JP2721008B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device.
〔従来の技術〕 半導体装置では、通常、半導体素子が設けられた半導
体基板の表面に同素子用の電極が形成されているが、こ
の電極として幹部と同幹部から櫛歯状に延びる枝部とで
構成された電極を用いることがある。第４図は、この種
の電極を有する従来の表面ゲート型静電誘導サイリスタ
をあらわす。[Related Art] In a semiconductor device, usually, an electrode for the semiconductor element is formed on a surface of a semiconductor substrate on which the semiconductor element is provided, and the electrode includes a trunk portion and a branch portion extending in a comb-like shape from the trunk portion. May be used. FIG. 4 shows a conventional surface-gate type electrostatic induction thyristor having such electrodes.
このサイリスタ50は、半導体基板51の表面部分にカソ
ード領域52を備えるとともに裏面にアノード領域53を備
え、これらカソード領域52・アノード領域53間に電流通
路となる高比抵抗領域（ベース領域）54を備えており、
さらに、半導体基板51の表面部分にゲート領域55を備え
ている。The thyristor 50 has a cathode region 52 on a front surface portion of a semiconductor substrate 51 and an anode region 53 on a back surface, and a high resistivity region (base region) 54 serving as a current path between the cathode region 52 and the anode region 53. Equipped,
Further, a gate region 55 is provided on the surface of the semiconductor substrate 51.
そして、カソード領域52にはカソード電極62が、アノ
ード領域53にはアノード電極63が、そしてゲート領域55
にはゲート電極65がそれぞれ設けられている。半導体基
板51の表面に設けられているカソード電極62とゲート電
極65は、それぞれ、幹部と同幹部から櫛歯状に延びる枝
部とで構成されており、例えば、ゲート電極65は幅広の
幹部65aと多数の細い枝部65bからなっている。The cathode region 52 has a cathode electrode 62, the anode region 53 has an anode electrode 63, and the gate region 55
Are provided with gate electrodes 65, respectively. The cathode electrode 62 and the gate electrode 65 provided on the surface of the semiconductor substrate 51 are each composed of a trunk portion and a branch portion extending in a comb shape from the trunk portion.For example, the gate electrode 65 has a wide trunk portion 65a. And a number of thin branches 65b.
この静電誘導サイリスタ50は、スイッチング速度が速
い、順方向電圧降下が小さい、電流密度が大きくとれ
る、さらには、高耐圧であるといった多くの利点を有し
ている。The electrostatic induction thyristor 50 has many advantages such as a high switching speed, a small forward voltage drop, a high current density, and a high withstand voltage.
しかしながら、上記の静電誘導サイリスタは、電流高
密度化が図れる素子であるにもかかわらず、電極の抵抗
が十分に低くないため、電極部分での順方向電圧降下が
大きく、その結果、電流耐量特性が不十分であるという
問題がある。However, although the above-mentioned electrostatic induction thyristor is an element capable of increasing the current density, the resistance of the electrode is not sufficiently low, so that the forward voltage drop at the electrode portion is large, and as a result, the current withstand capability is reduced. There is a problem that the characteristics are insufficient.
電極抵抗を下げるには、例えば、電極厚みを厚くする
ことが考えられる。しかしながら、電極形成には金属膜
のパターニングが必要とされ、電極厚みを増す場合には
金属膜が厚く櫛歯状枝部のパターンニング（加工）は極
めて困難となるという問題がある。In order to lower the electrode resistance, for example, it is conceivable to increase the electrode thickness. However, patterning of the metal film is required for forming the electrode, and when the thickness of the electrode is increased, there is a problem that the metal film is thick and patterning (working) the comb-shaped branches becomes extremely difficult.
この発明は、半導体基板表面における幹部と枝部とか
らなる素子用電極が製造容易で十分に低抵抗である半導
体装置を提供することを課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor device in which an element electrode including a trunk portion and a branch portion on a surface of a semiconductor substrate is easy to manufacture and has sufficiently low resistance.
前記課題を解決するため、この発明の半導体装置で
は、半導体基板表面の半導体素子用電極の幹部厚みを櫛
歯状枝部厚みよりも厚くするようにしている。In order to solve the above problems, in the semiconductor device of the present invention, the thickness of the trunk portion of the semiconductor element electrode on the surface of the semiconductor substrate is set to be larger than the thickness of the comb-shaped branch portion.
このような電極としては、例えば、幹部と枝部とを合
わせたパターンを有する金属層の上に、幹部のみのパタ
ーンを有する金属層が積層された複数層構成のものが用
いられる。As such an electrode, for example, a multi-layered structure in which a metal layer having a pattern of only a trunk portion is stacked on a metal layer having a pattern in which a trunk portion and a branch portion are combined is used.
さらに、上に加えて、電極の幹部を、先端側から電流
を集中する根元にくるに従って、段階的または連続的に
幅を広くするようにする。もちろん、根元部分にはリー
ド線がコンタクトしており、集まってきた電流は根元か
ら最終的には外部端子へと導かれる。Further, in addition to the above, the width of the stem of the electrode is increased stepwise or continuously as it comes to the root where current is concentrated from the tip side. Of course, a lead wire is in contact with the root portion, and the collected current is finally guided from the root to an external terminal.
幹部と櫛歯状枝部からなる電極は、半導体素子が静電
誘導サイリスタである場合には、カソード電極やゲート
電極として用いられ、半導体素子が静電誘導トランジス
タである場合には、ソース電極やゲート電極として用い
られる。When the semiconductor device is an electrostatic induction thyristor, the electrode composed of the stem portion and the comb-shaped branch portion is used as a cathode electrode or a gate electrode. When the semiconductor device is an electrostatic induction transistor, a source electrode or a gate electrode is used. Used as a gate electrode.
幹部と櫛歯状枝部からなる電極が複数個ある場合、ひ
とつの電極の幹部厚みだけを枝部厚みよりも厚くするよ
うにしてもよい。例えば、カソード電極やソース電極の
み幹部厚みが枝部厚みよりも厚くなっていて、ゲート電
極はそうでなくてもよく、逆に、ゲート電極のみ幹部厚
みが枝部厚みよりも厚くなっていて、カソード電極やソ
ース電極がそうなっていなくてもよいのである。When there are a plurality of electrodes each composed of a stem portion and a comb-shaped branch portion, only the stem portion of one electrode may be made thicker than the branch portion thickness. For example, only the trunk thickness of the cathode electrode or the source electrode is thicker than the thickness of the branch portion, and the gate electrode may not be so.On the contrary, only the thickness of the trunk portion of the gate electrode is thicker than the thickness of the branch portion. The cathode electrode and the source electrode need not be so.
電極は、例えば、アルミニウム膜をフォトリソグラフ
ィ技術を用いパターンニングすることにより形成でき
る。The electrodes can be formed, for example, by patterning an aluminum film using a photolithography technique.
なお、半導体素子の種類、電極の種類、電極の形成材
料、さらには、電極の形成方法は、上記例示のものに限
らないことはいうまでもない。It goes without saying that the type of the semiconductor element, the type of the electrode, the material for forming the electrode, and the method for forming the electrode are not limited to those described above.
幹部と櫛歯状枝部からなる電極では、幹部分が厚くな
っている分だけ抵抗が低い。電極幹部では各枝部を流れ
る個々の電流が集合するため、この部分の抵抗が下がる
と、例えば、順方向電圧降下を効果的に引き下げられ
る。しかも、櫛歯状枝部のところは薄くてもかまわない
ので、加工が困難となるといったことはない。In the electrode composed of the stem and the comb-shaped branches, the resistance is reduced by the thickness of the stem. In the electrode stem, individual currents flowing through each branch are gathered, so that a decrease in resistance at this portion can effectively reduce, for example, a forward voltage drop. In addition, since the portion of the comb-shaped branch portion may be thin, there is no difficulty in processing.
電極の幹部の根元は、やはり電流集中個所であるた
め、同根元で幅が広く低抵抗となっていると、例えば、
順方向電圧降下を効果的に引き下げられる。Since the root of the electrode stem is also a current concentration point, if the root is wide and low resistance at the same root, for example,
The forward voltage drop can be effectively reduced.
電極抵抗が下がった場合、カソード電極やソース電極
では順方向電圧降下が小さくなり、電流耐量の向上が図
れ、ゲート電極では、制御信号の立ち上がりが速くな
り、スイッチング速度の向上が図れるようになる。When the electrode resistance is reduced, the forward voltage drop is reduced in the cathode electrode and the source electrode, and the withstand current is improved. In the gate electrode, the rise of the control signal is increased, and the switching speed is improved.
特に、前記したように、電極が、基板の表面にパター
ン形成された金属層からなり、幹部と枝部とを合わせた
パターンを有する金属層の上に、幹部のみのパターンを
有する金属層が積層されて、幹部厚みが枝部厚みよりも
厚くなっているので、金属層のパターン形成という半導
体装置の製造工程として常用される手段あるいは装置を
用いて、簡単かつ正確に幹部と枝部の厚みに違いを付け
ることができる。電極のうち少なくとも下層部分では、
幹部と枝部とが同一層で一体形成されており、積層され
た金属層同士の一体性も高いため、幹部と枝部との間に
おける電気的接続性は良好である。In particular, as described above, the electrode is formed of a metal layer patterned on the surface of the substrate, and a metal layer having a pattern of only the trunk is laminated on a metal layer having a pattern in which the trunk and the branch are combined. Since the thickness of the trunk portion is larger than the thickness of the branch portion, the thickness of the trunk portion and the branch portion can be easily and accurately adjusted by using a means or an apparatus commonly used in a semiconductor device manufacturing process of forming a metal layer pattern. You can make a difference. At least in the lower part of the electrode,
Since the trunk and the branch are integrally formed in the same layer, and the stacked metal layers have high integration, the electrical connectivity between the trunk and the branch is good.
続いて、この発明の一実施例にかかる静電誘導サイリ
スタを、図面を参照しながら詳しく説明する。Next, an electrostatic induction thyristor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図は、この発明の一実施例のノーマリイ・オフタ
イプ表面ゲート型静電誘導サイリスタのカソード電極お
よびゲート電極形成面をあらわす。第２図は、この静電
誘導サイリスタの内部構造を部分的にあらわし、第３図
は、同静電誘導サイリスタの基本構成を模式的にあらわ
す。FIG. 1 shows a cathode electrode and a gate electrode forming surface of a normally-off type surface gate type electrostatic induction thyristor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 partially shows an internal structure of the electrostatic induction thyristor, and FIG. 3 schematically shows a basic configuration of the same.
静電誘導サイリスタ１は、第２、３図にみるように、
半導体基板２の表面部分にカソード領域（N+領域）３を
備えるとともに裏面にアノード領域（P+領域）４を備
え、これらカソード領域３・アノード領域４間に電流通
路となる高比抵抗領域（N-領域）５を備えており、さら
に、半導体基板２の表面部分にゲート領域（P+領域）６
を備えている。The electrostatic induction thyristor 1 is, as shown in FIGS.
A cathode region (N + region) 3 is provided on the front surface portion of the semiconductor substrate 2 and an anode region (P + region) 4 is provided on the back surface, and a high specific resistance region (current path) between the cathode region 3 and the anode region 4 is provided. An N − region 5, and a gate region (P + region) 6 on the surface of the semiconductor substrate 2.
It has.
なお、８はEQR電極、20は絶縁膜であり、21、22はパ
ッシベーション膜である。また、半導体基板２の端の区
間Ｇは、耐圧向上用ガードリング構造となっている。8 is an EQR electrode, 20 is an insulating film, and 21 and 22 are passivation films. The section G at the end of the semiconductor substrate 2 has a guard ring structure for improving withstand voltage.
そして、カソード領域３にはカソード電極13が、アノ
ード領域４にはアノード電極14が、そしてゲート領域６
にはゲート電極16がそれぞれ設けられている。半導体基
板２の表面に形成されたカソード電極13とゲート電極16
には、第１図にみるように、それぞれ、幹部13′、16′
と同幹部13′、16′より櫛歯状に延びる多数の枝部1
3″、16″とからなる。これらカソード電極13もゲート
電極16も共に幹部13′、16′が先端から根元に向かうに
つれ段階的に幅が広くなっている。さらに、カソード電
極13とゲート電極16は、幹部では２つのアルミニウム層
が積層されているが、枝部では一層のアルミニウム層が
あるだけである。ゲート電極16は、幹部と枝部を合わせ
たパターンの厚み約１μｍの下アルミニウム層161と幹
部だけのパターンの厚み約１μｍの上アルミニウム層16
2で構成されているのである。カソード電極13について
も図示しないが、ゲート電極16と同様の層構成である。
カソード電極13もゲート電極16も幹部が上に積まれたア
ルミニウム層の分だけ枝部より厚くなっているのであ
る。The cathode region 13 has a cathode electrode 13, the anode region 4 has an anode electrode 14, and the gate region 6 has a cathode electrode 13.
Are provided with gate electrodes 16 respectively. Cathode electrode 13 and gate electrode 16 formed on the surface of semiconductor substrate 2
As shown in FIG. 1, the executives 13 'and 16'
And a large number of branch portions 1 extending in a comb shape from the trunk portions 13 'and 16'
It consists of 3 "and 16". Both the cathode electrode 13 and the gate electrode 16 gradually increase in width as the trunk portions 13 ', 16' move from the tip to the root. Further, the cathode electrode 13 and the gate electrode 16 have two aluminum layers laminated at the trunk portion, but have only one aluminum layer at the branch portion. The gate electrode 16 is composed of a lower aluminum layer 161 having a thickness of about 1 μm including a pattern including a trunk and a branch and an upper aluminum layer 16 having a thickness of about 1 μm including a pattern including only a trunk.
It is composed of two. Although not shown, the cathode electrode 13 has the same layer configuration as the gate electrode 16.
Both the cathode electrode 13 and the gate electrode 16 are thicker than the branch portions by the aluminum layer on which the trunk is stacked.
上記ノーマリイ・オフタイプ静電誘導サイリスタ１の
場合、ゲート電極16に正の電圧を印加すると、ゲート領
域６からカソード領域３前面に拡がっている空乏層が取
り除かれ、カソード・アノード間に電流が流れるように
なる。In the case of the normally-off type electrostatic induction thyristor 1, when a positive voltage is applied to the gate electrode 16, a depletion layer extending from the gate region 6 to the front surface of the cathode region 3 is removed, and a current flows between the cathode and the anode. Become like
続いて、上記静電誘導サイリスタ１の順方向電圧降下
の測定結果および同サイリスタ１を電流耐量試験にかけ
た結果を説明する。なお、比較のために、幹部のみの上
層がなく、電極の幹部と枝部が同じ厚みである以外は実
施例と同様の静電誘導サイリスタを製造し同様に測定・
試験した。結果は、下記の表のとおりである。Next, the measurement result of the forward voltage drop of the electrostatic induction thyristor 1 and the result of subjecting the thyristor 1 to a current withstand test will be described. For comparison, an electrostatic induction thyristor was manufactured in the same manner as in the example except that there was no upper layer of only the trunk, and the trunk and the branch of the electrode had the same thickness.
Tested. The results are shown in the table below.
なお、順方向電圧降下は、アノード・カソード間の電
流が3Aのときの値である。また、電流耐量試験の主な条
件は以下の通りである。 The forward voltage drop is a value when the current between the anode and the cathode is 3A. The main conditions of the current withstand test are as follows.
dI/dt:120A/μSEC 周期:150mSEC パルス幅:1.2μSEC 上記結果にみるように、実施例にかかる静電誘導サイ
リスタは、従来に比べ、順方向電圧降下や電流耐量特性
が格段に向上したことがよく分かる。dI / dt: 120A / μSEC Period: 150mSEC Pulse width: 1.2μSEC As can be seen from the above results, the electrostatic induction thyristor according to the embodiment has significantly improved forward voltage drop and current withstand characteristics compared to the conventional one. Understands well.
この発明は上記実施例に限らない。例えば、電極がア
ルミニウムで形成されていたが、例えば、カソード電極
は、ドープドポリシリコン等の他の材料で形成された構
成であったり、下層がドープドポリシリコンで上層がア
ルミニウムで形成された複数の材料を併用した構成であ
ってもよい。また、静電誘導サイリスタがノーマリイ・
オンタイプであってもよい。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, although the electrode was formed of aluminum, for example, the cathode electrode was formed of another material such as doped polysilicon, or the lower layer was formed of doped polysilicon and the upper layer was formed of aluminum. A configuration in which a plurality of materials are used in combination may be used. In addition, the static induction thyristor is normally
It may be an on type.
以上に述べたように、この発明の半導体装置では、素
子電極が電流の集中する幹部厚みが枝部厚みより厚いた
め、枝部の加工を困難ならしめることなく、電極抵抗を
下げることができるので、順方向電圧降下や電流耐量の
特性が向上し、信頼性が高くなる。As described above, in the semiconductor device of the present invention, since the element electrode has a stem thickness where the current concentrates is thicker than the branch thickness, the electrode resistance can be reduced without making the processing of the branch difficult. In addition, the characteristics of the forward voltage drop and the current withstand capability are improved, and the reliability is improved.
第１図は、この発明の一実施例にかかる静電誘導サイリ
スタのカソード電極とゲート電極の形成面をあらわす平
面図、第２図は、この静電誘導サイリスタの部分断面
図、第３図は、前記静電誘導サイリスタの基本構成を説
明するための模式的断面図、第４図は、従来の静電誘導
サイリスタの部分断面図である。 １……静電誘導サイリスタ（半導体装置）、２……半導
体基板、13……カソード電極（素子用電極） 16……ゲート電極（素子用電極）、13′、16′……幹
部、13″、16″……枝部FIG. 1 is a plan view showing a surface of a static induction thyristor according to an embodiment of the present invention on which a cathode electrode and a gate electrode are formed, FIG. 2 is a partial sectional view of the static induction thyristor, and FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a basic configuration of the electrostatic induction thyristor, and FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a conventional electrostatic induction thyristor. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Static induction thyristor (semiconductor device), 2 ... Semiconductor substrate, 13 ... Cathode electrode (element electrode) 16 ... Gate electrode (element electrode), 13 ', 16' ... Trunk, 13 " , 16 ″ ... branch
Claims (1)
に同素子用の電極が形成され、同電極が幹部と同幹部か
ら櫛歯状に延びる枝部とで構成されている半導体装置に
おいて、 前記電極が、前記基板の表面にパターン形成された金属
層からなり、前記幹部と枝部とを合わせたパターンを有
する金属層の上に、幹部のみのパターンを有する金属層
が積層されて、幹部厚みが枝部厚みよりも厚くなってい
る ことを特徴とする半導体装置。1. A semiconductor device comprising: an electrode for an element formed on a surface of a semiconductor substrate provided with the semiconductor element; the electrode comprising a stem and a branch extending in a comb-like shape from the stem. The electrode is formed of a metal layer patterned on the surface of the substrate, and a metal layer having a pattern of only the trunk portion is laminated on a metal layer having a pattern in which the trunk portion and the branch portion are combined. A semiconductor device having a thickness greater than a branch thickness.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1076008A JP2721008B2 (en) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1076008A JP2721008B2 (en) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | Semiconductor device |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH02254754A JPH02254754A (en) | 1990-10-15 |
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Family Applications (1)
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| JP1076008A Expired - Lifetime JP2721008B2 (en) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | Semiconductor device |
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (1)
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| JPS63119274A (en) * | 1986-11-06 | 1988-05-23 | Sharp Corp | Solar cell element |
-
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- 1989-03-28 JP JP1076008A patent/JP2721008B2/en not_active Expired - Lifetime
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