JP2005310923A - Semiconductor device and chip packaging method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、SiC半導体パワーデバイスにおいて配線の肥大化を回避してパワーデバイスモジュールを小型化した半導体装置とチップの実装方法に関する。
Si半導体を用いたパワーデバイスはMOS−FET、接合型FET、IGBTなどがある。パワーFETは電流を横方向に流す横型のものと、電流を縦方向に流す縦型のものがある。
The present invention relates to a semiconductor device and a chip mounting method in which a power device module is miniaturized by avoiding the enlargement of wiring in a SiC semiconductor power device.
Examples of power devices using Si semiconductors include MOS-FETs, junction FETs, and IGBTs. There are two types of power FETs, a horizontal type in which current flows in the horizontal direction and a vertical type in which current flows in the vertical direction.
電流を横方向に流す横型のものは、ドレイン電極、ゲート電極、ソース電極ともにチップの上面に設けられる。チャンネルは半導体表面にあって電流はドレインからソースへ横向きに流れる。横型はp領域、n型領域、電極が全て表面にあるからウエハプロセスが単純であり製造容易であるし実装も容易である。オン時の抵抗も低い。 In the horizontal type in which current flows in the horizontal direction, the drain electrode, the gate electrode, and the source electrode are all provided on the upper surface of the chip. The channel is on the semiconductor surface and current flows laterally from the drain to the source. In the horizontal type, the p region, the n type region, and the electrodes are all on the surface, so the wafer process is simple, easy to manufacture, and easy to mount. Low on-resistance.
縦型のFETは、ソース電極、ゲート電極は表面にあるが、ドレイン電極はチップの裏面にあり電流が縦に流れる。縦型はpn接合の前後の空乏層を広く取れるからオフ時の耐圧を高くすることができる。表面にドレイン配線がないから配線が占有する面積を減らすことができる。しかし構造は複雑であってオン時の抵抗が高く製造コストは高いという欠点がある。Si半導体でオフ時耐圧の高いFETは殆どが縦型である。 In the vertical FET, the source electrode and the gate electrode are on the front surface, but the drain electrode is on the back surface of the chip, and current flows vertically. Since the vertical type can take a wide depletion layer before and after the pn junction, the breakdown voltage at the time of off can be increased. Since there is no drain wiring on the surface, the area occupied by the wiring can be reduced. However, the structure is complicated and has a drawback of high on-resistance and high manufacturing cost. Most FETs which are Si semiconductors and have a high withstand voltage when turned off are vertical type.
IGBT(isolated gate bipolar transistor)は縦型FETのドレイン電極の近傍にp型層を追加したものである。p型層の正孔が上へ流れ、n型層からの電子は下へ流れ両方の導電型のキャリヤが電流に寄与するのでFETよりも大電流を流すことができる。電子も正孔もキャリヤとして利用するからバイポーラというのである。 An IGBT (isolated gate bipolar transistor) is obtained by adding a p-type layer in the vicinity of the drain electrode of a vertical FET. Holes in the p-type layer flow upward, electrons from the n-type layer flow downward, and carriers of both conductivity types contribute to the current, so that a larger current can flow than the FET. Bipolar is used because both electrons and holes are used as carriers.
現在モータ駆動用等のスイッチング素子としてSi半導体で最も一般的なパワーデバイスはIGBTで600V以上、60A以上の高電圧大電流を扱うことができるといわれている。それはチップの工夫とともに冷却機構も最適に工夫されたものである。Si半導体は耐熱性がネックで150℃にもなると劣化するので放熱性を高め冷却水で冷却したりする必要がある。 At present, it is said that the most common power device of Si semiconductor as a switching element for driving a motor or the like can handle a high voltage and large current of 600 V or more and 60 A or more by IGBT. In addition to the chip, the cooling mechanism is optimally devised. Since the Si semiconductor deteriorates when the heat resistance reaches a temperature of 150 ° C. due to the neck, it is necessary to increase heat dissipation and cool with cooling water.
しかし、それよりもなお高い電圧、大きい電流のパワーデバイスが望まれる。そうなるとSi半導体では耐圧を稼ぐ分だけオン抵抗が増大し損失が増加する。SiCパワーデバイスであれば、その要求に応えることができる。 However, power devices with higher voltages and higher currents are desired. As a result, in the Si semiconductor, the on-resistance increases as the breakdown voltage increases, and the loss increases. An SiC power device can meet the demand.
特許文献1はSiパワーデバイスにおいてチップに中空のヒートシンクを取り付けヒートシンクに冷却水を通すことによって放熱性を高めたものである。
SiC半導体は、耐熱性に優れており、Si半導体では使用不可能な高温でも使用可能である。たとえば250℃程度の高温でも動作すると言われている。そうであればSiC半導体ならば冷却機構をより単純化できるということである。それにSiCは絶縁破壊電界がSiの10倍程度あるとされている。だから小型の素子でも高耐圧のデバイスとすることができる。 SiC semiconductors have excellent heat resistance, and can be used at high temperatures that cannot be used with Si semiconductors. For example, it is said to operate even at a high temperature of about 250 ° C. If so, the cooling mechanism can be further simplified with a SiC semiconductor. In addition, SiC has a dielectric breakdown electric field about 10 times that of Si. Therefore, even a small element can be a high breakdown voltage device.
SiCは絶縁破壊電界がSiより格段に大きいのでオフ時耐圧の高いパワーFETを提供できるはずである。SiC半導体を使えば横型で高耐圧、大電流のものができることであろう。しかし横型にすると、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、ゲート配線、ソース配線、ドレイン配線の全てがチップの表面に存在する。大電流を流すにはエレクトロマイグレーションが起こらないように配線の断面積を大きくしなければならない。断面積の大きい配線を数多く表面に形成することになるとチップの面積が過大になってしまう。チップが大きいとパッケージも含めたデバイスが大型化して好ましくない。 Since SiC has a much higher breakdown electric field than Si, it should be possible to provide a power FET with a high withstand voltage during off-state. If a SiC semiconductor is used, it will be possible to produce a horizontal type with a high breakdown voltage and a large current. However, in the horizontal type, all of the gate electrode, the source electrode, the drain electrode, the gate wiring, the source wiring, and the drain wiring exist on the surface of the chip. To pass a large current, the cross-sectional area of the wiring must be increased so that electromigration does not occur. If a large number of wirings having a large cross-sectional area are formed on the surface, the area of the chip becomes excessive. If the chip is large, the device including the package becomes large, which is not preferable.
従来のパワーFETは、多数のFET単位のゲート電極、ソース電極、ドレイン電極などを集約してゲートパッド、ソースパッド、ドレインパッドとし、それをパッケージのリードピンとワイヤボンディングで接続するようにしている。そのために配線敷設のための面積が多大になりチップ面積の大部分を配線が占めるようになることもある。 In a conventional power FET, gate electrodes, source electrodes, drain electrodes, and the like of many FET units are aggregated to form gate pads, source pads, and drain pads, which are connected to package lead pins by wire bonding. Therefore, the area for wiring laying becomes enormous, and wiring may occupy most of the chip area.
図1は従来例にかかるSiパワーFETの電極と配線分布を示す図である。チップ2の上面に櫛形のゲート領域(p−Si)、ドレイン領域(n−Si)、ソース領域(n−Si)を拡散、イオン注入で形成し、その上に櫛形のゲート電極7、7…、ソース電極8、8、…、ドレイン電極9、9…を設ける。図には表れないが、ドレイン、ソース、ゲート領域はそれぞれの電極の下の部分である。
FIG. 1 is a diagram showing an electrode and wiring distribution of a Si power FET according to a conventional example. A comb-shaped gate region (p-Si), a drain region (n-Si), and a source region (n-Si) are formed by diffusion and ion implantation on the upper surface of the
パワーデバイスで電流をできるだけたくさん流す必要があるから、ゲート、ソース、ドレインは横に伸びた平行領域に形成する。チャンネル長は短いが、チャンネル幅が広くなる。チャンネル長は応答時間や耐圧を決めるが電流には無関係であり、数μm〜数十μmの程度である。チャンネル幅は電流に比例するから長くする必要がある。図1では両側から延長して櫛形電極を組み合わせているが、櫛形電極の対向している部分の長さの合計がチャンネル幅である。ここでは6本の電極の組しか描いていないが実際にはもっと数多いのである。ここでは簡単に書いている。できるだけ沢山の電流を流すため、櫛形電極の対向する部分のチャンネル幅は数cm〜mになることもある。 Since it is necessary to flow as much current as possible in the power device, the gate, source, and drain are formed in a parallel region extending horizontally. Although the channel length is short, the channel width becomes wide. The channel length determines the response time and withstand voltage, but is not related to the current, and is about several μm to several tens of μm. The channel width is proportional to the current, so it needs to be long. In FIG. 1, comb electrodes are combined extending from both sides, but the total length of the facing portions of the comb electrodes is the channel width. Here, only a set of six electrodes is shown, but there are actually many more. Here is a brief description. In order to flow as much current as possible, the channel width of the facing portion of the comb electrode may be several cm to m.
櫛形であるドレイン電極9、ソース電極8には横向きに電流が流れる。チャンネル間で一様密度で電流が流れるから櫛形の電極9、8では先端部では電流が小さく、根元では電流が大きくなる。櫛形のドレイン電極9、9、…を左方で纏めているものがドレイン集合配線29である。全ての線分状のドレイン電極9に直交しており個々のドレイン電極より大きい電流が流れるから幅広い集合配線(アルミ)29となっている。ソース電極8についても同様で全ての細い線分状のソース電極8、8…につながるソース集合配線28が設けてある。これも大きい電流が流れるので太い配線となっている。
A current flows laterally through the comb-shaped drain electrode 9 and source electrode 8. Since current flows at a uniform density between channels, the comb-shaped electrodes 9 and 8 have a small current at the tip and a large current at the root. A
ゲート電極7についてもゲート集合配線27がある。ゲート電極に流れる電流は小さいから集合配線27はあまり太くなくてもよい。ソース集合配線28はゲート電極7の上にかぶっているが実際には間に層間絶縁膜があり、ゲート電極とソース電極は電気的に絶縁されている。
There is also a
ドレイン集合配線29の上に一部が重畳するようにドレインパッド39が設けられる。それはパッケージのリードピン(図示しない)と接続するための、ワイヤボンディングのためのパッドである。ソース集合配線28の一部に重なるようにソースパッド38が設けられる。これもパッケージのリードピン(図示しない)と接続するための、ワイヤボンディングのためのパッドである。ゲート集合配線27にもゲートパッド37が設けられる。パッドはワイヤボンディングのための端子となるものだからチップの適当な場所に設けられる。
A
この図を見ればわかるが個々のFET素子の存在する部分は、細かい櫛形のドレイン電極9、ソース電極8、ゲート電極7が平行に存在する。それはトランジスタとして動作する領域である。それらの電極を集約するための集合配線29、28、27は動作領域とは別の領域に設けられる。またワイヤボンディングのためのパッドも配線とは別に必要であり、そのためにも面積が必要である。だから半導体チップ2の全面が動作領域とはならないのである。集合配線は多数の電極を一つに纏めるものである。パッドは一チップに一つしかないので集合配線において全ての電極を一つに結合しなければならない。FET単位の数が増えると配線はより複雑に入り乱れる。だから配線の占める面積は増える一方である。本発明はパワーデバイスにおいて配線の占有する面積を減らし、より小型であって高出力のものを提供することを目的とする。
As can be seen from this figure, fine comb-shaped drain electrode 9, source electrode 8 and gate electrode 7 exist in parallel in the portion where each FET element exists. It is a region that operates as a transistor. The
1チップ内でそれぞれの電極の集合配線を一つに纏めず、複数の電極を集合した分散型のパッドを分散して設け、複数の分散型集合パッドに個々の電極を適当な経路で接続する。それによってチップ上に必要とされる配線面積を減少させる。そしてチップの分散型集合配線とパッケージのピンを直接に接続しないで、別体の配線基板の表面に鏡影対称になるように分散型パッドを、周辺部にドレインパッド、ソースパッド、ゲートパッドを、内部に三次元的な基板配線を設けて、それによって複数の集合配線を纏める。チップと配線基板をはりつけて対応する分散型ドレインパッド、ソースパッド、ゲートパッドを接続する。配線基板の統合ドレインパッド、ソースパッド、ゲートパッドをワイヤボンディングしてピンに接続されるようにする。そうすることによってチップ上で配線が占める面積を減らすことができる。それだけチップを小型化することができる。あるいはチップの大きさが同一としてもFETとして動作する動作領域を増やすことができ、より高出力のデバイスとすることができる。 In one chip, the collective wiring of each electrode is not combined into one, but distributed pads in which a plurality of electrodes are aggregated are provided in a distributed manner, and individual electrodes are connected to the plurality of distributed aggregate pads through appropriate paths. . Thereby, the wiring area required on the chip is reduced. Do not directly connect the chip's distributed collective wiring and package pins, but distribute the distributed pad on the surface of a separate wiring board so that it is mirror-symmetrical, and the drain pad, source pad, and gate pad on the periphery. In addition, a three-dimensional substrate wiring is provided inside, thereby collecting a plurality of collective wirings. The chip is connected to the wiring board to connect the corresponding distributed drain pad, source pad, and gate pad. The integrated drain pad, source pad, and gate pad of the wiring board are wire bonded to be connected to the pins. By doing so, the area occupied by the wiring on the chip can be reduced. The chip can be downsized accordingly. Alternatively, even if the size of the chip is the same, the operating region operating as an FET can be increased, and a higher output device can be obtained.
ドレイン電極の集合パッド、ソース電極の集合パッド、ゲート電極の集合配線及びパッドをチップ局所的に幾つも作り、別体の配線を内蔵し鏡面対称の位置にパッドを有する基板に突き合わせて複数のパッドを基板配線によって一つの基板パッドに集約させ、それをパッケージのリードピンにワイヤボンディングして結合するようにしている。そのためにチップにおける集合配線の量が減る。集合配線の幅をより狭くすることもできる。さらにFET群の占める位置に関して従来のものよりも自由度が高くなる。 A plurality of pads are formed by collecting a plurality of drain electrode assembly pads, source electrode assembly pads, gate electrode assembly wirings, and pads locally on the chip, having separate wirings and having pads in mirror-symmetrical positions. Are integrated into one substrate pad by substrate wiring, and are bonded to the lead pins of the package by wire bonding. This reduces the amount of collective wiring in the chip. The width of the collective wiring can also be made narrower. Further, the degree of freedom of the position occupied by the FET group is higher than that of the conventional one.
[実施例1:分散型狭パッド]
図2によって本発明の第1の実施例にかかる分散型のトランジスタ配線構造を説明する。これは3箇所に分散してトランジスタ群を設けた簡単化した例である。それは極単純な例であって、3箇所以上に分散してトランジスタ群を設けるようにしてもよい。そういう目で見ると従来例の図1のものはトランジスタ群が1群しかないものである。
[Example 1: Distributed narrow pad]
A distributed transistor wiring structure according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This is a simplified example in which transistor groups are provided in three locations. This is an extremely simple example, and a group of transistors may be provided by being distributed in three or more places. From this point of view, the conventional example shown in FIG. 1 has only one transistor group.
図2において上から順にA群、B群、C群と呼ぶことにしよう。A群において、ドレイン、ソースのn型領域やゲートのp型領域が平行に設けられる。左側にドレインパッド39があり、ドレインパッド39から二本のドレイン電極9、9が平行に伸びている。その間に二本のゲート電極7、7があり、中心部にソース電極8がある。ゲート電極7、7は長く伸びてチップ右側のゲート集合配線27につながる。ソース電極8は右に伸びソースパッド38につながる。
In FIG. 2, they will be called A group, B group, and C group in order from the top. In group A, drain and source n-type regions and gate p-type regions are provided in parallel. There is a
B群においても同様である。二つのドレイン電極9、9の間に、ゲート電極7、7、ソース電極8を挟み込む構造となっている。ドレイン電極はドレインパッド39に接続される。B群のドレインパッド39は、A群のドレインパッドとは離れている。A群、B群のドレイン電極の間にも、ゲート電極7、7、ソース電極8がある。ゲート電極7、7は共通のゲート集合配線27に接続されている。ゲート集合配線27には一つのゲートパッド37が設けられる。ゲート配線には大きい電流が流れないからゲート電極の集合配線は細くていいのである。ソース電極8はB群のソースパッド38につながる。
The same applies to the group B. The gate electrodes 7 and 7 and the source electrode 8 are sandwiched between the two drain electrodes 9 and 9. The drain electrode is connected to the
C群も同じことであり、ドレイン電極9、9は独立のドレインパッド39につながっている。ソース電極は独立のソースパッド38につながる。
このようにドレイン電極とソース電極、ゲート電極が互いに平行で一部が噛み合うような櫛形の配列をするのは従来例と同様であるが、ドレイン電極9、9…、ソース電極8、8…の集合配線が小さくなり(あるいは消失し)局所的に複数個形成されたパッドへ38、…、39、…へ接続されている。パッド38、…、39、…が複数あり、それを一つに纏める配線が存在しない。多数の電極9、9、…8、8…を一つに纏めるには多くの配線が必要であり、そのためにチップの上面の多く量が著しく減少している。チップの面積が配線分布のために多く費やされた従来例とは違ってドレイン配線、ソース配線の狭小化によってチップ面積を狭小化することができる。
The same applies to the group C, and the drain electrodes 9 and 9 are connected to
In this way, the drain electrode, the source electrode, and the gate electrode are arranged in a comb shape such that the drain electrode, the source electrode, and the gate electrode are parallel to each other and partially engaged with each other. The collective wiring becomes small (or disappears) and is connected to
ここではゲート電極だけは集合配線を作り一つのゲートパッド37にまとめている。それはトランジスタ群の分布が単純だから可能なのである。もっと多くのトランジスタ群があって複雑に分布する場合はゲート電極についても複数のパッドを設けるようにできる。そうするとゲート集合配線の面積を減らすことができる。
Here, only the gate electrode forms a collective wiring and is integrated into one
図2のドレイン電極、ソース電極を含む部分の縦断面図を図3に示す。ソースパッドを含む部分の縦断面図を図4に示す。ドレインパッドを含む部分の縦断面図を図5に示す。 FIG. 3 shows a longitudinal sectional view of a portion including the drain electrode and the source electrode in FIG. FIG. 4 shows a longitudinal sectional view of a portion including the source pad. FIG. 5 shows a longitudinal sectional view of a portion including the drain pad.
図3の縦断面図はドレイン・ゲート・ソース領域よりなる横型FETの縦方向の構造を示している。半導体結晶のn型層5の上にp型層6がエピタキシャル成長してあり、適当な部位にn+−領域やp+−領域がイオン注入か熱拡散によって生成してある。それらがゲート、ドレイン、ソースとなる部分である。それらの領域の上にゲート電極7、ドレイン電極9、ソース電極8が設けられる。接合型FETの場合に、そのようにゲート電極とp+型結晶層がオーミック接合した形になる。SiCの場合、接合型のトランジスタも有望である。
The vertical sectional view of FIG. 3 shows the vertical structure of a lateral FET composed of a drain / gate / source region. A p-
MOS−FETにすることももちろんできる。MOS−FETの場合はゲートは絶縁膜が形成される。本発明は接合型でもMOS型でもどちらでも適用することができる。図3〜5は接合型を示すが、MOSの場合はp−領域の代わりにゲート絶縁層が形成される。 Of course, a MOS-FET can be used. In the case of a MOS-FET, an insulating film is formed on the gate. The present invention can be applied to either a junction type or a MOS type. 3 to 5 show the junction type, but in the case of MOS, a gate insulating layer is formed instead of the p-region.
半導体結晶の上に5層の酸化膜が設けられる。それを下からC、E、F、K、Hとする。酸化膜の中に配線が埋め込まれている。最下層の酸化膜Cには先述の電極8、9、7がある。ゲート電極7、ソース電極8、ドレイン電極9は紙面と垂直の方向に伸びている。ゲート電極7にはゲート配線27が、ソース電極8にはソース配線28が、ドレイン電極9にはドレイン配線29が直上の酸化膜Eの中に設けられる。
Five layers of oxide films are provided on the semiconductor crystal. Let it be C, E, F, K, H from the bottom. Wiring is embedded in the oxide film. The lowermost oxide film C has the electrodes 8, 9, and 7 described above. The gate electrode 7, the source electrode 8, and the drain electrode 9 extend in a direction perpendicular to the paper surface. A
さらに図4に示すように近隣のソース電極8、8を接続するためにスルーホール48、48…が形成され、その上にソースパッド38が露呈するように設けられる。図5に示すように直近のドレイン電極9、9を接続するためにスルーホール49、49…が形成され、その上にドレインパッド39が上部に露出するように設けられる。
Further, as shown in FIG. 4, through
フォトリソグラフィ、エッチング、酸化、アルミのスパッタリング、蒸着の繰り返しによって、そのような配線構造を作ることができる。ソース電極の配線はより複雑である。それはドレイン電極の上を通る必要があるからである。そのようにするとチップの上面に、複数の同等なドレインパッド、ソースパッドができる。それらを一つに集合するような配線がない。 Such a wiring structure can be formed by repeating photolithography, etching, oxidation, aluminum sputtering, and vapor deposition. The wiring of the source electrode is more complicated. This is because it is necessary to pass over the drain electrode. As a result, a plurality of equivalent drain pads and source pads are formed on the upper surface of the chip. There is no wiring that gathers them together.
そのように複数の独立のパッドができるが、それを一つに纏める配線は別体の基板の内部に設けるようにする。基板はプラスチックの基板で内部配線を設けたものでも良いし、AlSiC、Al2O3などのセラミック絶縁体基板であってもよい。 In this way, a plurality of independent pads can be formed, but the wiring for bringing them together is provided in a separate substrate. The substrate may be a plastic substrate provided with internal wiring, or may be a ceramic insulator substrate such as AlSiC or Al 2 O 3 .
図2のチップ2に対応する配線基板60の面を図6に示す。これはチップ2の上面に接合する面である。突き合わせたときにパッドがきちんと接触するようにようチップ上のパッドと鏡影対称になるように分散パッドを配置している。図6において分散ソースパッド58、58、58が中央部縦方向に3つ並べて設けられる。右端に分散ドレインパッド59、59、59が3つ直線上に並べて設けられる。またゲートパッド57が左端に形成される。
FIG. 6 shows the surface of the
ソース、ドレインの分散パッドは複数個ある。ゲートについても複数個の分散パッドを設けてもよい。それらを集合した単一の基板ゲートパッド67、基板ソースパッド68、基板ドレインパッド69が基板面の端部に設けられる。これはワイヤボンディングのパッドとなるものである。基板60の内部には導体によるソース配線88があって、分散ソースパッド58、58、58は単一の基板ソースパッド68に接続されている。同様に基板60の内部にはドレイン配線89があり、分散ドレインパッド59、59、59は単一の基板ドレインパッド69に接続されている。
There are a plurality of distributed pads for the source and drain. A plurality of dispersion pads may also be provided for the gate. A single
このように本発明のチップ・配線基板構造において、基板には、チップのパッドと鏡面対称になる位置に複数のドレイン、ソース、ゲートのパッドが設けられる。そして内部配線によってドレインパッドは一つに纏められる。一つに纏められたものは基板の周辺部に設けた統一基板ドレインパッド、統一基板ソースパッド、統一基板ゲートパッドに結合される。つまり基板は、個別パッド、内部配線、統一パッドなどを持つ絶縁板である。 Thus, in the chip / wiring board structure of the present invention, the substrate is provided with a plurality of drain, source, and gate pads at positions that are mirror-symmetrical with the chip pads. The drain pads are combined into one by the internal wiring. The combined one is coupled to a unified substrate drain pad, a unified substrate source pad, and a unified substrate gate pad provided at the periphery of the substrate. That is, the substrate is an insulating plate having individual pads, internal wiring, unified pads, and the like.
基板にチップを貼り付けると対応するパッドが接合されるので基板内部配線によってドレイン、ソースの配線は全て一つのドレインパッド、ソースパッドに集約される。 When the chip is attached to the substrate, the corresponding pads are bonded, so that the drain and source wirings are all integrated into one drain pad and source pad by the internal wiring of the substrate.
図2、図6の実施例は細部の電極(ドレイン、ソース、ゲート)も明示するために単純なトランジスタが3群でパッドが3×2=6つしかない構造を示すが、これは説明のために単純化した例である。実際にはより複雑な構造を取ることができる。 The embodiment of FIGS. 2 and 6 shows a structure in which there are only three transistors and only 3 × 2 = 6 pads in order to clearly show detailed electrodes (drain, source, and gate). This is a simplified example. In practice, more complex structures can be taken.
[実施例2:複数の同一方向配列ドレインパッド、ソースパッド]
図7は複数のFET単位のドレイン電極D、D(9)…をドレインパッド39に、複数のFETのソース電極S、S(8)…をソースパッド38に纏めた例を示す。これは5本のドレイン電極Dを一つのドレインパッド39に接合している。ソースパッド38は縦方向に配列し、ドレインパッド39も縦方向に配列している。これは縦にドレインパッド、ソースパッドが並ぶような同方向平行配列型である。図2のものよりもパッドの面積が広くなっている。図3〜5のような酸化膜を多数積層した多層配線とするので最上層のパッドの面積は任意に決めることができる。ここでは接合の精度を高め電流密度を下げるためにパッドの面積を大きくしている。
[Example 2: A plurality of drain pads and source pads arranged in the same direction]
FIG. 7 shows an example in which a plurality of FET unit drain electrodes D, D (9)... Are combined in a
パッドの直下に多数のドレイン電極、ソース電極、ゲート電極が平行に存在する。ゲート電極G、G…については酸化膜に埋め込まれた配線によって一つに纏められる。ゲート電極についても複数のゲートパッドに接続するようにしてもよい。これは2×2の一部だけを示すが実際には縦横に多数のドレインパッドとソースパッドが一チップ上に並べられているのである。たとえば8×8とか16×16というようにパッドを縦横に平行配列する。 A number of drain electrodes, source electrodes, and gate electrodes exist in parallel under the pad. The gate electrodes G, G... Are combined into one by wiring embedded in the oxide film. The gate electrode may be connected to a plurality of gate pads. This shows only a part of 2 × 2, but actually, a large number of drain pads and source pads are arranged on one chip vertically and horizontally. For example, the pads are arranged in parallel vertically and horizontally, such as 8 × 8 or 16 × 16.
[実施例3:複数の交互方向配列ドレインパッド、ソースパッド]
図8はやはり複数のFET単位のドレイン電極D、D(9)をドレインパッド39に、複数のソース電極S、S(8)をソースパッド38に纏めるようにした例を示す。これも面積の広いパッドとしている。これはドレインパッドとソースパッドが交互千鳥状に並ぶような例を示す。直線状に伸びる平行のドレイン電極D、ゲート電極G、ソース電極Sがあって多層配線によってそれら複数の電極を分散パッドに接合するのは図7のものと同じである。これはソースパッド38とドレインパッド39を交互に並べることができる。これも2×2の最小の単位を示すものであって、もっと多くの数の行列が1チップの上に形成される。
[Example 3: A plurality of alternately arranged drain pads and source pads]
FIG. 8 shows an example in which a plurality of FET unit drain electrodes D and D (9) are combined into a
[実施例4:複数の交互方向配列型行列状ドレインパッド、ソースパッド]
図9にそのような多数のパッドを分散させた交互型チップの構造を示す。それはドレインパッド39、ソースパッド38を交互にm×nの行列状に配列したものである。図7の同方向配列型の場合でもm×nの行列にすることができる。一つ一つのドレインパッド39、ソースパッド38は複数のトランジスタの複数のドレイン電極、ソース電極を集合したものである。ここではドレインパッドをD、ソースパッドをSとして示す。対向するドレインパッドとソースパッドの中間に当たる部分がFETとして機能する動作領域である。ここにソース・ゲート・ドレインの領域があって櫛形の電極が交互並列に設けられるのである。複雑になるのを避けるために、個々の電極は図9では省略し、パッドだけを描いている。
[Example 4: A plurality of alternately arranged matrix type drain pads and source pads]
FIG. 9 shows the structure of an alternating chip in which such a large number of pads are dispersed. In this configuration,
図2、6のように小さいパッドを設けるようにしてもよいが、多層配線構造とするのだから最上層に広いドレインパッド、ソースパッドを形成するようにしてもよい。そのようにすると広い正方形のドレインパッド、ソースパッドが縦横方向行列をなすように並ぶ。 A small pad may be provided as shown in FIGS. 2 and 6, but since a multi-layer wiring structure is used, a wide drain pad and source pad may be formed on the uppermost layer. By doing so, wide square drain pads and source pads are arranged in a matrix in the vertical and horizontal directions.
図9では5行×5列の行列要素の一つ一つにドレインパッド39、ソースパッド38が交互千鳥状S、D、S、D…に設けられる。ドレインパッドの数Dとソースパッドの数Sは等しいはずで、S=Dである。ここでは行列要素の一つがゲートパッド(G)37となっている。ゲートパッドが一つ、ソースパッドが12個、ドレインパッドが12個であってFET群の数は12である。
In FIG. 9,
図10に配線基板の平面図を示す。これは半導体でなくて絶縁体による基板であり表面にパッドがあり、チップの分散型パッドと貼り合わせて接合されるようになっている。基板の上にはチップ状のパッドとは鏡影対称にパッド群が設けられる。分散型ドレインパッドD、D…(59)と、分散型ソースパッドS、S…(58)が基板60の上にあり、周辺部に基板ドレインパッド69、基板ソースパッド68、基板ゲートパッド67が設けられる。内部において分散型ドレインパッド59、59…は基板ドレインパッド69に統合される。同様に分散型ソースパッド58、58…は基板ソースパッド68に統合される。ゲートパッドは一つだけ図示しているが、これはもっと数多くても良いのである。ゲートパッドも基板ゲートパッド67と内部で接続されている。
FIG. 10 shows a plan view of the wiring board. This is a substrate made of an insulator, not a semiconductor, and has a pad on the surface, and is bonded and bonded to a distributed pad of the chip. A pad group is provided on the substrate in a mirror image symmetrical with the chip-like pad. Dispersed drain pads D, D... (59) and distributed source pads S, S... (58) are on the
図11は配線基板60の上にチップ2をパッド面を対向して貼り合わせた状態の縦断面図を示す。チップ型のドレインパッド39、39、ソースパッド38、38、ゲートパッドと、基板側のドレインパッド59、59、ソースパッド58、58、ゲートパッドとが突き合わせて半田付けされチップと基板は接着剤で接着される。内部ソース配線88が基板内において、基板ソースパッド68と分散ソースパッド58、58…を結合する。内部ソース配線89は基板内において、基板ドレインパッド69と分散ドレインパッド59、59…を結合する。内部ゲート配線87が分散ゲートパッドと基板ゲートパッド67を結合している。
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a state in which the
[実施例5:複数の交互方向配列ドレインパッド、ソースパッドを有するチップ二つを一つの配線基板に接合する]
図12(1)、(2)に一つの配線基板60に二つのチップを貼り合わすようにした実施例を示す。二つのチップは全く同等の構造のものであっても良いし、別の構造のものであってもよい。図12(1)に基板の平面図を示す。図12(2)には縦断面図を示す。基板60の表面には縦横に並ぶドレインパッドD、D…やソースパッドS、S…がある。行列状にパッドを形成したものが2つ分ある。基板の端には広い基板ドレインパッド69、基板ソースパッド68、基板ゲートパッド67などが露出して設けてある。ゲートパッドはそれぞれ一つずつ存在する。
[Embodiment 5: Bonding two chips having a plurality of alternately arranged drain pads and source pads to one wiring board]
12 (1) and 12 (2) show an embodiment in which two chips are bonded to one
基板の内部には内部配線87、88、89が設けられる。個々の分散ドレインパッド59(D)…はドレイン配線89によって一つの基板ドレインパッド69に結合される。個々の分散ソースパッド58(S)…はソース配線88によって基板ソースパッド68に結合される。ゲートパッドGもゲート配線87によって基板ゲートパッド67に結合される。
セラミック基板の場合は配線とスルーホールをもつ複数枚のセラミック板を貼り合わせてそのような構造体を作製することができる。図12において基板内部の配線は交差するように見えるが、実際には奥行きがあるので、配線同士が接触しているわけではない。セラミック基板では図12(2)のような構造を作るのはやや複雑であるが、プラスチックだとインサート成形などでそのような内部配線は簡単に製作できる。 In the case of a ceramic substrate, such a structure can be manufactured by laminating a plurality of ceramic plates having wiring and through holes. In FIG. 12, the wiring inside the substrate seems to intersect, but since there is actually a depth, the wirings are not in contact with each other. Although it is somewhat complicated to make a structure as shown in FIG. 12 (2) on a ceramic substrate, such internal wiring can be easily manufactured by insert molding if plastic is used.
そのように、本発明においてはチップと配線基板が合わさって一つのデバイスとなる。ソースパッドとドレインパッドを結ぶ線分にそって櫛形のドレイン、ゲート、ソースが設けられるのだから、図9、12のチップではそれらの領域の延長する方向は一様であることもできる。 As such, in the present invention, the chip and the wiring substrate are combined to form one device. Since the comb-shaped drain, gate, and source are provided along the line segment connecting the source pad and the drain pad, in the chip of FIGS. 9 and 12, the extending direction of these regions can be uniform.
しかし一様でなく延長方向を混在させることもできる。ドレイン、ゲートソース電極を櫛形平行電極として、それがx方向に延長するものもありy方向に伸びるものもあるというようにできる。それだけでなくて場合によってはx方向に45゜の角度をなすようにもできる。 However, it is not uniform and the extension directions can be mixed. The drain and gate source electrodes may be comb-shaped parallel electrodes, which may extend in the x direction and may extend in the y direction. In addition, in some cases, an angle of 45 ° can be formed in the x direction.
そのようにFET群の複雑な構造を可能にするのは複数の孤立パッドが存在するからである。そのようなドレイン、ゲート、ソースの延長する向きが交互に変わるような配置であると図1のように全てのドレイン電極、ソース電極を一つに纏めようとしても一平面上では到底不可能である。しかし本発明のように多数の孤立パッドを設けるものだとやすやすとそのような交互並列型のトランジスタ群の存在を可能にする。 The reason why such a complicated structure of the FET group is possible is that there are a plurality of isolated pads. With such an arrangement in which the drain, gate, and source extending directions are alternately changed, even if all the drain electrodes and source electrodes are combined as shown in FIG. is there. However, if a large number of isolated pads are provided as in the present invention, it is possible to make it possible to have such a group of alternately parallel transistors.
ゲートパッドも分散し複数にすれば設計の自由度がさらに高まる。
図1の従来例と比べると、本発明は、単位櫛形電極と直交する方向に交わる集合配線29、28の大部分を省くことができるということがわかる。その部分は電流が大きいので太い配線となっているが、それがチップ上から除去できるという効果は大きいものがある。空いた部分をFETの動作領域として有効に利用すれば、より大電流を流すことができるようなデバイスとすることができる。
If the number of gate pads is also distributed and more than one, the degree of design freedom is further increased.
Compared with the conventional example of FIG. 1, it can be seen that the present invention can omit most of the
設計の自由度については、ゲート電極を図7、図8のように2つのパッドの間から取り出すことができる。また隣接部分のFETのドレイン電極、ソース電極、ゲート電極の方向や範囲は独立に決定することができる。だから、より多くのFETを1チップの上に製作することができるのである。 As for the degree of design freedom, the gate electrode can be taken out between the two pads as shown in FIGS. Also, the direction and range of the drain electrode, source electrode, and gate electrode of the adjacent FET can be determined independently. Therefore, more FETs can be manufactured on one chip.
2 デバイスチップ
5 n型SiC層
6 p型SiC層
7 ゲート電極
8 ソース電極
9 ドレイン電極
27 ゲート集合配線
28 ソース集合配線
29 ドレイン集合配線
37 ゲートパッド
38 ソースパッド
39 ドレインパッド
48 スルーホール
49 スルーホール
57 ゲートパッド
58 ソースパッド
59 ドレインパッド
60 基板
67 基板ゲートパッド
68 基板ソースパッド
69 基板ドレインパッド
87 ゲート配線
88 ソース配線
89 ドレイン配線
2 Device chip
5 n-type SiC layer
6 p-type SiC layer
7 Gate electrode
8 Source electrode
9 Drain electrode
27 Gate collective wiring
28 Source set wiring
29 Drain collective wiring
37 Gate pad
38 Source Pad
39 Drain pad
48 through
Claims (2)
A plurality of junction-type or MOS-type field effect transistor (FET) groups manufactured by dispersion, a drain electrode belonging to each transistor group, a distributed drain pad in which the source electrodes are assembled, and a distributed source pad SiC semiconductor chip, a plurality of distributed drain pads formed so as to be mirror-symmetrical with pads on the chip, distributed source pads, and substrate drain pads, substrate source pads, and substrate gate pads provided in the periphery And all the drain pads as substrate drain pads, all the source pads as substrate source pads, and all the gate pads as substrate gate pads. Paste the multiple drain pads and source pads of the chip and distribute the wiring board The drain pad and the source pad are bonded, and all the drain electrodes, source electrodes, and gate electrodes on the chip are connected to one substrate drain pad, substrate source pad, and substrate gate pad through the wiring substrate. A semiconductor device characterized by that.
Priority Applications (1)
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