WO2023090137A1 - 半導体素子および半導体装置 - Google Patents

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WO2023090137A1
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博文 田中
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ローム株式会社
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    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

Definitions

  • the present disclosure relates to semiconductor elements and semiconductor devices.
  • Patent Literature 1 discloses an example of a semiconductor device including a semiconductor element (MOSFET).
  • the temperature of the semiconductor element changes due to the external environment and self-heating during use. Since semiconductor elements are composed of various materials having different coefficients of thermal expansion, thermal stress is generated in each part due to temperature changes. Therefore, it is necessary to suppress the occurrence of defects due to thermal stress.
  • An object of the present disclosure is to provide an improved semiconductor device.
  • an object of the present disclosure is to provide a semiconductor element and a semiconductor device capable of improving reliability against temperature changes.
  • a semiconductor element provided by a first aspect of the present disclosure includes an element body having a main surface facing one side in a thickness direction, a wiring layer formed on the main surface and conducting to the element body, and the wiring a main surface electrode formed on the layer and electrically connected to the wiring layer.
  • the main-surface electrode has a corner portion at an outer edge thereof when viewed in the thickness direction.
  • the wiring layer has a first edge extending along the outer edge of the main surface electrode when viewed in the thickness direction, and a first edge connected to the first edge and extending to the corner portion when viewed in the thickness direction. It has opposite second edges.
  • the distance along the vertical direction of the second edge to the outer edge of the principal surface electrode is the distance from the first edge to the outer edge of the principal surface electrode. including a portion greater than the distance along the vertical direction of the first edge.
  • a semiconductor device provided by a second aspect of the present disclosure includes a semiconductor element provided by the first aspect, a die pad section on which the semiconductor element is mounted, at least part of the die pad section, and the semiconductor element.
  • a sealing resin for covering and a terminal part protruding from the sealing resin and conducting to the semiconductor element are provided.
  • FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor device according to an embodiment
  • FIG. FIG. 2 is a plan view showing the semiconductor device according to the embodiment, showing the encapsulating resin in imaginary lines.
  • FIG. 3 is a bottom view of the semiconductor device according to the embodiment;
  • FIG. 4 is a front view of the semiconductor device according to the embodiment;
  • FIG. 5 is a side view of the semiconductor device according to the embodiment;
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI of FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view along line VII-VII of FIG.
  • FIG. 8 is a plan view showing the semiconductor device according to the embodiment;
  • FIG. 9 is a partial enlarged view enlarging a part of FIG.
  • FIG. 10 is a plan view showing the element body of the semiconductor element according to the embodiment, and is a diagram showing main surface electrodes and wiring layers with imaginary lines.
  • FIG. 11 is a partially enlarged portion obtained by enlarging a part of FIG. 12 is a cross-sectional view along line XII-XII in FIG. 8, which is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device.
  • FIG. 13 is an enlarged view of the main part, enlarging the vicinity of the switching circuit in the cross-sectional view of FIG. 12 .
  • FIG. 14 is a partially enlarged view enlarging a part of FIG. 13.
  • FIG. FIG. 15 is a partially enlarged plan view showing a semiconductor device according to a modification, and corresponds to the partially enlarged plan view of FIG.
  • a certain entity A is formed on a certain entity B
  • a certain entity A is formed on (of) a certain entity B
  • a certain thing A is formed in a certain thing B while another thing is interposed between a certain thing A and a certain thing B” including.
  • ⁇ a certain entity A is placed on a certain entity B'' and ⁇ a certain entity A is placed on (of) a certain entity B'' mean ⁇ a certain entity A being placed directly on a certain thing B", and "a thing A being placed on a certain thing B with another thing interposed between something A and something B" include.
  • ⁇ an object A is located on (of) an object B'' means ⁇ a certain object A is in contact with an object B, and an object A is located on an object B. Being located on (of)" and "something A is located on (something) B while another thing is interposed between something A and something B including "things”.
  • ⁇ a certain object A overlaps an object B when viewed in a certain direction'' means ⁇ a certain object A overlaps all of an object B'', and ⁇ a certain object A overlaps an object B.'' It includes "overlapping a part of a certain thing B".
  • ⁇ contains a certain material C (constituent material of a certain entity A)'' means ⁇ when (a constituent material of a certain entity A is composed of a certain material C)'' and ⁇ when a certain entity A (a constituent material of a certain entity A If the main component of is a certain material C, it includes ".
  • the semiconductor device B1 includes a semiconductor element A1, a first lead 51, a plurality of second leads 52, a plurality of first connection members 61, a plurality of second connection members 62, a plurality of third A connection member 63 and a sealing resin 7 are provided.
  • the semiconductor device B1 is, for example, an IPD (Intelligent Power Device). As will be understood from the configuration described in detail later, the semiconductor device B1 is a module of the semiconductor element A1, and the semiconductor element A1 includes a power device such as a MOSFET or an IGBT and a control circuit for controlling the power device. It consists of one chip.
  • the shape and size of semiconductor device B1 are not limited at all. As an example of the size of the semiconductor device B1, the size in the first direction x is 4 mm or more and 7 mm or less, the size in the second direction y is 4 mm or more and 8 mm or less, and the size in the thickness direction z is 0.7 mm. It is more than 2.0 mm or less.
  • the thickness direction of the semiconductor device B1 will be referred to as "thickness direction z".
  • one of the thickness directions z may be referred to as upward and the other as downward.
  • descriptions such as “upper”, “lower”, “upper”, “lower”, “upper surface” and “lower surface” indicate the relative positional relationship of each component etc. in the thickness direction z, and are not necessarily It is not a term that defines the relationship with the direction of gravity.
  • “planar view” refers to the time when viewed in the thickness direction z.
  • a direction orthogonal to the thickness direction z is called a “first direction x”.
  • the first direction x is the horizontal direction in the plan view (see FIG. 2) of the semiconductor device B1.
  • a direction orthogonal to the thickness direction z and the first direction x is called a "second direction y".
  • the second direction y is the vertical direction in the plan view (see FIG. 2) of the semiconductor device B1.
  • the semiconductor element A1 is an element that exhibits the electrical function of the semiconductor device B1. As shown in FIGS. 2, 6 and 7, the semiconductor element A1 is mounted on first leads 51. As shown in FIGS.
  • the semiconductor element A1 includes an element body 10, an interlayer insulating layer 13, a wiring layer 14, an insulating film 17, a main surface electrode 21, a back surface electrode 24, a plurality of pad portions 25, and a surface protective film 26.
  • FIG. 1 is an element that exhibits the electrical function of the semiconductor device B1. As shown in FIGS. 2, 6 and 7, the semiconductor element A1 is mounted on first leads 51. As shown in FIGS.
  • the semiconductor element A1 includes an element body 10, an interlayer insulating layer 13, a wiring layer 14, an insulating film 17, a main surface electrode 21, a back surface electrode 24, a plurality of pad portions 25, and a surface protective film 26.
  • the element body 10 constitutes, for example, a main component of an IPD.
  • the element body 10 includes a switching circuit 30 and a control circuit 40, as shown in FIGS.
  • the switching circuit 30 is a MOSFET, an IGBT, or the like.
  • the case where the switching circuit 30 is an n-channel MOSFET with a vertical structure will be described as an example. It may be a structure.
  • the switching circuit 30 may be an IGBT instead of a MOSFET, or may be another transistor.
  • the control circuit 40 controls the switching circuit 30 .
  • control circuit 40 includes a gate drive circuit, a protection circuit, an active clamp circuit, etc. as its functional elements.
  • the gate drive circuit generates a gate signal for controlling driving of the switching circuit 30 based on an externally input control signal.
  • the protection circuit detects the current flowing through the switching circuit 30 and the temperature of the switching circuit 30 to protect the switching circuit 30 against overcurrent and overheating.
  • An active clamp circuit absorbs the energy of an inductive load.
  • the functional elements of the control circuit 40 are not limited to the examples described above.
  • the element main body 10 may be composed only of the switching circuit 30 without including the control circuit 40 .
  • the occupancy of the switching circuit 30 and the control circuit 40 with respect to the element body 10 in plan view is not limited at all, but in the examples shown in FIGS. big.
  • the element body 10 has a rectangular shape in plan view.
  • the element body 10 as shown in FIG. 12, has a main surface 10a and a back surface 10b.
  • the main surface 10a faces one side in the thickness direction z.
  • the back surface 10b faces the side opposite to the main surface 10a.
  • device body 10 includes semiconductor substrate 11 and semiconductor layer 12 .
  • the semiconductor substrate 11 supports the semiconductor layer 12 .
  • the semiconductor substrate 11 is an n+ type semiconductor layer.
  • Semiconductor substrate 11 includes silicon (Si), silicon carbide (SiC), or the like.
  • the surface of the semiconductor substrate 11 facing away from the semiconductor layer 12 in the thickness direction z (for example, the bottom surface in FIG. 12) corresponds to the back surface 10b of the element body 10 .
  • the semiconductor layer 12 is laminated on the semiconductor substrate 11 . As shown in FIG. 12, switching circuit 30 and control circuit 40 are configured in semiconductor layer 12 .
  • the semiconductor layer 12 is electrically connected to the semiconductor substrate 11 .
  • a boundary surface between the semiconductor layer 12 and the interlayer insulating layer 13 and the wiring layer 14 is the main surface 10 a of the element body 10 .
  • Semiconductor layer 12 includes an epitaxial layer 121 .
  • the epitaxial layer 121 occupies most of the semiconductor layer 12 .
  • Epitaxial layer 121 is an n-type semiconductor.
  • the epitaxial layer 121 is laminated on the semiconductor substrate 11 .
  • the switching circuit 30 configured in the semiconductor layer 12 includes a plurality of trench gate structures 31, a gate insulating film 32, a plurality of body regions 33, a plurality of source regions 34, and a plurality of body contacts. It comprises region 35 and DTI structure 36 .
  • the plurality of body regions 33 , the plurality of source regions 34 , and the plurality of body contact regions 35 are made of a semiconductor different from the epitaxial layer 121 and are formed by replacing the surface layer portion of the epitaxial layer 121 .
  • the semiconductor layer 12 includes a plurality of trench gate structures 31 , a gate insulating film 32 , a plurality of body regions 33 , a plurality of source regions 34 , a plurality of body contact regions 35 and a DTI structure 36 .
  • the epitaxial layer 121 constitutes the drain region of the switching circuit 30 together with the semiconductor substrate 11 .
  • the plurality of trench gate structures 31 extend from the interface between the plurality of body regions 33 and the plurality of source regions 34 and the plurality of body contact regions 35 in the thickness direction z. extending towards.
  • a plurality of trench gate structures 31 are arranged at regular intervals in the first direction x and extend in the second direction y.
  • each of the plurality of trench gate structures 31 has a first trench 311, a gate electrode 312 and a buried electrode 313. As shown in FIG.
  • the first trenches 311 form trenches dug from the boundary surfaces between the plurality of body regions 33 in the thickness direction z and the plurality of source regions 34 and the plurality of body contact regions 35 toward the semiconductor substrate 11 .
  • the gate electrode 312 and the embedded electrode 313 are accommodated in the first trench 311 while being separated from each other in the thickness direction z.
  • the embedded electrode 313 is positioned closer to the semiconductor substrate 11 than the gate electrode 312 in the thickness direction z.
  • Gate electrode 312 and buried electrode 313 are, for example, polycrystalline polysilicon.
  • the gate electrode 312 and embedded electrode 313 extend in the second direction y.
  • a gate insulating film 32 is embedded in the plurality of first trenches 311 . Gate electrode 312 and embedded electrode 313 are covered with gate insulating film 32 .
  • Gate insulating film 32 is, for example, silicon oxide (SiO 2 ). The gate insulating film 32 electrically insulates the gate electrode 312 and the embedded electrode 313 from each other. Further, the gate insulating film 32 electrically insulates the gate electrode 312 and the embedded electrode 313 from the outside of the trench gate structure 31 .
  • a plurality of body regions 33 are laminated on the epitaxial layer 121 .
  • a plurality of body regions 33 are p-type semiconductors.
  • the multiple body regions 33 extend in the second direction y.
  • Each of the plurality of body regions 33 is sandwiched between two of the plurality of trench gate structures 31 adjacent to each other in the first direction x, except those located on both sides in the first direction x. ing.
  • One of the body regions 33 sandwiched between two trench gate structures 31 adjacent in the first direction x is in contact with the gate insulating film 32 embedded in each of the two trench gate structures 31 .
  • a plurality of source regions 34 and a plurality of body contact regions 35 are stacked on the plurality of body regions 33, as shown in FIGS.
  • Each of the plurality of source regions 34 is an n+ type semiconductor.
  • Each of the multiple body contact regions 35 is a p + -type semiconductor.
  • one of the plurality of source regions 34 is adjacent to one side of the trench gate structure 31 in the first direction x.
  • one of the plurality of body contact regions 35 is adjacent to the other side of the trench gate structure 31 in the first direction x. As shown in FIG.
  • the plurality of source regions 34 and the plurality of body contact regions 35 are They are adjacent to each other in the first direction x and alternately arranged in the second direction y. Therefore, the plurality of source regions 34 and the plurality of body contact regions 35 form a pine tree pattern in this region (see FIG. 11).
  • the plurality of source regions 34 and the plurality of body contact regions 35 are covered with the gate insulating film 32 .
  • the plurality of body contact regions 35 can be replaced with a plurality of body regions 33 made of p-type semiconductor.
  • the DTI structure 36 (DTI: Deep Trench Isolation) extends from the interface between the epitaxial layer 121 and the interlayer insulating layer 13 in the thickness direction z toward the semiconductor substrate 11, as shown in FIG.
  • the bottom of DTI structure 36 is located closer to semiconductor substrate 11 than the bottom of plurality of trench gate structures 31 .
  • the DTI structure 36 has a frame shape surrounding the plurality of trench gate structures 31 in plan view.
  • the switching circuit 30 is partitioned from the control circuit 40 by the DTI structure 36, as shown in FIG. In the illustrated example, the switching circuit 30 is partitioned into two regions by two DTI structures 36, but may be partitioned into three or more regions by three or more DTI structures 36, or one region.
  • a region may be partitioned by one DTI structure 36 .
  • DTI structure 36 In the semiconductor element A1, the case of using the DTI structure 36 as means for partitioning the switching circuit 30 has been described. may be used. As shown in FIG. 13, DTI structure 36 has second trench 361 and insulator 362 .
  • the second trench 361 forms a groove dug from the interface between the epitaxial layer 121 and the interlayer insulating layer 13 in the thickness direction z toward the semiconductor substrate 11 .
  • An insulator 362 is accommodated in the second trench 361 .
  • Insulator 362 is, for example, polycrystalline polysilicon or silicon oxide.
  • the second trench 361 is filled with the gate insulating film 32 .
  • the insulator 362 is covered with the gate insulating film 32 .
  • the interlayer insulating layer 13 is stacked on the semiconductor layer 12 and formed on the main surface 10a.
  • Interlayer insulating layer 13 contains at least one of silicon oxide and silicon nitride (Si 3 N 4 ).
  • Interlayer insulating layer 13 is formed, for example, by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition).
  • the interlayer insulating layer 13 has a first film 131, a second film 132, a third film 133 and a fourth film 134, as shown in FIG.
  • the first film 131 is laminated on the gate insulating film 32 .
  • each of the plurality of trench gate structures 31 has a plurality of gate electrodes 312 formed by steps between the gate electrode 312 and the plurality of source regions 34 and the plurality of body contact regions 35 in the thickness direction z. depressions are formed.
  • the first film 131 enters each of the plurality of depressions.
  • the second film 132 is laminated on the first film 131 .
  • the third film 133 is laminated on the second film 132 .
  • the fourth film 134 is laminated on the third film 133 .
  • the fourth film 134 is provided with a plurality of openings 135 penetrating in the thickness direction z. A portion of the wiring layer 14 is exposed from each opening 135 .
  • the plurality of openings 135 communicate with the plurality of openings 171 described later in the insulating film 17, and the positions and sizes of the plurality of openings 135 are the same as the positions and sizes of the plurality of openings 171 described later in the insulating film 17. correspond to
  • Wiring layer 14 is stacked on the semiconductor layer 12 and formed on the main surface 10a.
  • Wiring layer 14 contains, for example, aluminum (Al).
  • Wiring layer 14 is made of, for example, an alloy (AlCu) of aluminum and copper (Cu).
  • the wiring layer 14 includes a first layer 141, a second layer 142, a plurality of first vias 143 and a plurality of second vias 144, as shown in FIG.
  • the first layer 141 and the second layer 142 are laminated with the interlayer insulating layer 13 interposed therebetween while being spaced apart in the thickness direction z.
  • the first layer 141 is formed on the first film 131 and covered with the second film 132 .
  • a second layer 142 is formed on the third film 133 .
  • the periphery of the second layer 142 in plan view is covered with the fourth film 134 .
  • the portions of the second layer 142 that are not covered with the fourth film 134 are exposed from both the openings 135 of the fourth film 134 and the openings 171 of the insulating film 17, which will be described later.
  • a portion is covered with the underlying layer 23 .
  • the plurality of first vias 143 are embedded in the first film 131 and pass through the first film 131 in the thickness direction z.
  • a plurality of first vias 143 are connected to the first layer 141 and the plurality of source regions 34 and the plurality of body contact regions 35 .
  • a plurality of second vias 144 are embedded in the second film 132 and the third film 133 and penetrate the second film 132 located on the third film 133 and the first layer 141 in the thickness direction z.
  • a plurality of second vias 144 are connected to the first layer 141 and the second layer 142 respectively.
  • the wiring layer 14 is composed of two layers, the first layer 141 and the second layer 142, but may be composed of one layer, or may be composed of three or more layers.
  • the thickness (dimension in the thickness direction z) of the first layer 141 and the second layer 142 is, for example, 0.1 ⁇ m or more and 4.0 ⁇ m or less.
  • the outer edge 15 of the wiring layer 14 in plan view has multiple first edges 151 and 152 and multiple second edges 153 and 154 .
  • the outer edge 15 (the plurality of first edges 151 and 152 and the plurality of second edges 153 and 154) is the periphery of the first layer 141 and the second layer 142 of the wiring layer 14 in plan view.
  • Each of the plurality of first edges 151 and 152 extends along the outer edge 22 of the principal surface electrode 21 in plan view, which will be described later.
  • a pair of first edges 151 extend along the first direction x and are spaced apart in the second direction y.
  • a pair of first edges 152 extend along the second direction y and are spaced apart in the first direction x.
  • the plurality of second edges 153 and 154 are connected to one of the plurality of first edges 151 and 152, respectively.
  • Each of the plurality of second edges 153 extends along the first direction x
  • each of the plurality of second edges 154 extends along the second direction y.
  • the second edge 153 and the second edge 154 are orthogonal to each other.
  • the second edge 153 is orthogonal to the first edge 151 and the second edge 154 is orthogonal to the first edge 152 .
  • each second edge 153 may be angled with respect to each first edge 151 and each second edge 154 may be angled with respect to each first edge 152 .
  • the wiring layer 14 has a plurality of cutouts 161, a plurality of slits 162 and an edge portion 163.
  • the plurality of cutouts 161 are arranged at the four corners of the rectangular wiring layer 14 partitioned by the plurality of first edges 151 and 152 .
  • Each notch 161 is L-shaped in plan view and has the pair of second edges 153 and 154 .
  • a pair of second edges 153 and 154 are formed by notches 161 .
  • the edge portion 163 is a portion of the wiring layer 14 in plan view that is located between a portion of the main surface electrode 21 (a plurality of through portions 212 described later) and each of the first edges 151 and 152 .
  • the edge 163 is arranged along the outer edge 15 .
  • a plurality of slits 162 are portions where the wiring layer 14 (at least the second layer 142) is not formed. Each of the plurality of slits 162 is appropriately arranged on the edge portion 163 . In the example shown in FIG. 9, the plurality of slits 162 are arranged along each first edge 151, along each first edge 152, and along the second edge 153. including those ordered by Also, in the example shown in FIG. 9 , a plurality of slits 162 are arranged in two rows along each of the first edges 151 and 152 and each of the second edges 153 . The number of rows of the plurality of slits 162 is appropriately changed according to the distance d163 (see FIG.
  • each slit 162 is arranged in a matrix in the example shown in FIG. 9, they may be arranged in a houndstooth pattern.
  • planar view shape of each slit 162 is not limited at all, it is strip-shaped in the illustrated example.
  • the planar shape of each slit 162 may be circular, polygonal, elliptical, or the like, instead of strip-like.
  • each strip-shaped slit 162 in a plan view has a longitudinal dimension of 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less (for example, 4.8 ⁇ m), and a lateral dimension of each slit 162. is 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less (for example, 1.2 ⁇ m).
  • Each interval d11 (see FIG. 9) of the plurality of slits 162 is, for example, 0.5 ⁇ m or more and 3.0 ⁇ m or less.
  • the interval d12 (see FIG. 9) between the rows of slits 162 is, for example, 0.5 ⁇ m or more and 3.0 ⁇ m or less.
  • the distance d162 (see FIG. 9) between each of the plurality of slits 162 arranged along the pair of first edges 151 and 152 and each of the pair of first edges 151 and 152 is For example, it is 0.1 ⁇ m or more and 2.0 ⁇ m or less.
  • the insulating film 17 is laminated on the interlayer insulating layer 13 .
  • Insulating film 17 has electrical insulation and is, for example, a passivation film.
  • Insulating film 17 contains, for example, silicon nitride.
  • the insulating film 17 may be composed of a silicon oxide film laminated on the interlayer insulating layer 13 and a silicon nitride film laminated on the silicon oxide film.
  • the insulating film 17 is provided with a plurality of openings 171 penetrating in the thickness direction z. The plurality of openings 171 are arranged apart from each other in plan view.
  • Each opening 171 communicates with each of the plurality of openings 135 , and a portion of wiring layer 14 is exposed from each opening 171 and each opening 135 .
  • the plurality of openings 171 near the four corners of the wiring layer 14 are arranged in an L shape as shown in FIG.
  • the principal-surface electrode 21 is formed on the wiring layer 14 .
  • Principal surface electrode 21 is made of a metal material, and includes, for example, copper.
  • the principal surface electrode 21 includes a first portion 21A and a second portion 21B.
  • the first portion 21A and the second portion 21B are separated from each other.
  • the first portion 21A overlaps the switching circuit 30 in plan view and is electrically connected to the switching circuit 30 via the base layer 23 and the wiring layer 14 .
  • the second portion 21B overlaps the control circuit 40 in plan view, and is electrically connected to the control circuit 40 via the underlying layer 23 and the wiring layer 14 .
  • the main surface electrode 21 (each of the first portion 21A and the second portion 21B) includes a main portion 211 and a plurality of penetrating portions 212, as shown in FIGS.
  • the main part 211 is formed on the insulating film 17 .
  • the thickness (dimension in thickness direction z) of main portion 211 is not limited at all, but is, for example, 100% or more and 2000% or less of each thickness of first layer 141 and second layer 142 .
  • the thickness (dimension in the thickness direction z) of the main portion 211 is, for example, 4.0 ⁇ m or more and 20.0 ⁇ m or more. 0 ⁇ m or less.
  • Each of the plurality of penetrating portions 212 is connected to the main portion 211 .
  • the plurality of penetrating portions 212 are formed integrally with the main portion 211 .
  • Each of the plurality of through portions 212 is filled in each of the plurality of openings 171 .
  • the plurality of penetrating portions 212 are embedded in the insulating film 17 and penetrate the insulating film 17 in the thickness direction z.
  • Each penetrating portion 212 is connected to the wiring layer 14 exposed at each opening 171 via the underlying layer 23 .
  • Each through portion 212 electrically connects the main portion 211 and the wiring layer 14 .
  • the outer edge 22 of the principal surface electrode 21 (the first portion 21A in the illustrated example) in plan view is, for example, octagonal.
  • the planar view shape of the outer edge 22 is not limited to an octagon.
  • the outer edge 22 surrounds the outer edge 15 of the wiring layer 14 in plan view.
  • the outer edge 22 corresponds to the peripheral edge of the main portion 211 in plan view.
  • the outer edge 22 has a plurality of lateral edges 221, 222 and a plurality of corners 223. As shown in FIGS.
  • a plurality of side ends 221 and 222 are connected to each other via respective corner portions 223 .
  • a pair of lateral ends 221 extend along the first direction x and are spaced apart in the second direction y.
  • a pair of lateral ends 222 extend along the second direction y and are spaced apart in the first direction x.
  • the plurality of corner portions 223 are arranged at four corners when the main surface electrode 21 partitioned by the plurality of side edges 221 and 222 is viewed as a rectangle in plan view. Each of the plurality of corner portions 223 is connected to either one of the pair of lateral ends 221 and one of the pair of lateral ends 222 . Each corner portion 223 is linear in plan view and is inclined with respect to two side ends 221 and 222 connected to the corner portion 223 .
  • the outer edge 15 of the wiring layer 14 and the outer edge 22 of the main surface electrode 21 are configured to have the following relationship.
  • first edge 151 and the side edge 221 are substantially parallel.
  • first edge 152 and lateral edge 222 are parallel (or substantially parallel).
  • a distance d152 along the vertical direction (first direction x in FIG. 9) of the first edge 152 from the first edge 152 to the outer edge 22 (side edge 222) see FIG.
  • the distance between the first edge 152 and the side edge 222 is 5.0 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the distance d151 and the distance d152 are the same (or substantially the same), but they may be different.
  • the second edge 153 has a distance d153 along the vertical direction (the first direction x in the example shown in FIG. 9) of the second edge 153 from the second edge 153 to the outer edge 22 (corner portion 223). (see FIG. 9) includes a portion larger than the distance d151. In the example shown in FIG. 9, the distance d153 is greater than the distance d151 at any position on the second edge 153 .
  • the second edge 154 has a distance d154 ( 9) includes a portion larger than the distance d152. In the example shown in FIG. 9, the distance d154 is greater than the distance d152 at any position on the second edge 154. In the example shown in FIG. Hereinafter, these relationships may be referred to as "second relationships".
  • the base layer 23 is arranged below the principal surface electrode 21 and is in contact with the principal surface electrode 21, as shown in FIGS.
  • Base layer 23 contains, for example, titanium (Ti).
  • the back surface electrode 24 is provided on the back surface 10b of the element body 10, as shown in FIGS.
  • the back surface electrode 24 is provided over the entire back surface 10b.
  • the back electrode 24 is electrically connected to the semiconductor layer 12 (epitaxial layer 121 ) through the semiconductor substrate 11 .
  • the material and configuration of the back electrode 24 are not limited at all, but include, for example, a layer containing silver (Ag) in contact with the semiconductor substrate 11 and a layer containing gold (Au) stacked on the Ag layer.
  • the backside electrode 24 is joined to the first lead 51 via the conductive joining material 29 .
  • the material of the conductive bonding material 29 is not limited at all, but may be, for example, solder, silver paste, sintered silver, or the like.
  • the plurality of pad portions 25 are formed on the main portion 211 of the main surface electrode 21 respectively.
  • the plurality of pad portions 25 include those formed on the first portion 21A and those formed on the second portion 21B.
  • Each pad portion 25 is formed to improve bonding of each first connection member 61 and each second connection member 62 to the principal surface electrode 21 .
  • the semiconductor element A1 may not include any of the plurality of pad portions 25, and each of the first connection members 61 and the second connection members 62 may be directly bonded to the principal surface electrode 21.
  • FIG. Although the configuration and material of each pad portion 25 are not limited at all, for example, a nickel (Ni) layer, a palladium (Pd) layer, and an Au layer are laminated in order from the side in contact with the main surface electrode 21 .
  • the surface protective film 26 covers the surface of the insulating film 17, as shown in FIGS.
  • the surface protection film 26 covers the side surface of the main portion 211 of the main surface electrode 21 .
  • the surface protection film 26 has electrical insulation.
  • the surface protection film 26 contains polyimide, for example.
  • the first lead 51 and the plurality of second leads 52 are each made of a metal selected from Cu, Ni, iron (Fe), etc., and alloys thereof.
  • Each of the first lead 51 and the plurality of second leads 52 may have a plated layer formed of a metal selected from Ag, Ni, Pd, Au, etc., at appropriate locations.
  • Each thickness of the first lead 51 and the plurality of second leads 52 is not particularly limited, and is, for example, 0.12 mm or more and 0.2 mm or less.
  • the first lead 51 supports the semiconductor element A1.
  • the first lead 51 is electrically connected to the back surface electrode 24 of the semiconductor element A1 through the conductive bonding material 29. As shown in FIG. As shown in FIGS. 2, 6 and 7, the first lead 51 has a die pad portion 511 and two extension portions 512 .
  • the die pad portion 511 is a portion that supports the semiconductor element A1.
  • the shape of the die pad portion 511 is not limited at all, and in the example shown in FIG. 2, it is rectangular in plan view.
  • the die pad section 511 has a die pad main surface 511a and a die pad rear surface 511b.
  • the die pad main surface 511a is a surface facing one side in the thickness direction z.
  • the die pad back surface 511b is a surface facing away from the die pad back surface 511b in the thickness direction z.
  • the die pad main surface 511a and the die pad back surface 511b are planar.
  • a semiconductor element A1 is bonded to the die pad main surface 511a.
  • the die pad rear surface 511b is exposed from the sealing resin 7 (resin rear surface 72 described later).
  • the two extending portions 512 extend from the die pad portion 511 to both sides in the first direction x, as shown in FIGS.
  • the extending portion 512 is a portion extending from the die pad portion 511 along the first direction x, and a portion extending obliquely to the side facing the die pad main surface 511a in the thickness direction z with respect to the portion. , and a portion extending from the portion along the first direction x, and has a bent shape as a whole.
  • Each of the plurality of second leads 52 is separated from the first lead 51 as shown in FIG.
  • Each of the plurality of second leads 52 includes one conducting to the switching circuit 30 and one conducting to the control circuit 40 .
  • the plurality of second leads 52 are arranged around the first lead 51, and in the illustrated example, one arranged on one side of the first lead 51 in the second direction y and one arranged on one side in the second direction y. and located on the other side of the The plurality of second leads 52 are separated from each other in the first direction x on one side in the second direction y and on the other side in the second direction y.
  • each of the plurality of second leads 52 has a pad section 521 and a terminal section 522 .
  • any one of the plurality of first connection members 61 , the plurality of second connection members 62 and the plurality of third connection members 63 is connected to the pad portion 521 .
  • the pad portion 521 is located on the side of the die pad main surface 511a facing the die pad portion 511 in the thickness direction z.
  • the terminal portion 522 extends outward in the second direction y from the pad portion 521 .
  • the terminal portion 522 has a strip shape in a plan view. As shown in FIG. 7, the terminal portion 522 is bent in a gull-wing shape when viewed along the first direction x. As shown in FIG. 7, the terminal portion 522 has a tip portion (an end portion farther from the die pad portion 511 in the second direction y) at the same (or substantially the same) position as the die pad portion 511 in the thickness direction z.
  • Each terminal portion 522 of the plurality of second leads 52 is used as an external terminal of the semiconductor device B1.
  • the external terminals include an input terminal for control signals, a ground terminal, an output terminal connected to a load, a power supply terminal, a non-connect terminal, a self-diagnostic output terminal, and the like.
  • the plurality of first connection members 61, the plurality of second connection members 62, and the plurality of third connection members 63 each provide electrical continuity between parts separated from each other.
  • Each of the plurality of first connection members 61, the plurality of second connection members 62 and the plurality of third connection members 63 is, for example, a bonding wire.
  • Each of the plurality of first connection members 61, the plurality of second connection members 62, and the plurality of third connection members 63 may be plate-like metal members instead of bonding wires.
  • the plurality of first connection members 61, the plurality of second connection members 62, and the plurality of third connection members 63 each contain a metal selected from, for example, Au, Cu, Al, and the like.
  • Each of the plurality of first connecting members 61 is joined to one of the plurality of pad portions 25 formed on the first portion 21A of the semiconductor element A1 and one of the pad portions 521 of the plurality of second leads 52.
  • Each of the plurality of first connection members 61 electrically connects the main surface electrode 21 (first portion 21A) and each second lead 52 .
  • Each of the plurality of second connecting members 62 is joined to one of the plurality of pad portions 25 formed on the second portion 21B of the semiconductor element A1 and one of the pad portions 521 of the plurality of second leads 52.
  • Each of the plurality of second connection members 62 electrically connects the main surface electrode 21 (second portion 21B) and each second lead 52 .
  • Each of the plurality of third connection members 63 is joined to either the die pad portion 511 or the pad portion 521 of the plurality of second leads 52 .
  • Each of the plurality of third connection members 63 electrically connects the back surface electrode 24 and each second lead 52 .
  • the encapsulating resin 7 contains parts of the first leads 51 and the plurality of second leads 52, the semiconductor element A1, the plurality of first connection members 61, the plurality of second connection members 62, and the plurality of third connection members 63. and cover.
  • Sealing resin 7 is made of insulating resin, and includes, for example, epoxy resin mixed with filler.
  • the sealing resin 7 has a resin main surface 71 , a resin back surface 72 , two resin side surfaces 73 and two resin side surfaces 74 .
  • the resin main surface 71 faces the same side as the die pad main surface 511a in the thickness direction z.
  • Resin main surface 71 is, for example, a plane.
  • the resin back surface 72 faces the side opposite to the resin main surface 71 (the same side as the die pad back surface 511b) in the thickness direction z.
  • Resin back surface 72 is, for example, a flat surface.
  • the die pad back surface 511 b is exposed from the resin back surface 72 .
  • the two resin side surfaces 73 are located between the resin main surface 71 and the resin back surface 72 in the thickness direction z, and are spaced apart in the first direction x as shown in FIGS. Each extending portion 512 is exposed from each of the two resin side surfaces 73 .
  • the two resin side surfaces 74 are located between the resin main surface 71 and the resin back surface 72 in the thickness direction z, and are spaced apart in the second direction y as shown in FIGS. A plurality of second leads 52 protrude from either of the two resin side surfaces 74 respectively.
  • the semiconductor element A1 includes a wiring layer 14 formed on the main surface 10a of the element body 10 and a main surface electrode 21 formed on the wiring layer 14.
  • stress thermal stress
  • the semiconductor element A1 in a configuration in which a portion of the outer edge 15 of the wiring layer 14 in plan view that is connected to the pair of first edges 151 and 152 is a virtual edge 150 shown in FIG. Due to the thermal stress applied to the layer 14, the four corners of the wiring layer 14 may be deformed so as to be crushed.
  • the virtual edge 150 has a distance along the vertical direction of the virtual edge 150 from the virtual edge 150 to the outer edge 22 (corner portion 223) that is the same as (or substantially the same as) the distances d151 and d152 shown in FIG. ).
  • Such deformation of the wiring layer 14 is a cause of disconnection in the wiring layer 14, and when the temperature of the semiconductor element A1 drops and returns to the normal temperature, there is a gap between the wiring layer 14 and the insulating film 17. This was the cause of the formation of voids. That is, the deformation of the wiring layer 14 reduces the reliability of the semiconductor element. Therefore, in the semiconductor element A1, the outer edge 15 of the wiring layer 14 includes a pair of second edges 153, 154 connected to the pair of first edges 151, 152.
  • the pair of second edges 153 and 154 have distances d153 and d154 along the vertical direction to the outer edge 22 (corner portion 223) of the main surface electrode 21 in plan view. , from each of the pair of first edges 151 and 152 to the outer edge 22 of the main surface electrode 21, which are larger than the distances d151 and d152 of the first edges 151 and 152 along the vertical direction.
  • the semiconductor element A1 is configured such that the wiring layer 14 and the principal surface electrode 21 satisfy the second relationship described above.
  • the semiconductor element A1 in comparison with the configuration in which the portion connected to the pair of first edges 151 and 152 is the imaginary edge 150 in FIG. The area of the uniformly arranged portion becomes smaller.
  • the thermal expansion of the main-surface electrode 21 suppresses the thermal stress applied to the wiring layer 14 , thereby suppressing the disconnection of the wiring layer 14 and the formation of a gap between the wiring layer 14 and the insulating film 17 . That is, the semiconductor element A1 can improve reliability against temperature changes.
  • the main surface electrode 21 contains copper, and the wiring layer 14 contains aluminum.
  • thermal stress is likely to be applied to the wiring layer 14 due to the thermal expansion of the main surface electrode 21 due to the difference in thermal expansion coefficient between the main surface electrode 21 and the wiring layer 14 . Therefore, forming the wiring layer 14 and the main surface electrode 21 so as to satisfy the second relationship as in the semiconductor element A1 is preferable in terms of improving the reliability of the semiconductor element A1 against temperature changes.
  • the thickness (dimension in the thickness direction z) of the main portion 211 of the main surface electrode 21 is equal to the thickness (dimension in the thickness direction z) of each of the first layer 141 and the second layer 142 of the wiring layer 14 ) is 100% or more and 2000% or less.
  • the wiring layer 14 includes a notch 161 having a pair of second edges 153,154.
  • the notch 161 is L-shaped in plan view.
  • a plurality of openings 171 are arranged in an L-shape at the four corners of the wiring layer 14. As shown in FIG. According to this configuration, notches 161 are formed along the arrangement of the plurality of openings 171 . That is, the pair of second edges 153 and 154 are formed along the L-shaped arrangement of the plurality of openings 171 .
  • the area of the wiring layer 14 near the four corners of the main surface electrode 21 in plan view can be reduced, so that the thermal stress applied to the wiring layer 14 due to the thermal expansion of the main surface electrode 21 can be suppressed. That is, in contrast to the structure in which a plurality of openings 171 are arranged in an L shape near the four corners of the main surface electrode 21, forming the cutouts 161 in an L shape in a plan view does not change the temperature of the semiconductor element A1. It is preferable in terms of improving the reliability for
  • the wiring layer 14 has one or more slits 162 formed in the edge portion 163 thereof.
  • An edge portion 163 may be formed in the wiring layer 14 due to a processing limit in manufacturing the semiconductor element A1.
  • the wiring layer 14 is uniformly arranged on the edge portion 163, and thermal stress due to the thermal expansion of the main surface electrode 21 is applied to the edge portion 163, and the wiring layer 14 is deformed even at the four corners in plan view. There was a fear that On the other hand, in the semiconductor element A1, by providing one or more slits 162, the wiring layer 14 is restrained by each slit 162 (the insulating film 17 filled in the slit 162), and deformation of the wiring layer 14 is prevented. can be suppressed. In other words, the semiconductor element A1 can suppress the deformation of the wiring layer 14 not only at the four corners of the wiring layer 14 but also over the entire periphery of the wiring layer 14, so that the reliability against temperature change can be further improved.
  • the semiconductor device B1 includes a semiconductor element A1.
  • the temperature of the semiconductor device B1 changes frequently depending on the environment in which it is used. For example, when mounted on the circuit board of an automobile, it may run under all climatic conditions, from cold regions to hot and humid regions. Always subject to change. As described above, the reliability of the semiconductor device B1 against temperature change is improved because the semiconductor element A1 can improve the reliability against temperature change. Therefore, the semiconductor device B1 can be used in an environment where temperature changes occur frequently, and thus has a wide range of uses.
  • notches 161 formed at the four corners of the wiring layer 14 in plan view are L-shaped. It is not limited at all.
  • the semiconductor element and semiconductor device according to the present disclosure are not limited to the above-described embodiments.
  • the specific configuration of each part of the semiconductor element and semiconductor device of the present disclosure can be changed in various ways.
  • the present disclosure includes the embodiments set forth in the Appendix below. Appendix 1.
  • an element body having a main surface facing one of the thickness directions; a wiring layer formed on the main surface and conducting to the element body; a main surface electrode formed on the wiring layer and electrically connected to the wiring layer; with the main-surface electrode has a corner portion at an outer edge thereof viewed in the thickness direction;
  • the wiring layer has a first edge extending along the outer edge of the main surface electrode when viewed in the thickness direction, and a first edge connected to the first edge and extending to the corner portion when viewed in the thickness direction. having opposing second edges; In the second edge, when viewed in the thickness direction, the distance along the vertical direction of the second edge to the outer edge of the principal surface electrode is the distance from the first edge to the outer edge of the principal surface electrode.
  • a semiconductor device comprising a portion greater than a vertical distance of said first edge.
  • Appendix 2. an outer edge of the main-surface electrode has a side edge connected to the corner portion and parallel to the first edge;
  • the semiconductor device according to appendix 1 wherein the corner portion is linear when viewed in the thickness direction, and is inclined with respect to the side end when viewed in the thickness direction.
  • Appendix 3. The semiconductor device according to appendix 2, wherein the main surface electrode is octagonal when viewed in the thickness direction.
  • Appendix 4. The semiconductor device according to appendix 2 or appendix 3, wherein the main surface electrode includes a main portion that has the corner portion and the side end and overlaps the wiring layer when viewed in the thickness direction. Appendix 5. 5.
  • the semiconductor device according to appendix 4 further comprising an insulating film interposed between the main portion and the wiring layer in the thickness direction.
  • Appendix 6. The semiconductor device according to appendix 5, wherein the main-surface electrode includes a plurality of penetrating portions that penetrate the insulating film and electrically connect the main portion and the wiring layer.
  • Appendix 7. the wiring layer includes an edge portion positioned between the plurality of through portions and the first edge when viewed in the thickness direction; 7.
  • Appendix 8. A plurality of slits are formed in the edge portion, 8.
  • the semiconductor device according to any one of Appendixes 1 to 8, wherein the wiring layer includes an L-shaped notch having the second edge.
  • Appendix 11. further comprising an interlayer insulating layer disposed between the first layer and the second layer; 11.
  • the semiconductor device according to appendix 10 wherein the plurality of vias penetrate the interlayer insulating layer in the thickness direction.
  • the wiring layer contains aluminum, 12.
  • the semiconductor device according to any one of appendices 1 to 11, wherein the main surface electrode contains copper.
  • Appendix 13. The semiconductor device according to any one of Appendixes 1 to 12, wherein the device body includes a switching circuit and a control circuit.
  • Appendix 14. the main surface electrode includes a first portion and a second portion that are separately arranged; The first part overlaps the switching circuit when viewed in the thickness direction, 14.
  • the element body has a back surface facing away from the main surface, 15.
  • the semiconductor device according to appendix 13 or appendix 14, further comprising a back surface electrode provided on the back surface and conducting to the switching circuit.
  • the semiconductor device according to any one of Appendixes 1 to 15, wherein the device body contains silicon.
  • Appendix 17. a semiconductor device according to any one of Appendices 1 to 16; a die pad portion on which the semiconductor element is mounted; a sealing resin covering at least part of the die pad portion and the semiconductor element; and a terminal portion projecting from the sealing resin and conducting to the semiconductor element.

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Abstract

半導体素子は、厚さ方向の一方を向く主面を有する素子本体と、前記主面上に形成され、前記素子本体に導通する配線層と、前記配線層上に形成され、前記配線層に導通する主面電極と、を備える。前記主面電極は、厚さ方向に見た外縁がコーナー部を有する。前記配線層は、厚さ方向に見て、前記主面電極の前記外縁に沿って延びる第1端縁、および、前記第1端縁に繋がり、且つ厚さ方向に見て前記コーナー部に対向する第2端縁を有する。前記第2端縁は、厚さ方向に見て、前記主面電極の前記外縁までの距離が、前記第1端縁から前記主面電極の前記外縁までの距離よりも大きい部分を含む。

Description

半導体素子および半導体装置
 本開示は、半導体素子および半導体装置に関する。
 従来、様々な産業機器および自動車などにおける電流制御に、スイッチング機能を有する半導体素子が用いられている。このような半導体素子には、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)またはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのスイッチング回路が形成されている。たとえば、特許文献1には、半導体素子(MOSFET)を備える半導体装置の一例が開示されている。
特開2020-5323号公報
 半導体素子は、その使用時において、外部環境および自己発熱によって、温度が変化する。半導体素子は、熱膨張係数が異なる様々な材料によって構成されているので、温度変化によって各部位に熱応力が発生する。そのため、熱応力による不具合の発生を抑制する必要がある。
 本開示は、従来より改良が施された半導体装置を提供することを一の課題とする。特に、本開示は、上記事情に鑑み、温度変化に対する信頼性を向上させることができる半導体素子および半導体装置を提供することを一の課題とする。
 本開示の第1の側面によって提供される半導体素子は、厚さ方向の一方を向く主面を有する素子本体と、前記主面上に形成され、前記素子本体に導通する配線層と、前記配線層上に形成され、前記配線層に導通する主面電極と、を備える。前記主面電極は、前記厚さ方向に見た外縁がコーナー部を有する。前記配線層は、前記厚さ方向に見て、前記主面電極の外縁に沿って延びる第1端縁、および、前記第1端縁に繋がり、且つ前記厚さ方向に見て前記コーナー部に対向する第2端縁を有している。前記第2端縁は、前記厚さ方向に見て、前記主面電極の外縁までの前記第2端縁の垂直方向に沿う距離が、前記第1端縁から前記主面電極の外縁までの前記第1端縁の垂直方向に沿う距離よりも大きい部分を含む。
 本開示の第2の側面によって提供される半導体装置は、第1の側面によって提供される半導体素子と、前記半導体素子が搭載されたダイパッド部と、前記ダイパッド部の少なくとも一部および前記半導体素子を覆う封止樹脂と、前記封止樹脂から突き出し、前記半導体素子に導通する端子部と、を備える。
 上記構成によれば、たとえば、温度変化に対する信頼性を向上させることが可能な半導体装置を提供しうる。
図1は、実施形態にかかる半導体装置を示す斜視図である。 図2は、実施形態にかかる半導体装置を示す平面図であって、封止樹脂を想像線で示している。 図3は、実施形態にかかる半導体装置を示す底面図である。 図4は、実施形態にかかる半導体装置を示す正面図である。 図5は、実施形態にかかる半導体装置を示す側面図である。 図6は、図2のVI-VI線に沿う断面図である。 図7は、図2のVII-VII線に沿う断面図である。 図8は、実施形態にかかる半導体素子を示す平面図である。 図9は、図8の一部を拡大した部分拡大図であって、主面電極(の第1部)を想像線で示し、且つ絶縁膜を省略した図である。 図10は、実施形態にかかる半導体素子の素子本体を示す平面図であって、主面電極および配線層を想像線で示した図である。 図11は、図10の一部を拡大した部分拡大部である。 図12は、図8のXII-XII線に沿う断面図であって、半導体素子の断面模式図である。 図13は、図12の断面図において、スイッチング回路の近辺を拡大した要部拡大図である。 図14は、図13の一部を拡大した部分拡大図である。 図15は、変形例にかかる半導体素子を示す部分拡大平面図であって、図9の部分拡大平面図に対応する。
 本開示の半導体素子および半導体装置の好ましい実施の形態について、図面を参照して、以下に説明する。以下では、同一あるいは類似の構成要素に、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。本開示における「第1」、「第2」、「第3」等の用語は、単にラベルとして用いたものであり、必ずしもそれらの対象物に順列を付することを意図していない。
 本開示において、「ある物Aがある物Bに形成されている」および「ある物Aがある物B(の)上に形成されている」とは、特段の断りのない限り、「ある物Aがある物Bに直接形成されていること」、および、「ある物Aとある物Bとの間に他の物を介在させつつ、ある物Aがある物Bに形成されていること」を含む。同様に、「ある物Aがある物Bに配置されている」および「ある物Aがある物B(の)上に配置されている」とは、特段の断りのない限り、「ある物Aがある物Bに直接配置されていること」、および、「ある物Aとある物Bとの間に他の物を介在させつつ、ある物Aがある物Bに配置されていること」を含む。同様に、「ある物Aがある物B(の)上に位置している」とは、特段の断りのない限り、「ある物Aがある物Bに接して、ある物Aがある物B(の)上に位置していること」、および、「ある物Aとある物Bとの間に他の物が介在しつつ、ある物Aがある物B(の)上に位置していること」を含む。また、「ある方向に見てある物Aがある物Bに重なる」とは、特段の断りのない限り、「ある物Aがある物Bのすべてに重なること」、および、「ある物Aがある物Bの一部に重なること」を含む。また、「ある物A(の構成材料)がある材料Cを含む」とは、「ある物A(の構成材料)がある材料Cからなる場合」、および、「ある物A(の構成材料)の主成分がある材料Cである場合」を含む。
 図1~図14は、一実施形態にかかる半導体素子A1と、当該半導体素子A1を備える半導体装置B1を示している。同図に示すように、半導体装置B1は、半導体素子A1の他、第1リード51、複数の第2リード52、複数の第1接続部材61、複数の第2接続部材62、複数の第3接続部材63および封止樹脂7を備える。
 半導体装置B1は、たとえばIPD(Intelligent Power Device)である。後に詳述される構成から理解されるように、半導体装置B1は、半導体素子A1をモジュール化したものであり、半導体素子A1は、MOSEFTまたはIGBTなどのパワーデバイスとこれを制御する制御回路とを1チップで構成したものである。半導体装置B1の形状および大きさは、何ら限定されない。半導体装置B1の大きさの一例を挙げると、第1方向xの大きさが4mm以上7mm以下、第2方向yの大きさが4mm以上8mm以下、厚さ方向zの大きさが、0.7mm以上2.0mm以下である。
 説明の便宜上、半導体装置B1の厚さ方向を「厚さ方向z」という。以下の説明では、厚さ方向zの一方を上方といい、他方を下方ということがある。なお、「上」、「下」、「上方」、「下方」、「上面」および「下面」などの記載は、厚さ方向zにおける各部品等の相対的位置関係を示すものであり、必ずしも重力方向との関係を規定する用語ではない。また、「平面視」とは、厚さ方向zに見たときをいう。厚さ方向zに対して直交する方向を「第1方向x」という。一例として、第1方向xは、半導体装置B1の平面図(図2参照)における左右方向である。厚さ方向zおよび第1方向xに直交する方向を「第2方向y」という。第2方向yは、半導体装置B1の平面図(図2参照)における上下方向である。
 半導体素子A1は、半導体装置B1の電気的機能を発揮する要素である。図2、図6および図7に示すように、半導体素子A1は、第1リード51に搭載されている。半導体素子A1は、素子本体10、層間絶縁層13、配線層14、絶縁膜17、主面電極21、裏面電極24、複数のパッド部25および表面保護膜26を備える。
 素子本体10は、たとえばIPDの主要構成部をなす。素子本体10は、図2、図8、図10および図12に示すように、スイッチング回路30および制御回路40を含む。スイッチング回路30は、MOSFETまたはIGBTなどである。本実施形態では、スイッチング回路30が、nチャネル型かつ縦型構造のMOSFETである場合を例に説明するが、nチャネル型ではなくpチャネル型であってもよいし、縦型構造ではなく横型構造であってもよい。また、スイッチング回路30は、MOSFETではなくIGBTであってもよいし、他のトランジスタであってもよい。制御回路40は、スイッチング回路30の制御を行う。たとえば、制御回路40は、その機能要素として、ゲート駆動回路、保護回路およびアクティブクランプ回路などを含む。ゲート駆動回路は、外部からの入力される制御信号に基づいて、スイッチング回路30の駆動を制御するゲート信号を生成する。保護回路は、スイッチング回路30を流れる電流、および、スイッチング回路30の温度などを検出することにより、スイッチング回路30の過電流および過熱などに対する保護を行う。アクティブクランプ回路は、誘導性負荷のエネルギーを吸収する。制御回路40の機能要素は、上記した例に限定されない。素子本体10は、制御回路40を含まず、スイッチング回路30のみで構成されてもよい。素子本体10に対するスイッチング回路30および制御回路40の平面視における各占有率は、何ら限定されないが、図2および図8に示す例では、スイッチング回路30の占有率が制御回路40の占有率よりも大きい。
 素子本体10は、図2および図8に示すように、平面視において矩形状である。素子本体10は、図12に示すように、主面10aおよび裏面10bを有する。主面10aは、厚さ方向zの一方を向く。裏面10bは、主面10aとは反対側を向く。図12および図13に示すように、素子本体10は、半導体基板11および半導体層12を含む。
 半導体基板11は、半導体層12を支持する。半導体基板11は、n+型半導体層である。半導体基板11は、ケイ素(Si)または炭化ケイ素(SiC)などを含む。厚さ方向zにおいて半導体基板11に対して半導体層12とは反対側を向く半導体基板11の表面(たとえば図12における下面)が、素子本体10の裏面10bに相当する。
 半導体層12は、半導体基板11に積層されている。図12に示すように、スイッチング回路30および制御回路40は、半導体層12において構成される。半導体層12は、半導体基板11に導通する。半導体層12と層間絶縁層13および配線層14との境界面が、素子本体10の主面10aである。半導体層12は、エピタキシャル層121を含む。エピタキシャル層121は、半導体層12の大部分を占める。エピタキシャル層121は、n-型半導体である。エピタキシャル層121は、半導体基板11に積層されている。
 半導体層12において構成されたスイッチング回路30は、図13および図14に示すように、複数のトレンチゲート構造31、ゲート絶縁膜32、複数のボディ領域33、複数のソース領域34、複数のボディコンタクト領域35、およびDTI構造36を備える。これらのうち、複数のボディ領域33、複数のソース領域34、および複数のボディコンタクト領域35は、エピタキシャル層121とは異なる半導体であって、エピタキシャル層121の表層部を置き換えることにより構成される。半導体層12は、エピタキシャル層121の他、複数のトレンチゲート構造31、ゲート絶縁膜32、複数のボディ領域33、複数のソース領域34、複数のボディコンタクト領域35、およびDTI構造36を含む。エピタキシャル層121は、半導体基板11とともにスイッチング回路30のドレイン領域を構成している。
 複数のトレンチゲート構造31は、図13および図14に示すように、厚さ方向zにおける複数のボディ領域33と、複数のソース領域34および複数のボディコンタクト領域35との境界面から半導体基板11に向けて延びている。複数のトレンチゲート構造31は、第1方向xにおいて等間隔に配列され、かつ第2方向yに延びている。図13および図14に示すように、複数のトレンチゲート構造31の各々は、第1トレンチ311、ゲート電極312および埋込電極313を有する。
 第1トレンチ311は、厚さ方向zにおける複数のボディ領域33と、複数のソース領域34および複数のボディコンタクト領域35との境界面から半導体基板11に向けて掘り込まれた溝をなす。ゲート電極312および埋込電極313は、厚さ方向zにおいて互いに離間した状態で、第1トレンチ311に収容されている。埋込電極313は、厚さ方向zにおいてゲート電極312よりも半導体基板11の近くに位置する。ゲート電極312および埋込電極313は、たとえば多結晶ポリシリコンである。ゲート電極312および埋込電極313は、第2方向yに延びている。
 複数の第1トレンチ311には、ゲート絶縁膜32が埋め込まれている。ゲート電極312および埋込電極313は、ゲート絶縁膜32に覆われている。ゲート絶縁膜32は、たとえば酸化ケイ素(SiO2)である。ゲート絶縁膜32により、ゲート電極312および埋込電極313は、互いに電気的に絶縁されている。また、ゲート絶縁膜32により、ゲート電極312および埋込電極313は、トレンチゲート構造31の外部に対して電気的に絶縁された構成となっている。
 複数のボディ領域33は、エピタキシャル層121に積層されている。複数のボディ領域33は、p-型半導体である。複数のボディ領域33は、第2方向yに延びる。複数のボディ領域33の各々は、第1方向xの両側に位置するものを除いて、複数のトレンチゲート構造31のうち、第1方向xにおいて互いに隣り合う2つの当該トレンチゲート構造31に挟まれている。第1方向xに隣接する2つのトレンチゲート構造31に挟まれた複数のボディ領域33のいずれかは、当該2つのトレンチゲート構造31の各々に埋め込まれたゲート絶縁膜32に接している。
 複数のソース領域34および複数のボディコンタクト領域35は、図13および図14に示すように、複数のボディ領域33に積層されている。複数のソース領域34はそれぞれ、n+型半導体である。複数のボディコンタクト領域35はそれぞれ、p+型半導体である。第2方向yに対して直交する任意の断面にかかる複数のトレンチゲート構造31の各々においては、当該トレンチゲート構造31の第1方向xの一方側に、複数のソース領域34のいずれかが隣接し、当該トレンチゲート構造31の第1方向xの他方側に複数のボディコンタクト領域35のいずれかが隣接する。図11に示すように、平面視において、複数のトレンチゲート構造31のうち、隣り合う2つの当該トレンチゲート構造31に挟まれた領域において、複数のソース領域34および複数のボディコンタクト領域35は、第1方向xに互いに接しており、且つ、第2方向yにおいて交互に配置されている。このため、複数のソース領域34および複数のボディコンタクト領域35は、当該領域において一松模様をなす(図11参照)。複数のソース領域34および複数のボディコンタクト領域35は、ゲート絶縁膜32により覆われている。複数のボディコンタクト領域35は、p型半導体とされた複数のボディ領域33に置き換えることができる。
 DTI構造36(DTI:Deep Trench Isolation)は、図13に示すように、厚さ方向zにおけるエピタキシャル層121と層間絶縁層13との境界面から半導体基板11に向けて延びている。DTI構造36の底部は、複数のトレンチゲート構造31の底部よりもさらに半導体基板11の近くに位置する。DTI構造36は、平面視において、複数のトレンチゲート構造31の周囲を囲む枠状である。これらにより、図10に示すように、スイッチング回路30は、DTI構造36により制御回路40から区画されている。図示された例では、スイッチング回路30は、2つのDTI構造36により2つの領域に区画されているが、3つ以上のDTI構造36によって、3つ以上の領域に区画されてもよいし、1つのDTI構造36によって、1つの領域に区画されてもよい。半導体素子A1においては、スイッチング回路30を区画する手段としてDTI構造36を用いる場合を説明しているが、当該手段として他に、エピタキシャル層121の一部を置き換えることにより形成されたp型拡散領域を用いてもよい。図13に示すように、DTI構造36は、第2トレンチ361および絶縁体362を有する。
 第2トレンチ361は、厚さ方向zにおけるエピタキシャル層121と層間絶縁層13との境界面から半導体基板11に向けて掘り込まれた溝をなす。絶縁体362は、第2トレンチ361に収容されている。絶縁体362は、たとえば多結晶ポリシリコン、または酸化ケイ素である。第2トレンチ361は、ゲート絶縁膜32が埋め込まれている。絶縁体362は、ゲート絶縁膜32に覆われている。
 層間絶縁層13は、半導体層12に積層されており、主面10aに形成されている。層間絶縁層13は、酸化ケイ素、および窒化ケイ素(Si34)の少なくともいずれかを含む。層間絶縁層13は、たとえばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)により形成される。
 層間絶縁層13は、図13に示すように、第1膜131、第2膜132、第3膜133および第4膜134を有する。第1膜131は、ゲート絶縁膜32に積層されている。図13および図14に示すように、複数のトレンチゲート構造31の各々には、厚さ方向zにおいてゲート電極312と、複数のソース領域34および複数のボディコンタクト領域35との間に段差によって複数の窪みが形成されている。第1膜131は、当該複数の窪みのそれぞれに入り込んでいる。第2膜132は、第1膜131に積層されている。第3膜133は、第2膜132に積層されている。第4膜134は、第3膜133に積層されている。図13に示すように、第4膜134には、厚さ方向zに貫通する複数の開口部135が設けられている。各開口部135から配線層14の一部が露出する。複数の開口部135は、絶縁膜17の後述する複数の開口部171に通じており、複数の開口部135の位置および大きさは、絶縁膜17の後述する複数の開口部171の位置および大きさに対応する。
 配線層14は、半導体層12に積層されており、主面10aに形成されている。配線層14は、たとえばアルミニウム(Al)を含む。配線層14は、たとえばアルミニウムと銅(Cu)との合金(AlCu)により構成される。
 配線層14は、図13に示すように、第1層141、第2層142、複数の第1ビア143および複数の第2ビア144を含む。第1層141および第2層142は、厚さ方向zに離間しつつ、層間絶縁層13を挟んで積層されている。第1層141は、第1膜131上に形成され、かつ第2膜132に覆われている。第2層142は、第3膜133上に形成されている。平面視における第2層142の周縁は、第4膜134に覆われている。第4膜134に覆われていない第2層142の部分は、第4膜134の各開口部135と、後述する絶縁膜17の各開口部171との双方から露出しており、その露出した部分が下地層23に覆われている。複数の第1ビア143は、第1膜131に埋め込まれており、第1膜131を厚さ方向zに貫通する。複数の第1ビア143は、第1層141と、複数のソース領域34および複数のボディコンタクト領域35とに接続されている。複数の第2ビア144は、第2膜132および第3膜133に埋め込まれており、第3膜133および第1層141上に位置する第2膜132を厚さ方向zに貫通する。複数の第2ビア144はそれぞれ、第1層141と第2層142とに接続されている。図示された例では、配線層14は、第1層141と第2層142との2層で構成されるが、1層で構成されてもよいし、3層以上で構成されてもよい。第1層141および第2層142の厚さ(厚さ方向zの寸法)は、たとえば0.1μm以上4.0μm以下である。
 図8および図9に示すように、平面視における配線層14の外縁15は、複数の第1端縁151,152および複数の第2端縁153,154を有する。当該外縁15(複数の第1端縁151,152および複数の第2端縁153,154)は、配線層14のうちの第1層141および第2層142の平面視における周縁である。
 複数の第1端縁151,152はそれぞれ、後述する平面視における主面電極21の外縁22に沿って延びる。一対の第1端縁151は、第1方向xに沿って延び、かつ第2方向yに離間する。一対の第1端縁152は、第2方向yに沿って延び、かつ第1方向xに離間する。
 複数の第2端縁153,154はそれぞれ、複数の第1端縁151,152のいずれかに繋がる。複数の第2端縁153はそれぞれ、第1方向xに沿って延び、複数の第2端縁154はそれぞれ、第2方向yに沿って延びる。図8および図9に示す例では、第2端縁153と第2端縁154とは互いに直交する。また、第2端縁153は、第1端縁151に直交し、第2端縁154は、第1端縁152に直交する。この例とは異なり、各第2端縁153は、各第1端縁151に対して傾斜していてもよいし、各第2端縁154は、各第1端縁152に対して傾斜していてもよい。
 図8および図9に示すように、配線層14は、複数の切り欠き161、複数のスリット162および端縁部163を有する。
 複数の切り欠き161は、複数の第1端縁151,152によって区画される矩形状の配線層14の四隅に配置される。各切り欠き161は、平面視においてL字状であり、上記一対の第2端縁153,154を有する。一対の第2端縁153,154は、切り欠き161によって形成される。
 端縁部163は、平面視における配線層14のうち、主面電極21の一部(後述の複数の貫通部212)と各第1端縁151,152との間に位置する部位である。端縁部163は、外縁15に沿って配置される。
 複数のスリット162は、配線層14(少なくとも第2層142)が形成されない部位である。複数のスリット162はそれぞれ、端縁部163に適宜配置される。図9に示す例では、複数のスリット162は、各第1端縁151に沿って配列されたもの、各第1端縁152に沿って配列されたもの、および、第2端縁153に沿って配列されたものを含む。また、図9に示す例では、各第1端縁151,152および各第2端縁153に沿って、複数のスリット162が2列に配列されている。複数のスリット162の列数は、外縁22と開口部171(後述の貫通部212)との距離d163(図9参照)に応じて適宜変更される。図9に示す例では、複数のスリット162は、マトリクス状に配置されているが、千鳥格子状に配置されていてもよい。各スリット162の平面視形状は、何ら限定されないが、図示された例では帯状である。各スリット162の平面視形状は、帯状ではなく、円状、多角形状、楕円状などであってもよい。各スリット162の平面視寸法は、何ら限定されないが、帯状の各スリット162において、長手方向の寸法は0.5μm以上10μm以下(たとえば4.8μm)であり、各スリット162の短手方向の寸法は、0.5μm以上10μm以下(たとえば1.2μm)である。複数のスリット162の各間隔d11(図9参照)は、たとえば0.5μm以上3.0μm以下である。複数のスリット162の列の間隔d12(図9参照)は、たとえば0.5μm以上3.0μm以下である。また、複数のスリット162のうちの一対の第1端縁151,152に沿ってそれぞれ配置されたものと、一対の第1端縁151,152の各々との距離d162(図9参照)は、たとえば0.1μm以上2.0μm以下である。
 絶縁膜17は、層間絶縁層13に積層されている。絶縁膜17は、電気絶縁性を有しており、たとえばパッシベーション膜である。絶縁膜17は、たとえば窒化ケイ素を含む。この構成と異なり、絶縁膜17は、層間絶縁層13に積層された酸化ケイ素膜と、当該酸化ケイ素膜に積層された窒化ケイ素膜とにより構成されてもよい。図13に示すように、絶縁膜17には、厚さ方向zに貫通する複数の開口部171が設けられている。複数の開口部171は、平面視において、互いに離れて配置される。各開口部171は、複数の開口部135の各々に通じており、各開口部171および各開口部135から配線層14の一部が露出する。平面視において、配線層14の四隅付近の複数の開口部171は、図9に示すように、L字状に配列されている。
 主面電極21は、配線層14上に形成されている。主面電極21は、金属材料により構成され、たとえば銅を含む。主面電極21は、第1部21Aおよび第2部21Bを含む。第1部21Aおよび第2部21Bは、互いに離間する。第1部21Aは、平面視において、スイッチング回路30に重なり、下地層23および配線層14を介して、スイッチング回路30に導通する。第2部21Bは、第2部21Bは、平面視において、制御回路40に重なり、下地層23および配線層14を介して、制御回路40に導通する。
 主面電極21(第1部21Aおよび第2部21Bの各々)は、図12および図13に示すように、主部211および複数の貫通部212を含む。
 主部211は、絶縁膜17上に形成される。主部211の厚さ(厚さ方向zの寸法)は、何ら限定されないが、たとえば第1層141および第2層142の各厚さに対して100%以上2000%以下である。第1層141および第2層142の各厚さが0.1μm以上4.0μm以下である例において、主部211の厚さ(厚さ方向zの寸法)は、たとえば4.0μm以上20.0μm以下である。
 複数の貫通部212はそれぞれ、主部211に繋がる。複数の貫通部212は、主部211と一体的に形成されている。複数の貫通部212はそれぞれ、複数の開口部171のそれぞれに充填される。複数の貫通部212は、絶縁膜17に埋め込まれ、絶縁膜17を厚さ方向zに貫通する。各貫通部212は、下地層23を介して、各開口部171において露出する配線層14に繋がる。各貫通部212は、主部211と配線層14とを電気的に接続する。
 図8に示すように、平面視における主面電極21(図示された例では第1部21A)の外縁22は、たとえば八角形である。なお、外縁22の平面視形状は、八角形に限定されない。図8に示すように、外縁22は、平面視において、配線層14の外縁15を包囲する。外縁22は、主部211の平面視における周縁に対応する。図8および図9に示すように、外縁22は、複数の側方端221,222および複数のコーナー部223を有する。
 複数の側方端221,222は、各コーナー部223を介して互いに繋がる。一対の側方端221は、第1方向xに沿って延び、かつ第2方向yに離間する。一対の側方端222は、第2方向yに沿って延び、かつ第1方向xに離間する。
 複数のコーナー部223は、複数の側方端221,222によって区画される主面電極21を平面視矩形と見たときの四隅に配置される。複数のコーナー部223はそれぞれ、一対の側方端221のいずれかと、一対の側方端222のいずれかとに繋がる。各コーナー部223は、平面視において直線状であり、当該コーナー部223に繋がる2つの側方端221,222に対して傾斜する。
 図8および図9に示すように、半導体素子A1では、配線層14の外縁15と、主面電極21の外縁22とが、次に示す関係となるように構成される。
 第1に、第1端縁151と側方端221とが略平行する。たとえば、平面視において、第1端縁151から外縁22(側方端221)までの、当該第1端縁151の垂直方向(図9において第2方向y)に沿う距離d151(図9参照)、つまり、第1端縁151と側方端221との間隔は、5.0μm以上20μm以下である。同様に、第1端縁152と側方端222とが平行(あるいは略平行)である。たとえば、平面視において、第1端縁152から外縁22(側方端222)までの、当該第1端縁152の垂直方向(図9において第1方向x)に沿う距離d152(図9参照)、つまり、第1端縁152と側方端222との間隔は、5.0μm以上20μm以下である。本実施形態では、距離d151と距離d152とは、同じ(あるいは略同じ)であるが、異なってもよい。
 第2に、第2端縁153は、第2端縁153から外縁22(コーナー部223)までの第2端縁153の垂直方向(図9に示す例では第1方向x)に沿う距離d153(図9参照)が、距離d151よりも大きい部分を含む。図9に示す例では第2端縁153上のどの位置においても、距離d153は、距離d151よりも大きい。同様に、第2端縁154は、第2端縁154から外縁22(コーナー部223)までの第2端縁154の垂直方向(図9に示す例では第2方向y)に沿う距離d154(図9参照)が、距離d152よりも大きい部分を含む。図9に示す例では、第2端縁154上のどの位置においても距離d154は、距離d152よりも大きい。以下において、これらの関係を、「第2の関係」ということがある。
 下地層23は、図12および図13に示すように、主面電極21の下方に配置され、主面電極21に接する。下地層23は、たとえばチタン(Ti)を含む。
 裏面電極24は、図6、図7、図12および図13に示すように、素子本体10の裏面10bに設けられている。裏面電極24は、裏面10bの全体に設けられている。裏面電極24は、半導体基板11を介して半導体層12(エピタキシャル層121)に導通する。裏面電極24の材料および構成は、何ら限定されないが、たとえば半導体基板11に接する銀(Ag)を含んだ層と、当該Ag層に積層された金(Au)を含んだ層とを含む。図6および図7に示すように、裏面電極24は、導電性接合材29を介して、第1リード51に接合される。導電性接合材29の材料は、何ら限定されないが、たとえば、はんだ、銀ペースト、または、焼結銀などのいずれかである。
 複数のパッド部25はそれぞれ、主面電極21の主部211上に形成されている。複数のパッド部25は、第1部21A上に形成されたものと、第2部21B上に形成されたものとを含む。各パッド部25は、主面電極21に対して、各第1接続部材61および各第2接続部材62の接合を良好にするために形成される。図示された例とは異なり、半導体素子A1は、複数のパッド部25のいずれも備えず、主面電極21に各第1接続部材61および第2接続部材62が直接接合されてもよい。各パッド部25の構成および材料は、何ら限定されないが、たとえば、主面電極21に接する側から順に、ニッケル(Ni)層、パラジウム(Pd)層およびAu層が積層されている。
 表面保護膜26は、図12および図13に示すように、絶縁膜17の表面を覆っている。表面保護膜26は、主面電極21の主部211の側面を覆っている。表面保護膜26は、電気絶縁性を有する。表面保護膜26は、たとえばポリイミドを含む。
 第1リード51および複数の第2リード52はそれぞれ、たとえばCu、Ni、鉄(Fe)等から選択される金属およびこれらの合金からなる。第1リード51および複数の第2リード52はそれぞれ、Ag、Ni、Pd、Au等から選択される金属からなるめっき層を、適所に形成されていてもよい。第1リード51および複数の第2リード52の各厚さは、何ら限定されず、たとえば0.12mm以上0.2mm以下である。
 第1リード51は、半導体素子A1を支持する。第1リード51は、導電性接合材29を介して、半導体素子A1の裏面電極24に導通する。図2、図6および図7に示すように、第1リード51は、ダイパッド部511および2つの延出部512を有する。
 ダイパッド部511は、半導体素子A1を支持する部位である。ダイパッド部511の形状は、何ら限定されず、図2に示す例では、平面視において矩形状である。図6および図7に示すように、ダイパッド部511は、ダイパッド主面511aおよびダイパッド裏面511bを有する。ダイパッド主面511aは、厚さ方向zの一方を向く面である。ダイパッド裏面511bは、厚さ方向zにおいてダイパッド裏面511bとは反対側を向く面である。図示された例においては、ダイパッド主面511aおよびダイパッド裏面511bは、平面である。ダイパッド主面511aには、半導体素子A1が接合される。ダイパッド裏面511bは、図3、図6および図7に示すように、封止樹脂7(後述の樹脂裏面72)から露出する。
 2つの延出部512は、図2および図6に示すように、ダイパッド部511から第1方向xに両側に延出する。図6に示す例では、延出部512は、ダイパッド部511から第1方向xに沿って延びる部位、当該部位に対して厚さ方向zにおいてダイパッド主面511aが向く側に傾斜して延びる部位、および当該部位から第1方向xに沿って延びる部位、を有しており、全体として屈曲した形状である。
 複数の第2リード52はそれぞれ、図2に示すように、第1リード51から離れている。複数の第2リード52はそれぞれ、スイッチング回路30に導通するものと、制御回路40に導通するものとを含む。複数の第2リード52は、第1リード51の周囲に配置され、図示された例では、第1リード51に対して、第2方向yの一方側に配置されたものと、第2方向yの他方側に配置されたものとがある。複数の第2リード52は、第2方向yの一方側および第2方向yの他方側のそれぞれにおいて、第1方向xに互いに離間する。図2および図6に示すように、複数の第2リード52はそれぞれ、パッド部521および端子部522を有する。
 パッド部521は、複数の第1接続部材61、複数の第2接続部材62および複数の第3接続部材63のいずれかが接続される。図7に示す例では、パッド部521は、厚さ方向zにおいてダイパッド部511よりもダイパッド主面511aが向く側に位置する。
 端子部522は、パッド部521から第2方向yの外方に延びる。端子部522は、平面視において、帯状である。図7に示すように、端子部522は、第1方向xに沿って見て、ガルウィング状に屈曲する。図7に示すように、端子部522は、先端部分(第2方向yにおいてダイパッド部511に遠い側の端部)が厚さ方向zにおいてダイパッド部511と同じ(あるいは略同じ)位置にある。
 複数の第2リード52の各端子部522は、半導体装置B1の外部端子として用いられる。外部端子には、制御信号の入力端子、接地端子、負荷に接続される出力端子、電源端子、ノンコネクト端子、自己診断出力端子などがある。
 複数の第1接続部材61、複数の第2接続部材62および複数の第3接続部材63はそれぞれ、互いに離間する部位間を導通させる。複数の第1接続部材61、複数の第2接続部材62および複数の第3接続部材63はそれぞれ、たとえばボンディングワイヤである。複数の第1接続部材61、複数の第2接続部材62および複数の第3接続部材63はそれぞれ、ボンディングワイヤではなく、板状の金属部材であってもよい。複数の第1接続部材61、複数の第2接続部材62および複数の第3接続部材63はそれぞれ、たとえばAu、Cu、Al等から選択される金属を含む。
 複数の第1接続部材61はそれぞれ、半導体素子A1の第1部21A上に形成された複数のパッド部25のいずれかと、複数の第2リード52のパッド部521のいずれかとに接合される。複数の第1接続部材61はそれぞれ、主面電極21(第1部21A)と各第2リード52とを導通させる。
 複数の第2接続部材62はそれぞれ、半導体素子A1の第2部21B上に形成された複数のパッド部25のいずれかと、複数の第2リード52のパッド部521のいずれかとに接合される。複数の第2接続部材62はそれぞれ、主面電極21(第2部21B)と各第2リード52とを導通させる。
 複数の第3接続部材63はそれぞれ、ダイパッド部511と、複数の第2リード52のパッド部521のいずれかとに接合される。複数の第3接続部材63はそれぞれ、裏面電極24と各第2リード52とを導通させる。
 封止樹脂7は、第1リード51および複数の第2リード52の一部ずつと、半導体素子A1、複数の第1接続部材61、複数の第2接続部材62および複数の第3接続部材63と、を覆う。封止樹脂7は、絶縁性の樹脂により構成され、たとえばフィラーが混入されたエポキシ樹脂を含む。封止樹脂7は、樹脂主面71、樹脂裏面72、2つの樹脂側面73および2つの樹脂側面74を有する。
 樹脂主面71は、厚さ方向zにおいてダイパッド主面511aと同じ側を向く。樹脂主面71は、たとえば平面である。樹脂裏面72は、厚さ方向zにおいて樹脂主面71と反対側(ダイパッド裏面511bと同じ側)を向く。樹脂裏面72は、たとえば平面である。樹脂裏面72からは、ダイパッド裏面511bが露出する。
 2つの樹脂側面73は、厚さ方向zにおいて樹脂主面71および樹脂裏面72との間に位置し、図2~図4に示すように第1方向xに離間する。2つの樹脂側面73のそれぞれから、各延出部512が露出する。2つの樹脂側面74は、厚さ方向zにおいて樹脂主面71と樹脂裏面72との間に位置し、図2、図3および図5に示すように、第2方向yに離間する。2つの樹脂側面74のいずれかから複数の第2リード52がそれぞれ突き出る。
 半導体素子A1および半導体装置B1の作用効果は、次の通りである。
 半導体素子A1は、素子本体10の主面10a上に形成された配線層14と、配線層14上に形成された主面電極21とを備える。このような構成において、半導体素子A1の温度が上昇すると、主面電極21の熱膨張によって、絶縁膜17を介して、配線層14に応力(熱応力)が加わる。半導体素子A1と異なる構成であって、平面視における配線層14の外縁15のうち、一対の第1端縁151,152に繋がる部分が、図9に示す仮想端縁150である構成では、配線層14に加わる熱応力によって、配線層14の四隅近辺が押しつぶされるように変形することがある。なお、当該仮想端縁150は、当該仮想端縁150から外縁22(コーナー部223)までの仮想端縁150の垂直方向に沿う距離が、図9に示す距離d151,d152と同じ(あるいは略同じ)である。このような配線層14の変形は、配線層14に断線が生じる要因であり、また、半導体素子A1の温度が低下し通常の温度に戻った場合、配線層14と絶縁膜17との間に空隙が生じる要因であった。つまり、配線層14の変形によって、半導体素子の信頼性が低下する。そこで、半導体素子A1では、配線層14の外縁15は、一対の第1端縁151,152に繋がる一対の第2端縁153,154を含んでいる。そして、一対の第2端縁153,154はそれぞれ、平面視において、主面電極21の外縁22(コーナー部223)までの当該第2端縁153,154の垂直方向に沿う距離d153,d154が、一対の第1端縁151,152のそれぞれから主面電極21の外縁22までの当該第1端縁151,152の垂直方向に沿う距離d151,d152よりも大きい部分を含んでいる。つまり、半導体素子A1は、配線層14と主面電極21とが上記第2の関係を満たすように構成されている。これにより、半導体素子A1は、一対の第1端縁151,152に繋がる部分が図9の仮想端縁150である構成と比較して、平面視における配線層14の四隅において、配線層14が一様に配置された部分の面積が小さくなる。したがって、主面電極21の熱膨張によって、配線層14に加わる熱応力を抑制して、配線層14の断線および配線層14と絶縁膜17との間の空隙の発生を抑制できる。つまり、半導体素子A1は、温度変化に対する信頼性を向上させることができる。
 半導体素子A1では、主面電極21は銅を含み、配線層14はアルミニウムを含む。このような構成では、主面電極21および配線層14の熱膨張係数の違いによって、主面電極21の熱膨張による配線層14への熱応力が加わりやすくなる。したがって、半導体素子A1のように、上記第2の関係を満たすように配線層14と主面電極21とを構成することは、半導体素子A1の温度変化に対する信頼性を向上させる上で、好ましい。
 半導体素子A1では、主面電極21の主部211の厚さ(厚さ方向zの寸法)は、配線層14の第1層141および第2層142の各厚さ(厚さ方向zの寸法)に対して、100%以上2000%以下である。主面電極21は、その大きさが大きい程、スイッチング回路30のオン抵抗を低下させることができるが、一方で、主面電極21の熱膨張による配線層14への熱応力が大きくなる。そこで、主部211の厚さを、第1層141および第2層142の各厚さの100%以上2000%以下とし、且つ、上記第2の関係を満たすように配線層14と主面電極21とを構成することで、半導体素子A1は、スイッチング回路30のオン抵抗の低減を図りつつ、温度変化に対する信頼性を向上させることができる。
 半導体素子A1では、配線層14は、一対の第2端縁153,154を有する切り欠き161を含む。切り欠き161は、平面視においてL字状である。また、半導体素子A1では、複数の開口部171が配線層14の四隅でL字状に配置されている。この構成によれば、複数の開口部171の配置に沿って、切り欠き161が形成される。つまり、一対の第2端縁153,154は、複数の開口部171のL字状の配置に沿うように、形成される。これにより、平面視における主面電極21の四隅付近の配線層14の面積を縮小できるので、主面電極21の熱膨張による配線層14に加わる熱応力を抑制できる。つまり、主面電極21の四隅付近で複数の開口部171がL字状に配置された構成に対して、切り欠き161を平面視においてL字状に形成することは、半導体素子A1の温度変化に対する信頼性を向上させる上で好ましい。
 半導体素子A1では、配線層14は、端縁部163に1つ以上のスリット162が形成されている。半導体素子A1の製造時における加工限界によって、配線層14に端縁部163が形成されうる。端縁部163は、配線層14が一様に配置されており、端縁部163においても、主面電極21の熱膨張による熱応力が加わり、配線層14は、平面視における四隅以外でも変形する虞があった。これに対して、半導体素子A1では、1つ以上のスリット162を設けることで、各スリット162(当該スリット162に充填される絶縁膜17)により配線層14が拘束され、配線層14の変形を抑制することができる。つまり、半導体素子A1は、配線層14の四隅だけなく、配線層14の周縁全体にわたって、配線層14の変形を抑制できるので、温度変化に対する信頼性をさらに向上させることができる。
 半導体装置B1は、半導体素子A1を備える。半導体装置B1は、その使用環境に応じて、温度変化が頻繁になる。たとえば、自動車などの回路基板に実装される場合、寒冷地から高温多湿地帯まであらゆる気候条件下で走行する可能性があり、また、エンジンルーム内に搭載されると、環境および走行パターンからくる温度変化に常にさらされる。半導体装置B1は、上述の通り半導体素子A1が温度変化に対する信頼性を向上できるので、温度変化に対する信頼性が向上される。したがって、半導体装置B1は、温度変化が頻繁に生じる環境においても利用可能となるので、使用用途が幅広い。
 上記実施形態では、平面視における配線層14の四隅に形成された切り欠き161がL字状である例を示したが、切り欠き161の平面視形状は、上記第2の関係を満たせば、何ら限定されない。たとえば、図15に示す形状の切り欠き161を設け、配線層14の外縁15において、一対の第1端縁151,152に繋がる第2端縁155は、直線上ではなく、湾曲していてもよい。
 本開示にかかる半導体素子および半導体装置は、上記した実施形態に限定されるものではない。本開示の半導体素子および半導体装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば、本開示は、以下の付記に記載された実施形態を含む。
 付記1.
 厚さ方向の一方を向く主面を有する素子本体と、
 前記主面上に形成され、前記素子本体に導通する配線層と、
 前記配線層上に形成され、前記配線層に導通する主面電極と、
を備え、
 前記主面電極は、前記厚さ方向に見た外縁がコーナー部を有し、
 前記配線層は、前記厚さ方向に見て、前記主面電極の外縁に沿って延びる第1端縁、および、前記第1端縁に繋がり、且つ前記厚さ方向に見て前記コーナー部に対向する第2端縁を有しており、
 前記第2端縁は、前記厚さ方向に見て、前記主面電極の外縁までの前記第2端縁の垂直方向に沿う距離が、前記第1端縁から前記主面電極の外縁までの前記第1端縁の垂直方向に沿う距離よりも大きい部分を含む、半導体素子。
 付記2.
 前記主面電極の外縁は、前記コーナー部に繋がり、且つ前記第1端縁に平行する側方端を有し、
 前記コーナー部は、前記厚さ方向に見て直線状であり、且つ前記厚さ方向に見て前記側方端に対して傾斜する、付記1に記載の半導体素子。
 付記3.
 前記主面電極は、前記厚さ方向に見て、八角形である、付記2に記載の半導体素子。
 付記4.
 前記主面電極は、前記コーナー部および前記側方端を有し、前記厚さ方向に見て前記配線層に重なる主部を含む、付記2または付記3に記載の半導体素子。
 付記5.
 前記厚さ方向において前記主部と前記配線層との間に介在する絶縁膜をさらに備える、付記4に記載の半導体素子。
 付記6.
 前記主面電極は、前記絶縁膜を貫通し、前記主部と前記配線層とを導通させる複数の貫通部を含む、付記5に記載の半導体素子。
 付記7.
 前記配線層は、前記厚さ方向に見て、前記複数の貫通部と前記第1端縁との間に位置する端縁部を含み、
 前記端縁部には、少なくとも1つのスリットが形成されている、付記6に記載の半導体素子。
 付記8.
 前記端縁部には、複数のスリットが形成されており、
 前記複数のスリットは、前記第1端縁に沿って配列されている、付記7に記載の半導体素子。
 付記9.
 前記配線層は、前記第2端縁を有するL字状の切り欠きを含む、付記1ないし付記8のいずれかに記載の半導体素子。
 付記10.
 前記配線層は、前記厚さ方向に離間して積層された第1層および第2層と、前記第1層および前記第2層間を電気的に接続する複数のビアを含む、付記1ないし付記9のいずれかに記載の半導体素子。
 付記11.
 前記第1層および前記第2層間に配置される層間絶縁層をさらに備え、
 前記複数のビアは、前記層間絶縁層を前記厚さ方向に貫通する、付記10に記載の半導体素子。
 付記12.
 前記配線層は、アルミニウムを含み、
 前記主面電極は、銅を含む、付記1ないし付記11のいずれかに記載の半導体素子。
 付記13.
 前記素子本体は、スイッチング回路および制御回路を含む、付記1ないし付記12のいずれかに記載の半導体素子。
 付記14.
 前記主面電極は、分離して配置された第1部および第2部を含み、
 前記第1部は、前記厚さ方向に見て前記スイッチング回路に重なり、
 前記第2部は、前記厚さ方向に見て前記制御回路に重なる、付記13に記載の半導体素子。
 付記15.
 前記素子本体は、前記主面とは反対側を向く裏面を有し、
 前記裏面に設けられ、且つ前記スイッチング回路に導通する裏面電極をさらに備える、付記13または付記14に記載の半導体素子。
 付記16.
 前記素子本体は、ケイ素を含む、付記1ないし付記15のいずれかに記載の半導体素子。
 付記17.
 付記1ないし付記16のいずれかに記載の半導体素子と、
 前記半導体素子が搭載されたダイパッド部と、
 前記ダイパッド部の少なくとも一部および前記半導体素子を覆う封止樹脂と、
 前記封止樹脂から突き出し、前記半導体素子に導通する端子部と、を備える半導体装置。
A1:半導体素子   B1:半導体装置
10:素子本体   10a:主面
10b:裏面   11:半導体基板
12:半導体層   121:エピタキシャル層
13:層間絶縁層   131:第1膜
132:第2膜   133:第3膜
134:第4膜   135:開口部
14:配線層   141:第1層
142:第2層   143:第1ビア
144:第2ビア   15:外縁
150:仮想端縁   151,152:第1端縁
153,154,155:第2端縁   161:切り欠き
162:スリット   163:端縁部
17:絶縁膜   171:開口部
21:主面電極   21A:第1部
21B:第2部   211:主部
212:貫通部   22:外縁
221,222:側方端   223:コーナー部
23:下地層   24:裏面電極
25:パッド部   26:表面保護膜
29:導電性接合材   30:スイッチング回路
31:トレンチゲート構造   311:第1トレンチ
312:ゲート電極   313:埋込電極
361:第2トレンチ   362:絶縁体
32:ゲート絶縁膜   33:ボディ領域
34:ソース領域   35:ボディコンタクト領域
36:DTI構造   40:制御回路
51:第1リード   511:ダイパッド部
511a:ダイパッド主面   511b:ダイパッド裏面
512:延出部   52:第2リード
521:パッド部   522:端子部
61:第1接続部材   62:第2接続部材
63:第3接続部材   7:封止樹脂
71:樹脂主面   72:樹脂裏面
73:樹脂側面   74:樹脂側面

Claims (17)

  1.  厚さ方向の一方を向く主面を有する素子本体と、
     前記主面上に形成され、前記素子本体に導通する配線層と、
     前記配線層上に形成され、前記配線層に導通する主面電極と、
    を備え、
     前記主面電極は、前記厚さ方向に見た外縁がコーナー部を有し、
     前記配線層は、前記厚さ方向に見て、前記主面電極の外縁に沿って延びる第1端縁、および、前記第1端縁に繋がり、且つ前記厚さ方向に見て前記コーナー部に対向する第2端縁を有しており、
     前記第2端縁は、前記厚さ方向に見て、前記主面電極の外縁までの前記第2端縁の垂直方向に沿う距離が、前記第1端縁から前記主面電極の外縁までの前記第1端縁の垂直方向に沿う距離よりも大きい部分を含む、
    半導体素子。
  2.  前記主面電極の外縁は、前記コーナー部に繋がり、且つ前記第1端縁に平行する側方端を有し、
     前記コーナー部は、前記厚さ方向に見て直線状であり、且つ前記厚さ方向に見て前記側方端に対して傾斜する、
    請求項1に記載の半導体素子。
  3.  前記主面電極は、前記厚さ方向に見て、八角形である、
    請求項2に記載の半導体素子。
  4.  前記主面電極は、前記コーナー部および前記側方端を有し、前記厚さ方向に見て前記配線層に重なる主部を含む、
    請求項2または請求項3に記載の半導体素子。
  5.  前記厚さ方向において前記主部と前記配線層との間に介在する絶縁膜をさらに備える、
    請求項4に記載の半導体素子。
  6.  前記主面電極は、前記絶縁膜を貫通し、前記主部と前記配線層とを導通させる複数の貫通部を含む、
    請求項5に記載の半導体素子。
  7.  前記配線層は、前記厚さ方向に見て、前記複数の貫通部と前記第1端縁との間に位置する端縁部を含み、
     前記端縁部には、少なくとも1つのスリットが形成されている、
    請求項6に記載の半導体素子。
  8.  前記端縁部には、複数のスリットが形成されており、
     前記複数のスリットは、前記第1端縁に沿って配列されている、
    請求項7に記載の半導体素子。
  9.  前記配線層は、前記第2端縁を有するL字状の切り欠きを含む、
    請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の半導体素子。
  10.  前記配線層は、前記厚さ方向に離間して積層された第1層および第2層と、前記第1層および前記第2層間を電気的に接続する複数のビアを含む、
    請求項1ないし請求項9のいずれか一項に記載の半導体素子。
  11.  前記第1層および前記第2層間に配置される層間絶縁層をさらに備え、
     前記複数のビアは、前記層間絶縁層を前記厚さ方向に貫通する、
    請求項10に記載の半導体素子。
  12.  前記配線層は、アルミニウムを含み、
     前記主面電極は、銅を含む、
    請求項1ないし請求項11のいずれか一項に記載の半導体素子。
  13.  前記素子本体は、スイッチング回路および制御回路を含む、
    請求項1ないし請求項12のいずれか一項に記載の半導体素子。
  14.  前記主面電極は、分離して配置された第1部および第2部を含み、
     前記第1部は、前記厚さ方向に見て前記スイッチング回路に重なり、
     前記第2部は、前記厚さ方向に見て前記制御回路に重なる、
    請求項13に記載の半導体素子。
  15.  前記素子本体は、前記主面とは反対側を向く裏面を有し、
     前記裏面に設けられ、且つ前記スイッチング回路に導通する裏面電極をさらに備える、
    請求項13または請求項14に記載の半導体素子。
  16.  前記素子本体は、ケイ素を含む、
    請求項1ないし請求項15のいずれか一項に記載の半導体素子。
  17.  請求項1ないし請求項16のいずれか一項に記載の半導体素子と、
     前記半導体素子が搭載されたダイパッド部と、
     前記ダイパッド部の少なくとも一部および前記半導体素子を覆う封止樹脂と、
     前記封止樹脂から突き出し、前記半導体素子に導通する端子部と、
    を備える半導体装置。
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