JP2000183282A - Device and module of semiconductor - Google Patents

Device and module of semiconductor

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To aim at improvement in the reliability of a semiconductor device and a reduction in the impedance between chips in the device by a method, wherein the device is provided with a high breakdown voltage semiconductor element provided on a semiconductor substrate, the bonded terminal region of the semiconductor chip and an insulative frame provided on the outer periphery part of the substrate in such a way as to cover the bonded terminal region. SOLUTION: An insulative adhesion layer 32, such as a silicon layer, is formed in such a way as to cover a passivation film 9b', one end of an emitter electrode 7 and an electrode 10 and an insulative chip plate 31 is mounted on the outer periphery of a semiconductor chip 30 via the layer 32. As a result, the frame 31 covers the bonded terminal part of the chip 30. The frame 31 is further extended until the side surface part of the chip 30, in such a way as to cover the layer 32 and completely covers the bonded terminal part of the chip 30. Accordingly, the chip 30 is protected from creeping discharge in the bonded terminal part by the frame 31 consisting of an insulative resin, and a defective chip is extracted and be excepted in advance by a test of a high-voltage application.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及び半
導体モジュールに係わり、特に高耐圧の半導体装置及び
これを1又は複数個含む半導体モジュールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a semiconductor module, and more particularly to a semiconductor device having a high withstand voltage and a semiconductor module including one or more of these devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、絶縁ゲート型トランジスタ(IG
BT)、注入促進型ゲートトランジスタ(IEGT)な
どの定格電圧が大きい高耐圧半導体素子においては、一
般に定格電流も大きく、複数個の高耐圧半導体チップを
並列に搭載した半導体モジュールが使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, insulated gate type transistors (IG)
2. Description of the Related Art High-breakdown-voltage semiconductor elements having a large rated voltage, such as BT) and injection-promoting gate transistor (IEGT), generally have a large rated current and use a semiconductor module having a plurality of high-breakdown-voltage semiconductor chips mounted in parallel.

【0003】図26は、高耐圧半導体素子(IGBT)
を備えた従来の半導体チップの終端部構造を示す断面図
である。この図26に示すように、n- 型基板からなる
-型ベース層301の一方の面にはn型バッファ層3
02、及びp+ 型コレクタ層303が順次形成され、n
- 型ベース層301の他方の面にはp型ベース層304
が選択的に形成され、p型ベース層304中にはn+
ソース層305が選択的に形成されている。
FIG. 26 shows a high breakdown voltage semiconductor device (IGBT).
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a conventional terminal structure of a semiconductor chip provided with the above. As shown in FIG. 26, n-type buffer layer 3 is formed on one surface of n - type base layer 301 made of an n - type substrate.
02 and a p + -type collector layer 303 are sequentially formed.
The p-type base layer 304 is provided on the other surface of the
Are selectively formed, and an n + -type source layer 305 is selectively formed in the p-type base layer 304.

【0004】また、p+ 型コレクタ層303の表面には
コレクタ電極306が形成され、p型ベース層304と
+ 型ソース層305に跨ってエミッタ電極307が形
成されている。さらに、n+ 型ソース層305とn-
ベース層301との間のp型ベース層304の表面には
ゲート絶縁膜309aを介してゲート電極308が形成
されている。このゲート電極308上には絶縁膜309
bが形成され、さらにこの絶縁膜309b上に前述した
エミッタ電極307が形成された構造となっている。以
上のように、高耐圧半導体素子としてIGBTが半導体
基板(チップ)上に設けられている。
[0004] A collector electrode 306 is formed on the surface of the p + -type collector layer 303, and an emitter electrode 307 is formed over the p-type base layer 304 and the n + -type source layer 305. Further, a gate electrode 308 is formed on the surface of the p-type base layer 304 between the n + -type source layer 305 and the n -type base layer 301 via a gate insulating film 309a. An insulating film 309 is formed on the gate electrode 308.
b, and the above-described emitter electrode 307 is formed on the insulating film 309b. As described above, the IGBT is provided on the semiconductor substrate (chip) as a high breakdown voltage semiconductor element.

【0005】かかるIGBTが設けられた半導体チップ
の終端部表面には、絶縁膜(シリコン酸化膜等)あるい
は高抵抗膜(半絶縁性多結晶シリコン膜等)からなるパ
ッシベーション膜309b´が形成されている。パッシ
ベーション膜309b´の一方の端はp型ベース層30
4の終端部に接続され、他端は電極310を介してn+
型ストッパ層311に接続されて基板電位に保持され
る。電極310及びn+型ストッパ層311は終端部に
おける空乏層がチップ端まで延びることを防止する役割
を果たす。さらにまた、高耐圧構造を強化するため、パ
ッシベーション膜309b´が形成された半導体基板表
面に、リサーフ層やガードリング層など、電界緩和構造
が追加されることも多い。
A passivation film 309b 'made of an insulating film (such as a silicon oxide film) or a high-resistance film (such as a semi-insulating polycrystalline silicon film) is formed on the terminal surface of the semiconductor chip provided with such an IGBT. I have. One end of the passivation film 309b 'is a p-type base layer 30.
4 and the other end is connected to the n +
It is connected to the mold stopper layer 311 and is kept at the substrate potential. The electrode 310 and the n + type stopper layer 311 play a role in preventing the depletion layer at the terminal end from extending to the chip end. Furthermore, in order to strengthen the high withstand voltage structure, an electric field relaxation structure such as a RESURF layer or a guard ring layer is often added to the surface of the semiconductor substrate on which the passivation film 309b 'is formed.

【0006】次に、かかるIGBT等の高耐圧半導体素
子が設けられた半導体チップを搭載した半導体モジュー
ルについて説明する。図27は、従来の半導体モジュー
ルの構造を示す概略図である。図27(a)は半導体モ
ジュールの平面図、図27(b)は図27(a)の線分
A−A´における断面図である。
Next, a description will be given of a semiconductor module on which a semiconductor chip provided with a high breakdown voltage semiconductor element such as an IGBT is mounted. FIG. 27 is a schematic view showing the structure of a conventional semiconductor module. FIG. 27A is a plan view of the semiconductor module, and FIG. 27B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.

【0007】図27に示すように、図26で述べたIG
BT等の高耐圧半導体素子が設けられた半導体チップ3
30は複数個モジュール基板320上に並列接続して搭
載されている。この半導体チップ330の第1の主面上
に形成された第1の主電極(コレクタ電極。図26の3
06に相当。)は、モジュール基板320上の第1の配
線パターン321に半田付けされ、第2の主面上の第2
の主電極(エミッタ電極。図26の307に相当。)、
及び制御電極(ゲート電極。図26の308に相当。)
は、モジュール基板320上の第2及び第3の配線パタ
ーン322、323にそれぞれボンディングワイヤー3
24、325により接続される。第1、第2、及び第3
の配線パターン321、322、323には、それぞれ
コレクタ電極引き出し部326、エミッタ電極引き出し
部327、ゲート電極引き出し部328が設けられ、こ
れらの引き出し部により外部機器に対する電気的な接続
が行われる。
As shown in FIG. 27, the IG described in FIG.
Semiconductor chip 3 provided with a high breakdown voltage semiconductor element such as BT
A plurality 30 are mounted on the module substrate 320 in parallel connection. A first main electrode (collector electrode, 3 in FIG. 26) formed on the first main surface of the semiconductor chip 330.
Equivalent to 06. ) Is soldered to the first wiring pattern 321 on the module substrate 320 and the second wiring pattern 321 on the second main surface.
Main electrode (emitter electrode; equivalent to 307 in FIG. 26);
And a control electrode (gate electrode; equivalent to 308 in FIG. 26)
Are bonded to the second and third wiring patterns 322 and 323 on the module substrate 320, respectively.
24, 325. First, second and third
The wiring patterns 321, 322, and 323 are provided with a collector electrode lead-out part 326, an emitter electrode lead-out part 327, and a gate electrode lead-out part 328, respectively, and these lead-out parts electrically connect to an external device.

【0008】このような従来の半導体モジュールにおい
ては、複数個の半導体チップ330をモジュール基板3
20にマウント、ボンディングした後に、図示しないゲ
ル状のパッシベーション剤で全体を封印することによ
り、エミッタ電極307と電極310間、及び近接する
配線パターンやボンディングワイヤーとの間の沿面放電
に対する防止処置が施されてきた。
In such a conventional semiconductor module, a plurality of semiconductor chips 330 are
After mounting and bonding to 20, the entire surface is sealed with a gel-like passivating agent (not shown) to prevent creeping discharge between the emitter electrode 307 and the electrode 310 and between adjacent wiring patterns and bonding wires. It has been.

【0009】しかしながら、この方法では、並列接続さ
れた複数個の半導体チップ330の中に耐圧、最大遮断
電流などの点で1つでも不良チップがあると、モジュー
ル全体が不良モジュールとなってしまう。この段階で
は、不良チップの選別、リペアは極めて困難である。特
に、多数のチップを含む、定格電流の大きなモジュール
ほど、不良チップが混載される可能性が高くなってしま
うという問題があった。
However, according to this method, if any of the plurality of semiconductor chips 330 connected in parallel has a defective chip in terms of withstand voltage, maximum breaking current, and the like, the entire module becomes a defective module. At this stage, it is extremely difficult to select and repair defective chips. In particular, there is a problem that a module including a large number of chips and having a large rated current has a high possibility that a defective chip is mixedly mounted.

【0010】また、従来の半導体モジュールにおいて
は、コレクタ、エミッタ、ゲートの各配線パターン32
1、322、323が全てモジュール基板320に固定
されており、各配線パターンの絶縁距離確保のためにモ
ジュール基板320が大型化していた。このため、半導
体チップ330と配線パターン322、323とを接続
するボンディングワイヤー324、325の長さが長く
なり、そのインダクタンス成分が大きくなってしまうと
いう問題があった。
Further, in the conventional semiconductor module, the respective wiring patterns 32 of the collector, the emitter, and the gate are provided.
1, 322, and 323 are all fixed to the module substrate 320, and the size of the module substrate 320 is increased in order to secure the insulation distance of each wiring pattern. Therefore, there is a problem that the length of the bonding wires 324 and 325 connecting the semiconductor chip 330 and the wiring patterns 322 and 323 increases, and the inductance component increases.

【0011】一方、半導体チップに設けられたIGBT
等の高耐圧半導体素子については、以下に述べるような
問題があった。即ち、従来のIGBT等の高耐圧半導体
素子においては、大電流を流すことにより素子の温度が
上昇して例えば150℃といった高温に達した場合、こ
の温度上昇により素子が破壊してしまって動作しなくな
るという問題があった。
On the other hand, an IGBT provided on a semiconductor chip
And the like have the following problems. That is, in a conventional high-breakdown-voltage semiconductor device such as an IGBT, when a large current causes the temperature of the device to rise and reach a high temperature of, for example, 150 ° C., the device breaks down due to the temperature rise and operates. There was a problem of disappearing.

【0012】この問題を解決するため、従来、かかる温
度上昇を検知し検知結果を素子にフィードバックする方
法が知られていた。この方法によれば、素子温度が高温
に達した場合に、温度上昇の検知結果を素子にフィード
バックして素子のスイッチを制御することにより、高耐
圧半導体素子の保護を行うことができる。
In order to solve this problem, conventionally, there has been known a method of detecting such a temperature rise and feeding back the detection result to an element. According to this method, when the element temperature reaches a high temperature, the detection result of the temperature rise is fed back to the element to control the switch of the element, whereby the high breakdown voltage semiconductor element can be protected.

【0013】かかる従来の方法では、高耐圧半導体素子
の外部に素子温度をモニターしてフィードバックを行う
保護回路を別に設ける必要がある。この保護回路は、素
子温度を測定するために常に電流を流し、この電流によ
って生ずる電圧値、即ち素子温度をモニターする温度検
知回路と、素子温度が上昇した場合に素子のスイッチを
制御して素子を保護すべく素子に対してフィードバック
信号を送るフィードバック回路とからなる。
In such a conventional method, it is necessary to separately provide a protection circuit for monitoring the element temperature and providing feedback outside the high voltage semiconductor element. This protection circuit constantly supplies a current to measure the element temperature, and monitors a voltage value generated by the current, that is, a temperature detection circuit that monitors the element temperature, and controls an element switch when the element temperature rises, thereby controlling the element switch. And a feedback circuit for sending a feedback signal to the element in order to protect the device.

【0014】図24は、かかる従来の保護回路中の温度
検知回路において用いられる素子構造を示す断面図であ
る。図24に示すように、IGBT等の高耐圧半導体素
子が形成されている半導体基板241上に絶縁膜242
を介してポリシリコン等の堆積膜が形成されており、こ
の堆積膜に複数のダイオードがお互いに直列に配置する
ように形成されている。243はp型のアノード領域、
244はn型のカソード領域であり、これらの領域がお
互いに交互に配列されている。さらに、p型のアノード
領域243上にはアノード電極245aが形成されてお
り、n型のカソード領域とp型のアノード領域との間に
は、アノード電極245aに近い側から順に接続電極2
45b、245c、245dが形成されており、n型の
カソード領域244上にはカソード電極245eが形成
されている。アノード電極245aとカソード電極24
5eとは定電流源(外部直流電源)246を介してお互
いに電気的に接続されており、アノード電極245aと
カソード電極245e間に常時一定の直流電流が流れて
いる。アノード電極245aとカソード電極245e間
の電圧値はモニターされ、その電圧値に応じて素子保護
のためのフィードバックが行われるようになっている。
FIG. 24 is a sectional view showing an element structure used in a temperature detection circuit in such a conventional protection circuit. As shown in FIG. 24, an insulating film 242 is formed on a semiconductor substrate 241 on which a high breakdown voltage semiconductor element such as an IGBT is formed.
, A deposited film of polysilicon or the like is formed, and a plurality of diodes are formed on the deposited film so as to be arranged in series with each other. 243 is a p-type anode region,
Reference numeral 244 denotes an n-type cathode region, and these regions are alternately arranged. Further, an anode electrode 245a is formed on the p-type anode region 243, and a connection electrode 2 is provided between the n-type cathode region and the p-type anode region in order from the side closer to the anode electrode 245a.
45b, 245c, and 245d are formed, and a cathode electrode 245e is formed on the n-type cathode region 244. Anode electrode 245a and cathode electrode 24
5e is electrically connected to each other via a constant current source (external DC power supply) 246, and a constant DC current always flows between the anode electrode 245a and the cathode electrode 245e. The voltage value between the anode electrode 245a and the cathode electrode 245e is monitored, and feedback for element protection is performed according to the voltage value.

【0015】かかるダイオードを用いた高耐圧半導体素
子へのフィードバックは次のようにして行われる。図2
5はダイオードのオン電流−電圧特性を示す特性図であ
り、この図に示すようにダイオードの温度が上昇(例え
ば、25℃から125℃へ上昇)すると、一定の電流が
ダイオードに流れている場合、ダイオードに現れる電圧
値は減少するようになる。したがって、高耐圧半導体素
子の素子温度が急上昇した場合、隣接して設けられてい
るダイオードの素子温度も上昇し、ダイオードに現れる
電圧値は減少する。この電圧値をモニターすることによ
り素子温度を検知し、その検知結果に応じて素子保護の
ためのフィードバックを行い素子のスイッチを制御する
ことにより、高耐圧半導体素子の保護を行うことができ
る。
The feedback to the high breakdown voltage semiconductor device using such a diode is performed as follows. FIG.
5 is a characteristic diagram showing the on-current-voltage characteristic of the diode. When the temperature of the diode rises (for example, from 25 ° C. to 125 ° C.) as shown in FIG. , The voltage value appearing at the diode decreases. Therefore, when the element temperature of the high breakdown voltage semiconductor element rises rapidly, the element temperature of the diode provided adjacently also rises, and the voltage value appearing at the diode decreases. The element temperature is detected by monitoring this voltage value, and feedback for element protection is performed in accordance with the detection result to control the switch of the element, whereby the high breakdown voltage semiconductor element can be protected.

【0016】しかしながら、保護回路は高耐圧半導体素
子の外部に設けられており、かかる外部回路からの制御
を用いているために、素子の温度上昇に迅速かつ正確に
対応することが難しくタイムラグが存在していた。した
がって、素子温度の瞬間的な上昇等に対応することが不
可能であり、素子の保護を十分に行うことができなかっ
た。また、一定の電流が常時ダイオードに流れているた
めに、消費電力が増加するという問題もあった。
However, since the protection circuit is provided outside the high-breakdown-voltage semiconductor element and uses control from such an external circuit, it is difficult to quickly and accurately cope with the temperature rise of the element, and there is a time lag. Was. Therefore, it is impossible to cope with an instantaneous rise in element temperature or the like, and the element cannot be sufficiently protected. In addition, there is also a problem that power consumption increases because a constant current always flows through the diode.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
高耐圧の半導体装置及び半導体モジュールでは、不良チ
ップが混載される可能性があり、モジュールの製造歩留
まり及び信頼性を低下させるという問題があった。さら
に、モジュールの小型化及びチップ間配線の低インダク
タンス化も困難であった。
As described above, in the conventional semiconductor device and semiconductor module with a high breakdown voltage, there is a possibility that a defective chip may be mixed, and the production yield and the reliability of the module are reduced. there were. Further, it has been difficult to reduce the size of the module and reduce the inductance of the wiring between chips.

【0018】また、従来の高耐圧の半導体装置において
は、素子温度が高温に達した場合の素子破壊を防止する
ために、高耐圧半導体素子の外部に保護回路が設けられ
ていたが、素子温度の急上昇に対応することは不可能で
あり、素子の保護を十分に行うことができなかった。
In a conventional high breakdown voltage semiconductor device, a protection circuit is provided outside the high breakdown voltage semiconductor element in order to prevent the element from being destroyed when the element temperature reaches a high temperature. It was impossible to cope with the rapid rise of the temperature, and the element could not be sufficiently protected.

【0019】このように、従来の高耐圧の半導体装置及
び半導体モジュールには、信頼性、性能等といった点に
おいて解決すべき問題があった。本発明は、かかる実情
に鑑みてなされたものであり、信頼性、性能等の点で優
れた半導体装置及び半導体モジュールを提供することを
目的とするものである。
As described above, the conventional high breakdown voltage semiconductor device and semiconductor module have problems to be solved in terms of reliability, performance, and the like. The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide a semiconductor device and a semiconductor module which are excellent in reliability, performance, and the like.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】前述した問題を解決する
ため、本発明の第1は、半導体基板に設けられた高耐圧
半導体素子及び接合終端領域と、該接合終端領域を覆っ
て前記半導体基板の外周部に設けられた絶縁性フレーム
とを具備することを特徴とする半導体装置を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention is to provide a high-breakdown-voltage semiconductor element and a junction termination region provided on a semiconductor substrate, and the semiconductor substrate covering the junction termination region. And an insulating frame provided on an outer peripheral portion of the semiconductor device.

【0021】また、本発明の第2は、半導体基板に設け
られた高耐圧半導体素子及び接合終端領域と、該接合終
端領域及び前記半導体基板の外周端部を覆って設けられ
た絶縁性フレームとを具備することを特徴とする半導体
装置を提供する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a high-breakdown-voltage semiconductor element and a junction termination region provided on a semiconductor substrate, and an insulating frame provided to cover the junction termination region and an outer peripheral end of the semiconductor substrate. And a semiconductor device comprising:

【0022】かかる本発明の第1及び第2において、以
下の構成を備えることが望ましい。 (1)前記半導体基板と前記絶縁性フレームとの間には
前記半導体基板の表面を覆って絶縁性若しくは半絶縁性
の第1の膜が形成されており、この第1の膜には開口部
が設けられて、該開口部底部から前記第1の膜上にかけ
て前記高耐圧半導体素子の電極及び前記接合終端領域の
電極が形成されていること。
In the first and second aspects of the present invention, it is desirable to provide the following configuration. (1) An insulating or semi-insulating first film is formed between the semiconductor substrate and the insulating frame so as to cover a surface of the semiconductor substrate, and an opening is formed in the first film. And an electrode of the high breakdown voltage semiconductor element and an electrode of the junction termination region are formed from the bottom of the opening to the first film.

【0023】(2)前記第1の膜と前記絶縁性フレーム
との間には絶縁性の第2の膜が形成されていること。 (3)前記第2の膜は前記半導体基板の外周端部を覆っ
て形成されていること。
(2) An insulating second film is formed between the first film and the insulating frame. (3) The second film is formed so as to cover an outer peripheral end of the semiconductor substrate.

【0024】(4)前記第2の膜は、前記第1の膜、前
記高耐圧半導体素子の電極、及び前記接合終端領域の電
極を覆って形成されており、その上面が平坦に形成され
ていること。
(4) The second film is formed so as to cover the first film, the electrode of the high-breakdown-voltage semiconductor element, and the electrode in the junction termination region, and has a flat upper surface. That you are.

【0025】(5)前記絶縁性フレームは樹脂からなる
こと。 (6)前記樹脂はシリコーン、ポリエーテルイミドから
選ばれる樹脂であること。
(5) The insulating frame is made of resin. (6) The resin is a resin selected from silicone and polyetherimide.

【0026】また、本発明の第3は、配線基板と、この
配線基板上に設けられた半導体装置とを備え、該半導体
装置は、半導体基板に設けられた高耐圧半導体素子及び
接合終端領域と、該接合終端領域を覆って前記半導体基
板の外周部に設けられた絶縁性フレームとを具備し、前
記高耐圧半導体素子の電極と前記配線基板の電極とは前
記絶縁性フレーム上を経て電気的に接続されていること
を特徴とする半導体モジュールを提供する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a wiring board, and a semiconductor device provided on the wiring board. The semiconductor device has a high breakdown voltage semiconductor element and a junction termination region provided on the semiconductor substrate. An insulating frame provided on an outer peripheral portion of the semiconductor substrate so as to cover the junction termination region, wherein an electrode of the high breakdown voltage semiconductor element and an electrode of the wiring substrate are electrically connected to each other via the insulating frame. And a semiconductor module connected to the semiconductor module.

【0027】さらにまた、本発明の第4は、配線基板
と、この配線基板上に配列して設けられた複数の半導体
装置とを備え、該複数の半導体装置のそれぞれは、半導
体基板に設けられた高耐圧半導体素子及び接合終端領域
と、該接合終端領域を覆って前記半導体基板の外周部に
設けられた絶縁性フレームとを具備し、前記高耐圧半導
体素子の電極と前記配線基板の電極とは前記絶縁性フレ
ーム上を経て電気的に接続されていることを特徴とする
半導体モジュールを提供する。
Still further, according to a fourth aspect of the present invention, there is provided a wiring board, and a plurality of semiconductor devices arranged on the wiring board. Each of the plurality of semiconductor devices is provided on the semiconductor substrate. A high breakdown voltage semiconductor element and a junction termination region, and an insulating frame provided on an outer peripheral portion of the semiconductor substrate so as to cover the junction termination region, wherein an electrode of the high breakdown voltage semiconductor element and an electrode of the wiring board are provided. Provides a semiconductor module which is electrically connected via the insulating frame.

【0028】かかる本発明の第3及び第4において、以
下の構成を備えることが望ましい。 (1)前記高耐圧半導体素子の電極と前記配線基板の電
極とは、ボンディングワイヤーにより電気的に接続され
ていること。
In the third and fourth aspects of the present invention, it is desirable to provide the following configuration. (1) The electrode of the high breakdown voltage semiconductor element and the electrode of the wiring board are electrically connected by a bonding wire.

【0029】(2)前記絶縁性フレーム上には導電膜が
設けられ、該導電膜を介して前記高耐圧半導体素子の電
極と前記配線基板の電極とは電気的に接続されているこ
と。 (3)前記複数の半導体装置のうち隣接する半導体装置
には、それぞれの絶縁性フレーム上に設けられた導電膜
を電気的に接続する導電板が該導電膜に接して設けられ
ていること。
(2) A conductive film is provided on the insulating frame, and the electrode of the high breakdown voltage semiconductor element and the electrode of the wiring board are electrically connected via the conductive film. (3) A conductive plate for electrically connecting a conductive film provided on each of the insulating frames is provided in contact with the conductive film in an adjacent one of the plurality of semiconductor devices.

【0030】(4)前記高耐圧半導体素子の電極と前記
導電膜とは、ボンディングワイヤーにより電気的に接続
されていること。 (5)前記高耐圧半導体素子の電極は、導電性のピン若
しくはブロック部材により前記絶縁性フレーム上面の位
置まで引き出され、前記複数の半導体装置のうち隣接す
る半導体装置の間で、前記絶縁性フレーム上に設けられ
た導電板を介してお互いに電気的に接続されること。
(4) The electrode of the high breakdown voltage semiconductor element and the conductive film are electrically connected by a bonding wire. (5) The electrode of the high breakdown voltage semiconductor element is pulled out to a position on the upper surface of the insulating frame by a conductive pin or a block member, and the insulating frame is inserted between adjacent semiconductor devices among the plurality of semiconductor devices. Be electrically connected to each other via a conductive plate provided thereon.

【0031】(6)前記半導体基板と前記絶縁性フレー
ムとの間には前記半導体基板の表面を覆って絶縁性若し
くは半絶縁性の第1の膜が形成されており、この第1の
膜には開口部が設けられて、該開口部底部から前記第1
の膜上にかけて前記高耐圧半導体素子の電極及び前記接
合終端領域の電極が形成されていること。
(6) An insulating or semi-insulating first film is formed between the semiconductor substrate and the insulating frame so as to cover the surface of the semiconductor substrate. Is provided with an opening, and the first portion is formed from the bottom of the opening.
The electrode of the high breakdown voltage semiconductor element and the electrode of the junction termination region are formed over the film of (1).

【0032】(7)前記第1の膜と前記絶縁性フレーム
との間には絶縁性の第2の膜が形成されていること。 (8)前記第2の膜は前記半導体基板の外周端部を覆っ
て形成されていること。
(7) An insulating second film is formed between the first film and the insulating frame. (8) The second film is formed so as to cover an outer peripheral end of the semiconductor substrate.

【0033】(9)前記第2の膜は、前記第1の膜、前
記高耐圧半導体素子の電極、及び前記接合終端領域の電
極を覆って形成されており、その上面が平坦に形成され
ていること。
(9) The second film is formed so as to cover the first film, the electrode of the high-breakdown-voltage semiconductor element, and the electrode of the junction termination region. That you are.

【0034】(10)前記絶縁性フレームは樹脂からな
ること。 (11)前記樹脂はシリコーン、ポリエーテルイミドか
ら選ばれる樹脂であること。
(10) The insulating frame is made of resin. (11) The resin is a resin selected from silicone and polyetherimide.

【0035】上述した本発明の第1乃至第4によれば、
半導体基板(半導体チップ)は絶縁性フレームにより接
合終端部での沿面放電から保護されるため、配線基板
(モジュール基板)へのマウントに先立って、半導体基
板の耐圧試験、遮断試験(各半導体基板の最大定格電圧
試験、高電圧印加時のスイッチング試験等)等の高電圧
印加試験を実施することが可能であり、予め不良の半導
体基板(耐圧不良、最大遮断電流不良等のもの)を予め
抽出・除外することができる。
According to the first to fourth aspects of the present invention described above,
Since the semiconductor substrate (semiconductor chip) is protected from creeping discharge at the junction termination by the insulating frame, before the mounting on the wiring substrate (module substrate), the withstand voltage test and the cutoff test (for each semiconductor substrate) It is possible to carry out high voltage application tests such as maximum rated voltage test, switching test when high voltage is applied, etc., and extract defective semiconductor substrates (those with poor breakdown voltage, maximum breaking current, etc.) in advance. Can be excluded.

【0036】また、絶縁性フレームの使用により、配線
基板へのマウント時に半導体基板の外周部に損傷を受け
るのを防止することができる。さらに、ボンディングワ
イヤーが半導体基板の最外周の基板電位電極や基板上の
コレクタ配線パターン等に近接、接触することによる絶
縁耐圧の低下を防止することが可能である。さらにま
た、絶縁性フレームは、複数個の半導体基板を配線基板
上に配列する際の位置決めにも使用することが可能であ
る。
Further, by using the insulating frame, it is possible to prevent the outer peripheral portion of the semiconductor substrate from being damaged during mounting on the wiring board. Further, it is possible to prevent a decrease in dielectric strength caused by the bonding wire approaching or contacting the outermost substrate potential electrode of the semiconductor substrate, the collector wiring pattern on the substrate, or the like. Furthermore, the insulating frame can be used for positioning when arranging a plurality of semiconductor substrates on a wiring substrate.

【0037】また、絶縁性フレームにエミッタ配線パタ
ーンやゲート配線パターン等の導電膜を形成し、配線基
板上に搭載するのに先立って、各半導体基板の電極(エ
ミッタ電極、ゲート電極等)と上記導電膜との間をボン
ディングにより接続することにより、配線基板上でのボ
ンディング作業を不要とすることが可能になる。かかる
ボンディング済みの各半導体基板に対して不良チップの
抽出作業を行うことにより、ボンディング段階で素子が
破壊することを防止することができ、モジュールの製造
歩留りをさらに向上させることができる。
Further, prior to forming a conductive film such as an emitter wiring pattern or a gate wiring pattern on an insulating frame and mounting the conductive film on a wiring substrate, the electrodes (emitter electrodes, gate electrodes, etc.) of the respective semiconductor substrates are connected to the above-mentioned electrodes. By bonding the conductive film and the conductive film, bonding work on the wiring substrate can be eliminated. By performing the operation of extracting a defective chip from each of the bonded semiconductor substrates, it is possible to prevent the elements from being destroyed at the bonding stage, and to further improve the production yield of the module.

【0038】さらにまた、絶縁性フレーム上の複数の導
電膜(エミッタ配線パターン、ゲート配線パターン等)
同志を当該絶縁性フレーム上で接続することにより、モ
ジュール基板上のエミッタ配線パターン、ゲート配線パ
ターン等が不要となり、モジュールの小型化が可能とな
る。さらに、各半導体基板に対するボンディングワイヤ
ー長を低減して低インダクタンス接続を行うことが可能
となり、並列チップ間での均一動作を実現できる。
Further, a plurality of conductive films (emitter wiring patterns, gate wiring patterns, etc.) on the insulating frame.
By connecting the members on the insulating frame, an emitter wiring pattern, a gate wiring pattern, and the like on the module substrate become unnecessary, and the module can be reduced in size. Furthermore, it is possible to reduce the length of the bonding wire to each semiconductor substrate and to perform a low inductance connection, thereby realizing uniform operation between parallel chips.

【0039】また、本発明の第5は、半導体基板に設け
られ、高電圧側主電極、低電圧側主電極、及びゲート電
極を備えた主スイッチング素子と、該主スイッチング素
子の前記ゲート電極と前記高電圧側主電極若しくは低電
圧側主電極との間に、前記主スイッチング素子がオン状
態の場合に逆電圧が印加される方向に挿入されたダイオ
ードと、前記主スイッチング素子の前記ゲート電極と前
記高電圧側主電極若しくは低電圧側主電極との間に挿入
された制御スイッチング素子とを具備し、前記主スイッ
チング素子がオン状態にあり、素子温度が上昇した場合
に、前記ダイオードを流れる逆方向のリーク電流の増加
を検知して、該リーク電流により前記制御スイッチング
素子をオン状態とすることを特徴とする半導体装置を提
供する。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a main switching element provided on a semiconductor substrate, the main switching element having a high voltage side main electrode, a low voltage side main electrode, and a gate electrode; A diode inserted between the high-voltage side main electrode and the low-voltage side main electrode in a direction in which a reverse voltage is applied when the main switching element is on, and the gate electrode of the main switching element. A control switching element inserted between the high voltage side main electrode and the low voltage side main electrode, and when the main switching element is in an ON state and the element temperature rises, a reverse current flowing through the diode is provided. A semiconductor device is provided, wherein an increase in a leakage current in a direction is detected, and the control switching element is turned on by the leakage current.

【0040】また、本発明の第6は、半導体基板に設け
られ、高電圧側主電極、低電圧側主電極、及び第1のゲ
ート電極を備えた主スイッチング素子と、該主スイッチ
ング素子の前記低電圧側主電極に抵抗を介してアノード
電極が接続され、前記第1のゲート電極にカソード電極
が接続されたダイオードと、ソース電極、ドレイン電
極、及び第2のゲート電極を有し、前記ダイオードのア
ノード電極に前記第2のゲート電極が接続され、前記主
スイッチング素子の低電圧側主電極に前記ソース電極が
接続され、前記第1のゲート電極に前記ドレイン電極が
接続された電界効果トランジスタとを具備することを特
徴とする半導体装置を提供する。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a main switching element provided on a semiconductor substrate, the main switching element having a high voltage side main electrode, a low voltage side main electrode, and a first gate electrode. An anode electrode connected to the low-voltage main electrode via a resistor, a cathode electrode connected to the first gate electrode, a source electrode, a drain electrode, and a second gate electrode; A field-effect transistor in which the second gate electrode is connected to the anode electrode, the source electrode is connected to the low-voltage side main electrode of the main switching element, and the drain electrode is connected to the first gate electrode. And a semiconductor device comprising:

【0041】また、本発明の第7は、半導体基板に設け
られ、高電圧側主電極、低電圧側主電極、及び第1のゲ
ート電極を備えた主スイッチング素子と、該主スイッチ
ング素子の前記第1のゲート電極にカソード電極が接続
されたダイオードと、エミッタ電極、コレクタ電極、及
びベース電極を有し、前記ダイオードのアノード電極に
前記ベース電極が接続され、前記主スイッチング素子の
低電圧側主電極に前記エミッタ電極が接続され、前記第
1のゲート電極に前記コレクタ電極が接続されたバイポ
ーラトランジスタとを具備することを特徴とする半導体
装置を提供する。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a main switching element provided on a semiconductor substrate, the main switching element having a high voltage side main electrode, a low voltage side main electrode, and a first gate electrode. A diode having a cathode electrode connected to the first gate electrode, an emitter electrode, a collector electrode, and a base electrode; the base electrode connected to the anode electrode of the diode; There is provided a semiconductor device comprising: a bipolar transistor having the electrode connected to the emitter electrode and the first gate electrode connected to the collector electrode.

【0042】また、本発明の第8は、半導体基板に設け
られ、高電圧側主電極、低電圧側主電極、及び第1のゲ
ート電極を備えた主スイッチング素子と、アノード電
極、ベース電極、カソード電極を有し、前記主スイッチ
ング素子の前記第1のゲート電極に前記アノード電極が
接続され、前記主スイッチング素子の低電圧側主電極に
前記カソード電極が接続されたサイリスタと、該サイリ
スタのベース電極にアノード電極が接続され、前記主ス
イッチング素子の第1のゲート電極にカソード電極が接
続されたダイオードとを具備することを特徴とする半導
体装置を提供する。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a main switching element provided on a semiconductor substrate and having a high voltage side main electrode, a low voltage side main electrode, and a first gate electrode, an anode electrode, a base electrode, A thyristor having a cathode electrode, wherein the anode electrode is connected to the first gate electrode of the main switching element, and the cathode electrode is connected to a low-voltage main electrode of the main switching element; and a base of the thyristor. A semiconductor device comprising: a diode having an anode connected to the electrode; and a diode having a cathode connected to the first gate electrode of the main switching element.

【0043】かかる本発明の第5、第6、第7、及び第
8において、以下の構成を備えることが望ましい。 (1)前記主スイッチング素子と前記ダイオードとは同
一半導体基板に設けられていること。
In the fifth, sixth, seventh and eighth aspects of the present invention, it is desirable to provide the following configuration. (1) The main switching element and the diode are provided on the same semiconductor substrate.

【0044】(2)前記制御スイッチング素子は前記半
導体基板外に設けられること。 (3)前記半導体基板に対して圧接パッケージが取り付
けられ、前記制御スイッチング素子は前記圧接パッケー
ジに設けられること。
(2) The control switching element is provided outside the semiconductor substrate. (3) A pressure contact package is attached to the semiconductor substrate, and the control switching element is provided in the pressure contact package.

【0045】(4)前記半導体装置は配線基板に載置さ
れ、前記制御スイッチング素子は前記配線基板に設けら
れること。また、本発明の第8は、半導体基板に設けら
れ、高電圧側主電極、低電圧側主電極、及びゲート電極
を備えた主スイッチング素子と、前記半導体基板に設け
られ、前記主スイッチング素子の前記ゲート電極と前記
高電圧側主電極若しくは低電圧側主電極との間に、前記
主スイッチング素子がオン状態の場合に逆電圧が印加さ
れる方向に挿入されたダイオードと、前記半導体基板に
設けられた接合終端領域と、該接合終端領域を覆って前
記半導体基板の外周部に設けられた絶縁性フレームと、
該絶縁性フレーム上に設けられ、前記主スイッチング素
子の前記ゲート電極と前記高電圧側主電極若しくは低電
圧側主電極との間に挿入された制御スイッチング素子と
を具備し、前記主スイッチング素子がオン状態にあり、
素子温度が上昇した場合に、前記ダイオードを流れる逆
方向のリーク電流の増加を検知して、該リーク電流によ
り前記制御スイッチング素子をオン状態とすることを特
徴とする半導体装置を提供する。
(4) The semiconductor device is mounted on a wiring board, and the control switching element is provided on the wiring board. An eighth aspect of the present invention provides a main switching element provided on a semiconductor substrate and including a high-voltage main electrode, a low-voltage main electrode, and a gate electrode, and a main switching element provided on the semiconductor substrate, A diode inserted between the gate electrode and the high voltage side main electrode or the low voltage side main electrode in a direction in which a reverse voltage is applied when the main switching element is in an on state; and a diode provided on the semiconductor substrate. A bonded termination region, an insulating frame provided on an outer peripheral portion of the semiconductor substrate to cover the junction termination region,
A control switching element provided on the insulating frame and inserted between the gate electrode of the main switching element and the high voltage side main electrode or the low voltage side main electrode, wherein the main switching element is In the on state,
Provided is a semiconductor device, wherein when the element temperature rises, an increase in a reverse leakage current flowing through the diode is detected, and the control switching element is turned on by the leakage current.

【0046】上述した本発明の第5乃至第8によれば、
主スイッチング素子がオン状態となり、素子で発生する
熱量が増大して素子温度が急上昇すると、ダイオードを
流れる逆方向のリーク電流は急激に増大する。この逆方
向のリーク電流の増加を検知して、当該リーク電流によ
り制御スイッチング素子をオン状態とすることにより、
主スイッチング素子のゲート電極と高電圧側主電極又は
低電圧側主電極との間が短絡されるようになり、主スイ
ッチング素子はオフ状態となる。したがって、主スイッ
チング素子における熱の発生は抑制されて、当該主スイ
ッチング素子の熱による破壊を事前に防止することが可
能となる。
According to the fifth to eighth aspects of the present invention described above,
When the main switching element is turned on, the amount of heat generated in the element increases, and the element temperature rises rapidly, the leak current in the reverse direction flowing through the diode rapidly increases. By detecting the increase of the leak current in the reverse direction and turning on the control switching element by the leak current,
A short circuit occurs between the gate electrode of the main switching element and the high voltage side main electrode or the low voltage side main electrode, and the main switching element is turned off. Therefore, the generation of heat in the main switching element is suppressed, and it is possible to prevent the main switching element from being damaged by heat in advance.

【0047】[0047]

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置及び半
導体モジュールの実施形態を、図面を参照しつつ詳細に
説明する。 (第1の実施形態)図1は、本発明に係る第1の実施形
態における半導体装置の構造を示す断面図である。ま
た、図2は図1の半導体装置を用いた半導体モジュール
の構造を示す平面図、図3は図2に示す半導体モジュー
ルの線分A−A´における断面を示す断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the semiconductor device and semiconductor module of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 2 is a plan view showing a structure of a semiconductor module using the semiconductor device of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view showing a section taken along line AA 'of the semiconductor module shown in FIG.

【0048】図1に示すように、n- 型基板からなるn
- 型ベース層1の一方の面にはn型バッファ層2、及び
+ 型コレクタ層3が順次形成され、n- 型ベース層1
の他方の面にはp型ベース層4が選択的に形成され、p
型ベース層4中にはn+ 型ソース層5が選択的に形成さ
れている。
As shown in FIG. 1, n - type substrate n
An n-type buffer layer 2 and ap + -type collector layer 3 are sequentially formed on one surface of the-type base layer 1, and the n - type base layer 1
A p-type base layer 4 is selectively formed on the other surface of
An n + type source layer 5 is selectively formed in the type base layer 4.

【0049】また、p+ 型コレクタ層3の表面にはコレ
クタ電極6が形成され、p型ベース層4とn+ 型ソース
層5に跨ってエミッタ電極7が形成されている。さら
に、n+ 型ソース層5とn- 型ベース層1との間のp型
ベース層4の表面にはゲート絶縁膜9aを介してゲート
電極8が形成されている。このゲート電極8上には絶縁
膜9bが形成され、さらにこの絶縁膜9b上に前述した
エミッタ電極7が形成された構造となっている。以上の
ように、高耐圧半導体素子としてIGBTが半導体基板
(チップ)30に設けられている。
A collector electrode 6 is formed on the surface of the p + -type collector layer 3, and an emitter electrode 7 is formed across the p-type base layer 4 and the n + -type source layer 5. Further, a gate electrode 8 is formed on the surface of the p-type base layer 4 between the n + -type source layer 5 and the n -- type base layer 1 via a gate insulating film 9a. An insulating film 9b is formed on the gate electrode 8, and the above-described emitter electrode 7 is formed on the insulating film 9b. As described above, the IGBT is provided on the semiconductor substrate (chip) 30 as a high breakdown voltage semiconductor element.

【0050】かかるIGBTが設けられた半導体チップ
30の終端部表面には、絶縁膜(シリコン酸化膜等)あ
るいは高抵抗膜(半絶縁性多結晶シリコン膜等)からな
るパッシベーション膜9b´が形成されている。パッシ
ベーション膜9b´の一方の端はp型ベース層4の終端
部に接続され、他端(チップ最外周部)は基板電位のリ
ング状の電極(基板電位リング)10を介してn+ 型ス
トッパ層11に接続されて基板電位に保持される。ここ
で、絶縁膜(シリコン酸化膜等)及び高抵抗膜(半絶縁
性多結晶シリコン膜等)が下層からこの順に形成されて
いても良く、当該高抵抗膜がパッシベーション膜9b´
として上記の如く電気的接続がなされていても良い。電
極10及びn+ 型ストッパ層11は終端部における空乏
層がチップ端まで延び耐圧が低下することを防止する役
割を果たす。さらにまた、高耐圧構造を強化するため、
パッシベーション膜9b´が形成された半導体基板表面
に、リサーフ層やガードリング層など、電界緩和構造が
追加されることも多い。
A passivation film 9b 'made of an insulating film (such as a silicon oxide film) or a high-resistance film (such as a semi-insulating polycrystalline silicon film) is formed on the terminal surface of the semiconductor chip 30 provided with such an IGBT. ing. One end of the passivation film 9b 'is connected to the terminal end of the p-type base layer 4, and the other end (outermost peripheral portion of the chip) is an n + -type stopper via a substrate potential ring-shaped electrode (substrate potential ring) 10. Connected to layer 11 and held at substrate potential. Here, an insulating film (such as a silicon oxide film) and a high-resistance film (such as a semi-insulating polycrystalline silicon film) may be formed in this order from the bottom, and the high-resistance film is formed as a passivation film 9b '.
The electrical connection may be made as described above. The electrode 10 and the n + -type stopper layer 11 serve to prevent the depletion layer at the terminal end from extending to the chip end and preventing the breakdown voltage from lowering. Furthermore, in order to strengthen the high withstand voltage structure,
An electric field relaxation structure such as a resurf layer or a guard ring layer is often added to the surface of the semiconductor substrate on which the passivation film 9b 'is formed.

【0051】さらに、図1に示すように、パッシベーシ
ョン膜9b´、並びにエミッタ電極7の一端及び電極1
0を覆うように、シリコーン、ポリイミドなどの絶縁性
の接着層32が形成されており、この接着層32を介し
て絶縁性のチップフレーム31が半導体チップ30の外
周に装着されている。その結果、チップフレーム31は
半導体チップ30の接合終端部を覆った構造となってい
る。チップフレーム31は、さらに半導体チップ30の
側面部まで接着層32を介して覆うように延びており、
完全に半導体チップ30の外周端部を覆っている。
Further, as shown in FIG. 1, the passivation film 9b ', one end of the emitter electrode 7 and the electrode 1
An insulating adhesive layer 32 made of silicone, polyimide, or the like is formed so as to cover the semiconductor chip 30 via the adhesive layer 32. As a result, the chip frame 31 has a structure in which the bonding end portion of the semiconductor chip 30 is covered. The chip frame 31 further extends to cover the side surface of the semiconductor chip 30 with the adhesive layer 32 interposed therebetween.
The outer peripheral edge of the semiconductor chip 30 is completely covered.

【0052】チップフレーム31は、シリコーン、ポリ
エーテルイミドなどから選ばれる絶縁性樹脂から成型さ
れたものであり、その大きさはチップの最大定格電圧に
応じた空間沿面距離を満たすものとする。ここで、絶縁
性樹脂として上記樹脂材料とガラス繊維とを含む複合体
を用いることも可能であり、特にポリエーテルイミドと
ガラス繊維とを含む複合体を用いることが好ましい。
The chip frame 31 is molded from an insulating resin selected from silicone, polyetherimide, and the like, and has a size satisfying a space creepage distance according to the maximum rated voltage of the chip. Here, it is also possible to use a composite containing the above resin material and glass fiber as the insulating resin, and it is particularly preferable to use a composite containing polyetherimide and glass fiber.

【0053】以上述べた半導体チップ30は、その接合
終端部を覆うようにチップフレーム31が装着された状
態で、モジュール基板の配線パターン上に複数個マウン
ト、ボンディングされている。図2及び図3はその半導
体モジュールの構造を示した概略図である。図2は半導
体モジュールの平面図、図3は図2の線分A−A´にお
ける断面図である。
A plurality of the semiconductor chips 30 described above are mounted and bonded on the wiring pattern of the module substrate in a state where the chip frame 31 is mounted so as to cover the joint termination. 2 and 3 are schematic diagrams showing the structure of the semiconductor module. FIG. 2 is a plan view of the semiconductor module, and FIG. 3 is a sectional view taken along line AA ′ in FIG.

【0054】図2及び図3に示すように、図1で述べた
IGBT等の高耐圧半導体素子が設けられた半導体チッ
プ30は複数個モジュール基板20上に並列接続して搭
載されている。この半導体チップ30の第1の主面上に
形成された第1の主電極(コレクタ電極。図1の6に相
当。)は、モジュール基板20上の第1の配線パターン
(コレクタ配線パターン)21に半田付けなどによりマ
ウントされている。
As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of semiconductor chips 30 provided with a high-voltage semiconductor element such as the IGBT described in FIG. 1 are mounted on the module substrate 20 in parallel. A first main electrode (collector electrode, which corresponds to 6 in FIG. 1) formed on the first main surface of the semiconductor chip 30 is a first wiring pattern (collector wiring pattern) 21 on the module substrate 20. Is mounted by soldering or the like.

【0055】また、第2の主面上の第2の主電極(エミ
ッタ電極。図1の7に相当。)、及び制御電極(ゲート
電極。図1の8に相当。)は、それぞれモジュール基板
20上の第2の配線パターン(エミッタ配線パターン)
22及び第3の配線パターン(ゲート配線パターン)2
3に対してボンディングワイヤー24a、25aにより
それぞれ接続されている。ボンディングワイヤー24
a、25aはチップフレーム31の上を跨ぐように設け
られている。
A second main electrode (emitter electrode; equivalent to 7 in FIG. 1) and a control electrode (gate electrode; equivalent to 8 in FIG. 1) on the second main surface are each a module substrate. Second wiring pattern on 20 (emitter wiring pattern)
22 and third wiring pattern (gate wiring pattern) 2
3 are connected by bonding wires 24a and 25a, respectively. Bonding wire 24
a and 25 a are provided so as to straddle over the chip frame 31.

【0056】上記第1、第2、及び第3の配線パターン
21、22、23には、それぞれコレクタ電極引き出し
部26a、エミッタ電極引き出し部27a、ゲート電極
引き出し部28aが設けられ、これらの引き出し部によ
り外部機器に対する電気的な接続が行われている。
The first, second, and third wiring patterns 21, 22, and 23 are provided with a collector electrode lead portion 26a, an emitter electrode lead portion 27a, and a gate electrode lead portion 28a, respectively. , An electrical connection to an external device is made.

【0057】上記した本実施形態の半導体チップ30及
びこれを用いた半導体モジュールによれば、絶縁性樹脂
からなるチップフレーム31により、半導体チップ30
は接合終端部での沿面放電から保護されるため、マウン
トに先立って半導体チップの耐圧試験、遮断試験などの
高電圧印加試験を実施することが可能であり、不良チッ
プを予め抽出・除外することができる。なお、試験治具
は、半導体チップの各電極と試験回路とを接続するため
に、ばね構造や油圧装置などの圧接装置を含んでいる。
According to the semiconductor chip 30 of this embodiment and the semiconductor module using the same, the semiconductor chip 30 is formed by the chip frame 31 made of insulating resin.
Is protected from creeping discharge at the junction termination, so it is possible to perform high voltage application tests such as withstand voltage test and cutoff test on the semiconductor chip before mounting, and extract and exclude defective chips in advance. Can be. The test jig includes a pressure contact device such as a spring structure or a hydraulic device for connecting each electrode of the semiconductor chip to the test circuit.

【0058】また、本実施形態のチップフレーム31の
使用により、チップマウント時にチップ外周部に損傷を
受けるのを防止することができる。さらに、ボンディン
グワイヤーがチップ最外周の基板電位リング10や基板
上のコレクタ配線パターン21に近接することによる絶
縁耐圧の低下を防止することが可能である。また、本実
施形態において、図示しないゲル状のパッシベーション
剤で封印することにより長期信頼性を向上させることが
可能である。さらにまた、チップフレーム31は、複数
個の半導体チップ30をモジュール基板20上に配列す
る際の位置決めにも使用することが可能である。
Further, by using the chip frame 31 of this embodiment, it is possible to prevent the chip outer peripheral portion from being damaged during chip mounting. Further, it is possible to prevent a decrease in withstand voltage due to the bonding wire approaching the substrate potential ring 10 on the outermost periphery of the chip and the collector wiring pattern 21 on the substrate. Further, in the present embodiment, long-term reliability can be improved by sealing with a gel-like passivation agent (not shown). Furthermore, the chip frame 31 can also be used for positioning when arranging a plurality of semiconductor chips 30 on the module substrate 20.

【0059】図4は、上述した本実施形態における半導
体装置の構造の変形例を示す断面図である。図1と同一
部分には同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略す
る。図4に示すように、チップフレーム31の代わり
に、塗布型フレーム33がチップフレームとして用いら
れている。即ち、チップフレーム31を接着層32によ
り半導体チップ30に装着する以外に、チップの最大定
格電圧に応じた空間沿面距離を満たすように、シリコー
ン、ポリエーテルイミドなどから選ばれる絶縁性樹脂
を、半導体チップ30の接合終端部、またはこの部分と
外周端部に塗布することも可能である。この変形例によ
っても上述した実施形態と同様な効果が得られる他、接
着剤を使用せずに簡便に半導体チップにチップフレーム
を設けることが可能である。なお、上記絶縁性樹脂とし
て上記樹脂材料とガラス繊維とを含む複合体を用いるこ
とも可能であり、特にポリエーテルイミドとガラス繊維
とを含む複合体を用いることが好ましい。
FIG. 4 is a sectional view showing a modification of the structure of the semiconductor device according to the above-described embodiment. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. As shown in FIG. 4, instead of the chip frame 31, a coating type frame 33 is used as a chip frame. That is, in addition to attaching the chip frame 31 to the semiconductor chip 30 by the adhesive layer 32, an insulating resin selected from silicone, polyetherimide, or the like is used to satisfy the space creepage distance according to the maximum rated voltage of the chip. It is also possible to apply the coating to the bonding end portion of the chip 30, or this portion and the outer peripheral end portion. According to this modification, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained, and the chip frame can be easily provided on the semiconductor chip without using an adhesive. Note that it is also possible to use a composite containing the resin material and glass fiber as the insulating resin, and it is particularly preferable to use a composite containing polyetherimide and glass fiber.

【0060】(第2の実施形態)図5は、本発明に係る
第2の実施形態における半導体装置の構造を示す斜視図
である。また、図6は図5の半導体装置を用いた半導体
モジュールの構造を示す平面図である。図1、図2、図
3と同一部分には同一の符号を付して示し、詳細な説明
は省略する。
(Second Embodiment) FIG. 5 is a perspective view showing a structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a plan view showing the structure of a semiconductor module using the semiconductor device of FIG. 1, 2, and 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0061】図5(a)に示すように、IGBTが形成
された半導体チップ30にはチップフレーム31が装着
されており、このチップフレーム31の上面にはエミッ
タ配線パターン22´及びゲート配線パターン23´が
設けられている。このエミッタ配線パターン22´及び
ゲート配線パターン23´は、それぞれ半導体チップ3
0上のエミッタ電極7及びゲート電極8に対してボンデ
ィングワイヤー24b、25bによりそれぞれ接続され
ている。
As shown in FIG. 5A, a chip frame 31 is mounted on a semiconductor chip 30 on which an IGBT is formed, and an emitter wiring pattern 22 'and a gate wiring pattern 23 are provided on the upper surface of the chip frame 31. 'Is provided. The emitter wiring pattern 22 'and the gate wiring pattern 23'
The emitter electrode 7 and the gate electrode 8 on the reference numeral 0 are connected by bonding wires 24b and 25b, respectively.

【0062】また、チップフレーム31の上面には配線
パターン以外の回路成分(抵抗、キャパシタなど)を設
けることも可能である。例えば、図5(b)に示すよう
に、ゲート配線パターンとして23´の他に23a´を
設け、この配線パターン23a´と上記ゲート電極8と
の間をボンディングワイヤー25b´により接続し、さ
らにゲート配線パターン23´、23a´間にゲート抵
抗23b´を設けることができる。
It is also possible to provide circuit components (such as resistors and capacitors) other than the wiring patterns on the upper surface of the chip frame 31. For example, as shown in FIG. 5B, a gate wiring pattern 23a 'is provided in addition to 23', and the wiring pattern 23a 'and the gate electrode 8 are connected by a bonding wire 25b'. A gate resistor 23b 'can be provided between the wiring patterns 23' and 23a '.

【0063】本実施形態によれば、半導体チップ30へ
のボンディング後に不良チップの選別作業を行えるた
め、ボンディングによって破壊した不良チップを抽出す
ることができ、第1の実施形態より更にモジュール製造
歩留りを向上させることが可能である。
According to the present embodiment, the defective chips can be sorted out after bonding to the semiconductor chip 30, so that the defective chips broken by the bonding can be extracted, and the module manufacturing yield can be further improved compared to the first embodiment. It is possible to improve.

【0064】このようにボンディング工程を経た半導体
チップ30は、図6に示すようにモジュール基板20上
に複数個並列接続して搭載される。それぞれの半導体チ
ップ30は、それらのチップフレーム31の辺同志をお
互いに密着させるようにしてモジュール基板20上に搭
載されている。本実施形態では、モジュール基板20上
のエミッタ配線パターン22及びゲート配線パターン2
3は、それぞれチップフレーム31上のエミッタ配線パ
ターン22´及びゲート配線パターン23´に対してボ
ンディングワイヤ24c、25cによりそれぞれ接続さ
れている。
As shown in FIG. 6, a plurality of semiconductor chips 30 having undergone the bonding process are mounted on the module substrate 20 in parallel. Each semiconductor chip 30 is mounted on the module substrate 20 such that the sides of the chip frame 31 are brought into close contact with each other. In this embodiment, the emitter wiring pattern 22 and the gate wiring pattern 2 on the module substrate 20 are used.
Numerals 3 are respectively connected to the emitter wiring pattern 22 'and the gate wiring pattern 23' on the chip frame 31 by bonding wires 24c and 25c.

【0065】このように、半導体チップ30上のエミッ
タ電極7及びゲート電極8をそれぞれモジュール基板2
0上のエミッタ配線パターン22及びゲート配線パター
ン23と接続する場合に、それぞれチップフレーム31
上のエミッタ配線パターン22´及びゲート配線パター
ン23´を経由して接続するようにすれば、第1の実施
形態のようにこれらの間に直接ボンディングワイヤー2
4a、25aがチップフレーム31上を跨ぐように設け
られる場合と比べて、ボンディングワイヤーによる接続
を確実に行うことができるようになり、ボンディング工
程の製造歩留まりを向上させることが可能となる。ま
た、半導体モジュールの小型化も可能となる。
As described above, the emitter electrode 7 and the gate electrode 8 on the semiconductor chip 30 are
When connecting to the emitter wiring pattern 22 and the gate wiring pattern 23 on the chip frame 31, respectively.
If the connection is made via the upper emitter wiring pattern 22 'and the gate wiring pattern 23', the bonding wires 2 are directly connected between them as in the first embodiment.
Compared to the case where 4a and 25a are provided so as to straddle over the chip frame 31, the connection by the bonding wire can be performed more reliably, and the manufacturing yield of the bonding step can be improved. Also, the size of the semiconductor module can be reduced.

【0066】(第3の実施形態)図7は、本発明に係る
第3の実施形態における半導体モジュールの構造を示す
平面図である。図1乃至図6と同一部分には同一の符号
を付して示し、詳細な説明は省略する。
(Third Embodiment) FIG. 7 is a plan view showing the structure of a semiconductor module according to a third embodiment of the present invention. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.

【0067】図7に示すように、モジュール基板20に
はコレクタ配線パターン21のみが形成されており、こ
のコレクタ配線パターン21上に半導体チップ30が複
数個並列接続して搭載されている。それぞれの半導体チ
ップ30は、それらのチップフレーム31の辺同志をお
互いに密着させるようにしてコレクタ配線パターン21
上に搭載されている。
As shown in FIG. 7, only the collector wiring pattern 21 is formed on the module substrate 20, and a plurality of semiconductor chips 30 are mounted on the collector wiring pattern 21 in parallel. Each of the semiconductor chips 30 is connected to the collector wiring pattern 21 so that the sides of the chip frames 31 are brought into close contact with each other.
Mounted on top.

【0068】これらのチップフレーム31上のエミッタ
配線パターン22´は、隣接する半導体チップ30間で
金属板51により接続されている。また、同様にチップ
フレーム31上のゲート配線パターン23´は、隣接す
るチップフレーム31間で金属板52により接続されて
いる。コレクタ配線パターン21、金属板51、及び金
属板52には、それぞれコレクタ電極引き出し部26
b、エミッタ電極引き出し部27b、ゲート電極引き出
し部28bが設けられ、これらの引き出し部により外部
機器に対する電気的な接続が行われている。
The emitter wiring patterns 22 ′ on these chip frames 31 are connected by metal plates 51 between adjacent semiconductor chips 30. Similarly, the gate wiring patterns 23 ′ on the chip frames 31 are connected by metal plates 52 between adjacent chip frames 31. Each of the collector wiring pattern 21, the metal plate 51, and the metal plate 52 has
b, an emitter electrode lead-out portion 27b, and a gate electrode lead-out portion 28b are provided, and these lead-out portions electrically connect to an external device.

【0069】本実施形態による半導体モジュールによれ
ば、チップフレーム31上のエミッタ配線パターン及び
ゲート配線パターンをそれぞれ隣接する半導体チップ3
0間でチップフレーム31上において接続することによ
り、モジュール基板20上のエミッタ配線パターン及び
ゲート配線パターンが不要となり、モジュール基板面積
を削減し、半導体モジュールを小型化することが可能と
なる。また、各半導体チップ30からのボンディングワ
イヤーの長さを低減することができ、これにより低イン
ダクタンス接続が可能となる。したがって、並列接続さ
れた半導体チップ間での均一動作を実現することがで
き、安定なスイッチング動作が可能となる。
According to the semiconductor module of the present embodiment, the emitter wiring pattern and the gate wiring pattern on the chip frame 31 are respectively connected to the adjacent semiconductor chip 3.
By connecting between the zeros on the chip frame 31, the emitter wiring pattern and the gate wiring pattern on the module substrate 20 become unnecessary, and the module substrate area can be reduced and the semiconductor module can be downsized. Further, the length of the bonding wire from each semiconductor chip 30 can be reduced, thereby enabling low inductance connection. Therefore, a uniform operation can be realized between the semiconductor chips connected in parallel, and a stable switching operation can be performed.

【0070】(第4の実施形態)図8は、本発明に係る
第4の実施形態における半導体モジュールの構造を示す
平面図である。図1乃至図6と同一部分には同一の符号
を付して示し、詳細な説明は省略する。
(Fourth Embodiment) FIG. 8 is a plan view showing the structure of a semiconductor module according to a fourth embodiment of the present invention. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.

【0071】図8に示すように、モジュール基板20上
にはコレクタ配線パターン21´のみが形成されてお
り、このコレクタ配線パターン21´上に半導体チップ
(IGBTチップ)30が複数個並列接続して搭載され
る他、複数個のFWD(フリーホイールダイオード)用
の半導体チップ(FRD(First Recover
y Diode)チップ)30´がIGBTチップ30
に対して導通方向が逆になるように並列接続して搭載さ
れている。FWD用の半導体チップ30´にもチップフ
レーム31´が装着されている。具体的には、IGBT
チップ30が4チップ、FRDチップ30´が2チップ
搭載されており、これらの半導体チップ30、30´
は、それらのチップフレーム31、31´の辺同志をお
互いに密着させるようにしてコレクタ配線パターン21
´上に正確に配列して搭載されている。
As shown in FIG. 8, only a collector wiring pattern 21 'is formed on the module substrate 20, and a plurality of semiconductor chips (IGBT chips) 30 are connected in parallel on the collector wiring pattern 21'. In addition to being mounted, a plurality of semiconductor chips (FRD (First Recover) for FWD (Free Wheel Diode)
y Diode) chip) 30 'is an IGBT chip 30
Are mounted in parallel so that the conduction direction is reversed. The chip frame 31 'is also mounted on the semiconductor chip 30' for FWD. Specifically, IGBT
Four chips 30 and two FRD chips 30 ′ are mounted, and these semiconductor chips 30 and 30 ′ are mounted.
Are arranged such that the sides of the chip frames 31 and 31 'are brought into close contact with each other and the collector wiring pattern 21 is formed.
′ Are mounted in an accurate arrangement.

【0072】FRD用の半導体チップ30´に装着され
たチップフレーム31´上にはアノード配線パターン2
9が設けられている。チップフレーム31´上にはゲー
ト配線パターン23´が設けられる必要はない。アノー
ド配線パターン29は、FRD上のアノード電極に対し
てボンディングワイヤー24dにより接続されており、
一方、FRDチップ30´の裏面に設けられるFRDの
カソード電極は、モジュール基板20上のコレクタ配線
パターン21´に半田付けされている。
The anode wiring pattern 2 is provided on the chip frame 31 'mounted on the FRD semiconductor chip 30'.
9 are provided. It is not necessary to provide the gate wiring pattern 23 'on the chip frame 31'. The anode wiring pattern 29 is connected to the anode electrode on the FRD by a bonding wire 24d,
On the other hand, the cathode electrode of the FRD provided on the back surface of the FRD chip 30 ′ is soldered to the collector wiring pattern 21 ′ on the module substrate 20.

【0073】チップフレーム31上のエミッタ配線パタ
ーン22´及びチップフレーム31´上のアノード配線
パターン29は、隣接する半導体チップ30、30´間
で金属板53により接続されている。また、同様にチッ
プフレーム31上のゲート配線パターン23´は、隣接
するチップフレーム31間で金属板54a、54bによ
り接続されている。コレクタ配線パターン21´、金属
板53、及び金属板54a、54bには、それぞれコレ
クタ電極引き出し部26c、エミッタ電極引き出し部2
7c、ゲート電極引き出し部28cが設けられ、これら
の引き出し部により外部機器に対する電気的な接続が行
われている。このようにして逆導通IGBTをコンパク
トに構成することができ、インバータ回路等に容易に応
用することが可能となる。
The emitter wiring pattern 22 'on the chip frame 31 and the anode wiring pattern 29 on the chip frame 31' are connected by a metal plate 53 between the adjacent semiconductor chips 30, 30 '. Similarly, the gate wiring patterns 23 'on the chip frame 31 are connected between the adjacent chip frames 31 by the metal plates 54a and 54b. The collector wiring pattern 21 ', the metal plate 53, and the metal plates 54a and 54b respectively have a collector electrode lead portion 26c and an emitter electrode lead portion 2
7c, a gate electrode lead-out portion 28c is provided, and these lead-out portions electrically connect to an external device. In this way, the reverse conducting IGBT can be made compact, and can be easily applied to an inverter circuit or the like.

【0074】(第5の実施形態)図9は、本発明に係る
第5の実施形態における半導体モジュール及び半導体チ
ップの構造を示す概略図である。図9(a)は半導体モ
ジュールの構造を示す平面図、図9(b)は図9(a)
の半導体モジュールに搭載される半導体チップ(IGB
Tチップ)1つの構造を示す斜視図である。図1乃至図
6と同一部分には同一の符号を付して示し、詳細な説明
は省略する。
(Fifth Embodiment) FIG. 9 is a schematic view showing the structure of a semiconductor module and a semiconductor chip according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 9A is a plan view showing the structure of the semiconductor module, and FIG. 9B is a plan view of FIG.
Semiconductor chip (IGB) mounted on a semiconductor module
It is a perspective view which shows one structure (T chip). 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.

【0075】図9(b)に示すように、本実施形態のI
GBTチップ30においては、チップフレーム31及び
31´上には配線パターンは形成されておらず、ボンデ
ィング接続も使用されていない。IGBTチップ30の
各チップに形成されるIGBTの電極には金属製のブロ
ック57やピン58が半田付けされている。本実施形態
では、金属製のブロック57がIGBTのエミッタ電極
に、金属製のピン58がゲート電極に接続されている。
As shown in FIG. 9B, the I
In the GBT chip 30, no wiring pattern is formed on the chip frames 31 and 31 ', and no bonding connection is used. A metal block 57 and pins 58 are soldered to IGBT electrodes formed on each of the IGBT chips 30. In the present embodiment, a metal block 57 is connected to the emitter electrode of the IGBT, and a metal pin 58 is connected to the gate electrode.

【0076】かかるIGBTチップ30は、図9(a)
に示すように、コレクタ配線パターン21´のみが形成
されたモジュール基板20上に搭載される。本実施形態
でも、第4の実施形態と同様にコレクタ配線パターン2
1´上に4チップのIGBTチップ30が並列接続して
搭載される他、2チップのFRDチップ30´がIGB
Tチップ30に対して逆並列接続して搭載されている。
The IGBT chip 30 shown in FIG.
As shown in (2), it is mounted on the module substrate 20 on which only the collector wiring pattern 21 'is formed. Also in the present embodiment, the collector wiring pattern 2 is similar to the fourth embodiment.
1 'is mounted with a 4-chip IGBT chip 30 connected in parallel, and a 2-chip FRD chip 30' is
It is mounted in anti-parallel connection with the T chip 30.

【0077】IGBTチップ30及びFRDチップ30
´にそれぞれ装着されているチップフレーム31及び3
1´の上面には、金属板55及び56がそれぞれ4つの
IGBTチップ30の金属製のブロック57及びピン5
8に対して半田付けにより接続されている。
IGBT chip 30 and FRD chip 30
'Chip frames 31 and 3 respectively mounted on
On the upper surface of 1 ′, metal plates 55 and 56 are respectively provided with metal blocks 57 and pins 5 of four IGBT chips 30.
8 is connected by soldering.

【0078】また、FRDチップ30´上のアノード電
極にも同様に、当該電極と電気的接続を保って図示しな
い金属製ブロックが設けられている。前述した金属板5
5は、FRDチップ30´の当該金属製ブロックに対し
ても電気的に接続している。
Similarly, a metal block (not shown) is provided on the anode electrode on the FRD chip 30 'while maintaining electrical connection with the electrode. Metal plate 5 described above
5 is also electrically connected to the metal block of the FRD chip 30 '.

【0079】かかる金属板55及び56により、4つの
IGBTチップ30はお互いに並列接続され、これらの
IGBTチップ30に対して2チップのFRDチップ3
0´が逆並列接続されることとなる。
The four IGBT chips 30 are connected in parallel to each other by the metal plates 55 and 56, and two FRD chips 3 are connected to these IGBT chips 30.
0 'is anti-parallel connected.

【0080】さらに、コレクタ配線パターン21´、金
属板55、及び56には、それぞれコレクタ電極引き出
し部26d、エミッタ電極引き出し部27d、ゲート電
極引き出し部28dが設けられ、これらの引き出し部に
より外部機器に対する電気的な接続が行われている。こ
の場合、ボンディング接続を使用しないため、低インダ
クタンス接続が可能であり、並列接続された半導体チッ
プ間での均一動作を実現することができる。このように
して高性能な逆導通IGBTをコンパクトに構成するこ
とができ、インバータ回路等に容易に応用することが可
能となる。
Further, the collector wiring pattern 21 ', the metal plates 55 and 56 are provided with a collector electrode lead-out portion 26d, an emitter electrode lead-out portion 27d, and a gate electrode lead-out portion 28d, respectively. Electrical connections have been made. In this case, since no bonding connection is used, low inductance connection is possible, and uniform operation between the semiconductor chips connected in parallel can be realized. In this way, a high-performance reverse conducting IGBT can be made compact, and can be easily applied to inverter circuits and the like.

【0081】以上、第1乃至第5の実施形態においてI
GBTを例に説明したが、IGBTに限らず、高耐圧M
OSFET、IEGTなど他の半導体素子のモジュール
にも本発明は適用可能である。また、半導体素子のゲー
ト形状や接合終端部の電界緩和構造についても、上記実
施形態に限定されることなく適用可能である。その他、
本発明の趣旨を逸脱しないで種々変形して実施すること
が可能である。
As described above, in the first to fifth embodiments, I
Although the description has been given by taking the GBT as an example, the invention is not limited to the IGBT,
The present invention is also applicable to modules of other semiconductor devices such as OSFET and IEGT. In addition, the gate shape of the semiconductor element and the electric field relaxation structure at the junction termination can be applied without being limited to the above embodiment. Others
Various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0082】次に、高耐圧半導体装置における高温化に
よる素子破壊を防止するための本発明の半導体装置につ
いて説明を行う。 (第6の実施形態)図10は、本発明の半導体装置に係
る第6の実施形態を示す回路図である。また、図12は
その素子構造を示す断面図である。
Next, a semiconductor device of the present invention for preventing element breakdown due to high temperature in a high breakdown voltage semiconductor device will be described. (Sixth Embodiment) FIG. 10 is a circuit diagram showing a sixth embodiment according to the semiconductor device of the present invention. FIG. 12 is a sectional view showing the element structure.

【0083】図10に示すように、本実施形態の半導体
装置は、コレクタ電極、エミッタ電極、及びゲート電極
を有するゲート駆動型パワー素子101と、このパワー
素子101に接続された保護用ダイオード102及び電
界効果トランジスタ(nチャネル型MOSFET)10
4と、保護用ダイオード102に直列接続された抵抗1
03とから構成される。なお、図10において、Gはゲ
ート電極端子、Eはエミッタ電極端子、Cはコレクタ電
極端子である。
As shown in FIG. 10, the semiconductor device of this embodiment includes a gate drive power element 101 having a collector electrode, an emitter electrode, and a gate electrode, a protection diode 102 connected to the power element 101, and Field effect transistor (n-channel type MOSFET) 10
4 and a resistor 1 connected in series with the protection diode 102.
03. In FIG. 10, G is a gate electrode terminal, E is an emitter electrode terminal, and C is a collector electrode terminal.

【0084】パワー素子101のゲート電極には、保護
用ダイオード102のカソード電極及びnチャネル型M
OSFET104のドレイン電極が接続されており、当
該nチャネル型MOSFET104のソース電極はパワ
ー素子101のエミッタ電極に接続されている。また、
保護用ダイオード102のアノード電極は直列接続され
た抵抗103を介してパワー素子101のエミッタ電極
に接続されており、当該アノード電極はnチャネル型M
OSFET104のゲート電極にも接続されている。
The gate electrode of the power element 101 has a cathode electrode of the protection diode 102 and an n-channel type M
The drain electrode of the OSFET 104 is connected, and the source electrode of the n-channel MOSFET 104 is connected to the emitter electrode of the power element 101. Also,
An anode electrode of the protection diode 102 is connected to an emitter electrode of the power element 101 via a resistor 103 connected in series, and the anode electrode is an n-channel type
It is also connected to the gate electrode of the OSFET 104.

【0085】次に、図10に示した本発明の半導体装置
における素子保護動作の原理を説明する。図11は、こ
の素子保護動作の原理を説明するための保護用ダイオー
ドの逆方向電流−電圧特性を示す特性図である。
Next, the principle of element protection operation in the semiconductor device of the present invention shown in FIG. 10 will be described. FIG. 11 is a characteristic diagram showing a reverse current-voltage characteristic of the protection diode for explaining the principle of the element protection operation.

【0086】図11において、線Aは低温(室温)にお
ける保護用ダイオードの特性を示し、線Bは高温(例え
ば100℃以上)における保護用ダイオードの特性を示
す。図11に示すように、低温(室温)では保護用ダイ
オードに微少なリーク電流(例えば(100μA))し
か流れないが、高温になると大きな電流(例えば125
℃において(10mA))が流れるようになる。
In FIG. 11, line A shows the characteristics of the protection diode at a low temperature (room temperature), and line B shows the characteristics of the protection diode at a high temperature (for example, 100 ° C. or higher). As shown in FIG. 11, at a low temperature (room temperature), only a small leak current (for example, (100 μA)) flows through the protection diode, but at a high temperature, a large current (for example, 125
At (° C.) (10 mA)) flows.

【0087】したがって、ゲート駆動型パワー素子10
1がオン状態となり、素子で発生する熱量が増大して素
子温度が急上昇すると、保護用ダイオード102に流れ
る電流は急激に増大する。その結果、保護用ダイオード
102に直列接続された抵抗103に流れる電流も急激
に増大し、この部分で電位降下が増大して、nチャネル
型MOSFET104のゲート電極には十分な正の電圧
が印加されることとなる。
Therefore, the gate drive power element 10
When the element 1 is turned on and the amount of heat generated in the element increases and the element temperature rises rapidly, the current flowing through the protection diode 102 rapidly increases. As a result, the current flowing through the resistor 103 connected in series to the protection diode 102 also increases rapidly, and the potential drop increases at this portion, and a sufficiently positive voltage is applied to the gate electrode of the n-channel MOSFET 104. The Rukoto.

【0088】これにより、nチャネル型MOSFET1
04はオン状態となるので、パワー素子101のゲート
電極とエミッタ電極との間が短絡されるようになり(即
ち、ゲート電圧が減少して)、パワー素子101はオフ
状態となる。したがって、パワー素子101における熱
の発生は抑制されて、当該パワー素子101の熱による
破壊を事前に防止することが可能となる。
Thus, the n-channel type MOSFET 1
Since the element 04 is turned on, the gate electrode and the emitter electrode of the power element 101 are short-circuited (that is, the gate voltage decreases), and the power element 101 is turned off. Therefore, the generation of heat in the power element 101 is suppressed, and it is possible to prevent the power element 101 from being damaged by heat in advance.

【0089】図12は、上述した保護用ダイオード10
2及びnチャネル型MOSFET104をゲート駆動型
パワー素子101と同じ半導体基板に形成した場合の素
子構造を示す断面図である。温度を検出する保護用ダイ
オード102は、パワー素子101に近接して設けるこ
とが好ましいが、パワー素子101の有効面積を減少さ
せないために主素子部(パワー素子の形成部分)には設
けず、耐圧確保のための接合終端部を利用して形成され
ている。また、nチャネル型MOSFET104も同様
にこの接合終端部を利用して形成されている。
FIG. 12 shows the protection diode 10 described above.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an element structure in a case where two-channel and n-channel MOSFETs 104 are formed on the same semiconductor substrate as a gate drive power element 101. The protection diode 102 for detecting the temperature is preferably provided in the vicinity of the power element 101, but is not provided in the main element portion (portion where the power element is formed) so as not to reduce the effective area of the power element 101. It is formed using a joint end portion for securing. Similarly, the n-channel MOSFET 104 is formed utilizing this junction termination.

【0090】図12に示すように、n- 型の半導体基板
111の表面にはp型領域112及び114が選択的に
形成されており、p型領域(アノード領域)112には
保護用ダイオード102が、p型領域114にはnチャ
ネル型MOSFET104がそれぞれ形成されている。
As shown in FIG. 12, p-type regions 112 and 114 are selectively formed on the surface of n type semiconductor substrate 111, and protective diode 102 is formed in p-type region (anode region) 112. However, the n-channel MOSFET 104 is formed in the p-type region 114.

【0091】即ち、アノード領域112にはその表面に
+ 型のカソード領域113が選択的に形成されてお
り、アノード領域112及びカソード領域113にはそ
れぞれアノード電極117及びカソード領域118が設
けられている。
That is, an n + -type cathode region 113 is selectively formed on the surface of the anode region 112, and an anode electrode 117 and a cathode region 118 are provided in the anode region 112 and the cathode region 113, respectively. I have.

【0092】一方、p型領域114にはその表面にn+
型のソース領域116及びドレイン領域115が選択的
に形成されており、ソース領域116とドレイン領域1
15間のp型領域114の表面にはゲート絶縁膜121
を介してゲート電極120が設けられている。また、ソ
ース領域116及びp型領域114に跨るようにソース
電極122が設けられ、ドレイン領域115にはドレイ
ン電極119が設けられている。
On the other hand, the p-type region 114 has n +
The source region 116 and the drain region 115 are selectively formed, and the source region 116 and the drain region 1 are formed.
The gate insulating film 121 is formed on the surface of the p-type region 114 between
The gate electrode 120 is provided through the gate electrode. Further, a source electrode 122 is provided so as to extend over the source region 116 and the p-type region 114, and a drain electrode 119 is provided in the drain region 115.

【0093】また、保護用ダイオード102のカソード
電極118及びnチャネル型MOSFET104のドレ
イン電極119はパワー素子101のゲート電極に接続
され、nチャネル型MOSFET104のソース電極は
パワー素子101のエミッタ電極に接続されている。さ
らに、保護用ダイオード102のアノード電極117は
直列接続された抵抗103を介してパワー素子101の
エミッタ電極に接続されており、当該アノード電極11
7はnチャネル型MOSFET104のゲート電極12
0にも接続されている。
The cathode electrode 118 of the protection diode 102 and the drain electrode 119 of the n-channel MOSFET 104 are connected to the gate electrode of the power element 101, and the source electrode of the n-channel MOSFET 104 is connected to the emitter electrode of the power element 101. ing. Further, the anode electrode 117 of the protection diode 102 is connected to the emitter electrode of the power element 101 via the resistor 103 connected in series.
7 is a gate electrode 12 of the n-channel MOSFET 104
0 is also connected.

【0094】(第7の実施形態)図13は、本発明の半
導体装置に係る第7の実施形態を示す回路図である。第
6の実施形態において説明したものと異なる点は、制御
用の素子にMOSFET104ではなくバイポーラトラ
ンジスタ105を利用する点である。即ち、図13に示
すように、パワー素子101のゲート電極には、保護用
ダイオード102のカソード電極及びバイポーラトラン
ジスタ105のコレクタ電極が接続されており、当該バ
イポーラトランジスタ105のエミッタ電極はパワー素
子101のエミッタ電極に接続されている。また、保護
用ダイオード102のアノード電極はバイポーラトラン
ジスタ105のベース電極に接続されている。
(Seventh Embodiment) FIG. 13 is a circuit diagram showing a seventh embodiment according to the semiconductor device of the present invention. The difference from the sixth embodiment is that a bipolar transistor 105 is used instead of the MOSFET 104 as a control element. That is, as shown in FIG. 13, the gate electrode of the power element 101 is connected to the cathode electrode of the protection diode 102 and the collector electrode of the bipolar transistor 105, and the emitter electrode of the bipolar transistor 105 is connected to the power element 101. Connected to the emitter electrode. Further, the anode electrode of the protection diode 102 is connected to the base electrode of the bipolar transistor 105.

【0095】図13に示した本実施形態の半導体装置に
おける素子保護動作の原理を説明する。ゲート駆動型パ
ワー素子101がオン状態となり、素子で発生する熱量
が増大して素子温度が急上昇すると、保護用ダイオード
102に流れる電流は急激に増大する。その結果、バイ
ポーラトランジスタ105のベース電極に流れ込む電流
値も急激に増大し、バイポーラトランジスタ105はオ
ン状態となるので、パワー素子101のゲート電極とエ
ミッタ電極との間が短絡されるようになり(即ち、ゲー
ト電圧が減少して)、パワー素子101はオフ状態とな
る。したがって、パワー素子101における熱の発生は
抑制されて、当該パワー素子101の熱による破壊を事
前に防止することが可能となる。
The principle of element protection operation in the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 13 will be described. When the gate drive power element 101 is turned on, the amount of heat generated in the element increases, and the element temperature rises rapidly, the current flowing through the protection diode 102 increases rapidly. As a result, the value of the current flowing into the base electrode of the bipolar transistor 105 also sharply increases, and the bipolar transistor 105 is turned on, so that the gate electrode and the emitter electrode of the power element 101 are short-circuited (that is, the power element 101 is short-circuited). , The gate voltage decreases), and the power element 101 is turned off. Therefore, the generation of heat in the power element 101 is suppressed, and it is possible to prevent the power element 101 from being damaged by heat in advance.

【0096】このように本実施形態によれば、保護用ダ
イオード102のリーク電流をそのままバイポーラトラ
ンジスタ105のベース電流として使用して制御を行う
ので、第6の実施形態で示した抵抗103を省略するこ
とができ構成を簡単にすることが可能である。また、バ
イポーラトランジスタ105は保護用ダイオード102
と同様の温度特性を有し、素子温度が高くなるほどオン
しやすいので、高耐圧半導体装置の保護をより簡単にか
つ確実に行うことが可能である。
As described above, according to the present embodiment, since the control is performed by using the leak current of the protection diode 102 as it is as the base current of the bipolar transistor 105, the resistor 103 shown in the sixth embodiment is omitted. It is possible to simplify the configuration. The bipolar transistor 105 is connected to the protection diode 102.
Since the semiconductor device has the same temperature characteristics as described above and is easily turned on as the element temperature increases, protection of the high breakdown voltage semiconductor device can be performed more easily and reliably.

【0097】図14は第7の実施形態の保護回路を全て
パワー素子と同じ半導体基板に形成した場合の断面図で
ある。図12と同一部分には同一の符号を付して示し、
詳細な説明は省略する。図14に示すように、上述した
保護用ダイオード102及びバイポーラトランジスタ1
05は、ゲート駆動型パワー素子101と同じ半導体基
板に形成されている。保護用ダイオード102(可能で
あればバイポーラトランジスタ105も。)は、パワー
素子101に近接して設けることが好ましいが、パワー
素子101の有効面積を減少させないために主素子部
(パワー素子の形成部分)には設けず、耐圧確保のため
の接合終端部を利用して形成されている。また、バイポ
ーラトランジスタ105も同様にこの接合終端部を利用
して形成されている。
FIG. 14 is a cross-sectional view in the case where all the protection circuits of the seventh embodiment are formed on the same semiconductor substrate as the power elements. The same parts as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals,
Detailed description is omitted. As shown in FIG. 14, the above-described protection diode 102 and bipolar transistor 1
05 is formed on the same semiconductor substrate as the gate drive type power element 101. The protection diode 102 (and, if possible, the bipolar transistor 105) is preferably provided close to the power element 101. However, in order to prevent the effective area of the power element 101 from decreasing, the main element portion (the portion where the power element is formed) is provided. ), But is formed by using a joint termination portion for ensuring a withstand voltage. Similarly, the bipolar transistor 105 is formed utilizing this junction termination.

【0098】図14に示すように、n- 型の半導体基板
111の表面にはp型領域(アノード領域)112の他
にp型領域(ベース領域)124が選択的に形成されて
おり、このp型領域124にはバイポーラトランジスタ
105が形成されている。
As shown in FIG. 14, a p-type region (base region) 124 is selectively formed on the surface of an n -type semiconductor substrate 111 in addition to a p-type region (anode region) 112. Bipolar transistor 105 is formed in p-type region 124.

【0099】即ち、ベース領域124にはその表面にn
+ 型のエミッタ領域125及びコレクタ領域123が選
択的に形成されており、エミッタ領域125及びコレク
タ領域123にはそれぞれエミッタ電極128及びコレ
クタ電極126が設けられている。また、エミッタ領域
125とコレクタ領域123間のベース領域124の表
面にはベース電極127が設けられている。
That is, the base region 124 has n
A + type emitter region 125 and a collector region 123 are selectively formed, and the emitter region 125 and the collector region 123 are provided with an emitter electrode 128 and a collector electrode 126, respectively. A base electrode 127 is provided on the surface of the base region 124 between the emitter region 125 and the collector region 123.

【0100】さらに、保護用ダイオード102のカソー
ド電極118及びバイポーラトランジスタ105のコレ
クタ電極126は、パワー素子101のゲート電極に対
して接続されており、バイポーラトランジスタ105の
エミッタ電極128はパワー素子101のエミッタ電極
に接続されている。保護用ダイオード102のアノード
電極117はバイポーラトランジスタ105のベース電
極127に接続されている。
Further, the cathode electrode 118 of the protection diode 102 and the collector electrode 126 of the bipolar transistor 105 are connected to the gate electrode of the power element 101, and the emitter electrode 128 of the bipolar transistor 105 is connected to the emitter of the power element 101. Connected to electrodes. The anode electrode 117 of the protection diode 102 is connected to the base electrode 127 of the bipolar transistor 105.

【0101】図15は、本実施形態における素子構造の
変形例を示す断面図である。図14と同一部分には同一
の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。図15に
示すように、p型領域(アノード領域)112とp型領
域(ベース領域)124とは合体して一つのp型領域1
10aとなっている。このような構成であれば、より簡
単なプロセスでより集積した素子を作製することが可能
である。
FIG. 15 is a sectional view showing a modification of the element structure according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. As shown in FIG. 15, the p-type region (anode region) 112 and the p-type region (base region) 124 are united into one p-type region 1.
10a. With such a configuration, it is possible to manufacture a more integrated element by a simpler process.

【0102】なお、図15のp型領域110aにはカソ
ード領域113及びコレクタ領域123より下層の領域
にp型領域110aより高濃度のp+ 型領域110a´
が形成されている。このp+ 型領域110a´は、カソ
ード領域113の下層領域からエミッタ領域125とコ
レクタ領域123間の下層領域にわたって延在してい
る。かかる構成により、保護用ダイオード102のリー
ク電流はp+ 型領域110a´を通って、エミッタ領域
125とコレクタ領域123間のp型領域110a(ベ
ース領域)に効率よく到達することが可能であり、効率
の良い素子保護動作を図ることが可能である。
The p-type region 110a shown in FIG. 15 has a p + -type region 110a 'having a higher concentration than the p-type region 110a in a region below the cathode region 113 and the collector region 123.
Are formed. This p + type region 110a ′ extends from the lower region of cathode region 113 to the lower region between emitter region 125 and collector region 123. With such a configuration, the leak current of the protection diode 102 can efficiently reach the p-type region 110a (base region) between the emitter region 125 and the collector region 123 through the p + -type region 110a ′. An efficient element protection operation can be achieved.

【0103】また、コレクタ領域123を複数に分割し
て、かかるコレクタ領域123間を保護用ダイオード1
02のリーク電流が流れるようにしても、当該リーク電
流の上記ベース領域への到達効率を向上させることがで
き、効率の良い素子保護動作を確保することが可能であ
る。
Further, the collector region 123 is divided into a plurality of parts, and the protection diode 1 is provided between the collector regions 123.
Even when the leakage current of 02 flows, the efficiency of the leakage current reaching the base region can be improved, and an efficient element protection operation can be ensured.

【0104】図16は、本実施形態における素子構造の
他の変形例を示す断面図である。図14と同一部分には
同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。図1
6に示すように、p型領域(ベース領域)110bとp
型領域(アノード領域)110cとはお互いに接するよ
うに形成されている。これらのp型領域110b及び1
10cはそれぞれ素子動作に適する所望のp型不純物濃
度で形成されている。
FIG. 16 is a sectional view showing another modification of the element structure in this embodiment. The same parts as those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. FIG.
As shown in FIG. 6, the p-type region (base region) 110b
The mold region (anode region) 110c is formed so as to be in contact with each other. These p-type regions 110b and 1
10c are each formed at a desired p-type impurity concentration suitable for element operation.

【0105】p型領域110b及び110cの形成方法
としては、例えばp型不純物の二重拡散を用いることが
可能である。この図16の実施形態においても、図15
の実施形態と同様に、高濃度のp+型領域110a´に
相当する領域を設けたり、コレクタ領域123を複数に
分割することが可能であり、この場合にも効率の良い素
子保護動作を図ることが可能である。
As a method for forming the p-type regions 110b and 110c, for example, double diffusion of p-type impurities can be used. In the embodiment of FIG.
Similarly to the third embodiment, it is possible to provide a region corresponding to the high-concentration p + -type region 110a 'or to divide the collector region 123 into a plurality of parts. In this case, efficient element protection operation is achieved. It is possible.

【0106】(第8の実施形態)図17は、本発明の半
導体装置に係る第8の実施形態を示す回路図である。第
6の実施形態において説明したものと異なる点は、制御
用の素子にMOSFET104ではなくサイリスタ10
6を利用する点である。即ち、図17に示すように、パ
ワー素子101のゲート電極には、保護用ダイオード1
02のカソード電極及びサイリスタ106のアノード電
極が接続されており、当該サイリスタ106のカソード
電極はパワー素子101のエミッタ電極に接続されてい
る。また、保護用ダイオード102のアノード電極はサ
イリスタ106のベース電極に接続されている。
(Eighth Embodiment) FIG. 17 is a circuit diagram showing an eighth embodiment according to the semiconductor device of the present invention. The difference from the sixth embodiment is that the control element is not the MOSFET 104 but the thyristor 10.
6 is used. That is, as shown in FIG. 17, the protection diode 1 is connected to the gate electrode of the power element 101.
02 is connected to the anode electrode of the thyristor 106, and the cathode electrode of the thyristor 106 is connected to the emitter electrode of the power element 101. The anode electrode of the protection diode 102 is connected to the base electrode of the thyristor 106.

【0107】図17に示した本実施形態の半導体装置に
おける素子保護動作の原理を説明する。ゲート駆動型パ
ワー素子101がオン状態となり、素子で発生する熱量
が増大して素子温度が急上昇すると、保護用ダイオード
102に流れる電流は急激に増大する。その結果、サイ
リスタ106のベース電極に流れ込む電流値も急激に増
大し、サイリスタ106はオン状態となるので、パワー
素子101のゲート電極とエミッタ電極との間が短絡さ
れるようになり(即ち、ゲート電圧が減少して)、パワ
ー素子101はオフ状態となる。したがって、パワー素
子101における熱の発生は抑制されて、当該パワー素
子101の熱による破壊を事前に防止することが可能と
なる。
The principle of the element protection operation in the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 17 will be described. When the gate drive power element 101 is turned on, the amount of heat generated in the element increases, and the element temperature rises rapidly, the current flowing through the protection diode 102 increases rapidly. As a result, the value of the current flowing into the base electrode of the thyristor 106 also sharply increases, and the thyristor 106 is turned on, so that the gate electrode and the emitter electrode of the power element 101 are short-circuited (that is, the gate is closed). When the voltage decreases), the power element 101 is turned off. Therefore, the generation of heat in the power element 101 is suppressed, and it is possible to prevent the power element 101 from being damaged by heat in advance.

【0108】このように本実施形態によれば、保護用ダ
イオード102のリーク電流をそのままサイリスタ10
6のベース電流として使用して制御を行うので、第7の
実施形態と同様に第6の実施形態で示した抵抗103を
省略することができ構成を簡単にすることが可能であ
る。また、サイリスタ106は保護用ダイオード102
と同様の温度特性を有し、素子温度が高くなるほどオン
しやすいので、高耐圧半導体装置の保護をより簡単にか
つ確実に行うことが可能である。
As described above, according to the present embodiment, the leakage current of the protection diode 102 is directly used as the thyristor 10.
Since the control is performed using the base current of No. 6, the resistor 103 shown in the sixth embodiment can be omitted similarly to the seventh embodiment, and the configuration can be simplified. The thyristor 106 is connected to the protection diode 102.
Since the semiconductor device has the same temperature characteristics as described above and is easily turned on as the element temperature increases, protection of the high breakdown voltage semiconductor device can be performed more easily and reliably.

【0109】さらに本実施形態では、素子温度が上昇し
た場合、サイリスタ106をオン状態とすることにより
パワー素子101をオフ状態とするが、このサイリスタ
106は、一度オン状態となると、外部からの電圧印加
によりゲート電圧を負とするまでオン状態を保ち続け
る。したがって、パワー素子101をオフ状態に保ちオ
ン状態には戻さないようにすることができ、素子温度が
高温の場合においてより確実に素子の保護を行うことが
可能である。
Furthermore, in this embodiment, when the element temperature rises, the thyristor 106 is turned on to turn off the power element 101. However, once the thyristor 106 is turned on, an external voltage is applied. The ON state is maintained until the gate voltage becomes negative by the application. Therefore, the power element 101 can be kept in the off state and not returned to the on state, and the element can be more reliably protected when the element temperature is high.

【0110】図18は第8の実施形態の保護回路を全て
パワー素子と同じ半導体基板に形成した場合の断面図で
ある。図12と同一部分には同一の符号を付して示し、
詳細な説明は省略する。図18に示すように、上述した
保護用ダイオード102及びサイリスタ106は、ゲー
ト駆動型パワー素子101と同じ半導体基板に形成され
ている。保護用ダイオード102(可能であればサイリ
スタ106も。)は、パワー素子101に近接して設け
ることが好ましいが、パワー素子101の有効面積を減
少させないために主素子部(パワー素子の形成部分)に
は設けず、耐圧確保のための接合終端部を利用して形成
されている。また、サイリスタ106も同様にこの接合
終端部を利用して形成されている。
FIG. 18 is a sectional view in the case where all the protection circuits of the eighth embodiment are formed on the same semiconductor substrate as the power elements. The same parts as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals,
Detailed description is omitted. As shown in FIG. 18, the above-described protection diode 102 and thyristor 106 are formed on the same semiconductor substrate as the gate drive power element 101. The protection diode 102 (and, if possible, the thyristor 106) is preferably provided close to the power element 101. However, in order to reduce the effective area of the power element 101, the main element portion (the part where the power element is formed) , And is formed using a joint termination portion for ensuring a withstand voltage. In addition, the thyristor 106 is similarly formed by utilizing the joint end portion.

【0111】図18に示すように、n- 型の半導体基板
111の表面にはp型領域(アノード領域)112の他
にp型領域(p型のベース領域)129が選択的に形成
されており、このp型領域129にはサイリスタ106
が形成されている。
As shown in FIG. 18, a p-type region (p-type base region) 129 is selectively formed on the surface of an n -type semiconductor substrate 111 in addition to a p-type region (anode region) 112. The p-type region 129 has a thyristor 106
Are formed.

【0112】即ち、p型のベース領域129にはその表
面にn型のベース領域131が選択的に形成されてお
り、このn型のベース領域131の表面にはp型のアノ
ード領域132が選択的に形成されている。また、p型
のベース領域129の表面にはn型のベース領域131
から離間してn型のカソード領域130が形成されてい
る。p型のアノード領域132及びn型のカソード領域
130にはそれぞれアノード電極134及びカソード電
極133が設けられている。また、n型のベース領域1
31とn型のカソード領域130間のp型のベース領域
129の表面にはベース電極135が設けられている。
That is, an n-type base region 131 is selectively formed on the surface of the p-type base region 129, and a p-type anode region 132 is selectively formed on the surface of the n-type base region 131. Is formed. The n-type base region 131 is provided on the surface of the p-type base region 129.
An n-type cathode region 130 is formed at a distance from the substrate. An anode electrode 134 and a cathode electrode 133 are provided in the p-type anode region 132 and the n-type cathode region 130, respectively. Also, an n-type base region 1
A base electrode 135 is provided on the surface of p-type base region 129 between 31 and n-type cathode region 130.

【0113】さらに、保護用ダイオード102のカソー
ド電極118及びサイリスタ106のアノード電極13
4は、パワー素子101のゲート電極に対して接続され
ており、サイリスタ106のカソード電極133はパワ
ー素子101のエミッタ電極に接続されている。また、
保護用ダイオード102のアノード電極117はサイリ
スタ106のベース電極135(p型のベース領域12
9上の電極)に接続されている。
Further, the cathode electrode 118 of the protection diode 102 and the anode electrode 13 of the thyristor 106
4 is connected to the gate electrode of the power element 101, and the cathode electrode 133 of the thyristor 106 is connected to the emitter electrode of the power element 101. Also,
The anode electrode 117 of the protection diode 102 is connected to the base electrode 135 of the thyristor 106 (the p-type base region 12).
9 above).

【0114】図19は、本実施形態における素子構造の
変形例を示す断面図である。図18と同一部分には同一
の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。図19に
示すように、p型領域(アノード領域)112とp型領
域(p型のベース領域)129とは合体して一つのp型
領域110dとなっている。このような構成であれば、
より簡単なプロセスでより集積した素子を作製すること
が可能である。
FIG. 19 is a sectional view showing a modification of the element structure in this embodiment. The same parts as those in FIG. 18 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. As shown in FIG. 19, the p-type region (anode region) 112 and the p-type region (p-type base region) 129 are combined into one p-type region 110d. With such a configuration,
It is possible to produce a more integrated device by a simpler process.

【0115】なお、図19のp型領域110dにはカソ
ード領域113及びカソード領域130より下層の領域
にp型領域110dより高濃度のp+ 型領域110d´
が形成されている。このp+ 型領域110d´は、カソ
ード領域113の下層領域からカソード領域130とベ
ース領域131間の下層領域にわたって延在している。
かかる構成により、保護用ダイオード102のリーク電
流はp+ 型領域110d´を通って、カソード領域13
0とベース領域131間のp型領域110d(ベース領
域)に効率よく到達することが可能であり、効率の良い
素子保護動作を図ることが可能である。
In the p-type region 110d of FIG. 19, a p + -type region 110d 'having a higher concentration than the p-type region 110d is formed in a region below the cathode region 113 and the cathode region 130.
Are formed. The p + type region 110 d ′ extends from the lower region of the cathode region 113 to the lower region between the cathode region 130 and the base region 131.
With this configuration, the leakage current of the protection diode 102 passes through the p + -type region 110d ′ and
It is possible to efficiently reach the p-type region 110d (base region) between 0 and the base region 131, and it is possible to achieve an efficient element protection operation.

【0116】また、カソード領域130を複数に分割し
て、かかるカソード領域130間を保護用ダイオード1
02のリーク電流が流れるようにしても、当該リーク電
流の上記ベース領域への到達効率を向上させることがで
き、効率の良い素子保護動作を確保することが可能であ
る。
Further, the cathode region 130 is divided into a plurality of parts, and the protection diode 1 is provided between the cathode regions 130.
Even when the leakage current of 02 flows, the efficiency of the leakage current reaching the base region can be improved, and an efficient element protection operation can be ensured.

【0117】図20は、本実施形態における素子構造の
他の変形例を示す断面図である。図18と同一部分には
同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。図2
0に示すように、p型領域(p型のベース領域)110
eとp型領域(アノード領域)110fとはお互いに接
するように形成されている。これらのp型領域110e
及び110fはそれぞれ素子動作に適する所望のp型不
純物濃度で形成されている。p型領域110e及び11
0fの形成方法としては、例えばp型不純物の二重拡散
を用いることが可能である。
FIG. 20 is a sectional view showing another modification of the element structure in this embodiment. The same parts as those in FIG. 18 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. FIG.
0, a p-type region (p-type base region) 110
e and the p-type region (anode region) 110f are formed to be in contact with each other. These p-type regions 110e
And 110f are each formed at a desired p-type impurity concentration suitable for element operation. p-type regions 110e and 11
As a method of forming 0f, for example, double diffusion of a p-type impurity can be used.

【0118】この図20の実施形態においても、図19
の実施形態と同様に、高濃度のp+型領域110d´に
相当する領域を設けたり、コレクタ領域130を複数に
分割することが可能であり、この場合にも効率の良い素
子保護動作を図ることが可能である。
In the embodiment of FIG. 20, also in FIG.
Similarly to the third embodiment, it is possible to provide a region corresponding to the high-concentration p + -type region 110d 'or to divide the collector region 130 into a plurality of parts. In this case, an efficient element protection operation is achieved. It is possible.

【0119】(第9の実施形態)図21は、本発明の半
導体装置に係る第9の実施形態を示す回路図である。ま
た、図22は本実施形態における構造を示す斜視図、図
23は本実施形態における素子構造を示す断面図であ
る。図10と同一部分には同一の符号を付して示す。
(Ninth Embodiment) FIG. 21 is a circuit diagram showing a ninth embodiment according to the semiconductor device of the present invention. FIG. 22 is a perspective view showing a structure in this embodiment, and FIG. 23 is a cross-sectional view showing an element structure in this embodiment. The same parts as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.

【0120】図21に示すように、本実施形態の半導体
装置は二つの部分P、Qに分かれており、Qの部分は高
耐圧の半導体装置(ゲート駆動型パワー素子101)と
同一の基板に作製されており、Pの部分は当該高耐圧半
導体装置(ゲート駆動型パワー素子101)が設けられ
た基板とは別の部分(例えば、配線等が形成されたモジ
ュール基板、圧接パッケージの蓋の部分、前述の実施形
態におけるチップフレーム等)に作製されている。
As shown in FIG. 21, the semiconductor device of this embodiment is divided into two portions P and Q, and the portion Q is formed on the same substrate as the high breakdown voltage semiconductor device (gate drive power element 101). The P portion is a portion different from the substrate on which the high breakdown voltage semiconductor device (gate drive power element 101) is provided (for example, a module substrate on which wiring and the like are formed, a lid portion of a press-contact package). , And the chip frame in the above-described embodiment).

【0121】Qの部分は、コレクタ電極、エミッタ電
極、及びゲート電極を有するゲート駆動型パワー素子1
01と、このパワー素子101に接続された保護用ダイ
オード102とから構成されている。パワー素子101
のゲート電極には保護用ダイオード102のカソード電
極が接続され、これらのゲート電極及びカソード電極は
電極端子Gを介して外部と接続可能となっている。ま
た、保護用ダイオード102のアノード電極は電極端子
Aを介して外部と接続可能となっている。
The part Q is a gate drive type power element 1 having a collector electrode, an emitter electrode, and a gate electrode.
01 and a protection diode 102 connected to the power element 101. Power element 101
The cathode electrode of the protection diode 102 is connected to the gate electrode, and these gate electrode and cathode electrode can be connected to the outside via the electrode terminal G. The anode electrode of the protection diode 102 can be connected to the outside via the electrode terminal A.

【0122】一方、Pの部分は、電界効果トランジスタ
(nチャネル型MOSFET)104と、この電界効果
トランジスタ104に接続された抵抗103とから構成
されている。nチャネル型MOSFET104のゲート
電極は抵抗103を介して当該MOSFET104のソ
ース電極と接続され、これらのゲート電極及びソース電
極はそれぞれ電極端子A´、E´を介して外部と接続可
能となっている。また、nチャネル型MOSFET10
4のドレイン電極は電極端子G´を介して外部と接続可
能となっている。
On the other hand, the portion P is composed of a field effect transistor (n-channel MOSFET) 104 and a resistor 103 connected to the field effect transistor 104. The gate electrode of the n-channel MOSFET 104 is connected to the source electrode of the MOSFET 104 via the resistor 103, and these gate and source electrodes can be connected to the outside via the electrode terminals A 'and E', respectively. Also, the n-channel MOSFET 10
The drain electrode 4 can be connected to the outside via the electrode terminal G '.

【0123】以上の構成の本実施形態の半導体装置にお
いては、P部分の電極端子G´、電極端子A´、及び電
極端子E´が、それぞれQ部分の電極端子G、電極端子
A、及び電極端子Eと接続されるようになっており、接
続した場合には図10に示した回路と同一の構成となる
ようになっている。
In the semiconductor device of the present embodiment having the above configuration, the electrode terminal G ', the electrode terminal A' and the electrode terminal E 'of the P portion are respectively replaced with the electrode terminal G, the electrode terminal A and the electrode terminal of the Q portion. The terminal E is connected to the terminal E. When the terminal E is connected, the circuit has the same configuration as the circuit shown in FIG.

【0124】本実施形態のように、半導体装置を二つの
部分P、Qに分け、パワー素子101と同一の基板に作
製されるQの部分に保護用ダイオード102を含め、ま
たパワー素子101が設けられた基板とは別の部分に作
製されるPの部分に電界効果トランジスタ104を含め
るようにすれば、保護用ダイオード102がパワー素子
101と近接して設けられることになるので、保護用ダ
イオード102によりパワー素子101の素子温度を正
確に検知しパワー素子101に対して正確かつ迅速にフ
ィードバックを行うことができ、パワー素子101を確
実に保護することが可能である。
As in the present embodiment, the semiconductor device is divided into two parts P and Q, and a protection diode 102 is provided in the part Q formed on the same substrate as the power element 101, and the power element 101 is provided. If the field effect transistor 104 is included in the portion of P formed in a portion different from the substrate provided, the protection diode 102 is provided in close proximity to the power element 101. Thus, the element temperature of the power element 101 can be accurately detected, and the feedback to the power element 101 can be performed accurately and quickly, so that the power element 101 can be reliably protected.

【0125】さらに、素子温度の検知とは直接関係のな
い電界効果トランジスタ104は、パワー素子101が
設けられた基板とは異なる部分に設けられるので、素子
温度の検知に影響を与えることなく、かつパワー素子1
01の有効面積を減少させないで、装置全体のコンパク
ト化を図ることが可能である。
Further, since the field effect transistor 104 which is not directly related to the detection of the element temperature is provided in a portion different from the substrate on which the power element 101 is provided, the field effect transistor 104 does not affect the detection of the element temperature and Power element 1
01 can be made compact without reducing the effective area of the device.

【0126】次に、チップフレームを用いて本実施形態
の半導体装置の実装を行った場合について説明する。図
22に示すように、半導体基板(半導体チップ)201
にはパワー素子101及び保護用ダイオード102が形
成されており、第1の実施形態と同様に当該半導体基板
201の外周部にはチップフレーム208が装着されて
いる。このチップフレーム208は、半導体基板201
モジュールに組み込む際の耐圧歩留りを向上させるため
に、第1の実施形態と同様に半導体基板201の接合終
端部をカバーしている。さらに、チップフレーム208
の上面にはゲート配線パターン207a、アノード配線
パターン207b、エミッタ配線パターン207c、抵
抗203、及びnチャネル型MOSFET204が設け
られている。
Next, a case where the semiconductor device of the present embodiment is mounted using a chip frame will be described. As shown in FIG. 22, a semiconductor substrate (semiconductor chip) 201
A power element 101 and a protection diode 102 are formed, and a chip frame 208 is mounted on the outer peripheral portion of the semiconductor substrate 201 as in the first embodiment. This chip frame 208 is
In order to improve the breakdown voltage yield at the time of assembling into the module, the junction termination portion of the semiconductor substrate 201 is covered as in the first embodiment. Further, the chip frame 208
Are provided with a gate wiring pattern 207a, an anode wiring pattern 207b, an emitter wiring pattern 207c, a resistor 203, and an n-channel MOSFET 204.

【0127】ゲート配線パターン207aとnチャネル
型MOSFET204のドレイン電極とは配線により電
気的に接続され、このnチャネル型MOSFET204
のゲート電極及びソース電極は、それぞれアノード配線
パターン207b、エミッタ配線パターン207cに対
して配線により電気的に接続されている。また、nチャ
ネル型MOSFET204のソース電極は抵抗203を
介してアノード配線パターン207bに対して配線によ
り電気的に接続されている さらに、半導体基板201の保護用ダイオード102の
カソード電極(図23の222に相当。)及びアノード
電極(図23の221に相当。)は、それぞれボンディ
ングワイヤー209a、209bによりそれぞれゲート
配線パターン207a、アノード配線パターン207b
に電気的に接続されている。また、半導体基板201の
パワー素子101のエミッタ電極(図23の216に相
当。)及びゲート電極(図23の215に相当。)は、
それぞれボンディングワイヤー209c、209dによ
りそれぞれエミッタ配線パターン207c、ゲート配線
パターン207aに電気的に接続されている。なお、半
導体基板201の裏面にはパワー素子101のコレクタ
電極207dが設けられている。
The gate wiring pattern 207a and the drain electrode of the n-channel MOSFET 204 are electrically connected by a wiring.
Are electrically connected to the anode wiring pattern 207b and the emitter wiring pattern 207c by wiring, respectively. The source electrode of the n-channel MOSFET 204 is electrically connected to the anode wiring pattern 207b via a resistor 203 by wiring. Further, the cathode electrode of the protection diode 102 of the semiconductor substrate 201 (reference numeral 222 in FIG. 23) and the anode electrode (corresponding to 221 in FIG. 23) are respectively connected to the gate wiring pattern 207a and the anode wiring pattern 207b by bonding wires 209a and 209b.
Is electrically connected to The emitter electrode (corresponding to 216 in FIG. 23) and the gate electrode (corresponding to 215 in FIG. 23) of the power element 101 of the semiconductor substrate 201 are provided.
They are electrically connected to the emitter wiring pattern 207c and the gate wiring pattern 207a by bonding wires 209c and 209d, respectively. The collector electrode 207d of the power element 101 is provided on the back surface of the semiconductor substrate 201.

【0128】また一方、図23に示すように、半導体基
板201にはn- 型の半導体層211が設けられ、その
表面にはp型領域(p型のベース領域)212及びリン
グ状のp型領域(アノード領域)219が選択的に形成
されており、このアノード領域219の外側にはp-
のリサーフ層(終端領域)223が形成されている。p
型のベース領域212にはパワー素子101としてIG
BTが設けられ、アノード領域219には保護用ダイオ
ード102がそれぞれ設けられている。
On the other hand, as shown in FIG. 23, an n type semiconductor layer 211 is provided on a semiconductor substrate 201, and a p-type region (p-type base region) 212 and a ring-shaped p-type A region (anode region) 219 is selectively formed, and a p -type resurf layer (termination region) 223 is formed outside the anode region 219. p
IG as a power element 101
A BT is provided, and a protection diode 102 is provided in each of the anode regions 219.

【0129】即ち、p型のベース領域212にはその表
面にn+ 型のソース領域(エミッタ領域、カソード領
域)213が例えばリング状に選択的に形成されてお
り、ソース領域213とn- 型の半導体層211間のp
型のベース領域212の表面にはゲート絶縁膜214を
介してゲート電極215が設けられている。ソース電極
(エミッタ電極、カソード電極)216は、ソース領域
213及びp型のベース領域212に跨るように設けら
れている。また、半導体基板201の裏面にはp+型の
ドレイン領域(アノード領域)217が形成されてお
り、このドレイン領域217にはドレイン電極(アノー
ド電極)218が設けられている。
That is, an n + -type source region (emitter region, cathode region) 213 is selectively formed on the surface of the p-type base region 212, for example, in a ring shape, and the source region 213 and the n -type are formed. P between the semiconductor layers 211
A gate electrode 215 is provided on the surface of the base region 212 of the mold via a gate insulating film 214. The source electrode (emitter electrode, cathode electrode) 216 is provided so as to straddle the source region 213 and the p-type base region 212. A p + -type drain region (anode region) 217 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 201, and a drain electrode (anode electrode) 218 is provided in the drain region 217.

【0130】また、アノード領域219にはその表面に
+ 型のカソード領域220が選択的に形成されてお
り、アノード領域219及びカソード領域220にはそ
れぞれアノード電極221、カソード電極222が設け
られている。
The anode region 219 has an n + -type cathode region 220 selectively formed on the surface thereof. The anode region 219 and the cathode region 220 are provided with an anode electrode 221 and a cathode electrode 222, respectively. I have.

【0131】さらに、パワー素子101のゲート電極2
15には保護用ダイオード102のカソード電極222
が接続され、これらのゲート電極215及びカソード電
極222は上述したように電極端子Gを介してゲート配
線パターン207aと接続されている。保護用ダイオー
ド102のアノード電極221及びパワー素子101の
ソース電極(エミッタ電極、カソード電極)216は、
それぞれ電極端子A、電極端子K(E)を介して上述の
如くそれぞれアノード配線パターン207b、エミッタ
配線パターン207cと接続されている。
Further, the gate electrode 2 of the power element 101
Reference numeral 15 denotes a cathode electrode 222 of the protection diode 102.
The gate electrode 215 and the cathode electrode 222 are connected to the gate wiring pattern 207a via the electrode terminal G as described above. The anode electrode 221 of the protection diode 102 and the source electrode (emitter electrode, cathode electrode) 216 of the power element 101 are
As described above, they are connected to the anode wiring pattern 207b and the emitter wiring pattern 207c via the electrode terminal A and the electrode terminal K (E), respectively.

【0132】このように、保護用ダイオード102を半
導体基板201に設け、かつnチャネル型MOSFET
204をチップフレーム208の上面に設けることによ
り、パワー素子101の素子温度を正確に検知すること
ができ、パワー素子101に対する正確かつ迅速なフィ
ードバックによりパワー素子101を確実に保護するこ
とが可能であるとともに、素子温度の検知に影響を与え
ることなく、かつパワー素子101の有効面積を減少さ
せないで、装置全体のコンパクト化を図ることが可能で
ある。
As described above, the protection diode 102 is provided on the semiconductor substrate 201 and the n-channel MOSFET
By providing the element 204 on the upper surface of the chip frame 208, the element temperature of the power element 101 can be accurately detected, and the power element 101 can be reliably protected by accurate and quick feedback to the power element 101. At the same time, it is possible to reduce the size of the entire apparatus without affecting the detection of the element temperature and without reducing the effective area of the power element 101.

【0133】なお、本発明は上記した第6乃至第9の実
施形態に限定されることはない。例えば、上記実施形態
においては高耐圧の半導体装置としてnチャネル型のI
GBTを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば
pチャネル型のIGBTについても本発明を適用するこ
とが可能である。
The present invention is not limited to the sixth to ninth embodiments. For example, in the above embodiment, an n-channel type I
The present invention has been described by taking the GBT as an example, but the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to, for example, a p-channel IGBT.

【0134】この場合には、pチャネル型IGBTのゲ
ート電極に対して保護用ダイオードのアノード電極及び
pチャネル型MOSFETのドレイン電極が接続され、
当該pチャネル型MOSFETのソース電極はpチャネ
ル型IGBTのエミッタ電極に対して接続される。ま
た、保護用ダイオードのカソード電極は直列接続された
抵抗を介してpチャネル型MOSFETのエミッタ電極
に接続され、当該カソード電極はpチャネル型MOSF
ETのゲート電極にも接続される。
In this case, the anode electrode of the protection diode and the drain electrode of the p-channel MOSFET are connected to the gate electrode of the p-channel IGBT,
The source electrode of the p-channel MOSFET is connected to the emitter electrode of the p-channel IGBT. The cathode electrode of the protection diode is connected to the emitter electrode of a p-channel MOSFET via a resistor connected in series, and the cathode electrode is connected to a p-channel MOSFET.
It is also connected to the gate electrode of ET.

【0135】また、第1乃至第5の実施形態と第6乃至
第9の実施形態とを適宜組み合わせて実施することも可
能である。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種
々変形して実施することが可能である。
Further, the first to fifth embodiments and the sixth to ninth embodiments can be appropriately combined and implemented. In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0136】[0136]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体チップにフレームを設けることにより製造歩留ま
り及び信頼性の高い半導体装置及び半導体モジュールを
提供することができる。さらに、フレーム上に配線パタ
ーン等を形成することによりモジュールの小型化や低イ
ンダクタンス化が可能な半導体モジュールを提供するこ
とができる。また、本発明によれば、素子温度の急上昇
等に対応し素子を破壊から保護することが可能な半導体
装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention,
By providing a frame on a semiconductor chip, a semiconductor device and a semiconductor module with high manufacturing yield and high reliability can be provided. Further, by forming a wiring pattern or the like on the frame, a semiconductor module capable of reducing the size and inductance of the module can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of protecting the element from destruction in response to a rapid rise in the element temperature or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る第1の実施形態における半導体
装置の構造を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明に係る第1の実施形態における半導体
モジュールの構造を示す平面図。
FIG. 2 is a plan view showing the structure of the semiconductor module according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 図2に示す半導体モジュールの線分A−A´
における断面を示す断面図。
FIG. 3 is a line segment AA ′ of the semiconductor module shown in FIG. 2;
Sectional drawing which shows the cross section in FIG.

【図4】 本発明に係る第1の実施形態における半導体
装置の構造の変形例を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a modification of the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図5】 本発明に係る第2の実施形態における半導体
装置の構造を示す斜視図。
FIG. 5 is a perspective view showing a structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】 本発明に係る第2の実施形態における半導体
モジュールの構造を示す平面図。
FIG. 6 is a plan view showing the structure of a semiconductor module according to a second embodiment of the present invention.

【図7】 本発明に係る第3の実施形態における半導体
モジュールの構造を示す平面図。
FIG. 7 is a plan view showing the structure of a semiconductor module according to a third embodiment of the present invention.

【図8】 本発明に係る第4の実施形態における半導体
モジュールの構造を示す平面図。
FIG. 8 is a plan view showing the structure of a semiconductor module according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】 本発明に係る第5の実施形態における半導体
モジュールの構造を示す平面図。
FIG. 9 is a plan view showing a structure of a semiconductor module according to a fifth embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の半導体装置に係る第6の実施形態
を示す回路図。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a sixth embodiment according to the semiconductor device of the present invention.

【図11】 本発明の半導体装置における素子保護動作
の原理を説明するための保護用ダイオードの逆方向電流
−電圧特性を示す特性図。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a reverse current-voltage characteristic of a protection diode for explaining the principle of element protection operation in the semiconductor device of the present invention.

【図12】 本発明の半導体装置に係る第6の実施形態
における素子構造を示す断面図。
FIG. 12 is a sectional view showing an element structure according to a sixth embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図13】 本発明の半導体装置に係る第7の実施形態
を示す回路図。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a seventh embodiment according to the semiconductor device of the present invention.

【図14】 本発明の半導体装置に係る第7の実施形態
における素子構造を示す断面図。
FIG. 14 is a sectional view showing an element structure according to a seventh embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図15】 本発明の半導体装置に係る第7の実施形態
における素子構造の変形例を示す断面図。
FIG. 15 is a sectional view showing a modification of the element structure according to the seventh embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図16】 本発明の半導体装置に係る第7の実施形態
における素子構造の他の変形例を示す断面図。
FIG. 16 is a sectional view showing another modification of the element structure according to the seventh embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図17】 本発明の半導体装置に係る第8の実施形態
を示す回路図。
FIG. 17 is a circuit diagram showing an eighth embodiment according to the semiconductor device of the present invention.

【図18】 本発明の半導体装置に係る第8の実施形態
における素子構造を示す断面図。
FIG. 18 is a sectional view showing an element structure according to an eighth embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図19】 本発明の半導体装置に係る第8の実施形態
における素子構造の変形例を示す断面図。
FIG. 19 is a sectional view showing a modification of the element structure according to the eighth embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図20】 本発明の半導体装置に係る第8の実施形態
における素子構造の他の変形例を示す断面図。
FIG. 20 is a sectional view showing another modification of the element structure according to the eighth embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図21】 本発明の半導体装置に係る第9の実施形態
を示す回路図。
FIG. 21 is a circuit diagram showing a ninth embodiment according to the semiconductor device of the present invention.

【図22】 本発明の半導体装置に係る第9の実施形態
における構造を示す斜視図。
FIG. 22 is a perspective view showing a structure according to a ninth embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図23】 本発明の半導体装置に係る第9の実施形態
における素子構造を示す断面図。
FIG. 23 is a sectional view showing an element structure according to a ninth embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図24】 温度検知回路の素子構造を示す断面図。FIG. 24 is a cross-sectional view illustrating an element structure of a temperature detection circuit.

【図25】 ダイオードのオン電流−電圧特性を示す特
性図。
FIG. 25 is a characteristic diagram showing on-current-voltage characteristics of a diode.

【図26】 従来の高耐圧半導体装置のチップ終端部構
造を示す断面図。
FIG. 26 is a cross-sectional view showing the structure of a chip termination portion of a conventional high breakdown voltage semiconductor device.

【図27】 従来の半導体モジュールの構造を示す平面
図及び断面図。
27A and 27B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure of a conventional semiconductor module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n- 型基板(n- 型ベース層) 2…n型バッファ層 3…p+ 型コレクタ層 4…p型ベース層 5…n+ 型ソース層 6…コレクタ電極 7…エミッタ電極 8…ゲート電極 9a…ゲート絶縁膜 9b…絶縁膜 9b´…パッシベーション膜 10…電極 11…n+ 型ストッパ層 20…モジュール基板 21、21´…コレクタ配線パターン 22、22´…エミッタ配線パターン 23、23´、23a´…ゲート配線パターン 23b´…ゲート抵抗 24a、24b、24c…エミッタボンディングワイヤ
ー 24d…アノードボンディングワイヤー 25a、25b、25c、25b´…ゲートボンディン
グワイヤー 26a、26b、26c、26d…コレクタ電極引き出
し部 27a、27b、27c…エミッタ電極引き出し部 28a、28b、28c…ゲート電極引き出し部 30…半導体チップ(IGBT) 30´…半導体チップ(FRD) 31、33…チップフレーム 32…接着層 101…主スイッチング素子 102…保護用ダイオード 103…保護用抵抗 104…保護用MOSFET 105…保護用トランジスタ 106…保護用サイリスタ 111…n- 型基板層 112…p型アノード層 113…n+ 型カソード層 114…p型ウエル層 115…n+ 型ドレイン層 116…n+ 型ソース層 117…アノード電極 118…カソード電極 119…ドレイン電極 120…ゲート電極 121…ゲート絶縁膜 122…ソース電極 123…n+ 型コレクタ層 124…p型ベース層 125…n+ 型エミッタ層 126…コレクタ電極 127…ベース電極 128…エミッタ電極 129…p型ベース電極 130…n型エミッタ(カソード)層 131…n型ベース層 132…p型エミッタ(アノード)層 133…カソード電極 134…アノード電極 135…ベース電極 219…p型リング層 223…p- 型リサーフ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... n - type substrate (n - type base layer) 2 ... n-type buffer layer 3 ... p + type collector layer 4 ... p-type base layer 5 ... n + type source layer 6 ... collector electrode 7 ... emitter electrode 8 ... gate Electrode 9a: Gate insulating film 9b: Insulating film 9b '... Passivation film 10: Electrode 11: n + type stopper layer 20: Module substrate 21, 21': Collector wiring pattern 22, 22 ': Emitter wiring pattern 23, 23' 23a 'gate wiring pattern 23b' gate resistance 24a, 24b, 24c emitter bonding wire 24d anode bonding wire 25a, 25b, 25c, 25b 'gate bonding wire 26a, 26b, 26c, 26d collector lead-out portion 27a , 27b, 27c ... Emitter electrode lead-out portions 28a, 28b, 28c Gate electrode lead-out part 30 Semiconductor chip (IGBT) 30 'Semiconductor chip (FRD) 31, 33 Chip frame 32 Adhesive layer 101 Main switching element 102 Protection diode 103 Protection resistor 104 Protection MOSFET 105 ... protection transistor 106 ... protective thyristor 111 ... n - -type substrate layer 112 ... p-type anode layer 113 ... n + -type cathode layer 114 ... p-type well layer 115 ... n + -type drain layer 116 ... n + -type source layer 117 ... Anode electrode 118 ... Cathode electrode 119 ... Drain electrode 120 ... Gate electrode 121 ... Gate insulating film 122 ... Source electrode 123 ... N + type collector layer 124 ... P type base layer 125 ... N + type emitter layer 126 ... Collector electrode 127 ... Base electrode 128 ... Emitter electrode 129 ... P type Source electrode 130 ... n-type emitter (cathode) layer 131 ... n-type base layer 132 ... p-type emitter (anode) layer 133 ... cathode electrode 134: anode electrode 135 ... base electrode 219 ... p-type ring layer 223 ... p - -type RESURF layer

Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板に設けられた高耐圧半導体素
子及び接合終端領域と、該接合終端領域を覆って前記半
導体基板の外周部に設けられた絶縁性フレームとを具備
することを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device comprising: a high-breakdown-voltage semiconductor element and a junction termination region provided on a semiconductor substrate; and an insulating frame provided on an outer peripheral portion of the semiconductor substrate so as to cover the junction termination region. Semiconductor device.
【請求項2】 半導体基板に設けられた高耐圧半導体素
子及び接合終端領域と、該接合終端領域及び前記半導体
基板の外周端部を覆って設けられた絶縁性フレームとを
具備することを特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor device comprising: a high-breakdown-voltage semiconductor element and a junction termination region provided on a semiconductor substrate; and an insulating frame provided to cover the junction termination region and an outer peripheral end of the semiconductor substrate. Semiconductor device.
【請求項3】 前記半導体基板と前記絶縁性フレームと
の間には前記半導体基板の表面を覆って絶縁性若しくは
半絶縁性の第1の膜が形成されており、この第1の膜に
は開口部が設けられて、該開口部底部から前記第1の膜
上にかけて前記高耐圧半導体素子の電極及び前記接合終
端領域の電極が形成されていることを特徴とする請求項
1又は2記載の半導体装置。
3. An insulating or semi-insulating first film is formed between the semiconductor substrate and the insulating frame so as to cover a surface of the semiconductor substrate. 3. The electrode according to claim 1, wherein an opening is provided, and an electrode of the high breakdown voltage semiconductor element and an electrode of the junction termination region are formed from the bottom of the opening to the first film. Semiconductor device.
【請求項4】 前記第1の膜と前記絶縁性フレームとの
間には絶縁性の第2の膜が形成されていることを特徴と
する請求項3記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein an insulating second film is formed between said first film and said insulating frame.
【請求項5】 前記第2の膜は前記半導体基板の外周端
部を覆って形成されていることを特徴とする請求項4記
載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein said second film is formed to cover an outer peripheral end of said semiconductor substrate.
【請求項6】 前記第2の膜は、前記第1の膜、前記高
耐圧半導体素子の電極、及び前記接合終端領域の電極を
覆って形成されており、その上面が平坦に形成されてい
ることを特徴とする請求項4又は5記載の半導体装置。
6. The second film is formed so as to cover the first film, the electrode of the high-breakdown-voltage semiconductor element, and the electrode of the junction termination region, and has a flat upper surface. The semiconductor device according to claim 4, wherein:
【請求項7】 前記絶縁性フレームは樹脂からなること
を特徴とする請求項1乃至6記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating frame is made of a resin.
【請求項8】 前記樹脂はシリコーン、ポリエーテルイ
ミドから選ばれる樹脂であることを特徴とする請求項7
記載の半導体装置。
8. The resin according to claim 7, wherein the resin is a resin selected from silicone and polyetherimide.
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項9】 配線基板と、この配線基板上に設けられ
た半導体装置とを備え、該半導体装置は、半導体基板に
設けられた高耐圧半導体素子及び接合終端領域と、該接
合終端領域を覆って前記半導体基板の外周部に設けられ
た絶縁性フレームとを具備し、前記高耐圧半導体素子の
電極と前記配線基板の電極とは前記絶縁性フレーム上を
経て電気的に接続されていることを特徴とする半導体モ
ジュール。
9. A semiconductor device comprising: a wiring substrate; and a semiconductor device provided on the wiring substrate. The semiconductor device covers a high breakdown voltage semiconductor element and a junction termination region provided on the semiconductor substrate, and covers the junction termination region. And an insulating frame provided on an outer peripheral portion of the semiconductor substrate, wherein an electrode of the high breakdown voltage semiconductor element and an electrode of the wiring substrate are electrically connected via the insulating frame. Characteristic semiconductor module.
【請求項10】 配線基板と、この配線基板上に配列し
て設けられた複数の半導体装置とを備え、該複数の半導
体装置のそれぞれは、半導体基板に設けられた高耐圧半
導体素子及び接合終端領域と、該接合終端領域を覆って
前記半導体基板の外周部に設けられた絶縁性フレームと
を具備し、前記高耐圧半導体素子の電極と前記配線基板
の電極とは前記絶縁性フレーム上を経て電気的に接続さ
れていることを特徴とする半導体モジュール。
10. A semiconductor device comprising: a wiring substrate; and a plurality of semiconductor devices arranged on the wiring substrate. Each of the plurality of semiconductor devices includes a high breakdown voltage semiconductor element provided on the semiconductor substrate and a junction termination. A region, and an insulating frame provided on the outer peripheral portion of the semiconductor substrate so as to cover the junction termination region, wherein the electrode of the high breakdown voltage semiconductor element and the electrode of the wiring substrate pass through the insulating frame. A semiconductor module, which is electrically connected.
【請求項11】 前記高耐圧半導体素子の電極と前記配
線基板の電極とは、ボンディングワイヤーにより電気的
に接続されていることを特徴とする請求項9又は10記
載の半導体モジュール。
11. The semiconductor module according to claim 9, wherein an electrode of said high breakdown voltage semiconductor element and an electrode of said wiring board are electrically connected by a bonding wire.
【請求項12】 前記絶縁性フレーム上には導電膜が設
けられ、該導電膜を介して前記高耐圧半導体素子の電極
と前記配線基板の電極とは電気的に接続されていること
を特徴とする請求項9乃至11記載の半導体モジュー
ル。
12. A conductive film is provided on the insulating frame, and an electrode of the high breakdown voltage semiconductor element and an electrode of the wiring substrate are electrically connected through the conductive film. The semiconductor module according to claim 9, wherein:
【請求項13】 前記複数の半導体装置のうち隣接する
半導体装置には、それぞれの絶縁性フレーム上に設けら
れた導電膜を電気的に接続する導電板が該導電膜に接し
て設けられていることを特徴とする請求項12記載の半
導体モジュール。
13. An adjacent semiconductor device among the plurality of semiconductor devices is provided with a conductive plate for electrically connecting a conductive film provided on each insulating frame in contact with the conductive film. The semiconductor module according to claim 12, wherein:
【請求項14】 前記高耐圧半導体素子の電極と前記導
電膜とは、ボンディングワイヤーにより電気的に接続さ
れていることを特徴とする請求項13記載の半導体モジ
ュール。
14. The semiconductor module according to claim 13, wherein an electrode of said high breakdown voltage semiconductor element and said conductive film are electrically connected by a bonding wire.
【請求項15】 前記高耐圧半導体素子の電極は、導電
性のピン若しくはブロック部材により前記絶縁性フレー
ム上面の位置まで引き出され、前記複数の半導体装置の
うち隣接する半導体装置の間で、前記絶縁性フレーム上
に設けられた導電板を介してお互いに電気的に接続され
ることを特徴とする請求項10記載の半導体モジュー
ル。
15. An electrode of the high-breakdown-voltage semiconductor element is pulled out to a position on an upper surface of the insulating frame by a conductive pin or a block member, and the insulating layer is provided between adjacent semiconductor devices among the plurality of semiconductor devices. The semiconductor module according to claim 10, wherein the semiconductor modules are electrically connected to each other via a conductive plate provided on the conductive frame.
【請求項16】 前記半導体基板と前記絶縁性フレーム
との間には前記半導体基板の表面を覆って絶縁性若しく
は半絶縁性の第1の膜が形成されており、この第1の膜
には開口部が設けられて、該開口部底部から前記第1の
膜上にかけて前記高耐圧半導体素子の電極及び前記接合
終端領域の電極が形成されていることを特徴とする請求
項9乃至10記載の半導体モジュール。
16. An insulating or semi-insulating first film is formed between the semiconductor substrate and the insulating frame so as to cover the surface of the semiconductor substrate. 11. The opening according to claim 9, wherein an electrode of the high breakdown voltage semiconductor element and an electrode of the junction termination region are formed from the bottom of the opening to the first film. 12. Semiconductor module.
【請求項17】 前記第1の膜と前記絶縁性フレームと
の間には絶縁性の第2の膜が形成されていることを特徴
とする請求項16記載の半導体モジュール。
17. The semiconductor module according to claim 16, wherein an insulating second film is formed between said first film and said insulating frame.
【請求項18】 前記第2の膜は前記半導体基板の外周
端部を覆って形成されていることを特徴とする請求項1
7記載の半導体モジュール。
18. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second film is formed to cover an outer peripheral end of the semiconductor substrate.
8. The semiconductor module according to 7.
【請求項19】 前記第2の膜は、前記第1の膜、前記
高耐圧半導体素子の電極、及び前記接合終端領域の電極
を覆って形成されており、その上面が平坦に形成されて
いることを特徴とする請求項17又は18記載の半導体
モジュール。
19. The second film is formed so as to cover the first film, the electrode of the high-breakdown-voltage semiconductor element, and the electrode of the junction termination region, and has a flat upper surface. 19. The semiconductor module according to claim 17, wherein:
【請求項20】 前記絶縁性フレームは樹脂からなるこ
とを特徴とする請求項9乃至19記載の半導体モジュー
ル。
20. The semiconductor module according to claim 9, wherein said insulating frame is made of resin.
【請求項21】 前記樹脂はシリコーン、ポリエーテル
イミドから選ばれる樹脂であることを特徴とする請求項
20記載の半導体モジュール。
21. The semiconductor module according to claim 20, wherein said resin is a resin selected from silicone and polyetherimide.
【請求項22】 半導体基板に設けられ、高電圧側主電
極、低電圧側主電極、及びゲート電極を備えた主スイッ
チング素子と、該主スイッチング素子の前記ゲート電極
と前記高電圧側主電極若しくは低電圧側主電極との間
に、前記主スイッチング素子がオン状態の場合に逆電圧
が印加される方向に挿入されたダイオードと、前記主ス
イッチング素子の前記ゲート電極と前記高電圧側主電極
若しくは低電圧側主電極との間に挿入された制御スイッ
チング素子とを具備し、前記主スイッチング素子がオン
状態にあり、素子温度が上昇した場合に、前記ダイオー
ドを流れる逆方向のリーク電流の増加を検知して、該リ
ーク電流により前記制御スイッチング素子をオン状態と
することを特徴とする半導体装置。
22. A main switching element provided on a semiconductor substrate and comprising a high-voltage main electrode, a low-voltage main electrode, and a gate electrode; and the gate electrode and the high-voltage main electrode of the main switching element. Between the low-voltage side main electrode, a diode inserted in a direction to which a reverse voltage is applied when the main switching element is in an ON state, the gate electrode of the main switching element and the high-voltage side main electrode or A control switching element inserted between the main switching element and the low-voltage side main electrode, wherein when the main switching element is in an ON state and the element temperature rises, an increase in a reverse leakage current flowing through the diode is reduced. A semiconductor device, wherein the control switching element is turned on by detecting the leakage current.
【請求項23】 半導体基板に設けられ、高電圧側主電
極、低電圧側主電極、及び第1のゲート電極を備えた主
スイッチング素子と、該主スイッチング素子の前記低電
圧側主電極に抵抗を介してアノード電極が接続され、前
記第1のゲート電極にカソード電極が接続されたダイオ
ードと、ソース電極、ドレイン電極、及び第2のゲート
電極を有し、前記ダイオードのアノード電極に前記第2
のゲート電極が接続され、前記主スイッチング素子の低
電圧側主電極に前記ソース電極が接続され、前記第1の
ゲート電極に前記ドレイン電極が接続された電界効果ト
ランジスタとを具備することを特徴とする半導体装置。
23. A main switching element provided on a semiconductor substrate, the main switching element having a high voltage side main electrode, a low voltage side main electrode, and a first gate electrode, and a resistor connected to the low voltage side main electrode of the main switching element. An anode electrode connected to the first gate electrode, a cathode electrode connected to the first gate electrode, a source electrode, a drain electrode, and a second gate electrode; and the second electrode connected to the anode electrode of the diode.
And a field-effect transistor in which the source electrode is connected to the low-voltage side main electrode of the main switching element, and the drain electrode is connected to the first gate electrode. Semiconductor device.
【請求項24】 半導体基板に設けられ、高電圧側主電
極、低電圧側主電極、及び第1のゲート電極を備えた主
スイッチング素子と、該主スイッチング素子の前記第1
のゲート電極にカソード電極が接続されたダイオード
と、エミッタ電極、コレクタ電極、及びベース電極を有
し、前記ダイオードのアノード電極に前記ベース電極が
接続され、前記主スイッチング素子の低電圧側主電極に
前記エミッタ電極が接続され、前記第1のゲート電極に
前記コレクタ電極が接続されたバイポーラトランジスタ
とを具備することを特徴とする半導体装置。
24. A main switching element provided on a semiconductor substrate, the main switching element including a high-voltage main electrode, a low-voltage main electrode, and a first gate electrode, and the first switching element of the main switching element.
A diode having a cathode electrode connected to the gate electrode thereof, an emitter electrode, a collector electrode, and a base electrode, the base electrode being connected to the anode electrode of the diode, and a low voltage side main electrode of the main switching element. A bipolar transistor having the emitter electrode connected thereto and the collector electrode connected to the first gate electrode.
【請求項25】 半導体基板に設けられ、高電圧側主電
極、低電圧側主電極、及び第1のゲート電極を備えた主
スイッチング素子と、アノード電極、ベース電極、カソ
ード電極を有し、前記主スイッチング素子の前記第1の
ゲート電極に前記アノード電極が接続され、前記主スイ
ッチング素子の低電圧側主電極に前記カソード電極が接
続されたサイリスタと、該サイリスタのベース電極にア
ノード電極が接続され、前記主スイッチング素子の第1
のゲート電極にカソード電極が接続されたダイオードと
を具備することを特徴とする半導体装置。
25. A semiconductor device comprising: a main switching element provided on a semiconductor substrate, the main switching element including a high-voltage side main electrode, a low-voltage side main electrode, and a first gate electrode; an anode electrode, a base electrode, and a cathode electrode; A thyristor in which the anode electrode is connected to the first gate electrode of the main switching element, and the cathode electrode is connected to a low-voltage main electrode of the main switching element, and an anode electrode is connected to a base electrode of the thyristor. , The first of the main switching elements
A diode in which a cathode electrode is connected to a gate electrode of the semiconductor device.
【請求項26】 前記主スイッチング素子と前記ダイオ
ードとは同一半導体基板に設けられていることを特徴と
する請求項22乃至25記載の半導体装置。
26. The semiconductor device according to claim 22, wherein said main switching element and said diode are provided on the same semiconductor substrate.
【請求項27】 前記制御スイッチング素子は前記半導
体基板外に設けられることを特徴とする請求項22記載
の半導体装置。
27. The semiconductor device according to claim 22, wherein the control switching element is provided outside the semiconductor substrate.
【請求項28】 前記半導体基板に対して圧接パッケー
ジが取り付けられ、前記制御スイッチング素子は前記圧
接パッケージに設けられることを特徴とする請求項27
記載の半導体装置。
28. The pressure contact package is attached to the semiconductor substrate, and the control switching element is provided on the pressure contact package.
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項29】 前記半導体装置は配線基板に載置さ
れ、前記制御スイッチング素子は前記配線基板に設けら
れることを特徴とする請求項27記載の半導体装置。
29. The semiconductor device according to claim 27, wherein said semiconductor device is mounted on a wiring board, and said control switching element is provided on said wiring board.
【請求項30】 半導体基板に設けられ、高電圧側主電
極、低電圧側主電極、及びゲート電極を備えた主スイッ
チング素子と、前記半導体基板に設けられ、前記主スイ
ッチング素子の前記ゲート電極と前記高電圧側主電極若
しくは低電圧側主電極との間に、前記主スイッチング素
子がオン状態の場合に逆電圧が印加される方向に挿入さ
れたダイオードと、前記半導体基板に設けられた接合終
端領域と、該接合終端領域を覆って前記半導体基板の外
周部に設けられた絶縁性フレームと、該絶縁性フレーム
上に設けられ、前記主スイッチング素子の前記ゲート電
極と前記高電圧側主電極若しくは低電圧側主電極との間
に挿入された制御スイッチング素子とを具備し、前記主
スイッチング素子がオン状態にあり、素子温度が上昇し
た場合に、前記ダイオードを流れる逆方向のリーク電流
の増加を検知して、該リーク電流により前記制御スイッ
チング素子をオン状態とすることを特徴とする半導体装
置。
30. A main switching element provided on a semiconductor substrate and having a high-voltage main electrode, a low-voltage main electrode, and a gate electrode; and a gate electrode of the main switching element provided on the semiconductor substrate. A diode inserted between the high-voltage-side main electrode and the low-voltage-side main electrode in a direction in which a reverse voltage is applied when the main switching element is in an on state; and a junction termination provided on the semiconductor substrate. Region, an insulating frame provided on the outer peripheral portion of the semiconductor substrate covering the junction termination region, and provided on the insulating frame, the gate electrode and the high voltage side main electrode of the main switching element or A control switching element inserted between the main switching element and a low-voltage side main electrode. A semiconductor device characterized by detecting an increase in a reverse leak current flowing through an ode and turning on the control switching element by the leak current.
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