JP5301996B2 - 受動コンポーネントを集積したパワー半導体デバイス - Google Patents

受動コンポーネントを集積したパワー半導体デバイス Download PDF

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Description

本発明は、パワー半導体デバイス、より詳しく言うと、キャパシタのような、受動コンポーネントを集積したパワー半導体デバイスに関する。
大部分のパワーアプリケーションには、キャパシタが使用がされている。図１は、パワーアプリケーションの例であり、キャパシタ１０が、複数のパワーＭＯＳＦＥＴ１４のようなパワー半導体ダイと共に、プレドライバ回路１２において使用されている。
図１は、他のパワー回路１２'をも示しており、このパワー回路１２'は、パワーＭＯＳＦＥＴ１４'のようなパワー半導体ダイを備え、パワーＭＯＳＦＥＴ１４'は、自身のキャパシタ１０'に動作接続されて、プレドライバ回路１２によって駆動される。
キャパシタは、典型的には、ディスクリート受動コンポーネントという形式で、パワーアプリケーション用回路の中に組み込まれる。その結果、ディスクリート型のキャパシタを追加するために、回路の物理的サイズは大きくなる。
さらに、ディスクリートコンポーネント数が増加すると、パワーアプリケーション用回路の形成は複雑化する。
従来技術における上記の欠点を克服するために、本発明によるコンポーネントは、集積したキャパシタコンポーネントを含むパワー半導体ダイを備えている。
本発明の目的は、キャパシタのような受動コンポーネントを集積したパワー半導体デバイスを提供することである。
本発明によるパワー半導体デバイスは、パワーＭＯＳＦＥＴのような、ディスクリートパワー半導体スイッチと、このパワー半導体スイッチの大部分に機械接続しているキャパシタとを備え、キャパシタは、第１導電プレートと、第２導電プレートと、前述の第１導電プレートと前述の第２導電プレートの間に配置された誘電体とを備え、前述の第１導電プレートは、前述のパワー半導体スイッチのパワー電極に電気接続されている。
本発明の一実施例によると、パワー半導体スイッチは、第１パワー電極及び第２パワー電極を備え、前述の第１導電プレートは、前述の第１パワー電極に電気接続されている。誘電スペーサは、前述の第１パワー電極と第１導電プレートの間に配置すると、前述の第１導電プレートは、第１パワー電極に機械接続されるので好ましい。
第１導電プレートは、前述の誘電スペーサの中の、１つの、若しくは複数の導電性ビアを介して、前述の第１パワー電極に電気的に接続されている。
本発明のもう１つの実施例によると、第１導電プレートは、前述のパワー半導体スイッチの半導体に、機械的及び電気的に直接接続されている。例えば、第１導電プレートは、パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン領域に、機械的及び電気的に直接接続されている。
特に図２に示すように、本発明によるデバイスは、パワーＭＯＳＦＥＴ１６のようなパワー半導体デバイスであり、ソース電極１８及びドレイン電極２０を備えている。
本発明によると、誘電スペーサ２２が、パワーＭＯＳＦＥＴ１６のソース電極１８の上に形成され、キャパシタ２４が、誘電スペーサ２２の上に形成される。キャパシタ２４は、銅で形成するのが好ましく、誘電スペーサ２２の中のビア２８を介して、ソース電極１８に電気接続されている第１導電プレート２６と、Ｔａ2Ｏ3で形成するのが好ましく、第１導電プレート２６の上に形成された誘電体３０と、銅で形成するのが好ましく、誘電体３０の上に形成された導電プレート３２とを備えており、これにより、キャパシタ２４及びパワーＭＯＳＦＥＴ１６は、電気的及び機械的に接続され、１つの機能ユニットに集積されている。
図３Ａ（平面図）及び図３Ｂ（図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線における断面図）に示す本発明の第２実施例においては、誘電スペーサ２２は、少なくともソース電極１８の上、あるいは、ゲート電極１９を除いたパワーＭＯＳＦＥＴ１６の表面全体にパッシベーションを形成し、複数のビア（通路）２８を備えている。ビア２８をわかりやすく示すために、誘電スペーサ２２を、図面上透明にしてある。キャパシタ２４は、誘電スペーサ２２の上に形成され、好ましくはソース電極１８の表面全体を覆っている。
図４に示すように、第３実施例によるデバイスは、パワーＭＯＳＦＥＴ４０のようなパワー半導体デバイスを備えており、ソース電極４２を有しているが、ドレイン電極を有していない。もっと正確に言えば、キャパシタ４４が、ドレイン電極の代わりに、パワーＭＯＳＦＥＴ４０の底面に形成されている。
キャパシタ４４は、銅で形成するのが好ましく、パワーＭＯＳＦＥＴ４０の底面に直接接続されている第１導電プレート４６と、Ｔａ2Ｏ5で形成するのが好ましく、第１導電プレート４６の底面に形成された誘電体４８と、銅で形成するのが好ましく、誘電体４８の底面に形成された第２導電プレート５０とを備えている。
第３実施例によるデバイスは、次の方法に従って製造される。
Ａ）複数のＭＯＳＦＥＴを、所望する任意の方法により、ウェハの形状で形成するが、裏面のメタル堆積を省略する。
Ｂ）銅シード層を、ウェハの裏面に適用する。
Ｃ）無電解メッキのような任意の周知の方法を用い、銅をシード層面にメッキする。
Ｄ）メッキした銅を研磨する。
Ｅ）Ｔａ2Ｏ3のような高誘電体を、メッキした銅の面に堆積する。
Ｆ）誘電体を研磨する。
Ｇ）もう１つの銅シード層を、誘電体層の面に形成する。
Ｈ）銅を、もう１つのシード層面にメッキする。
Ｉ）メッキした銅を研磨する。
本発明によるデバイスにおけるキャパシタもまた、好ましくはウェハの段階において、通常のダイの上に、例えばドロップオンデマンド方式を用いて形成することができる。この方法は、本発明と同一の出願人による米国特許出願第１１／３６７，７２５号明細書に開示されているので、本明細書の参考として示す。
第３実施例によるデバイスは、例えば、図１による適用において用いることができる。例えば、図１による回路におけるパワーＭＯＳＦＥＴ及びキャパシタは、本発明によるデバイスと置き換えることができる。
具体的に言うと、パワーＭＯＳＦＥＴ１４とキャパシタ１０を、本発明によるデバイスと置き換え、図１で示すようなプレドライバ回路において用いることができる。または、パワーＭＯＳＦＥＴ１４'とキャパシタ１０'を、本発明によるデバイスと置き換え、図１のパワー回路１２'において用いることができる。
他の実施例では、キャパシタの代わりに、ダイオードを、例えば薄型ダイオードを用いて、パワースイッチに機械的及び電気的に集積することもある。
以上本発明を、特定の実施例に基づき説明したが、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない限り、当業者にとって明白な他の変形例も含むものである。すなわち本発明は、明細書における実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲のみによって限定されるものである。
従来の回路図である。
本発明の１実施例によるパワー半導体デバイスの断面図である。
本発明の第３実施例によるパワー半導体デバイスの略平面図である。
３Ｂ−３Ｂ線による略断面図である。
本発明の第３実施例によるパワー半導体デバイスの略図である。
符号の説明
１０：キャパシタ
１０'：キャパシタ
１２：プレドライバ回路
１２'：パワー回路
１４；パワーＭＯＳＦＥＴ
１４'：パワーＭＯＳＦＥＴ
１６：パワーＭＯＳＦＥＴ
１８：ソース電極
１９：ゲート電極
２０：ドレイン電極
２２：誘電スペーサ
２４：キャパシタ
２６：第１導電プレート
２８：ビア
３０：誘電体
３２：導電プレート
４０：パワーＭＯＳＦＥＴ
４２：ソース電極
４４：キャパシタ
４６：第１導電プレート
４８：誘電体
５０：第２導電プレート

Claims (8)

  1. １つの表面上に第１パワー電極を有するディスクリートパワー半導体スイッチと、
    パワー電極の代わりに、もう１つの表面上にキャパシタと
    を備え、
    このキャパシタは、
    前記パワー半導体スイッチの半導体に機械的及び電気的に直接接続された第１導電プレートと、
    前記パワー半導体スイッチに電気的に接続されていない第２導電プレートと
    を有し、
    前記第１パワー電極と前記第２導電プレートとが、外部端子として使用できる、パワー半導体デバイス。
  2. ディスクリートパワー半導体スイッチと、
    このパワー半導体スイッチの大部分に、機械的に接続され、第１導電プレートと、前記第１導電プレートに平行な第２導電プレートと、前記第１導電プレートと前記第２導電プレートの間に配置された誘電体とを有し、前記パワー半導体スイッチは、第１パワー電極及び第２パワー電極を有し、前記第１導電プレートは、前記第１パワー電極に電気接続され、前記第２導電プレートは、前記パワー半導体スイッチに電気的に接続されていないキャパシタとを備え、
    前記第２パワー電極と前記第２導電プレートとが、外部端子として使用できる、パワー半導体デバイス。
  3. さらに、前記第１パワー電極と前記第１導電プレートの間に配置され、前記第１導電プレートを、前記第１パワー電極に機械的に接続する役割をする誘電スペーサを備える、請求項２記載のパワー半導体デバイス。
  4. 前記第１導電プレーは、前記誘電スペーサの中の導電性ビアを介して、前記第１パワー電極に電気接続されている、請求項３記載のパワー半導体デバイス。
  5. 前記第１導電プレートは、前記誘電スペーサの中の複数の導電性ビアを介して、前記第１パワー電極に電気接続されている、請求項３記載のパワー半導体デバイス。
  6. 前記第１パワー電極は、パワーＭＯＳＦＥＴのソース電極、若しくはドレイン電極である、請求項２記載のパワー半導体デバイス。
  7. 前記第１導電プレートは、パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン領域に、機械的及び電気的に直接接続されている、請求項１記載のパワー半導体デバイス。
  8. 前記ディスクリートパワー半導体デバイスは、ドライバ回路、プレドライバ回路、若しくはパワー回路のうちの１つのアプリケーション用に組み込まれている、請求項１記載のパワー半導体デバイス。
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