JPH04297071A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主電流制御用のベース
電極あるいはゲート電極を持つバイポーラトランジスタ
　（ＢＪＴ），絶縁ゲートバイポーラトランジスタ　（
ＩＧＢＴ），ＭＯＳ形電界効果トランジスタ　（ＭＯＳ
ＦＥＴ），ゲートターンオフサイリスタ　（ＧＴＯ）な
どの電力用の半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力用半導体素子の電流容量が増大する
につれ、主電流を通電する主電極への接続を加圧接触構
造にすることが接続の信頼性の点で望まれる。しかし、
半導体基板の主電極と同一主面に制御用電極をもつ半導
体素子においては、加圧接触のための金属接触板が制御
用電極と接触するおそれのない構造にする必要がある。 図２はその要求を満たすために突出ｎエミッタをもつ従
来のＧＴＯを示す。すなわち、ＧＴＯ基板１は、ｐエミ
ッタ層１１，ｎベース層１２，　ｐベース層１３および
ｎエミッタ層１４よりなり、ｎエミッタ層１４は突出し
ている。突出ｎエミッタ１４は、酸化膜をマスクとして
の弗硝酸などを用いたエッチングによって作られる。こ
のようにして、段差電極構造が作られ、ｎエミッタ電極
２とｐベース層に接触するゲート電極３が電気的に分離
される。そして、突出したｎエミッタ電極２は、金属接
触板５により加圧接触が可能となる。一方、他面側のｐ
エミッタ電極４には容易に他の金属接触板を加圧接触さ
せることができる。なお、このようなＧＴＯで突出ｎエ
ミッタ１４に特性不良がある場合、例えばアルミニウム
蒸着により形成されたエミッタ電極２を除去する。この
ようにすることで、特性不良ｎエミッタ１４は金属接触
板５と接触しないようになり、電気的に省かれる。

【０００３】類似の段差電極構造は、加圧接触型ＢＪＴ
にも適用される。また加圧接触型でなくて分散された主
電極に共通に一つの電極板を融着させる場合にも、この
ような段差電極構造がとられることがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような段
差電極構造では、段差形成後の表面に金属層を被着した
のち、段差のある両面上に電極をパターニングしなけれ
ばならないので、電極パターニングのホト工程での精度
の上から突出部の幅は制限され、例えばＧＴＯの突出ｎ
エミッタの最小寸法は２００　〜３００　μｍが限界で
あり、半導体素子を高性能化するために必要な一層の微
細化が困難であるという欠点がある。

【０００５】本発明の目的は、上記の欠点を除き、主電
極をさらに微細化した場合でも主電流制御用電極との絶
縁を確保できる段差構造をもつ半導体装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、半導体基板の平らな一主面上に主電流
通電用電極と主電流制御用電極とを備えた半導体装置に
おいて、電流通電用電極の複数の部分が突出して金属接
触板に接続されたものとする。あるいは、半導体基板の
平らな一主面上に半導体基板の所定の領域に接触する主
電流通電用電極と基板およびその通電用電極の間に絶縁
層を介して設けられる主電流制御用電極とを有し、主電
流通電用電極の延長部が主電流制御用電極上に絶縁層を
介して存在する半導体装置において、主電流通電用電極
の主電流制御用電極上以外の複数の部分が突出して金属
接触板に接続されるものとする。また、一つの半導体基
板内にその平らな一主面上に主電流通電用電極と主電流
制御用電極を有する主半導体素子とその素子に逆並列接
続されたダイオードが集積され、前記主電流通電用電極
が延長されてダイオード領域に接触する半導体装置にお
いて、ダイオード領域上に存在する主電流通電用電極の
延長部の複数の部分が突出して金属接触板に接続される
ものとする。さらにまた、半導体基板の複数の領域にそ
れぞれ接触する部分が連結された主電流通電用電極と主
電流制御用電極とを半導体基板の一主面上に有する単位
素子が一つの半導体基板全面に複数個形成される半導体
装置において、各単位素子の主電流通電用電極の一部が
それぞれ突出して金属接触板と接続され、主電流制御用
電極が配線によって連結されて制御端子に接続されたも
のとする。このような素子では、不良単位素子の主電流
通電用電極の少なくとも表面部が削除されるか、あるい
は不良単位素子の主電流制御用電極に接続された配線が
切断されることが有効であり、それらの場合不良単位素
子の半導体基板に接触する主電極と半導体基板上の主電
流制御用電極とが短絡されることも有効である。そして
、主電極の突出部と金属接触板とが加圧接触によるか融
着によって接続することができる。

【０００７】

【作用】半導体基板の主電極と制御用電極との間に段差
を設けないで、主電極の一部を突出させてその上面と制
御用電極の表面との間に段差を形成するので、主電極と
制御用電極は一平面上に精度よく形成することができ、
微細化が可能になる。そして主電極が制御用電極上に延
長されたときにも、制御用電極上に位置しない部分で突
出させることにより、主電極を加圧接触などによって金
属接触板に共通に接続する場合も、制御用電極部に応力
が加わることがなく、制御用電極の主電極との短絡ある
いは制御用電極が絶縁電極である場合に半導体基板との
短絡が起こることがない。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の一実施例のＧＴＯを示し、図
２と共通の部分には同一の符号が付されている。この場
合は、ｎエミッタ層１４はｐベース層１３の表面からの
選択拡散により分散して２０〜３０μｍの深さに形成さ
れている。そして、全面にＡｌ蒸着をし、パターニング
してｎエミッタ電極２およびゲート電極３を設ける。反
対側の表面には同じくＡｌ蒸着によりｐエミッタ電極４
を設ける。 さらに図に示すように、ｎエミッタ電極２の上には金属
段差電極６が形成されている。この金属段差電極６は次
のようにして形成した。すなわち、ｎエミッタ電極２お
よびゲート電極３の表面を全面にわたってレジストを塗
布し、固化させたのち、ｎエミッタ電極２の上のレジス
トをホトリシス技術を用いて除去した。次いでＧＴＯ基
板１を金めっき液につけ、ｎエミッタ電極２とめっき液
中に設けられた他方の電極の間に電圧を印加することに
より、ｎエミッタ電極２の上に選択的に金めっきした。 このようにして作成された金の段差電極６の高さは１５
μｍであり、この突出した段差電極６の上面は、金属接
触板５により加圧接触が可能になる。このＧＴＯにおい
ては、ｎエミッタ電極２およびゲート電極３は同一平面
上にホトリシス技術によって形成されるので、高精度に
形成でき、微細化が可能になる。なお、金属接触板５は
段差電極６の上面に融着によって接続することもできる
。

【０００９】図３は本発明の別の実施例のＩＧＢＴのユ
ニットセルの断面を示す。ＩＧＢＴ板１の一方の主面側
では、高抵抗のｎ−　層１５の表面層に独立したｐウエ
ル１６が選択拡散により作られている。ｐウエル１６の
表面層には、ｎソース層１７が形成されている。さらに
ｐウエル１６の端部にｎソース層１７からｎ−　層１５
に電子を注入するＭＯＳチャネル１８を構成するために
、ｐウエル１６の端部表面上に薄いゲート酸化膜１９を
介して、例えば多結晶シリコンからなるゲート電極２０
を設ける。ゲート電極２０はその回りがすべて酸化膜で
覆われる構造とする。そして、ｐウエル１６およびソー
ス層１７の一部が露出した状態でＡｌ蒸着し、ソース電
極７をユニットセル領域の全面に形成する。半導体基板
１の他方の主面側には全面にわたって高抵抗ｎ−　層１
５に接したｎバッファ層２１を介してｐドレイン層２２
が設けられる。ｐドレイン層２２の表面には、同様にＡ
ｌ蒸着によりドレイン電極４１が形成される。このよう
なユニットセルがシリコン基板全面に多数配置されるが
、そのソース電極７に直接金属接触板を加圧接触させる
ならば、多結晶シリコンゲート電極２０に大きな圧力が
かかり、ゲート電極２０とゲート酸化膜１９が損傷し、
所定の電気的特性を得ることができなくなってしまう。 その問題が図のようにソース電極７のゲート電極２０の
上方でない所にソース電極７の最も高い面よりも上方に
突出した金属段差電極６を形成することにより解決した
。段差電極６は、この場合は、Ａｌソース電極７の表面
にＴｉ，　Ｎｉをスパッタや蒸着により積層して多層膜
８を形成し、その上にＡｕまたはＣｒのめっきにより幅
２０μｍ，長さ１ｍｍ，　高さ２０μｍに形成した。多
層膜８はソース電極７と段差電極６との間に密着性を向
上させることができる。

【００１０】段差電極６は、このほか、窓を開けたレジ
スト膜をマスクにしてＡｌやＡｕなどの金属をスパッタ
や蒸着することによっても形成できる。

【００１１】図４は本発明のさらに別の実施例を示し、
図３と共通の部分には同一の符号が付されている。この
実施例は、ＩＧＢＴに流れる主電流の向きと反対方向に
主電流を流すためのダイオードを同一シリコン基板に構
成した逆導通型ＩＧＢＴである。ＩＧＢＴ部３１は、図
３に示した実施例と同一のものである。ダイオード部３
２の一方の主面には、ＩＧＢＴ部３１のｐウエル１６形
成と同一プロセスでＩＧＢＴ部のｐウエルとは分離独立
したダイオードアノード側ｐ層２３を設けられている。 ダイオードｐ層２３の直下のドレイン側表面層にはｐド
レイン層２２がなく、ダイオードｐ層とほぼ同じ形状，
　面積を持つダイオードカソード側ｎ＋　層２４が存在
し、ＩＧＢＴ部３１のｎバッファ層２１と接し、ドレイ
ン電極４１とオーム性接触している。ダイオードｐ層２
３の表面には、ＩＧＢＴ部３１のＡｌからなるソース電
極７の延長部が接触している。このようにして、逆方向
に電流を通じるダイオード部３１が単位ＩＧＢＴを取り
囲むようにして構成され、隣接ダイオード部の間にゲー
ト配線部３３が配置されている。そして、図４に示すよ
うに金属段差電極６がダイオード部３２のソース電極７
の延長部上に形成されている。しかし、ＩＧＢＴ部３１
が大面積のときには、ＩＧＢＴ部においてもソース電極
７上に段差電極６を設けてもよい。

【００１２】図５は、図４の逆導通型ＩＧＢＴの平面図
で、ＩＧＢＴ部３１を取り囲むダイオード部３２の上に
、ＩＧＢＴ部３１のゲート電極２０より引き出されたゲ
ート配線２５を避けて段差電極６が形成されている。こ
のようにして単位逆導通型ＩＧＢＴをゲート配線２５を
連結する主ゲート配線２６をはさんで多数、１枚のシリ
コン基板に構成し、主ゲート配線２６を、例えば直径３
インチのシリコン基板の外周部４個所に集め、ボンディ
ングされる導線により外部のゲート駆動回路に接続した
。しかし、ワイヤボンディングによらないで加圧接触に
よりゲートリードと接続してもよい。このようにして製
作した３インチの逆導通形ＩＧＢＴ基板を金属接触板に
より両面から３トンの圧力で加圧接触したが、ゲート電
極部分には圧力が加わらないため、ゲート特性には異常
が発生しなかった。これにより１０００Ａ以上のコレク
タしゃ断能力を持つ大容量のＩＧＢＴが実現できた。

【００１３】図４，　図５に示すようなＩＧＢＴのいず
れかの単位ＩＧＢＴ部３１にゲート耐圧あるいはオン電
圧などの不良が存在する場合、段差電極６を、例えばバ
イトなどを用いて除去する。あるいは、図５に示すよう
に、不良ＩＧＢＴ部３１からの引き出しゲート配線２５
の一部分２７を、例えばレーザ光線を用いて切断し、主
ゲート配線２６と電気的に分離する。このように段差電
極６の除去あるいはゲート配線２５の切断により不良Ｉ
ＧＢＴ部３１を電気的に分離したのち、例えばレーザ光
線をＩＧＢＴ部に照射してソース電極７と絶縁膜に埋め
こまれているゲート電極２０とを短絡する。このように
して不良ＩＧＢＴ部を動作不能とすることで、他の良品
ＩＧＢＴ部をすべて金属接触板および外部のゲート駆動
回路に接続して動作可能にして使用することができる。

【００１４】図３あるいは図４に示した突出した金属段
差電極６を持つ大口径ＩＧＢＴ基体のドレイン電極４１
を、平らな金属ヒートシンクにはんだ付けした。他方、
ソース電極７側に設けられた段差電極６に薄い金属板を
はんだ付けもしくは熱間圧着してソース電極板とし、外
部取り出し電極に接続した。従来は各単位ＩＧＢＴから
ボンディングにより多数のソース導線を通して外部取り
出し電極に接続されていたため、各単位ＩＧＢＴ間での
インダクタンスの存在で高周波化に限界があった。この
ように各段差電極を金属板に接続することにより、パッ
ケージ内配線によるインダクタンスを最小にした低イン
ダクタンス大容量ＩＧＢＴを得ることができた。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、半導体基板の一主面に
共存する主電流通電用電極と主電流制御用電極との間に
主電極の一部を突出させることによって段差を形成する
ことにより両電極の高精度の形成ができるため構造の微
細化が可能となり、突出した主電極面への加圧接触ある
いは融着による金属接触板の接続も容易となった。そし
て、絶縁ゲート型の半導体装置においては、突出部をゲ
ート電極上方を避けて形成することにより、ゲート電極
部への応力が加わるおそれがなくなり、また逆並列接続
ダイオード内蔵の半導体装置においてはダイオード部に
ある主電極延長部に突出部を設けることにより、制御電
極配線を容易に避けることができるようになった。これ
らの結果、信頼性の高い加圧接触構造あるいは低インダ
クタンス配線か大口径の半導体基板をもつ各種半導体装
置で実現可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のＧＴＯの要部断面図

【図２
】従来の加圧接触型ＧＴＯの要部断面図

【図３】本発明
の別の実施例のＩＧＢＴの要部断面図

【図４】本発明の
さらに別の実施例の逆導通型ＩＧＢＴの要部断面図

【図５】本発明の実施例の逆導通型ＩＧＢＴの平面図

【符号の説明】

１　　　　半導体基板 ２　　　　ｎエミッタ電極 ３　　　　ゲート電極 ５　　　　金属接触板 ６　　　　金属段差電極 ７　　　　ソース電極 ８　　　　多層膜 １１　　　　ｐエミッタ層 １２　　　　ｎベース層 １３　　　　ｐベース層 １４　　　　ｎエミッタ層 １５　　　　高抵抗ｎ−　層 １６　　　　ｐウエル １７　　　　ｎソース層 １８　　　　チャネル １９　　　　ゲート酸化膜 ２０　　　　ゲート電極 ２３　　　　ダイオードｐ層 ２５　　　　引き出しゲート配線 ２６　　　　主ゲート配線 ２７　　　　切断個所 ３１　　　　ＩＧＢＴ部 ３２　　　　ダイオード部 ３３　　　　ゲート配線部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板の平らな一主面上に主電流通電
   用電極と主電流制御用電極とを備えたものにおいて、電
   流通電用電極の複数の部分が突出して金属接触板に接続
   されたことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】半導体基板の平らな一主面上に半導体基板
   の所定の領域に接触する主電流通電用電極と基板および
   その通電用電極の間に絶縁層を介して設けられる主電流
   制御用電極とを有し、主電流通電用電極の延長部が主電
   流制御用電極上に絶縁層を介して存在するものにおいて
   、主電流通電用電極の主電流制御用電極上以外の複数の
   部分が突出して金属接触板に接続されたことを特徴とす
   る半導体装置。
3. 【請求項３】一つの半導体基板内に平らな一主面上に主
   電流通電用電極と主電流制御用電極を有する主半導体素
   子とその素子に逆並列接続されたダイオードが集積され
   、前記主電流通電用電極が延長されてダイオード領域に
   接触するものにおいて、ダイオード領域上に存在する主
   電流通電用電極の延長部の複数の部分が突出して金属接
   触板に接続されて制御端子に接続されたことを特徴とす
   る半導体装置。
4. 【請求項４】半導体基板の複数の領域にそれぞれ接触す
   る部分が連結された主電流通電用電極と主電流制御用電
   極とを半導体基板の平らな一主面上に有する単位素子が
   一つの半導体基板全面に複数個形成されるものにおいて
   、各単位素子の主電流通電用電極の一部がそれぞれ突出
   して金属接触板と接続され、主電流制御用電極が配線に
   よって連結されたことを特徴とする半導体装置。
5. 【請求項５】請求項４記載のものにおいて、不良単位素
   子の主電流通電用電極の少なくとも表面部が削除された
   半導体装置。
6. 【請求項６】請求項４記載のものにおいて、不良単位電
   子の主電流制御用電極に接続された配線が切断された半
   導体装置。
7. 【請求項７】請求項４あるいは５記載のものにおいて、
   不良単位素子の半導体基板に接触する主電極と半導体基
   板上の主電流制御用電極とが短絡された半導体装置。
8. 【請求項８】請求項１ないし７のいずれかに記載の装置
   において、主電流通電用電極の突出部と金属接触板とが
   加圧接触によって接続された半導体装置。
9. 【請求項９】請求項１ないし７のいずれかに記載のもの
   において、主電流通電用電極の突出部と金属接触板とが
   融着によって接続された半導体装置。