JP3265886B2 - プレーナ型半導体装置 - Google Patents

プレーナ型半導体装置

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JP3265886B2 JP00459395A JP459395A JP3265886B2 JP 3265886 B2 JP3265886 B2 JP 3265886B2 JP 00459395 A JP00459395 A JP 00459395A JP 459395 A JP459395 A JP 459395A JP 3265886 B2 JP3265886 B2 JP 3265886B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、プレーナ型の耐圧構
造を有し、気密封止型パッケージに半導体チップを内蔵
した構造の素子で、主として車両駆動用に用いられる半
導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ
(IGBT)などのプレーナ型の半導体素子(以下プレ
ーナ素子と呼ぶ)ではその耐圧構造はガードリングやフ
ィールドプレートなどのプレーナ構造となっている。こ
の構造はメサ型半導体素子(以下メサ型素子と呼ぶ)と
異なり、通電する活性領域の表面と同一表面に耐圧構造
を作り込むことができ、メサ型素子の耐圧構造である
面処理やベベル加工などによる重金属汚染や機械加工歪
み等が入らずにクリーンな状態で耐圧構造を活性領域の
作り込みとほぼ同一の工程で形成できるメリットがあ
る。一方、気密封止型パッケージとしてはメサ型素子で
ある大電力用サイリスタなどで採用されているセラミッ
クケースがよく知られている。これは、プレーナ素子の
モジュール構造などのパッケージで用いられるゲル等の
封止材は使わず、窒素ガス等の不活性ガスでパッケージ
内を充満させ、メサ型のサイリスタの耐圧構造部シリ
コーンゴムなどの表面保護膜を被覆させ耐圧構造部での
放電を防止し、長時間に亘って耐圧特性を安定に確保し
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし2000V以上
の高耐圧プレーナ素子チップをセラミック等の気密封止
パッケージに内蔵する場合、プレーナ型の耐圧構造部で
電界強度が極めて高くなって放電が発生して、耐圧構造
を破壊し、ひいては素子が正常に動作しなくなる。この
発明の目的は、前記課題を解決して、耐圧構造部での放
電を生じずに気密封止パッケージにプレーナ型耐圧構造
の半導体チップを内蔵した半導体装置を提供することに
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、気密封止されたパッケージを有するプレーナ型
導体装置において、第1導電形層の表面部に第1の第2
導電形領域が複数選択的に形成され、第1の第2導電形
領域の表面部に高濃度第1導電形領域が選択的に形成さ
れ、第1の第2導電形領域に挟まれる第1導電形層の表
面上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、第
1導電形層の表面部に第1の第2導電形領域を取り囲む
ように一個以上の第2の第2導電形領域が設けられ、第
1の第2導電形領域と第2の第2導電形領域に挟まれた
第1導電形層の表面上に第1の絶縁膜を形成し、該第1
絶縁膜の表面上にアモルファスシリコン膜を形成し、該
アモルファスシリコン膜の表面上にポリイミド膜もしく
はパリレン酸化膜で形成された放電保護用絶縁膜を有す
【0005】
【作用】プレーナ素子チップを樹脂封止パッケージに収
納させる場合、ゲル等の封止材を充填する。この封止材
がプレーナ素子の耐圧構造部での電界強度の緩和に寄与
している。一方メサ型素子チップを気密封止パッケージ
に収納した場合、気密封止パッケージ内は不活性ガスを
充填し、かつ耐圧構造となっているチップ周縁部はガラ
スやシリコーンゴムなどでコーテングして耐圧を維持
している。プレーナ素子チップを気密封止パッケージに
収納すると、プレーナ型耐圧構造が不活性ガスの雰囲気
に触れ、耐圧構造を構成している酸化膜もしくは酸化膜
とアモルファスシリコンのみでは耐圧の確保が困難であ
り、ゲル等の封止材がないために、電界強度が高まり放
電を起こす。特に2500V以上の高耐圧になると放電
現象が起きやすくなる。このプレーナ型耐圧構造の酸化
膜や酸化膜の上のアモルファスシリコンの表面にポリイ
ミドやパリレン絶縁膜を被覆することで、電界強度の緩
和を促進し、2500V以上の耐圧にも耐えられる気密
封止パッケージのプレーナ素子を得ることができる。
【0006】
【実施例】図1はこの発明をIGBTに適用した第1実
施例で、耐圧構造部を放電保護用絶縁膜で被覆した要部
断面図を示す。n- 層1の表面部に第1のp領域2を形
成し、この第1のp領域2の表面部にn+ 領域3を形成
する。第1のp領域2に挟まれたn- 層1表面にゲート
酸化膜5を介してポリシリコンのゲート電極4が形成さ
れ、このゲート電極4の一部に金属膜でゲートパッド電
極10が形成される。またゲート電極4上に層間絶縁膜
6を介してエミッタ電極7が形成される。第1のp領域
2を取り囲むように第2のp領域21が第1のp領域2
と同時に形成され、第1と第2のp領域の間のn- 層1
上に耐圧構造を形成する酸化膜51とこの酸化膜51上
とエミッタ電極7上にフィールドプレートとなるアモル
ファスシリコン膜8が形成される。さらに電界強度の緩
和を促進するために、耐圧構造部上のアモルファスシリ
コン膜8上に放電保護用絶縁膜40であるポリイミド膜
もしくはパリレン酸化膜を被覆する。
【0007】図2はこの発明をIGBTに適用した第2
実施例で活性領域上と耐圧構造部を放電保護用絶縁膜で
被覆した要部断面図を示す。図1と異なるのは放電保護
用絶縁膜40をゲートパッド電極10の一部を除いた活
性領域上と耐圧構造部上とに被覆した点である。図3は
この発明を複数個のゲート電極を有するIGBTに適用
した第3実施例で耐圧構造部上を放電保護用絶縁膜で被
覆した要部断面図を示す。断面構造は図1とほぼ同じで
あるので、ここでは異なる点について説明する。ゲート
電極4が複数個に分割され、各ゲート電極に対応するよ
うにゲートパッド電極10が形成され、ゲート電極4と
エミッタ電極7間のゲート耐圧が規格値以下のゲート電
極4を切り離し、かつ切り離したゲート電極4が浮遊電
位を持たないようにエミッタ電極7と貫通孔32を通し
て短絡することにより、規格値を満足するゲート電極4
のみ有効に働く様にする。この貫通孔32はゲートリペ
ア用絶縁膜9に窓開けすることで設けられる。同図では
規格値以上のゲート電極4を有する部分の要部断面図を
示し、エミッタ電極7とゲート電極4とを短絡する必要
がないため、貫通孔32はポリイミド樹脂33などで塞
がれている。そのポリイミド樹脂33上とゲートパッド
電極10上にはAl配線30、31が形成され、ポリイ
ミド樹脂33上のAl配線31はエミッタ電極7に接続
する。もし規格値以下のゲート電極4であればポリイミ
ド樹脂33の代わりにAl配線31のAl金属で埋めら
れ、エミッタ電極7と短絡接続される。活性領域部およ
び耐圧構造部に放電保護用絶縁膜40としてのポリイミ
ド膜もしくはパリレン酸化膜を被覆する。
【0008】図4はこの発明を複数個のゲート電極を有
するIGBTに適用した第4実施例で耐圧構造部をゲー
トリペア用絶縁膜で被覆した要部断面図を示す。断面構
造は図3とほぼ同じである。ここでは異なる点について
説明する。ポリイミド膜またはパリレン酸化膜をゲート
リペア用絶縁膜9として用い、さらにこのゲートリペア
用絶縁膜9を耐圧構造部上にも被覆させ、放電保護用絶
縁膜としても用いた点が図3と異なる。このようにすれ
ば製造工程が簡略化され、図3より工程数を減少でき
る。
【0009】図1ないし図4とも耐圧構造部上の最終被
覆材はポリイミド膜もしくはパリレン酸化膜となり、こ
れらの被覆材なしでは、2500V以下で90%以上放
電したのに対し、被覆材をコーティングした場合は殆ど
の素子が2500V以下では放電しない。ここではIG
BTに適用した場合について説明したが、プレーナ型の
ダイオードやサイリスタにも勿論適用できる。
【0010】
【発明の効果】この発明によれば、特別な工程を追加す
ることなく、プレーナ型の耐圧構造の表面に第1絶縁
、アモルファスシリコン膜及び放電保護用絶縁膜を被
覆でき、気密封止パッケージにプレーナ素子チップを収
納しても、放電現象を防止でき、2500Vクラスの高
耐圧のプレーナ型の半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明をIGBTに適用した第1実施例の要
部断面図
【図2】この発明をIGBTに適用した第2実施例の要
部断面図
【図3】この発明を複数個のゲート電極を有するIGB
Tに適用した第3実施例の要部断面図
【図4】この発明を複数個のゲート電極を有するIGB
Tに適用した第4実施例の要部断面図
【符号の説明】
1 n- 層 2 第1のp領域 21 第2のp領域 3 n+ 領域 4 ゲート電極 5 ゲート酸化膜 51 酸化膜 6 層間絶縁膜 7 エミッタ電極 8 アモルファスシリコン膜 9 ゲートリペア用絶縁膜 10 ゲートパッド電極 30 Al配線 31 Al配線 32 貫通孔 33 ポリイミド樹脂 40 放電保護用絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 29/74 H01L 29/861 - 29/885 H01L 23/00 - 23/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】気密封止されたパッケージを有する半導体
    装置において、第1導電形層の表面部に第1の第2導電
    形領域が複数選択的に形成され、第1の第2導電形領域
    の表面部に高濃度第1導電形領域が選択的に形成され、
    第1の第2導電形領域に挟まれる第1導電形層の表面上
    にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、第1導
    電形層の表面部に第1の第2導電形領域を取り囲むよう
    に一個以上の第2の第2導電形領域が設けられ、第1の
    第2導電形領域と第2の第2導電形領域に挟まれた第1
    導電形層の表面上に第1の絶縁膜を形成し、該第1絶縁
    膜の表面上にアモルファスシリコン膜を形成し、該アモ
    ルファスシリコン膜の表面上にポリイミド膜もしくはパ
    リレン酸化膜で形成された放電保護用絶縁膜を有する
    とを特徴とするプレーナ型半導体装置。
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