JP2010530620A - 環状に閉じたコンタクトを備える半導体部品 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 本発明は、基板（４）と、基板に配設されている少なくとも１つの長尺状の第１の電極（１ａ、１ｂ、１ｃ）と、基板に配設されている少なくとも１つの第２の電極（２ａ、２ｂ）とを備え、第１および／または第２の電極は、長手方向に閉じている半導体部品に関する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、面積を小さく抑えつつ低抵抗で大電流が伝導され得る半導体部品に関する。本発明はさらに、本発明に係る半導体部品を製造するのに好ましい半導体部品製造方法に関する。

図１は、現行の技術水準に係る半導体部品を示す図である。２本の電極１および２が、基板４に配設されている。電極１および２の間に電圧３が印加されると、電流５が基板４を流れる。電流５は、基板表面に平行に、電極２から電極１へと横方向に流れる。基板４は、導電層または半導体である。

電極１および２ならびに基板４の内部において、電気抵抗が発生する。この抵抗を低減するべく、現行の技術水準では、電極１および２を全幅にわたって複数の幅小分割部分（１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ）に分割し、これらの幅小分割部分がいわゆるバス（６，７）によって並列に接続される。このような構造を図２に示す。基板４の平面において、分割部分１ａ、１ｂ、１ｃはバス６から当該バスの長手方向に垂直に延伸しており、バス７から当該バスの長手方向に垂直に延伸している電極２の分割部分２ａおよび２ｂと係合している。分割部分の幅、つまり、バス６または７の長手方向に平行な方向における延伸部分によって、電極１および２の望ましくない直列抵抗および最大電流伝導能力を調整することができる。図２に示すデバイスにおいて、対応するバス６または７から最も離れているポイント８または９を介して対応する電極に与えられる電流は、最大直列抵抗の影響を受ける。

バス６および７は、分割部分２ａ、２ｂ、または１ａ、１ｂ、１ｃを流れる電流をまとめて誘導する。バス６および７の電流伝導能力はそれぞれ、分割部分１ａ、１ｂ、１ｃまたは２ａ、２ｂの電流伝導能力の合計に匹敵するように、非常に大きくする必要がある。バス６および７の電流伝導能力は、例えば、バスの幅を大きくすることによって高くすることができる。しかし、このようにバス６および７の幅を大きくすると、部品全体の表面積が大きくなり、このような表面積の増加は電流供給に寄与しない。このため、電流強度およびバスによって電流が与えられる分割部分の数が大きくなると、必要になる空間が大きくなる。図２の点線で示す領域１０ａ、１０ｂは、アクティブ構造に用いられる表面積を表す。

当該部品は、接合部分１１および１２に設けられるボンディングワイヤによって接続され得る。接合部分１１および１２は、接触しているバス６または７の電流伝導能力に対応する電流伝導能力を持つようなサイズで設計する必要がある。接合部分１２の場合、電流伝導能力は、バス６および６ａの電流伝導能力の合計に対応する電流伝導能力でなければならない。しかし、接合部分を大きくする場合も、半導体ディスク上でより大きい空間を必要とすることになり、コスト増加につながる。また、必要となる空間は、接続される部品で伝導可能とされる電流が大きくなると共に、大きくなる。

図２に図示する構成が抱える別の問題として、半導体の２本の電極１ａ、１ｂ、１ｃと２ａ、２ｂとの間に印加される電圧が臨界電界強度を超えると、電気的破壊が発生して、部品が損傷してしまう点が挙げられる。このような破壊は、部品内で電界強度が最も過剰に上昇した箇所で始まる。図示した構成によると、これは、部品のストリップ状部分１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂの端部となる。このため、図示した構成の対応する部分は特に、電気的破壊による損傷が発生しやすい。

上記を鑑みて、本発明は、接触のために必要とされる表面積が現行の技術水準のものよりも小さく、直列抵抗がより小さく、電気的破壊による損傷もより発生しにくい半導体部品を提供することを目的とする。本発明はさらに、上述した利点が得られる半導体部品を製造する方法を提供することも目的とする。

上述の目的は、請求項１に記載の半導体部品および請求項１９に記載のコンタクトを製造する方法によって実現される。本発明に係る半導体部品および本発明に係る方法が実現し得る利点は、従属項に記載されている。

本発明に係る半導体部品は、少なくとも１つの長尺状の第１の電極と、少なくとも１つの長尺状であるのが好ましい第２の電極とが設けられている基板を備える。別の極性を持つ別の電極を対応させて設けることも可能である。基板は、導電層または半導体層であるのが好ましい。

少なくとも１つの電極、好ましくは全ての電極が、長尺形状を持つ。つまり、ある線に沿って延伸し、この線に対して垂直な１または２の方向において、線長にわたって、幅が実質的に一定またはわずかに変化する。本発明によると、電極は長手方向において閉じているが、これは、上述した電極の延伸方向に沿った線が、各電極について閉じていることを意味する。「閉じている」とは、線または電極が長手方向に沿って互いに結合していること、つまり、始点または終点がないことを意味する。このため電極は、対応する電極によって被覆されていない自由領域を取り囲むように面が設けられている。

電極はそれぞれ、環状、円状に、楕円状に、矩形状に、正方形状に、三角形状に、多角形状に、またはその他の形状で閉じているとしてよい。そして電極は、対応する形状の端縁に沿って延伸する。

電極は、基板に対して、および、互いに、長手方向が平行になるように配設されるのが好ましい。電圧は、少なくとも１つの第１の電極が第１の極性または極を持ち、少なくとも第２の電極が第２の極性または極を持つように、および／または、電極が半導体部品において少なくとも２つの異なる機能を持つように、電極間に印加されるのが好ましい。「平行」とは、互いに平行である物体間の最短間隔が一定であること、および／または、全長にわたって同じであることを意味する。「極性または極」は好ましくは、対応する電極の電位の符号、または、電極の相対的な電位を意味するものと理解されたい。このため、電位の符号が同じであるが値が異なる２つの電極の場合、極性が異なるものとする。「機能」という用語は、本明細書では、同様の意味で使用される。「機能」はまた、部品内での対応する電極の機能とも理解される。例えば、部品がトランジスタの場合、電極の機能は、ドレイン、ソースおよびゲート、または、エミッタ、コレクタおよびベースであるとしてよい。ダイオードの場合は、一方の電極の極性または機能は、例えば、正極であってよく、他方の電極は負極であってよい。その他の部品についても同様である。

電極は特に、オーミック接合の場合は障壁がなく、または、ショットキ接合の場合は障壁がある半導体を形成するように構成するとしてよい。

電極は、同一平面に配設されるのが好ましい。基板は、実質的に平面状、好ましくは一の平面で広がるのが好ましい。つまり、互いに対向する基板の２つの面が、当該基板のほかの面よりも遥かに大きい。電極は、基板が平面状に広がっている面に対して平行に配置されている１以上の平面内で延伸しているのが好ましい。

電極は、共通点、例えば、共通中心点を中心として、同心円状に配設されるのが好ましい。

本発明によると電極が閉じている構成となっているので、任意の点において電極に接触することができ、閉じていない構成に比べて、電極内での望ましくない直列抵抗を半減させることができるようになる。抵抗が半減されるのは、電極の各点から、例えばバスを介した外部のコンタクトまで、電極に沿って、互いに平行で且つ接続された２つの経路があるためである。これら２つの経路の伝導性を合計すると、総伝導性は各経路の伝導性よりも大きくなる。この伝導性は、逆方向抵抗である。

第１の電極の一部または全ては、共通バスによって接続され、および／または、第２の電極の一部または全ては、共通バスによって接続されるのが好ましい。別の極性を持つ別の電極は、別のバスによって同様に接続され得る。

バスのうち少なくとも１つは、基板が平面状に広がっている平面に対して平行な平面であって、基板または電極のいずれも配設されていない平面において配設されるのが好ましい。特に、バスのうち少なくとも１つ、好ましくは全てのバスが、電極の面のうち基板とは反対側の面に配設されるのが好ましい。この場合、まず電極を共通平面において基板上に配設して、そして電極の上方に、一または複数のバスを設ける。

バスは、電極の上に直接配設するのではなく、電極から間隙を空けて配設されると良い。ここで、バスと電極との間には、少なくとも１つの絶縁層を設けるのが好ましい。バスのうち少なくとも１つと、対応するバスに接続されている電極との間には、少なくとも１つのビアコンタクトが配設されるのが好ましく、このビアコンタクトを介して、電極と、接触しているバスとが電気的に接続される。このため、ビアコンタクトは、電極とバスとの間の間隙にわたって延伸している。

ビアコンタクトは具体的には、絶縁層内に設けられる貫通孔において延伸するとしてよい。この目的のため、このような孔または開口は、導電材料、例えば金属等で充填されるとしてよい。

絶縁層は、誘電体および／またはポリマーを含むとしてよい。

ビアコンタクトは、多岐にわたる構成を持ち得るとしてよい。長尺状であってもよいし、立方体または円筒状の形状を持つとしてよい。

特定の用途については、絶縁層およびビアコンタクトの構造は、より複雑になり得る。

最初に、例えば、絶縁層が電極に塗布されるとしてよい。この絶縁層は、電極の上方に開口を持つ。１以上の金属層が、この絶縁層の上に塗布されるとしてよい。金属層は、前述した開口にも入り込み、開口を介して電極に接触する。各極性について、別個の金属層または金属層の別個の領域が設けられるとしてよい。

３つ以上の極性の場合には、少なくとも１つの別の絶縁層、および、異なる極性について別個の領域を持つ少なくとも１つの別の金属層を、他の層について上述した方法に対応して、金属層の少なくとも一部の領域に対して塗布するとしてよい。

複数の極または極性の電極が複数のバスを介して接続される場合、これらのバスは複数の異なる面または一の共通の面に配設されるとしてよい。電極は長手方向に延伸しているので、すべての電極が各バスの下方を部分的に延伸するが、ビアコンタクトは、任意のバスと該バスに接触している電極との間にのみ配設されるように、複数のバスを配設することが可能である。他の電極は、該バスと電気的に接触することなく、基板とバスとの間において、延伸している。少なくとも１つの絶縁層が、電極と、該電極に接触していないバスとの間に配設されることが好ましい。

特に上述した構成においては、バスを、配置面において、平面状に延伸させることが可能である。バスは、基板の表面の一部分において、平面状に延伸し得る。このため、バスの表面積を可能な限り大きくできるという効果が得られる。このため、バスが基板の表面の大部分、好ましくは実質的に全面を被覆するのが好ましい。

１以上の供給バスの表面を、ボンディングワイヤを介して半導体部品を接続するための接合部分として利用することが特に好ましい。このため、接触のためにさらに半導体表面領域が必要になることなく、ボンディングワイヤを用いて接触させることが可能となる。

上述したように、半導体部品および電極の垂直方向上方に配設されるバスを用いて電極を接触させることによって、利用可能なアクティブ表面はアクティブ部品によって倍増する。このため、供給バスが必要とする半導体ディスクの表面領域が大きくなることはない。

ビアコンタクトは、当該ビアコンタクトによってバスに接続されている電極に平行になるように長手方向に延伸するのが好ましい。ビアコンタクトは、当該ビアコンタクトが接触しているバスの下方で電極が延伸している領域において、当該電極に沿って延伸するとしてよい。

半導体部品は、少なくとも１つのトランジスタおよび／または１つのダイオードを有するのが好ましく、または、トランジスタまたはダイオードであるのが好ましい。このようなトランジスタは、電界効果トランジスタであるのが好ましい。

半導体材料として使用可能な材料は、第ＩＩＩ族元素の窒化物を少なくとも１つ含む材料が好ましい。このような材料の具体例を挙げると、特に、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＧａＡｌＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＮおよびＡｌＩｎＧａＮがある。これらの材料は特に、高温、好ましくは摂氏１００度以上、特に好ましくは摂氏３００度以上、特に好ましくは摂氏５００度以上、特に好ましくは摂氏７００度以上に対して高い耐性を持ち得る。

本発明を、例示を目的として、図面を参照しつつ以下で説明する。図中に示す特徴は、本発明において、個別に形成し得る。

現行の技術水準に係る側方部品を示す断面図である。

現行の技術水準に係る半導体部品を示す図である。

本発明に係る半導体部品を示す図である。

本発明に係る半導体部品を示す断面図である。

本発明に係る半導体部品を示す平面図である。

図３は、本発明に係る半導体部品を示す平面図である。本発明に係る半導体部品は、共通の基板４に配設されている第１の電極１と、第２の電極２とを備える。電極１および２は、長尺状であり、環状に閉じていて、共通の中心に対して同心円状に配設されている。第１および第２の電極は、長手方向において閉じている。電極１および２は、基板４の表面に対して平行に延伸している。電極１および２は、基板４の表面において、共通の平面内に配設されており、互いから離間して且つ平行に配設されている。電極１は、ポイント３３においてコンタクト３１と接している。電極２は、ポイント３４においてコンタクト３２と接している。電圧が印加されると、第１の電極は第１の極性を持ち、第２の電極は第１の極性とは異なる第２の極性を持つ。例えば、電極１に対して、中心についてコンタクトポイント３３とは反対側のポイントにおいて電流が与えられると、この電流は電極の両方の半円に沿ってコンタクトポイント３３まで流れる。このため、この電流は、電極の１つの半円のみを流れる電流に比べて、抵抗が半分になる。電極２についても同様である。望ましくない直列抵抗はこのため、電極１および２が閉じた構成になっていることから、半減される。

図４は、本発明に係る半導体部品を示す断面図である。本発明に係る半導体部品は、電圧が印加されると第１の極性を持つ多数の電極１ａ、１ｂ、１ｃと、電圧が印加されると第２の極性を持つ多数の電極２ａ、２ｂとを備える。電極は、共通の基板４において一の平面内に配設される。電極１ａ、１ｂ、１ｃは、基板４とは反対側の面において、バス６と接している。電極２ａおよび２ｂは、電極１および２が配設されていない平面内に配設されているバス７と接している。この平面は、基板４および電極１および２の平面に対して平行となっている。コンタクト６および７は、一の平面内に配設されている。尚、図面の平面に対して垂直な平面において図示される部品は、図５に示すように、環状に閉じており、バス７の下方に配設されている電極１ａおよび１ｂの一部分は、バス６と接している。

バス６および７は、電極１ａ、１ｂ、１ｃおよび２ａ、２ｂの上に直接配設されているわけではない。絶縁層４３が電極とバス６および７との間に配設されている。電極２ａおよび２ｂとバス７との間の電気接続は、絶縁層４３を貫通するビアコンタクト４２ａまたは４２ｂによって実現される。同様に、電極１ａ、１ｂおよび１ｃは、ビアコンタクト４１ａ、４１ｂ、または４１ｃを介してバス６と接する。ビアコンタクト４１ａ、４１ｂ、４１ｃおよび４２ａ、４２ｂは、図面の平面に対して垂直な方向において、長尺形状を持つ。

絶縁材料４３は、電極１ａ、１ｂ、１ｃと、隣接する電極２ａ、２ｂとの間に配設される。さらに、絶縁材料４３は、電極１および２の平面と、バス６、７との間に配設されているが、ビアコンタクト４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４２ａ、４２ｂが貫通するように設けられている。

図５は、図４に示した半導体部品の平面図である。電極１ａ、１ｂ、１ｃおよび２ａ、２ｂは、同心円状に配設され、環状に閉じている。バス６および７は、実質的に半円状の面として構成されており、基板に平行に延伸し、絶縁用の細い間隙を除いて、電極が被覆する基板４の半円状の面を全面に渡って被覆する。平面状に形成されたバス６および７はさらに、ボンディングワイヤによって半導体部品を接触させるための接合部分としての機能を持つ。電極１ａ、１ｂ、１ｃは、電極と平行に延伸している長尺状のビアコンタクト４１ａ、４１ｂ、４１ｃによってバス６に接続されている。電極２ａ、２ｂは、電極と平行に延伸している長尺状のビアコンタクト４２ａ、４２ｂによってバス７に接続されている。それぞれ１つの接合部分１１または１２は、バス６および７に配設される。基板４、電極１および２、ならびに／または、ビアコンタクト４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４２ａ、４２ｂは、第ＩＩＩ族元素の窒化物を含むとしてよい。

Claims (21)

1. 基板（４）と、
   前記基板に配設されている少なくとも１つの長尺状の第１の電極（１ａ、１ｂ、１ｃ）と、
   前記基板に配設されている少なくとも１つの第２の電極（２ａ、２ｂ）と
   を備え、
   前記第１および／または第２の電極は、長手方向に閉じている
   半導体部品。
2. 前記第２の電極は長尺状で、および／または、
   前記第１の電極（１ａ、１ｂ、１ｃ）および前記第２の電極（２ａ、２ｂ）は、配設されている前記基板（４）の表面に対して平行に延伸しており、および／または、
   前記第１の電極および前記第２の電極は、互いに平行に配設されており、および／または、
   前記第１の電極（１ａ、１ｂ、１ｃ）および前記第２の電極（２ａ、２ｂ）が共通の平面内に配設されている
   請求項１に記載の半導体部品。
3. 前記第１の電極（１ａ、１ｂ、１ｃ）と前記第２の電極（２ａ、２ｂ）との間に電圧が印加されると、前記第１の電極が第１の極性を持ち、前記第２の電極が前記第１の極性とは異なる第２の極性を持ち、および／または
   前記電極は少なくとも２つの異なる機能を持ち、前記第１の電極が第１の機能を持ち、前記第２の電極が第２の機能を持つのが好ましい
   請求項１または請求項２に記載の半導体部品。
4. 前記第１の電極（１ａ、１ｂ、１ｃ）および前記第２の電極（２ａ、２ｂ）はそれぞれ、長手方向において、環状に、円状に、楕円状に、矩形状に、正方形状に、三角形状に、または、多角形状になるように閉じている
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の半導体部品。
5. 前記第１の電極（１ａ、１ｂ、１ｃ）および前記第２の電極（２ａ、２ｂ）は、互いから離間して配設されている
   請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の半導体部品。
6. 前記電極のうち少なくとも１つは、前記電極が配設されていない少なくとも１つの平面内でコンタクトと接しており、電極に接しているコンタクトはすべて、前記電極の同じ面に配設されていることが好ましく、同じ平面内に配設されていることが特に好ましい
   請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の半導体部品。
7. 前記第１の電極（１ａ、１ｂ、１ｃ）の一部または全ては、共通のバス（６）によって接続されており、および／または
   前記第２の電極（２ａ、２ｂ）の一部または全ては、共通のバス（７）によって接続されており、および／または
   同じ機能を持つ電極は全て、共通のバスによって接続されている
   請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の半導体部品。
8. 前記バス（６、７）のうち少なくとも１つは、前記基板（４）が平面状に広がっている平面に対して平行な平面であって、前記基板も前記電極（１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ）のいずれも配設されていない平面に、好ましくは前記電極の面のうち前記基板とは反対側の面において、配設されている
   請求項７に記載の半導体部品。
9. 少なくとも１つのビアコンタクト（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４２ａ、４２ｂ）は、前記バス（６、７）のうち少なくとも１つと、対応する前記バスによって接続される前記電極（１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ）との間に配設されており、前記ビアコンタクトによって、前記電極は前記対応するバスと電気的に接続されている
   請求項７または請求項８に記載の半導体部品。
10. 前記ビアコンタクト（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４２ａ、４２ｂ）のうち少なくとも一部は、長尺形状を持ち、長手方向は、前記第１の電極（１ａ、１ｂ、１ｃ）および／または前記第２の電極（２ａ、２ｂ）に平行である
    請求項９に記載の半導体部品。
11. 前記バス（６、７）と前記電極（１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ）との間において、前記ビアコンタクト（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４２ａ、４２ｂ）が配設されていない箇所に配設されている少なくとも１つの絶縁層（４３）
    を備える、請求項９または請求項１０に記載の半導体部品。
12. 前記バス（６、７）のうち少なくとも１つは、平面形状を持ち、表面が前記基板に対して平行である
    請求項９から請求項１１のうちいずれか一項に記載の半導体部品。
13. 前記バス（６、７）のうち少なくとも１つに配設され、対応する前記バスを接触させるための少なくとも１つの接合部分（１１、１２）
    を備える、請求項９から請求項１２のうちいずれか一項に記載の半導体部品。
14. 前記基板（４）は半円状で、
    前記第１の電極（１ａ、１ｂ、１ｃ）および前記第２の電極（２ａ、２ｂ）は、前記基板の中心に対して同心円状に環状に配設されており、
    前記第１のバス（６）および前記第２のバス（７）は、円形領域の一部として、好ましくは半円として構成されている
    請求項１から請求項１３のうちいずれか一項に記載の半導体部品。
15. １以上の別の極性および／または機能を持つ１以上の別の電極
    を備える、請求項１から請求項１４のうちいずれか一項に記載の半導体部品。
16. 前記電極のうち少なくとも１つおよび／または前記ビアコンタクトのうち少なくとも１つおよび／または前記バス（６、７）のうち少なくとも１つは、金属を含み、少なくとも２つの金属層を含むのが好ましい
    請求項１から請求項１５のうちいずれか一項に記載の半導体部品。
17. 前記基板（４）および／または前記ビアコンタクト（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４２ａ、４２ｂ）のうち少なくとも１つは、第ＩＩＩ族元素の窒化物を持ち、前記基板および／または前記ビアコンタクトのうち少なくとも１つは、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよび／またはＡｌＧａＩｎＮを含むのが好ましい
    請求項１から請求項１６のうちいずれか一項に記載の半導体部品。
18. 前記半導体部品は、少なくとも１つのトランジスタおよび／または少なくとも１つのダイオードを含むか、または、少なくとも１つのトランジスタおよび／または少なくとも１つのダイオードである
    請求項１から請求項１７のうちいずれか一項に記載の半導体部品。
19. 少なくとも１つの基板（４）に対するコンタクトを製造する方法であって、前記基板には、少なくとも１つの長尺状の第１の電極（１ａ、１ｂ、１ｃ）および少なくとも１つの長尺状の第２の電極（２ａ、２ｂ）が配設されており、
    前記第１および第２の電極はそれぞれ、長手方向に閉じている
    方法。
20. 請求項１から請求項１８のうちいずれか一項に記載の半導体部品が製造される
    請求項１９に記載の方法。
21. 請求項１から請求項１８のうちいずれか一項に記載の半導体部品の、高温部品としての、利用。

Images