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JP2008251923A - 半導体装置 - Google Patents

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哲哉 吉田
Takuji Miyata
拓司 宮田
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System Solutions Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Semiconductor Co Ltd
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Abstract

【課題】アップドレイン構造のMOSFETでは、ドレイン電極および電流の取り出し領域(導電路)、チップの終端部には、反転防止のためアニュラー領域やシールドメタルの領域はある程度の幅を確保する必要があるため、入出力部にそれぞれ接続する第1電極と第2電極とを同一主面側に設ける構造において、電流経路の集中を緩和し、チップ面積を有効活用できる半導体装置を提供する。
【解決手段】素子領域としては無効領域となるチップ外周端Eに、導電路となる高濃度のn型不純物領域22とドレイン電極18を配置する。
【選択図】図1

Description

本発明は半導体装置に係り、特に入出力部にそれぞれ接続する第1電極と第2電極とを同一主面側に設ける構造において電流経路の集中を緩和し、チップ面積を有効活用できる半導体装置に関する。
ディスクリート半導体の半導体装置(半導体チップ)は、入力部と出力部にそれぞれ接続する電極がそれぞれチップの両主面(表面と裏面)に設けられているものが多いが、両電極がチップの一主面に設けられ、面実装が可能なタイプも知られている。
図4を参照し、従来の面実装が可能なタイプの半導体装置について、MOSFETを例に説明する。図4(A)が平面図、図4(B)が図4(A)のb−b線断面図である。
n+型の半導体基板110の上にn−型半導体層111を設け、p型不純物層112を設ける。p型不純物層112表面からn−型半導体層111まで到達するトレンチ115を形成し、トレンチ115の内壁をゲート絶縁膜116で被膜し、トレンチ115内にゲート電極117を埋設して多数のMOSFETセルを設ける。トレンチ115に隣接したp型不純物層112表面にはn+型のソース領域114が形成される。トレンチ115上は層間絶縁膜118で覆われている。
ソース電極120は、各セルのソース領域114と接続して設けられる。ゲートパッド電極121aは、メタルゲート配線121とポリシリコンゲート配線125によってゲート電極117に接続する。ドレイン電極122は、チップの一端側領域のn+型領域123上に設けられる。また、n+型領域123の表面からn−型半導体層111を貫通してn+型半導体基板110に達する導電プラグ119が設けられ、導電プラグ119はドレイン電極122とコンタクトする。
ゲートパッド電極121a、ソース電極120、ドレイン電極122上には、外部接続端子となる半田バンプ126が設けられる(例えば特許文献1参照。)。
また図5は、一般的なMOSFETのチップ端部について示す図である。図5では基板の一主面にソース電極120が設けられ他の主面にドレイン電極122が配置される構成を示すが、他の構成は図4と同様である。従って、図4と同一構成要素については同一符号で示し、説明を省略する。
図5を参照して、MOSFETでは所定の耐圧を確保するため、セルが配置されるp型不純物層(チャネル層)112の端部に、高濃度のp型不純物を拡散したいわゆるガードリング150が設けられ、また基板表面の反転防止や空乏層の広がりを終端させるため、基板の最外周に高濃度不純物領域(アニュラー領域)151が配置される。またアニュラー領域151上にはこれとコンタクトし、いずれの電位も印加されない金属層(シールドメタル)152が配置される。シールドメタル152はチップ最外周に配置された金属層である(例えば特許文献2参照)。
特開2002−353452号公報 特開2005−101334号公報(第19頁 第8図)
図4の構造では、ソース電極120およびドレイン電極122間の主たる電流経路は、矢印(図4(A))の如くセルが配置されたソース電極120下方から、チップの一辺側に配置された導電プラグ119およびドレイン電極122に向かって形成される。すなわち電流成分は、1つの領域にまとめて配置された導電領域119に集中するため、オン抵抗が高いという問題があった。
また、ドレイン電極に近いセルと遠いセルでは横方向の抵抗成分に差が生じるなど、電流が偏る問題があった。
また、例えばソース電極120と同主面のドレイン電極122に電流を引き出すための導電プラグ119は、基板に設けたトレンチにポリシリコンや金属層などの導電材料を埋め込むなどして形成されている。
また、図5の如く、MOSFETをはじめとするディスクリートデバイスにおいては、基板の端部に、不純物を高濃度に拡散した高濃度不純物領域(アニュラー領域)151が設けられ、空乏層が基板端部に到達することを防止している。たとえばVDSS(ゲートとソースをショートしたときのドレイン−ソース間の逆バイアス)印加時などに、ガードリングから広がった空乏層が基板端部に到達する場合がある。これによりリーク電流が発生する問題がある。
アニュラー領域151は、空乏層がチップ端部に到達することを防止するため、チップ端部に設けられる。またチップ端部への空乏層到達が防止できればよいため、表面からの深さが比較的浅い領域に設けられている。また、アニュラー領域151は、空乏層の広がりを考慮して(耐圧が劣化しないよう)素子領域端部(例えばガードリング150)から十分離間して設けられる。そして、アニュラー領域151およびこれとコンタクトする金属層(シールドメタル)152は、その幅を広く設ける方が、チップ端部への空乏層到達防止には効果的である。
このように、ドレイン電極122とソース電極120をチップの一主面側に設けたいわゆるアップドレイン構造の場合、ドレインの取り出しとなる導電プラグ119やドレイン電極122、更にはアニュラー領域151を一主面側に配置する必要があり、チップ端部での領域が大きくなり、チップサイズが増大する問題があった。
また、チップサイズの拡大を抑えると素子領域が狭くなるため、例えばMOSFETであればオン抵抗が増加する問題があった。
本発明はかかる課題に鑑みてなされ、第1に、高濃度一導電型半導体基板と、該半導体基板上に設けられた一導電型半導体層と、該半導体層の一主面に設けられたディスクリート半導体の素子領域と、該半導体層の端部全周に渡って該半導体層の側面から露出し、前記一主面から前記半導体基板に達する深さに設けられた高濃度の一導電型不純物領域と、前記素子領域上に設けられ、該素子領域の入力部または出力部に接続する第1電極と、前記半導体層上の最外周の金属層により構成されて前記一導電型不純物領域とコンタクトし、前記素子領域の出力部または入力部に接続する第2電極と、を具備することにより解決するものである。
本発明に依れば、第1に、1つの第1電極を囲むチップ(半導体基板)端部の全周に渡り、基板の側面から露出する高濃度のn型不純物領域を配置して導電路とし、当該n型不純物領域上に第2電極を設けることにより、第1電極から第2電極に流れる電流経路を、チップの全周に分散し、引き出すことができる。従って、基板を流れる電流の引き出しが1箇所に集中せず、オン抵抗を低減できる。
第2に、チップ端部のn型不純物領域と第2電極によって、チップ端部への空乏層到達を防止することができる。
従来では、チップ端部の表面に高濃度の不純物領域(アニュラー領域)を設け、いずれの電位も印加されない金属層(シールドメタル)を配置して基板表面の反転を防止していた。アニュラー領域もシールドメタルもその幅が広い方が反転防止の効果が高い。しかし、これらを広げすぎると、チップサイズの拡大や素子領域の縮小など弊害が大きい。
しかし本実施形態によれば、半導体チップの周辺領域の面積を有効活用できる。すなわち、導電路となるn型不純物領域を基板の側面から露出するように基板の最端部に設け、n型不純物領域上に第2電極を配置することにより、アニュラー領域およびシールドメタルの機能をも兼用することができる。
アニュラー領域は、トランジスタセルが配置できないため、素子領域としては無効領域であった。また、基板の電流を引き出す導電路の配置領域も素子領域としては無効領域である。本実施形態では、これらの領域を共通とし、同電路および第2電極を素子領域としての無効領域に配置することで、チップ上の素子領域の占有面積を拡大することができ、チップの小型化や、素子領域の拡大によるオン抵抗の低減が実現する。
また、第2電極の幅および導電路となるn型不純物領域の幅はチップ全周に配置されるため、総面積としては十分確保でき、電流取り出しの抵抗増大も回避できる。
第3に、素子領域の端部に配置されるガードリングを第1電極と第2電極の間に、効率よく配置することができ、素子領域の占有面積の拡大に寄与できる。
第4に、チップのコーナー部における無効領域を、有効に活用できる。一般にチップは矩形であり、従来のアニュラー領域は所定の曲率を有するパターンで、チップ辺に沿った領域より広い幅に形成されていた。本実施形態では、コーナー部も含めて導電路および第2電極の配置領域として利用できるので、導電路および第2電極として十分な面積を確保でき、オン抵抗低減に寄与できる。
本発明の実施の形態を図1から図3を参照して詳細に説明する。
本発明の半導体装置は、高濃度一導電型半導体基板と、一導電型半導体層と、素子領域と、一導電型不純物領域と、第1電極と、第2電極とから構成され、素子領域には、ディスクリート半導体の素子が形成される。
ここで、本実施形態のディスクリート半導体の素子とは個別若しくは単機能あるいはこれらの複合素子の総称とする。一例として、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、接合型電界効果型トランジスタ(J−FET)、バイポーラトランジスタ、ダイオードなどである。さらに本実施形態のディスクリート半導体には、例えばMOSFETとSBD(Schottky Barrier Diode)などの異なるディスクリート半導体の素子領域を、同一基板(チップ)に集積化した複合素子も含むものとする。
まず図1を参照し、本発明の実施形態としてMOSFETの場合について説明する。
図1は、本実施形態のMOSFET100を示す図である。図1(A)は一主面側の電極層および絶縁膜を省略し、素子領域を示す平面図である。図1(B)は半導体チップの一主面側の電極層を示す平面図である。
図1(A)の如く、半導体基板(半導体チップ)10の第1主面Sf1側のほぼ中央に、所望の不純物を拡散するなどして多数のMOSFETのセルCが配置された素子領域20(二点鎖線)を設ける。MOSFETのセルCは、n型の半導体基板10の第1主面Sf1の表面に設けられたp型のチャネル層4内に設けられる。チャネル層4の端部にはこれに沿って高濃度のp型不純物の拡散領域であるガードリング21が設けられる。尚本実施形態では、ガードリング21より内側の領域を素子領域20と称する。
半導体基板10端部Eには、半導体基板10の全周に渡って高濃度のn型不純物領域22が設けられる。ここで端部Eとは、ダイシングにより露出する基板10の側面である。より詳細には、n型不純物領域22は図1(A)のハッチングの如く、ガードリング21の外側から一定距離離間した位置から半導体基板10の端部Eまで達し、半導体基板10の最外周に沿う連続した領域である。
n型不純物領域22の外周は矩形の半導体基板10の端部Eと一致し、内周は半導体基板10のコーナー部では所定の曲率を有し、チップ辺に沿った部分はチップ辺(端部E)に沿ってパターンニングされる。
n型不純物領域22の半導体基板10の端部Eまでの距離(幅)W1は、例えば40μmである。
また、n型不純物領域22は例えば1つのコーナー部において他のコーナー部より大きいパッド形状にパターンニングされる。この上には電極層が形成されて、外部接続電極となるバンプ電極が設けられたり、ボンディングワイヤの固着領域となる。
素子領域20の外側でn型不純物領域22より内側には、例えば不純物がドープされたポリシリコンなどによりゲート引き出し電極13cが配置される。ゲート引き出し電極13cは、素子領域20のゲート電極(不図示)と接続する。ゲート引き出し電極13cは、例えば1つのコーナー部においてパッド形状を有し、例えば、MOSFETの保護ダイオードが構成されるなどする。
図1(B)を参照して、素子領域上には開口部を有する絶縁膜(不図示)を設け、電極層を配置する。電極層は素子領域20の入出力部と接続する。
電極層は、第1電極17および第2電極18を有し、第1電極17はソース電極であり、第2電極18はドレイン電極である。
ソース電極17は素子領域20上を覆う平板状の電極層(金属層)で構成され、素子領域20のソース領域とコンタクトする。ソース電極17を囲む半導体基板の最外周の電極層(金属層)によりドレイン電極18が構成され、ドレイン電極18はその下方に配置されたn型不純物領域22とコンタクトする。
ドレイン電極18は、1つのコーナー部においてパッド部18pが形成され、それ以外は、幅10μm程度の帯状にパターンニングされる。ドレイン電極18はパッド部18pを始端として半導体基板10の端部Eに沿って延在し、ソース電極17の外側を連続して囲み、パッド部18pに至る。
ソース電極17とドレイン電極18の間には、同じ電極層によりゲート配線電極(第3電極)19が形成される。ゲート配線電極19は、ゲート引き出し電極とほぼ重畳するパターンを有してこれとコンタクトし、素子領域20のゲート電極に接続する。
ソース電極17、ドレイン電極18、ゲート配線電極19には、例えばそれぞれ丸印の如く外部接続電極26が設けられる。外部接続電極は例えばバンプ電極であり、ドレイン電極18およびゲート配線電極19においてはそれぞれパッド部18p、19pに設けられる。外部接続電極26を介して、ソース端子S、ドレイン端子Dと接続し、またゲート端子Gに接続する。
尚、図1では計6個のバンプ電極を示しているが、その数および配置は図示したものに限らない。
図2は、図1(B)のa−a線断面図である。
半導体基板10は、n+型シリコン半導体基板1上にn−型半導体層(例えばn−型エピタキシャル層)2を設けた構成である。第1主面Sf1となるn−型半導体層2表面にはp型の不純物領域であるチャネル層4が設けられ、チャネル層4下方の半導体基板10はドレイン領域3となる。
トレンチ7は、チャネル層4を貫通してn−型半導体層2まで到達させる。トレンチ7は、一般的には第1主面Sf1の平面パターンにおいて格子状またはストライプ状にパターニングする。
トレンチ7の内壁にはゲート酸化膜11を設ける。ゲート酸化膜11の膜厚は、MOSFETの駆動電圧に応じて数百Å程度とする。また、トレンチ7内部には導電材料を埋設してゲート電極13を設ける。導電材料は例えばポリシリコンであり、そのポリシリコンには、低抵抗化を図るために例えばn型不純物が導入されている。
ソース領域15は、トレンチ7に隣接したチャネル層4表面に高濃度のn型不純物を注入した拡散領域である。また、隣接するソース領域15間のチャネル層4表面には、高濃度のp型不純物の拡散領域であるボディ領域14を設け、基板の電位を安定化させる。これにより隣接するトレンチ7で囲まれた部分がMOSトランジスタの1つのセルCとなり、これが多数個集まってMOSFETの素子領域20を構成している。
素子領域20の外周端には、高濃度のp型不純物を拡散したガードリング21が設けられる。ガードリング21は、素子領域20に逆方向バイアスを印加した場合に、チャネル層4からn−型半導体層2に広がる空乏層の端部の曲率を緩和する。
ゲート電極13は層間絶縁膜16で被覆される。ソース電極17はアルミニウム(Al)等の金属層を所望の形状にパターンニングした金属電極である。ソース電極17は素子領域20上を覆って半導体基板10の第1主面Sf1側に設けられ、層間絶縁膜16間のコンタクトホールを介してソース領域15およびボディ領域14と接続する。
ゲート電極13は、ゲート引き出し電極13cにより基板上に引き出され、素子領域20の周囲を取り巻くゲート配線電極19と接続する。ここでの図示は省略するが、ゲート配線電極19は、例えばゲート引き出し電極13cのパッド形状部分に設けられた保護ダイオードまで延在されこの一端と接続する(図1(A)参照)。保護ダイオードの他端はソース電極17と接続する。
半導体基板10の端部E全周に渡って(図1(A)参照)、第1主面Sf1からn+型半導体基板1に達するn型不純物領域22が設けられる。n型不純物領域22は、ガードリング21から、一定距離離間して半導体基板10の端部Eまで設けられ、ゲート配線電極19より外側で、ドレイン電極18下方から半導体基板10の端部Eまで設けられた拡散領域であり、半導体基板10(の端部E)の側面から露出する。
ドレイン電極18は、半導体基板10の最外周の金属層であり、その一部がn型不純物領域22と重畳してこれとコンタクトする。ドレイン電極18の外周は、半導体基板10の端部Eより内側であり、n型不純物領域22の一部は図2の如くその表面がドレイン電極18からも露出している。
再び図1を参照して、ドレイン電極18とn型不純物領域22は、ソース電極17の外側を連続して囲むパターンで形成される。n型不純物領域22はドレイン電極18のパッド部18p下方では、パッド部18pと同様のパターンを有する。
n型不純物領域22の不純物濃度はn−型半導体層2より高濃度であり、n+型半導体基板1まで達する。n型不純物領域22は、基板10を流れる電流を低抵抗でドレイン電極18まで引き出す導電路となり、ソース電極17−ソース領域15−チャネル層4−n−型半導体層2−n+型半導体基板1−n型不純物領域22−ドレイン電極18間に電流経路が形成される。
本実施形態では、ドレイン電極18およびn型不純物領域22が、図1(A)の如く半導体基板(半導体チップ)10の全周に渡って配置される。すなわち、電流を取り出す導電路およびドレイン電極18がチップ全周に分散しているため、取り出す電流の集中が起こらない。
従来では、図4の如く、チップの一端側にドレイン電極122と、導電プラグ119が集中して配置されており、電流が1つの領域に集中するため、電流の取り出し抵抗の増大を招く問題があった。しかし本実施形態によれば、電流集中による取り出し抵抗の増大を回避し、オン抵抗の低減に寄与できる。
本実施形態では、ドレイン電流の取り出しとなる導電路(n型不純物領域22)とドレイン電極18をチップ端部に設けることにより、素子領域20として活用できる領域を拡大することができる。
図4を参照して、従来では、ドレイン電極122がソース電極120と同一主面側に配置される従来のアップドレイン構造では、導電路(導電プラグ119)や、ドレイン電極122を配置するため、素子領域の縮小化やチップの大型化が問題であった。
しかし、本実施形態では、本来セルCが配置されない、チップ外周端の無効領域に導電路(n型不純物領域22)およびドレイン電極18を配置する。従って、アップドレイン構造を採用することによる素子領域20の小型化あるいはチップの大型化を回避できる。
また、本実施形態では、n型不純物領域22とドレイン電極18によって、従来構造におけるアニュラー領域とシールドメタルの機能を有することができる。
図5を参照して、従来構造のMOSFETをはじめとするディスクリートデバイスにおいては、チップの外周端において不純物を高濃度に拡散したアニュラー領域151が設けられ、チップ端部への空乏層到達を防止することが一般的である。たとえばVDSS耐圧(ゲートとソースをショートしたときのドレイン−ソース間の逆バイアスの耐圧)印加時には、空乏層がチップ端部に到達し、IDSS電流のリークが起こる問題がある。そこで、チップ外周端の基板表面に高濃度不純物を拡散したアニュラー領域151を設けて、空乏層がチップ端部Eまで達しないようにしている。
この場合、アニュラー領域151(およびシールドメタル152)はその幅を広く設けた方が、反転防止には有効である。しかし、これらをあまり広くとると素子領域外側の周辺領域の拡大となり、チップサイズが大きくなってしまう。また、チップサイズの拡大を抑えると素子領域が狭くなるため、例えばMOSFETであればオン抵抗の低減が進まなくなる問題があった。
上記の如くアップドレイン構造の場合には、これらに加えて電流の引き出しとなる導電路(導電プラグ119)やドレイン電極(122)を配置しなければならず、素子領域の小型化やチップの大型化が更に問題となる。
しかし本実施形態によれば、導電路となるn型不純物領域22を基板10の側面から露出するように基板10の最も端部Eに設け、n型不純物領域22上にドレイン電極18を配置する(図2)。n型不純物領域22は、従来のアニュラー領域と同等の40μm程度の不純物濃度を有しており、空乏層がチップ端部に到達することを防止する。
また、MOSFETに逆方向バイアスを印加した際に、n−型半導体層2に広がった空乏層は、高濃度のn型不純物領域22で終端させることができる。すなわち、n型不純物領域22は従来のアニュラー領域としても機能し、ドレイン電極18は、従来のシールドメタルとしても機能する。
これにより、本実施形態ではアニュラー領域およびシールドメタルを別途設ける必要がなく、素子領域外周のチップの周辺領域を効率的に利用して、必要な構成を備えることができるので、素子領域20の拡大あるいはチップの小型化を実現することができる。
再び図1(A)を参照して、一般に半導体基板10(半導体チップ)の形状は矩形であるが、例えば第1主面Sf1の平面パターンにおいて、素子領域20の外周に設けられるn型不純物領域22は、コーナー部において所定の曲率を有するパターンで形成される。
半導体基板10の辺(チップ辺)に沿って設けられるn型不純物領域22の幅W1とコーナー部での曲率は、半導体装置の特性に応じて設計される。n型不純物領域22は半導体基板10の端部Eまで設けられるので、コーナー部におけるその幅W2は、半導体基板10の辺に沿ったn型不純物領域22の幅W1より広くなり、その増分は、半導体装置の特性に影響を及ぼさない完全な無効領域となる。
そこで、本実施形態ではコーナー部の無効領域も活用して、n型不純物領域22およびドレイン電極18を設ける。これにより、導電路となるn型不純物領域22およびドレイン電極18の面積を増加させることができる。
更に図3を参照して、本実施形態のガードリングのパターンについて説明する。図3(A)は本実施形態との比較として、アップドレイン構造でドレイン電極18’を独立した島状に配置した半導体チップ100’の平面図であり、図3(B)は、本実施形態のパターンである。尚、図3(A)ではゲート電極を省略している。
図3(A)の如く、ドレイン電極18’を独立した島状に設ける場合、素子領域20’の端部に配置するガードリング21’は、それぞれドレイン電極18’の周囲のソース電極17’の周囲に沿って配置される。すなわち、チップ外周端と、ドレイン電極18’の周囲のソース電極17’の周囲に配置され、例えば丸印部分ではガードリング21’が密集して配置される。ガードリング21’の形成領域にはセルが配置でいないため、素子領域20’の面積が狭くなってしまう。
一方図3(B)の如く、本実施形態ではガードリング21はドレイン電極18の内側に沿って配置されるため、ガードリング21の形成領域は必要最小限となり、素子領域20の面積拡大に寄与できる。
以上本実施形態では、ドレイン電極18はパッド部18pを有する形状にパターンニングされ、その下方のn型不純物領域22もパッド形状にパターンニングされた場合(図1)を例に説明した。
n型不純物領域22は導電路としてドレイン電極18に接続し、電流の取り出しを行うため、これらの面積は電流の取り出し抵抗に応じて適宜選択する。例えば、素子領域20の面積が大きい(チップサイズ大)場合は、流れる電流も大きくなるので、図1の如くパッド部18p(n型不純物領域22も同様)を設けるなどして導電路としての面積を増加させるとよい。
一方、素子領域20の面積が小さい(チップサイズ小)場合は、ドレイン電極22およびn型不純物領域22の面積も比較的小さくてよく、例えば、パッド部18p等を設けず、チップ外周端にリング状にパターンニングしてもよい。その際、外部接続電極となるバンプ電極等との接続領域がドレイン電極22上に十分確保できない場合には、第1主面Sf1の電極層を多層構造とし、1層目のドレイン電極18をリング状に形成し、2層目の電極層に外部接続電極(またはワイヤボンド領域)を設けるとよい。
以上、本実施形態ではMOSFETを例に説明したが、これに限らず、ダイオード、バイポーラトランジスタであっても同様に実施できる。
本発明の半導体装置を説明する平面図である。 本発明の半導体装置を説明する断面図である。 本発明の半導体装置を説明するための平面図である。 従来の半導体装置を説明する(A)平面図、(B)断面図である。 従来の半導体装置を説明する断面図である。
符号の説明
1 n+型シリコン半導体基板
2 n−型半導体層
3 ドレイン領域
4 チャネル層
7 トレンチ
10 半導体基板(半導体チップ)
11 ゲート絶縁膜
13 ゲート電極
13c ゲート引き出し電極
14 ボディ領域
15 ソース領域
16 層間絶縁膜
17 ソース電極
18 ドレイン電極
18p パッド部
19 ゲート配線電極
19p パッド部
20 素子領域
21 ガードリング
22 n型不純物領域(導電路)
26 外部接続電極
110 半導体基板
111 n−型半導体層
112 p型不純物層
113 ボディ領域
114 ソース領域
115 トレンチ
116 ゲート絶縁膜
117 ゲート電極
118 層間絶縁膜
120 ソース電極
121a ゲートパッド電極
121 メタルゲート配線
125 ポリシリコンゲート配線
122 ドレイン電極
123 n+型領域
126 半田バンプ
150 ガードリング
151 アニュラー領域
152 シールドメタル
E (チップ)端部
C セル
S ソース端子
D ドレイン端子
G ゲート端子

Claims (5)

  1. 高濃度一導電型半導体基板と、
    該半導体基板上に設けられた一導電型半導体層と、
    該半導体層の一主面に設けられたディスクリート半導体の素子領域と、
    該半導体層の端部全周に渡って該半導体層の側面から露出し、前記一主面から前記半導体基板に達する深さに設けられた高濃度の一導電型不純物領域と、
    前記素子領域上に設けられ、該素子領域の入力部または出力部に接続する第1電極と、
    前記半導体層上の最外周の金属層により構成されて前記一導電型不純物領域とコンタクトし、前記素子領域の出力部または入力部に接続する第2電極と、
    を具備することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記第2電極は、1つの平板状の前記第1電極の外側を連続して囲むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記第1電極と前記第2電極間に前記素子領域に接続する第3電極が配置されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 前記素子領域の端部の前記半導体層には逆導電型不純物領域が設けられ、前記素子領域および前記逆導電型不純物領域は前記第2電極の内側に配置されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  5. 前記一主面側に、第1電極および前記第2電極にそれぞれ接続する第1外部接続電極および第2外部接続電極を設けることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010177550A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Sumitomo Electric Device Innovations Inc 半導体装置
US20110097894A1 (en) * 2007-10-02 2011-04-28 Andrews John T Method of Forming a Topside Contact to a Backside Terminal of a Semiconductor Device
US10340378B1 (en) 2018-02-20 2019-07-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
WO2024009590A1 (ja) * 2022-07-07 2024-01-11 ローム株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9306056B2 (en) * 2009-10-30 2016-04-05 Vishay-Siliconix Semiconductor device with trench-like feed-throughs
JP2012023199A (ja) 2010-07-14 2012-02-02 Rohm Co Ltd ショットキバリアダイオード
US8692318B2 (en) * 2011-05-10 2014-04-08 Nanya Technology Corp. Trench MOS structure and method for making the same
US10468479B2 (en) 2014-05-14 2019-11-05 Infineon Technologies Austria Ag VDMOS having a drift zone with a compensation structure
US9773863B2 (en) * 2014-05-14 2017-09-26 Infineon Technologies Austria Ag VDMOS having a non-depletable extension zone formed between an active area and side surface of semiconductor body
CN107408542B (zh) 2016-01-06 2019-07-26 新电元工业株式会社 半导体器件的载置台以及车载装置
JP6244060B2 (ja) * 2016-01-06 2017-12-06 新電元工業株式会社 半導体デバイスの載置台及び車載装置
CN116207050B (zh) * 2023-05-05 2023-07-07 成都恪赛科技有限公司 一种相控阵tr芯片封装结构
EP4468368A1 (en) * 2023-05-24 2024-11-27 Nexperia B.V. Semiconductor device with enhanced drain

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03173180A (ja) * 1989-12-01 1991-07-26 Hitachi Ltd 半導体素子
JPH07326742A (ja) * 1994-05-30 1995-12-12 Toshiba Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2000004023A (ja) * 1998-06-16 2000-01-07 Denso Corp 横形絶縁ゲート型トランジスタ
JP2001230413A (ja) * 2000-02-17 2001-08-24 Fuji Electric Co Ltd 半導体素子
JP2002353455A (ja) * 2001-05-28 2002-12-06 Toshiba Corp 電力用半導体素子
JP2002368218A (ja) * 2001-06-08 2002-12-20 Sanyo Electric Co Ltd 絶縁ゲート型半導体装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1126527A4 (en) * 1999-04-09 2007-06-13 Shindengen Electric Mfg HIGH VOLTAGE SEMICONDUCTOR DEVICE
JP2002353452A (ja) 2001-05-25 2002-12-06 Toshiba Corp 電力用半導体素子
JP2005101334A (ja) 2003-09-25 2005-04-14 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
US7352036B2 (en) * 2004-08-03 2008-04-01 Fairchild Semiconductor Corporation Semiconductor power device having a top-side drain using a sinker trench
JP4616856B2 (ja) * 2007-03-27 2011-01-19 株式会社日立製作所 半導体装置、及び半導体装置の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03173180A (ja) * 1989-12-01 1991-07-26 Hitachi Ltd 半導体素子
JPH07326742A (ja) * 1994-05-30 1995-12-12 Toshiba Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2000004023A (ja) * 1998-06-16 2000-01-07 Denso Corp 横形絶縁ゲート型トランジスタ
JP2001230413A (ja) * 2000-02-17 2001-08-24 Fuji Electric Co Ltd 半導体素子
JP2002353455A (ja) * 2001-05-28 2002-12-06 Toshiba Corp 電力用半導体素子
JP2002368218A (ja) * 2001-06-08 2002-12-20 Sanyo Electric Co Ltd 絶縁ゲート型半導体装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110097894A1 (en) * 2007-10-02 2011-04-28 Andrews John T Method of Forming a Topside Contact to a Backside Terminal of a Semiconductor Device
US8536042B2 (en) * 2007-10-02 2013-09-17 Fairchild Semiconductor Corporation Method of forming a topside contact to a backside terminal of a semiconductor device
JP2010177550A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Sumitomo Electric Device Innovations Inc 半導体装置
US10340378B1 (en) 2018-02-20 2019-07-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
WO2024009590A1 (ja) * 2022-07-07 2024-01-11 ローム株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法

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