JP2010062331A - Semiconductor device for electric power - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キャパシタ内蔵の電力用半導体装置に関する。 The present invention relates to a power semiconductor device with a built-in capacitor.
電力制御用のスイッチング素子としてMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用いた電力用半導体装置が使用される。MOSFETでは、電力制御等を行うためにオン・オフを断続的に行う。特に、ターンオフ時のスイッチングの際の急激なドレイン電流の変化と、MOSFETを含むスイッチング回路の配線インダクタンス等に起因して、いわゆるサージ電圧が発生する。 A power semiconductor device using a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) as a switching element for power control is used. The MOSFET is intermittently turned on and off to perform power control and the like. In particular, a so-called surge voltage is generated due to an abrupt change in drain current during switching at turn-off and wiring inductance of a switching circuit including a MOSFET.
このサージ電圧によって、MOSFETのドレインとソース間の電圧が耐圧を超えてしまうと、MOSFETが破壊されることがある。ドレインに印加されるサージ電圧を低減するために、ドレインとソースとの間にキャパシタを並列に接続して、サージ電圧を低減することが行われる。キャパシタをMOSFETの外部に接続することは広く行われているが、キャパシタである部品の増加、及び部品を接続する工程の増加が発生する。 If the voltage between the drain and source of the MOSFET exceeds the withstand voltage due to the surge voltage, the MOSFET may be destroyed. In order to reduce the surge voltage applied to the drain, a capacitor is connected in parallel between the drain and the source to reduce the surge voltage. Connecting a capacitor to the outside of a MOSFET is widely performed, but an increase in the number of components that are capacitors and an increase in the number of steps for connecting the components occur.
そこで、キャパシタを一体化して形成したMOSFETが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。つまり、キャパシタがMOSFETを構成する半導体基板または半導体層の内部に設けられて、キャパシタの一方の電極はソース電極に電気的に接続され、キャパシタの他方の電極はドレイン電極に電気的に接続される構造のMOSFETである。 Thus, a MOSFET in which capacitors are integrally formed is disclosed (for example, see Patent Document 1). That is, the capacitor is provided inside the semiconductor substrate or semiconductor layer constituting the MOSFET, and one electrode of the capacitor is electrically connected to the source electrode, and the other electrode of the capacitor is electrically connected to the drain electrode. This is a MOSFET having a structure.
しかしながら、この開示されたMOSFETは、外付けのキャパシタを必要としないので、部品点数の増加及び部品接続の工程増加等を起こさないものの、キャパシタは、両電極をMOSFETのドレインとソースに、それぞれ、内部接続され、一体化されているので、キャパシタの特性不良は、キャパシタ内蔵のMOSFETの特性不良となり、製造歩留の低下を引き起こすという問題を有している。つまり、この開示されたMOSFETは、単独のMOSFET構造を作製する製造工程に、半導体基板または半導体層の内部に埋め込む難易度の高いキャパシタの製造工程を追加して作製され、キャパシタの両電極は、それぞれ、MOSFETのゲート及びソースと内部接続されている。キャパシタ内蔵のMOSFETの製造歩留は、これら2つの製造歩留の掛け算となり、MOSFET単独の製造歩留より低下するのを避けることは難しい。その結果、製造コストが増加するという問題を有している。また、キャパシタが特性不良であれば、MOSFET構造部は正常に動作するとしても、MOSFET構造部のみを有効活用することは難しいという問題を有している。
本発明は、製造コストを抑制可能なキャパシタ内蔵の電力用半導体装置を提供する。 The present invention provides a power semiconductor device with a built-in capacitor capable of suppressing the manufacturing cost.
本発明の一態様の電力用半導体装置は、第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層中に膜面に沿う方向に周期的に配置された複数の柱状の第2導電型の第2半導体層と、前記第1半導体層の一方の側の表面に設けられ前記第1半導体層と電気的に接続された第1電極と、前記第1半導体層の他方の側の表面領域に選択的に設けられ前記第2半導体層と接続する複数の第2導電型の第3半導体層と、前記第3半導体層の表面に選択的に設けられた第1導電型の第4半導体層と、前記第3半導体層及び前記第4半導体層の表面に接するように設けられた第2電極と、隣接する前記第3半導体層間の前記第1半導体層上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを有する電力用スイッチング素子と、前記第1半導体層の表面に設けられた第1導電型の第5半導体層、前記電力用スイッチング素子から離間して、前記第5半導体層の表面に設けられたキャパシタ絶縁膜、及び前記キャパシタ絶縁膜の表面に設けられたキャパシタ電極を有するキャパシタと、前記キャパシタ電極と前記第2電極とを接続する前記電力用スイッチング素子からの離間部を有する導電材とを備えたことを特徴とする。 A power semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a first conductive type first semiconductor layer and a plurality of columnar second conductive types that are periodically arranged in the first semiconductor layer in a direction along the film surface. A second semiconductor layer, a first electrode provided on a surface of one side of the first semiconductor layer and electrically connected to the first semiconductor layer, and a surface region on the other side of the first semiconductor layer A plurality of second-conductivity-type third semiconductor layers selectively connected to the second semiconductor layer, and a first-conductivity-type fourth semiconductor layer selectively provided on the surface of the third semiconductor layer A second electrode provided in contact with the surfaces of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer, and a gate insulating film on the first semiconductor layer between the adjacent third semiconductor layers. A power switching element having a gate electrode and a surface of the first semiconductor layer. A first conductive type fifth semiconductor layer; a capacitor insulating film provided on a surface of the fifth semiconductor layer and spaced apart from the power switching element; and a capacitor electrode provided on the surface of the capacitor insulating film. A capacitor and a conductive material having a separation portion from the power switching element that connects the capacitor electrode and the second electrode are provided.
本発明によれば、製造コストを抑制可能なキャパシタ内蔵の電力用半導体装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power semiconductor device with a built-in capacitor which can suppress manufacturing cost can be provided.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。以下に示す図では、同一の構成要素には同一の符号を付す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the figure shown below, the same code | symbol is attached | subjected to the same component.
本発明の実施例に係る電力用半導体装置について、図1乃至図3を参照しながら説明する。図1は電力用半導体装置のMOSFETとキャパシタの接続を示す回路図である。図2は電力用半導体装置の半導体チップの構成を模式的に示す図で、図2(a)は平面図、図2(b)は図2(a)のA−A線に沿った断面図、図2(c)は図2(a)のB−B線に沿った断面図である。なお、断面図において、表面の保護膜等は省略されている。図3は電力用半導体装置の半導体チップの外部における接続を模式的に示す図である。以下の説明では、ゲート電極が形成された半導体チップの表面側を上とする。 A power semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a circuit diagram showing a connection between a MOSFET and a capacitor of a power semiconductor device. 2 is a diagram schematically showing the configuration of a semiconductor chip of a power semiconductor device, FIG. 2 (a) is a plan view, and FIG. 2 (b) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2 (a). FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. In the cross-sectional view, the protective film on the surface is omitted. FIG. 3 is a diagram schematically showing connections outside the semiconductor chip of the power semiconductor device. In the following description, the surface side of the semiconductor chip on which the gate electrode is formed is the top.
図1に示すように、電力用半導体装置101は、nチャネル型のMOSFET2とキャパシタ3を有する半導体チップ1を備え、半導体チップ1の内部で、MOSFET2のドレインとキャパシタ3の一方の電極端子が接続され、半導体チップ1の外側で、MOSFET2のソースとキャパシタ3の他の電極端子が接続されている。つまり、MOSFET2のドレインとソースとの間に、キャパシタ3が並列に接続されている。MOSFET2は、他に、制御電極であるゲートを有している。
As shown in FIG. 1, the
図2及び図3に示すように、第1導電型はn型、第2導電型はp型であって、電力用半導体装置101は、n型の第1半導体層であるn型ドリフト層12と、n型ドリフト層12中に膜面に沿う方向に周期的に配置された複数の柱状のp型の第2半導体層であるp型ドリフト層14と、n型ドリフト層12の一方の側の表面に設けられn型ドリフト層12と電気的に接続された第1電極であるドレイン電極39と、n型ドリフト層12の他方の側の表面領域に選択的に設けられp型ドリフト層14と接続する複数のp型の第3半導体層であるp型ベース層15と、p型ベース層15の表面に選択的に設けられたn型の第4半導体層であるn+型ソース層17と、p型ベース層15及びn型ソース層17の表面に接するように設けられた第2電極であるソース電極33と、隣接するp型ベース層15間のn型ドリフト層12上にゲート絶縁膜21を介して設けられたゲート電極31とを有する電力用スイッチング素子であるMOSFET2と、更に、n型ドリフト層12の延長のn型半導体層12a表面に設けられたn型の第5半導体層であるn+型チャネルストッパ層18、MOSFET2から離間して、n+型チャネルストッパ層18の表面に設けられたキャパシタ絶縁膜25、及び前記キャパシタ絶縁膜25の表面に設けられたキャパシタ電極37を有するキャパシタ3と、キャパシタ電極37と、ソース電極33とを接続する導電材である金属材55とを備えている。
2 and 3, the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type, and the
図2(a)に示すように、MOSFET2及びキャパシタ3は、同一の半導体チップ1に、それぞれ、ほぼ矩形をなして形成されている。半導体チップ1において、一方の側、例えば、図面の左側に、MOSFET2が形成され、他方の側、例えば、図面の右側に、キャパシタ3が形成されている。
As shown in FIG. 2A, the
MOSFET2は、半導体チップ1の左端の3方の周辺部、及びキャパシタ3に対向する側のキャパシタ3に至る手前側にあるセル・終端境界7を境にして、内側にMOSFETを構成するセル領域5が配置され、セル・終端境界7の外側に終端領域9が配置されている。
The
セル領域5は、上面に、ほぼ矩形のゲート電極パッド41及びソース電極パッド43を外部から金属材等と接続可能な状態に有している。セル領域5は、後述のスーパージャンクション構造のMOSFETを構成する単位となるセルが複数個配列されている。それぞれのセルは、ゲート電極パッド41と接続したゲート主配線42を介して、ゲート制御のための電位が印加される。ゲート主配線42は、セル領域5の周辺部に沿った角に丸みを有する矩形をなしているが、例えば、櫛歯状等のその他の形態とすることは可能である。
The cell region 5 has a substantially rectangular
終端領域9は、MOSFET2の耐圧を得る目的で、丸みを有する角部を除いてほぼ一定の幅を有して、セル領域5を取り巻くように形成されている。
The termination region 9 is formed so as to surround the cell region 5 with a substantially constant width except for rounded corners for the purpose of obtaining the breakdown voltage of the
キャパシタ3は、上面に、ほぼ矩形のキャパシタ電極パッド45を外部から金属材等と接続可能な状態に有している。一部がキャパシタ電極パッド45をなすキャパシタ電極37は、半導体チップ1の右端の3方の周辺部及びMOSFET2に対向する側のMOSFET2にかかる手前側に境界を有し、ほぼ矩形をなしている。
The
図2(a)のA−A線に沿った断面で示されるセルは、図2(b)に示すように、n型ドリフト層12と、n型ドリフト層12中に形成される複数の柱状のp型ドリフト層14とから構成されるスーパージャンクション構造を有している。n型ドリフト層12の下側の表面に、n型ドリフト層12よりも高濃度なn+型ドレイン層11が形成され、n+型ドレイン層11の、n型ドリフト層12とは反対側の面にはドレイン電極39が形成されている。ドレイン電極39はドレイン端子(D)に接続される。なお、n型ドリフト層12とn+型ドレイン層11の形成方法は、n型ドリフト層12の片面に不純物拡散してn+型ドレイン層11を形成しても良いし、n+型ドレイン層11を基板としてn型ドリフト層12を結晶成長しても良い。
As shown in FIG. 2B, the cell shown in the cross section along the line AA in FIG. 2A includes an n-
n型ドリフト層12の上側の表面領域には、それぞれのp型ドリフト層14に対応し、p型ドリフト層14に接続するp型ベース層15が紙面に垂直な方向に延在するように、ストライプ状に形成されている。各p型ベース層15の表面にはn+型ソース層17が、紙面に垂直な方向に延在するようにストライプ状に形成されている。p型ベース層15はチャネルとなる。なお、セル領域5の互いに隣接する2つのセルは、図示されたセルの左端部を、同構造のセルの右端部に、隙間なく並置、接続することによって形成される関係にある。
In the upper surface region of the n-
離間した2つのp型ベース層15、2つのp型ベース層15の間のn型ドリフト層12、及びこれらのp型ベース層15に設けられたn+型ソース層17に接するように、例えば、シリコン酸化膜からなる膜厚約1μmのゲート絶縁膜21が紙面に垂直な方向に延在するようにストライプ状に形成されている。そして、ゲート絶縁膜21上にゲート電極31が、それぞれ紙面に垂直な方向に延在するようにストライプ状に形成されている。ゲート電極31は、共通のゲート端子(G)に接続されている。
For example, in contact with the two p-type base layers 15 that are spaced apart, the n-
隣接する2つのセル(図示略)において、隣接するゲート電極31の間に挟まれた領域に、p型ベース層15に設けられた2つのn+型ソース層17と、これらのn+型ソース層17間のp型ベース層15とに接するように、ソース電極33が紙面に垂直な方向にストライプ状に形成されている。ソース電極33は共通のソース端子(S)に接続されている。なお、ゲート電極31とソース電極33は絶縁膜(図示略)によって電気的に絶縁されている。
In two adjacent cells (not shown), two n + -type source layers 17 provided on the p-
図2(c)に示すように、半導体チップ1は、MOSFET2のセル領域5の周囲に配置された終端領域9及び終端領域9の隣の表面側にキャパシタ3を有し、終端領域9の最外周部分及びキャパシタ3の下には、下側の表面から、ドレイン電極39、n+型ドレイン層11、及びn型ドリフト層12の延在したn型半導体層12aを有し、n型半導体層12aの上に、n+型ソース層17とほぼ同様の不純物濃度及び膜厚を有するn+型チャネルストッパ層18を共通に有している。n+型チャネルストッパ層18は、等価電位リング(EQPR;Equivalent Potential Ring)としてMOSFET2の表面外周を一定の電位とする。
As shown in FIG. 2 (c), the semiconductor chip 1 has a termination region 9 disposed around the cell region 5 of the
終端領域9は、n+型チャネルストッパ層18の上に、例えばシリコン酸化膜からなるフィールド絶縁膜23を有し、フィールド絶縁膜23の端部で、n+型チャネルストッパ層18と接続したストッパ電極35が形成されている。ストッパ電極35は、MOSFET2の表面外周を一周するように配置され、ドレイン電極39とは、下側のn型の半導体層を介して接続されている。終端領域9のストッパ電極35からセル領域5の端部までの距離は、必要とする耐圧等により、適するものとすることが可能である。なお、n+型チャネルストッパ層18に至るまでの間のセル領域5の端部または終端領域9に、リサーフ(RESURF、Reduced Surface Field)構造またはガードリング構造等を形成することは可能である。
The termination region 9 has a
キャパシタ3は、終端領域9から連続して配置されたn+型チャネルストッパ層18の上に、フィールド絶縁膜23と同様な膜厚の例えばシリコン酸化膜からなるキャパシタ絶縁膜25が形成され、キャパシタ絶縁膜25の上に、ストッパ電極35と同様な膜厚のキャパシタ電極37が、ストッパ電極35から離間して形成されている。
In the
キャパシタ電極37は、ストッパ電極35と同様に、Al合金で形成され、キャパシタ電極パッド45は、ゲート電極パッド41及びソース電極パッド43と同様に、Al合金が外部と接続が可能なように露出されている。ここで、Al合金は、Si及び/またはCuが添加されている。なお、Al合金に代えて、CuまたはCuを主成分とする合金とすることは可能である。
The
上述したように、キャパシタ3は、キャパシタ絶縁膜25をフィールド絶縁膜23と同じ工程で、例えば、CVD法により作製可能であり、キャパシタ電極37をストッパ電極35と同じ工程で、例えば、スパッタリング法により作製可能である。例えば、シリコン酸化膜からなるキャパシタ絶縁膜25の膜厚を約100nm、キャパシタ電極37の面積を約0.34mm2とすることにより、容量を約118pFとすることが可能である。なお、キャパシタ3はMIS(Metal Insulator Semiconductor)構造を有し、面積に比例して、容量を容易に変更可能である。
As described above, in the
また、キャパシタ絶縁膜25をフィールド絶縁膜23とは別工程で形成することにより、容量の変更幅を広げることが可能である。つまり、シリコン酸化膜より比誘電率が高い、例えば、シリコン窒化膜、アルミニウム酸化膜、タンタル酸化膜等を使用することにより、キャパシタ3の占有面積を低減することは可能である。また、シリコン酸化膜の膜厚を薄く形成することにより占有面積を低減することが可能である。
Further, by forming the
図3に示すように、電力用半導体装置101は、例えば、Cuからなる内部リード51に、図2(a)に示した半導体チップ1を90度回転して、半導体チップ1の下面のドレイン電極39が接続、固定されている。内部リード51は、一体的に成形されたドレイン用の外部端子53を、他の外部端子53と並行に有している。
As shown in FIG. 3, the
半導体チップ1のMOSFET2の上面のゲート電極パッド41が、ゲート電極用の外部端子53と、例えば、Al線からなる金属材55で接続されている。MOSFET2の上面のソース電極パッド43が、キャパシタ3のキャパシタ電極パッド45と、金属材55で接続され、ソース電極用の外部端子53と、金属材55で接続されている。なお、金属材55は、キャパシタ電極パッド45から、ソース電極パッド43を経由して、外部端子53までを、1本の金属材55で接続することは可能である。
The
Al線からなる金属材55は、例えば、超音波圧着法で接続可能である。また、Al線の他に、AlまたはCuを主材とする板材を、例えば、半田を用いて接続することも可能である。金属材55を板材とすることにより、断面積を大きくして抵抗をより低くすることが可能となる。また、Cuを主材とする板材の使用により、Alより低い抵抗を実現可能となる。
The
電力用半導体装置101は、図示を省略するが、半導体チップ1、内部リード51、金属材55、及び外部端子53の金属材55との接続部が、封止樹脂で封止される。
In the
上述したように、電力用半導体装置101は、スーパージャンクション構造のMOSFET2、及び、MOSFET2と共通の半導体層を介して、MOSFET2の終端領域9の外側に、一方の電極端子がドレインと接続されたキャパシタ3を有する半導体チップ1を備え、半導体チップ1の外側で、金属材55を介して、MOSFET2のソースとキャパシタ3の他方の電極端子が接続されている。
As described above, the
作製された電力用半導体装置101の内、例えば、容量約118pF及び約235pFの2種類のキャパシタ3を有する電力用半導体装置101、及び、比較用の従来実績のあるMOSFETが評価された。ターンオフ時の電圧変化率dV/dtは、従来実績の比較用の電力用半導体装置では、5.0V/ns、容量118pFの電力用半導体装置101では、4.1V/ns、容量235pFの電力用半導体装置101では、3.4V/nsとなり、キャパシタ3の容量が大きくなるほど、電圧変化率が緩和される。つまり、ターンオフ時の電圧変化率の低下は、ターンオフ時に発生するサージ電圧の低減を可能とし、更に、ノイズの低減を可能とする。
Among the manufactured
電力用半導体装置101は、スーパージャンクション構造のMOSFET2が有する耐圧を犠牲にすることなくオン抵抗を下げる特性を有しつつ、更に、良好なサージ電圧耐量及びノイズ耐性を有している。
The
MOSFET2は、キャパシタ3のない従来実績のあるMOSFETと全く同じ構成を有し、ほとんど同様の製造歩留で製造可能である。一方、キャパシタ3は、一方の端子の下側が、従来実績のあるMOSFETの半導体層をそのまま利用し、他方の端子の側に、実績のあるMOSFETの終端領域と同様の構成の膜を、表面上に、それぞれ積層して製造される。その結果、実績のあるMOSFETの製造歩留をほとんど低下させることなく、MOSFET2とキャパシタ3を有する半導体チップ1を製造可能である。キャパシタ3を終端領域9の外側に配置するための半導体層、及び、キャパシタ3をMOSFET2のソース端子と接続するための材料等が必要となるものの、従来実績のあるMOSFETと外付けのキャパシタ部品を組み合わせる場合に比較して、電力用半導体装置101の製造コストを抑制することが可能となる。
The
また、キャパシタをMOSFETの半導体基板または半導体層の内部に埋め込んで内蔵させる公知技術の製造法を類推して比較すると、技術の難易度、製造工程の長さ等から、本実施例の半導体チップ1の製造歩留がより高いことは推測可能である。 Further, by comparing analog manufacturing methods in which a capacitor is embedded in a semiconductor substrate or semiconductor layer of a MOSFET and compared, the semiconductor chip 1 of the present embodiment is determined from the difficulty of the technology and the length of the manufacturing process. It can be speculated that the production yield is higher.
また、キャパシタ3は、一方の端子をMOSFET2のドレイン電極と接続しているものの、他方の端子は、半導体チップ上の素子特性を評価後に、金属材55によってソース電極と接続されるので、仮に、キャパシタ3が特性未達と判定されても、金属材55による接続を行なわずに、MOSFET2だけからなる従来実績のあるMOSFETとして、使用可能である。
Further, although one terminal of the
また、キャパシタ3は、半導体層の上に、積層して製造可能ということから、上述したように容量の変更を比較的容易に行うことが可能である。また、キャパシタ電極パッド45の位置の変更等を比較的容易に行うことが可能である。要求仕様に対して、速やかな対応が可能となる。
Further, since the
また、電力用半導体装置101は、MOSFET2の動作条件に適する容量のキャパシタ3を内蔵しているので、応用機器において、外付けのキャパシタを用意する必要はなく、また、外付けのキャパシタを実装するための領域を実装基板上に確保する必要がない。
In addition, since the
以上、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。 As mentioned above, this invention is not limited to the said Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change and implement variously.
例えば、実施例では、キャパシタは、半導体チップの一方の側に、MOSFETの一辺とほぼ同じ長さで形成される例を示したが、キャパシタは、必要な面積を確保されればよいので、半導体チップの一方の側のMOSFETの一辺より短い領域に配置してもよいし、また、MOSFETの終端領域の外側を取り囲むように配置してもよい。また、キャパシタ電極パッドは、組立工程で接続のし易い位置、接続のための金属材の長さを適するものとする位置、パッケージの形態に合わせた位置等に配置することが可能である。 For example, in the embodiment, an example is shown in which the capacitor is formed on one side of the semiconductor chip so as to have almost the same length as one side of the MOSFET. However, the capacitor only needs to have a necessary area. You may arrange | position in the area | region shorter than the one side of MOSFET of the one side of a chip | tip, and may arrange | position so that the outer side of the termination | terminus area | region of MOSFET may be enclosed. Further, the capacitor electrode pad can be arranged at a position where the connection is easy in the assembly process, a position where the length of the metal material for connection is suitable, a position according to the form of the package, and the like.
また、実施例では、半導体チップはスーパージャンクション構造MOSFETとキャパシタを有する例を示したが、スーパージャンクション構造MOSFETは、スーパージャンクション構造以外の縦型MOSFET、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の電力用スイッチング素子とすることが可能である。 In the embodiment, the semiconductor chip has a super junction structure MOSFET and a capacitor. However, the super junction structure MOSFET is a power switching device such as a vertical MOSFET other than the super junction structure or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). It can be an element.
本発明は、以下の付記に記載されるような構成が考えられる。
(付記1) 第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層中に膜面に沿う方向に周期的に配置された複数の柱状の第2導電型の第2半導体層と、前記第1半導体層の一方の側の表面に設けられ前記第1半導体層と電気的に接続された第1電極と、前記第1半導体層の他方の側の表面領域に選択的に設けられ前記第2半導体層と接続する複数の第2導電型の第3半導体層と、前記第3半導体層の表面に選択的に設けられた第1導電型の第4半導体層と、前記第3半導体層及び前記第4半導体層の表面に接するように設けられた第2電極と、隣接する前記第3半導体層間の前記第1半導体層上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを有する電力用スイッチング素子と、前記第1半導体層の表面に設けられた第1導電型の第5半導体層、前記電力用スイッチング素子から離間して、前記第5半導体層の表面に設けられたキャパシタ絶縁膜、及び前記キャパシタ絶縁膜の表面に設けられたキャパシタ電極を有するキャパシタと、前記キャパシタ電極と、前記第2電極とを接続する前記電力用スイッチング素子からの離間部を有する導電材とを備えた電力用半導体装置。
The present invention can be configured as described in the following supplementary notes.
(Supplementary Note 1) A first semiconductor layer of a first conductivity type, a plurality of columnar second conductivity type second semiconductor layers periodically disposed in a direction along a film surface in the first semiconductor layer, A first electrode provided on a surface of one side of the first semiconductor layer and electrically connected to the first semiconductor layer; and selectively provided in a surface region on the other side of the first semiconductor layer. A plurality of second conductivity type third semiconductor layers connected to the two semiconductor layers, a first conductivity type fourth semiconductor layer selectively provided on a surface of the third semiconductor layer, the third semiconductor layer, A second electrode provided in contact with the surface of the fourth semiconductor layer; and a gate electrode provided on the first semiconductor layer between the adjacent third semiconductor layers via a gate insulating film. A switching element and a fifth semiconductor layer of a first conductivity type provided on a surface of the first semiconductor layer A capacitor insulating film provided on the surface of the fifth semiconductor layer, spaced apart from the power switching element, a capacitor having a capacitor electrode provided on the surface of the capacitor insulating film, the capacitor electrode, A power semiconductor device comprising: a conductive material having a separation portion from the power switching element that connects to the second electrode.
(付記2) 前記電力用スイッチング素子の前記第5半導体層の上に、ストッパ電極を端部とするフィールド絶縁膜を有し、前記フィールド絶縁膜は、前記キャパシタ絶縁膜と同等の材料及び膜厚を有する付記1に記載の電力用半導体装置。 (Additional remark 2) It has a field insulating film which makes a stopper electrode an end on the 5th semiconductor layer of the switching element for electric power, and the field insulating film is the material and film thickness equivalent to the capacitor insulating film The power semiconductor device according to appendix 1, wherein:
1 半導体チップ
2 MOSFET
3 キャパシタ
5 セル領域
7 セル・終端境界
9 終端領域
11 n+型ドレイン層
12 n型ドリフト層
12a n型半導体層
14 p型ドリフト層
15 p型ベース層
17 n+型ソース層
18 n+型チャネルストッパ層
21 ゲート絶縁膜
23 フィールド絶縁膜
25 キャパシタ絶縁膜
31 ゲート電極
33 ソース電極
35 ストッパ電極
37 キャパシタ電極
39 ドレイン電極
41 ゲート電極パッド
42 ゲート主配線
43 ソース電極パッド
45 キャパシタ電極パッド
51 内部リード
53 外部端子
55 金属材
101 電力用半導体装置
3 Capacitor 5 Cell region 7 Cell / termination boundary 9 Termination region 11 n + type drain layer 12 n
Claims (5)
前記第1半導体層中に膜面に沿う方向に周期的に配置された複数の柱状の第2導電型の第2半導体層と、
前記第1半導体層の一方の側の表面に設けられ前記第1半導体層と電気的に接続された第1電極と、
前記第1半導体層の他方の側の表面領域に選択的に設けられ前記第2半導体層と接続する複数の第2導電型の第3半導体層と、
前記第3半導体層の表面に選択的に設けられた第1導電型の第4半導体層と、
前記第3半導体層及び前記第4半導体層の表面に接するように設けられた第2電極と、
隣接する前記第3半導体層間の前記第1半導体層上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
を有する電力用スイッチング素子と、
前記第1半導体層の表面に設けられた第1導電型の第5半導体層、前記電力用スイッチング素子から離間して、前記第5半導体層の表面に設けられたキャパシタ絶縁膜、及び前記キャパシタ絶縁膜の表面に設けられたキャパシタ電極を有するキャパシタと、
前記キャパシタ電極と前記第2電極とを接続する前記電力用スイッチング素子からの離間部を有する導電材と、
を備えたことを特徴とする電力用半導体装置。 A first semiconductor layer of a first conductivity type;
A plurality of columnar second conductivity type second semiconductor layers periodically arranged in a direction along the film surface in the first semiconductor layer;
A first electrode provided on a surface of one side of the first semiconductor layer and electrically connected to the first semiconductor layer;
A plurality of second conductivity type third semiconductor layers which are selectively provided in a surface region on the other side of the first semiconductor layer and are connected to the second semiconductor layer;
A fourth semiconductor layer of a first conductivity type selectively provided on a surface of the third semiconductor layer;
A second electrode provided in contact with the surfaces of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer;
A gate electrode provided on the first semiconductor layer between the adjacent third semiconductor layers via a gate insulating film;
A power switching element comprising:
A fifth semiconductor layer of a first conductivity type provided on a surface of the first semiconductor layer; a capacitor insulating film provided on a surface of the fifth semiconductor layer spaced apart from the power switching element; and the capacitor insulation A capacitor having a capacitor electrode provided on the surface of the film;
A conductive material having a separation portion from the power switching element connecting the capacitor electrode and the second electrode;
A power semiconductor device comprising:
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