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JP7736059B2 - Semiconductor Devices - Google Patents

Semiconductor Devices

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JP7736059B2
JP7736059B2 JP2023511116A JP2023511116A JP7736059B2 JP 7736059 B2 JP7736059 B2 JP 7736059B2 JP 2023511116 A JP2023511116 A JP 2023511116A JP 2023511116 A JP2023511116 A JP 2023511116A JP 7736059 B2 JP7736059 B2 JP 7736059B2
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distance
silicon carbide
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carbide substrate
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透 日吉
達志 金田
弘貴 大森
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Description

本開示は、半導体装置に関する。 The present disclosure relates to a semiconductor device.

本出願は、2021年3月31日出願の日本出願第2021-061026号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。 This application claims priority to Japanese Application No. 2021-061026, filed on March 31, 2021, and incorporates by reference all of the contents of that Japanese application.

複数の半導体装置をワイヤボンディングにより接続した半導体モジュールが提案されている(例えば特許文献1)。また、終端構造等の配置により耐圧の向上を図った半導体装置が提案されている(例えば特許文献2及び3)。 Semiconductor modules in which multiple semiconductor devices are connected by wire bonding have been proposed (see, for example, Patent Document 1). Semiconductor devices that aim to improve breakdown voltage through the placement of termination structures, etc. have also been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3).

国際公開第2018/029801号International Publication No. 2018/029801 国際公開第2013/168795号International Publication No. 2013/168795 国際公開第2015/145593号International Publication No. 2015/145593

本開示の半導体装置は、第1主面を備えた炭化珪素基板と、前記第1主面上の電極と、前記電極に接続された接続部材と、を有し、前記第1主面は、(0001)から傾斜し、前記第1主面に垂直な方向から平面視したときの前記電極の平面形状は、前記炭化珪素基板の[1-100]に平行な第1辺及び第2辺を備えた矩形又は角丸矩形であり、前記第1辺は、前記第2辺に対して[-1-120]側にあり、前記第2辺は、前記第1辺に対して[11-20]側にあり、前記第1辺と、前記電極に前記接続部材が接触する接触領域との間の最短距離を第1距離とし、前記第2辺と前記接触領域との間の最短距離を第2距離としたとき、第1距離が第2距離より大きい。 The semiconductor device disclosed herein comprises a silicon carbide substrate having a first main surface, an electrode on the first main surface, and a connection member connected to the electrode, wherein the first main surface is inclined from (0001), and the planar shape of the electrode when viewed from a direction perpendicular to the first main surface is a rectangle or rounded rectangle having a first side and a second side parallel to the [1-100] direction of the silicon carbide substrate, wherein the first side is on the [-1-120] side of the second side, and the second side is on the [11-20] side of the first side, and wherein the shortest distance between the first side and a contact region where the connection member contacts the electrode is defined as a first distance and the shortest distance between the second side and the contact region is defined as a second distance, and the first distance is greater than the second distance.

図1は、第1実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。FIG. 1 is a top view showing a semiconductor device according to the first embodiment. 図2は、第1実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the first embodiment. 図3は、第2実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。FIG. 3 is a top view showing the semiconductor device according to the second embodiment. 図4は、第3実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。FIG. 4 is a top view showing a semiconductor device according to the third embodiment. 図5は、第3実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the third embodiment. 図6は、第4実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。FIG. 6 is a top view showing a semiconductor device according to the fourth embodiment. 図7は、第4実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the fourth embodiment. 図8は、第5実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。FIG. 8 is a top view showing a semiconductor device according to the fifth embodiment. 図9は、第6実施形態に係る半導体モジュールを示す上面図である。FIG. 9 is a top view showing a semiconductor module according to the sixth embodiment. 図10は、第6実施形態に係る半導体モジュールを示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a semiconductor module according to the sixth embodiment.

[本開示が解決しようとする課題]
従来の半導体装置では、実装後に十分なアバランシェ耐量が得られないことがある。
[Problem to be solved by the present disclosure]
In conventional semiconductor devices, sufficient avalanche resistance may not be obtained after mounting.

本開示は、実装後のアバランシェ耐量を向上できる半導体装置を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a semiconductor device that can improve avalanche resistance after mounting.

[本開示の効果]
本開示によれば、実装後のアバランシェ耐量を向上できる。
[Effects of the present disclosure]
According to the present disclosure, it is possible to improve the avalanche resistance after mounting.

実施するための形態について、以下に説明する。 The form for implementation is described below.

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、"-"(バー)を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。
Description of the embodiments of the present disclosure
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described. In the following description, the same or corresponding elements will be given the same symbols, and the same description will not be repeated. In the crystallographic descriptions in this specification, individual directions are represented by [ ], collective directions by <>, individual planes by ( ), and collective planes by { }. Furthermore, negative indices in crystallography are usually represented by placing a "-" (bar) above the number, but in this specification, a negative sign is placed before the number.

〔1〕 本開示の一態様に係る半導体装置は、第1主面を備えた炭化珪素基板と、前記第1主面上の電極と、前記電極に接続された接続部材と、を有し、前記第1主面は、(0001)から傾斜し、前記第1主面に垂直な方向から平面視したときの前記電極の平面形状は、前記炭化珪素基板の[1-100]に平行な第1辺及び第2辺を備えた矩形又は角丸矩形であり、前記第1辺は、前記第2辺に対して[-1-120]側にあり、前記第2辺は、前記第1辺に対して[11-20]側にあり、前記第1辺と、前記電極に前記接続部材が接触する接触領域との間の最短距離を第1距離とし、前記第2辺と前記接触領域との間の最短距離を第2距離としたとき、第1距離が第2距離より大きい。 [1] A semiconductor device according to one aspect of the present disclosure includes a silicon carbide substrate having a first main surface, an electrode on the first main surface, and a connection member connected to the electrode, wherein the first main surface is inclined from (0001), and the planar shape of the electrode when viewed from a direction perpendicular to the first main surface is a rectangle or rounded rectangle having a first side and a second side parallel to the [1-100] plane of the silicon carbide substrate, the first side being on the [-1-120] side of the second side, and the second side being on the [11-20] side of the first side, wherein the shortest distance between the first side and a contact region where the connection member contacts the electrode is defined as a first distance, and the shortest distance between the second side and the contact region is defined as a second distance, and the first distance is greater than the second distance.

炭化珪素は絶縁破壊強度に異方性を有する。例えば、電界の強さが同等であれば、[11-20]に電界が印加された場合と、[0001]に電界が印加された場合とを比較すると、前者において絶縁破壊が生じやすい。本半導体装置では、第1辺が第2辺に対して[-1-120]側にあり、第2辺が第1辺に対して[11-20]側にあるため、アバランシェ降伏は平面視で第1辺と重なる領域において、平面視で第2辺と重なる領域よりも生じやすい。また、本半導体装置では、第1距離が第2距離より大きい。このため、アバランシェ降伏が平面視で第1辺と重なる領域において生じると、アバランシェ電流が電極を通じて接続部材に流れるものの、電極の電気抵抗により接続部材に流れる電流が低減される。従って、アバランシェ耐量を向上できる。 Silicon carbide has anisotropy in dielectric breakdown strength. For example, if the electric field strength is the same, when an electric field is applied to [11-20], dielectric breakdown is more likely to occur when compared to when an electric field is applied to [0001]. In this semiconductor device, the first edge is on the [-1-120] side of the second edge, and the second edge is on the [11-20] side of the first edge. Therefore, avalanche breakdown is more likely to occur in the region overlapping with the first edge in plan view than in the region overlapping with the second edge in plan view. Furthermore, in this semiconductor device, the first distance is greater than the second distance. Therefore, when avalanche breakdown occurs in the region overlapping with the first edge in plan view, avalanche current flows through the electrode to the connecting member, but the electrical resistance of the electrode reduces the current flowing to the connecting member. This improves avalanche resistance.

〔2〕 本開示の他の一態様に係る半導体装置は、第1主面を備えた炭化珪素基板と、前記第1主面上の電極と、前記電極に接続された接続部材と、を有し、前記第1主面は、(000-1)から傾斜し、前記第1主面に垂直な方向から平面視したときの前記電極の平面形状は、前記炭化珪素基板の[1-100]に平行な第1辺及び第2辺を備えた矩形又は角丸矩形であり、前記第1辺は、前記第2辺に対して[-1-120]側にあり、前記第2辺は、前記第1辺に対して[11-20]側にあり、前記第1辺と、前記電極に前記接続部材が接触する接触領域との間の最短距離を第1距離とし、前記第2辺と前記接触領域との間の最短距離を第2距離としたとき、第1距離が第2距離より大きい。 [2] A semiconductor device according to another aspect of the present disclosure includes a silicon carbide substrate having a first main surface, an electrode on the first main surface, and a connection member connected to the electrode, wherein the first main surface is inclined from (000-1), and the planar shape of the electrode when viewed from a direction perpendicular to the first main surface is a rectangle or rounded rectangle having a first side and a second side parallel to the [1-100] plane of the silicon carbide substrate, the first side being on the [-1-120] side of the second side, and the second side being on the [11-20] side of the first side, wherein the shortest distance between the first side and a contact region where the connection member contacts the electrode is defined as a first distance, and the shortest distance between the second side and the contact region is defined as a second distance, and the first distance is greater than the second distance.

〔1〕に記載の半導体装置と同様に、アバランシェ降伏が平面視で第1辺と重なる領域において生じると、アバランシェ電流が電極を通じて接続部材に流れるものの、電極の電気抵抗により接続部材に流れる電流が低減される。従って、アバランシェ耐量を向上できる。 As with the semiconductor device described in [1], when avalanche breakdown occurs in the region overlapping with the first edge in plan view, avalanche current flows through the electrode to the connection member, but the electrical resistance of the electrode reduces the current flowing through the connection member. This improves avalanche resistance.

〔3〕 本開示の他の一態様に係る半導体装置は、第1主面を備えた炭化珪素基板と、前記第1主面上の電極と、前記電極に接続された接続部材と、を有し、前記第1主面は、{0001}から傾斜し、前記第1主面に垂直な方向から平面視したときの前記電極の平面形状は、前記炭化珪素基板の[1-100]に平行な第1辺及び第2辺を備えた矩形又は角丸矩形であり、前記第1主面に垂直な方向から平面視したときに、前記炭化珪素基板は、前記第1辺と重なる第1領域と、前記第2辺と重なる第2領域と、を有し、前記第1領域の絶縁破壊強度は、前記第2領域の絶縁破壊強度よりも低く、前記第1辺と、前記電極に前記接続部材が接触する接触領域との間の最短距離を第1距離とし、前記第2辺と前記接触領域との間の最短距離を第2距離としたとき、第1距離が第2距離より大きい。 [3] A semiconductor device according to another aspect of the present disclosure includes a silicon carbide substrate having a first main surface, an electrode on the first main surface, and a connection member connected to the electrode, wherein the first main surface is inclined from {0001}, and the planar shape of the electrode when viewed from a direction perpendicular to the first main surface is a rectangle or a rounded rectangle with first and second sides parallel to the [1-100] direction of the silicon carbide substrate, and when viewed from a direction perpendicular to the first main surface, the silicon carbide substrate has a first region overlapping the first side and a second region overlapping the second side, and the dielectric breakdown strength of the first region is lower than the dielectric breakdown strength of the second region, and wherein the shortest distance between the first side and a contact region where the connection member contacts the electrode is defined as a first distance and the shortest distance between the second side and the contact region is defined as a second distance, the first distance is greater than the second distance.

本半導体装置では、第1領域の絶縁破壊強度が第2領域の絶縁破壊強度よりも低いため、アバランシェ降伏は第1領域において、第2領域よりも生じやすい。また、本半導体装置では、第1距離が第2距離より大きい。このため、アバランシェ降伏が平面視で第1領域において生じると、アバランシェ電流が電極を通じて接続部材に流れるものの、電極の電気抵抗により接続部材に流れる電流が低減される。従って、アバランシェ耐量を向上できる。 In this semiconductor device, the dielectric breakdown strength of the first region is lower than that of the second region, so avalanche breakdown is more likely to occur in the first region than in the second region. Furthermore, in this semiconductor device, the first distance is greater than the second distance. Therefore, when avalanche breakdown occurs in the first region in a planar view, avalanche current flows through the electrode to the connecting member, but the electrical resistance of the electrode reduces the current flowing through the connecting member. This improves avalanche resistance.

〔4〕 〔1〕~〔3〕において、複数の前記接続部材が[1-100]に並んで前記電極に接続されていてもよい。この場合、第1距離を大きく確保しやすい。[4] In [1] to [3], multiple connection members may be connected to the electrodes in a [1-100] arrangement. In this case, it is easier to ensure a large first distance.

〔5〕 〔1〕~〔3〕において、複数の前記接続部材が[11-20]に並んで前記電極に接続されていてもよい。複数の接続部材が[11-20]に並んでいる場合でも、第1距離が第2距離より大きければ、アバランシェ耐量を向上できる。 [5] In [1] to [3], multiple connection members may be arranged in a [11-20] pattern and connected to the electrodes. Even when multiple connection members are arranged in a [11-20] pattern, the avalanche resistance can be improved if the first distance is greater than the second distance.

〔6〕 〔1〕~〔5〕において、前記接続部材はボンディングワイヤであり、前記電極に複数個所でスティッチ接続されていてもよい。この場合、接続部材の接続信頼性を向上できる。 [6] In [1] to [5], the connection member may be a bonding wire and may be stitch-connected to the electrode at multiple locations. In this case, the connection reliability of the connection member can be improved.

〔7〕 〔1〕~〔3〕において、前記接続部材は金属板であってもよい。この場合、接続部材の電気抵抗を低減し、電力損失を低減しやすい。[7] In [1] to [3], the connecting member may be a metal plate. In this case, the electrical resistance of the connecting member is reduced, making it easier to reduce power loss.

〔8〕 〔1〕~〔7〕において、前記第1主面は、{0001}から<11-20>方向に0.1度以上8度以下のオフ角度で傾斜した面であってもよい。この場合、良好な結晶を得やすい。 [8] In any of [1] to [7], the first main surface may be a plane inclined from {0001} toward the <11-20> direction at an off-angle of 0.1 degrees or more and 8 degrees or less. In this case, good crystals are more likely to be obtained.

〔9〕 〔1〕~〔8〕において、前記炭化珪素基板又は前記電極に設けられ、前記炭化珪素基板の結晶方位を特定する標識を有してもよい。この場合、炭化珪素基板の実装の際に、どの向きで炭化珪素基板を配置すべきか認識しやすくできる。 [9] In any of [1] to [8], the silicon carbide substrate or the electrode may have a mark that identifies the crystal orientation of the silicon carbide substrate. In this case, when mounting the silicon carbide substrate, it is easy to determine in which direction the silicon carbide substrate should be placed.

〔10〕 〔1〕~〔9〕において、第1距離と第2距離との差は、500μm以上であってもよい。この場合、より優れたアバランシェ耐量が得られる。 [10] In [1] to [9], the difference between the first distance and the second distance may be 500 μm or more. In this case, better avalanche resistance is obtained.

〔11〕 〔1〕~〔10〕において、前記炭化珪素基板と前記電極との組み合わせがトランジスタ又はダイオードを構してもよい。この場合、トランジスタ又はダイオードのアバランシェ耐量を向上できる。 [11] In [1] to [10], the combination of the silicon carbide substrate and the electrode may form a transistor or a diode. In this case, the avalanche resistance of the transistor or diode can be improved.

〔12〕 〔1〕~〔11〕において、前記接続部材は電気的に外部端子に接続されてもよい。この場合、外部端子からの電圧の印加に伴うアバランシェ降伏に対する耐量を向上できる。 [12] In [1] to [11], the connection member may be electrically connected to an external terminal. In this case, the resistance to avalanche breakdown caused by application of voltage from the external terminal can be improved.

〔13〕 〔1〕~〔12〕において、前記炭化珪素基板と、前記電極と、前記接続部材との組み合わせを複数有してもよい。この場合、複数の組み合わせにおいてアバランシェ耐量を向上できる。[13] In [1] to [12], there may be multiple combinations of the silicon carbide substrate, the electrode, and the connection member. In this case, the avalanche resistance can be improved for multiple combinations.

〔14〕 〔13〕において、複数の前記組み合わせに含まれる第1組み合わせにおいて、前記炭化珪素基板と前記電極との組み合わせがトランジスタを構成し、複数の前記組み合わせに含まれる第2組み合わせにおいて、前記炭化珪素基板と前記電極との組み合わせがダイオードを構成し、前記トランジスタと前記ダイオードとが互いに並列に接続されていてもよい。この場合、ダイオードがトランジスタの還流ダイオードとして機能し得る。そして、トランジスタ及びダイオードの各々においてアバランシェ耐量を向上できる。 [14] In [13], in a first combination included in the plurality of combinations, the combination of the silicon carbide substrate and the electrode may form a transistor, and in a second combination included in the plurality of combinations, the combination of the silicon carbide substrate and the electrode may form a diode, and the transistor and the diode may be connected in parallel to each other. In this case, the diode may function as a freewheeling diode for the transistor. This may improve the avalanche resistance of each of the transistor and the diode.

〔15〕 〔13〕において、複数の前記組み合わせに含まれる第1組み合わせにおいて、前記炭化珪素基板と前記電極との組み合わせが第1トランジスタを構成し、複数の前記組み合わせに含まれる第2組み合わせにおいて、前記炭化珪素基板と前記電極との組み合わせが第2トランジスタを構成し、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとが互いに直列に接続されていてもよい。この場合、第1トランジスタ及び第2トランジスタを含むパワーモジュールを構成できる。例えば、第1トランジスタを上アームに含ませ、第2トランジスタを下アームに含ませられる。そして、第1トランジスタ及び第2トランジスタの各々においてアバランシェ耐量を向上できる。 [15] In [13], in a first combination included in the plurality of combinations, the combination of the silicon carbide substrate and the electrode may form a first transistor, and in a second combination included in the plurality of combinations, the combination of the silicon carbide substrate and the electrode may form a second transistor, and the first transistor and the second transistor may be connected in series with each other. In this case, a power module including the first transistor and the second transistor can be configured. For example, the first transistor can be included in the upper arm, and the second transistor can be included in the lower arm. The avalanche resistance of each of the first transistor and the second transistor can be improved.

[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の実施形態について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。本明細書及び図面において、X1-X2方向、Y1-Y2方向、Z1-Z2方向を相互に直交する方向とする。X1-X2方向及びY1-Y2方向を含む面をXY面とし、Y1-Y2方向及びZ1-Z2方向を含む面をYZ面とし、Z1-Z2方向及びX1-X2方向を含む面をZX面とする。便宜上、Z1方向を上方向、Z2方向を下方向とする。また、本開示において平面視とは、Z1側から対象物を視ることをいう。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Embodiments of the present disclosure will be described in detail below, but the present embodiments are not limited thereto. Note that, in this specification and drawings, components having substantially the same functional configurations may be designated by the same reference numerals to avoid redundant description. In this specification and drawings, the X1-X2 direction, the Y1-Y2 direction, and the Z1-Z2 direction are defined as mutually orthogonal directions. The plane including the X1-X2 direction and the Y1-Y2 direction is defined as the XY plane, the plane including the Y1-Y2 direction and the Z1-Z2 direction is defined as the YZ plane, and the plane including the Z1-Z2 direction and the X1-X2 direction is defined as the ZX plane. For convenience, the Z1 direction is defined as the upward direction, and the Z2 direction is defined as the downward direction. Furthermore, in this disclosure, a planar view refers to viewing an object from the Z1 side.

(第1実施形態)
まず、第1実施形態について説明する。第1実施形態は、PN接合ダイオードに関する。図1は、第1実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。図2は、第1実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図2は、図1中のII-II線に沿った断面図に相当する。
(First embodiment)
First, a first embodiment will be described. The first embodiment relates to a PN junction diode. FIG. 1 is a top view showing a semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 corresponds to a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1.

図1及び図2に示すように、第1実施形態に係る半導体装置100は、炭化珪素基板10と、アノード電極20と、カソード電極30と、ボンディングワイヤ40とを有する。 As shown in Figures 1 and 2, the semiconductor device 100 of the first embodiment has a silicon carbide substrate 10, an anode electrode 20, a cathode electrode 30, and a bonding wire 40.

炭化珪素基板10は、炭化珪素単結晶基板101と、炭化珪素単結晶基板101の上の炭化珪素エピタキシャル層102とを含む。炭化珪素基板10は、第1主面10Aと、第1主面10Aとは反対側の第2主面10Bとを有する。炭化珪素エピタキシャル層102が第1主面10Aを構成し、炭化珪素単結晶基板101が第2主面10Bを構成する。炭化珪素基板10の形状は、例えば直方体状である。第1主面10AはZ1-Z2方向に垂直な面である。[1-100]はX1-X2方向に平行な方向である。炭化珪素単結晶基板101及び炭化珪素エピタキシャル層102は、例えばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板101の上の炭化珪素エピタキシャル層102は、例えば窒素(N)等のn型不純物を含みn型を有する。 The silicon carbide substrate 10 includes a silicon carbide single crystal substrate 101 and a silicon carbide epitaxial layer 102 on the silicon carbide single crystal substrate 101. The silicon carbide substrate 10 has a first main surface 10A and a second main surface 10B opposite the first main surface 10A. The silicon carbide epitaxial layer 102 constitutes the first main surface 10A, and the silicon carbide single crystal substrate 101 constitutes the second main surface 10B. The silicon carbide substrate 10 has, for example, a rectangular parallelepiped shape. The first main surface 10A is a plane perpendicular to the Z1-Z2 direction. [1-100] is a direction parallel to the X1-X2 direction. The silicon carbide single crystal substrate 101 and the silicon carbide epitaxial layer 102 are composed of, for example, hexagonal silicon carbide of polytype 4H. Silicon carbide epitaxial layer 102 on silicon carbide single crystal substrate 101 contains n-type impurities such as nitrogen (N) and has n-type conductivity.

第1主面10Aは、(0001)がオフ方向に傾斜した面である。例えば、オフ方向は[11-20]である。例えば、第1主面10Aは(0001)がオフ方向([11-20])に8°以下のオフ角だけ傾斜した面である。オフ角は、例えば0.8°以上であってもよいし、2°以上であってもよい。オフ角は、6°以下であってもよいし、4°以下であってもよい。 The first major surface 10A is a surface inclined from (0001) to the off direction. For example, the off direction is [11-20]. For example, the first major surface 10A is a surface inclined from (0001) to the off direction ([11-20]) by an off angle of 8° or less. The off angle may be, for example, 0.8° or more, or 2° or more. The off angle may be 6° or less, or 4° or less.

[11-20]は(0001)内の方位である。しかし、第1主面10Aが(0001)がオフ方向に傾斜した面であるため、[11-20]は第1主面10A内の方位ではない。Y1方向は[-1-120]を第1主面10Aに投影した方位に相当し、Y2方向は[11-20]を第1主面10Aに投影した方位に相当する。 [11-20] is an orientation within (0001). However, because the first major surface 10A is a surface inclined in the off-axis direction from (0001), [11-20] is not an orientation within the first major surface 10A. The Y1 direction corresponds to the orientation of [-1-120] projected onto the first major surface 10A, and the Y2 direction corresponds to the orientation of [11-20] projected onto the first major surface 10A.

第1主面10Aに第1P型領域16と第2P型領域17とが形成されている。平面視で第2P型領域17は第1P型領域16を囲んでいる。第2P型領域17は耐圧維持領域として機能する。 A first P-type region 16 and a second P-type region 17 are formed on the first major surface 10A. In a plan view, the second P-type region 17 surrounds the first P-type region 16. The second P-type region 17 functions as a breakdown voltage maintaining region.

アノード電極20は第1主面10Aに設けられている。アノード電極20は、例えばアルミニウム(Al)を含む。アノード電極20は、例えば、第1主面10Aの一部に設けられており、平面視で、アノード電極20の縁は、炭化珪素基板10の縁の内側にあってもよい。第1主面10Aに垂直な方向から平面視したときのアノード電極20の平面形状は、例えば、炭化珪素基板10の[1-100]に平行な第1辺21及び第2辺22を備えた角丸矩形である。第1辺21及び第2辺22はX1-X2方向に平行である。第1辺21は第2辺22に対してY1方向側にある。つまり、第1辺21は第2辺22に対して[-1-120]側にある。また、第2辺22は第1辺21に対してY2方向側にある。つまり、第2辺22は、第1辺21に対して[11-20]側にある。第1主面10Aに垂直な方向から平面視したときのアノード電極20の平面形状が、炭化珪素基板10の[1-100]に平行な第1辺21及び第2辺22を備えた矩形であってもよい。 The anode electrode 20 is provided on the first main surface 10A. The anode electrode 20 contains, for example, aluminum (Al). The anode electrode 20 is provided, for example, on a portion of the first main surface 10A, and the edge of the anode electrode 20 may be located inside the edge of the silicon carbide substrate 10 in a planar view. When viewed from a direction perpendicular to the first main surface 10A, the planar shape of the anode electrode 20 is, for example, a rounded rectangle having a first side 21 and a second side 22 parallel to the [1-100] direction of the silicon carbide substrate 10. The first side 21 and the second side 22 are parallel to the X1-X2 direction. The first side 21 is located on the Y1 side relative to the second side 22. In other words, the first side 21 is located on the [-1-120] side relative to the second side 22. Furthermore, the second side 22 is located on the Y2 side relative to the first side 21. That is, second side 22 is on the [11-20] side with respect to first side 21. The planar shape of anode electrode 20 when viewed in a direction perpendicular to first main surface 10A may be a rectangle having first side 21 and second side 22 that are parallel to the [1-100] direction of silicon carbide substrate 10.

第1主面10Aのアノード電極20から露出した部分に、炭化珪素基板10の結晶方位を特定する標識19が設けられていてもよい。標識19は直接的に結晶方位を表示してもよい。例えば[11-20]がどの方向を向いているのかをミラー指数又は三角形等の図形を用いて表示してもよい。また、製品番号の向き等により炭化珪素基板10の結晶方位を間接的に表示してもよい。 A mark 19 specifying the crystal orientation of the silicon carbide substrate 10 may be provided on the portion of the first main surface 10A exposed from the anode electrode 20. The mark 19 may directly indicate the crystal orientation. For example, the direction of [11-20] may be indicated using Miller indices or a graphic such as a triangle. The crystal orientation of the silicon carbide substrate 10 may also be indirectly indicated by the orientation of the product number, etc.

カソード電極30は第2主面10Bに設けられている。カソード電極30は、例えばニッケル(Ni)、ニッケルシリサイド(NiSi)又はチタンアルミニウムシリサイド(TiAlSi)を含む。カソード電極30は、例えば、第2主面10Bの全面に設けられていてもよい。カソード電極30は、例えば絶縁基板90の主面に形成された導電層91の上に、はんだ等の接合材(図示せず)を用いて接合される。導電層91は、例えば電源端子又は出力端子等の外部端子に電気的に接続される。図1では、絶縁基板90及び導電層91を省略している。 The cathode electrode 30 is provided on the second main surface 10B. The cathode electrode 30 contains, for example, nickel (Ni), nickel silicide (NiSi), or titanium aluminum silicide (TiAlSi). The cathode electrode 30 may be provided, for example, on the entire surface of the second main surface 10B. The cathode electrode 30 is bonded, for example, onto a conductive layer 91 formed on the main surface of the insulating substrate 90 using a bonding material (not shown) such as solder. The conductive layer 91 is electrically connected to an external terminal, for example, a power supply terminal or an output terminal. The insulating substrate 90 and conductive layer 91 are omitted from Figure 1.

複数、例えば4本のボンディングワイヤ40がアノード電極20に接続されている。複数のボンディングワイヤ40は、アノード電極20の接触領域50にてアノード電極20に接触している。接触領域50は、例えば、X1-X2方向に平行な2辺と、Y1-Y2方向に平行な2辺とを有する矩形状の平面形状を備える。平面視で、接触領域50のY1-Y2方向の寸法はX1-X2方向の寸法よりも小さく、複数のボンディングワイヤ40はX1-X2方向に並ぶようにしてアノード電極20に接触している。つまり、複数のボンディングワイヤ40が[1-100]に並んでアノード電極20に接続されている。ボンディングワイヤ40は、例えば電源端子又は出力端子等の外部端子に電気的に接続される。ボンディングワイヤ40は接続部材の一例である。ボンディングワイヤ40の数は限定されない。ボンディングワイヤ40が1本であってもよい。接触領域50は、その内側でボンディングワイヤ40がアノード電極20に接触する領域であって、第1辺21及び第2辺22に平行な2辺を含む最小の矩形の領域である。 Multiple, for example, four bonding wires 40 are connected to the anode electrode 20. The multiple bonding wires 40 contact the anode electrode 20 at a contact region 50 of the anode electrode 20. The contact region 50 has, for example, a rectangular planar shape with two sides parallel to the X1-X2 direction and two sides parallel to the Y1-Y2 direction. In plan view, the dimension of the contact region 50 in the Y1-Y2 direction is smaller than the dimension in the X1-X2 direction, and the multiple bonding wires 40 contact the anode electrode 20 aligned in the X1-X2 direction. In other words, the multiple bonding wires 40 are connected to the anode electrode 20 aligned in a [1-100] pattern. The bonding wires 40 are electrically connected to an external terminal, such as a power terminal or an output terminal. The bonding wires 40 are an example of a connecting member. The number of bonding wires 40 is not limited. There may be only one bonding wire 40. The contact area 50 is an area within which the bonding wire 40 contacts the anode electrode 20 , and is the smallest rectangular area including two sides parallel to the first side 21 and the second side 22 .

第1辺21と接触領域50との間の最短距離を第1距離L1とし、第2辺22と接触領域50との間の最短距離を第2距離L2としたとき、第1距離L1は第2距離L2より大きい。 When the shortest distance between the first side 21 and the contact area 50 is the first distance L1 and the shortest distance between the second side 22 and the contact area 50 is the second distance L2, the first distance L1 is greater than the second distance L2.

ここで、第1実施形態の作用効果について説明する。 Here, we will explain the effects of the first embodiment.

第1主面10Aは、(0001)がオフ方向に傾斜した面である。例えば、オフ方向は[11-20]である。このため、図2に示すように、[11-20]は第1主面10Aに非平行である。炭化珪素は絶縁破壊強度に異方性を有する。例えば、電界の強さが同等であれば、炭化珪素の[11-20]に電界が印加された場合と、炭化珪素の[0001]に電界が印加された場合とを比較すると、前者において、絶縁破壊強度が小さく絶縁破壊が生じやすい。従って、平面視でアノード電極20の第1辺21と重なる第1領域11の絶縁破壊強度は、平面視でアノード電極20の第2辺22と重なる第2領域12の絶縁破壊強度よりも低い。 The first major surface 10A is a surface inclined toward the off-axis direction (0001). For example, the off-axis direction is [11-20]. Therefore, as shown in Figure 2, [11-20] is non-parallel to the first major surface 10A. Silicon carbide has anisotropy in dielectric breakdown strength. For example, if the electric field strength is the same, when an electric field is applied to [11-20] of silicon carbide and when an electric field is applied to [0001] of silicon carbide, the former has a lower dielectric breakdown strength and is more likely to cause dielectric breakdown. Therefore, the dielectric breakdown strength of the first region 11 that overlaps with the first edge 21 of the anode electrode 20 in a planar view is lower than the dielectric breakdown strength of the second region 12 that overlaps with the second edge 22 of the anode electrode 20 in a planar view.

また、アノード電極20とカソード電極30との間に電圧が印加されると、図2中に破線で示すような分布の等電位面の電界が発生する。第1領域11における電界E1の強さは第2領域12における電界E2の強さと同等であるが、[11-20]の成分の割合は電界E1において電界E2よりも大きく、[0001]の成分の割合は電界E1において電界E2よりも小さい。このため、アバランシェ降伏は第1領域11において第2領域12よりも生じやすい。 Furthermore, when a voltage is applied between the anode electrode 20 and the cathode electrode 30, an equipotential electric field is generated with a distribution as shown by the dashed lines in Figure 2. The strength of the electric field E1 in the first region 11 is equal to the strength of the electric field E2 in the second region 12, but the proportion of the [11-20] component in the electric field E1 is greater than that in the electric field E2, and the proportion of the [0001] component in the electric field E1 is smaller than that in the electric field E2. For this reason, avalanche breakdown is more likely to occur in the first region 11 than in the second region 12.

本実施形態では、第1距離L1が第2距離L2より大きい。このため、アバランシェ降伏が第1領域11において生じると、アバランシェ電流がアノード電極20を通じてボンディングワイヤ40に流れるものの、アノード電極20の電気抵抗によりボンディングワイヤ40に流れる電流が低減される。従って、アバランシェ耐量を向上できる。In this embodiment, the first distance L1 is greater than the second distance L2. Therefore, when avalanche breakdown occurs in the first region 11, an avalanche current flows through the anode electrode 20 to the bonding wire 40, but the electrical resistance of the anode electrode 20 reduces the current flowing through the bonding wire 40. This improves the avalanche resistance.

また、ボンディングワイヤ40が[1-100]に並んでアノード電極20に接続されているため、第1距離L1を大きく確保しやすく、アバランシェ耐量をより向上しやすい。 In addition, since the bonding wire 40 is connected to the anode electrode 20 in a [1-100] arrangement, it is easy to ensure a large first distance L1, making it easier to further improve avalanche resistance.

標識19が設けられている場合、炭化珪素基板10の実装の際に、どの向きで炭化珪素基板10を配置すべきか認識しやすくできる。なお、標識19は炭化珪素基板10ではなくアノード電極20に設けられていてもよい。If the mark 19 is provided, it becomes easier to recognize in which direction the silicon carbide substrate 10 should be placed when mounting the silicon carbide substrate 10. Note that the mark 19 may be provided on the anode electrode 20 instead of the silicon carbide substrate 10.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。図3は、第2実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described with reference to Fig. 3, which is a top view showing a semiconductor device according to the second embodiment.

図3に示すように、第2実施形態に係る半導体装置200では、各ボンディングワイヤ40がアノード電極20に複数箇所、例えば2箇所でスティッチ接続されている。第2実施形態においても、各ボンディングワイヤ40が、アノード電極20の接触領域50にてアノード電極20に接触し、[1-100]に並んでアノード電極20に接続されている。また、第2実施形態でも、第1距離L1は第2距離L2より大きい。 As shown in FIG. 3, in the semiconductor device 200 according to the second embodiment, each bonding wire 40 is stitch-connected to the anode electrode 20 at multiple locations, for example, at two locations. In the second embodiment, each bonding wire 40 also contacts the anode electrode 20 at a contact region 50 of the anode electrode 20 and is connected to the anode electrode 20 in a [1-100] arrangement. Also, in the second embodiment, the first distance L1 is greater than the second distance L2.

他の構成は第1実施形態と同様である。 Other configurations are the same as in the first embodiment.

第2実施形態によっても第1実施形態と同様の効果が得られる。また、各ボンディングワイヤ40が複数箇所でアノード電極20に接続されるため、接続信頼性を向上できる。 The second embodiment also achieves the same effects as the first embodiment. Furthermore, since each bonding wire 40 is connected to the anode electrode 20 at multiple locations, connection reliability can be improved.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。図4は、第3実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。図5は、第3実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図5は、図4中のV-V線に沿った断面図に相当する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. Fig. 4 is a top view showing a semiconductor device according to the third embodiment. Fig. 5 is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the third embodiment. Fig. 5 corresponds to a cross-sectional view taken along line VV in Fig. 4.

図4及び図5に示すように、第3実施形態に係る半導体装置300は、炭化珪素基板10と、アノード電極20と、カソード電極30と、金属板60とを有する。つまり、複数のボンディングワイヤ40に代えて金属板60が設けられている。金属板60は、例えば銅(Cu)板である。金属板60は、接触領域50に接触する面61を有し、アノード電極20の接触領域50にてアノード電極20に接触している。金属板60は、例えば電源端子又は出力端子等の外部端子に電気的に接続される。金属板60は接続部材の一例である。また、第3実施形態でも、第1距離L1は第2距離L2より大きい。接触領域50は、その内側で金属板60がアノード電極20に接触する領域であって、第1辺21及び第2辺22に平行な2辺を含む最小の矩形の領域である。 As shown in Figures 4 and 5, the semiconductor device 300 according to the third embodiment includes a silicon carbide substrate 10, an anode electrode 20, a cathode electrode 30, and a metal plate 60. In other words, the metal plate 60 replaces the bonding wires 40. The metal plate 60 is, for example, a copper (Cu) plate. The metal plate 60 has a surface 61 that contacts the contact region 50, and contacts the anode electrode 20 at the contact region 50 of the anode electrode 20. The metal plate 60 is electrically connected to an external terminal, such as a power terminal or an output terminal. The metal plate 60 is an example of a connecting member. Also, in the third embodiment, the first distance L1 is greater than the second distance L2. The contact region 50 is the region within which the metal plate 60 contacts the anode electrode 20, and is the smallest rectangular region including two sides parallel to the first side 21 and the second side 22.

他の構成は第1実施形態と同様である。 Other configurations are the same as in the first embodiment.

第3実施形態によっても第1実施形態と同様の効果が得られる。また、金属板60が設けられているため、電気抵抗を低減し、電力損失を低減できる。 The third embodiment also achieves the same effects as the first embodiment. In addition, the provision of the metal plate 60 reduces electrical resistance and reduces power loss.

(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。図6は、第4実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。図7は、第4実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図7は、図6中のVII-VII線に沿った断面図に相当する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. Fig. 6 is a top view showing a semiconductor device according to the fourth embodiment. Fig. 7 is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the fourth embodiment. Fig. 7 corresponds to a cross-sectional view taken along line VII-VII in Fig. 6.

図6及び図7に示すように、第4実施形態に係る半導体装置400では、平面視で、接触領域50のY1-Y2方向の寸法がX1-X2方向の寸法よりも大きく、複数のボンディングワイヤ40はY1-Y2方向に並ぶようにしてアノード電極20に接触している。つまり、複数のボンディングワイヤ40が[11-20]に並んでアノード電極20に接続されている。また、第4実施形態でも、第1距離L1は第2距離L2より大きい。6 and 7, in the semiconductor device 400 according to the fourth embodiment, in a plan view, the dimension of the contact region 50 in the Y1-Y2 direction is larger than the dimension in the X1-X2 direction, and the multiple bonding wires 40 are aligned in the Y1-Y2 direction and contact the anode electrode 20. In other words, the multiple bonding wires 40 are aligned in [11-20] and connected to the anode electrode 20. Also in the fourth embodiment, the first distance L1 is larger than the second distance L2.

他の構成は第1実施形態と同様である。 Other configurations are the same as in the first embodiment.

第4実施形態によっても第1実施形態と同様の効果が得られる。 The fourth embodiment also achieves the same effects as the first embodiment.

第1距離L1と第2距離L2との差は、例えば200μm以上である。第1距離L1と第2距離L2との差は、好ましくは500μm以上であり、より好ましくは600μm以上であり、更に好ましくは700μm以上である。より優れたアバランシェ耐量が得られるためである。 The difference between the first distance L1 and the second distance L2 is, for example, 200 μm or more. The difference between the first distance L1 and the second distance L2 is preferably 500 μm or more, more preferably 600 μm or more, and even more preferably 700 μm or more. This is because a better avalanche resistance can be obtained.

(第5実施形態)
次に、第5実施形態について説明する。第5実施形態は、MOS型電界効果トランジスタ(field effect transistor:FET)に関する。図8は、第5実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。
Fifth Embodiment
Next, a fifth embodiment will be described. The fifth embodiment relates to a MOS field effect transistor (FET). Fig. 8 is a top view showing a semiconductor device according to the fifth embodiment.

図8に示すように、第5実施形態に係る半導体装置500は、炭化珪素基板10と、ソース電極70と、ゲート電極80と、ドレイン電極(図示せず)と、ボンディングワイヤ41と、ボンディングワイヤ42とを有する。 As shown in FIG. 8, the semiconductor device 500 of the fifth embodiment has a silicon carbide substrate 10, a source electrode 70, a gate electrode 80, a drain electrode (not shown), a bonding wire 41, and a bonding wire 42.

ソース電極70は第1主面10Aに設けられている。ソース電極70は、例えばアルミニウム(Al)を含む。ソース電極70は、例えば、第1主面10Aの一部に設けられており、平面視で、ソース電極70の縁は、炭化珪素基板10の縁の内側にあってもよい。第1主面10Aに垂直な方向から平面視したときのソース電極70の平面形状は、例えば、炭化珪素基板10の[1-100]に平行な第1辺71及び第2辺72を備えた角丸矩形である。第1辺71及び第2辺72はX1-X2方向に平行である。第1辺71は第2辺72に対してY1方向側にある。つまり、第1辺71は第2辺72に対して[-1-120]側にある。また、第2辺72は第1辺71に対してY2方向側にある。つまり、第2辺72は、第1辺71に対して[11-20]側にある。第1主面10Aに垂直な方向から平面視したときのソース電極70の平面形状が、炭化珪素基板10の[1-100]に平行な第1辺71及び第2辺72を備えた矩形であってもよい。 The source electrode 70 is provided on the first main surface 10A. The source electrode 70 contains, for example, aluminum (Al). The source electrode 70 is provided, for example, on a portion of the first main surface 10A, and the edge of the source electrode 70 may be located inside the edge of the silicon carbide substrate 10 in a planar view. When viewed from a direction perpendicular to the first main surface 10A, the planar shape of the source electrode 70 is, for example, a rounded rectangle having a first side 71 and a second side 72 parallel to the [1-100] direction of the silicon carbide substrate 10. The first side 71 and the second side 72 are parallel to the X1-X2 direction. The first side 71 is located on the Y1 side relative to the second side 72. In other words, the first side 71 is located on the [-1-120] side relative to the second side 72. Furthermore, the second side 72 is located on the Y2 side relative to the first side 71. That is, second side 72 is on the [11-20] side with respect to first side 71. The planar shape of source electrode 70 when viewed in a direction perpendicular to first main surface 10A may be a rectangle having first side 71 and second side 72 that are parallel to the [1-100] direction of silicon carbide substrate 10.

ソース電極70の第1辺71に、第2辺72側に凹む凹部73が形成されており、凹部73の内側にゲート電極80が形成されている。ドレイン電極は第2主面10Bに設けられている。ドレイン電極は、例えば、第2主面10Bの全面に設けられていてもよい。 A recess 73 recessed toward the second side 72 is formed on the first side 71 of the source electrode 70, and a gate electrode 80 is formed inside the recess 73. The drain electrode is provided on the second major surface 10B. The drain electrode may be provided, for example, on the entire surface of the second major surface 10B.

複数、例えば4本のボンディングワイヤ41がソース電極70に接続されている。複数のボンディングワイヤ41は、ソース電極70の接触領域50にてソース電極70に接触している。接触領域50は、例えば、X1-X2方向に平行な2辺と、Y1-Y2方向に平行な2辺とを有する矩形状の平面形状を備える。平面視で、接触領域50のY1-Y2方向の寸法はX1-X2方向の寸法よりも小さく、複数のボンディングワイヤ41はX1-X2方向に並ぶようにしてソース電極70に接触している。つまり、複数のボンディングワイヤ41が[1-100]に並んでソース電極70に接続されている。ボンディングワイヤ41は、例えば電源端子又は出力端子等の外部端子に電気的に接続される。ボンディングワイヤ41は接続部材の一例である。ボンディングワイヤ41の数は限定されない。ボンディングワイヤ41が1本であってもよい。第5実施形態でも、第1距離L1は第2距離L2より大きい。 Multiple, e.g., four, bonding wires 41 are connected to the source electrode 70. The multiple bonding wires 41 contact the source electrode 70 at the contact region 50 of the source electrode 70. The contact region 50 has, for example, a rectangular planar shape with two sides parallel to the X1-X2 direction and two sides parallel to the Y1-Y2 direction. In plan view, the dimension of the contact region 50 in the Y1-Y2 direction is smaller than the dimension in the X1-X2 direction, and the multiple bonding wires 41 contact the source electrode 70 aligned in the X1-X2 direction. In other words, the multiple bonding wires 41 are aligned in a [1-100] pattern and connected to the source electrode 70. The bonding wires 41 are electrically connected to an external terminal, such as a power terminal or an output terminal. The bonding wires 41 are an example of a connecting member. The number of bonding wires 41 is not limited. A single bonding wire 41 may also be used. In the fifth embodiment, the first distance L1 is greater than the second distance L2.

ボンディングワイヤ42はゲート電極80に接続されている。標識19が炭化珪素基板10又はソース電極70に設けられていてもよい。 The bonding wire 42 is connected to the gate electrode 80. A mark 19 may be provided on the silicon carbide substrate 10 or the source electrode 70.

第5実施形態によっても第1実施形態と同様の効果が得られる。 The fifth embodiment also achieves the same effects as the first embodiment.

第5実施形態において、第2実施形態と同様に、ボンディングワイヤ41がソース電極70に複数個所でスティッチ接続されていてもよい。第5実施形態において、第3実施形態と同様に、ボンディングワイヤ41に代えて金属板が用いられてもよい。第5実施形態において、第4実施形態と同様に、平面視で、接触領域50のY1-Y2方向の寸法がX1-X2方向の寸法よりも大きく、複数のボンディングワイヤ41がY1-Y2方向に並ぶようにしてソース電極70に接触していてもよい。 In the fifth embodiment, as in the second embodiment, the bonding wire 41 may be stitched to the source electrode 70 at multiple locations. In the fifth embodiment, as in the third embodiment, a metal plate may be used instead of the bonding wire 41. In the fifth embodiment, as in the fourth embodiment, in a plan view, the dimension of the contact region 50 in the Y1-Y2 direction may be larger than the dimension in the X1-X2 direction, and multiple bonding wires 41 may be aligned in the Y1-Y2 direction and contact the source electrode 70.

なお、半導体装置はPN接合ダイオード及びMOSFETに限定されない。例えば、半導体装置がショットキーバリアダイオード又は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(insulated gate bipolar transistor:IGBT)であってもよい。 Note that the semiconductor device is not limited to a PN junction diode and a MOSFET. For example, the semiconductor device may be a Schottky barrier diode or an insulated gate bipolar transistor (IGBT).

また、炭化珪素基板の第1主面が(000-1)から傾斜した面であってもよい。この場合も、第1辺が第2辺に対して[-1-120]側にあり、第2辺が第1辺に対して[11-20]側にあり、第1距離が第2距離より大きい。 Also, the first main surface of the silicon carbide substrate may be a surface inclined from (000-1). In this case, too, the first side is on the [-1-120] side relative to the second side, the second side is on the [11-20] side relative to the first side, and the first distance is greater than the second distance.

(第6実施形態)
次に、第6実施形態について説明する。第6実施形態は、半導体モジュールに関する。半導体モジュールは半導体装置の一例である。図9は、第6実施形態に係る半導体モジュールを示す上面図である。図10は、第6実施形態に係る半導体モジュールを示す回路図である。
Sixth Embodiment
Next, a sixth embodiment will be described. The sixth embodiment relates to a semiconductor module. The semiconductor module is an example of a semiconductor device. Fig. 9 is a top view showing the semiconductor module according to the sixth embodiment. Fig. 10 is a circuit diagram showing the semiconductor module according to the sixth embodiment.

図6に示すように、第6実施形態に係る半導体モジュール600は、P端子601と、N端子602と、O端子603と、第1導電パターン611と、第2導電パターン612と、第3導電パターン613とを有する。半導体モジュール600は、更に、第1トランジスタ621と、第2トランジスタ622と、第1ダイオード631と、第2ダイオード632とを有する。 As shown in Figure 6, the semiconductor module 600 according to the sixth embodiment has a P terminal 601, an N terminal 602, an O terminal 603, a first conductive pattern 611, a second conductive pattern 612, and a third conductive pattern 613. The semiconductor module 600 further has a first transistor 621, a second transistor 622, a first diode 631, and a second diode 632.

P端子601は第1導電パターン611に電気的に接続され、O端子603は第2導電パターン612に電気的に接続され、N端子602は第3導電パターン613に電気的に接続されている。 The P terminal 601 is electrically connected to the first conductive pattern 611, the O terminal 603 is electrically connected to the second conductive pattern 612, and the N terminal 602 is electrically connected to the third conductive pattern 613.

第1トランジスタ621及び第1ダイオード631は第1導電パターン611の上に設けられている。第1トランジスタ621のドレイン電極及び第1ダイオード631のカソード電極がはんだ等の接合材(図示せず)を用いて第1導電パターン611に接合されている。第1トランジスタ621のソース電極641が複数のボンディングワイヤ661により第2導電パターン612に接続されている。第1ダイオード631のアノード電極651が複数のボンディングワイヤ671により第1トランジスタ621のソース電極641に接続されている。 The first transistor 621 and the first diode 631 are provided on the first conductive pattern 611. The drain electrode of the first transistor 621 and the cathode electrode of the first diode 631 are joined to the first conductive pattern 611 using a bonding material (not shown) such as solder. The source electrode 641 of the first transistor 621 is connected to the second conductive pattern 612 by multiple bonding wires 661. The anode electrode 651 of the first diode 631 is connected to the source electrode 641 of the first transistor 621 by multiple bonding wires 671.

第1トランジスタ621は、第5実施形態の接触領域50と同様の接触領域を備えており、ボンディングワイヤ661は、この接触領域において第1トランジスタ621のソース電極641に接触している。第1ダイオード631は、第1~第4実施形態の接触領域50と同様の接触領域を備えており、ボンディングワイヤ671は、この接触領域において第1ダイオード631のアノード電極651に接触している。 The first transistor 621 has a contact region similar to the contact region 50 of the fifth embodiment, and a bonding wire 661 contacts the source electrode 641 of the first transistor 621 at this contact region. The first diode 631 has a contact region similar to the contact region 50 of the first to fourth embodiments, and a bonding wire 671 contacts the anode electrode 651 of the first diode 631 at this contact region.

第2トランジスタ622及び第2ダイオード632は第2導電パターン612の上に設けられている。第2トランジスタ622のドレイン電極及び第2ダイオード632のカソード電極がはんだ等の接合材(図示せず)を用いて第2導電パターン612に接合されている。第2トランジスタ622のソース電極642が複数のボンディングワイヤ662により第3導電パターン613に接続されている。第2ダイオード632のアノード電極652が複数のボンディングワイヤ672により第2トランジスタ622のソース電極642に接続されている。 The second transistor 622 and the second diode 632 are provided on the second conductive pattern 612. The drain electrode of the second transistor 622 and the cathode electrode of the second diode 632 are bonded to the second conductive pattern 612 using a bonding material (not shown) such as solder. The source electrode 642 of the second transistor 622 is connected to the third conductive pattern 613 by multiple bonding wires 662. The anode electrode 652 of the second diode 632 is connected to the source electrode 642 of the second transistor 622 by multiple bonding wires 672.

第2トランジスタ622は、第5実施形態の接触領域50と同様の接触領域を備えており、ボンディングワイヤ662は、この接触領域において第2トランジスタ622のソース電極642に接触している。第2ダイオード632は、第1~第4実施形態の接触領域50と同様の接触領域を備えており、ボンディングワイヤ672は、この接触領域において第2ダイオード632のアノード電極652に接触している。 The second transistor 622 has a contact region similar to the contact region 50 of the fifth embodiment, and a bonding wire 662 contacts the source electrode 642 of the second transistor 622 at this contact region. The second diode 632 has a contact region similar to the contact region 50 of the first to fourth embodiments, and a bonding wire 672 contacts the anode electrode 652 of the second diode 632 at this contact region.

第6実施形態では、図10に示すように、第1トランジスタ621と第2トランジスタ622とがP端子601とN端子602との間に直列に接続され、O端子603が第1トランジスタ621と第2トランジスタ622との間に接続されている。また、第1ダイオード631が第1トランジスタ621に並列に接続され、第2ダイオード632が第2トランジスタ622に並列に接続されている。第1トランジスタ621及び第1ダイオード631を含む上アーム681が構成され、第2トランジスタ622及び第2ダイオード632を含む下アーム682が構成されている。 In the sixth embodiment, as shown in FIG. 10, a first transistor 621 and a second transistor 622 are connected in series between a P terminal 601 and an N terminal 602, and an O terminal 603 is connected between the first transistor 621 and the second transistor 622. In addition, a first diode 631 is connected in parallel to the first transistor 621, and a second diode 632 is connected in parallel to the second transistor 622. An upper arm 681 is configured including the first transistor 621 and the first diode 631, and a lower arm 682 is configured including the second transistor 622 and the second diode 632.

第6実施形態においては、第1トランジスタ621、第2トランジスタ622、第1ダイオード631及び第2ダイオード632に優れたアバランシェ耐量が得られる。 In the sixth embodiment, the first transistor 621, the second transistor 622, the first diode 631, and the second diode 632 have excellent avalanche resistance.

なお、第1トランジスタ621、第2トランジスタ622、第1ダイオード631及び第2ダイオード632のすべてにおいて、接触領域50と同様の接触領域にボンディングワイヤが接触していることが好ましいが、これに限らない。 In addition, it is preferable that the bonding wire contacts a contact area similar to contact area 50 in all of the first transistor 621, second transistor 622, first diode 631 and second diode 632, but this is not limited to this.

以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiments have been described in detail above, they are not limited to specific embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the claims.

10:炭化珪素基板
10A:第1主面
10B:第2主面
11:第1領域
12:第2領域
16:第1P型領域
17:第2P型領域
19:標識
20:アノード電極
21:第1辺
22:第2辺
30:カソード電極
40、41、42:ボンディングワイヤ(接続部材)
50:接触領域
60:金属板(接続部材)
61:面
70:ソース電極
71:第1辺
72:第2辺
73:凹部
80:ゲート電極
90:絶縁基板
91:導電層
100、200、300、400、500:半導体装置
101:炭化珪素単結晶基板
102:炭化珪素エピタキシャル層
600:半導体モジュール
601:P端子
602:N端子
603:O端子
611:第1導電パターン
612:第2導電パターン
613:第3導電パターン
621:第1トランジスタ
622:第2トランジスタ
631:第1ダイオード
632:第2ダイオード
641、642:ソース電極
651、652:アノード電極
661、662、671、672:ボンディングワイヤ(接続部材)
681:上アーム
682:下アーム
10: Silicon carbide substrate 10A: First main surface 10B: Second main surface 11: First region 12: Second region 16: First P-type region 17: Second P-type region 19: Mark 20: Anode electrode 21: First side 22: Second side 30: Cathode electrode 40, 41, 42: Bonding wire (connecting member)
50: Contact area 60: Metal plate (connecting member)
61: Surface 70: Source electrode 71: First side 72: Second side 73: Recess 80: Gate electrode 90: Insulating substrate 91: Conductive layers 100, 200, 300, 400, 500: Semiconductor device 101: Silicon carbide single crystal substrate 102: Silicon carbide epitaxial layer 600: Semiconductor module 601: P terminal 602: N terminal 603: O terminal 611: First conductive pattern 612: Second conductive pattern 613: Third conductive pattern 621: First transistor 622: Second transistor 631: First diode 632: Second diode 641, 642: Source electrodes 651, 652: Anode electrodes 661, 662, 671, 672: Bonding wires (connecting members)
681: Upper arm 682: Lower arm

Claims (15)

第1主面を備えた炭化珪素基板と、
前記第1主面上の電極と、
前記電極に接続された接続部材と、
を有し、
前記第1主面は、(0001)から傾斜し、
前記第1主面に垂直な方向から平面視したときの前記電極の平面形状は、前記炭化珪素基板の[1-100]に平行な第1辺及び第2辺を備えた矩形又は角丸矩形であり、
前記第1辺は、前記第2辺に対して[-1-120]側にあり、
前記第2辺は、前記第1辺に対して[11-20]側にあり、
前記第1辺と、前記電極に前記接続部材が接触する接触領域との間の最短距離を第1距離とし、
前記第2辺と前記接触領域との間の最短距離を第2距離としたとき、
第1距離が第2距離より大きい半導体装置。
a silicon carbide substrate having a first main surface;
an electrode on the first major surface;
a connection member connected to the electrode;
and
the first main surface is inclined from (0001),
a planar shape of the electrode when viewed in a direction perpendicular to the first main surface is a rectangle or a rounded rectangle having first and second sides parallel to a [1-100] direction of the silicon carbide substrate;
the first side is on the [-1-120] side with respect to the second side,
the second side is on the [11-20] side with respect to the first side,
a first distance is a shortest distance between the first side and a contact area where the connection member contacts the electrode;
When the shortest distance between the second side and the contact area is defined as a second distance,
The semiconductor device wherein the first distance is greater than the second distance.
第1主面を備えた炭化珪素基板と、
前記第1主面上の電極と、
前記電極に接続された接続部材と、
を有し、
前記第1主面は、(000-1)から傾斜し、
前記第1主面に垂直な方向から平面視したときの前記電極の平面形状は、前記炭化珪素基板の[1-100]に平行な第1辺及び第2辺を備えた矩形又は角丸矩形であり、
前記第1辺は、前記第2辺に対して[-1-120]側にあり、
前記第2辺は、前記第1辺に対して[11-20]側にあり、
前記第1辺と、前記電極に前記接続部材が接触する接触領域との間の最短距離を第1距離とし、
前記第2辺と前記接触領域との間の最短距離を第2距離としたとき、
第1距離が第2距離より大きい半導体装置。
a silicon carbide substrate having a first main surface;
an electrode on the first major surface;
a connection member connected to the electrode;
and
the first main surface is inclined from (000-1),
a planar shape of the electrode when viewed in a direction perpendicular to the first main surface is a rectangle or a rounded rectangle having first and second sides parallel to a [1-100] direction of the silicon carbide substrate;
the first side is on the [-1-120] side with respect to the second side,
the second side is on the [11-20] side with respect to the first side,
a first distance is a shortest distance between the first side and a contact area where the connection member contacts the electrode;
When the shortest distance between the second side and the contact area is defined as a second distance,
The semiconductor device wherein the first distance is greater than the second distance.
第1主面を備えた炭化珪素基板と、
前記第1主面上の電極と、
前記電極に接続された接続部材と、
を有し、
前記第1主面は、{0001}から傾斜し、
前記第1主面に垂直な方向から平面視したときの前記電極の平面形状は、前記炭化珪素基板の[1-100]に平行な第1辺及び第2辺を備えた矩形又は角丸矩形であり、
前記第1主面に垂直な方向から平面視したときに、前記炭化珪素基板は、
前記第1辺と重なる第1領域と、
前記第2辺と重なる第2領域と、
を有し、
前記第1領域の絶縁破壊強度は、前記第2領域の絶縁破壊強度よりも低く、
前記第1辺と、前記電極に前記接続部材が接触する接触領域との間の最短距離を第1距離とし、
前記第2辺と前記接触領域との間の最短距離を第2距離としたとき、
第1距離が第2距離より大きい半導体装置。
a silicon carbide substrate having a first main surface;
an electrode on the first major surface;
a connection member connected to the electrode;
and
the first main surface is inclined from {0001},
a planar shape of the electrode when viewed in a direction perpendicular to the first main surface is a rectangle or a rounded rectangle having first and second sides parallel to a [1-100] direction of the silicon carbide substrate;
When viewed in a plan view from a direction perpendicular to the first main surface, the silicon carbide substrate has
a first region overlapping the first side;
a second region overlapping the second side;
and
The dielectric breakdown strength of the first region is lower than the dielectric breakdown strength of the second region;
a first distance is a shortest distance between the first side and a contact area where the connection member contacts the electrode;
When the shortest distance between the second side and the contact area is defined as a second distance,
The semiconductor device wherein the first distance is greater than the second distance.
複数の前記接続部材が[1-100]に並んで前記電極に接続されている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。 A semiconductor device described in any one of claims 1 to 3, wherein multiple connection members are arranged in a [1-100] pattern and connected to the electrodes. 複数の前記接続部材が[11-20]に並んで前記電極に接続されている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。 A semiconductor device described in any one of claims 1 to 3, wherein multiple connection members are arranged in [11-20] and connected to the electrodes. 前記接続部材はボンディングワイヤであり、前記電極に複数個所でスティッチ接続されている請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置。 A semiconductor device described in any one of claims 1 to 5, wherein the connection member is a bonding wire and is stitch-connected to the electrode at multiple locations. 前記接続部材は金属板である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。 A semiconductor device described in any one of claims 1 to 3, wherein the connecting member is a metal plate. 前記第1主面は、{0001}から<11-20>方向に0.1度以上8度以下のオフ角度で傾斜した面である請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の半導体装置。 A semiconductor device described in any one of claims 1 to 7, wherein the first major surface is a surface inclined from {0001} in the <11-20> direction at an off-angle of 0.1 degrees or more and 8 degrees or less. 前記炭化珪素基板又は前記電極に設けられ、前記炭化珪素基板の結晶方位を特定する標識を有する請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の半導体装置。 A semiconductor device described in any one of claims 1 to 8, having a mark provided on the silicon carbide substrate or the electrode that identifies the crystal orientation of the silicon carbide substrate. 前記第1距離と前記第2距離との差は、500μm以上である請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の半導体装置。 A semiconductor device described in any one of claims 1 to 9, wherein the difference between the first distance and the second distance is 500 μm or more. 前記炭化珪素基板と前記電極との組み合わせがトランジスタ又はダイオードを構成する請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の半導体装置。 A semiconductor device described in any one of claims 1 to 10, wherein the combination of the silicon carbide substrate and the electrode forms a transistor or a diode. 前記接続部材は電気的に外部端子に接続される請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の半導体装置。 A semiconductor device described in any one of claims 1 to 11, wherein the connection member is electrically connected to an external terminal. 前記炭化珪素基板と、前記電極と、前記接続部材との組み合わせを複数有する請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の半導体装置。 A semiconductor device described in any one of claims 1 to 12, having multiple combinations of the silicon carbide substrate, the electrode, and the connecting member. 複数の前記組み合わせに含まれる第1組み合わせにおいて、前記炭化珪素基板と前記電極との組み合わせがトランジスタを構成し、
複数の前記組み合わせに含まれる第2組み合わせにおいて、前記炭化珪素基板と前記電極との組み合わせがダイオードを構成し、
前記トランジスタと前記ダイオードとが互いに並列に接続されている請求項13に記載の半導体装置。
In a first combination included in the plurality of combinations, a combination of the silicon carbide substrate and the electrode constitutes a transistor;
In a second combination included in the plurality of combinations, the combination of the silicon carbide substrate and the electrode forms a diode;
14. The semiconductor device according to claim 13, wherein the transistor and the diode are connected in parallel with each other.
複数の前記組み合わせに含まれる第1組み合わせにおいて、前記炭化珪素基板と前記電極との組み合わせが第1トランジスタを構成し、
複数の前記組み合わせに含まれる第2組み合わせにおいて、前記炭化珪素基板と前記電極との組み合わせが第2トランジスタを構成し、
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとが互いに直列に接続されている請求項13に記載の半導体装置。
In a first combination included in the plurality of combinations, a combination of the silicon carbide substrate and the electrode constitutes a first transistor;
In a second combination included in the plurality of combinations, a combination of the silicon carbide substrate and the electrode constitutes a second transistor;
The semiconductor device according to claim 13 , wherein the first transistor and the second transistor are connected in series with each other.
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