▶ 日産自動車株式会社の特許一覧 ▶ ルノー エス．ア．エス．の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-26
(45)【発行日】2022-11-04
(54)【発明の名称】半導体コンデンサ装置及び半導体コンデンサ装置モジュール
(51)【国際特許分類】
H01L 21/822 20060101AFI20221027BHJP
H01L 27/04 20060101ALI20221027BHJP
H01G 4/33 20060101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
H01L27/04 C
H01G4/33 102
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019060831
(22)【出願日】2019-03-27
(65)【公開番号】P2020161686
(43)【公開日】2020-10-01
【審査請求日】2021-11-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】507308902
【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．
【住所又は居所原語表記】１２２－１２２ ｂｉｓ， ａｖｅｎｕｅ ｄｕ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｅｃｌｅｒｃ， ９２１００ Ｂｏｕｌｏｇｎｅ－Ｂｉｌｌａｎｃｏｕｒｔ， Ｆｒａｎｃｅ
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100101247
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 俊一
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和
(74)【代理人】
【識別番号】100098327
【弁理士】
【氏名又は名称】高松 俊雄
(72)【発明者】
【氏名】沼倉 啓一郎
(72)【発明者】
【氏名】丸井 俊治
(72)【発明者】
【氏名】早見 泰明
(72)【発明者】
【氏名】田中 亮太
(72)【発明者】
【氏名】林 哲也
【審査官】市川 武宜
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－０７９９６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２２５５４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１５３０２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１６９５２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１９６８１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－００１６５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２２７２０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０９２０８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－４９２３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２８６８４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－５３３９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１５９１０６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／８２２
Ｈ０１Ｌ ２７／０４
Ｈ０１Ｇ ４／３３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板と、前記半導体基板の内部に形成された誘電層と、前記誘電層を挟む第１電極及び、前記第１電極とは異なる極性を有する第２電極とを備え、少なくとも１つの前記第１電極の一部が、前記半導体基板の主面に配置され、少なくとも２つの前記第２電極の一部が、前記主面に配置された前記第１電極を挟むように前記主面に配置された半導体コンデンサと、前記主面に配置された前記第１電極に接合される第１金属端子と、
前記主面に配置された前記第２電極のそれぞれに接合される第２金属端子と、を備え、
前記第１金属端子、及び前記第２金属端子は、同一方向に沿って延伸する
ことを特徴とする半導体コンデンサ装置。
【請求項2】
前記２つの第２電極の一部は、前記主面に配置された前記第１電極を囲むように前記主面に配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体コンデンサ装置。
【請求項3】
前記誘電層は、前記主面に対して垂直方向に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体コンデンサ装置。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体コンデンサ装置において、前記主面に対向する面に、前記第１電極及び前記第２電極と同一個数かつ同一形状の電極が配置され、前記半導体コンデンサ装置が２つ以上積層される
ことを特徴とする半導体コンデンサ装置モジュール。
【請求項5】
請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体コンデンサ装置を２つ以上有し、前記第１金属端子、及び前記第２金属端子が延伸する方向と直交する方向に前記半導体コンデンサ装置が並んで配置される
ことを特徴とする半導体コンデンサ装置モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体コンデンサ装置及び半導体コンデンサ装置モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、キャパシタ動作時の発熱を低減する発明が知られている（特許文献１）。特許文献１に記載された発明は、キャパシタの誘電層に凹凸構造を形成し、凹凸構造の向きを上部電極から下部電極へ向かう向きと直交させ、等価直列抵抗を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１６－１９５１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に記載された上部電極と下部電極とは、キャパシタの両端に位置する構造であるため、これらの電極を外部端子に接続した際に電流経路のインダクタンスが大きくなる。これにより、キャパシタ動作時の電流によって生じるサージ電圧が大きくなるおそれがある
【0005】
本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、等価直列抵抗の低減及びインダクタンスの低減を両立させることができる半導体コンデンサ装置及び半導体コンデンサ装置モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係る半導体コンデンサ装置は、半導体基板と、半導体基板の内部に形成された誘電層と、誘電層を挟む第１電極及び、第１電極とは異なる極性を有する第２電極とを備え、少なくとも１つの第１電極の一部が、半導体基板の主面に配置され、少なくとも２つの第２電極の一部が、主面に配置された第１電極を挟むように主面に配置された半導体コンデンサと、第１電極に接合される第１金属端子と、第２電極のそれぞれに接合される第２金属端子と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、等価直列抵抗の低減及びインダクタンスの低減を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【0010】
（第１実施形態）
（半導体コンデンサ装置の構成例）
図１～図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る半導体コンデンサ装置を説明する。半導体コンデンサは、半導体基板１を備える。本実施形態において、半導体基板１はケイ素（Ｓｉ）からなるが、これに限定されない。半導体基板１は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などで構成されてもよい。なお、本実施形態では、ｘｙｚ直交座標系を用いて半導体コンデンサ装置を説明する。半導体コンデンサ装置の幅方向をｘ軸方向とする。また、ｘ軸方向に直交して、半導体コンデンサ装置の前後方向をｚ軸方向、ｘ軸方向及びｚ軸方向に直交し、半導体コンデンサ装置の高さ方向をｙ軸方向とする。
（半導体コンデンサ装置の構成例）
図１～図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る半導体コンデンサ装置を説明する。半導体コンデンサは、半導体基板１を備える。本実施形態において、半導体基板１はケイ素（Ｓｉ）からなるが、これに限定されない。半導体基板１は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などで構成されてもよい。なお、本実施形態では、ｘｙｚ直交座標系を用いて半導体コンデンサ装置を説明する。半導体コンデンサ装置の幅方向をｘ軸方向とする。また、ｘ軸方向に直交して、半導体コンデンサ装置の前後方向をｚ軸方向、ｘ軸方向及びｚ軸方向に直交し、半導体コンデンサ装置の高さ方向をｙ軸方向とする。
【0011】
半導体基板１は、主面２と、主面２に対向する裏面（図１では不図示）とを備え、半導体基板１の形状は平板状である。本実施形態において、主面２及び裏面の形状は、四角形状であるが、これに限定されない。主面２及び裏面の形状は、円形であってもよい。
【0012】
図１では図示を省略するが、半導体基板１には溝が形成され、溝には誘電体からなる誘電層が形成される。誘電体は、特に限定されないが、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などからなる。誘電層は、高電位電極３および低電位電極４に接合される。更に、図１では図示を省略するが、溝の中の誘電層は１対の導体により挟持され、この１対の導体は誘電層により電気的に絶縁されている。誘電層及び誘電層を挟む１対の導体によってコンデンサが構成されている。１対の導体は、後述する高電位電極３及び低電位電極４の一部分である。
【0013】
図１及び図２に示すように、半導体基板１の主面２には、２つの高電位電極３と、１つの低電位電極４が配置される。高電位電極３は、低電位電極４を挟むように配置される。また、ｘ軸方向に沿って、高電位電極３、低電位電極４、高電位電極３の順に配置される。主面２に配置される高電位電極３及び低電位電極４の形状は、特に限定されないが、例えば長方形状である。高電位電極３及び低電位電極４は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｇなどからなる。なお、主面２には、高電位電極３の一部と、低電位電極４の一部が配置される。高電位電極３の残り部分と、低電位電極４の残り部分は、半導体基板１の内部に形成される。
【0014】
【0015】
図３～図５に示すように、高電位電極３の表面には、高電位金属端子５（第１金属端子）が接合される。高電位電極３の表面とは、主面２と接する面とは逆方向の面である。同様に、低電位電極４の表面には、低電位金属端子６（第２金属端子）が接合される。図３～図５に示す例では、２つの高電位金属端子５及び１つの低電位金属端子６が接合される。つまり、高電位電極３のそれぞれに高電位金属端子５が接合される。なお、高電位金属端子５及び低電位金属端子６の接合には、周知の接合方法（金属接合、圧接）が用いられる。
【0016】
【0017】
（作用効果）
第１実施形態によれば、主面２に配置された２つの高電位電極３が、主面２に配置された１つの低電位電極４を挟む。これにより、高電位電極３から半導体基板１の内部の誘電層までの電流経路、及び誘電層から低電位電極４までの電流経路が短くなるため、等価直列抵抗（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を低減することができる。
第１実施形態によれば、主面２に配置された２つの高電位電極３が、主面２に配置された１つの低電位電極４を挟む。これにより、高電位電極３から半導体基板１の内部の誘電層までの電流経路、及び誘電層から低電位電極４までの電流経路が短くなるため、等価直列抵抗（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を低減することができる。
【0018】
また、第１実施形態によれば、高電位金属端子５及び低電位金属端子６は、同一方向（ｚ方向）に沿って延伸される。これにより、図３に示すように、高電位金属端子５から半導体コンデンサへ流れる電流２０と、半導体コンデンサから低電位金属端子６へ流れる電流２１とが対向する。よって、相互インダクタンス効果により、高電位金属端子５から半導体コンデンサを経て低電位金属端子６に至るインダクタンスを低減することができる。同様に、高電位金属端子５から半導体コンデンサへ流れる電流３０と、半導体コンデンサから低電位金属端子６へ流れる電流３１も対向する。これにより、インダクタンスの低減効果が向上する。なお、電流２０の向きと電流２１の向きは、逆である。同様に電流３０の向きと電流３１の向きも、逆である。
【0019】
【0020】
第２実施形態では、高電位金属端子５及び低電位金属端子６は、ｙ軸方向（主面２と直交する方向）に沿って延伸される。
【0021】
（作用効果）
第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、高電位金属端子５及び低電位金属端子６は、同一方向に沿って延伸されていればよく、延伸する方向は、ｚ軸方向でもよく、ｙ軸方向でもよい。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、高電位金属端子５及び低電位金属端子６は、同一方向に沿って延伸されていればよく、延伸する方向は、ｚ軸方向でもよく、ｙ軸方向でもよい。
【0022】
【0023】
第３実施形態では、図９～１０に示すように、半導体基板１の主面２の中央に、四角形状の高電位電極３が配置される。四角形状の高電位電極３を囲むように、中空の四角形状の低電位電極４が主面２に配置される。そして、中空の四角形状の低電位電極４を囲むように、中空の四角形状の高電位電極３が主面２に配置される。つまり、第３実施形態では、中央に配置された高電位電極３と、外側に配置された高電位電極３とによって囲まれるように低電位電極４が配置される。
【0024】
また、第３実施形態では、図９～１０に示す高電位電極３及び低電位電極４と同じ形状の金属端子が、高電位電極３及び低電位電極４に接合される。具体的には、図１１～図１２に示すように、四角形状の高電位金属端子５、中空の四角形状の低電位金属端子６、中空の四角形状の高電位金属端子５がそれぞれ、四角形状の高電位電極３、中空の四角形状の低電位電極４、中空の四角形状の高電位電極３に接合される。また、高電位金属端子５及び低電位金属端子６は、ｙ軸方向（主面２と直交する方向）に沿って延伸される。
【0025】
（作用効果）
第３実施形態によれば、２つの高電位電極３が１つの低電位電極４を囲むように配置される。これにより第１実施形態と比較して、高電位電極３から半導体基板１の内部の誘電層までの電流経路、及び誘電層から低電位電極４までの電流経路がさらに短くなるため、等価直列抵抗をより低減することができる。
第３実施形態によれば、２つの高電位電極３が１つの低電位電極４を囲むように配置される。これにより第１実施形態と比較して、高電位電極３から半導体基板１の内部の誘電層までの電流経路、及び誘電層から低電位電極４までの電流経路がさらに短くなるため、等価直列抵抗をより低減することができる。
【0026】
また、第３実施形態によれば、高電位金属端子５から半導体コンデンサへ流れる電流と、半導体コンデンサから低電位金属端子６へ流れる電流とが対向する面積が、第１実施形態と比較して大きくなる。よって、高電位金属端子５から半導体コンデンサを経て低電位金属端子６に至るインダクタンスをより低減することができる。
【0027】
【0028】
第４実施形態では、半導体基板１の内部において、ｙ軸方向（主面２と直交する方向）に誘電層７が形成される。誘電層７は、ｘ軸方向において、高電位電極３および低電位電極４に挟まれるように、高電位電極３および低電位電極４に接合される。なお、半導体基板１の内部に形成される高電位電極３と、主面２に配置される高電位電極３とは、一体形成される。同様に、半導体基板１の内部に形成される低電位電極４と、主面２に配置される低電位電極４とは、一体形成される。
【0029】
（作用効果）
第４実施形態によれば、誘電層７が主面２に対して垂直方向に形成されるため、高電位電極３のうち、主面２に配置された一部分の高電位電極３から誘電層７へ流れる電流経路と、誘電層７から主面２に配置された低電位電極４の一部分へ流れる電流経路とが、対向し相互インダクタンス効果により半導体コンデンサのインダクタンスを低減する。これにより、第１実施形態と比較して、高電位金属端子５から半導体コンデンサを経て低電位金属端子６に至るインダクタンスをさらに低減することができる。
第４実施形態によれば、誘電層７が主面２に対して垂直方向に形成されるため、高電位電極３のうち、主面２に配置された一部分の高電位電極３から誘電層７へ流れる電流経路と、誘電層７から主面２に配置された低電位電極４の一部分へ流れる電流経路とが、対向し相互インダクタンス効果により半導体コンデンサのインダクタンスを低減する。これにより、第１実施形態と比較して、高電位金属端子５から半導体コンデンサを経て低電位金属端子６に至るインダクタンスをさらに低減することができる。
【0030】
【0031】
第５実施形態では、図１４に示すように、主面２に対向する裏面８に２つの高電位電極３と、１つの低電位電極４が配置される。主面２に配置される高電位電極３及び低電位電極４の個数及び形状は、裏面８に配置される高電位電極３及び低電位電極４の個数及び形状と同じである。図１４に示す例では、主面２に２つの高電位電極３が配置され、裏面８にも２つの高電位電極３が配置される。また、主面２に１つの低電位電極４が配置され、裏面８にも１つの低電位電極４が配置される。主面２に配置される高電位電極３の形状は長方形状であり、裏面８に配置される高電位電極３の形状も長方形状である。また、主面２に配置される低電位電極４の形状は長方形状であり、裏面８に配置される低電位電極４の形状も長方形状である。なお、半導体基板１の内部に形成される高電位電極３と、主面２に配置される高電位電極３と、裏面８に配置される高電位電極３とは、一体形成される。同様に、半導体基板１の内部に形成される低電位電極４と、主面２に配置される低電位電極４と、裏面８に配置される低電位電極４とは、一体形成される。
【0032】
第５実施形態では、図１４に示す半導体コンデンサ装置をｙ軸方向に積層して、半導体コンデンサ装置モジュールを構成する。半導体コンデンサ装置モジュールを図１５に示す。半導体コンデンサ装置の積層方法には、周知の方法（金属接合、圧接）が用いられる。
【0033】
（作用効果）
第５実施形態によれば、主面２と裏面８に、同一個数及び同一形状の高電位電極３及び低電位電極４をそれぞれ配置する。そして、このような半導体コンデンサ装置を積層して、半導体コンデンサ装置モジュールを構成する。これにより、高電位金属端子５から半導体コンデンサを経て低電位金属端子６に至るインダクタンスを低減しつつ、半導体コンデンサ装置の容量値を大きくすることができる。
第５実施形態によれば、主面２と裏面８に、同一個数及び同一形状の高電位電極３及び低電位電極４をそれぞれ配置する。そして、このような半導体コンデンサ装置を積層して、半導体コンデンサ装置モジュールを構成する。これにより、高電位金属端子５から半導体コンデンサを経て低電位金属端子６に至るインダクタンスを低減しつつ、半導体コンデンサ装置の容量値を大きくすることができる。
【0034】
【0035】
第６実施形態では、図１７～図１８に示すように、２つの半導体コンデンサ装置が、高電位金属端子５（高電位金属端子９）及び低電位金属端子６が延伸する方向（ｚ軸方向）と直交する方向（ｘ軸方向）に並んで配置され、半導体コンデンサ装置モジュールを構成する。ここで、高電位金属端子９について説明する。高電位金属端子９は、２つの半導体コンデンサ装置をつなぐために用いられ、２つの半導体コンデンサ装置の高電位電極３のそれぞれに接合される。
【0036】
（作用効果）
一般に、金属端子は、半導体コンデンサ装置より柔らかい。金属端子と電極との接合には、はんだ付けなどが用いられるが、はんだ付け後において温度が下がる際に、金属端子と半導体コンデンサ装置との線膨張係数の差から、ｘ軸方向にせん断応力が発生する。第６実施形態によれば、複数の半導体コンデンサ装置が、高電位金属端子５及び低電位金属端子６が延伸する方向と直交する方向に並んで配置されるため、ｘ軸方向において高電位金属端子５（高電位金属端子９）と低電位金属端子６との間にすきまが形成される。このように形成されるすきまによって、ｘ軸方向に発生するせん断応力を低減することができる。
一般に、金属端子は、半導体コンデンサ装置より柔らかい。金属端子と電極との接合には、はんだ付けなどが用いられるが、はんだ付け後において温度が下がる際に、金属端子と半導体コンデンサ装置との線膨張係数の差から、ｘ軸方向にせん断応力が発生する。第６実施形態によれば、複数の半導体コンデンサ装置が、高電位金属端子５及び低電位金属端子６が延伸する方向と直交する方向に並んで配置されるため、ｘ軸方向において高電位金属端子５（高電位金属端子９）と低電位金属端子６との間にすきまが形成される。このように形成されるすきまによって、ｘ軸方向に発生するせん断応力を低減することができる。
【0037】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【0038】
図１において、２つの高電位電極３が、１つの低電位電極４を挟むように主面２に配置されたが、これに限定されない。例えば、図１９～図２０に示すように、２つの低電位電極４が、１つの高電位電極３を挟むように主面２に配置されてもよい。このような構成であっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。本実施形態において、主面２に配置される、少なくとも１つの第１電極の一部が、少なくとも２つの第２電極の一部によって挟まれていればよい。第２電極は、第１電極とは異なる極性を有する。
【0039】
また、図１において、主面２に配置される高電位電極３の個数は２つ、低電位電極４の個数は１つであるが、これに限定されない。例えば、図２１～図２２に示すように、主面２に配置される高電位電極３の個数は２つ、低電位電極４の個数は２つであってもよい。高電位電極３が低電位電極４を挟むように配置されていれば、高電位電極３及び低電位電極４の個数は、制限されない。高電位電極３の個数は、３つ以上であってもよい。なお、高電位電極３及び低電位電極４の個数が増えれば、高電位電極３及び低電位電極４に接合される高電位金属端子５及び低電位金属端子６の個数も増える。なお、上述では２つの高電位金属端子５は、終端で結合されてもよい、と説明したが、終端で結合される金属端子は、高電位金属端子５に限定されない。低電位金属端子６が２つ以上接合される場合、２つ以上の低電位金属端子６は終端で結合されてもよい。
【0040】
また、図６に示すように、高電位金属端子５及び低電位金属端子６が、主面２と直交する方向に沿って延伸される場合においても、高電位電極３及び低電位電極４の個数は、制限されない。
【0041】
また、図９において、主面２に配置される高電位電極３の個数は２つ、低電位電極４の個数は１つであるが、これに限定されない。図２１～図２２に示す例と同様に、主面２に配置される高電位電極３の個数は２つ、低電位電極４の個数は２つであってもよい。このような構成であっても、第３実施形態と同様の効果が得られる。
【0042】
また、図１５において、積層される半導体コンデンサ装置は２つであるが、これに限定されない。半導体コンデンサ装置は３つ以上積層されてもよい。積層される半導体コンデンサ装置が増えるほど、半導体コンデンサ装置の容量値を大きくすることができる。
【0043】
また、図１７において、高電位金属端子５及び低電位金属端子６が延伸する方向と直交する方向に配置される半導体コンデンサ装置の個数は２つであるが、これに限定されない。高電位金属端子５及び低電位金属端子６が延伸する方向と直交する方向に配置される半導体コンデンサ装置の個数は、３つ以上であってもよい。このような構成であっても、第６実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【0044】
１ 半導体基板
２ 主面
３ 高電位電極
４ 低電位電極
５、９ 高電位金属端子
６ 低電位金属端子
７ 誘電層
８ 裏面
２ 主面
３ 高電位電極
４ 低電位電極
５、９ 高電位金属端子
６ 低電位金属端子
７ 誘電層
８ 裏面
【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】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】