形態では、主面ソース電極55が平面視において電流検知パッド170に重なる領域まで引き出されているため、電流検知パッド170が主面ソース電極55に重なる領域の一部をアクティブ領域103として利用できる。これにより、電流検知パッド170の面積を確保しつつ、アクティブ領域103の面積をより多く確保できる。
 以上のように、第2実施形態に係る半導体装置101は、複数のソース電極30、電流検知電極150および電流検知パッド170をさらに含む。複数のソース電極30は、平面視において互いに間隔を空けて配置されている。電流検知電極150は、平面視において主面ゲート電極50および主面ソース電極55から間隔を空けて設けられ、N個(Nは自然数)のソース電極30に電気的に接続されている。電流検知パッド170は、平面視において電流検知電極150に重なり、かつ、電流検知電極150に電気的に接続されている。主面ソース電極55は、M個(MはNより大きい自然数)のソース電極30に電気的に接続される。電流検知電極150は、平面視において、電流検知パッド170より小さい。
 上述したように、電流検知電極150が接続されるソース電極30(つまり、電流検知領域102に含まれるソース電極30)の個数Nは、たとえば、10個以下であってもよい。これに対して、図7に示されるように、電流検知パッド170の幅広部172の直下の範囲105に含まれるソース電極30の個数は、10個よりも遥かに多い。
 このため、仮に、電流検知電極150が電流検知パッド170の代わりにワイヤボンディング用の電極パッドとして利用される場合、電流検知電極150は電流検知パッド170の幅広部172と同等の大きさに形成される必要がある。この場合、電流検知パッド170の幅広部172の直下の範囲105は、非アクティブ領域104として形成される。
 このため、非アクティブ領域104の大きさは、幅広部172と同等の大きさに形成された電流検知電極150の大きさになるので、アクティブ領域103が小さくなる。つまり、非アクティブ領域104の大きさは、この形態に係る半導体装置101の非アクティブ領域104の大きさよりも極めて大きくなる。このため、アクティブ領域103が小さくなるので、半導体層10を有効利用できず、小型化および低コスト化が難しくなる。
 これに対して、この形態に係る半導体装置101によれば、電流検知電極150に接続される電流検知パッド170(幅広部172)が設けられ、電流検知パッド170(幅広部172)に対してワイヤボンディングが実施される。したがって、電流検知電極150を小さくしながら、ワイヤボンディングを適切に行うために十分な大きさを有する電流検知パッド170を確保できる。また、電流検知電極150を縮小できるので、電流検知電極150に覆われていない領域をアクティブ領域103として拡張し、利用できる。よって、動作領域を広く確保できる半導体装置101が実現される。
 この形態に係る半導体装置101の製造方法は、第1実施形態に係る半導体装置1の製造方法と同様である。具体的には、主面ゲート電極50、主面ソース電極55および電流検知電極150のパターニング工程、絶縁層60のパターニング工程、ならびに、ゲートパッド70、ソースパッド75および電流検知パッド170のパターニング工程のそれぞれにおいて、各形状を調整することにより半導体装置101を製造できる。
 この形態に係る半導体装置101では、ゲートパッド70が電流検知パッド170と同様の構成を有する例を説明したが、ゲートパッド70はソースパッド75と同様の構成を有してもよい。
 図10は、第2実施形態に係る半導体装置101の変形例(以下、半導体装置101aという。)の平面図である。図11は、図10に示す半導体装置101aの電極上面の平面図である。図10および図11はそれぞれ、第2実施形態の図8および図9に対応している。
 変形例に係る半導体装置101aでは、平面視において、主面ゲート電極50Aおよびゲートパッド70aが同じ大きさおよび同じ形状を有する。つまり、平面視において、主面ゲート電極50Aは、第2実施形態に係る主面ゲート電極50の受電部50aよりも大きい。電流検知電極150および電流検知パッド170は、第2実施形態の場合と同じである。つまり、変形例に係る半導体装置101aは、第1電極の一例として電流検知電極150を含み、第1電極パッドの一例として電流検知パッド170を含む。
 このように、変形例に係る半導体装置101aでは、電流検知電極150のみに対して、平面視における面積を大きくする構成(具体的には、電流検知パッド170)が適用されている。これにより、電流検知電極150への電気的な接続を行うためのパッドの面積を確保しながら、電流検知電極150を電流検知パッド170よりも小さくすることができる。したがって、平面視において電流検知パッド170に重なる領域の一部をアクティブ領域として有効に利用できる。よって、動作領域を広く確保できる。
 以下、第3実施形態が説明される。第3実施形態では、半導体装置が、電極を有するダイオード、および、ダイオードの電極に接続された電極パッドをさらに含み、ダイオードの電極が電極パッドよりも小さい点が、第1実施形態の場合とは主として相違する。以下では、第1実施形態との相違点が中心に説明され、共通点の説明は省略または簡略化される。
 図12は、第3実施形態に係る半導体装置201の要部を示す断面図である。図13は、図12に示す半導体装置201の平面図である。図14は、図12に示すXIV-XIV線に沿う平面図である。具体的には、図12は、図13のXII-XII線に沿った断面を示している。具体的には、図14は、図13に示されるゲートパッド70、ソースパッド75、アノード電極パッド270、カソード電極パッド275およびモールド層80を透視して、半導体装置201をz軸の正側から見たときの平面図である。
 図12に示されるように、半導体装置201は、半導体層10の第1主面11に設けられたダイオード290を含む。この形態では、ダイオード290は、pnダイオードであり、p型半導体層291およびn型半導体層292を含む。たとえば、p型半導体層291はp型不純物が添加されたポリシリコンを含み、n型半導体層292はn型不純物が添加されたポリシリコンを含む。p型半導体層291およびn型半導体層292は互いに接触しており、pn接合を有するpnダイオードを構成している。
 ダイオード290は、半導体層10の第1主面11に設けられた凹部293内に設けられている。凹部293は、半導体層10の第1主面11を、第2主面12側に向けて掘り下げることによって形成されている。たとえば、凹部293は、ゲートトレンチ22の深さと同じ深さを有する。凹部293は、ゲートトレンチ22と同じ工程で形成できる。
 凹部293は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の20%以下の面積を有する。好ましくは、凹部293は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の10%以下の面積を有する。凹部293は、平面視において、主面ソース電極55および主面ゲート電極50を避けた領域に設けられている。凹部293は、半導体層10(第1主面11)の中心位置を含む領域に設けられていてもよい。この場合、主面ソース電極55が凹部293の周囲を取り囲むように配置されていてもよい。
 半導体装置201は、凹部293の底壁および側壁を覆うように形成された絶縁層223を含む。絶縁層223は、半導体層10およびダイオード290の間に介在されている。つまり、ダイオード290は、絶縁層223上に設けられている。絶縁層223は、たとえば、酸化シリコンを含む。絶縁層223は、不純物無添加シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸窒化アルミニウムのうちの少なくとも一種を含んでいてもよい。絶縁層223は、たとえば、ゲート絶縁層23と同じ材料を含み、ゲート絶縁層23と同じ厚さを有している。これにより、絶縁層223は、ゲート絶縁層23と同じ工程で形成できる。
 なお、半導体層10には、凹部293および絶縁層223のいずれか一方または双方が設けられていなくてもよい。ダイオード290は、半導体層10の第1主面11上に設けられていてもよい。この場合、ダイオード290は、第1主面11を被覆する絶縁層223の上に配置されていてもよい。
 ダイオード290は、アノード電極250およびカソード電極255を含む。アノード電極250およびカソード電極255間の電圧の大きさによって半導体装置201の温度を検知できる。つまり、ダイオード290は、温度センサ(感温ダイオード)として利用される。
 アノード電極250は、p型半導体層291に電気的に接続されている。アノード電極250は、たとえば、導電性ポリシリコン、チタン、ニッケル、銅、アルミニウム、銀、金、タングステンなどの金属、または、窒化チタンなどの金属窒化物のうちの少なくとも一種を含む。
 カソード電極255は、n型半導体層292に電気的に接続されている。図14に示されるように、カソード電極255は、平面視においてアノード電極250から間隔を空けて設けられている。この形態では、下部絶縁層61がカソード電極255およびアノード電極250の間に設けられている。また、アノード電極250およびカソード電極255は、平面視において、主面ゲート電極50および主面ソース電極55のそれぞれから間隔を空けて設けられている。
 図14に示されるように、第3実施形態に係る主面ゲート電極50および主面ソース電極55は、第1実施形態の場合と比較して配置または形状がそれぞれ相違しているが、それらの構成は第1実施形態の場合と実質的に同じである。したがって、第3実施形態に係る主面ゲート電極50および主面ソース電極55の説明は省略される。
 カソード電極255は、たとえば、導電性ポリシリコン、チタン、ニッケル、銅、アルミニウム、銀、金、タングステンなどの金属、または、窒化チタンなどの金属窒化物のうちの少なくとも一種を含む。カソード電極255は、アノード電極250と同じ材料を用いて形成されていてもよい。
 図12および図13に示されるように、半導体装置201は、ゲートパッド70、ソースパッド75、アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275を含む。第3実施形態に係るゲートパッド70およびソースパッド75は、第1実施形態の場合と比較して配置または形状がそれぞれ相違しているが、それらの構成は第1実施形態の場合と実質的に同じである。したがって、第3実施形態に係るゲートパッド70およびソースパッド75の説明は省略される。
 アノード電極パッド270は、平面視において、アノード電極250に重なり、かつ、アノード電極250に電気的に接続されている。この形態に係る半導体装置201では、アノード電極250に接続されたアノード電極パッド270は、ゲートパッド70と同様の構成を有する。
 具体的には、図12に示されるように、アノード電極パッド270は、柱状部271および幅広部272を含む。柱状部271は、アノード電極250上に設けられた第1導電層の一例である。柱状部271は、アノード電極250の上面251の法線方向(z軸方向)に柱状に延びている。
 幅広部272は、柱状部271の上端に設けられた第2導電層の一例である。幅広部272は、柱状部271の上端の大きさをxy平面に拡大した部分である。平面視における幅広部272の大きさおよび形状は、平面視におけるアノード電極パッド270の大きさおよび形状に一致する。幅広部272は、半導体装置201(ダイオード290)と他の回路との電気的な接続に利用される上面273を有している。
 この形態では、幅広部272の上面273は、アノード電極250およびカソード電極255の電圧を検知する電圧計などに接続される。たとえば、幅広部272の上面273には、金属線がワイヤボンディングによって接続される。金属線は、たとえばアルミニウム、銅、金などの金属の少なくとも一種を含む。この形態では、アルミニウムワイヤがアノード電極パッド270(幅広部272の上面273)にウェッジボンディングされる。
 ワイヤボンディングを適切に行うためには、幅広部272が一定以上の大きさを有している必要がある。平面視における幅広部272の形状および大きさは、たとえば、平面視におけるゲートパッド70の幅広部72の形状および大きさと同じである。平面視における幅広部272の形状および大きさの少なくとも一方は、平面視における幅広部72の形状および大きさとは異なっていてもよい。
 平面視において、幅広部272の面積(すなわち、アノード電極パッド270の面積)は、アノード電極250の面積より大きい。幅広部272の面積は、アノード電極250の面積の200倍以上40000倍以下であってもよい。幅広部272の面積は、アノード電極250の面積の400倍以上であってもよい。一例として、幅広部272の面積は、アノード電極250の面積の2500倍程度であってもよい。
 柱状部271は、銅、銅を主成分とする銅合金などの金属材料を含む。幅広部272とは、銅、銅を主成分とする銅合金などの金属材料を含む。幅広部272は、たとえば、柱状部271と同じ導電性材料を用いて形成されている。幅広部272は、柱状部271とは異なる導電性材料を用いて形成されていてもよい。
 アノード電極パッド270の高さ(z軸方向の長さ)は、柱状部271の高さ(z軸方向の長さ)および幅広部272の厚さ(z軸方向の長さ)の和である。アノード電極パッド270の高さは、たとえば0mmを超えて1mm以下(たとえば数十μm以上数百μm以下)である。図12に示されるように、柱状部271の高さは、幅広部272の厚さよりも大きい(長い)。柱状部271の高さは、幅広部272の厚さ以下であってもよい。
 カソード電極パッド275は、平面視において、カソード電極255に重なり、かつ、カソード電極255に電気的に接続されている。この形態に係る半導体装置201では、カソード電極255に接続されたカソード電極パッド275は、ゲートパッド70およびアノード電極パッド270と同様の構成を有する。
 具体的には、図12に示されるように、カソード電極パッド275は、柱状部276および幅広部277を含む。柱状部276は、カソード電極255上に設けられた第1導電層の一例である。柱状部276は、カソード電極255の上面256の法線方向(z軸方向)に柱状に延びている。
 幅広部277は、柱状部276の上端に設けられた第2導電層の一例である。幅広部277は、柱状部276の上端の大きさをxy平面に拡大した部分である。平面視における幅広部277の大きさおよび形状は、平面視におけるカソード電極パッド275の大きさおよび形状に一致する。
 幅広部277は、半導体装置201(ダイオード290)と他の回路との電気的な接続に利用される上面278を有している。この形態では、幅広部277の上面278は、アノード電極250およびカソード電極255の電圧を検知する電圧計などに接続される。たとえば、幅広部277の上面278には、金属線がワイヤボンディングによって接続される。
 形状や材料などに関して、カソード電極パッド275の柱状部276および幅広部277はそれぞれ、アノード電極パッド270の柱状部276および幅広部277と同様である。したがって、カソード電極パッド275の形状や材料などについての説明は省略される。
 アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275は、たとえば、ゲートパッド70およびソースパッド75と同じ材料を用いて形成されている。これにより、アノード電極パッド270、カソード電極パッド275、ゲートパッド70およびソースパッド75を、同じ工程で形成できる。
 半導体装置201は、アノード電極250の上面251の一部およびカソード電極255の上面256の一部を覆う絶縁層(図示せず)を含んでいてもよい。当該絶縁層は、たとえば、ポリイミド、PBOなどの有機材料からなる。この場合、アノード電極パッド270の柱状部271の側面およびカソード電極パッド275の柱状部276の側面は、第1実施形態に係る柱状部71の側面74と同様に、絶縁層の平坦部上にそれぞれ設けられていてもよい。
 アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275はそれぞれ、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の20%以下の面積を有する。好ましくは、アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275は、平面視において、半導体層10(第1主面11)の面積の10%以下の面積を有する。
 また、アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275は、ゲートパッド70およびソースパッド75を避けた領域に配置されている。アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275の一方は、半導体層10(第1主面11)の中心位置を含む領域に配置されていてもよく、ソースパッド75がアノード電極パッド270およびカソード電極パッド275の周囲を取り囲むように配置されていてもよい。
 この形態では、図12に示されるように、半導体装置201は、アクティブ領域203および非アクティブ領域204を含む。アクティブ領域203は、縦型トランジスタ2のドレイン電流が流れる主な領域である。アクティブ領域203は、平面視において、主面ソース電極55と重なる領域である。アクティブ領域203には、主面ゲート電極50および凹部293のいずれかに重なる領域が含まれていない。ゲートパッド70、アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275に平面視で重なる領域の一部は、アクティブ領域103に含まれている。
 非アクティブ領域204は、縦型トランジスタ2として動作しない領域である。非アクティブ領域204は、平面視において、アクティブ領域203以外の領域である。図12に示されるように、非アクティブ領域204には、ダイオード290が形成されている。この形態では、主面ゲート電極50または凹部293に平面視で重なる領域は、非アクティブ領域204に含まれる。
 具体的には、アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275はそれぞれ、平面視において、主面ソース電極55の一部に重なっている。つまり、アノード電極パッド270の直下およびカソード電極パッド275の直下には、主面ソース電極55の一部がそれぞれ位置している。この形態では、主面ソース電極55が平面視においてアノード電極パッド270またはカソード電極パッド275に重なる領域まで引き出されている。
 したがって、主面ソース電極55およびアノード電極パッド270が重なる領域の一部、または、主面ソース電極55およびカソード電極パッド275が重なる領域の一部をアクティブ領域203として利用できる。これにより、アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275の面積を確保しつつ、アクティブ領域203の面積をより多く確保できる。
 以上のように、この形態に係る半導体装置201は、ダイオード290、アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275を含む。ダイオード290は、アノード電極250およびカソード電極255を含み、第1主面11に設けられている。アノード電極パッド270は、平面視においてアノード電極250に重なり、かつ、アノード電極250に電気的に接続されている。カソード電極パッド275は、平面視においてカソード電極255に重なり、かつ、カソード電極255に電気的に接続されている。アノード電極250は、平面視において、アノード電極パッド270より小さい。カソード電極255は、平面視において、カソード電極パッド275より小さい。
 仮に、アノード電極250がアノード電極パッド270の代わりにワイヤボンディング用の電極パッドとして利用される場合、アノード電極250は、幅広部272と同等の大きさを有する必要がある。一方、カソード電極255がカソード電極パッド275の代わりにワイヤボンディング用の電極パッドとして利用される場合、カソード電極255は、幅広部277と同等の大きさを有する必要がある。
 これらの場合、アノード電極250およびカソード電極255に覆われた領域は、非アクティブ領域204として形成される。このため、非アクティブ領域の大きさは、幅広部272および幅広部277と同等の大きさに形成されたアノード電極250およびカソード電極255の大きさになるので、アクティブ領域203が小さくなる。つまり、非アクティブ領域の大きさは、この形態に係る半導体装置201の非アクティブ領域204の大きさよりも極めて大きくなる。このため、半導体層10を有効利用できず、小型化および低コスト化が難しくなる。
 これに対して、この形態に係る半導体装置201によれば、アノード電極250に接続されたアノード電極パッド270(幅広部272)が設けられ、カソード電極255に接続されたカソード電極パッド275(幅広部277)が設けられている。ワイヤボンディングは、アノード電極パッド270(幅広部272)およびカソード電極パッド275(幅広部277)のそれぞれに対して実施される。
 したがって、アノード電極250およびカソード電極255のそれぞれを小さくしながら、ワイヤボンディングを適切に行うために十分な大きさをそれぞれ有するアノード電極パッド270およびカソード電極パッド275を確保できる。また、アノード電極250およびカソード電極255をそれぞれ縮小できるので、アノード電極250またはカソード電極255に覆われていない領域をアクティブ領域203として拡張し、利用できる。このように、動作領域を広く確保できる半導体装置201が実現される。
 この形態に係る半導体装置201の製造方法は、第1実施形態に係る半導体装置1の製造方法と同様である。具体的には、主面ゲート電極50、主面ソース電極55、アノード電極250およびカソード電極255のパターニング工程、絶縁層60のパターニング工程、ならびに、ゲートパッド70、ソースパッド75、アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275のパターニング工程のそれぞれにおいて、各形状を調整することにより半導体装置201を製造できる。
 この形態に係る半導体装置201では、ゲートパッド70が、アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275と同様の構成を有する例が説明されたが、ゲートパッド70はソースパッド75と同様の構成を有してもよい。
 図15は、第3実施形態に係る半導体装置201の変形例(以下、半導体装置201aという。)の平面図である。図16は、図15に示す半導体装置201aの電極上面を示す平面図である。図15および図16はそれぞれ、第3実施形態の図13および図14に対応している。
 変形例に係る半導体装置201aでは、平面視において、主面ゲート電極50Aおよびゲートパッド70aが同じ大きさおよび同じ形状を有する。つまり、平面視において、主面ゲート電極50Aは、第3実施形態に係る主面ゲート電極50の受電部50aよりも大きい。
 アノード電極250、カソード電極255、アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275は、第3実施形態の場合と同じである。つまり、変形例に係る半導体装置201aは、第1電極の一例としてアノード電極250を含み、第1電極パッドの一例としてアノード電極パッド270を含む。変形例に係る半導体装置201aは、第2電極の一例としてカソード電極255を含み、第2電極パッドの一例としてカソード電極パッド275を含む。
 このように、変形例に係る半導体装置201aでは、アノード電極250およびカソード電極255のみに対して、平面視における面積を大きくする構成(具体的には、アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275)が適用されている。つまり、アノード電極250およびカソード電極255のそれぞれへの電気的な接続を行うためのパッドの面積を確保しながら、アノード電極250をアノード電極パッド270よりも小さくし、カソード電極255をカソード電極パッド275よりも小さくすることができる。
 これにより、平面視においてアノード電極パッド270またはカソード電極パッド275に重なる領域の一部をアクティブ領域として拡張し、有効利用できる。よって、動作領域を広く確保できる。
 アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275のいずれか一方は、ソースパッド75と同じ構成を有してもよい。たとえば、アノード電極250およびアノード電極パッド270は、平面視における形状および大きさが互いに同じであってもよい。カソード電極255およびカソード電極パッド275は、平面視における形状および大きさが互いに同じであってもよい。
 以下、第4実施形態として、半導体装置を有する半導体パッケージが説明される。図17は、第4実施形態に係る半導体パッケージ300の一例を示す背面図である。図18は、図17に示す半導体パッケージ300の内部構造を示す正面図である。
 図17および図18に示されるように、半導体パッケージ300は、いわゆるTO(Transistor Outline)型の半導体パッケージである。半導体パッケージ300は、パッケージ本体301、端子302d、端子302g、端子302s、ボンディングワイヤ303g、ボンディングワイヤ303sおよび半導体装置1を含む。
 パッケージ本体301は、直方体状である。パッケージ本体301は、半導体装置1を内蔵する。パッケージ本体301は、言い換えれば、半導体装置1を封止する封止体である。パッケージ本体301は、エポキシ樹脂を含んでいてもよい。パッケージ本体301は、たとえば、カーボン、ガラス繊維などを含むエポキシ樹脂によって形成される。
 端子302d、端子302gおよび端子302sのそれぞれは、パッケージ本体301の底部から突出し、パッケージ本体301の底部に沿って一列に並んで配置される。端子302d、端子302gおよび端子302sは、たとえば、アルミニウムによって形成されるが、銅などの他の金属材料によって形成されてもよい。
 パッケージ本体301の内部において、半導体装置1のゲートパッド70は、ボンディングワイヤ303gなどによって端子302gに電気的に接続される。半導体装置1のソースパッド75は、ボンディングワイヤ303sなどによって端子302sに電気的に接続される。半導体装置1のドレイン電極40は、端子302dのうちパッケージ本体301内に位置する幅広部に、はんだ、または、銀もしくは銅からなる焼結層などによって接合される。
 半導体パッケージ300は、半導体装置1に代えて、半導体装置101、101a、201または201aを含んでいてもよい。この場合、パッケージ本体301は、半導体装置101の電流検知パッド170が接続される端子をさらに含んでいてもよい。また、パッケージ本体301は、半導体装置201のアノード電極パッド270およびカソード電極パッド275のそれぞれが接続される複数の端子をさらに含んでいてもよい。
 以上、半導体パッケージ300は、半導体装置1、101、101a、201または201aを含むことにより、一般的な半導体装置を含む場合よりも動作領域を広く確保できる。
 以下、図17に示す半導体パッケージの他の例が説明される。図19は、第4実施形態に係る半導体パッケージ300の他の例(以下、半導体パッケージ400という。)を示す正面図である。図19に示される半導体パッケージ400は、いわゆるDIP(Dual In-line Package)型の半導体パッケージである。半導体パッケージ400は、パッケージ本体401、複数の端子402および半導体装置1を含む。
 パッケージ本体401は、直方体状である。パッケージ本体401は、半導体装置1を内蔵する。パッケージ本体401は、言い換えれば、半導体装置1を封止する封止体である。パッケージ本体401は、エポキシ樹脂を含んでいてもよい。パッケージ本体401は、たとえば、カーボン、ガラス繊維などを含むエポキシ樹脂によって形成される。
 複数の端子402は、パッケージ本体401の長辺から突出し、パッケージ本体401の長辺に沿って並んで配置される。複数の端子402は、たとえば、アルミニウムによって形成されるが、銅などの他の金属材料によって形成されてもよい。
 パッケージ本体401の内部において、半導体装置1のゲートパッド70、ソースパッド75およびドレイン電極40のそれぞれは、ボンディングワイヤなどによって対応する端子402に電気的に接続されている。半導体パッケージ400は、複数の半導体装置1を含んでいてもよい。つまり、パッケージ本体401は、複数の半導体装置1を内蔵してもよい。
 半導体パッケージ400は、半導体装置1に代えて、または、半導体装置1に加えて、半導体装置101、101a、201または201aを備えてもよい。この場合、パッケージ本体401の内部において、半導体装置101の電流検知パッド170、または、半導体装置201のアノード電極パッド270およびカソード電極パッド275のそれぞれは、ボンディングワイヤなどによって対応する端子402に電気的に接続される。
 以上、半導体パッケージ400は、半導体装置1、101、101a、201または201aを含むことにより、一般的な半導体装置を含む場合よりも動作領域を広く確保できる。
 図20は、前述の各実施形態の第1変形例に係る半導体装置501の要部を示す断面図である。上述のように、半導体パッケージ300または400の端子および半導体装置1、101、101a、201または201aの電気的な接続には、ボンディングワイヤが用いられる。ボンディングワイヤがアルミニウムからなるワイヤである場合、図20に示されるように、金属めっき層であるゲートパッド70の上面73およびソースパッド75の上面76にはそれぞれ、ニッケル層が形成されていてもよい。
 図20には、ボンディングワイヤの一例として、ボンディングワイヤ303gおよび303sが合わせて図示されている。図20に示されるように、ニッケル層90は、ゲートパッド70およびソースパッド75を形成する金属材料とは異なる金属材料によって形成された金属層の一例である。ニッケル層90は、ニッケルを主成分として含む層である。具体的には、ニッケル層90は、ニッケル単体からなる金属層である。
 半導体装置101、101a、201または201aの場合も同様に、電流検知パッド170、アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275の各上面上には、ニッケル層90が設けられていてもよい。
 図21は、前述の各実施形態の第2変形例に係る半導体装置601の要部を示す断面図である。図21に示される半導体装置601のように、ゲートパッド70は、銅からなる柱状部71、および、ニッケルからなる幅広部672を含んでもよい。ソースパッド75は、銅からなる下部ソースパッド75a、および、ニッケルからなる上部ソースパッド675cを含んでもよい。
 たとえば、図21に示される半導体装置601は、図6Gに示すめっき工程において、銅の代わりに、ニッケルを用いためっき法を実施することによって製造できる。図21に示される例では、幅広部672の上面73、上部ソースパッド675cの上面76およびモールド層80の上面81が面一に形成されている。
 図20または図21に示される例において、アルミニウムからなるボンディングワイヤの接合部分となる金属めっき層(具体的には、ゲートパッド70およびソースパッド75)の最表面には、ニッケル層の代わりに、他の層が形成されていてもよい。たとえば、金属めっき層上には、ニッケル層と、ニッケル層上に設けられたパラジウム層とを含む2層構造(すなわち、NiPd層)が設けられてもよい。また、当該2層構造の上面に、金(Au)層などの他の金属層が形成された3層構造(たとえば、NiPdAu層)が形成されてもよい。NiPd層およびNiPdAu層は、ボンディングワイヤが接合される場合に限らず、外部端子が銀焼結によって接合される場合にも好適である。
 半導体装置1、101、101a、201、201a、501または601を含む半導体パッケージの形態は、半導体パッケージ300および半導体パッケージ400のような形態に制限されない。半導体パッケージとしては、SOP(Small Outline Package)、QFN(Quad Flat Non Lead Package)、DFP(Dual Flat Package)、QFP(Quad Flat Package)、SIP(Single Inline Package)、または、SOJ(Small Outline J-leaded Package)が採用されてもよい。また、これらに類する種々の半導体パッケージが、半導体パッケージとして採用されてもよい。
 以上、1つまたは複数の態様に係る半導体装置が複数の実施形態に基づいて説明されたが、本発明は、これらの実施形態に限定されない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が想到し得る各種変形を本実施形態に施した形態、および、異なる実施形態における構成要素の組み合わせによって構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
 たとえば、平面視において、ゲートパッド70は、主面ゲート電極50の一部のみを覆っていてもよい。つまり、ゲートパッド70は、主面ゲート電極50を完全に覆っていなくてもよい。電流検知パッド170、アノード電極パッド270およびカソード電極パッド275についても、同様の構造がそれぞれ適用されてもよい。
 たとえば、各実施形態において、各半導体領域または半導体層の導電型が反転されてもよい。つまり、p型の半導体の代わりにn型の半導体が設けられ、n型の半導体の代わりにp型の半導体が設けられてもよい。
 たとえば、各実施形態において、n型の半導体基板13の代わりに、p型のSiC半導体基板が用いられてもよい。これにより、縦型トランジスタ2は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)として形成される。つまり、縦型トランジスタとしてのIBGTを含む半導体装置を提供できる。この場合、MISFETの「ソース」がIGBTの「エミッタ」に読み替えられる。また、MISFETの「ドレイン」がIGBTの「コレクタ」に読み替えられる。IGBTのエミッタは第1主電極の一例であり、IGBTのコレクタは第2主電極の一例である。各実施形態に係る半導体装置は、MISFETの代わりにIGBTを含む場合も、上述した効果と同等の効果を奏することができる。
 以下、この明細書および図面から抽出される特徴の例を示す。以下、括弧内の英数字は前述の実施形態における対応構成要素等を表すが、各項目の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。
 [A1]縦型トランジスタ(2)を含む半導体装置(1、101、101a、201、201a)の製造方法であって、第1主面(11)、および、当該第1主面(11)の反対側の第2主面(12)を有し、SiCを主成分として含む半導体層(10)の前記第1主面(11)に、前記縦型トランジスタ(2)の制御電極(20)および第1主電極(30)を、互いに間隔を空けて形成する第1工程と、前記第1主面(11)の一部を覆う第1電極(50、250)および第1電極(55、255)を、互いに間隔を空けて形成する第2工程と、前記第1電極(50、250)に電気的に接続された第1電極パッド(70)を、平面視において前記第1電極(50、250)に重なるように形成する第3工程とを含み、前記第1電極(50、250)は、平面視において、前記第1電極パッド(70)より小さい、半導体装置(1、101、101a、201、201a)の製造方法。
 [A2]前記第3工程は、前記第1電極(50、250)上に第1導電層(71)を形成する第4工程と、平面視において前記第1導電層(71)の外周に沿った絶縁層(80)を形成する第5工程と、前記第1導電層(71)および前記絶縁層(80)上に、前記第1導電層(71)より大きい第2導電層(72)を形成する第6工程とを含む、A1に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)の製造方法。
 [A3]前記第6工程は、前記第1導電層(71)および前記絶縁層(80)上に、前記第1導電層(71)より大きい配線層(72b)を形成する第7工程と、前記配線層(72b)上に選択的に金属めっき層(72a)を形成する第8工程とを含む、A2に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)の製造方法。
 [A4]前記第5工程は、前記第1導電層(71)を覆うように樹脂材料(80b)でモールドし、モールドした樹脂材料(80b)を前記第1導電層(71)が露出するまで研削することによって、前記絶縁層(80)を形成する、A2またはA3に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)の製造方法。
 [B1]縦型トランジスタ(2)を含む半導体装置(1、101、101a、201、201a)であって、第1主面(11)、および、当該第1主面(11)の反対側の第2主面(12)を有し、SiCを主成分として含む半導体層(10)と、前記第1主面(11)に設けられた、前記縦型トランジスタ(2)の制御電極(20)と、前記第1主面(11)に、前記制御電極(20)から間隔を空けて設けられた、前記縦型トランジスタ(2)の第1主電極(30)と、前記第2主面(12)に設けられた、前記縦型トランジスタ(2)の第2主電極(40)と、前記第1主面(11)の一部を覆う第1電極(50、250)と、平面視において前記第1電極(50、250)から間隔を空けて設けられた第1電極(55、255)と、平面視において前記第1電極(50、250)に重なり、かつ、前記第1電極(50、250)に電気的に接続された第1電極パッドと(70)を備え、前記第1電極(50、250)は、平面視において、前記第1電極パッド(70)より小さい、半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [B2]前記第1電極パッド(70)は、平面視において、前記第1電極(55、255)の一部に重なっている、B1に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [B3]前記第1電極(50、250)は、前記制御電極(20)に電気的に接続され、前記第1電極(55、255)は、前記第1主電極(30)に電気的に接続されている、B1またはB2に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [B4]さらに、平面視において互いに間隔を空けて配置された複数の前記第1主電極(30)と、平面視において前記第1電極(50、250)および前記第1電極(55、255)から間隔を空けて設けられ、N個(Nは自然数)の前記第1主電極(30)に電気的に接続された第3電極(150)と、平面視において前記第3電極(150)に重なり、かつ、前記第3電極(150)に電気的に接続された第2電極パッド(170)とを備え、前記第1電極(55、255)は、M個(MはNより大きい自然数)の前記第1主電極(30)に電気的に接続され、前記第3電極(150)は、平面視において、前記第2電極パッド(170)より小さい、B3に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [B5]さらに、アノード電極(250)およびカソード電極(255)を含み、前記第1主面(11)に設けられたダイオード(290)と、平面視において前記アノード電極(250)に重なり、かつ、前記アノード電極(250)に電気的に接続されたアノード電極パッド(270)と、平面視において前記カソード電極(255)に重なり、かつ、前記カソード電極(255)に電気的に接続されたカソード電極パッド(275)とを備え、前記アノード電極(250)は、平面視において、前記アノード電極パッド(270)より小さく、前記カソード電極(255)は、平面視において、前記カソード電極パッド(275)より小さい、B3またはB4に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [B6]前記第1主電極(30)を複数備え、前記第1電極(50、250)は、複数の前記第1主電極(30)の1つに電気的に接続されている、B1またはB2に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [B7]さらに、前記第1主面(11)に設けられたダイオード(290)と、平面視において前記第1電極(55、255)に重なり、かつ、前記第1電極(55、255)に電気的に接続された第2電極パッドとを備え、前記第1電極(50、250)は、前記ダイオード(290)のアノード電極(250)であり、前記第1電極(55、255)は、前記ダイオード(290)のカソード電極(255)であり、平面視において、前記第2電極パッド(170)より小さい、B1またはB2に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C1]主面(11)を有し、SiCを主成分に含む半導体層(10)と、前記主面(11)に形成されたゲート構造(21)と、前記ゲート構造(21)を被覆するように前記主面(11)の上に形成された絶縁層(61)と、前記絶縁層(61)の上に配置され、前記ゲート構造(21)に電気的に接続されたゲート主電極(50)と、前記ゲート主電極(50)に接続されるように前記ゲート主電極(50)の上に配置され、平面視において第1面積で前記ゲート主電極(50)に接続された接続部、および、平面視において前記第1面積を超える第2面積を有する電極面(73)を含むゲートパッド電極(70)と、を含む、半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C2]前記ゲートパッド電極(70)の前記電極面(73)は、外部に露出している、C1に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C3]前記ゲート主電極(50)は、前記絶縁層(61)の上にライン状に形成されている、C1またはC2に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C4]前記電極面(73)の前記第2面積は、前記ゲート主電極(50)の面積を超えている、C1~C3のいずれか一つに記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C5]前記半導体層(10)に設けられたアクティブ領域(3、103、203)と、前記半導体層(10)において前記アクティブ領域(3、103、203)外の領域に設けられた非アクティブ領域(4、104、204)と、をさらに含み、前記ゲート構造(21)は、前記アクティブ領域(3、103、203)に形成され、前記ゲート主電極(50)は、平面視において前記非アクティブ領域(4、104、204)に形成され、前記ゲートパッド電極(70)は、平面視において前記アクティブ領域(3、103、203)および前記非アクティブ領域(4、104、204)に重なっている、C1~C4のいずれか一つに記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C6]前記ゲート主電極(50)から間隔を空けて前記絶縁層(61)の上に配置された電流導通電極(55)をさらに含む、C1~C5のいずれか一つに記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C7]前記ゲートパッド電極(70)は、平面視において前記電流導通電極(55)の一部に重なっている、C6に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C8]前記電流導通電極(55)の上に配置された電流導通パッド電極(75)をさらに含む、C6またはC7に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C9]前記電流導通パッド電極(75)は、平面視において前記ゲート主電極(50)の一部に重なっている、C8に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C10]前記電流導通パッド電極(75)は、平面視において前記ゲートパッド電極(70)の前記第2面積を超える第3面積を有する電極面(76)を含む、C8またはC9に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C11]前記絶縁層(61)の上で前記ゲート主電極(50)の一部を露出させるように前記ゲート主電極(50)を部分的に被覆する第1樹脂層(63、65)をさらに含み、前記ゲートパッド電極(70)は、前記ゲート主電極(50)において前記第1樹脂層(63、65)から露出した部分の上に配置されている、C1~C10のいずれか一つに記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C12]前記絶縁層(61)の上で前記ゲート主電極(50)の一部を露出させるように前記第1樹脂層(63、65)を部分的に被覆する第2樹脂層(80)をさらに含み、前記ゲートパッド電極(70)は、前記ゲート主電極(50)において前記第1樹脂層(63、65)および前記第2樹脂層(80)から露出した部分の上に配置されている、C11に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C13]前記第1樹脂層(63、65)は、感光性樹脂層からなり、前記第2樹脂層(80)は、熱硬化性樹脂層からなる、C12に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C14]前記ゲート構造(21)は、トレンチゲート構造(21)からなる、C1~C13のいずれか一つに記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C15]主面(11)を有する半導体層(10)と、前記半導体層(10)に設けられたアクティブ領域(3、103、203)と、前記半導体層(10)において前記アクティブ領域(3、103、203)外の領域に設けられた非アクティブ領域(4、104、204)と、前記アクティブ領域(3、103、203)に形成された複数のゲート構造(21)と、複数の前記ゲート構造(21)を被覆するように前記主面(11)の上に形成された絶縁層(61)と、複数の前記ゲート構造(21)に電気的に接続されるように前記絶縁層(61)の上に配置され、平面視において前記非アクティブ領域(4、104、204)に重なるゲート主電極(50)と、前記ゲート主電極(50)に電気的に接続されるように前記ゲート主電極(50)の上に配置され、平面視において前記アクティブ領域(3、103、203)および前記非アクティブ領域(4、104、204)に重なるゲートパッド電極(70)と、を含む、半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C16]前記ゲート主電極(50)は、平面視において前記アクティブ領域(3、103、203)に重ならない、C15に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C17]前記ゲートパッド電極(70)は、平面視において第1面積で前記ゲート主電極(50)に接続された接続部、および、平面視において前記第1面積を超える第2面積を有する電極面(73)を含む、C15またはC16に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C18]前記アクティブ領域(3、103、203)は、平面視において間隔を空けて前記半導体層(10)に設けられた複数の分割領域を含み、前記非アクティブ領域(4、104、204)は、平面視において前記半導体層(10)において複数の前記分割領域の間に位置する部分を含む、C15~C17のいずれか一つに記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C19]前記ゲート主電極(50)は、平面視において前記非アクティブ領域(4、104、204)における複数の前記分割領域の間に位置する部分に重なる部分を含み、前記ゲートパッド電極(70)は、平面視において前記非アクティブ領域(4、104、204)における複数の前記分割領域の間に位置する部分に重なる部分を含む、C18に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [C20]前記ゲートパッド電極(70)は、平面視において複数の前記分割領域に重なっている、C19に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [D1]主面(11)を有し、SiCを主成分に含む半導体層(10)と、前記主面(11)に形成されたダイオード構造(290、291、292)と、前記ダイオード構造(290、291、292)を被覆するように前記主面(11)の上に形成された絶縁層(61)と、前記絶縁層(61)の上に配置され、前記ダイオード構造(290、291、292)に電気的に接続された一方側の第1極性電極(250/255)および他方側の第2極性電極(255/250)を含む一対の極性電極(250、255)と、前記第1極性電極(250/255)に接続されるように前記第1極性電極(250/255)の上に配置され、平面視において第1面積で前記第1極性電極(250/255)に接続された第1接続部、および、平面視において前記第1面積を超える第2面積を有する第1電極面(272/278)を含む第1極性パッド電極(270/275)と、を含む、半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [D2]前記第1極性パッド電極(270/275)の前記第2面積は、平面視において前記第1極性電極(250/255)の面積を超えている、D1に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [D3]前記第2極性電極(255/250)に接続されるように前記第2極性電極(255/250)の上に配置され、平面視において第3面積で前記第2極性電極(255/250)に接続された第2接続部、および、前記第3面積を超える第4面積を有する第2電極面(278/272)を含む第2極性パッド電極(275/270)をさらに含む、D1またはD2に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [D4]前記第2極性パッド電極(275/270)の前記第4面積は、平面視において前記第2極性電極(255/250)の面積を超えている、D3に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [D5]前記ダイオード構造(290、291、292)は、ポリシリコン層、前記ポリシリコン層に形成された第1導電型の第1領域(291/292)、および、前記第1領域(291/292)とpn接合部を形成するように前記ポリシリコン層に形成された第2導電型の第2領域(292/291)を含み、前記第1極性電極(250/255)は、前記ダイオード構造(290、291、292)の前記第1領域(291/292)に電気的に接続され、前記第2極性電極(255/250)は、前記ダイオード構造(290、291、292)の前記第2領域(292/291)に電気的に接続されている、D1~D4のいずれか一つに記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [D6]前記主面(11)に形成されたリセス(293)をさらに含み、前記ダイオード構造(290、291、292)は、前記リセス(293)内に配置されている、D5に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [D7]前記ダイオード構造(290、291、292)は、前記主面(11)に対して前記リセス(293)の底壁側に位置する上端を有している、D6に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [D8]前記半導体層(10)に設けられたアクティブ領域(3、103、203)と、前記半導体層(10)において前記アクティブ領域(3、103、203)外の領域に設けられた非アクティブ領域(4、104、204)と、前記アクティブ領域(3、103、203)に形成されたゲート構造(21)と、をさらに含む、D1~D7のいずれか一つに記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [D9]前記ダイオード構造(290、291、292)は、前記非アクティブ領域(4、104、204)に形成されている、D8に記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 [D10]前記ダイオード構造(290、291、292)は、感温ダイオードとして機能する、D1~D9のいずれか一つに記載の半導体装置(1、101、101a、201、201a)。
 また、上記の各実施形態は、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。本発明は、産業上の利用可能性として半導体装置、半導体パッケージなどに利用できる。
1    半導体装置
3    アクティブ領域
4    非アクティブ領域
10   半導体層
11   第1主面(主面)
21   トレンチゲート構造(ゲート構造)
50   主面ゲート電極(ゲート主電極)
55   主面ソース電極(電流導通電極)
61   下部絶縁層(絶縁層)
62   側部絶縁層(第1樹脂層)
63   上部絶縁層(第1樹脂層)
65   端部絶縁層(第1樹脂層)
70   ゲートパッド(ゲートパッド電極)
73   ゲートパッドの上面(電極面)
75   ソースパッド(ソースパッド電極)
76   ソースパッドの上面(電極面)
80   モールド層(第2樹脂層)
101  半導体装置
101a 半導体装置
201  半導体装置
201a 半導体装置
250  アノード電極(第1極性電極)
255  カソード電極(第2極性電極)
290  ダイオード(ダイオード構造)
293  凹部(リセス)

Claims (20)

  1.  主面を有し、SiCを主成分に含む半導体層と、
     前記主面に形成されたゲート構造と、
     前記ゲート構造を被覆するように前記主面の上に形成された絶縁層と、
     前記絶縁層の上に配置され、前記ゲート構造に電気的に接続されたゲート主電極と、
     前記ゲート主電極に接続されるように前記ゲート主電極の上に配置され、平面視において第1面積で前記ゲート主電極に接続された接続部、および、平面視において前記第1面積を超える第2面積を有する電極面を含むゲートパッド電極と、を含む、半導体装置。
  2.  前記ゲートパッド電極の前記電極面は、外部に露出している、請求項1に記載の半導体装置。
  3.  前記ゲート主電極は、前記絶縁層の上にライン状に形成されている、請求項1または2に記載の半導体装置。
  4.  前記電極面の前記第2面積は、前記ゲート主電極の面積を超えている、請求項1~3のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5.  前記半導体層に設けられたアクティブ領域と、
     前記半導体層において前記アクティブ領域外の領域に設けられた非アクティブ領域と、をさらに含み、
     前記ゲート構造は、前記アクティブ領域に形成され、
     前記ゲート主電極は、平面視において前記非アクティブ領域に形成され、
     前記ゲートパッド電極は、平面視において前記アクティブ領域および前記非アクティブ領域に重なっている、請求項1~4のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6.  前記ゲート主電極から間隔を空けて前記絶縁層の上に配置された電流導通電極をさらに含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の半導体装置。
  7.  前記ゲートパッド電極は、平面視において前記電流導通電極の一部に重なっている、請求項6に記載の半導体装置。
  8.  前記電流導通電極の上に配置された電流導通パッド電極をさらに含む、請求項6または7に記載の半導体装置。
  9.  前記電流導通パッド電極は、平面視において前記ゲート主電極の一部に重なっている、請求項8に記載の半導体装置。
  10.  前記電流導通パッド電極は、平面視において前記ゲートパッド電極の前記第2面積を超える第3面積を有する電極面を含む、請求項8または9に記載の半導体装置。
  11.  前記絶縁層の上で前記ゲート主電極の一部を露出させるように前記ゲート主電極を部分的に被覆する第1樹脂層をさらに含み、
     前記ゲートパッド電極は、前記ゲート主電極において前記第1樹脂層から露出した部分の上に配置されている、請求項1~10のいずれか一項に記載の半導体装置。
  12.  前記絶縁層の上で前記ゲート主電極の一部を露出させるように前記第1樹脂層を部分的に被覆する第2樹脂層をさらに含み、
     前記ゲートパッド電極は、前記ゲート主電極において前記第1樹脂層および前記第2樹脂層から露出した部分の上に配置されている、請求項11に記載の半導体装置。
  13.  前記第1樹脂層は、感光性樹脂層からなり、
     前記第2樹脂層は、熱硬化性樹脂層からなる、請求項12に記載の半導体装置。
  14.  前記ゲート構造は、トレンチゲート構造からなる、請求項1~13のいずれか一項に記載の半導体装置。
  15.  主面を有する半導体層と、
     前記半導体層に設けられたアクティブ領域と、
     前記半導体層において前記アクティブ領域外の領域に設けられた非アクティブ領域と、
     前記アクティブ領域に形成された複数のゲート構造と、
     複数の前記ゲート構造を被覆するように前記主面の上に形成された絶縁層と、
     複数の前記ゲート構造に電気的に接続されるように前記絶縁層の上に配置され、平面視において前記非アクティブ領域に重なるゲート主電極と、
     前記ゲート主電極に電気的に接続されるように前記ゲート主電極の上に配置され、平面視において前記アクティブ領域および前記非アクティブ領域に重なるゲートパッド電極と、を含む、半導体装置。
  16.  前記ゲート主電極は、平面視においてライン状に形成されている、請求項15に記載の半導体装置。
  17.  前記ゲートパッド電極は、平面視において第1面積で前記ゲート主電極に接続された接続部、および、平面視において前記第1面積を超える第2面積を有する電極面を含む、請求項15または16に記載の半導体装置。
  18.  前記アクティブ領域は、平面視において間隔を空けて前記半導体層に設けられた複数の分割領域を含み、
     前記非アクティブ領域は、平面視において前記半導体層において複数の前記分割領域の間に位置する部分を含む、請求項15~17のいずれか一項に記載の半導体装置。
  19.  前記ゲート主電極は、平面視において前記非アクティブ領域における複数の前記分割領域の間に位置する部分に重なる部分を含み、
     前記ゲートパッド電極は、平面視において前記非アクティブ領域における複数の前記分割領域の間に位置する部分に重なる部分を含む、請求項18に記載の半導体装置。
  20.  前記ゲートパッド電極は、平面視において複数の前記分割領域に重なっている、請求項19に記載の半導体装置。
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