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公開番号2024177883
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-24
出願番号2023096267
出願日2023-06-12
発明の名称半導体装置
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H01L 29/872 20060101AFI20241217BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】技術を提供する。
【解決手段】半導体装置は、酸化物半導体により構成されており、上から見たときに第1方向に沿って伸びる一対の第1の辺と第1方向に直交する第2方向に沿って伸びる一対の第2の辺とにより画定される矩形状を有する半導体基板と、上部電極と、下部電極と、を備えている。半導体基板が、半導体基板を上から見たときに、半導体素子が形成された素子領域と、素子領域の周囲に配置されている外周領域とを有している。外周領域では、半導体基板の上面に、半導体基板よりも熱伝導率が高い材料により構成されているとともに素子領域を一巡するように配置された放熱層が設けられている。第1の辺の長さをL_a、第2の辺の長さをL_b、酸化物半導体の第1方向の熱伝導率をκ_a、酸化物半導体の第2方向の熱伝導率をκ_bとしたときに、κ_a<κ_b、かつ、κ_a/L_a<κ_b/L_bの関係が満たされる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
半導体装置（１０）であって、
酸化物半導体により構成されており、上から見たときに第１方向に沿って伸びる一対の第１の辺（１４）と前記第１方向に直交する第２方向に沿って伸びる一対の第２の辺（１６）とにより画定される矩形状を有する半導体基板（１２）と、
上部電極（７０）と、
下部電極（７２）と、
を備えており、
前記半導体基板が、前記半導体基板を上から見たときに、半導体素子が形成された素子領域（６０）と、前記素子領域の周囲に配置されている外周領域（６２）とを有しており、
前記上部電極が、前記素子領域内において前記半導体基板の上面（１２ａ）に接しており、
前記下部電極が、前記半導体基板の下面（１２ｂ）に接しており、
前記外周領域では、前記半導体基板の前記上面に、前記半導体基板よりも熱伝導率が高い材料により構成されているとともに前記素子領域を一巡するように配置された放熱層（２８）が設けられており、
前記第１の辺の長さをＬ
ａ
、前記第２の辺の長さをＬ
ｂ
、前記酸化物半導体の前記第１方向の熱伝導率をκ
ａ
、前記酸化物半導体の前記第２方向の熱伝導率をκ
ｂ
としたときに、κ
ａ
＜κ
ｂ
、かつ、κ
ａ
／Ｌ
ａ
＜κ
ｂ
／Ｌ
ｂ
の関係が満たされる、
半導体装置。
続きを表示（約 520 文字）【請求項２】
Ｌ
ａ
＞Ｌ
ｂ
の関係が満たされる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
Ｌ
ｂ
が６ｍｍ以下である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記放熱層は、前記半導体基板よりも絶縁破壊電界が高い、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記外周領域内の前記半導体基板の前記上面及び前記放熱層を覆う絶縁膜（２９）と、
前記絶縁膜の上面に設けられるとともに前記上部電極に接続されている金属層（７４）と、
をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体基板の前記素子領域には、第１種の半導体素子（８０）と、前記第１種の半導体素子とは異なる第２種の半導体素子（８２）と、が形成されており、
前記第１種の半導体素子と前記第２種の半導体素子は、前記第２方向に沿って配置されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記酸化物半導体は、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
である、請求項１に記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、Ｇａ
２
Ｏ
３
系半導体により構成された半導体基板と、半導体基板の上面に設けられたアノード電極と、半導体基板の下面に設けられたカソード電極と、を備える半導体装置が開示されている。この半導体装置では、半導体基板の下面に凹部が設けられている。
【０００３】
Ｇａ
２
Ｏ
３
系半導体は耐圧に優れる一方、放熱性が悪いという問題がある。特許文献１には、凹部が形成された範囲において半導体基板の厚みが薄くなっているため、半導体基板で生じた熱を放熱し易く、凹部が形成されていない範囲において半導体基板の厚みが厚くなっているため、半導体基板の機械的強度を保持することができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－１０６１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の半導体装置では、半導体基板の厚みが位置によって大きく異なっており、半導体装置が動作したときの冷熱サイクルにより、局所的に応力が印加され易い。その結果、半導体基板にクラックが生じ得る。本明細書では、半導体基板に印加される意図しない応力を抑制しつつ、放熱性を向上させることができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する半導体装置（１０）は、酸化物半導体により構成されており、上から見たときに第１方向に沿って伸びる一対の第１の辺（１４）と前記第１方向に直交する第２方向に沿って伸びる一対の第２の辺（１６）とにより画定される矩形状を有する半導体基板（１２）と、上部電極（７０）と、下部電極（７２）と、を備えている。前記半導体基板が、前記半導体基板を上から見たときに、半導体素子が形成された素子領域（６０）と、前記素子領域の周囲に配置されている外周領域（６２）とを有している。前記上部電極が、前記素子領域内において前記半導体基板の上面（１２ａ）に接している。前記下部電極が、前記半導体基板の下面（１２ｂ）に接している。前記外周領域では、前記半導体基板の前記上面に、前記半導体基板よりも熱伝導率が高い材料により構成されているとともに前記素子領域を一巡するように配置された放熱層（２８）が設けられている。前記第１の辺の長さをＬ
ａ
、前記第２の辺の長さをＬ
ｂ
、前記酸化物半導体の前記第１方向の熱伝導率をκ
ａ
、前記酸化物半導体の前記第２方向の熱伝導率をκ
ｂ
としたときに、κ
ａ
＜κ
ｂ
、かつ、κ
ａ
／Ｌ
ａ
＜κ
ｂ
／Ｌ
ｂ
の関係が満たされる。
【０００７】
上記の半導体装置が動作すると、上部電極と下部電極の間に電流が流れ、素子領域内の半導体基板が発熱する。酸化物半導体は、熱伝導率に異方性を有するため、半導体基板で生じた熱は、熱コンダクタンスが高い方向に伝導し易い。上記の半導体装置では、第１方向と第２方向の熱コンダクタンスが、κ
ａ
／Ｌ
ａ
＜κ
ｂ
／Ｌ
ｂ
の関係を満たしている。このため、素子領域内で生じた熱は、まず、熱コンダクタンスがより高い第２方向に沿って伝導する。外周領域には、半導体基板よりも熱伝導率が高い放熱層が設けられているので、素子領域から第２方向に沿って外周領域まで伝導した熱は、放熱層を介して半導体基板の外部に放散される。このように、上記の半導体装置では、半導体基板の熱コンダクタンスを調整するとともに外周領域に放熱層を設けることにより、半導体基板に印加される意図しない応力を抑制しつつ、放熱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施例の半導体装置を上から見た平面図。
図１のＩＩ－ＩＩ線における断面図。
実施例の半導体装置の製造工程を説明するための図。
実施例の半導体装置の製造工程を説明するための図。
実施例の半導体装置の製造工程を説明するための図。
変形例の半導体装置の図２に対応する断面図。
他の変形例の半導体装置の図１に対応する平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書が開示する一例の半導体装置では、Ｌ
ａ
＞Ｌ
ｂ
の関係が満たされてもよい。
【００１０】
このような構成では、熱コンダクタンスが高い第２方向に沿う第２の辺が、第１の辺よりも短い。素子領域内で生じた熱が、外周領域までの距離が短い第２方向に沿って伝導し易いので、より放熱性を向上することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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