[go: up one dir, main page]

JP2009141067A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2009141067A
JP2009141067A JP2007314949A JP2007314949A JP2009141067A JP 2009141067 A JP2009141067 A JP 2009141067A JP 2007314949 A JP2007314949 A JP 2007314949A JP 2007314949 A JP2007314949 A JP 2007314949A JP 2009141067 A JP2009141067 A JP 2009141067A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
raised portion
base plate
substrate
guard ring
semiconductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007314949A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yohei Iwahashi
洋平 岩橋
Tetsuya Kaneda
哲弥 金田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2007314949A priority Critical patent/JP2009141067A/en
Publication of JP2009141067A publication Critical patent/JP2009141067A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H10W72/30

Landscapes

  • Die Bonding (AREA)

Abstract

【課題】基板とベースプレートの間に半田ボイドが形成されてもボイドによる放熱効率の低下を抑制することできる半導体装置を実現する。
【解決手段】ダイオード100は、基板10の裏面であってガードリング14の下方の領域に、活性領域を囲んでいるとともに活性領域の裏面よりも盛り上がっている隆起部18が形成されている。基板10とベースプレート12は、隆起部18の内側に充填された半田材30によって固定される。半田付けの際、ガードリング14の周囲には隆起部18が存在するのでボイドが形成されることがない。発熱の主な一因であるガードリング14で発生した熱の伝熱経路がボイドで阻害されることがない。ダイオード100は、ボイドによる伝熱効率の低下を抑制することができる。
【選択図】図3
A semiconductor device capable of suppressing a decrease in heat radiation efficiency due to voids even when solder voids are formed between a substrate and a base plate.
A diode includes a raised portion that surrounds an active region and is raised above the back surface of the active region on the back surface of the substrate and below the guard ring. The substrate 10 and the base plate 12 are fixed by a solder material 30 filled inside the raised portion 18. At the time of soldering, since the raised portion 18 exists around the guard ring 14, no void is formed. The heat transfer path of the heat generated in the guard ring 14, which is a main cause of heat generation, is not obstructed by the void. The diode 100 can suppress a decrease in heat transfer efficiency due to voids.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、半導体基板の表面側に、半導体素子が形成されている活性領域を囲んでいる周辺耐圧確保部が形成されている半導体装置に関する。特に、半導体基板が発生する熱を他の部材へ効率的に伝達することのできる半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device in which a peripheral breakdown voltage securing portion surrounding an active region in which a semiconductor element is formed is formed on the surface side of a semiconductor substrate. In particular, the present invention relates to a semiconductor device that can efficiently transfer heat generated by a semiconductor substrate to another member.

近年の半導体装置は、耐圧を高めて大電流を流すことが可能になっている。耐圧を高めた半導体装置として、半導体基板を平面視したときに、第1導電型の半導体基板の表面側に、半導体素子が形成されている活性領域を囲んでいる第2導電型の周辺耐圧確保部が形成されている半導体基板を有する半導体装置が知られている。周辺耐圧確保部は、具体的には、ガードリング、フィールドリミティングリング、あるいは表面リサーフ層と呼ばれる構造が採用されることが多い。
高耐圧・大電流の半導体装置は発熱量が多い。発熱による破壊を防止するため、半導体基板が発生する熱を効率的に放熱することが求められている。
半導体基板が発生する熱の一部は、半導体基板の裏面に取り付けられている部品を伝って放熱される。本明細書では、その部品をベースプレートと称する。ベースプレートがいわゆるヒートシンクの機能を果たす。
半導体基板とベースプレートは、半田付けされることが多い。半田付けする際に、半導体基板とベースプレートの間に気泡が発生してしまうことがある。半田付け後に、気泡によって形成される空隙は半田ボイド(以下、単純に「ボイド」と称する)と呼ばれている。ボイドが形成されると、半導体基板からベースプレートへの熱伝達効率が低下してしまう。
特許文献1に、半田付けの際にヒートシンクと半導体基板(より正確には、半導体基板の裏面に取り付けられた絶縁基板)の間にボイドが形成されにくい半導体装置が開示されている。特許文献1の技術は、半導体基板(絶縁基板)の裏面(ヒートシンクを取り付ける面)に、溝が形成された金属パターンを有している。半田付けの際に、ボイドの原因となる気泡は、溝を通じて外部に抜けていく。溝の底面が金属面であるので、気泡が抜けた後の溝の底面にも半田材が充填されやすい。従ってボイドが形成され難い。
In recent years, a semiconductor device can increase a withstand voltage and flow a large current. As a semiconductor device with an increased breakdown voltage, when the semiconductor substrate is viewed in plan, a peripheral conductivity of the second conductivity type surrounding the active region where the semiconductor element is formed is secured on the surface side of the first conductivity type semiconductor substrate. A semiconductor device having a semiconductor substrate in which a portion is formed is known. Specifically, a structure called a guard ring, a field limiting ring, or a surface resurf layer is often used for the peripheral withstand voltage securing portion.
High breakdown voltage and large current semiconductor devices generate a large amount of heat. In order to prevent destruction due to heat generation, it is required to efficiently dissipate heat generated by the semiconductor substrate.
Part of the heat generated by the semiconductor substrate is dissipated through the components attached to the back surface of the semiconductor substrate. In this specification, the component is referred to as a base plate. The base plate functions as a so-called heat sink.
The semiconductor substrate and the base plate are often soldered. When soldering, bubbles may be generated between the semiconductor substrate and the base plate. A void formed by bubbles after soldering is called a solder void (hereinafter simply referred to as “void”). When the void is formed, the heat transfer efficiency from the semiconductor substrate to the base plate is lowered.
Patent Document 1 discloses a semiconductor device in which voids are hardly formed between a heat sink and a semiconductor substrate (more precisely, an insulating substrate attached to the back surface of the semiconductor substrate) during soldering. The technique of Patent Document 1 has a metal pattern in which grooves are formed on the back surface (surface on which a heat sink is attached) of a semiconductor substrate (insulating substrate). During soldering, bubbles that cause voids escape to the outside through the groove. Since the bottom surface of the groove is a metal surface, it is easy to fill the bottom surface of the groove after the bubbles are removed. Therefore, it is difficult to form voids.

特開2006−247802号公報JP 2006-247802 A

特許文献1の技術によれば、ボイドが形成されることを抑制することができるが、ボイドを完全になくすことは困難である。例えボイドが形成されても、ボイドによる放熱効率の低下を抑制することできる半導体装置が望まれている。   According to the technique of Patent Document 1, it is possible to suppress the formation of voids, but it is difficult to completely eliminate voids. Even if a void is formed, a semiconductor device that can suppress a decrease in heat radiation efficiency due to the void is desired.

周辺耐圧確保部を備えた半導体基板は、周辺耐圧確保部に電流が集中することがあり、この電流の集中が発熱の一因となっている。例えばダイオードでは、リカバリ電流が周辺耐圧確保部に集中する。従って、周辺耐圧確保部の近傍でボイドが発生することを防止できれば、周辺耐圧確保部から離れた領域でボイドが発生しても、伝熱効率の低下を抑制できる。   In a semiconductor substrate having a peripheral withstand voltage securing portion, current may concentrate on the peripheral withstand voltage securing portion, and this current concentration contributes to heat generation. For example, in the diode, the recovery current is concentrated on the peripheral withstand voltage securing portion. Therefore, if it is possible to prevent the generation of voids in the vicinity of the peripheral withstand voltage securing portion, it is possible to suppress a decrease in heat transfer efficiency even if the void is generated in a region away from the peripheral withstand voltage securing portion.

本発明に係る半導体装置は、半導体基板の裏面であって周辺耐圧確保部に対応している領域(半導基板の裏面の領域であって、半導体基板を平面視したときに、周辺耐圧確保部とオーバーラップする領域)に、活性領域を囲んでいるとともに活性領域の裏面よりも盛り上がっている隆起部が形成されている。別言すれば、半導体基板の裏面が活性領域で窪んでいる。半導体基板とベースプレートは、隆起部に囲まれた窪みに半田材を充填することで半田付けすることができる。半田付けの際、窪みにボイドが形成されることはあっても、周辺耐圧確保部の近傍には隆起部が存在するのでボイドが形成されることがない。周辺耐圧部とベースプレートの間に介在する隆起部が、周辺耐圧確保部の周囲で発生した熱の主な拡散経路となる。窪みでボイドが形成されても、周辺耐圧確保部の周囲で発生した熱の拡散経路がボイドで阻害されることがないので、ボイドによる伝熱効率の低下を抑制することができる。   A semiconductor device according to the present invention is a back surface of a semiconductor substrate and corresponds to a peripheral withstand voltage securing portion (a region on the back surface of a semiconductor substrate when the semiconductor substrate is viewed in plan). And a ridge that surrounds the active region and rises from the back surface of the active region. In other words, the back surface of the semiconductor substrate is recessed in the active region. The semiconductor substrate and the base plate can be soldered by filling a recess surrounded by the raised portion with a solder material. During the soldering, even if a void is formed in the depression, the void is not formed because the raised portion exists in the vicinity of the peripheral voltage withstanding securing portion. The raised portion interposed between the peripheral pressure resistant portion and the base plate becomes a main diffusion path of the heat generated around the peripheral pressure resistant portion. Even if voids are formed in the depressions, the diffusion path of heat generated around the peripheral withstand voltage securing portion is not obstructed by the voids, so that a decrease in heat transfer efficiency due to the voids can be suppressed.

半導体基板とベースプレートは、半導体基板の裏面中央の窪みにおいて半田付けすればよいので、隆起部の頂面とベースプレートは半田材を介することなくダイレクトに接することができる。すなわち、隆起部の頂面とベースプレートの間にボイドが発生することがない。周辺耐圧確保部からベースプレートへの最短の伝熱経路がボイドによって阻害されることがない。他の領域にボイドが発生しても、周辺耐圧確保部が発生する熱の放熱効率が低下することを抑制することができる。   Since the semiconductor substrate and the base plate may be soldered in a recess in the center of the back surface of the semiconductor substrate, the top surface of the raised portion and the base plate can be in direct contact with each other without a solder material. That is, no void is generated between the top surface of the raised portion and the base plate. The shortest heat transfer path from the peripheral withstand voltage securing portion to the base plate is not obstructed by the void. Even if voids are generated in other regions, it is possible to suppress a decrease in the heat radiation efficiency of the heat generated by the peripheral withstand voltage securing portion.

半導体基板の裏面に形成される隆起部は、半導体基板の裏面であって周辺耐圧確保部に対応する領域の内側まで拡がっていることが好ましい。特に周辺耐圧確保部の内側で発生した熱が隆起部へ拡散しやすくなる。   It is preferable that the raised portion formed on the back surface of the semiconductor substrate extends to the inside of the region corresponding to the peripheral withstand voltage securing portion on the back surface of the semiconductor substrate. In particular, the heat generated inside the peripheral withstand voltage securing portion is likely to diffuse to the raised portion.

隆起部のループの内側(即ち、半導体基板の裏面の中央部分の窪み)は、半田材で満たされていることが好ましい。窪みでのボイドの発生を抑制できるからである。そのため、活性領域を囲んでいるループ状の隆起部に、ループの外側から内側に通じる切欠が形成されていることが好ましい。半田付けの際、余剰の半田材を切欠から外へ逃がすことができるので、窪みに十分な半田材を充填してから半導体基板とベースプレートを半田付けすることができる。   It is preferable that the inside of the loop of the raised portion (that is, the depression at the central portion of the back surface of the semiconductor substrate) is filled with a solder material. It is because generation | occurrence | production of the void in a hollow can be suppressed. For this reason, it is preferable that a notch extending from the outside to the inside of the loop is formed in the loop-shaped ridge surrounding the active region. At the time of soldering, excess solder material can escape from the notch, so that the semiconductor substrate and the base plate can be soldered after filling the recess with sufficient solder material.

本発明によれば、半導体基板とベースプレートの間にボイドが形成されても放熱効率の低下を抑制することできる半導体装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if a void is formed between a semiconductor substrate and a baseplate, the semiconductor device which can suppress the fall of heat dissipation efficiency can be provided.

実施例の半導体装置の付加的な技術的特徴を列記する。
(第1特徴)半導体装置は、半導体基板の表面に一方の電極が形成されているとともに、半導体基板の裏面であってループ状の隆起部の内側に他方の電極が形成されているダイオード、或いはIGBTである。それらの半導体装置が、周辺耐圧確保部において他の部分よりも過大な熱を発生することがあるからである。ダイオードでは、リカバリ電流が周辺耐圧確保部に集中する際に発生する熱が、過大な発熱の大きな要因だからである。IGBTでは、短絡時に周辺耐圧確保部に電流が集中する際に発生する熱が、過大な発熱の大きな原因だからである。
Additional technical features of the semiconductor device of the embodiment will be listed.
(First feature) A semiconductor device is a diode in which one electrode is formed on the surface of a semiconductor substrate and the other electrode is formed on the back surface of the semiconductor substrate and inside a loop-shaped ridge, or IGBT. This is because those semiconductor devices sometimes generate excessive heat in the peripheral withstand voltage securing portion than in other portions. This is because in the diode, the heat generated when the recovery current concentrates on the peripheral withstand voltage securing portion is a large factor of excessive heat generation. This is because in the IGBT, the heat generated when the current is concentrated in the peripheral withstand voltage securing portion at the time of a short circuit is a major cause of excessive heat generation.

(第1実施例) 図面を参照して、本発明に好適な半導体装置を説明する。本実施例の半導体装置は、ダイオード100である。図1は、ダイオード100の模式的斜視図である。ダイオード100は、n型(第1導電型)の半導体基板10(以下、基板10と称する)と、ベースプレート12を備えている。基板10とベースプレート12は、半田付けされている。図1においてドットのハッチングが半田材を表している。
図2は、基板10をその裏面からみた模式的斜視図である。図2は、図1に示すダイオード100からベースプレート12と半田材を取り去った基板10のみを示している。
図3は、図1のIII−III線に沿ってみたダイオード100の断面図である。
図1では、理解しやすいように、図3で示しているアノード電極24の図示を省略している。図2では、理解しやすいように、図3で示しているカソード電極28の図示を省略している。また、図3は断面図であるが、理解しやすいように、一部の領域ではハッチングを省略して描いている。
First Embodiment A semiconductor device suitable for the present invention will be described with reference to the drawings. The semiconductor device of this example is a diode 100. FIG. 1 is a schematic perspective view of the diode 100. The diode 100 includes an n-type (first conductivity type) semiconductor substrate 10 (hereinafter referred to as the substrate 10) and a base plate 12. The substrate 10 and the base plate 12 are soldered. In FIG. 1, the hatched dots represent the solder material.
FIG. 2 is a schematic perspective view of the substrate 10 as seen from the back surface thereof. FIG. 2 shows only the substrate 10 from which the base plate 12 and the solder material are removed from the diode 100 shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the diode 100 taken along line III-III in FIG.
In FIG. 1, the anode electrode 24 shown in FIG. 3 is not shown for easy understanding. In FIG. 2, the cathode electrode 28 shown in FIG. 3 is not shown for easy understanding. Further, FIG. 3 is a cross-sectional view, but the hatching is omitted in some areas for easy understanding.

まず、ダイオード100の概要を説明する。
基板10を半田付けしているベースプレート12は、ヒートシンクとして機能する。即ち、基板10が発生した熱の多くは、ベースプレート12に伝達されて放熱される。ベースプレート12の放熱によって、基板10の温度上昇が抑制される。
半導体基板10の表面側に、活性領域を囲んでいるp型(第2導電型)ガードリング14(周辺耐圧確保領域)が形成されている。ガードリング14は、活性領域を2重に囲んでいる。
基板10の裏面であってガードリング14に対応している領域(基板10を平面視したときに、ガードリング14とオーバーラップする領域)に、活性領域を囲んでいるとともに活性領域の裏面よりも盛り上がっている隆起部18が形成されている。隆起部18は、活性領域をループ状に囲んでいる。隆起部18の2箇所に、切欠16が形成されている。切欠16は、隆起部18のループの外側から内側に通じている。切欠16の底面は、隆起部18の内側の基板裏面と同じレベルに形成されている。
First, the outline of the diode 100 will be described.
The base plate 12 to which the substrate 10 is soldered functions as a heat sink. That is, most of the heat generated by the substrate 10 is transmitted to the base plate 12 and radiated. Due to the heat radiation of the base plate 12, the temperature rise of the substrate 10 is suppressed.
A p-type (second conductivity type) guard ring 14 (peripheral withstand voltage securing region) surrounding the active region is formed on the surface side of the semiconductor substrate 10. The guard ring 14 surrounds the active region twice.
The back surface of the substrate 10 and the region corresponding to the guard ring 14 (the region that overlaps the guard ring 14 when the substrate 10 is viewed in plan) surrounds the active region and is more than the back surface of the active region. A raised ridge 18 is formed. The raised portion 18 surrounds the active region in a loop. Cutouts 16 are formed at two locations on the raised portion 18. The notch 16 communicates from the outside to the inside of the loop of the raised portion 18. The bottom surface of the notch 16 is formed at the same level as the back surface of the substrate inside the raised portion 18.

ダイオード100の構造、特に基板10の断面構造を、図3を参照して説明する。半田材30によって、ベースプレート12の上に基板10が固定されている。半田材30は、隆起部18の内側に充填されている。隆起部18の頂面(図3において、隆起部18の下面)がベースプレート12に直接に接している。
隆起部18の内側に、カソード電極28が形成されている。カソード電極28の上に、n型のカソード層22が形成されている。なお、図3では、便宜上カソード層22と隆起部18を区別するための破線を描いているが、カソード層22と隆起部18は共にn型の半導体物質で一体に形成されている。即ち、基板10を製造する際に、平板状の基板10の裏面の中央部分をエッチングにより除去して隆起部18を形成している。
カソード層22の上に、n型のドリフト層20が形成されている。
ドリフト層20の表層(図3において、ドリフト層20の上面側)の一部の範囲に、p型のアノード領域26が形成されている。ドリフト層20の表層の他の範囲に、アノード領域26を2重に囲むp型のガードリング14(内周ガードリング14aと外周ガードリング14b)が形成されている。
基板10において、内周ガードリング14aの内側の領域が活性領域である。活性領域を囲む領域は、周辺領域と呼ばれることがある。ガードリング14は、周辺領域に形成されている。
アノード領域26の表面にアノード電極24が形成されている。アノード電極24は、アノード領域26の表面を覆っているとともに、内周ガードリング14aの表面の一部を覆っている。
The structure of the diode 100, particularly the cross-sectional structure of the substrate 10, will be described with reference to FIG. The substrate 10 is fixed on the base plate 12 by the solder material 30. The solder material 30 is filled inside the raised portion 18. The top surface of the raised portion 18 (the lower surface of the raised portion 18 in FIG. 3) is in direct contact with the base plate 12.
A cathode electrode 28 is formed inside the raised portion 18. An n + -type cathode layer 22 is formed on the cathode electrode 28. In FIG. 3, a broken line for distinguishing the cathode layer 22 and the raised portion 18 is drawn for convenience, but both the cathode layer 22 and the raised portion 18 are integrally formed of an n + type semiconductor material. That is, when the substrate 10 is manufactured, the raised portion 18 is formed by removing the central portion of the back surface of the flat substrate 10 by etching.
An n type drift layer 20 is formed on the cathode layer 22.
A p + -type anode region 26 is formed in a partial range of the surface layer of the drift layer 20 (the upper surface side of the drift layer 20 in FIG. 3). A p-type guard ring 14 (inner peripheral guard ring 14 a and outer peripheral guard ring 14 b) that surrounds the anode region 26 in a double manner is formed in the other range of the surface layer of the drift layer 20.
In the substrate 10, an inner region of the inner guard ring 14 a is an active region. A region surrounding the active region may be referred to as a peripheral region. The guard ring 14 is formed in the peripheral region.
An anode electrode 24 is formed on the surface of the anode region 26. The anode electrode 24 covers the surface of the anode region 26 and also covers a part of the surface of the inner peripheral guard ring 14a.

アノード電極24とカソード電極30の間の物質が、ダイオードを形成する。従って、換言すれば、活性領域にダイオード(半導体素子)が形成されている。基板10を平面視したときに、基板10の表面側に、半導体素子が形成されている活性領域を囲んでいるガードリング14が形成されている。   The material between the anode electrode 24 and the cathode electrode 30 forms a diode. In other words, a diode (semiconductor element) is formed in the active region. When the substrate 10 is viewed in plan, a guard ring 14 surrounding the active region where the semiconductor element is formed is formed on the surface side of the substrate 10.

隆起部18の内周縁Bの位置は、内周ガードリング14aの内周縁の位置Aよりも内側に位置している。換言すると、隆起部18は、半導体基板10の裏面であってガードリング14に対応する領域から、内周縁Aよりも内側に拡がっている。   The position of the inner peripheral edge B of the raised portion 18 is located inside the position A of the inner peripheral edge of the inner peripheral guard ring 14a. In other words, the raised portion 18 extends from the region corresponding to the guard ring 14 on the back surface of the semiconductor substrate 10 to the inside of the inner peripheral edge A.

放熱作用に関して、ダイオード100が有する利点を説明する。
ダイオード100は、リカバリ電流が集中するガードリング14の周辺で多く発熱する。ベースプレート12は、ヒートシンクとして機能する。ガードリング14の周辺で発生した熱の多くは、隆起部18を通じてベースプレート12に伝達する。ガードリング14の周辺で発生した熱がベースプレート12に伝達することによって、ガードリング14の周辺の温度上昇が抑制される。すなわち、基板10の温度上昇が抑制される。もちろん、ガードリング14の周辺で発生した熱の一部は基板10から雰囲気へ直接拡散し、他の一部は半田材を通じてベースプレート12に伝達する。
基板10とベースプレート12を接着している半田材30にはボイドが形成されることがある。内部が空洞であるボイドは熱伝達率が低い。しかしながら、半田材30は、隆起部18の内側に充填されており、隆起部18の頂面とベースプレート12は直接に接しているので、ガードリング14とベースプレート12を結ぶ最短経路上にボイドが存在することはない。従って、ガードリング14の周辺で発生した熱は、ボイドに阻害されることなく、隆起部18を介してベースプレート12に効率よく伝達される。ボイドが形成されたとしても、ガードリング14の周辺で発生した熱のベースプレート12への熱伝達効率が低下することがない。
The advantages of the diode 100 regarding the heat dissipation action will be described.
The diode 100 generates a large amount of heat around the guard ring 14 where the recovery current is concentrated. The base plate 12 functions as a heat sink. Much of the heat generated around the guard ring 14 is transferred to the base plate 12 through the ridges 18. The heat generated around the guard ring 14 is transferred to the base plate 12, thereby suppressing the temperature rise around the guard ring 14. That is, the temperature rise of the substrate 10 is suppressed. Of course, part of the heat generated around the guard ring 14 diffuses directly from the substrate 10 to the atmosphere, and the other part is transmitted to the base plate 12 through the solder material.
Voids may be formed in the solder material 30 that bonds the substrate 10 and the base plate 12. Voids that are hollow inside have a low heat transfer coefficient. However, since the solder material 30 is filled inside the raised portion 18 and the top surface of the raised portion 18 and the base plate 12 are in direct contact with each other, voids exist on the shortest path connecting the guard ring 14 and the base plate 12. Never do. Therefore, the heat generated around the guard ring 14 is efficiently transmitted to the base plate 12 through the raised portions 18 without being inhibited by the voids. Even if a void is formed, the heat transfer efficiency of the heat generated around the guard ring 14 to the base plate 12 does not decrease.

また、ボイドが発生すると、ボイドの空間の容量だけ半田材が少なくなるので熱容量が小さくなる。ガードリング14の周囲にボイドが形成されると、ガードリング14の周辺の熱容量が小さくなってしまう。熱容量が小さくなると、ダイオード100の破壊耐量が設計値よりも低くなってしまう。
隆起部18を形成することによって、ガードリンク14の周辺にボイドが発生することを防止できるので、ガードリング14の周辺の熱容量を低下させることがない。換言すれば、隆起部18を形成することによって、ガードリング14の周辺に、設計上の熱容量を確実に確保することができる。
Further, when a void is generated, the heat capacity is reduced because the solder material is reduced by the capacity of the void space. If voids are formed around the guard ring 14, the heat capacity around the guard ring 14 is reduced. When the heat capacity becomes small, the breakdown tolerance of the diode 100 becomes lower than the design value.
By forming the raised portion 18, it is possible to prevent voids from being generated around the guard link 14, so that the heat capacity around the guard ring 14 is not reduced. In other words, the design heat capacity can be reliably ensured around the guard ring 14 by forming the raised portions 18.

図1と2に示したように、隆起部18には切欠16が形成されている。隆起部18の内側に多量の半田材30を充填した後に基板10とベースプレート12を半田付けする際に、余剰の半田材は切欠16から外部へ押し出される。従って、隆起部18の内側が半田材30で満たされているとともに、隆起部18の頂面がベースプレート12に確実に接している半導体装置が実現する。隆起部18の内側を半田材で満たすことができるので、半田付けの際の気泡の発生(即ち、ボイドの形成)を抑制することができる。また、隆起部18の頂面がベースプレート12に確実に接するので(即ち、隆起部18の頂面とベースプレート12の間にボイドが形成されることがないので)、隆起部18とベースプレート12の間に高い伝熱効率を確保することができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, a notch 16 is formed in the raised portion 18. When the board 10 and the base plate 12 are soldered after filling a large amount of the solder material 30 inside the raised portion 18, excess solder material is pushed out from the notch 16. Therefore, a semiconductor device is realized in which the inside of the raised portion 18 is filled with the solder material 30 and the top surface of the raised portion 18 is in contact with the base plate 12 reliably. Since the inside of the raised portion 18 can be filled with the solder material, the generation of bubbles during soldering (that is, the formation of voids) can be suppressed. In addition, since the top surface of the raised portion 18 is surely in contact with the base plate 12 (that is, no void is formed between the top surface of the raised portion 18 and the base plate 12), the gap between the raised portion 18 and the base plate 12. High heat transfer efficiency can be ensured.

ボイドは半田材30が占める領域のいずれの場所でも形成され得るが、ダイオード100では、最も発熱量の多いガードリング14の近くでは形成されない。ボイドが、半田材30が占める領域のいずれの場所で形成されても、最も発熱量の大きいガードリング14の周囲で発生する熱の伝達効率の変化は小さい。従って、ダイオード100は、量産したときに耐熱性能のばらつきが小さいという利点がある。   Although the void can be formed anywhere in the region occupied by the solder material 30, in the diode 100, it is not formed near the guard ring 14 that generates the most heat. Regardless of where the void is formed in the area occupied by the solder material 30, the change in the efficiency of heat transfer generated around the guard ring 14 that generates the largest amount of heat is small. Therefore, the diode 100 has an advantage that variation in heat resistance performance is small when mass-produced.

また、ダイオード100は、半田付けの際、余剰の半田材が切欠16から押し出される。これによって、基板10の裏面にループ状に形成された隆起部18の頂面が直接にベースプレート12に接触する。従って、基板10は、ベースプレート12に対して傾くことなる固定される。   Further, when the diode 100 is soldered, excess solder material is pushed out from the notch 16. As a result, the top surface of the raised portion 18 formed in a loop shape on the back surface of the substrate 10 directly contacts the base plate 12. Accordingly, the substrate 10 is fixed to be inclined with respect to the base plate 12.

(第2実施例) 次に第2実施例の半導体装置を説明する。本実施例の半導体装置は、IGBT200である。IGBT200は、活性領域の構造が実施例1のダイオード100と異なる。活性領域以外の構造はダイオード100と同じである。即ち、IGBT200の概観は、図1で表すことができる。IGBT200の半導体基板の裏面の概観は、図2で表すことができる。IGBT200の概観形状、及びIGBT200の半導体基板を裏面からみた概観形状については説明を省略する。 Second Embodiment Next, a semiconductor device according to a second embodiment will be described. The semiconductor device of the present embodiment is an IGBT 200. The IGBT 200 is different from the diode 100 of the first embodiment in the structure of the active region. The structure other than the active region is the same as that of the diode 100. That is, an overview of the IGBT 200 can be represented in FIG. An overview of the back surface of the semiconductor substrate of the IGBT 200 can be represented in FIG. The description of the overview shape of the IGBT 200 and the overview shape of the IGBT 200 as viewed from the back surface will be omitted.

図4に、IGBT200の断面図を示す。図4は断面図であるが、理解しやすいように、一部断面のハッチングを省略して描いている。
半田材230によって、ベースプレート212の上に基板210が固定されている。半田材30は、隆起部218の内側に充填されている。隆起部218の頂面がベースプレート212に直接に接している。
基板210の裏面であって隆起部218の内側の面に、コレクタ電極228が形成されている。コレクタ電極228の上に、p型のコレクタ層222が形成されている。なお、図4では、便宜上コレクタ層222と隆起部218を区別するための破線を描いているが、コレクタ層222と隆起部218は共にp型の半導体物質で一体に形成されている。
コレクタ層222の上に、n型のドリフト層220が形成されている。
ドリフト層220の表層(図4において、ドリフト層220の上面側)の一部の範囲に、p型のボディ領域226が形成されている。ドリフト層220の表層の他の範囲に、ボディ領域226を2重に囲むp型のガードリング214(内周ガードリング214aと外周ガードリング214b)が形成されている。
基板210において、内周ガードリング214aの内側の領域が活性領域である。
活性領域には、ボディ領域226を貫通してドリフト層220に達している複数のトレンチ230が形成されている。トレンチ230の内部には導電性物質が充填されている。トレンチ230内部の導電性物質が、ゲート電極を形成する。図示を省略しているがトレンチ230の上面には絶縁層が形成されている。ボディ領域226の表面にエミッタ電極224が形成されている。エミッタ電極224とトレンチ230内の導電性物質は、絶縁層によって絶縁されている。
図示を省略しているが、トレンチ230の両側には、エミッタ電極224に接しているn型のエミッタ領域が形成されている。n型のエミッタ領域同士の間に、p型のボディコンタクト領域(不図示)が形成されている。ボディ領域226はボディコンタクト領域を介してエミッタ電極224に導通している。
エミッタ電極224とコレクタ電極228の間の物質がトランジスタを形成する。換言すれば、活性領域に半導体素子が形成されている。
また、図示を省略しているが、基板の表面には、トレンチ230の内部に充填されているゲート電極に接続されているゲート配線が設けられている。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the IGBT 200. Although FIG. 4 is a cross-sectional view, the cross-sectional hatching is omitted for easy understanding.
The substrate 210 is fixed on the base plate 212 by the solder material 230. The solder material 30 is filled inside the raised portion 218. The top surface of the raised portion 218 is in direct contact with the base plate 212.
A collector electrode 228 is formed on the back surface of the substrate 210 and on the inner surface of the raised portion 218. A p-type collector layer 222 is formed on the collector electrode 228. In FIG. 4, for convenience, a broken line for distinguishing the collector layer 222 and the raised portion 218 is drawn. However, both the collector layer 222 and the raised portion 218 are integrally formed of a p-type semiconductor material.
An n type drift layer 220 is formed on the collector layer 222.
A p type body region 226 is formed in a partial range of the surface layer of drift layer 220 (in FIG. 4, the upper surface side of drift layer 220). A p-type guard ring 214 (an inner peripheral guard ring 214a and an outer peripheral guard ring 214b) that doublely surrounds the body region 226 is formed in another range of the surface layer of the drift layer 220.
In the substrate 210, a region inside the inner peripheral guard ring 214a is an active region.
In the active region, a plurality of trenches 230 that penetrate the body region 226 and reach the drift layer 220 are formed. The inside of the trench 230 is filled with a conductive material. The conductive material inside the trench 230 forms the gate electrode. Although not shown, an insulating layer is formed on the upper surface of the trench 230. An emitter electrode 224 is formed on the surface of the body region 226. The conductive material in the emitter electrode 224 and the trench 230 is insulated by an insulating layer.
Although not shown, n-type emitter regions that are in contact with the emitter electrode 224 are formed on both sides of the trench 230. A p-type body contact region (not shown) is formed between the n-type emitter regions. Body region 226 is electrically connected to emitter electrode 224 through the body contact region.
The material between the emitter electrode 224 and the collector electrode 228 forms a transistor. In other words, a semiconductor element is formed in the active region.
Although not shown, a gate wiring connected to the gate electrode filled in the trench 230 is provided on the surface of the substrate.

IGBT200もダイオード100と同様の放熱効果を有している。即ち、ガードリング214の周辺で発生した熱は、ボイドに阻害されることなく、隆起部218を介してベースプレート212へ伝達される。従って、IGBT200もダイオード100と同様に、ボイドが形成されても放熱効率の低下が抑制される。
また、IGBT200は、ダイオード100と同様に、ガードリング214の周辺の熱容量を確実に確保できる効果を有している。
The IGBT 200 has the same heat dissipation effect as the diode 100. That is, the heat generated around the guard ring 214 is transmitted to the base plate 212 via the raised portion 218 without being blocked by the void. Therefore, in the IGBT 200 as well as the diode 100, even if a void is formed, a decrease in heat dissipation efficiency is suppressed.
Further, the IGBT 200 has an effect of ensuring the heat capacity around the guard ring 214 as in the diode 100.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
実施例では、隆起部18は、平板状の基板10の裏面の中央部分をエッチングすることによって形成することができる。隆起部18は、エッチング以外の方法によって形成されてもよい。例えば、平板状の基板10の裏面の周囲の領域(平面視したときに、ガードリング14とオーバーラップする領域)に、半田材よりも耐熱温度の高い物質を堆積させて形成してもよい。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In the embodiment, the raised portion 18 can be formed by etching the central portion of the back surface of the flat substrate 10. The raised portion 18 may be formed by a method other than etching. For example, a material having a higher heat resistance temperature than the solder material may be deposited in a region around the back surface of the flat substrate 10 (a region overlapping with the guard ring 14 when viewed in plan).

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

第1実施例の半導体装置の模式的斜視図である。1 is a schematic perspective view of a semiconductor device according to a first embodiment. 半導体基板を裏面からみた模式的斜視図である。It is the typical perspective view which looked at the semiconductor substrate from the back. 図1のIII−III線に沿ってみた半導体装置の模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device taken along line III-III in FIG. 1. 第2実施例の半導体装置の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the semiconductor device of 2nd Example.

符号の説明Explanation of symbols

10:半導体基板
12:ベースプレート
14:ガードリング
16:切欠
18:隆起部
20:ドリフト層
22:カソード層
24:アノード電極
26:アノード領域
28:カソード電極
30:半田材
100:ダイオード(半導体装置)
200:IGBT(半導体装置)
10: Semiconductor substrate 12: Base plate 14: Guard ring 16: Notch 18: Raised portion 20: Drift layer 22: Cathode layer 24: Anode electrode 26: Anode region 28: Cathode electrode 30: Solder material 100: Diode (semiconductor device)
200: IGBT (semiconductor device)

Claims (4)

第1導電型の半導体基板の表面側に、半導体素子が形成されている活性領域を囲んでいる第2導電型の周辺耐圧確保部が形成されている半導体装置であり、
半導体基板の裏面であって周辺耐圧確保部に対応している領域に、活性領域を囲んでいるとともに活性領域の裏面よりも盛り上がっている隆起部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device in which a second conductivity type peripheral breakdown voltage securing portion surrounding an active region in which a semiconductor element is formed is formed on a surface side of a first conductivity type semiconductor substrate;
A semiconductor device, wherein a raised portion surrounding the active region and rising from the back surface of the active region is formed in a region corresponding to the peripheral breakdown voltage securing portion on the back surface of the semiconductor substrate.
半導体基板の裏面に取り付けられるベースプレートをさらに備えており、
隆起部の頂面とベースプレートが接しているとともに、隆起部の内側の領域に半導体基板とベースプレートを固着している半田材が充填されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
It further includes a base plate attached to the back surface of the semiconductor substrate,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the top surface of the raised portion and the base plate are in contact with each other, and a solder material for fixing the semiconductor substrate and the base plate is filled in a region inside the raised portion.
前記隆起部が、半導体基板の裏面であって周辺耐圧確保部に対応する領域の内側まで拡がっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the raised portion extends to the inside of a region corresponding to the peripheral breakdown voltage securing portion on the back surface of the semiconductor substrate. 活性領域を囲んでいるループ状の隆起部に、ループの外側から内側に通じる切欠が形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a notch extending from the outer side to the inner side of the loop is formed in a loop-shaped ridge that surrounds the active region. 5.
JP2007314949A 2007-12-05 2007-12-05 Semiconductor device Pending JP2009141067A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007314949A JP2009141067A (en) 2007-12-05 2007-12-05 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007314949A JP2009141067A (en) 2007-12-05 2007-12-05 Semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009141067A true JP2009141067A (en) 2009-06-25

Family

ID=40871421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007314949A Pending JP2009141067A (en) 2007-12-05 2007-12-05 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009141067A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10727306B2 (en) 2018-04-26 2020-07-28 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor apparatus
US12519074B2 (en) 2022-07-29 2026-01-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor chip and semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10727306B2 (en) 2018-04-26 2020-07-28 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor apparatus
US12519074B2 (en) 2022-07-29 2026-01-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor chip and semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7655413B2 (en) Semiconductor Device
JP5636808B2 (en) Semiconductor device
JP6443267B2 (en) Semiconductor device
JP6022774B2 (en) Semiconductor device
JP6996461B2 (en) Semiconductor device
CN110462838B (en) Semiconductor device
JP7494953B2 (en) Semiconductor Module
JP2017135245A (en) Semiconductor device
JP2009188178A (en) Semiconductor device
CN110663118A (en) Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
JP2020194881A (en) Semiconductor apparatus
JP6399228B2 (en) Semiconductor device
JP4984485B2 (en) Semiconductor device
JP7172920B2 (en) semiconductor equipment
JP6102676B2 (en) Semiconductor device
JP6428503B2 (en) Semiconductor device
JP5422930B2 (en) Semiconductor device
JP7073695B2 (en) Semiconductor device
JP2009141067A (en) Semiconductor device
JP7338242B2 (en) semiconductor equipment
JP7188230B2 (en) semiconductor equipment
JP7076387B2 (en) Semiconductor device
JP6177300B2 (en) Semiconductor device
JP6045971B2 (en) Semiconductor device
JP2023104023A (en) Semiconductor device and its manufacturing method