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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024177306
(43)【公開日】2024-12-19
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/60 20060101AFI20241212BHJP
【ＦＩ】
H01L21/60 301N
H01L21/60 301P
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024172788
(22)【出願日】2024-10-01
(62)【分割の表示】P 2021117976の分割
【原出願日】2021-07-16
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】100121991
【弁理士】
【氏名又は名称】野々部 泰平
(74)【代理人】
【識別番号】100145595
【弁理士】
【氏名又は名称】久保 貴則
(72)【発明者】
【氏名】古川 泰至
(72)【発明者】
【氏名】藤田 裕人
(72)【発明者】
【氏名】山岸 哲人
(72)【発明者】
【氏名】秋葉 敦也
(57)【要約】
【課題】信頼性の高い半導体装置を提供すること
【解決手段】半導体素子は、一面にソース電極を有し、裏面にドレイン電極を有する。半導体素子は、一面においてソース電極とは異なる位置に配置されたパッド４４を有する。パッド４４には、ボンディングワイヤ９０が接続される。封止体３０は、半導体素子やボンディングワイヤ９０などを封止する。パッド４４は、保護膜４５の開口部４５１から露出する露出面４４１を有する。露出面４４１は、ボンディングワイヤ９０が接続される接続領域４４１ａと、接続領域４４１ａの周辺領域４４１ｂを有する。周辺領域４４１ｂは、接続領域４４１ａの面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含む。
【選択図】図６
【解決手段】半導体素子は、一面にソース電極を有し、裏面にドレイン電極を有する。半導体素子は、一面においてソース電極とは異なる位置に配置されたパッド４４を有する。パッド４４には、ボンディングワイヤ９０が接続される。封止体３０は、半導体素子やボンディングワイヤ９０などを封止する。パッド４４は、保護膜４５の開口部４５１から露出する露出面４４１を有する。露出面４４１は、ボンディングワイヤ９０が接続される接続領域４４１ａと、接続領域４４１ａの周辺領域４４１ｂを有する。周辺領域４４１ｂは、接続領域４４１ａの面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含む。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板（４１）と、前記半導体基板の一面上に配置された第１主電極（４２）と、前記半導体基板において前記一面とは板厚方向において反対の裏面上に配置された第２主電極（４３）と、前記一面上において前記第１主電極とは異なる位置に配置された信号用の電極であるパッド（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
前記第１配線部材および前記第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、前記半導体素子と、前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
前記半導体素子は、前記一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
前記パッドは、前記開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
前記露出面は、前記ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、前記接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
前記周辺領域は、前記接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
前記保護膜は、前記板厚方向の平面視において、前記第１主電極と前記パッドとの間に、凸部（４５５）および／または凹部（４５６）を有する、半導体装置。
前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
前記第１配線部材および前記第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、前記半導体素子と、前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
前記半導体素子は、前記一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
前記パッドは、前記開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
前記露出面は、前記ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、前記接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
前記周辺領域は、前記接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
前記保護膜は、前記板厚方向の平面視において、前記第１主電極と前記パッドとの間に、凸部（４５５）および／または凹部（４５６）を有する、半導体装置。
【請求項2】
前記パッドは、下地層（４４ａ）と、前記下地層上に積層配置され、前記露出面の少なくとも一部を提供する上地層（４４ｂ）と、前記上地層を貫通する溝（４４５）と、を有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
半導体基板（４１）と、前記半導体基板の一面上に配置された第１主電極（４２）と、前記半導体基板において前記一面とは板厚方向において反対の裏面上に配置された第２主電極（４３）と、前記一面上において前記第１主電極とは異なる位置に配置された信号用の電極であるパッド（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
前記第１配線部材および前記第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、前記半導体素子と、前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
前記半導体素子は、前記一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
前記パッドは、前記開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
前記露出面は、前記ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、前記接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
前記周辺領域は、前記接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
前記パッドは、下地層（４４ａ）と、前記下地層上に積層配置され、前記露出面の少なくとも一部を提供する上地層（４４ｂ）と、前記上地層を貫通する溝（４４５）と、を有する、半導体装置。
前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
前記第１配線部材および前記第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、前記半導体素子と、前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
前記半導体素子は、前記一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
前記パッドは、前記開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
前記露出面は、前記ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、前記接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
前記周辺領域は、前記接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
前記パッドは、下地層（４４ａ）と、前記下地層上に積層配置され、前記露出面の少なくとも一部を提供する上地層（４４ｂ）と、前記上地層を貫通する溝（４４５）と、を有する、半導体装置。
【請求項4】
前記パッドは、前記保護膜における前記開口部の周縁（４５３）に対して突出する凸部（４４２）を有し、
前記凸部の上面（４４２ａ）が前記接続領域を提供し、前記凸部の側面（４４２ｂ）が前記周辺領域を提供する、請求項１～３いずれか１項に記載の半導体装置。
前記凸部の上面（４４２ａ）が前記接続領域を提供し、前記凸部の側面（４４２ｂ）が前記周辺領域を提供する、請求項１～３いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記側面において前記凸部の下端から所定の範囲の部分は、前記保護膜の前記開口部の周縁に対する相対的な角度が９０度以下である、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記パッドは、前記開口部内において設けられた凹部（４４３）を有し、
前記凹部の底面（４４３ｃ）が前記接続領域を提供し、前記凹部の側面（４４３ｂ）と前記側面に連なる上面（４４３ａ）が前記周辺領域を提供する、請求項１～３いずれか１項に記載の半導体装置。
前記凹部の底面（４４３ｃ）が前記接続領域を提供し、前記凹部の側面（４４３ｂ）と前記側面に連なる上面（４４３ａ）が前記周辺領域を提供する、請求項１～３いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項7】
半導体基板（４１）と、前記半導体基板の一面上に配置された第１主電極（４２）と、前記半導体基板において前記一面とは板厚方向において反対の裏面上に配置された第２主電極（４３）と、前記一面上において前記第１主電極とは異なる位置に配置された信号用の電極であるパッド（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
前記第１配線部材および前記第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、前記半導体素子と、前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
前記半導体素子は、前記一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
前記パッドは、前記開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
前記露出面は、前記ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、前記接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
前記周辺領域は、前記接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
前記パッドは、前記開口部内において設けられた凹部（４４３）を有し、
前記凹部の底面（４４３ｃ）が前記接続領域を提供し、前記凹部の側面（４４３ｂ）と前記側面に連なる上面（４４３ａ）が前記周辺領域を提供する、半導体装置。
前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
前記第１配線部材および前記第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、前記半導体素子と、前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
前記半導体素子は、前記一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
前記パッドは、前記開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
前記露出面は、前記ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、前記接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
前記周辺領域は、前記接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
前記パッドは、前記開口部内において設けられた凹部（４４３）を有し、
前記凹部の底面（４４３ｃ）が前記接続領域を提供し、前記凹部の側面（４４３ｂ）と前記側面に連なる上面（４４３ａ）が前記周辺領域を提供する、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この明細書における開示は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は、半導体素子を備えた半導体装置を開示している。半導体素子は、一面に第１主電極およびパッドを有し、裏面に第２主電極を有している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００７－２７１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
パッドにおいて保護膜から露出する部分には、ボンディングワイヤが接続されている。半導体素子やボンディングワイヤは、封止体により封止されている。このような構成においては、パワーサイクルや冷熱サイクル等の熱応力により、たとえば封止体と保護膜との界面で剥離が生じる虞がある。剥離が、パッドとボンディングワイヤとの接続部に進展すると、接続信頼性が低下する。また、熱応力によりパッドとボンディングワイヤとの接続部にクラックが生じる虞がある。クラックを起点とする封止体の剥離が、たとえばパッドと同一面に設けられた主電極に向けて進展すると、主電極の接続信頼性が低下する。剥離が、たとえば半導体素子の端面まで進展すると、絶縁信頼性が低下する。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、半導体装置にはさらなる改良が求められている。
【0005】
本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
ここに開示された半導体装置は、
半導体基板（４１）と、半導体基板の一面上に配置された第１主電極（４２）と、半導体基板において一面とは板厚方向において反対の裏面上に配置された第２主電極（４３）と、一面上において第１主電極とは異なる位置に配置された信号用の電極であるパッド（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
第１配線部材および第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、半導体素子と、ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
半導体素子は、一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
パッドは、開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
露出面は、ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
周辺領域は、接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含む。
開示のひとつにおいて、保護膜は、板厚方向の平面視において、第１主電極とパッドとの間に、凸部（４５５）および／または凹部（４５６）を有する。
開示の他のひとつにおいて、パッドは、下地層（４４ａ）と、下地層上に積層配置され、露出面の少なくとも一部を提供する上地層（４４ｂ）と、上地層を貫通する溝（４４５）と、を有する。
開示の他のひとつにおいて、パッドは、開口部内において設けられた凹部（４４３）を有し、
凹部の底面（４４３ｃ）が接続領域を提供し、凹部の側面（４４３ｂ）と側面に連なる上面（４４３ａ）が周辺領域を提供する。
半導体基板（４１）と、半導体基板の一面上に配置された第１主電極（４２）と、半導体基板において一面とは板厚方向において反対の裏面上に配置された第２主電極（４３）と、一面上において第１主電極とは異なる位置に配置された信号用の電極であるパッド（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
第１配線部材および第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、半導体素子と、ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
半導体素子は、一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
パッドは、開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
露出面は、ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
周辺領域は、接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含む。
開示のひとつにおいて、保護膜は、板厚方向の平面視において、第１主電極とパッドとの間に、凸部（４５５）および／または凹部（４５６）を有する。
開示の他のひとつにおいて、パッドは、下地層（４４ａ）と、下地層上に積層配置され、露出面の少なくとも一部を提供する上地層（４４ｂ）と、上地層を貫通する溝（４４５）と、を有する。
開示の他のひとつにおいて、パッドは、開口部内において設けられた凹部（４４３）を有し、
凹部の底面（４４３ｃ）が接続領域を提供し、凹部の側面（４４３ｂ）と側面に連なる上面（４４３ａ）が周辺領域を提供する。
【0007】
開示の半導体装置によると、パッドの露出面において、周辺領域の少なくとも一部の面と、接続領域の面との相対的な角度が９０度以下である。このため、露出面において、周辺領域と接続領域との間で封止体の剥離が進展し難い。以上より、信頼性が高い半導体装置を提供することができる。
【0008】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態に係る半導体装置が適用される車両の駆動システムの概略構成を示す図である。
【図2】第１実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
【図4】半導体素子を示す平面図である。
【図7】変形例を示す断面図である。
【図8】変形例を示す断面図である。
【図9】第２実施形態に係る半導体装置において、半導体素子のパッド周辺を示す断面図である。
【図11】変形例を示す断面図である。
【図12】第３実施形態に係る半導体装置において、ソース電極とパッドとの間の保護膜周辺を示す断面図である。
【図13】変形例を示す断面図である。
【図14】第４実施形態に係る半導体装置において、半導体素子のパッド周辺を示す断面図である。
【図15】パッドを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面に基づいて複数の実施形態を説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
【0011】
本実施形態の半導体装置は、たとえば回転電機を駆動源とする移動体の電力変換装置に適用される。移動体は、たとえば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）などの電動車両、ドローンなどの飛行体、船舶、建設機械、農業機械である。以下では、車両に適用される例について説明する。
【0012】
（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、車両の駆動システムの概略構成について説明する。
先ず、図１に基づき、車両の駆動システムの概略構成について説明する。
【0013】
＜車両の駆動システム＞
図１に示すように、車両の駆動システム１は、直流電源２と、モータジェネレータ３と、電力変換装置４を備えている。
図１に示すように、車両の駆動システム１は、直流電源２と、モータジェネレータ３と、電力変換装置４を備えている。
【0014】
直流電源２は、充放電可能な二次電池で構成された直流電圧源である。二次電池は、たとえばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。モータジェネレータ３は、三相交流方式の回転電機である。モータジェネレータ３は、車両の走行駆動源、つまり電動機として機能する。モータジェネレータ３は、回生時に発電機として機能する。電力変換装置４は、直流電源２とモータジェネレータ３との間で電力変換を行う。
【0015】
＜電力変換装置＞
次に、図１に基づき、電力変換装置４の回路構成について説明する。電力変換装置４は、電力変換回路を備えている。本実施形態の電力変換装置４は、平滑コンデンサ５と、電力変換回路であるインバータ６を備えている。
次に、図１に基づき、電力変換装置４の回路構成について説明する。電力変換装置４は、電力変換回路を備えている。本実施形態の電力変換装置４は、平滑コンデンサ５と、電力変換回路であるインバータ６を備えている。
【0016】
平滑コンデンサ５は、主として、直流電源２から供給される直流電圧を平滑化する。平滑コンデンサ５は、高電位側の電源ラインであるＰライン７と低電位側の電源ラインであるＮライン８とに接続されている。Ｐライン７は直流電源２の正極に接続され、Ｎライン８は直流電源２の負極に接続されている。平滑コンデンサ５の正極は、直流電源２とインバータ６との間において、Ｐライン７に接続されている。平滑コンデンサ５の負極は、直流電源２とインバータ６との間において、Ｎライン８に接続されている。平滑コンデンサ５は、直流電源２に並列に接続されている。
【0017】
インバータ６は、ＤＣ－ＡＣ変換回路である。インバータ６は、図示しない制御回路によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータジェネレータ３へ出力する。これにより、モータジェネレータ３は、所定のトルクを発生するように駆動する。インバータ６は、車両の回生制動時、車輪からの回転力を受けてモータジェネレータ３が発電した三相交流電圧を、制御回路によるスイッチング制御にしたがって直流電圧に変換し、Ｐライン７へ出力する。このように、インバータ６は、直流電源２とモータジェネレータ３との間で双方向の電力変換を行う。
【0018】
インバータ６は、三相分の上下アーム回路９を備えて構成されている。上下アーム回路９は、レグと称されることがある。上下アーム回路９は、上アーム９Ｈと、下アーム９Ｌをそれぞれ有している。上アーム９Ｈおよび下アーム９Ｌは、上アーム９ＨをＰライン７側として、Ｐライン７とＮライン８との間で直列接続されている。上アーム９Ｈと下アーム９Ｌとの接続点は、出力ライン１０を介して、モータジェネレータ３における対応する相の巻線３ａに接続されている。インバータ６は、６つのアームを有している。各アームは、スイッチング素子を備えて構成されている。Ｐライン７、Ｎライン８、および出力ライン１０それぞれの少なくとも一部は、たとえばバスバーなどの導電部材により構成される。
【0019】
本実施形態では、各アームを構成するスイッチング素子として、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ１１を採用している。各アームを構成するスイッチング素子の数は特に限定されない。ひとつでもよいし、複数でもよい。ＭＯＳＦＥＴは、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略称である。
【0020】
一例として、本実施形態では、各アームがひとつのＭＯＳＦＥＴ１１を有している。上アーム９Ｈにおいて、ＭＯＳＦＥＴ１１のドレインがＰライン７に接続されている。下アーム９Ｌにおいて、ＭＯＳＦＥＴ１１のソースがＮライン８に接続されている。上下アーム回路９において、上アーム９ＨのＭＯＳＦＥＴ１１のソースと、下アーム９ＬのＭＯＳＦＥＴ１１のドレインが、相互に接続されている。
【0021】
ＭＯＳＦＥＴ１１のそれぞれには、還流用のダイオード１２が逆並列に接続されている。ダイオード１２は、ＭＯＳＦＥＴ１１の寄生ダイオード（ボディダイオード）でもよいし、寄生ダイオードとは別に設けたものでもよい。ダイオード１２のアノードは対応するＭＯＳＦＥＴ１１のソースに接続され、カソードはドレインに接続されている。
【0022】
電力変換装置４は、電力変換回路として、コンバータをさらに備えてもよい。コンバータは、直流電圧を異なる値の直流電圧に変換するＤＣ－ＤＣ変換回路である。コンバータは、直流電源２と平滑コンデンサ５との間に設けられる。コンバータは、たとえばリアクトルと、上記した上下アーム回路９を備えて構成される。この構成によれば、昇降圧が可能である。電力変換装置４は、直流電源２からの電源ノイズを除去するフィルタコンデンサを備えてもよい。フィルタコンデンサは、直流電源２とコンバータとの間に設けられる。
【0023】
電力変換装置４は、インバータ６などを構成するスイッチング素子の駆動回路を備えてもよい。駆動回路は、制御回路の駆動指令に基づいて、対応するアームのＭＯＳＦＥＴ１１のゲートに駆動電圧を供給する。駆動回路は、駆動電圧の印加により、対応するＭＯＳＦＥＴ１１を駆動、すなわちオン駆動、オフ駆動させる。駆動回路は、ドライバと称されることがある。
【0024】
電力変換装置４は、スイッチング素子の制御回路を備えてもよい。制御回路は、ＭＯＳＦＥＴ１１を動作させるための駆動指令を生成し、駆動回路に出力する。制御回路は、図示しない上位ＥＣＵから入力されるトルク要求、各種センサにて検出された信号に基づいて、駆動指令を生成する。各種センサとして、たとえば電流センサ、回転角センサ、電圧センサがある。電流センサは、各相の巻線３ａに流れる相電流を検出する。回転角センサは、モータジェネレータ３の回転子の回転角を検出する。電圧センサは、平滑コンデンサ５の両端電圧を検出する。制御回路は、駆動指令として、たとえばＰＷＭ信号を出力する。制御回路は、たとえばプロセッサとメモリを備えて構成されている。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略称である。ＰＷＭは、Pulse Width Modulationの略称である。
【0025】
＜半導体装置＞
次に、図２、図３、および図４に基づき、半導体素子が適用される半導体装置の概略構成について説明する。図２は、半導体装置を示す平面図である。図２は、半導体装置の上面視平面図である。図３は、図２のIII-III線に沿う断面図である。図３では、半導体素子の構造を簡素化して図示している。図４は、半導体素子を示す平面図である。図４は、半導体基板の一面側、つまりソース電極側から見た平面図である。
次に、図２、図３、および図４に基づき、半導体素子が適用される半導体装置の概略構成について説明する。図２は、半導体装置を示す平面図である。図２は、半導体装置の上面視平面図である。図３は、図２のIII-III線に沿う断面図である。図３では、半導体素子の構造を簡素化して図示している。図４は、半導体素子を示す平面図である。図４は、半導体基板の一面側、つまりソース電極側から見た平面図である。
【0026】
以下において、半導体基板の板厚方向をＺ方向とする。Ｚ方向に直交する一方向をＸ方向とする。Ｚ方向およびＸ方向の両方向に直交する方向をＹ方向とする。特に断わりのない限り、Ｚ方向から平面視した形状、換言すればＸ方向およびＹ方向により規定されるＸＹ面に沿う形状を平面形状とする。また、Ｚ方向からの平面視を、単に平面視と示すことがある。
【0027】
図２および図３に示すように、半導体装置２０は、封止体３０と、半導体素子４０と、ヒートシンク５０、６０と、導電スペーサ７０と、外部接続端子８０と、ボンディングワイヤ９０を備えている。半導体装置２０は、上記したアームのひとつを構成する。すなわち、２つの半導体装置２０により、一相分の上下アーム回路９が構成される。半導体装置２０は、パワーモジュールと称されることがある。
【0028】
封止体３０は、電気絶縁性の材料を用いて形成され、半導体装置２０を構成する他の要素の一部を封止している。他の要素の残りの部分は、封止体３０の外に露出している。封止体３０は、たとえば樹脂を材料とする。樹脂の一例は、エポキシ系樹脂である。封止体３０は、樹脂を材料として、たとえばトランスファモールド法により成形されている。このような封止体３０は、封止樹脂体、モールド樹脂、樹脂成形体と称されることがある。封止体３０は、たとえばゲルを用いて形成されてもよい。ゲルは、たとえば一対のヒートシンク５０、６０の対向領域に充填（配置）される。
【0029】
図２に示すように、封止体３０は平面略矩形状をなしている。封止体３０は、外郭をなす表面として、一面３０ａと、Ｚ方向において一面３０ａとは反対の面である裏面３０ｂを有している。一面３０ａおよび裏面３０ｂは、たとえば平坦面である。また、一面３０ａと裏面３０ｂとをつなぐ面である側面３０ｃ、３０ｄを有している。側面３０ｃは、外部接続端子８０のうち、主端子８１、８２が突出する面である。側面３０ｄは、Ｙ方向において側面３０ｃとは反対の面である。側面３０ｄは、信号端子８３が突出する面である。
【0030】
半導体素子４０は、半導体基板４１と、ソース電極４２と、ドレイン電極４３と、パッド４４を有している。半導体素子４０は、パワー素子、半導体チップなどと称されることがある。半導体基板４１は、シリコン（Ｓｉ）、シリコンよりもバンドギャップが広いワイドバンドギャップ半導体などを材料とし、縦型素子が形成されてなる。ワイドバンドギャップ半導体としては、たとえばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、ダイヤモンドがある。
【0031】
縦型素子は、半導体基板４１（半導体素子４０）の板厚方向、すなわちＺ方向に主電流を流すように構成されている。型素子は、通電により発熱する発熱素子である。本実施形態の半導体基板４１は、ＳｉＣを材料とし、ひとつのアームを構成するＭＯＳＦＥＴ１１が形成されてなる。半導体基板４１には、図示しないゲート電極が形成されている。ゲート電極は、たとえばトレンチ構造をなしている。
【0032】
半導体基板４１は、平面略矩形状をなしている。半導体基板４１は、主電極が設けられる板面として、一面４１ａおよび裏面４１ｂを有している。一面４１ａは、半導体基板４１において封止体３０の一面３０ａ側の面である。裏面４１ｂは、一面４１ａとは板厚方向において反対の面である。主電極のひとつであるソース電極４２は、半導体基板４１の一面４１ａ上に配置されている。主電極の他のひとつであるドレイン電極４３は、半導体基板４１の裏面４１ｂ上に配置されている。ソース電極４２が第１主電極に相当し、ドレイン電極４３が第２主電極に相当する。
【0033】
ＭＯＳＦＥＴ１１がオンすることで、主電極間、つまりソース電極４２とドレイン電極４３との間に、電流（主電流）が流れる。ドレイン電極４３は、半導体基板４１の裏面４１ｂのほぼ全体に形成されている。ソース電極４２は、半導体基板４１の一面４１ａの一部分に形成されている。
【0034】
パッド４４は、信号用の電極である。パッド４４は、半導体基板４１の一面４１ａにおいて、ソース電極４２の形成領域とは異なる位置に形成されている。パッド４４は、ソース電極４２と電気的に分離されている。図４に示すように、パッド４４は、Ｙ方向においてソース電極４２の形成領域とは反対側の端部に形成されている。パッド４４は、Ｙ方向においてソース電極４２と並んで設けられている。パッド４４の個数は特に限定されない。パッド４４は、ゲート電極用のパッドを少なくとも含む。本実施形態の半導体素子４０は、５つのパッド４４を有している。５つのパッド４４は、Ｘ方向に並んでいる。
【0035】
ヒートシンク５０、６０は、Ｃｕ、Ｃｕ合金などの導電性が良好な金属を材料とする金属板である。ヒートシンク５０、６０は、Ｚ方向において、複数の半導体素子４０を挟むように配置されている。ヒートシンク５０、６０は、Ｚ方向において互いに少なくとも一部が対向するように配置されている。ヒートシンク５０、６０は、平面視において半導体素子４０を内包している。
【0036】
ヒートシンク５０は、ソース電極４２に電気的に接続され、配線機能を提供する。同様に、ヒートシンク６０は、ドレイン電極４３に電気的に接続され、配線機能を提供する。ヒートシンク５０、６０は、半導体素子４０の生じた熱を放熱する放熱機能を提供する。ヒートシンク５０、６０は、表面に、ＮｉやＡｕなどのめっき膜を備えてもよい。本実施形態のヒートシンク５０は、導電スペーサ７０を介して、ソース電極４２に電気的に接続される。ヒートシンク５０および導電スペーサ７０が、第１配線部材に相当する。ヒートシンク６０が、第２配線部材に相当する。
【0037】
ヒートシンク５０は、半導体素子４０側の面である対向面５０ａと、対向面５０ａとはＺ方向において反対の面である裏面５０ｂを有している。同様に、ヒートシンク６０も、対向面６０ａと裏面６０ｂを有している。ヒートシンク５０、６０は、平面略矩形状をなしている。ヒートシンク５０、６０それぞれの裏面５０ｂ、６０ｂは、封止体３０から露出している。裏面５０ｂ、６０ｂは、放熱面、露出面などと称されることがある。ヒートシンク５０の裏面５０ｂは、封止体３０の一面３０ａと略面一である。ヒートシンク６０の裏面６０ｂは、封止体３０の裏面３０ｂと略面一である。
【0038】
導電スペーサ７０は、半導体素子４０とヒートシンク５０の間に介在している。導電スペーサ７０は、半導体素子４０とヒートシンク５０との間に所定の間隔を確保するスペーサ機能を提供する。たとえば導電スペーサ７０は、半導体素子４０のパッド４４に、対応する信号端子８３を電気的に接続するための高さを確保する。導電スペーサ７０は、半導体素子４０のソース電極４２とヒートシンク５０との電気伝導、熱伝導経路の途中に位置し、配線機能および放熱機能を提供する。
【0039】
導電スペーサ７０は、Ｃｕなどの導電性、熱伝導性が良好な金属材料を含んでいる。導電スペーサ７０は、表面にめっき膜を備えてもよい。導電スペーサ７０は、ターミナル、ターミナルブロック、金属ブロック体などと称されることがある。半導体装置２０は、半導体素子４０と同数の導電スペーサ７０を備えている。導電スペーサ７０は、半導体素子４０に個別に接続されている。導電スペーサ７０は、たとえば平面略矩形状をなす柱状体である。導電スペーサ７０は、平面視においてソース電極４２の接合領域にほぼ一致するか若干小さい大きさを有している。
【0040】
外部接続端子８０は、半導体装置２０を外部機器と電気的に接続するための端子である。外部接続端子８０は、銅などの導電性が良好な金属材料を用いて形成されている。外部接続端子８０は、たとえば板材である。外部接続端子８０は、リードと称されることがある。外部接続端子８０は、主端子８１、８２と、信号端子８３を備えている。主端子８１、８２は、半導体素子４０の主電極に電気的に接続された外部接続端子８０である。
【0041】
主端子８１は、ソース電極４２に電気的に接続されている。主端子８１は、ソース端子と称されることがある。主端子８１は、ヒートシンク５０を介して、ソース電極４２に接続されている。主端子８１は、ヒートシンク５０におけるＹ方向の一端に連なっている。主端子８１の厚みは、ヒートシンク５０よりも薄い。主端子８１は、たとえば対向面５０ａと略面一となるように、ヒートシンク５０に連なっている。主端子８１は、ヒートシンク５０に対して一体的に設けられることで連なってもよいし、別部材として設けられ、接合により連なってもよい。
【0042】
本実施形態の主端子８１は、リードフレームの一部として、ヒートシンク５０と一体的に設けられている。主端子８１は、ヒートシンク５０からＹ方向に延設され、封止体３０の側面３０ｃから外部に突出している。主端子８１は、封止体３０により覆われる部分の途中に屈曲部を有し、側面３０ｃにおいてＺ方向の中央付近から突出している。
【0043】
主端子８２は、ドレイン電極４３に電気的に接続されている。主端子８２は、ドレイン端子と称されることがある。主端子８２は、ヒートシンク６０を介して、ドレイン電極４３に接続されている。主端子８２は、ヒートシンク６０におけるＹ方向の一端に連なっている。主端子８２の厚みは、ヒートシンク６０よりも薄い。主端子８２は、たとえば、対向面６０ａと略面一となるようにヒートシンク６０に連なっている。主端子８２は、ヒートシンク６０に対して一体的に設けられることで連なってもよいし、別部材として設けられ、接合により連なってもよい。
【0044】
本実施形態の主端子８２は、主端子８１とは別のリードフレームの一部として、ヒートシンク６０と一体的に設けられている。主端子８２は、ヒートシンク６０からＹ方向に延設され、主端子８１と同じ側面３０ｃから外部に突出している。主端子８２も、封止体３０により覆われる部分の途中に屈曲部を有し、側面３０ｃにおいてＺ方向の中央付近から突出している。２本の主端子８１、８２は、側面が互いに対向するようにＸ方向に並んで配置されている。
【0045】
信号端子８３は、ボンディングワイヤ９０を介して、半導体素子４０のパッド４４に電気的に接続されている。信号端子８３は、Ｙ方向に延設されており、封止体３０のする複数の信号端子８３を備えている。信号端子８３は、たとえばヒートシンク６０および主端子８２と共通のリードフレームに構成されている。複数の信号端子８３は、図示しないタイバーをカットすることで、互いに電気的に分離されている。
【0046】
半導体素子４０のソース電極４２は、接合材９１を介して導電スペーサ７０に接合されている。導電スペーサ７０は、接合材９２を介してヒートシンク５０に接合されている。半導体素子４０のドレイン電極４３は、接合材９３を介してヒートシンク６０に接合されている。接合材９１、９２、９３は、導電性を有する接合材である。たとえば、接合材９１、９２、９３として、はんだを採用することができる。はんだの一例は、Ｓｎの他に、Ｃｕ、Ｎｉなどを含む多元系の鉛フリーはんだである。はんだに代えて、焼結銀などのシンター系の接合材を用いてもよい。接合材９１、９２、９３として互いに共通の材料を用いてもよいし、少なくともひとつが他と異なる材料を用いてもよい。本実施形態では、接合材９１、９２、９３として、はんだを用いている。
【0047】
上記したように、半導体装置２０では、封止体３０によってひとつのアームを構成する半導体素子４０が封止されている。封止体３０は、半導体素子４０、ヒートシンク５０の一部、ヒートシンク６０の一部、導電スペーサ７０、外部接続端子８０それぞれの一部、およびボンディングワイヤ９０を一体的に封止している。
【0048】
Ｚ方向において、ヒートシンク５０、６０の間に、半導体素子４０が配置されている。半導体素子４０は、対向配置されたヒートシンク５０、６０によって挟まれている。これにより、半導体素子４０の熱を、Ｚ方向において両側に放熱することができる。半導体装置２０は、両面放熱構造をなしている。ヒートシンク５０の裏面５０ｂは、封止体３０の一面３０ａと略面一である。ヒートシンク６０の裏面６０ｂは、封止体３０の裏面３０ｂと略面一である。裏面５０ｂ、６０ｂが露出面であるため、放熱性を高めることができる。
【0049】
＜パッド＞
次に、図４、図５、および図６に基づき、半導体素子４０のパッド４４について説明する。図５は、図４のV-V線に沿う断面図である。図５では、便宜上、ドレイン電極４３の図示を省略している。図６は、パッド４４の凸部形状を示している。図６は、図５に一点鎖線で示す領域VIを拡大した図である。図６では、封止体３０およびボンディングワイヤ９０についても図示している。明確化のために、図６では、封止体３０およびパッド４４のハッチングを意図的に省略している。
次に、図４、図５、および図６に基づき、半導体素子４０のパッド４４について説明する。図５は、図４のV-V線に沿う断面図である。図５では、便宜上、ドレイン電極４３の図示を省略している。図６は、パッド４４の凸部形状を示している。図６は、図５に一点鎖線で示す領域VIを拡大した図である。図６では、封止体３０およびボンディングワイヤ９０についても図示している。明確化のために、図６では、封止体３０およびパッド４４のハッチングを意図的に省略している。
【0050】
図４および図５に示すように、半導体素子４０は、半導体基板４１の一面４１ａ上に配置された保護膜４５を有している。保護膜４５は、絶縁膜である。保護膜４５の材料として、たとえばポリイミド、シリコン窒化膜などを採用することができる。保護膜４５は、開口部４５１を有している。開口部４５１は、パッド４４に対して個別に設けられている。開口部４５１は、平面視において対応するパッド４４と重なるように設けられている。パッド４４は、開口部４５１から露出する露出面４４１をそれぞれ有している。
【0051】
なお、保護膜４５は、開口部４５２を有している。開口部４５２は、ソース電極４２と重なるように設けられている。ソース電極４２は、開口部４５２から露出する露出面４２１を有している。開口部４５１は第１開口部、開口部４５２は第２開口部と称されることがある。
【0052】
露出面４４１は、接続領域４４１ａと、周辺領域４４１ｂを有している。接続領域４４１ａは、露出面４４１のうち、ボンディングワイヤ９０が接続される領域である。周辺領域４４１ｂは、露出面４４１のうち、接続領域４４１ａの周辺の領域である。周辺領域４４１ｂは、一例として、接続領域４４１ａを取り囲む。
【0053】
本実施形態のパッド４４は、保護膜４５の開口周縁４５３に対して突出する凸部４４２を有している。開口周縁４５３は、保護膜４５の上面のうち、開口部４５１の周縁部分である。開口周縁４５３が、開口部の周縁に相当する。凸部４４２は、Ｚ方向において保護膜４５の開口周縁４５３（上面）よりも上方に突出している。
【0054】
パッド４４は、多層構造をなしている。パッド４４は、下地層４４ａと、上地層４４ｂを有している。下地層４４ａは、たとえばアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする材料を用いて形成されている。本実施形態では、ＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕなどのＡｌ合金を材料としている。本実施形態の下地層４４ａは、第１層４４ａ１と、第２層４４ａ２を有している。
【0055】
第１層４４ａ１は、層間絶縁膜４６を介して、半導体基板４１の一面４１ａ上に配置されている。第１層４４ａ１は、平面視において開口部４５１の直下およびその周囲に設けられている。第１層４４ａ１の周囲部分は、保護膜４５によって覆われている。第２層４４ａ２は、第１層４４ａ１のうち、開口部４５１から露出する部分に対して積層配置されている。第２層４４ａ２は、開口部４５１内に配置されている。本実施形態の第２層４４ａ２は、開口部４５１とほぼ一致するように配置されている。第２層４４ａ２の下端は開口部４５１の下端にほぼ一致し、第２層４４ａ２の上端は開口部４５１の上端にほぼ一致している。第２層４４ａ２は、開口部４５１を、ほぼ隙間なく埋めている。第１層４４ａ１と第２層４４ａ２は、共通の材料（Ａｌ合金）を用いて形成されている。
【0056】
上地層４４ｂは、下地層４４ａ上に積層配置されている。上地層４４ｂは、接続層と称されることがある。上地層４４ｂは、少なくともひとつの金属層を含む。上地層４４ｂを構成する金属層は、たとえばニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）のいずれかを含む。本実施形態の上地層４４ｂは、Ｎｉ層を少なくとも含む。Ｎｉは、下地層４４ａを構成するＡｌ合金よりも硬い。上地層４４ｂは、Ｎｉ層上に、さらにＡｕ層を備えてもよい。
【0057】
本実施形態の上地層４４ｂは、平面視において下地層４４ａの上端とほぼ一致し、Ｚ方向に延びる柱状体である。上地層４４ｂは、平面視において保護膜４５の上面の開口端とほぼ一致するように設けられている。上地層４４ｂの下端は、Ｚ方向において保護膜４５の開口周縁４５３にほぼ一致している。上地層４４ｂが、パッド４４の凸部４４２を構成している。
【0058】
凸部４４２の表面が、パッド４４の露出面４４１をなしている。凸部４４２は、上面４４２ａと、側面４４２ｂを有している。上面４４２ａは、突出先端面である。上面４４２ａが、接続領域４４１ａを提供している。また、側面４４２ｂが、周辺領域４４１ｂを提供している。
【0059】
本実施形態では、接続領域４４１ａを提供する上面４４２ａのほぼ全域が、ＸＹ平面に対して略平行な面である。上面４４２ａは、略平坦な面である。上面４４２ａは、Ｙ方向を長手方向とする平面略矩形状をなしている。また、周辺領域４４１ｂを提供する側面４４２ｂのほぼ全域が、Ｚ方向に対して略平行な面である。これにより、上面４４２ａと側面４４２ｂとの相対的な角度θａ、つまり接続領域４４１ａと周辺領域４４１ｂとの相対的な角度が、９０度である。上面４４２ａと側面４４２ｂとの相対的な角度θａとは、上面４４２ａと側面４４２ｂとのなす角度である。
【0060】
さらに本実施形態では、保護膜４５の開口周縁４５３が、ＸＹ平面に略平行である。これにより、側面４４２ｂと保護膜４５の開口周縁４５３との相対的な角度θｂが、９０度である。
【0061】
なお、ソース電極４２も、パッド４４同様、多層構造をなしている。ただし、下地層が第１層のみを有し、第１層上に上地層が積層配置されている。下地層は、層間絶縁膜４６の図示しないコンタクトホールを介して半導体基板４１に接続されている。上地層は、開口部４５２内に配置されている。
【0062】
上記した構造のパッド４４は、たとえば以下に示す方法により形成することができる。まず、層間絶縁膜４６上に、たとえばスパッタ法により、第１層４４ａ１を成膜する。次いで、たとえばスピンコートにより、第１層４４ａ１を覆うように保護膜４５を形成する。そして、フォトレジストをマスクとしてエッチングを行うことで保護膜４５をパターニングし、開口部４５１、４５２を形成する。
【0063】
次いで、たとえばスパッタ法により、第２層４４ａ２を成膜する。このとき、開口部４５１を埋めるように、第２層４４ａ２を成膜する。そして、フォトレジストをマスクとしてエッチングを行うことで第２層４４ａ２をパターニングし、第２層４４ａ２を開口部４５２内のみに残す。次いで、めっき法により、上地層４４ｂを第２層４４ａ２上に成膜する。以上により、凸部４４２を有するパッド４４を形成することができる。
【0064】
＜第１実施形態のまとめ＞
半導体素子４０は、大電流を流すため発熱する。半導体素子４０（ＭＯＳＦＥＴ１１）のオンオフの繰り返しにより、半導体装置２０は、過熱状態と冷却状態とを繰り返す。これにより、半導体装置２０の構成要素には、線膨張係数の違いによる熱応力が作用する。
半導体素子４０は、大電流を流すため発熱する。半導体素子４０（ＭＯＳＦＥＴ１１）のオンオフの繰り返しにより、半導体装置２０は、過熱状態と冷却状態とを繰り返す。これにより、半導体装置２０の構成要素には、線膨張係数の違いによる熱応力が作用する。
【0065】
本実施形態では、パッド４４の露出面４４１において、周辺領域４４１ｂの少なくとも一部の面と、接続領域４４１ａの面との相対的な角度が９０度である。このため、露出面４４１において、周辺領域４４１ｂと接続領域４４１ａとの間で封止体３０の剥離が進展し難い。
【0066】
たとえば周辺領域４４１ｂの面に対して封止体３０が剥離しても、剥離が接続領域４４１ａの面に進展し難い。これにより、ボンディングワイヤ９０とパッド４４との接続部（接合部）に応力が作用し、クラックや断線などの電気的な接続不良が生じるのを抑制することができる。また、熱応力によりボンディングワイヤ９０とパッド４４との接続部にクラックが生じても、クラックを起点とし、接続領域４４１ａの面に対する封止体３０の剥離が、周辺領域４４１ｂの面に進展し難い。以上より、信頼性が高い半導体装置２０を提供することができる。
【0067】
本実施形態では、パッド４４が、保護膜４５の開口周縁４５３に対して突出する凸部４４２を有している。そして、凸部４４２において、接続領域４４１ａを提供する上面４４２ａと、周辺領域４４１ｂを提供する側面４４２ｂとのなす角度θａを、９０度としている。たとえば図６に示すように、側面４４２ｂに対する封止体３０の剥離がＺ１方向に進展しても、上面４４２ａ側に進展するのを抑制することができる。また、上面４４２ａに対する封止体３０の剥離が図６に示すＹ１方向に進展しても、側面４４２ｂ側に進展するのを抑制することができる。
【0068】
本実施形態では、凸部４４２の側面４４２ｂと保護膜４５の開口周縁４５３とのなす角度θｂを、９０度としている。たとえば図６に示すように、保護膜４５に対する封止体３０の剥離がＹ２方向に進展しても、側面４４２ｂ側に進展するのを抑制することができる。また、側面４４２ｂに対する封止体３０の剥離が図６に示すＺ２方向に進展しても、保護膜４５の開口周縁４５３、つまり保護膜４５の上面側に進展するのを抑制することができる。
【0069】
凸部４４２を有する構成では、上記したＹ２方向に剥離が進展すると凸部４４２に達する。角度θｂが鈍角、つまり９０度より大きい場合、Ｙ方向成分により剥離が側面４４２ｂとの界面を進展する虞がある。本実施形態では、角度θｂが９０度であるため、剥離の進展を効果的に抑制することができる。これにより、たとえば封止体３０と保護膜４５との界面で生じた剥離が、ボンディングワイヤ９０とパッド４４との接続部（接合部）まで進展するのを効果的に抑制することができる。つまり、剥離進展によるボンディングワイヤ９０とパッド４４との接続部にクラックや断線などが生じるのを抑制することができる。角度θａをなす部分と、角度θｂをなす部分との相乗効果により、剥離進展を効果的に抑制することができる。
【0070】
＜変形例＞
凸部４４２が上地層４４ｂのみにより構成される例を示したが、これに限定されない。たとえば図７に示すように、下地層４４ａと上地層４４ｂとにより、凸部４４２を構成してもよい。図７では、第２層４４ａ２が、保護膜４５の開口部４５１を埋めるとともに、開口周縁４５３よりも上方まで配置されている。側面４４２ｂのほぼ全域は、Ｚ方向に対して略平行である。このような凸部４４２は、開口部４５１の上端よりも上方まで第２層４４ａ２を成膜し、パターニングすればよい。図７は、図５に対応する断面図である。
凸部４４２が上地層４４ｂのみにより構成される例を示したが、これに限定されない。たとえば図７に示すように、下地層４４ａと上地層４４ｂとにより、凸部４４２を構成してもよい。図７では、第２層４４ａ２が、保護膜４５の開口部４５１を埋めるとともに、開口周縁４５３よりも上方まで配置されている。側面４４２ｂのほぼ全域は、Ｚ方向に対して略平行である。このような凸部４４２は、開口部４５１の上端よりも上方まで第２層４４ａ２を成膜し、パターニングすればよい。図７は、図５に対応する断面図である。
【0071】
周辺領域４４１ｂの少なくとも一部の面と、接続領域４４１ａの面との相対的な角度が９０度の例を示したが、これに限定されない。周辺領域４４１ｂの少なくとも一部の面と、接続領域４４１ａの面との相対的な角度を９０度より小さい角度にしてもよい。つまり、角度θａを鋭角にしてもよい。鋭角にすることで、剥離の進展をより効果的に抑制することができる。
【0072】
角度θｂが９０度の例を示したこれに限定されない。図８に示すように、側面４４２ｂと開口周縁４５３とのなす角度、つまり上記した角度θｂを鋭角にしてもよい。図８は、図５に対応する断面図である。図８では、図７同様、下地層４４ａと上地層４４ｂとにより、凸部４４２を構成している。第２層４４ａ２をパターニングする際、側面がテーパ面となるようにエッチングすることで、側面４４２ｂにおいて凸部４４２の下端から所定の範囲と開口周縁４５３とのなす角度θｂを、９０度より小さい角度にしている。
【0073】
凸部４４２の側面４４２ｂに溝を設けてもよい。これにより、側面４４２ｂに対する封止体３０の密着性を高めることができる。つまり、側面４４２ｂを介した剥離の進展を抑制することができる。
【0074】
（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、パッド４４に凸部４４２を設けた。これに代えて、パッド４４に凹部を設けてもよい。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、パッド４４に凸部４４２を設けた。これに代えて、パッド４４に凹部を設けてもよい。
【0075】
図９は、本実施形態に係る半導体装置２０において、半導体素子４０のパッド周辺を示す断面図である。図９は、図５に対応している。図９では、便宜上、ドレイン電極４３の図示を省略している。図１０は、パッド４４の凹部形状を示している。図１０は、図９に一点鎖線で示す領域Xを拡大した図である。図１０では、封止体３０およびボンディングワイヤ９０についても図示している。明確化のために、図１０では、封止体３０およびパッド４４のハッチングを意図的に省略している。
【0076】
図９および図１０に示すように、本実施形態では、パッド４４が、凹部４４３を有している。凹部４４３は、保護膜４５の開口部４５１内において設けられている。パッド４４は、先行実施形態同様、下地層４４ａと上地層４４ｂとを備えて構成されている。第２層４４ａ２は、開口部４５１内に配置されている。第２層４４ａ２の下端は開口部４５１の下端にほぼ一致し、第２層４４ａ２の上端は開口部４５１の上端にほぼ一致している。
【0077】
第２層４４ａ２は、上端（上面）に開口する溝４４４を有している。溝４４４は、第２層４４ａ２の下端に達しない深さを有している。上地層４４ｂは、溝４４４内に配置されている。上地層４４ｂは、溝４４４を第２層４４ａ２の上面より低い位置まで埋めている。
【0078】
パッド４４は、凹部４４３を規定する壁面として、上面４４３ａと、側面４４３ｂと、底面４４３ｃを有している。上面４４３ａは、第２層４４ａ２の上端（上面）である。側面４４３ｂは、第２層４４ａ２において、溝４４４の側面の一部を規定する面である。底面４４３ｃは、上地層４４ｂの上面である。そして、底面４４３ｃが、露出面４４１の接続領域４４１ａを提供している。また、上面４４３ａおよび側面４４３ｂが、周辺領域４４１ｂを提供している。
【0079】
本実施形態では、接続領域４４１ａを提供する底面４４３ｃのほぼ全域が、ＸＹ平面に対して略平行である。底面４４３ｃは、略平坦な面である。底面４４３ｃは、たとえばＹ方向を長手方向とする平面略矩形状をなしている。また、周辺領域４４１ｂを提供する側面４４３ｂのほぼ全域が、Ｚ方向に対して略平行である。これにより、底面４４３ｃと側面４４３ｂとの相対的な角度θｃ、つまり接続領域４４１ａと周辺領域４４１ｂとの相対的な角度が、９０度である。底面４４３ｃと側面４４３ｂとの相対的な角度θｃとは、底面４４３ｃと側面４４３ｂとのなす角度である。
【0080】
さらに本実施形態では、上面４４３ａが、ＸＹ平面に略平行である。上面４４３ａは、略面一で開口周縁４５３に連なっている。これにより、側面４４３ｂと上面４４３ａ、ひいては開口周縁４５３との相対的な角度θｄが、９０度である。その他の構成については、先行実施形態に記載の構成と同様である。
【0081】
上記した構造のパッド４４は、たとえば以下に示す方法により形成することができる。まず、層間絶縁膜４６上に、たとえばスパッタ法により、第１層４４ａ１を成膜する。次いで、たとえばスピンコートにより、第１層４４ａ１を覆うように保護膜４５を形成する。そして、フォトレジストをマスクとしてエッチングを行うことで保護膜４５をパターニングし、開口部４５１、４５２を形成する。
【0082】
次いで、たとえばスパッタ法により、第２層４４ａ２を成膜する。このとき、開口部４５１を埋めるように、第２層４４ａ２を成膜する。そして、フォトレジストをマスクとしてエッチングを行うことで第２層４４ａ２をパターニングする。これにより、第２層４４ａ２を開口部４５２内のみに残すとともに、第２層４４ａ２に溝４４４を形成する。次いで、めっき法により、上地層４４ｂを第２層４４ａ２の溝４４４内に成膜する。以上により、凹部４４３を有するパッド４４を形成することができる。
【0083】
＜第２実施形態のまとめ＞
本実施形態においても、パッド４４の露出面４４１において、周辺領域４４１ｂの少なくとも一部の面と、接続領域４４１ａの面との相対的な角度が９０度である。このため、露出面４４１において、周辺領域４４１ｂと接続領域４４１ａとの間で封止体３０の剥離が進展し難い。以上より、信頼性が高い半導体装置２０を提供することができる。
本実施形態においても、パッド４４の露出面４４１において、周辺領域４４１ｂの少なくとも一部の面と、接続領域４４１ａの面との相対的な角度が９０度である。このため、露出面４４１において、周辺領域４４１ｂと接続領域４４１ａとの間で封止体３０の剥離が進展し難い。以上より、信頼性が高い半導体装置２０を提供することができる。
【0084】
本実施形態では、パッド４４が、保護膜４５の開口部４５１内において設けられた凹部４４３を有している。そして、接続領域４４１ａを提供する底面４４３ｃと、周辺領域４４１ｂを提供する側面４４３ｂとのなす角度θｃを、９０度としている。たとえば図１０に示すように、側面４４３ｂに対する封止体３０の剥離がＺ３方向に進展しても、底面４４３ｃ側に進展するのを抑制することができる。また、底面４４３ｃに対する封止体３０の剥離が図１０に示すＹ３方向に進展しても、側面４４３ｂ側に進展するのを抑制することができる。
【0085】
本実施形態では、側面４４３ｂと上面４４３ａとのなす角度θｄ、つまり側面４４３ｂと開口周縁４５３とのなす角度を、９０度としている。たとえば図１０に示すように、保護膜４５に対する封止体３０の剥離がＹ４方向に進展しても、側面４４３ｂ側に進展するのを抑制することができる。また、側面４４３ｂに対する封止体３０の剥離が図１０に示すＺ４方向に進展しても、保護膜４５の開口周縁４５３、つまり保護膜４５の上面側に進展するのを抑制することができる。
【0086】
凹部４４３を有する構成では、上記したＹ３方向に剥離が進展すると側面４４３ｂに達する。角度θｃが鈍角、つまり９０度より大きい場合、Ｙ方向成分により剥離が側面４４３ｂとの界面を進展する虞がある。本実施形態では、角度θｃが９０度であるため、剥離の進展を効果的に抑制することができる。これにより、ボンディングワイヤ９０とパッド４４との接続部（接合部）のクラックを起点とする剥離が、パッド４４の周囲に進展するのを効果的に抑制することができる。たとえば、剥離がソース電極４２に向けて進展し、ソース電極４２の接続信頼性が低下するのを抑制することができる。また、剥離が半導体素子４０の外周端に進展し、ソース電極４２とドレイン電極４３とが短絡する、つまり絶縁信頼性が低下するのを抑制することができる。角度θｃをなす部分と、角度θｄをなす部分との相乗効果により、剥離進展を効果的に抑制することができる。
【0087】
＜変形例＞
周辺領域４４１ｂの少なくとも一部の面と、接続領域４４１ａの面との相対的な角度が９０度の例を示したが、これに限定されない。周辺領域４４１ｂの少なくとも一部の面と、接続領域４４１ａの面との相対的な角度を９０度より小さい角度にしてもよい。図１１に示す例では、底面４４３ｃと側面４４３ｂとのなす角度、つまり上記した角度θｃが鋭角である。このような構造は、第２層４４ａ２をパターニングする際に、溝４４４が逆テーパとなるようにエッチングすることで得ることができる。角度θｃを鋭角にすることで、剥離の進展をより効果的に抑制することができる。図１１は、図９に対応する断面図である。
周辺領域４４１ｂの少なくとも一部の面と、接続領域４４１ａの面との相対的な角度が９０度の例を示したが、これに限定されない。周辺領域４４１ｂの少なくとも一部の面と、接続領域４４１ａの面との相対的な角度を９０度より小さい角度にしてもよい。図１１に示す例では、底面４４３ｃと側面４４３ｂとのなす角度、つまり上記した角度θｃが鋭角である。このような構造は、第２層４４ａ２をパターニングする際に、溝４４４が逆テーパとなるようにエッチングすることで得ることができる。角度θｃを鋭角にすることで、剥離の進展をより効果的に抑制することができる。図１１は、図９に対応する断面図である。
【0088】
角度θｄが９０度の例を示したこれに限定されない。図１１に示すように、角度θｄを、９０度より小さい角度、つまり鋭角としてもよい。
【0089】
（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、パッド４４に凸部４４２または凹部４４３を設けた。これに代えて、保護膜４５に凸部および／または凹部を設けてもよい。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、パッド４４に凸部４４２または凹部４４３を設けた。これに代えて、保護膜４５に凸部および／または凹部を設けてもよい。
【0090】
【0091】
ソース電極４２は、上記したように多層構造をなしている。ソース電極４２は、下地層４２ａと、上地層４２ｂを有している。下地層４２ａは、下地層４４ａと共通の材料、たとえばＡｌ合金を材料として形成されている。
【0092】
上地層４２ｂは、開口部４５２から露出する下地層４２ａ上に積層配置されている。上地層４２ｂは、開口部４５２内に配置されている。上地層４２ｂの上面は、保護膜４５の開口周縁４５４よりも低い位置である。開口周縁４５４は、保護膜４５の上面のうち、開口部４５２の周縁部分である。
【0093】
上地層４２ｂは、上地層４４ｂと共通の構成である。上地層４２ｂは、Ｎｉ層を少なくとも含む。Ｎｉは、下地層４２ａを構成するＡｌ合金よりも硬い。上地層４２ｂは、Ｎｉ層上に、さらにＡｕ層を備えてもよい。Ａｕ層は、たとえば、Ｎｉ層の酸化を抑制してはんだとの濡れ性を向上する。Ａｕは、はんだ付け時にはんだ中に拡散する。接合材９１がはんだの場合、Ａｕ層は、はんだ接合する前の状態で存在し、はんだ接合した状態で存在しない。
【0094】
ソース電極４２は、パッド４４のひとつと電気的に接続されてもよい。図１２に示すパッド４４は、半導体基板４１に形成されたＭＯＳＦＥＴ１１のソース電位を検出するケルビンソース用のパッドである。ソース電極４２の下地層４２ａとケルビンソース用のパッド４４の第１層４４ａ１とが、電気的に接続されている。他のパッド４４の第１層４４ａ１は、ソース電極４２の下地層４２ａに対して電気的に分離されている。
【0095】
保護膜４５は、保護膜４５ａを含んでいる。保護膜４５ａは、保護膜４５のうち、平面視においてソース電極４２とパッド４４との間に配置された部分である。保護膜４５ａは、凸部４５５および凹部４５６を有している。凸部４５５は、開口周縁４５４に連なっている。凸部４５５は、Ｚ方向において開口周縁４５４よりも上方に突出している。凹部４５６は、開口周縁４５３に連なっている。凹部４５６は、Ｚ方向において開口周縁４５３に対して凹んでいる。その他の構成については、先行実施形態に記載の半導体装置２０と同様である。パッド４４は、第１実施形態に記載の構成（図５参照）と同様である。
【0096】
＜第３実施形態のまとめ＞
近年、大電流化のために素子面積を拡大しており、ソース電極４２とパッド４４との距離が短くなってきている。つまり、ソース電極４２側で生じた剥離が、パッド４４に到達しやすくなっている。図１２に示すように、封止体３０、ソース電極４２（上地層４２ｂ）、および接合材９１の三重点ＴＰが形成される構成では、三重点ＴＰに熱応力が集中しやすい。たとえば封止体３０の剥離は、三重点ＴＰを起点として生じ、パッド４４に向けて進展する。剥離がパッド４４に到達することで、ボンディングワイヤ９０とパッド４４との接続部（接合部）にクラックが生じたり、ボンディングワイヤ９０に断線が生じたりする虞がある。つまり、ボンディングワイヤ９０とパッド４４との接続部において接続信頼性が低下する。
近年、大電流化のために素子面積を拡大しており、ソース電極４２とパッド４４との距離が短くなってきている。つまり、ソース電極４２側で生じた剥離が、パッド４４に到達しやすくなっている。図１２に示すように、封止体３０、ソース電極４２（上地層４２ｂ）、および接合材９１の三重点ＴＰが形成される構成では、三重点ＴＰに熱応力が集中しやすい。たとえば封止体３０の剥離は、三重点ＴＰを起点として生じ、パッド４４に向けて進展する。剥離がパッド４４に到達することで、ボンディングワイヤ９０とパッド４４との接続部（接合部）にクラックが生じたり、ボンディングワイヤ９０に断線が生じたりする虞がある。つまり、ボンディングワイヤ９０とパッド４４との接続部において接続信頼性が低下する。
【0097】
また、熱応力によりボンディングワイヤ９０とパッド４４との接続部に生じたクラックを起点として剥離が進展し、ソース電極４２に到達すると、接合材９１やソース電極４２に熱応力が集中しやすくなる。つまり、ソース電極４２の接続部において接続信頼性が低下する。
【0098】
本実施形態では、保護膜４５ａが、凸部４５５および凹部４５６を有している。凸部４５５を規定する壁面は、保護膜４５の上面に対する封止体３０の剥離の進行方向に対して直交成分を有する。これにより、凸部４５５よりもソース電極４２寄りの部分と、凸部４５５よりもパッド４４よりも部分との間で、封止体３０の剥離が進展し難い。同様に、凹部４５６を規定する壁面は、保護膜４５の上面に対する封止体３０の剥離の進行方向に対して直交成分を有する。これにより、凹部４５６よりもソース電極４２寄りの部分と、凹部４５６よりもパッド４４よりも部分との間で、封止体３０の剥離が進展し難い。この結果、ソース電極４２とパッド４４との間で、封止体３０の剥離が進展するのを抑制することができる。したがって、先行実施形態に記載の効果と相まって、接続信頼性の低下をより効果的に抑制することができる。
【0099】
また、保護膜４５に凸部４５５および凹部４５６を設けることで、封止体３０と保護膜４５との接触面積が増加し、アンカー効果も期待できる。つまり、保護膜４５に対する封止体３０の密着性を高めることができる。これによっても、剥離の進展を抑制することができる。
【0100】
＜変形例＞
保護膜４５ａが凸部４５５および凹部４５６を有する例を示したが、これに限定されない。凸部４５５のみを有してもよいし、凹部４５６のみを有してもよい。ソース電極４２側に凹部４５６を設け、パッド４４側に凸部４５５を設けてもよい。
保護膜４５ａが凸部４５５および凹部４５６を有する例を示したが、これに限定されない。凸部４５５のみを有してもよいし、凹部４５６のみを有してもよい。ソース電極４２側に凹部４５６を設け、パッド４４側に凸部４５５を設けてもよい。
【0101】
保護膜４５ａに凸部４５５および／または凹部４５６を設ける例を示したが、これに限定されない。パッド４４の周辺において、保護膜４５ａ以外の部分に、凸部４５５および／または凹部４５６を設けてもよい。たとえば図１３に示すように、Ｙ方向の両サイドに凸部４５５および凹部４５６を設けてもよい。図１３は、図５に対応する断面図である。
【0102】
凸部４５５および凹部４５６は、ソース電極４２とパッド４４との間の保護膜４５ａだけでなく、パッド４４と半導体素子４０の端部との間の保護膜４５ｂにも設けられている。これによれば、上記した効果に加えて、ボンディングワイヤ９０とパッド４４との接続部に生じたクラックを起点として剥離が半導体素子４０の端部に到達し、絶縁信頼性が低下するのを抑制することができる。図１３では、保護膜４５ａ、４５ｂのそれぞれに凸部４５５および凹部４５６を設けているが、凸部４５５および凹部４５６の一方のみを設けてもよいことは言うまでもない。
【0103】
本実施形態に記載の構成は、第１実施形態に記載の構成、第２実施形態に記載の構成、各種変形例のいずれとも組み合わせが可能である。たとえば図１２においてパッド４４が凸部４４２を有する例を示したが、凹部４４３を有する構成とも組み合わせが可能である。
【0104】
（第４実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、はんだと保護膜との境界、すなわち保護膜の開口端を、アクティブ領域と重なる位置に設けた。これに代えて、保護膜の開口端を、アクティブ領域よりも外側に設けてもよい。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、はんだと保護膜との境界、すなわち保護膜の開口端を、アクティブ領域と重なる位置に設けた。これに代えて、保護膜の開口端を、アクティブ領域よりも外側に設けてもよい。
【0105】
図１４は、本実施形態に係る半導体装置２０において、半導体素子４０のパッド周辺を示す断面図である。図１４は、図６に対応している。ただし、図１４では、封止体３０およびパッド４４にもハッチングを施している。図１５は、パッド４４を示す平面図である。
【0106】
パッド４４は、第１実施形態に記載の構成（図５参照）と同様、凸部４４２を有している。図１４および図１５に示すように、パッド４４は、上地層４４ｂを貫通し、下地層４４ａを底とする溝４４５を有している。溝４４５は、パッド４４におけるボンディングワイヤとの接合部を取り囲むように、平面視において環状に設けられている。その他の構成については、先行実施形態に記載の半導体装置２０と同様である。
【0107】
＜第４実施形態のまとめ＞
本実施形態では、パッド４４が、上地層４４ｂを貫通する溝４４５を有している。溝４４５を規定する壁面は、凸部４４２の上面４４２ａに対する封止体３０の剥離の進行方向に対して直交成分を有する。これにより、封止体３０の剥離が進展し難い。したがって、先行実施形態に記載の効果と相まって、半導体装置２０の信頼性をさらに高めることができる。
本実施形態では、パッド４４が、上地層４４ｂを貫通する溝４４５を有している。溝４４５を規定する壁面は、凸部４４２の上面４４２ａに対する封止体３０の剥離の進行方向に対して直交成分を有する。これにより、封止体３０の剥離が進展し難い。したがって、先行実施形態に記載の効果と相まって、半導体装置２０の信頼性をさらに高めることができる。
【0108】
また、溝４４５を設けることで、封止体３０とパッド４４との接触面積が増加し、アンカー効果も期待できる。つまり、パッド４４に対する封止体３０の密着性を高めることができる。これによっても、剥離の進展を抑制することができる。
【0109】
＜変形例＞
溝４４５を多重に設けてもよい。また、多重に設けた溝４４５の一部を、平面視においてパッド４４におけるボンディングワイヤ９０との接合部の直下に配置してもよい。
溝４４５を多重に設けてもよい。また、多重に設けた溝４４５の一部を、平面視においてパッド４４におけるボンディングワイヤ９０との接合部の直下に配置してもよい。
【0110】
本実施形態に記載の構成は、第１実施形態に記載の構成、第２実施形態に記載の構成、第３実施形態に記載の構成、各種変形例のいずれとも組み合わせが可能である。たとえば凹部４４３を有する構成において、上地層４４ｂに溝４４５を設けてもよい。
【0111】
（他の実施形態）
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
【0112】
明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。
【0113】
ある要素または層が「上にある」、「連結されている」、「接続されている」または「結合されている」と言及されている場合、それは、他の要素、または他の層に対して、直接的に上に、連結され、接続され、または結合されていることがあり、さらに、介在要素または介在層が存在していることがある。対照的に、ある要素が別の要素または層に「直接的に上に」、「直接的に連結されている」、「直接的に接続されている」または「直接的に結合されている」と言及されている場合、介在要素または介在層は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同様のやり方で（例えば、「間に」対「直接的に間に」、「隣接する」対「直接的に隣接する」など）解釈されるべきである。この明細書で使用される場合、用語「および／または」は、関連する列挙されたひとつまたは複数の項目に関する任意の組み合わせ、およびすべての組み合わせを含む。
【0114】
空間的に相対的な用語「内」、「外」、「裏」、「下」、「低」、「上」、「高」などは、図示されているような、ひとつの要素または特徴の他の要素または特徴に対する関係を説明する記載を容易にするためにここでは利用されている。空間的に相対的な用語は、図面に描かれている向きに加えて、使用または操作中の装置の異なる向きを包含することを意図することができる。例えば、図中の装置をひっくり返すと、他の要素または特徴の「下」または「真下」として説明されている要素は、他の要素または特徴の「上」に向けられる。したがって、用語「下」は、上と下の両方の向きを包含することができる。この装置は、他の方向に向いていてもよく（９０度または他の向きに回転されてもよい）、この明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈される。
【0115】
車両の駆動システム１は、上記した構成に限定されない。モータジェネレータ３をひとつ備える例を示したが、これに限定されない。複数のモータジェネレータを備えてもよい。電力変換装置４が、電力変換部としてインバータ６を備える例を示したが、これに限定されない。たとえば、複数のインバータを備える構成としてもよい。すくなくともひとつのインバータと、コンバータを備える構成としてもよい。コンバータのみを備えてもよい。
【0116】
半導体素子４０が、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ１１を有する例を示したが、これに限定されない。たとえば、ＩＧＢＴを採用することもできる。ＩＧＢＴは、Insulated Gate Bipolar Transistorの略称である。
【0117】
ヒートシンク５０、６０の裏面５０ｂ、６０ｂが、封止体３０から露出する例を示したが、これに限定されない。裏面５０ｂ、６０ｂの少なくとも一方が、封止体３０によって覆われた構成としてもよい。裏面５０ｂ、６０ｂの少なくとも一方が、封止体３０とは別の図示しない絶縁部材によって覆われた構成としてもよい。
【0118】
ソース電極４２（第１主電極）に接続される第１配線部材として、ヒートシンク５０および導電スペーサ７０を備え、ドレイン電極４３（第２主電極）に接続される第２配線部材としてヒートシンク６０を備える例を示した。しかしながら、配線部材は、上記した例に限定されない。たとえば、ヒートシンク５０、６０に代えて、絶縁基材の両面に金属体が配置された基板を採用してもよい。基板の一例は、ＤＢＣ基板である。ＤＢＣは、Direct Bonded Copperの略称である。導電スペーサ７０に代えて、ヒートシンク５０に凸部を設けてもよい。同様に、基板の内面側の金属体に凸部を設けてもよい。
【0119】
半導体装置２０として、両面放熱構造の例を示したが、これに限定されない。片面放熱構造にも適用することができる。たとえばドレイン電極４３はヒートシンクまたは基板の金属体に接続され、ソース電極４２はリードに接続されてもよい。
【0120】
半導体装置２０が、ひとつのアームを構成する半導体素子４０をひとつのみ備える例を示したが、これに限定されない。半導体装置２０が、ひとつのアームを構成する複数の半導体素子４０を備えてもよい。つまり、複数の半導体素子４０が互いに並列接続されてひとつのアームを構成してもよい。また、半導体装置２０が、一相分の上下アーム回路９を構成する複数の半導体素子４０を備えてもよい。複数相の上下アーム回路９を構成する複数の半導体素子４０を備えてもよい。
【符号の説明】
【0121】
１…駆動システム、２…直流電源、３…モータジェネレータ、４…電力変換装置、５…平滑コンデンサ、６…インバータ、７…Ｐライン、８…Ｎライン、９…上下アーム回路、９Ｈ…上アーム、９Ｌ…下アーム、１０…出力ライン、１１…ＩＧＢＴ、１２…ダイオード、２０…半導体装置、３０…封止樹脂体、３０ａ…一面、３０ｂ…裏面、３０ｃ、３０ｄ…側面、４０…半導体素子、４１…半導体基板、４１ａ…一面、４１ｂ…裏面、４２…ソース電極、４２ａ…下地層、４２ｂ…上地層、４２１…露出面、４３…ドレイン電極、４４…パッド、４４ａ…下地層、４４ａ１…第１層、４ａ２…第２層、４４ｂ…上地層、４４１…露出面、４４１ａ…接続領域、４４１ｂ…周辺領域、４４２…凸部、４４２ａ…上面、４４２ｂ…側面、４４２ｃ…一部、４４３…凹部、４４３ａ…上面、４４３ｂ…側面、４４３ｃ…底面、４４４、４４５…溝、４５、４５ａ、４５ｂ…保護膜、４５１、４５２…開口部、４５３、４５４…開口周縁、４５５…凸部、４５６…凹部、４６…層間絶縁膜、５０…ヒートシンク、５０ａ…対向面、５０ｂ…裏面、６０…ヒートシンク、６０ａ…対向面、６０ｂ…裏面、７０…導電スペーサ、８０…外部接続端子、８１、８２…主端子、８３…信号端子、９０…ボンディングワイヤ、９１、９２、９３…接合材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【手続補正書】
【提出日】2024-10-01
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板（４１）と、前記半導体基板の一面上に配置された第１主電極（４２）と、前記半導体基板において前記一面とは板厚方向において反対の裏面上に配置された第２主電極（４３）と、前記一面上において前記第１主電極とは異なる位置に配置された信号用の電極であるパッド（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
前記第１配線部材および前記第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、前記半導体素子と、前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
前記半導体素子は、前記一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
前記パッドは、前記開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
前記露出面は、前記ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、前記接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
前記周辺領域は、前記接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
前記保護膜は、前記板厚方向の平面視において、前記第１主電極と前記パッドとの間に、凸部（４５５）および／または凹部（４５６）を有し、
前記第１配線部材を介して前記第１主電極に電気的に接続された第１主端子（８１）と、前記第２配線部材を介して前記第２主電極に電気的に接続された第２主端子（８２）と、を含む複数の主端子（８１，８２）をさらに備え、
前記封止体は前記主端子のそれぞれの一部を封止し、前記主端子のそれぞれは前記封止体から突出している、半導体装置。
前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
前記第１配線部材および前記第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、前記半導体素子と、前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
前記半導体素子は、前記一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
前記パッドは、前記開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
前記露出面は、前記ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、前記接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
前記周辺領域は、前記接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
前記保護膜は、前記板厚方向の平面視において、前記第１主電極と前記パッドとの間に、凸部（４５５）および／または凹部（４５６）を有し、
前記第１配線部材を介して前記第１主電極に電気的に接続された第１主端子（８１）と、前記第２配線部材を介して前記第２主電極に電気的に接続された第２主端子（８２）と、を含む複数の主端子（８１，８２）をさらに備え、
前記封止体は前記主端子のそれぞれの一部を封止し、前記主端子のそれぞれは前記封止体から突出している、半導体装置。
【請求項2】
前記ボンディングワイヤを介して前記パッドに電気的に接続される信号端子（８３）をさらに備え、
前記封止体は前記信号端子の一部を封止し、前記信号端子は前記封止体から突出している、請求項１に記載の半導体装置。
前記封止体は前記信号端子の一部を封止し、前記信号端子は前記封止体から突出している、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記信号端子は、前記封止体において前記主端子が突出する面とは反対の面から突出している、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第２配線部材の一部が前記封止体から露出している、請求項１～３いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第１配線部材の一部が前記封止体から露出している、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第１配線部材は、前記第２配線部材が露出する面とは前記板厚方向において反対の面から露出している、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記半導体基板は、シリコン、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、酸化ガリウム、およびダイヤモンドのいずれかを材料として形成されている、請求項１～６いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記封止体は、モールド樹脂またはゲルである、請求項１～７いずれか１項に記載の半導体装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0006】
ここに開示された半導体装置は、
半導体基板（４１）と、半導体基板の一面上に配置された第１主電極（４２）と、半導体基板において一面とは板厚方向において反対の裏面上に配置された第２主電極（４３）と、一面上において第１主電極とは異なる位置に配置された信号用の電極であるパッド（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
第１配線部材および第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、半導体素子と、ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
半導体素子は、一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
パッドは、開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
露出面は、ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
周辺領域は、接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
保護膜は、板厚方向の平面視において、第１主電極とパッドとの間に、凸部（４５５）および／または凹部（４５６）を有し、
第１配線部材を介して第１主電極に電気的に接続された第１主端子（８１）と、第２配線部材を介して第２主電極に電気的に接続された第２主端子（８２）と、を含む複数の主端子（８１，８２）をさらに備え、
封止体は主端子のそれぞれの一部を封止し、主端子のそれぞれは封止体から突出している。
半導体基板（４１）と、半導体基板の一面上に配置された第１主電極（４２）と、半導体基板において一面とは板厚方向において反対の裏面上に配置された第２主電極（４３）と、一面上において第１主電極とは異なる位置に配置された信号用の電極であるパッド（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
第１配線部材および第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、半導体素子と、ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
半導体素子は、一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
パッドは、開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
露出面は、ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
周辺領域は、接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
保護膜は、板厚方向の平面視において、第１主電極とパッドとの間に、凸部（４５５）および／または凹部（４５６）を有し、
第１配線部材を介して第１主電極に電気的に接続された第１主端子（８１）と、第２配線部材を介して第２主電極に電気的に接続された第２主端子（８２）と、を含む複数の主端子（８１，８２）をさらに備え、
封止体は主端子のそれぞれの一部を封止し、主端子のそれぞれは封止体から突出している。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0120】
半導体装置２０が、ひとつのアームを構成する半導体素子４０をひとつのみ備える例を示したが、これに限定されない。半導体装置２０が、ひとつのアームを構成する複数の半導体素子４０を備えてもよい。つまり、複数の半導体素子４０が互いに並列接続されてひとつのアームを構成してもよい。また、半導体装置２０が、一相分の上下アーム回路９を構成する複数の半導体素子４０を備えてもよい。複数相の上下アーム回路９を構成する複数の半導体素子４０を備えてもよい。
ここまで説明した実施形態及び変形例から把握される技術的思想を、付記として以下に記載する。
＜付記１＞
半導体基板（４１）と、前記半導体基板の一面上に配置された第１主電極（４２）と、前記半導体基板において前記一面とは板厚方向において反対の裏面上に配置された第２主電極（４３）と、前記一面上において前記第１主電極とは異なる位置に配置された信号用の電極であるパッド（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
前記第１配線部材および前記第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、前記半導体素子と、前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
前記半導体素子は、前記一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
前記パッドは、前記開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
前記露出面は、前記ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、前記接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
前記周辺領域は、前記接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
前記保護膜は、前記板厚方向の平面視において、前記第１主電極と前記パッドとの間に、凸部（４５５）および／または凹部（４５６）を有する、半導体装置。
＜付記２＞
前記パッドは、下地層（４４ａ）と、前記下地層上に積層配置され、前記露出面の少なくとも一部を提供する上地層（４４ｂ）と、前記上地層を貫通する溝（４４５）と、を有する、付記１に記載の半導体装置。
＜付記３＞
半導体基板（４１）と、前記半導体基板の一面上に配置された第１主電極（４２）と、前記半導体基板において前記一面とは板厚方向において反対の裏面上に配置された第２主電極（４３）と、前記一面上において前記第１主電極とは異なる位置に配置された信号用の電極であるパッド（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
前記第１配線部材および前記第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、前記半導体素子と、前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
前記半導体素子は、前記一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
前記パッドは、前記開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
前記露出面は、前記ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、前記接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
前記周辺領域は、前記接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
前記パッドは、下地層（４４ａ）と、前記下地層上に積層配置され、前記露出面の少なくとも一部を提供する上地層（４４ｂ）と、前記上地層を貫通する溝（４４５）と、を有する、半導体装置。
＜付記４＞
前記パッドは、前記保護膜における前記開口部の周縁（４５３）に対して突出する凸部（４４２）を有し、
前記凸部の上面（４４２ａ）が前記接続領域を提供し、前記凸部の側面（４４２ｂ）が前記周辺領域を提供する、付記１～３いずれかひとつに記載の半導体装置。
＜付記５＞
前記側面において前記凸部の下端から所定の範囲の部分は、前記保護膜の前記開口部の周縁に対する相対的な角度が９０度以下である、付記４に記載の半導体装置。
＜付記６＞
前記パッドは、前記開口部内において設けられた凹部（４４３）を有し、
前記凹部の底面（４４３ｃ）が前記接続領域を提供し、前記凹部の側面（４４３ｂ）と前記側面に連なる上面（４４３ａ）が前記周辺領域を提供する、付記１～３いずれかひとつに記載の半導体装置。
＜付記７＞
半導体基板（４１）と、前記半導体基板の一面上に配置された第１主電極（４２）と、前記半導体基板において前記一面とは板厚方向において反対の裏面上に配置された第２主電極（４３）と、前記一面上において前記第１主電極とは異なる位置に配置された信号用の電極であるパッド（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
前記第１配線部材および前記第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、前記半導体素子と、前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
前記半導体素子は、前記一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
前記パッドは、前記開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
前記露出面は、前記ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、前記接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
前記周辺領域は、前記接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
前記パッドは、前記開口部内において設けられた凹部（４４３）を有し、
前記凹部の底面（４４３ｃ）が前記接続領域を提供し、前記凹部の側面（４４３ｂ）と前記側面に連なる上面（４４３ａ）が前記周辺領域を提供する、半導体装置。
ここまで説明した実施形態及び変形例から把握される技術的思想を、付記として以下に記載する。
＜付記１＞
半導体基板（４１）と、前記半導体基板の一面上に配置された第１主電極（４２）と、前記半導体基板において前記一面とは板厚方向において反対の裏面上に配置された第２主電極（４３）と、前記一面上において前記第１主電極とは異なる位置に配置された信号用の電極であるパッド（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
前記第１配線部材および前記第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、前記半導体素子と、前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
前記半導体素子は、前記一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
前記パッドは、前記開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
前記露出面は、前記ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、前記接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
前記周辺領域は、前記接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
前記保護膜は、前記板厚方向の平面視において、前記第１主電極と前記パッドとの間に、凸部（４５５）および／または凹部（４５６）を有する、半導体装置。
＜付記２＞
前記パッドは、下地層（４４ａ）と、前記下地層上に積層配置され、前記露出面の少なくとも一部を提供する上地層（４４ｂ）と、前記上地層を貫通する溝（４４５）と、を有する、付記１に記載の半導体装置。
＜付記３＞
半導体基板（４１）と、前記半導体基板の一面上に配置された第１主電極（４２）と、前記半導体基板において前記一面とは板厚方向において反対の裏面上に配置された第２主電極（４３）と、前記一面上において前記第１主電極とは異なる位置に配置された信号用の電極であるパッド（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
前記第１配線部材および前記第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、前記半導体素子と、前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
前記半導体素子は、前記一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
前記パッドは、前記開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
前記露出面は、前記ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、前記接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
前記周辺領域は、前記接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
前記パッドは、下地層（４４ａ）と、前記下地層上に積層配置され、前記露出面の少なくとも一部を提供する上地層（４４ｂ）と、前記上地層を貫通する溝（４４５）と、を有する、半導体装置。
＜付記４＞
前記パッドは、前記保護膜における前記開口部の周縁（４５３）に対して突出する凸部（４４２）を有し、
前記凸部の上面（４４２ａ）が前記接続領域を提供し、前記凸部の側面（４４２ｂ）が前記周辺領域を提供する、付記１～３いずれかひとつに記載の半導体装置。
＜付記５＞
前記側面において前記凸部の下端から所定の範囲の部分は、前記保護膜の前記開口部の周縁に対する相対的な角度が９０度以下である、付記４に記載の半導体装置。
＜付記６＞
前記パッドは、前記開口部内において設けられた凹部（４４３）を有し、
前記凹部の底面（４４３ｃ）が前記接続領域を提供し、前記凹部の側面（４４３ｂ）と前記側面に連なる上面（４４３ａ）が前記周辺領域を提供する、付記１～３いずれかひとつに記載の半導体装置。
＜付記７＞
半導体基板（４１）と、前記半導体基板の一面上に配置された第１主電極（４２）と、前記半導体基板において前記一面とは板厚方向において反対の裏面上に配置された第２主電極（４３）と、前記一面上において前記第１主電極とは異なる位置に配置された信号用の電極であるパッド（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０、７０）と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接続されたボンディングワイヤ（９０）と、
前記第１配線部材および前記第２配線部材それぞれの少なくとも一部と、前記半導体素子と、前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、を備え、
前記半導体素子は、前記一面上に配置され、開口部（４５１）が形成された保護膜（４５）を有し、
前記パッドは、前記開口部から露出する露出面（４４１）を有し、
前記露出面は、前記ボンディングワイヤが接続される接続領域（４４１ａ）と、前記接続領域の周辺領域（４４１ｂ）と、を有し、
前記周辺領域は、前記接続領域の面に対する相対的な角度が９０度以下の面を含み、
前記パッドは、前記開口部内において設けられた凹部（４４３）を有し、
前記凹部の底面（４４３ｃ）が前記接続領域を提供し、前記凹部の側面（４４３ｂ）と前記側面に連なる上面（４４３ａ）が前記周辺領域を提供する、半導体装置。