JP7368054B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本開示は、半導体装置に関する。
窒化ガリウム(GaN)などのIII-V族窒化物半導体(以下では、「窒化物半導体」と記載する場合がある)を用いたHEMT(High Electron Mobility Transistor:高電子移動度トランジスタ)である半導体素子が開発されている。
一般的に、HEMTはゲートしきい値が低く(たとえば2V以下)、高温時にはゲートしきい値がさらに低下する傾向がある。したがって、2個のHEMTを用いてブリッジ構造を形成した場合、低電位側のHEMTをオフにした状態で高電位側のHEMTをオフからオンに切り替えるとき、低電位側のHEMTもオンに切り替って(誤点弧)、短絡してしまう場合がある。すなわち、高電位側のHEMTをオンに切り替えたことで、低電位側のHEMTのドレイン-ソース間電圧が急激に上昇する。これに伴って、低電位側のHEMTのゲート-ソース間の電流経路の寄生インダクタンスによりサージ電圧が発生して、ゲート-ソース間電圧も瞬間的に上昇する。HEMTのゲートしきい値は低いので、瞬間的に上昇したゲート-ソース間電圧がゲートしきい値を超える場合がある。この場合、低電位側のHEMTもオンに切り替わって短絡状態になる。短絡状態になると、各HEMTに大きな電流が流れて、素子が破壊されるおそれがある。この問題は、従来のパワーデバイス製品と比べて寄生容量が格段に小さく、ドレイン-ソース間電圧の変化速度が格段に大きいHEMTでこそ、特に問題になる。
この問題を解決するために、HEMTのゲート-ソース間にクランプ用のFET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)を接続し、HEMTをオフにしている間、当該FETを導通させることで、HEMTのゲート-ソース間の電圧変動を抑制する半導体装置が提案されている(特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に記載の半導体装置の場合、HEMTのゲート-ソース間電圧を0Vに規定することしかできないので、HEMTのゲートしきい値が非常に低い場合、十分に問題を解決することができるとは言えない。
US9917578
本開示は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、誤点弧を抑制できる半導体装置を提供することをその課題とする。
本開示によって提供される半導体装置は、窒化物半導体からなる電子走行層、第1ゲート電極、第1ソース電極、および第1ドレイン電極を有する第1トランジスタと、第2ゲート電極、第2ソース電極、および第2ドレイン電極を有する第2トランジスタとを備え、前記第1ゲート電極と前記第2ドレイン電極とは、電気的に接続されており、前記第1ソース電極と前記第2ソース電極とは、電気的に接続されていない。
本開示によれば、第1トランジスタがオフの間、第2トランジスタをオンにすることで、第1トランジスタのゲート-ソース間の電圧変動を抑制することができる。また、第1ソース電極と第2ソース電極とは電気的に接続されていないので、第1ソース電極と第2ソース電極とを異なる電位にすることができる。したがって、第2ソース電極を第1ソース電極より低い電位にして、第1トランジスタのゲート-ソース間の電圧の基準を負電圧にすることができる。これにより、第1トランジスタのゲート-ソース間の電圧が変動しても、ゲートしきい値を超えることは抑制される。
本開示のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本開示の第1実施形態にかかる半導体装置を示す斜視図である。 図1に示す半導体装置の平面図である。 図1に示す半導体装置の正面図である。 図1に示す半導体装置の底面図である。 図1に示す半導体装置の右側面図である。 図1に示す半導体装置の回路図である。 半導体素子を示す模式的な断面図である。 本開示の第2実施形態にかかる半導体装置を示す平面図である。 本開示の第3実施形態にかかる半導体装置を示す平面図である。 本開示の第4実施形態にかかる半導体装置を示す平面図である。 図10に示す半導体装置が備える半導体素子の模式的な断面図である。 本開示の第5実施形態にかかる半導体装置を示す平面図である。 図12のXIII-XIII線に沿う断面図である。 本開示の第5実施形態にかかる半導体装置の変形例を示す断面図である。 本開示の第6実施形態にかかる半導体装置を示す平面図である。 図15に示す半導体装置の回路図である。
以下、本開示の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
〔第1実施形態〕
図1~図7に基づき、本開示の第1実施形態にかかる半導体装置A1について説明する。半導体装置A1は、複数のリード1~6、半導体素子7、ボンディングワイヤ9、および封止樹脂8を備えている。
図1は、半導体装置A1を示す斜視図である。図2は、半導体装置A1を示す平面図である。図2においては、理解の便宜上、封止樹脂8を透過して、封止樹脂8の外形を想像線(二点鎖線)で示している。図3は、半導体装置A1を示す正面図である。図4は、半導体装置A1を示す底面図である。図5は、半導体装置A1を示す右側面図である。図6は、半導体装置A1を示す回路図である。図7は、半導体素子を示す模式的な断面図である。
これらの図に示す半導体装置A1は、様々な機器の回路基板に表面実装される装置である。半導体装置A1の厚さ方向視の形状は矩形状である。説明の便宜上、半導体装置A1の厚さ方向をz方向とし、z方向に直交する半導体装置A1の一方の辺に沿う方向(図2における左右方向)をx方向、z方向およびx方向に直交する方向(図2における上下方向)をy方向とする。z方向が本開示の「厚さ方向」に相当し、x方向が本開示の「第1方向」に相当する。半導体装置A1の大きさは特に限定されず、本実施形態においては、たとえばx方向寸法が1~10mm程度、y方向寸法が1~10mm程度、z方向寸法が0.3~3mm程度である。
複数のリード1~6は、半導体素子7を支持するとともに、半導体素子7と導通している。リード1~6は、金属からなり、好ましくはCuおよびNiのいずれか、またはこれらの合金や42アロイなどからなる。本実施形態においては、リード1~5が、Cuからなる場合を例に説明する。リード1~6の厚さは、たとえば0.08~1mmであり、本実施形態においては0.5mm程度である。リード1~6は、たとえば、金属板にエッチング加工を施すことで形成されている。なお、リード1~6は、金属板に打ち抜き加工や折り曲げ加工等を施すことにより形成されてもよい。以降の説明においては、リード1~6を個別に説明する場合は、第1リード1、第2リード2、第3リード3、第4リード4、第5リード5、および第6リード6と記載する。なお、まとめて示す場合は、リード1~6と記載する。
図2に示すように、第1リード1は、半導体装置A1のy方向の中央より一方側(図2においては下側)寄りに配置され、x方向の全体に広がっている。第2リード2と第3リード3とは、y方向において、第1リード1を挟んで互いに反対側に、それぞれ第1リード1から離間して配置されている。第2リード2は、y方向の他方側(図2においては上側)の端部に配置され、x方向の全体に広がっている。第3リード3は、y方向の一方側の端部であり、かつ、x方向の一方側(図2においては右側)の端部に配置されている。第4リード4、第5リード5、および第6リード6は、y方向において、第1リード1に対して第3リード3と同じ側(図2においては下側)に、それぞれ第1リード1から離間して配置されている。つまり、z方向視において、第2リード2と、第3リード3、第4リード4、第5リード5、および第6リード6とは、第1リード1を挟んで互いに反対側に配置されている。また、第3リード3、第6リード6、第5リード5、および第4リード4は、互いに離間して、この順でx方向に並んで配置されている。つまり、第3リード3と第6リード6とは隣接して配置されており、第4リード4と第5リード5とは隣接して配置されている。第1リード1は、z方向視寸法が、他のリード2~6に比べて大きい。z方向視寸法は、第2リード2が次に大きく、リード3~6のz方向視寸法は同程度である。また、図2に示すように、第1リード1と第2リード2との第1離間距離D1は、第1リード1とリード3~6との第2離間距離D2より大きい、
第1リード1は、搭載部110および連結部120を備えている。
搭載部110は、z方向視において第1リード1の中央に位置し、z方向視略矩形状である。搭載部110は、搭載部主面111、搭載部裏面112および搭載部裏面側凹部113を有する。搭載部主面111および搭載部裏面112は、z方向において互いに反対側を向いている。搭載部主面111は、図3および図5の上方を向く面である。搭載部主面111は、半導体素子7が搭載される面である。搭載部裏面112は、図3および図5の下方を向く面である。搭載部裏面112は、封止樹脂8から露出して、裏面端子になる。搭載部主面111が、本開示の「第1主面」に相当し、搭載部裏面112が、本開示の「第1裏面」に相当する。搭載部裏面側凹部113は、搭載部110の一部が搭載部裏面112からz方向に凹んだ部分である。搭載部110のうち搭載部裏面側凹部113が位置する部分の厚さ(z方向の寸法)は、搭載部裏面112が位置する部分の厚さの半分程度である。搭載部裏面側凹部113は、たとえばハーフエッチング処理により形成される。
連結部120は、搭載部110に繋がっており、z方向視矩形状である。連結部120は、搭載部110のx方向の一方端面に2個配置されている。また、連結部120は、搭載部110のx方向の他方端面にも2個配置されている。つまり、連結部120は、合計4個配置されている。各連結部120は、連結部主面121、連結部裏面122、および連結部端面123を有する。連結部主面121および連結部裏面122は、z方向において互いに反対側を向いている。連結部主面121は、図3および図5の上方を向く面である。連結部主面121と搭載部主面111とは、面一になっている。連結部裏面122は、図3および図5の下方を向く面である。連結部120の厚さ(z方向の寸法)は、搭載部110のうち搭載部裏面側凹部113が位置する部分の厚さと同程度である。連結部120は、たとえばハーフエッチング処理により形成される。連結部端面123は、連結部主面121および連結部裏面122を繋ぐ面であり、x方向外側を向いている。連結部端面123は、封止樹脂8から露出している(図1および図5参照)。
第2リード2は、z方向視において、半導体装置A1のy方向の他方側(図2においては上側)の端部に配置され、x方向の全体に広がっており、ワイヤボンディング部210、端子部220、および連結部230を備えている。
ワイヤボンディング部210は、z方向視において、x方向に長い矩形状である。ワイヤボンディング部210は、ワイヤボンディング部主面211、ワイヤボンディング部裏面212、およびワイヤボンディング部裏面側凹部213を有する。ワイヤボンディング部主面211およびワイヤボンディング部裏面212は、z方向において互いに反対側を向いている。ワイヤボンディング部主面211は、図3および図5の上方を向く面である。ワイヤボンディング部主面211は、ボンディングワイヤ9がボンディングされる面である。ワイヤボンディング部裏面212は、図3および図5の下方を向く面である。ワイヤボンディング部裏面212は、封止樹脂8から露出して、裏面端子になる。ワイヤボンディング部裏面側凹部213は、ワイヤボンディング部210の一部がワイヤボンディング部裏面212からz方向に凹んだ部分である。ワイヤボンディング部210のうちワイヤボンディング部裏面側凹部213が位置する部分の厚さ(z方向の寸法)は、ワイヤボンディング部裏面212が位置する部分の厚さの半分程度である。ワイヤボンディング部裏面側凹部213は、たとえばハーフエッチング処理により形成される。
端子部220は、ワイヤボンディング部210に繋がっており、z方向視矩形状である。端子部220は、ワイヤボンディング部210のy方向の一方端面(半導体装置A1の外側を向く端面)にx方向に4個並んで配置されている。端子部220は、端子部主面221、端子部裏面222、および端子部端面223を有する。端子部主面221および端子部裏面222は、z方向において互いに反対側を向いている。端子部主面221は、図3および図5の上方を向く面である。端子部主面221とワイヤボンディング部主面211とは、面一になっている。端子部裏面222は、図3および図5の下方を向く面である。端子部裏面222とワイヤボンディング部裏面212とは、面一になっている。端子部端面223は、端子部主面221および端子部裏面222を繋ぐ面であり、y方向外側を向いている。ワイヤボンディング部裏面212、端子部裏面222および端子部端面223は、封止樹脂8から露出して繋がっており、端子になる。
連結部230は、2個備えられており、ワイヤボンディング部210のx方向両端部にそれぞれ繋がって配置されている。連結部230の厚さ(z方向の寸法)は、ワイヤボンディング部裏面側凹部213が位置するワイヤボンディング部210の厚さと同程度である。連結部230は、たとえばハーフエッチング処理により形成される。連結部230は、連結部主面231、連結部裏面232、および連結部端面233を有する。連結部主面231および連結部裏面232は、z方向において互いに反対側を向いている。連結部主面231は、図3および図5の上方を向く面である。連結部主面231とワイヤボンディング部主面211とは、面一になっている。したがって、ワイヤボンディング部主面211、端子部主面221および連結部主面231は、面一の一体となった面になっている(図2参照)。連結部裏面232は、図3および図5の下方を向く面である。連結部端面233は、連結部主面231および連結部裏面232を繋ぐ面のうち、x方向を向く面であり、封止樹脂8から露出する面である。
第3リード3は、z方向視において、半導体装置A1の角部(図2においては右下の角部)に配置され、ワイヤボンディング部310、端子部320および連結部330を備えている。
ワイヤボンディング部310は、z方向視において、x方向に長い矩形状である。ワイヤボンディング部310は、ワイヤボンディング部主面311、ワイヤボンディング部裏面312およびワイヤボンディング部裏面側凹部313を有する。ワイヤボンディング部主面311およびワイヤボンディング部裏面312は、z方向において互いに反対側を向いている。ワイヤボンディング部主面311は、図3および図5の上方を向く面である。ワイヤボンディング部主面311は、ボンディングワイヤ9がボンディングされる面である。ワイヤボンディング部裏面312は、図3および図5の下方を向く面である。ワイヤボンディング部裏面312は、封止樹脂8から露出して、裏面端子になる。ワイヤボンディング部裏面側凹部313は、ワイヤボンディング部310の一部がワイヤボンディング部裏面312からz方向に凹んだ部分である。ワイヤボンディング部310のうちワイヤボンディング部裏面側凹部313が位置する部分の厚さ(z方向の寸法)は、ワイヤボンディング部裏面312が位置する部分の厚さの半分程度である。ワイヤボンディング部裏面側凹部313は、たとえばハーフエッチング処理により形成される。
端子部320は、ワイヤボンディング部310に繋がっており、z方向視矩形状である。端子部320は、ワイヤボンディング部310のy方向の一方端面(半導体装置A1の外側を向く端面)に配置されている。端子部320は、端子部主面321、端子部裏面322、および端子部端面323を有する。端子部主面321および端子部裏面322は、z方向において互いに反対側を向いている。端子部主面321は、図3および図5の上方を向く面である。端子部主面321とワイヤボンディング部主面311とは、面一になっている。端子部裏面322は、図3および図5の下方を向く面である。端子部裏面322とワイヤボンディング部裏面312とは、面一になっている。端子部端面323は、端子部主面321および端子部裏面322を繋ぐ面であり、y方向外側を向いている。ワイヤボンディング部裏面312、端子部裏面322および端子部端面323は、封止樹脂8から露出して繋がっており、端子になる。
連結部330は、ワイヤボンディング部310のx方向外側(図2において右側)に繋がって配置されている。連結部330の厚さ(z方向の寸法)は、ワイヤボンディング部裏面側凹部313が位置するワイヤボンディング部310の厚さと同程度である。連結部330は、たとえばハーフエッチング処理により形成される。連結部330は、連結部主面331、連結部裏面332、および連結部端面333を有する。連結部主面331および連結部裏面332は、z方向において互いに反対側を向いている。連結部主面331は、図3および図5の上方を向く面である。連結部主面331とワイヤボンディング部主面311とは、面一になっている。したがって、ワイヤボンディング部主面311、端子部主面321および連結部主面331は、面一の一体となった面になっている(図2参照)。連結部裏面332は、図3および図5の下方を向く面である。連結部端面333は、連結部主面331および連結部裏面332を繋ぐ面のうち、x方向を向く面であり、封止樹脂8から露出する面である。
第4リード4は、z方向視において、半導体装置A1の角部(図2においては左下の角部)に配置され、ワイヤボンディング部410、端子部420および連結部430を備えている。
ワイヤボンディング部410は、z方向視において、x方向に長い矩形状である。ワイヤボンディング部410は、ワイヤボンディング部主面411、ワイヤボンディング部裏面412およびワイヤボンディング部裏面側凹部413を有する。ワイヤボンディング部主面411およびワイヤボンディング部裏面412は、z方向において互いに反対側を向いている。ワイヤボンディング部主面411は、図3および図5の上方を向く面である。ワイヤボンディング部主面411は、ボンディングワイヤ9がボンディングされる面である。ワイヤボンディング部裏面412は、図3および図5の下方を向く面である。ワイヤボンディング部裏面412は、封止樹脂8から露出して、裏面端子になる。ワイヤボンディング部裏面側凹部413は、ワイヤボンディング部410の一部がワイヤボンディング部裏面412からz方向に凹んだ部分である。ワイヤボンディング部410のうちワイヤボンディング部裏面側凹部413が位置する部分の厚さ(z方向の寸法)は、ワイヤボンディング部裏面412が位置する部分の厚さの半分程度である。ワイヤボンディング部裏面側凹部413は、たとえばハーフエッチング処理により形成される。
端子部420は、ワイヤボンディング部410に繋がっており、z方向視矩形状である。端子部420は、ワイヤボンディング部410のy方向の一方端面(半導体装置A1の外側を向く端面)に配置されている。端子部420は、端子部主面421、端子部裏面422、および端子部端面423を有する。端子部主面421および端子部裏面422は、z方向において互いに反対側を向いている。端子部主面421は、図3および図5の上方を向く面である。端子部主面421とワイヤボンディング部主面411とは、面一になっている。端子部裏面422は、図3および図5の下方を向く面である。端子部裏面422とワイヤボンディング部裏面412とは、面一になっている。端子部端面423は、端子部主面421および端子部裏面422を繋ぐ面であり、y方向外側を向いている。ワイヤボンディング部裏面412、端子部裏面422および端子部端面423は、封止樹脂8から露出して繋がっており、端子になる。
連結部430は、ワイヤボンディング部410のx方向外側(図2において左側)に繋がって配置されている。連結部430の厚さ(z方向の寸法)は、ワイヤボンディング部裏面側凹部413が位置するワイヤボンディング部410の厚さと同程度である。連結部430は、たとえばハーフエッチング処理により形成される。連結部430は、連結部主面431、連結部裏面432、および連結部端面433を有する。連結部主面431および連結部裏面432は、z方向において互いに反対側を向いている。連結部主面431は、図3および図5の上方を向く面である。連結部主面431とワイヤボンディング部主面411とは、面一になっている。したがって、ワイヤボンディング部主面411、端子部主面421および連結部主面431は、面一の一体となった面になっている(図2参照)。連結部裏面432は、図3および図5の下方を向く面である。連結部端面433は、連結部主面431および連結部裏面432を繋ぐ面のうち、x方向を向く面であり、封止樹脂8から露出する面である。
第5リード5は、z方向視において、半導体装置A1のy方向の一方側(図2においては下側)の端部に配置されている。第5リード5は、第3リード3と第4リード4との間で、第4リード4に隣接して配置され、ワイヤボンディング部510および端子部520を備えている。
ワイヤボンディング部510は、z方向視において、x方向に長い矩形状である。ワイヤボンディング部510は、ワイヤボンディング部主面511、ワイヤボンディング部裏面512およびワイヤボンディング部裏面側凹部513を有する。ワイヤボンディング部主面511およびワイヤボンディング部裏面512は、z方向において互いに反対側を向いている。ワイヤボンディング部主面511は、図3および図5の上方を向く面である。ワイヤボンディング部主面511は、ボンディングワイヤ9がボンディングされる面である。ワイヤボンディング部裏面512は、図3および図5の下方を向く面である。ワイヤボンディング部裏面512は、封止樹脂8から露出して、裏面端子になる。ワイヤボンディング部裏面側凹部513は、ワイヤボンディング部510の一部がワイヤボンディング部裏面512からz方向に凹んだ部分である。ワイヤボンディング部510のうちワイヤボンディング部裏面側凹部513が位置する部分の厚さ(z方向の寸法)は、ワイヤボンディング部裏面512が位置する部分の厚さの半分程度である。ワイヤボンディング部裏面側凹部513は、たとえばハーフエッチング処理により形成される。
端子部520は、ワイヤボンディング部510に繋がっており、z方向視矩形状である。端子部520は、ワイヤボンディング部510のy方向の一方端面(半導体装置A1の外側を向く端面)に配置されている。端子部520は、端子部主面521、端子部裏面522、および端子部端面523を有する。端子部主面521および端子部裏面522は、z方向において互いに反対側を向いている。端子部主面521は、図3および図5の上方を向く面である。端子部主面521とワイヤボンディング部主面511とは、面一になっている。端子部裏面522は、図3および図5の下方を向く面である。端子部裏面522とワイヤボンディング部裏面512とは、面一になっている。端子部端面523は、端子部主面521および端子部裏面522を繋ぐ面であり、y方向外側を向いている。ワイヤボンディング部裏面512、端子部裏面522および端子部端面523は、封止樹脂8から露出して繋がっており、端子になる。
第6リード6は、z方向視において、半導体装置A1のy方向の一方側(図2においては下側)の端部で、第3リード3と第5リード5との間に配置されている。つまり、第6リード6と第3リード3とは、隣接して配置されている。第6リード6は、ワイヤボンディング部610および端子部620を備えている。
ワイヤボンディング部610は、z方向視において、x方向に長い矩形状である。ワイヤボンディング部610は、ワイヤボンディング部主面611、ワイヤボンディング部裏面612およびワイヤボンディング部裏面側凹部613を有する。ワイヤボンディング部主面611およびワイヤボンディング部裏面612は、z方向において互いに反対側を向いている。ワイヤボンディング部主面611は、図3および図5の上方を向く面である。ワイヤボンディング部主面611は、ボンディングワイヤ9がボンディングされる面である。ワイヤボンディング部裏面612は、図3および図5の下方を向く面である。ワイヤボンディング部裏面612は、封止樹脂8から露出して、裏面端子になる。ワイヤボンディング部裏面側凹部613は、ワイヤボンディング部610の一部がワイヤボンディング部裏面612からz方向に凹んだ部分である。ワイヤボンディング部610のうちワイヤボンディング部裏面側凹部613が位置する部分の厚さ(z方向の寸法)は、ワイヤボンディング部裏面612が位置する部分の厚さの半分程度である。ワイヤボンディング部裏面側凹部613は、たとえばハーフエッチング処理により形成される。
端子部620は、ワイヤボンディング部610に繋がっており、z方向視矩形状である。端子部620は、ワイヤボンディング部610のy方向の一方端面(半導体装置A1の外側を向く端面)に配置されている。端子部620は、端子部主面621、端子部裏面622、および端子部端面623を有する。端子部主面621および端子部裏面622は、z方向において互いに反対側を向いている。端子部主面621は、図3および図5の上方を向く面である。端子部主面621とワイヤボンディング部主面611とは、面一になっている。端子部裏面622は、図3および図5の下方を向く面である。端子部裏面622とワイヤボンディング部裏面612とは、面一になっている。端子部端面623は、端子部主面621および端子部裏面622を繋ぐ面であり、y方向外側を向いている。ワイヤボンディング部裏面612、端子部裏面622および端子部端面623は、封止樹脂8から露出して繋がっており、端子になる。
半導体素子7は、半導体装置A1の電気的機能を発揮する要素である。半導体素子7は、第1トランジスタ791および第2トランジスタ792を備えている。第1トランジスタ791は、ゲート-ソース間に印加される電圧信号に応じて、ドレインからソースに流れる主電流を、流れる状態と流れない状態とで切り替えるスイッチング動作を行うメインのトランジスタである。第2トランジスタ792は、第1トランジスタ791のオフ時のゲート-ソース間の電圧変動を抑制するためのクランプ用のトランジスタである。また、第1トランジスタ791および第2トランジスタ792は、ソースとゲートとが同電位の場合にチャネルがオフ状態になり、ソース-ドレイ間に電流が流れないノーマリオフ動作のトランジスタである。
図6に示すように、第1トランジスタ791は、第1ソース電極71、第1ドレイン電極72、第1ゲート電極73、および第3ソース電極77を備えている。第3ソース電極77は、いわゆるソースセンス(またはドライバーソース)のための電極であって、第1トランジスタ791のソースの電位を検出するために設けられており、第1ソース電極71に電気的に接続している。第1トランジスタ791の主電流は、第1ソース電極71からこれが接続する第1リード1に流れる。第3ソース電極77が接続する第6リード6は、大きな電流が流れず、ソースの電位を出力する。第2トランジスタ792は、第2ソース電極74、第2ドレイン電極75、および第2ゲート電極76を備えている。第1トランジスタ791の第1ゲート電極73と、第2トランジスタ792の第2ドレイン電極75とは、電気的に接続されている。また、第1ソース電極71および第3ソース電極77と、第2ソース電極74とは、電気的に接続されていない。
半導体素子7は、窒化物半導体を用いた半導体素子であり、本実施形態では、窒化ガリウム(GaN)が用いられている。本実施形態では、半導体素子7は、窒化ガリウムを用いた2個のHEMTである第1トランジスタ791および第2トランジスタ792がモノリシック集積されたものである。
半導体素子7は、素子本体70および裏面電極78を備えている。素子本体70は、素子主面7aおよび素子裏面7bを備えている。図3、図5および図7に示すように、素子主面7aおよび素子裏面7bは、z方向において互いに反対側を向いている。素子主面7aは、図3、図5および図7の上方を向く面である。素子裏面7bは、図3、図5および図7の下方を向く面である。また、素子本体70は、図7に示すように、基板701、バッファ層702、第1窒化物半導体層703、第2窒化物半導体層704、第3窒化物半導体層705、保護膜706、配線709、導電部707、および絶縁部708を備えている。配線709は、配線709a,709b,709c,709d,709e,709fを含んでいる。
基板701は、たとえば低抵抗のSi基板である。基板701の厚さ(z方向の寸法)は、250~400μm程度である。バッファ層702は、基板701上に形成された窒化物半導体膜の多層バッファ層によって構成されている。本実施形態では、バッファ層702は、基板701に接するAlN膜からなる第1バッファ層と、当該第1バッファ層に積層されたAlGaN膜からなる第2バッファ層とによって構成されている。第2バッファ層は、AlN膜とGaN膜が交互に多重積層された超格子構造などでもよい。第1窒化物半導体層703は、バッファ層702上にエピタキシャル成長により積層されたGaN層からなり、電子走行層を構成している。第2窒化物半導体層704は、第1窒化物半導体層703上にエピタキシャル成長により積層されたAlGaN層からなり、電子供給層を構成している。バッファ層702、第1窒化物半導体層703および第2窒化物半導体層704を合わせた厚さ(z方向の寸法)は、2μm程度であり、基板701の厚さに比べて薄い。第1窒化物半導体層703の第2窒化物半導体層704との界面に近い位置に発生する二次元電子ガス(2DEG:2 Dimensional Electron Gas)が通電経路に用いられる。絶縁部708は、図7に示すように、第1トランジスタ791が形成される領域と第2トランジスタ792が形成される領域とを隔てるものであり、z方向において第1窒化物半導体層703の途中まで達しており、二次元電子ガスによる通電経路を遮断している。
第3窒化物半導体層705は、第2窒化物半導体層704上にエピタキシャル成長により積層されたp型GaN層からなる。離間して形成された第3窒化物半導体層705上に、配線709aおよび配線709bがそれぞれ形成されている。保護膜706は、たとえばSiN膜からなり、第2窒化物半導体層704、第3窒化物半導体層705、配線709aおよび配線709bを覆う。一方の第3窒化物半導体層705上に形成された配線709aの一部は、保護膜706から露出して、第1ゲート電極73に接続している。第1ゲート電極73は、第1トランジスタ791のゲート電極として機能する。また、他方の第3窒化物半導体層705上に形成された配線709bの一部は、保護膜706から露出して、第2ゲート電極76に接続している。第2ゲート電極76は、第2トランジスタ792のゲート電極として機能する。保護膜706上には、配線709c,709d,709e,709fが形成されている。配線709c,709d,709e,709fは、互いに離間して配置され、それぞれの一部が保護膜706を貫通して第2窒化物半導体層704に接している。配線709eは、第3窒化物半導体層705および配線709aを覆うように形成され、第1ソース電極71および第3ソース電極77に接続している。第1ソース電極71は第1トランジスタ791のソース電極として機能し、第3ソース電極77は第1トランジスタ791のソースセンス電極として機能する。配線709fは、第3窒化物半導体層705および配線709bを覆うように形成され、第2ソース電極74に接続している。第2ソース電極74は第2トランジスタ792のソース電極として機能する。配線709cは、配線709eに隣接して形成され、第1ドレイン電極72に接続している。第1ドレイン電極72は、第1トランジスタ791のドレイン電極として機能する。配線709dは、配線709fに隣接して形成され、第2トランジスタ792のドレイン電極である第2ドレイン電極75として機能する。配線709d(第2ドレイン電極75)は、第1ゲート電極73に接続している。
図7に示すように、第2窒化物半導体層704において、配線709cが接する領域と配線709aが形成された第3窒化物半導体層705が接する領域との距離L1は、配線709dが接する領域と配線709bが形成された第3窒化物半導体層705が接する領域との距離L2より大きい。したがって、第2トランジスタ792のドレイン-ソース間の耐電圧(第2ドレイン電極75と第2ソース電極74との間の耐電圧)は、第1トランジスタ791のドレイン-ソース間の耐電圧(第1ドレイン電極72と第1ソース電極71との間の耐電圧)より小さい。第2トランジスタ792のドレイン-ソース間の耐電圧は、第1トランジスタ791のドレイン-ソース間の耐電圧に比べて小さくできるので、距離L2を距離L1に比べて小さくすることができる。したがって、半導体素子7の素子主面7aにおける第2トランジスタ792の領域は、第1トランジスタ791の領域に比べて小さくなっている。
図2に示すように、第1ソース電極71、第1ドレイン電極72、第1ゲート電極73、第2ソース電極74、第2ゲート電極76、および第3ソース電極77は、素子主面7aに配置されている。本実施形態では、第1ソース電極71は、素子主面7aのy方向における中央に配置され、x方向の全体に広がっている。第1ドレイン電極72と第1ゲート電極73とは、y方向において、第1ソース電極71を挟んで互いに反対側に、それぞれ第1ソース電極71から離間して配置されている。第1ドレイン電極72は、第1ソース電極71に対して第2リード2側(図2においては上側)に配置され、x方向の全体に広がっている。第1ゲート電極73は、第1ソース電極71に対して第3リード3側(図2においては下側)であり、かつ、x方向の一方側(図2においては右側)の端部に配置されている。第2ゲート電極76、第2ソース電極74、および第3ソース電極77は、y方向において、第1ソース電極71に対して第1ゲート電極73と同じ側(図2においては下側)に、それぞれ第1ソース電極71から離間して配置されている。つまり、z方向視において、第1ドレイン電極72と、第1ゲート電極73、第2ゲート電極76、第2ソース電極74、および第3ソース電極77とは、第1ソース電極71を挟んで互いに反対側に配置されている。また、第1ゲート電極73、第3ソース電極77、第2ソース電極74、および第2ゲート電極76は、互いに離間して、この順でx方向に並んで配置されている。つまり、第1ゲート電極73と第3ソース電極77とは隣接して配置され、第2ソース電極74と第2ゲート電極76とは隣接して配置されている。以上のように、第1ソース電極71、第1ドレイン電極72、第1ゲート電極73、第3ソース電極77、第2ソース電極74、および第2ゲート電極76は、z方向視における配置が、第1リード1、第2リード2、第3リード3、第6リード6、第5リード5、および第4リード4のz方向視における配置と同様の配置なっている。なお、第1ソース電極71、第1ドレイン電極72、第1ゲート電極73、第2ソース電極74、第2ゲート電極76、および第3ソース電極77の配置のレイアウトは、これに限定されない。
裏面電極78は、基板701の裏面(バッファ層702が形成される面とは反対側を向く面)に形成されており、素子裏面7bに配置されている。
導電部707は、たとえばビアホールであり、第2窒化物半導体層704、第1窒化物半導体層703、およびバッファ層702を貫通して基板701まで達している。導電部707は、保護膜706を貫通した配線709eに接して導通しており、基板701を介して裏面電極78にも導通している。したがって、第1ソース電極71と裏面電極78とは導通して同電位になる。なお、導電部707は、基板701も貫通して裏面電極78まで達してもよい。また、半導体素子7の構成は、上述したものに限定されない。
図2に示すように、半導体素子7は、搭載部主面111のx方向中央で、かつ、y方向中央に搭載されている。図5に示すように、半導体素子7は、素子裏面7bを搭載部主面111に向けて、図示しない導電性接合材を介して、第1リード1の搭載部主面111に搭載されている。これにより、半導体素子7の裏面電極78は、導電性接合材によって、第1リード1に電気的に接続されている。第1ソース電極71は、配線709e、導電部707、および基板701を介して裏面電極78に導通しているので、裏面電極78と同じ電位である。したがって、第1ソース電極71は、第1リード1と同じ電位になっている。また、後述するように、第1ソース電極71と第1リード1とはボンディングワイヤ9によって接続されていることからも、第1ソース電極71は第1リード1と同じ電位になる。
ボンディングワイヤ9は、半導体素子7の各電極と各リード1~6とを電気的に接続するものである。なお、各電極と各リード1~6との間に接続されるボンディングワイヤ9の数は限定されず、流れる電流の大きさに応じて、適宜設計される。
第1ソース電極71と第1リード1の搭載部主面111とは、ボンディングワイヤ9によって接続されている。これにより、第1リード1は、半導体素子7の第1ソース電極71に電気的に接続されて、第1トランジスタ791のソース端子(S1)として機能する。第1ドレイン電極72と第2リード2のワイヤボンディング部主面211とは、ボンディングワイヤ9によって接続されている。これにより、第2リード2は、半導体素子7の第1ドレイン電極72に電気的に接続されて、第1トランジスタ791のドレイン端子(D1)として機能する。第1ゲート電極73と第3リード3のワイヤボンディング部主面311とは、ボンディングワイヤ9によって接続されている。これにより、第3リード3は、半導体素子7の第1ゲート電極73に電気的に接続されて、第1トランジスタ791のゲート端子(G1)として機能する。第3ソース電極77と第6リード6のワイヤボンディング部主面611とは、ボンディングワイヤ9によって接続されている。これにより、第6リード6は、半導体素子7の第3ソース電極77に電気的に接続されて、第1トランジスタ791のソースセンス端子(SS)として機能する。
第2ソース電極74と第5リード5のワイヤボンディング部主面511とは、ボンディングワイヤ9によって接続されている。これにより、第5リード5は、半導体素子7の第2ソース電極74に電気的に接続されて、第2トランジスタ792のソース端子(S2)として機能する。第2ゲート電極76と第4リード4のワイヤボンディング部主面411とは、ボンディングワイヤ9によって接続されている。これにより、第4リード4は、半導体素子7の第2ゲート電極76に電気的に接続されて、第2トランジスタ792のゲート端子(G2)として機能する。
封止樹脂8は、各リード1~6の一部ずつと、半導体素子7と、ボンディングワイヤ9とを覆っている。封止樹脂8は、たとえば黒色のエポキシ樹脂からなる。
封止樹脂8は、樹脂主面81、樹脂裏面82および樹脂側面83を有する。樹脂主面81と樹脂裏面82とは、z方向において互いに反対側を向いている。樹脂主面81は、図3および図5の上方を向く面であり、樹脂裏面82は、図3および図5の下方を向く面である。樹脂側面83は、樹脂主面81および樹脂裏面82を繋ぐ面であり、x方向またはy方向を向いている。
本実施形態においては、第1リード1の連結部端面123と、第2リード2の端子部端面223および連結部端面233と、第3リード3の端子部端面323および連結部端面333と、第4リード4の端子部端面423および連結部端面433と、第5リード5の端子部端面523と、第6リード6の端子部端面623とが、封止樹脂8の樹脂側面83と互いに面一である。また、第1リード1の搭載部裏面112と、第2リード2のワイヤボンディング部裏面212および端子部裏面222と、第3リード3のワイヤボンディング部裏面312および端子部裏面322と、第4リード4のワイヤボンディング部裏面412および端子部裏面422と、第5リード5のワイヤボンディング部裏面512および端子部裏面522と、第6リード6のワイヤボンディング部裏面612および端子部裏面622が、封止樹脂8の樹脂裏面82と互いに面一である。
図7に示すように、第1トランジスタ791のソースセンス端子(SS)である第6リード6と、第1トランジスタ791のゲート端子(G1)である第3リード3との間に、駆動信号である電圧信号が印加される。また、第2トランジスタ792のソース端子(S2)である第5リード5と、第2トランジスタ792のゲート端子(G2)である第4リード4との間に、第1トランジスタ791がオフのときに第2トランジスタ792をオンにする電圧信号(たとえば、駆動信号とは極性を反転させた電圧信号)が印加される。また、第6リード6と第5リード5との間には、容量がたとえば10μF程度のコンデンサ95が接続され、第5リード5の電位が負電位(たとえば-2V程度)にされる。
次に、半導体装置A1の作用効果について説明する。
本実施形態によると、第1トランジスタ791のゲート-ソース間に、クランプ用の第2トランジスタ792が接続されている。第1トランジスタ791がオフの間、第2トランジスタ792をオンにすることで、第1トランジスタ791のゲート-ソース間の電圧変動を抑制することができる。また、第3ソース電極77と第2ソース電極74とは電気的に接続されていないので、第3ソース電極77と第2ソース電極74とを異なる電位にすることができる。したがって、第2ソース電極74を第3ソース電極77より低い電位にして、第1トランジスタ791のゲート-ソース間の電圧の基準を負電圧にすることができる。これにより、第1トランジスタ791のドレイン-ソース間電圧が急激に上昇して、ゲート-ソース間の電圧が変動しても、ゲートしきい値を超えることが抑制される。よって、ゲートしきい値が低い場合でも、ドレイン-ソース間電圧の急激な上昇に基づく誤点弧をより抑制することができる。
また、本実施形態によると、第1ソース電極71がボンディングワイヤ9によって第1リード1に電気的に接続されている。第1リード1は、z方向視寸法が他のリード2~6に比べて大きく、搭載部裏面112が封止樹脂8から露出して、半導体装置A1を回路基板などに実装する際の裏面端子として機能する。したがって、主電流が流れるソース端子の寄生インダクタンスを低減し、第1トランジスタ791のドレイン-ソース間のサージ電圧を抑制することができる。また、半導体素子7が搭載される第1リード1は、裏面端子として回路基板などに接合されることで、半導体素子7が発する熱を放出するための放熱板としても機能することができる。
また、本実施形態によると、第2リード2と第3リード3、第4リード4、第5リード5、および第6リード6とは、y方向において、第1リード1を挟んで互いに反対側に配置されている。そして、y方向において、第1ドレイン電極72は、第1ソース電極71に対して第2リード2側に配置されている。したがって、第1ドレイン電極72と第2リード2とに接続するボンディングワイヤ9を短くすることができる。また、第1ゲート電極73、第2ゲート電極76、第2ソース電極74、および第3ソース電極77は、第1ソース電極71に対して第2リード2とは反対側に配置されている。さらに、第3リード3、第6リード6、第5リード5、および第4リード4はこの順でx方向に並んで配置され、第1ゲート電極73、第3ソース電極77、第2ソース電極74、および第2ゲート電極76はこの順でx方向に並んで配置されている。したがって、第1ゲート電極73と第3リード3、第3ソース電極77と第6リード6、第2ソース電極74と第5リード5、および、第2ゲート電極76と第4リード4をそれぞれ接続するボンディングワイヤ9をできるだけ短くすることができる。これらにより、各ボンディングワイヤ9の寄生インダクタンスを低減することができる。よって、第1トランジスタ791のドレイン-ソース間のサージ電圧、および、ゲート-ソース間のサージ電圧を抑制することができる。
また、本実施形態によると、第1ゲート電極73と第3ソース電極77とは隣接して配置され、第2ソース電極74と第2ゲート電極76とは隣接して配置されている。したがって、半導体素子7内部における配線709を不必要に長くする必要がなくなり、配線709の寄生インダクタンスを低減することができる。よって、第1トランジスタ791のゲート-ソース間のサージ電圧を抑制することができる。
また、本実施形態によると、第1ゲート電極73と第2ドレイン電極75とは、半導体素子7内部における配線709により電気的に接続されている。したがって、第1ゲート電極73と第2ドレイン電極75とがボンディングワイヤ9などによって半導体素子7外部で接続されている場合と比較して、第2トランジスタ792によるクランプ用の電流経路の寄生インダクタンスを低減することができる。よって、第1トランジスタ791のゲート-ソース間のサージ電圧を抑制することができる。
また、本実施形態によると、第2トランジスタ792のドレイン-ソース間の耐電圧は、第1トランジスタ791のドレイン-ソース間の耐電圧に比べて小さいので、距離L2を距離L1に比べて小さくして、半導体素子7の素子主面7aにおける第2トランジスタ792の領域を、第1トランジスタ791の領域に比べて小さくしている。これにより、半導体素子7内部における配線709を不必要に長くする必要がなくなり、配線709の寄生インダクタンスを低減することができる。よって、第1トランジスタ791のドレイン-ソース間のサージ電圧、および、ゲート-ソース間のサージ電圧を抑制することができる。
また、本実施形態によると、第1リード1と第2リード2との第1離間距離D1は、第1リード1とリード3~6との第2離間距離D2より大きい。したがって、より高い電圧が印加される第1リード1と第2リード2との間の絶縁耐力を大きくできる。
また、本実施形態によると、半導体装置A1は、第1リード1とは別に、第3ソース電極77を介して第1ソース電極71に接続された第6リード6を備えている。これにより、半導体装置A1は、スイッチングの対象である主電流が流れるソース端子(第1リード1)とは別に、主電流が流れず、ソース電極(第1ソース電極71)の電位を検出するためのソースセンス端子(第6リード6)を備えることができる。
なお、本実施形態では、半導体素子7を構成する第1トランジスタ791および第2トランジスタ792がノーマリオフ動作のトランジスタである場合について説明したが、これに限られない。第1トランジスタ791または第2トランジスタ792は、ノーマリオン動作のトランジスタであってもよい。ただし、HEMTの特性を利用するためには、ノーマリオフ動作であることが望ましい。
また、本実施形態では、第1リード1の連結部端面123と、第2リード2の端子部端面223および連結部端面233と、第3リード3の端子部端面323および連結部端面333と、第4リード4の端子部端面423および連結部端面433と、第5リード5の端子部端面523と、第6リード6の端子部端面623とが、封止樹脂8の樹脂側面83と互いに面一である場合について説明したが、これに限られない。これらの各端面は、樹脂側面83から突出していてもよいし、樹脂側面83から凹んでいてもよい。また、これらの各端面は、平坦であってもよいし、湾曲していてもよいし、凹凸が形成されていてもよい。また、これらの各端面の形状も限定されない。
〔第2実施形態〕
図8に基づき、本開示の第2実施形態にかかる半導体装置A2について説明する。図8において、先述した半導体装置A1と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図8は、半導体装置A2を示す平面図である。図8においては、理解の便宜上、封止樹脂8を透過して、封止樹脂8の外形を想像線(二点鎖線)で示している。
本実施形態にかかる半導体装置A2は、第1トランジスタ791と第2トランジスタ792とが異なる半導体素子として形成されている点で、半導体装置A1と異なる。
半導体装置A2は、半導体素子7に代えて、第1半導体素子710および第2半導体素子720を備えている。第1半導体素子710が第1トランジスタ791を構成する半導体素子であり、第2半導体素子720が第2トランジスタ792を構成する半導体素子である。第1半導体素子710および第2半導体素子720は、第1リード1の搭載部主面111に、x方向に並んで配置されている。x方向において、第1半導体素子710は第3リード3に近い側(図8において右側)に配置され、第2半導体素子720は、第4リード4に近い側(図8において左側)に配置されている。
第1半導体素子710は、窒化物半導体を用いた半導体素子であり、本実施形態では、窒化ガリウム(GaN)が用いられたHEMTである。第1半導体素子710は、素子主面710a、第1ソース電極711、第1ドレイン電極712、第1ゲート電極713、および第3ゲート電極714を備えている。素子主面710aは、半導体素子7の素子主面7aと同様の面であり、第1リード1とは反対側を向き、第1ソース電極711、第1ドレイン電極712、第1ゲート電極713、および第3ゲート電極714が配置されている。
本実施形態では、第1ソース電極711は、半導体素子7の第1ソース電極71および第3ソース電極77に相当する電極であり、図8における左下側に配置され、ボンディングワイヤ9によって第1リード1および第6リード6に電気的に接続されている。第1ドレイン電極712は、半導体素子7の第1ドレイン電極72に相当する電極であり、図8における右上側に配置され、ボンディングワイヤ9によって第2リード2に電気的に接続されている。第1ゲート電極713は、半導体素子7の第1ゲート電極73に相当する電極であり、図8における右下側に配置され、ボンディングワイヤ9によって第3リード3に電気的に接続されている。第3ゲート電極714は、第1半導体素子710内部で第1ゲート電極713に電気的に接続し、図8における左上側に配置され、ボンディングワイヤ9によって第2半導体素子720の第2ドレイン電極722(後述)に電気的に接続されている。なお、第1ソース電極711、第1ドレイン電極712、第1ゲート電極713、および第3ゲート電極714の配置のレイアウトは、これに限定されない。
第2半導体素子720は、窒化物半導体を用いた半導体素子であり、本実施形態では、窒化ガリウム(GaN)が用いられたHEMTである。第2半導体素子720は、素子主面720a、第2ソース電極721、第2ドレイン電極722、および第2ゲート電極723を備えている。素子主面720aは、半導体素子7の素子主面7aと同様の面であり、第1リード1とは反対側を向き、第2ソース電極721、第2ドレイン電極722、および第2ゲート電極723が配置されている。
本実施形態では、第2ソース電極721は、半導体素子7の第2ソース電極74に相当する電極であり、図8における右下側に配置され、ボンディングワイヤ9によって第5リード5に電気的に接続されている。第2ゲート電極723は、半導体素子7の第2ゲート電極76に相当する電極であり、図8における左下側に配置され、ボンディングワイヤ9によって第4リード4に電気的に接続されている。第2ドレイン電極722は、半導体素子7の配線709d(第2ドレイン電極75)に相当する配線が接続する電極である。第2ドレイン電極722は、図8における上側に配置され、ボンディングワイヤ9によって第1半導体素子710の第3ゲート電極714に電気的に接続されている。なお、第2ソース電極721、第2ドレイン電極722、および第2ゲート電極723の配置のレイアウトは、これに限定されない。
本実施形態においても、第1トランジスタ791(第1半導体素子710)のゲート-ソース間に、クランプ用の第2トランジスタ792(第2半導体素子720)が接続されている。第1トランジスタ791がオフの間、第2トランジスタ792をオンにすることで、第1トランジスタ791のゲート-ソース間の電圧変動を抑制することができる。また、第1ソース電極711と第2ソース電極721とは電気的に接続されていないので、第1ソース電極711と第2ソース電極721とを異なる電位にすることができる。したがって、第2ソース電極721を第1ソース電極711より低い電位にして、第1トランジスタ791のゲート-ソース間の電圧の基準を負電圧にすることができる。これにより、第1トランジスタ791のドレイン-ソース間電圧が急激に上昇して、ゲート-ソース間の電圧が変動しても、ゲートしきい値を超えることが抑制される。よって、ゲートしきい値が低い場合でも、ドレイン-ソース間電圧の急激な上昇に基づく誤点弧をより抑制することができる。
また、本実施形態によると、第1ドレイン電極712は、y方向において、第2リード2側(図8における上側)に配置されている。したがって、第1ドレイン電極712と第2リード2とに接続するボンディングワイヤ9を短くすることができる。また、図8における右側に配置された第1半導体素子710の素子主面710aの右下側に第1ゲート電極713が配置され、左下側に第1ソース電極711が配置されている。また、図8における左側に配置された第2半導体素子720の素子主面720aの右下側に第2ソース電極721が配置され、左下側に第2ゲート電極723が配置されている。したがって、第1ゲート電極713と第3リード3、第1ソース電極711と第6リード6、第2ソース電極721と第5リード5、および、第2ゲート電極723と第4リード4をそれぞれ接続するボンディングワイヤ9をできるだけ短くすることができる。これらにより、各ボンディングワイヤ9の寄生インダクタンスを低減することができる。よって、第1トランジスタ791のドレイン-ソース間のサージ電圧、および、ゲート-ソース間のサージ電圧を抑制することができる。
また、本実施形態によると、第1半導体素子710の素子主面710aの図8における左上側に第3ゲート電極714が配置され、第2半導体素子720の素子主面720aの図8における上側に第2ドレイン電極722が配置されている。したがって、第3ゲート電極714と第2ドレイン電極722とを接続するボンディングワイヤ9をできるだけ短くすることができる。これにより、ボンディングワイヤ9の寄生インダクタンスを低減することができる。よって、第1トランジスタ791のゲート-ソース間のサージ電圧を抑制することができる。
〔第3実施形態〕
図9に基づき、本開示の第3実施形態にかかる半導体装置A3について説明する。図9において、先述した半導体装置A1と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図9は、半導体装置A3を示す平面図である。図9においては、理解の便宜上、封止樹脂8を透過して、封止樹脂8の外形を想像線(二点鎖線)で示している。
本実施形態にかかる半導体装置A3は、コンデンサ95を内部に備えている点で、半導体装置A1と異なる。コンデンサ95は、第1トランジスタ791の第3ソース電極77と、第2トランジスタ792の第2ソース電極74とを異なる電位にするために設けられており、容量がたとえば10μF程度のコンデンサである。コンデンサ95の一方の端子は、第5リード5のワイヤボンディング部主面511に接合されており、他方の端子は、第6リード6のワイヤボンディング部主面611に接合されている。第5リード5はボンディングワイヤ9によって第2ソース電極74に接続されており、第6リード6はボンディングワイヤ9によって第3ソース電極77に接続されている。したがって、コンデンサ95は、第2ソース電極74と第3ソース電極77との間に接続されている。
本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態によると、半導体装置A3のパッケージ内部にコンデンサ95が内蔵されているので、パッケージ外部でコンデンサ95を接続する必要がない。また、パッケージ外部でコンデンサ95を接続する場合と比較して、第1トランジスタ791のゲート-ソース間を短絡させるための電流経路の寄生インダクタンスを低減し、かつ、使用者によって寄生インダクタンスの値が変動することを防ぐことができる。これにより、第1トランジスタ791のゲート-ソース間のサージ電圧を安定して抑制することができる。
なお、本実施形態では、コンデンサ95の一方の端子が第5リード5に接合され、他方の端子が第6リード6に接合されている場合について説明したが、これに限られない。コンデンサ95の一方の端子が第2ソース電極74に接合され、他方の端子が第3ソース電極77に接合されてもよい。この場合、第1トランジスタ791のゲート-ソース間を短絡させるための電流経路の寄生インダクタンスをより低減することができる。したがって、第1トランジスタ791のゲート-ソース間のサージ電圧をより抑制することができる。また、第3ソース電極77と第1ソース電極71とは電気的に接続されているので、コンデンサ95の他方の端子は、ボンディングワイヤ9によって第1ソース電極71に接続されている第1リード1に接合されてもよい。また、コンデンサ95の一方の端子が第2ソース電極74に接合され、他方の端子が第1ソース電極71に接合されてもよい。
〔第4実施形態〕
図10および図11に基づき、本開示の第4実施形態にかかる半導体装置A4について説明する。これらの図において、先述した半導体装置A1と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図10は、半導体装置A4を示す平面図である。図10においては、理解の便宜上、封止樹脂8を透過して、封止樹脂8の外形を想像線(二点鎖線)で示している。図11は、半導体装置A4が備える半導体素子7を示す模式的な断面図である。
本実施形態にかかる半導体装置A4は、図10に示すように、第1ソース電極71と第1リード1とがボンディングワイヤ9によって接続されておらず、図11に示すように、半導体素子7の内部で導電部707と裏面電極78とが電気的に接続している点で、半導体装置A1と異なる。本実施形態にかかる半導体素子7の基板701は、孔701aを有する。孔701aは、z方向視において導電部707に重なる位置に配置され、基板701の裏面からバッファ層702に向かってz方向に延び、導電部707まで達している。裏面電極78は、孔701aの内部にも形成されており、導電部707に電気的に接続している。裏面電極78は導電性接合材によって第1リード1に電気的に接続されているので、第1ソース電極71と第1リード1とがボンディングワイヤ9によって接続されていなくても、第1ソース電極71から第1リード1に主電流を流すことができる。本実施形態においては、裏面電極78が、本開示の「第1ソース電極」に相当する。
本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態によると、第1ソース電極71と第1リード1とをボンディングワイヤ9で接続する工程を省略でき、ボンディングワイヤ9の使用量を抑制できる。また、第1ソース電極71と第1リード1とがボンディングワイヤ9によって接続される場合と比較して、寄生インダクタンスを低減することができる。よって、第1トランジスタ791のドレイン-ソース間のサージ電圧を抑制することができる。
なお、本実施形態においては、素子主面7aに第1ソース電極71が配置されている場合について説明したが、これに限られない。第1ソース電極71は、素子主面7aに配置されていなくてもよい。
〔第5実施形態〕
図12および図13に基づき、本開示の第5実施形態にかかる半導体装置A5について説明する。これらの図において、先述した半導体装置A1と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図12は、半導体装置A5を示す平面図である。図12においては、理解の便宜上、封止樹脂8を透過して、封止樹脂8の外形を想像線(二点鎖線)で示している。図13は、図12のXIII-XIII線に沿う断面図である。
本実施形態にかかる半導体装置A5は、半導体素子7の各電極と各リード1~6との接続方法が半導体装置A1と異なる。
半導体装置A5は、ボンディングワイヤ9を備えておらず、絶縁シート91およびめっき層92を備えている。また、本実施形態にかかる第1リード1の搭載部110は、搭載部主面側凹部114を有する。搭載部主面側凹部114は、搭載部110の一部が搭載部主面111からz方向に凹んだ部分である。搭載部110のうち搭載部主面側凹部114が位置する部分の厚さ(z方向の寸法)は、搭載部主面111が位置する部分の厚さの半分程度である。搭載部主面側凹部114は、たとえばハーフエッチング処理により形成される。本実施形態では、半導体素子7は、搭載部主面側凹部114の内部に配置されている。また、第1リード1の搭載部裏面112から搭載部主面側凹部114に配置された半導体素子7の素子主面7aまでの厚さ(z方向の寸法)は、搭載部裏面112から搭載部主面111までの厚さ(z方向の寸法)と同程度になっている。
絶縁シート91は、たとえばポリイミド樹脂製のシートであり、各リード1~6の各主面および素子主面7aに接するように配置されている。絶縁シート91は、複数の開口91aを備えている。各開口91aは、z方向視において、各リード1~6または各電極71~74,76~77に重なる位置に配置され、絶縁シート91を貫通している。開口91aは、絶縁シート91が各リード1~6の各主面および素子主面7a上に配置された後に、たとえばレーザーによって形成される。めっき層92は、絶縁シート91上に形成されており、各開口91a内にも充填されている。めっき層92によって、各リード1~6が素子主面7aに配置された所定の電極に、電気的に接続されている。つまり、半導体素子7の各電極と各リード1~6とは、ボンディングワイヤ9に代えて、めっき層92によって、電気的に接続されている。
本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態によると、各電極と各リード1~6とをボンディングワイヤ9で接続する必要がない。また、各電極と各リード1~6とがボンディングワイヤ9によって接続されている場合と比較して、寄生インダクタンスを低減することができる。よって、第1トランジスタ791のドレイン-ソース間のサージ電圧、および、ゲート-ソース間のサージ電圧を抑制することができる。
なお、図14に示すように、第1リード1の搭載部110が搭載部主面側凹部114を有さず、半導体素子7が搭載部主面111に配置され、各リード1~6における絶縁シート91の開口91aに重なる位置に、各リード1~6とめっき層92とに電気的に接続するたとえばCuからなる金属スペーサ93を配置してもよい。また、各電極と各リード1~6とは、ボンディングワイヤ9やめっき層92に代えて、たとえばCuなどの金属板やリードフレームによって電気的に接続されてもよい。
〔第6実施形態〕
図15および図16に基づき、本開示の第6実施形態にかかる半導体装置A6について説明する。これらの図において、先述した半導体装置A1と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図15は、半導体装置A6を示す平面図である。図15においては、理解の便宜上、封止樹脂8を透過して、封止樹脂8の外形を想像線(二点鎖線)で示している。図16は、半導体装置A6を示す回路図である。
本実施形態にかかる半導体装置A6は、第3ソース電極77および第6リード6を備えていない点で、半導体装置A1と異なる。図15に示すように、本実施形態にかかる第5リード5は、x方向において、第3リード3の近くまで延びており、端子部520を2個備えている。なお、第5リード5はそのままで、第1実施形態にかかる半導体装置A1から第6リード6を取り除いたものであってもよい。また、図16に示すように、駆動信号である電圧信号は、第1トランジスタ791のソース端子(S1)である第1リード1と、第1トランジスタ791のゲート端子(G1)である第3リード3との間に印加され、コンデンサ95の他方の端子は、第1リード1に接続されている。
本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
本開示にかかる半導体装置は、先述した実施形態に限定されるものではない。本開示にかかる半導体装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
〔付記1〕
窒化物半導体からなる電子走行層、第1ゲート電極、第1ソース電極、および第1ドレイン電極を有する第1トランジスタと、
第2ゲート電極、第2ソース電極、および第2ドレイン電極を有する第2トランジスタと、
を備え、
前記第1ゲート電極と前記第2ドレイン電極とは、電気的に接続されており、
前記第1ソース電極と前記第2ソース電極とは、電気的に接続されていない、
半導体装置。
〔付記2〕
厚さ方向において互いに反対側を向く第1主面および第1裏面を有し、かつ、前記第1ソース電極に電気的に接続された第1リードと、
前記第1リードの少なくとも一部を覆う封止樹脂と、
をさらに備え、
前記第1裏面は、前記封止樹脂から露出している、
付記1に記載の半導体装置。
〔付記3〕
前記第1ドレイン電極に電気的に接続され、かつ、一部が前記封止樹脂から露出している第2リードと、
前記第1ゲート電極に電気的に接続され、かつ、一部が前記封止樹脂から露出している第3リードと、
前記第2ゲート電極に電気的に接続され、かつ、一部が前記封止樹脂から露出している第4リードと、
前記第2ソース電極に電気的に接続され、かつ、一部が前記封止樹脂から露出している第5リードと、
をさらに備える、
付記2に記載の半導体装置。
〔付記4〕
前記厚さ方向視において、前記第2リードと、前記第3リード、前記第4リード、および前記第5リードとは、前記第1リードを挟んで互いに反対側に配置されている、
付記3に記載の半導体装置。
〔付記2〕
前記第4リードと前記第5リードとは隣接して配置されている、
付記4に記載の半導体装置。
〔付記5〕
前記第1トランジスタは、前記第1ソース電極と電気的に接続されている第3ソース電極をさらに有し、
前記第3ソース電極に電気的に接続され、かつ、一部が前記封止樹脂から露出している第6リードをさらに備え、
前記厚さ方向視において、前記第6リードは、前記第1リードに対して、前記第3リードと同じ側に配置されている、
付記4または5に記載の半導体装置。
〔付記7〕
前記第3リードと前記第6リードとは隣接して配置されている、
付記6に記載の半導体装置。
〔付記8〕
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとは、1個の半導体素子にモノリシック集積されており、
前記第1ゲート電極と前記第2ドレイン電極とは、当該半導体素子の内部で電気的に接続されている、
付記6または7に記載の半導体装置。
〔付記9〕
前記半導体素子は、前記厚さ方向において互いに反対側を向く素子主面および素子裏面を有し、
前記素子裏面は、前記第1主面に接合され、
前記第1ゲート電極、前記第1ソース電極、前記第1ドレイン電極、前記第2ゲート電極、前記第2ソース電極、および前記第3ソース電極は、前記素子主面に配置され、
前記第1ドレイン電極と、前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極、前記第2ソース電極、および前記第3ソース電極とは、前記第1ソース電極を挟んで互いに反対側に配置されている、
付記8に記載の半導体装置。
〔付記10〕
前記第1ドレイン電極は、前記第1ソース電極に対して前記第2リード側に配置され、
前記第3リード、前記第6リード、前記第5リード、および前記第4リードは、前記厚さ方向に直交する第1方向に沿って、この順に配置されており、
前記第1ゲート電極、前記第3ソース電極、前記第2ソース電極、および前記第2ゲート電極は、前記第1方向に沿って、この順に配置されている、
付記9に記載の半導体装置。
〔付記11〕
前記半導体素子は、前記厚さ方向において互いに反対側を向く素子主面および素子裏面を有し、
前記素子裏面は、前記第1主面に接合され、
前記第1ゲート電極、前記第1ドレイン電極、前記第2ゲート電極、前記第2ソース電極、および前記第3ソース電極は、前記素子主面に配置され、
前記第1ソース電極は、前記素子裏面に配置されている、
付記8に記載の半導体装置。
〔付記12〕
前記第1トランジスタは、第1半導体素子として形成され、
前記第2トランジスタは、第2半導体素子として形成されている、
付記6または7に記載の半導体装置。
〔付記13〕
前記第1トランジスタは、前記第1半導体素子の内部で前記第1ゲート電極と電気的に接続されており、かつ、前記第1ゲート電極より前記第2半導体素子の近くに配置されている第3ゲート電極をさらに有し、
前記第3ゲート電極と前記第2ドレイン電極とが電気的に接続されている、
付記12に記載の半導体装置。
〔付記14〕
前記第3ゲート電極と前記第2ドレイン電極とに接続するボンディングワイヤをさらに備える、
付記13に記載の半導体装置。
〔付記15〕
前記第2トランジスタの前記第2ドレイン電極と前記第2ソース電極との間の耐電圧は、前記第1トランジスタの前記第1ドレイン電極と前記第1ソース電極との間の耐電圧より小さい、
付記1ないし14のいずれかに記載の半導体装置。
〔付記16〕
前記厚さ方向視において、前記第1リードと前記第2リードとの第1離間距離は、前記第1リードと前記第3リードとの第2離間距離より大きい、
付記3ないし14のいずれかに記載の半導体装置。
〔付記17〕
前記第2ソース電極と前記第3ソース電極との間に接続されたコンデンサをさらに備える、
付記6ないし14のいずれかに記載の半導体装置。
〔付記18〕
前記第1トランジスタは、ノーマリオフ動作のトランジスタである、
付記1ないし17のいずれかに記載の半導体装置。
A1~A6:半導体装置
1 :第1リード
110 :搭載部
111 :搭載部主面
112 :搭載部裏面
113 :搭載部裏面側凹部
114 :搭載部主面側凹部
120 :連結部
121 :連結部主面
122 :連結部裏面
123 :連結部端面
2 :第2リード
210 :ワイヤボンディング部
211 :ワイヤボンディング部主面
212 :ワイヤボンディング部裏面
213 :ワイヤボンディング部裏面側凹部
220 :端子部
221 :端子部主面
222 :端子部裏面
223 :端子部端面
230 :連結部
231 :連結部主面
232 :連結部裏面
233 :連結部端面
3 :第3リード
310 :ワイヤボンディング部
311 :ワイヤボンディング部主面
312 :ワイヤボンディング部裏面
313 :ワイヤボンディング部裏面側凹部
320 :端子部
321 :端子部主面
322 :端子部裏面
323 :端子部端面
330 :連結部
331 :連結部主面
332 :連結部裏面
333 :連結部端面
4 :第4リード
410 :ワイヤボンディング部
411 :ワイヤボンディング部主面
412 :ワイヤボンディング部裏面
413 :ワイヤボンディング部裏面側凹部
420 :端子部
421 :端子部主面
422 :端子部裏面
423 :端子部端面
430 :連結部
431 :連結部主面
432 :連結部裏面
433 :連結部端面
5 :第5リード
510 :ワイヤボンディング部
511 :ワイヤボンディング部主面
512 :ワイヤボンディング部裏面
513 :ワイヤボンディング部裏面側凹部
520 :端子部
521 :端子部主面
522 :端子部裏面
523 :端子部端面
6 :第6リード
610 :ワイヤボンディング部
611 :ワイヤボンディング部主面
612 :ワイヤボンディング部裏面
613 :ワイヤボンディング部裏面側凹部
620 :端子部
621 :端子部主面
622 :端子部裏面
623 :端子部端面
7 :半導体素子
791 :第1トランジスタ
792 :第2トランジスタ
71 :第1ソース電極
72 :第1ドレイン電極
73 :第1ゲート電極
74 :第2ソース電極
75 :第2ドレイン電極
76 :第2ゲート電極
77 :第3ソース電極
78 :裏面電極
70 :素子本体
7a :素子主面
7b :素子裏面
701 :基板
701a :孔
702 :バッファ層
703 :第1窒化物半導体層
704 :第2窒化物半導体層
705 :第3窒化物半導体層
706 :保護膜
707 :導電部
708 :絶縁部
709,709a~709f:配線
710 :第1半導体素子
710a :素子主面
711 :第1ソース電極
712 :第1ドレイン電極
713 :第1ゲート電極
714 :第3ゲート電極
720 :第2半導体素子
720a :素子主面
721 :第2ソース電極
722 :第2ドレイン電極
723 :第2ゲート電極
8 :封止樹脂
81 :樹脂主面
82 :樹脂裏面
83 :樹脂側面
9 :ボンディングワイヤ
91 :絶縁シート
91a :開口
92 :めっき層
93 :金属スペーサ
95 :コンデンサ

Claims (17)

  1. 窒化物半導体からなる電子走行層、第1ゲート電極、第1ソース電極、および第1ドレイン電極を有する第1トランジスタと、
    第2ゲート電極、第2ソース電極、および第2ドレイン電極を有する第2トランジスタと、
    厚さ方向において互いに反対側を向く第1主面および第1裏面を有し、かつ、前記第1ソース電極に電気的に接続された第1リードと、
    前記第1リードの少なくとも一部を覆う封止樹脂と、
    を備え、
    前記第1ゲート電極と前記第2ドレイン電極とは、電気的に接続されており、
    前記第1ソース電極と前記第2ソース電極とは、電気的に接続されておらず、
    前記第1裏面は、前記封止樹脂から露出している、
    半導体装置。
  2. 前記第1ドレイン電極に電気的に接続され、かつ、一部が前記封止樹脂から露出している第2リードと、
    前記第1ゲート電極に電気的に接続され、かつ、一部が前記封止樹脂から露出している第3リードと、
    前記第2ゲート電極に電気的に接続され、かつ、一部が前記封止樹脂から露出している第4リードと、
    前記第2ソース電極に電気的に接続され、かつ、一部が前記封止樹脂から露出している第5リードと、
    をさらに備える、
    請求項に記載の半導体装置。
  3. 前記厚さ方向に視て、前記第2リードと、前記第3リード、前記第4リード、および前記第5リードとは、前記第1リードを挟んで互いに反対側に配置されている、
    請求項に記載の半導体装置。
  4. 前記第4リードと前記第5リードとは隣接して配置されている、
    請求項に記載の半導体装置。
  5. 前記第1トランジスタは、前記第1ソース電極と電気的に接続されている第3ソース電極をさらに有し、
    前記第3ソース電極に電気的に接続され、かつ、一部が前記封止樹脂から露出している第6リードをさらに備え、
    前記厚さ方向に視て、前記第6リードは、前記第1リードに対して、前記第3リードと同じ側に配置されている、
    請求項またはに記載の半導体装置。
  6. 前記第3リードと前記第6リードとは隣接して配置されている、
    請求項に記載の半導体装置。
  7. 前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとは、1個の半導体素子にモノリシック集積されており、
    前記第1ゲート電極と前記第2ドレイン電極とは、当該半導体素子の内部で電気的に接 続されている、
    請求項またはに記載の半導体装置。
  8. 前記半導体素子は、前記厚さ方向において互いに反対側を向く素子主面および素子裏面を有し、
    前記素子裏面は、前記第1主面に接合され、
    前記第1ゲート電極、前記第1ソース電極、前記第1ドレイン電極、前記第2ゲート電極、前記第2ソース電極、および前記第3ソース電極は、前記素子主面に配置され、
    前記第1ドレイン電極と、前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極、前記第2ソース電極、および前記第3ソース電極とは、前記第1ソース電極を挟んで互いに反対側に配置されている、
    請求項に記載の半導体装置。
  9. 前記第1ドレイン電極は、前記第1ソース電極に対して前記第2リード側に配置され、
    前記第3リード、前記第6リード、前記第5リード、および前記第4リードは、前記厚さ方向に直交する第1方向に沿って、この順に配置されており、
    前記第1ゲート電極、前記第3ソース電極、前記第2ソース電極、および前記第2ゲート電極は、前記第1方向に沿って、この順に配置されている、
    請求項に記載の半導体装置。
  10. 前記半導体素子は、前記厚さ方向において互いに反対側を向く素子主面および素子裏面を有し、
    前記素子裏面は、前記第1主面に接合され、
    前記第1ゲート電極、前記第1ドレイン電極、前記第2ゲート電極、前記第2ソース電極、および前記第3ソース電極は、前記素子主面に配置され、
    前記第1ソース電極は、前記素子裏面に配置されている、
    請求項に記載の半導体装置。
  11. 前記第1トランジスタは、第1半導体素子として形成され、
    前記第2トランジスタは、第2半導体素子として形成されている、
    請求項またはに記載の半導体装置。
  12. 前記第1トランジスタは、前記第1半導体素子の内部で前記第1ゲート電極と電気的に接続されており、かつ、前記第1ゲート電極より前記第2半導体素子の近くに配置されている第3ゲート電極をさらに有し、
    前記第3ゲート電極と前記第2ドレイン電極とが電気的に接続されている、
    請求項11に記載の半導体装置。
  13. 前記第3ゲート電極と前記第2ドレイン電極とに接続するボンディングワイヤをさらに備える、
    請求項12に記載の半導体装置。
  14. 前記第2トランジスタの前記第2ドレイン電極と前記第2ソース電極との間の耐電圧は、前記第1トランジスタの前記第1ドレイン電極と前記第1ソース電極との間の耐電圧より小さい、
    請求項1ないし13のいずれかに記載の半導体装置。
  15. 前記厚さ方向に視て、前記第1リードと前記第2リードとの第1離間距離は、前記第1リードと前記第3リードとの第2離間距離より大きい、
    請求項ないし13のいずれかに記載の半導体装置。
  16. 前記第2ソース電極と前記第3ソース電極との間に接続されたコンデンサをさらに備える、
    請求項ないし13のいずれかに記載の半導体装置。
  17. 前記第1トランジスタは、ノーマリオフ動作のトランジスタである、
    請求項1ないし1のいずれかに記載の半導体装置。
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