JPH05299652A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH05299652A JPH05299652A JP12960592A JP12960592A JPH05299652A JP H05299652 A JPH05299652 A JP H05299652A JP 12960592 A JP12960592 A JP 12960592A JP 12960592 A JP12960592 A JP 12960592A JP H05299652 A JPH05299652 A JP H05299652A
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- Japan
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- heat sink
- semiconductor substrate
- semiconductor device
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- Bipolar Transistors (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 放熱性に優れ、したがって、装置の熱的安定
性および信頼性に優れ、厳しい条件下での動作が可能で
あり、しかも装置の小型化および製造コストの低下を図
り、また、複数の高出力半導体装置を１パッケージ体内
にパッケージすることで、より早い動作を実現すること
が可能な半導体装置を提供すること。 【構成】 半導体基板２の表面に形成された不純物拡散
層８，１０，２０，２２，２４あるいは電極層１２の表
面に、熱伝導性が良好な材質で構成してあるヒートシン
ク１４が直接形成してある。上記ヒートシンク１４は、
たとえば波型あるいは鋸波状などのように長手方向に沿
って左右に曲折しているフィン型形状であることが好ま
しい。
性および信頼性に優れ、厳しい条件下での動作が可能で
あり、しかも装置の小型化および製造コストの低下を図
り、また、複数の高出力半導体装置を１パッケージ体内
にパッケージすることで、より早い動作を実現すること
が可能な半導体装置を提供すること。 【構成】 半導体基板２の表面に形成された不純物拡散
層８，１０，２０，２２，２４あるいは電極層１２の表
面に、熱伝導性が良好な材質で構成してあるヒートシン
ク１４が直接形成してある。上記ヒートシンク１４は、
たとえば波型あるいは鋸波状などのように長手方向に沿
って左右に曲折しているフィン型形状であることが好ま
しい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に係わり、
さらに詳しくは、半導体基板上に直接ヒートシンクを形
成した放熱性に優れた半導体装置に関する。
さらに詳しくは、半導体基板上に直接ヒートシンクを形
成した放熱性に優れた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】パワートランジスタなどの高出力半導体
装置では、放熱を図るために、高出力半導体装置のパッ
ケージ体の外部にヒートシンクが装着してある。高出力
半導体装置に発生する熱による装置の動作特性の低下を
防止するためである。
装置では、放熱を図るために、高出力半導体装置のパッ
ケージ体の外部にヒートシンクが装着してある。高出力
半導体装置に発生する熱による装置の動作特性の低下を
防止するためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、パッケージ
体の外部にヒートシンクを取り付けたとしても、高出力
半導体装置で発生する熱を有効に放熱できないおそれが
ある。熱の発生源は、高出力半導体装置を構成する回路
が組み込まれた半導体基板であるが、半導体基板は金属
などに比較すれば熱伝導率が低く、発熱源である半導体
基板自身の放熱性が十分でないからである。
体の外部にヒートシンクを取り付けたとしても、高出力
半導体装置で発生する熱を有効に放熱できないおそれが
ある。熱の発生源は、高出力半導体装置を構成する回路
が組み込まれた半導体基板であるが、半導体基板は金属
などに比較すれば熱伝導率が低く、発熱源である半導体
基板自身の放熱性が十分でないからである。
【０００４】また、半導体基板自身の放熱性が十分でな
いことから、高出力半導体装置を構成するために半導体
基板上に形成されたトランジスタのゲートの長さあるい
はベースの幅は、放熱性を考慮して十分に大きくする必
要があった。したがって、高出力（高電流含む）の用途
に用いられる半導体装置は、発熱を考慮して、実際に必
要とされる回路の大きさよりも大きく設計して半導体基
板上に形成する必要があった。
いことから、高出力半導体装置を構成するために半導体
基板上に形成されたトランジスタのゲートの長さあるい
はベースの幅は、放熱性を考慮して十分に大きくする必
要があった。したがって、高出力（高電流含む）の用途
に用いられる半導体装置は、発熱を考慮して、実際に必
要とされる回路の大きさよりも大きく設計して半導体基
板上に形成する必要があった。
【０００５】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、放熱性に優れ、したがって、装置の熱的安定性およ
び信頼性に優れ、厳しい条件下での動作が可能であり、
しかも装置の小型化および製造コストの低下を図り、ま
た、複数の高出力半導体装置を１パッケージ体内にパッ
ケージすることで、より早い動作を実現することが可能
な半導体装置を提供することを目的とする。
れ、放熱性に優れ、したがって、装置の熱的安定性およ
び信頼性に優れ、厳しい条件下での動作が可能であり、
しかも装置の小型化および製造コストの低下を図り、ま
た、複数の高出力半導体装置を１パッケージ体内にパッ
ケージすることで、より早い動作を実現することが可能
な半導体装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置は、半導体基板の表面に形成さ
れた不純物拡散層あるいは電極層の表面に、熱伝導性が
良好な材質で構成してあるヒートシンクが直接形成して
ある。上記ヒートシンクは、たとえば波型あるいは鋸波
状などのように長手方向に沿って左右に曲折しているフ
ィン型形状であることが好ましい。
に、本発明の半導体装置は、半導体基板の表面に形成さ
れた不純物拡散層あるいは電極層の表面に、熱伝導性が
良好な材質で構成してあるヒートシンクが直接形成して
ある。上記ヒートシンクは、たとえば波型あるいは鋸波
状などのように長手方向に沿って左右に曲折しているフ
ィン型形状であることが好ましい。
【０００７】
【作用】本発明の半導体装置では、半導体基板の表面に
形成された不純物拡散層あるいは電極層の表面に、たと
えばタングステン、アルミニウムなどの熱伝導性が良好
な材質で構成してあるヒートシンクが直接形成してあ
る。たとえばアルミニウムの熱伝導率κは、２７３°Ｋ
において、２．３８（Ｗ・ｃｍ／Ｋ）であり、シリコン
製半導体基板のκ＝１０-3（Ｗ・ｃｍ／Ｋ）に比較して
三桁以上優れている。アルミニウム以外の金属について
もほぼ同様である。したがって、本発明では、半導体基
板からの放熱性が、ヒートシンクが何等形成されていな
い従来の半導体基板に比較して格別に向上する。
形成された不純物拡散層あるいは電極層の表面に、たと
えばタングステン、アルミニウムなどの熱伝導性が良好
な材質で構成してあるヒートシンクが直接形成してあ
る。たとえばアルミニウムの熱伝導率κは、２７３°Ｋ
において、２．３８（Ｗ・ｃｍ／Ｋ）であり、シリコン
製半導体基板のκ＝１０-3（Ｗ・ｃｍ／Ｋ）に比較して
三桁以上優れている。アルミニウム以外の金属について
もほぼ同様である。したがって、本発明では、半導体基
板からの放熱性が、ヒートシンクが何等形成されていな
い従来の半導体基板に比較して格別に向上する。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例に係る半導体基板に
ついて、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発
明の一実施例に係る半導体装置の要部概略断面図、図２
は同実施例に係るヒートシンクの概略斜視図、図３は本
発明の他の実施例に係る半導体装置の要部概略断面図、
図４は本発明のさらにその他の実施例に係る半導体装置
の要部概略断面図である。
ついて、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発
明の一実施例に係る半導体装置の要部概略断面図、図２
は同実施例に係るヒートシンクの概略斜視図、図３は本
発明の他の実施例に係る半導体装置の要部概略断面図、
図４は本発明のさらにその他の実施例に係る半導体装置
の要部概略断面図である。
【０００９】図１に示す本発明の一実施例に係る半導体
装置は、ＭＯＳ構造のトランジスタを有する高出力トラ
ンジスタなどの半導体装置であり、半導体基板２の表面
にゲート絶縁層４が形成してあり、ゲート絶縁層４の上
にゲート電極層６が形成してある。半導体基板２は、た
とえばシリコン製半導体基板で構成してあり、ゲート絶
縁層４は、半導体基板２の表面を熱酸化することなどで
形成される。ゲート電極層６は、たとえばＣＶＤ法など
で成膜されるポリシリコン層あるいはポリサイド層で構
成される。
装置は、ＭＯＳ構造のトランジスタを有する高出力トラ
ンジスタなどの半導体装置であり、半導体基板２の表面
にゲート絶縁層４が形成してあり、ゲート絶縁層４の上
にゲート電極層６が形成してある。半導体基板２は、た
とえばシリコン製半導体基板で構成してあり、ゲート絶
縁層４は、半導体基板２の表面を熱酸化することなどで
形成される。ゲート電極層６は、たとえばＣＶＤ法など
で成膜されるポリシリコン層あるいはポリサイド層で構
成される。
【００１０】半導体基板２の表面には、ゲート電極層６
に対して自己整合的にソース・ドレイン領域と成る不純
物拡散層８，１０がイオン注入法などで形成される。半
導体基板２がＰ型基板である場合には、不純物拡散層
８，１０は、リン（Ｐ）などのＮ型不純物をイオン注入
することなどで形成される。ソース・ドレイン領域と成
る不純物拡散層８，１０には、それぞれコンタクト用電
極層１２が接続される。コンタクト用電極層１２は、た
とえばポリシリコン層あるいはアルミニウムなどの金属
層で構成される。
に対して自己整合的にソース・ドレイン領域と成る不純
物拡散層８，１０がイオン注入法などで形成される。半
導体基板２がＰ型基板である場合には、不純物拡散層
８，１０は、リン（Ｐ）などのＮ型不純物をイオン注入
することなどで形成される。ソース・ドレイン領域と成
る不純物拡散層８，１０には、それぞれコンタクト用電
極層１２が接続される。コンタクト用電極層１２は、た
とえばポリシリコン層あるいはアルミニウムなどの金属
層で構成される。
【００１１】本実施例では、半導体基板２に形成された
ソース・ドレイン領域と成る不純物拡散層８，１０の表
面に、直接ヒートシンク１４が形成してある。ヒートシ
ンク１４は、たとえばタングステン、アルミニウムなど
の金属、あるいは、タングステンなどのシリサイドとシ
リコンとの積層構造であるポリサイドなどで構成してあ
る。
ソース・ドレイン領域と成る不純物拡散層８，１０の表
面に、直接ヒートシンク１４が形成してある。ヒートシ
ンク１４は、たとえばタングステン、アルミニウムなど
の金属、あるいは、タングステンなどのシリサイドとシ
リコンとの積層構造であるポリサイドなどで構成してあ
る。
【００１２】本実施例のヒートシンク１４は、その機械
的強度あるいは安定性を向上させるために、たとえば図
２に示すように、長手方向に沿って左右に曲折している
フィン型形状であるが、その具体的形状は特に限定され
ない。たとえば不純物拡散層８，１０の形成パターンに
合致すれば、円筒形状などであっても良い。また、ヒー
トシンク１４の形成数も特に限定されない。図１に示す
ようなＭＯＳ構造のトランジスタでは、最も熱が発生す
るのは、ドレイン側の不純物拡散層１０に相当する半導
体基板２の表面であることから、特にこの部分に、ヒー
トシンク１４を設けることは、放熱性を向上させる観点
から好ましい。
的強度あるいは安定性を向上させるために、たとえば図
２に示すように、長手方向に沿って左右に曲折している
フィン型形状であるが、その具体的形状は特に限定され
ない。たとえば不純物拡散層８，１０の形成パターンに
合致すれば、円筒形状などであっても良い。また、ヒー
トシンク１４の形成数も特に限定されない。図１に示す
ようなＭＯＳ構造のトランジスタでは、最も熱が発生す
るのは、ドレイン側の不純物拡散層１０に相当する半導
体基板２の表面であることから、特にこの部分に、ヒー
トシンク１４を設けることは、放熱性を向上させる観点
から好ましい。
【００１３】ヒートシンク１４の幅Ｗおよび高さＨは、
特に限定されないが、幅Ｗは約１μｍ程度であり、幅に
対する高さの比（Ｈ／Ｗ）は、放熱性向上の観点からは
大きいほど好ましい。ただし、Ｈ／Ｗを大きくするほど
機械的強度あるいは安定性が低下する傾向にあるので、
Ｈ／Ｗは、ヒートシンク１４を構成する材質および放熱
性を考慮して決定される。仮にヒートシンク１４をポリ
シリコンで構成する場合には、Ｈ／Ｗを２０程度にする
ことができるので、アルミニウムあるいはタングステン
などの金属で構成するには、その値以上にすることがで
きる。いずれにしても、ヒートシンク１４の頂部は、パ
ッシベーション膜１６から突出していることが好まし
い。放熱性を良好にするためである。
特に限定されないが、幅Ｗは約１μｍ程度であり、幅に
対する高さの比（Ｈ／Ｗ）は、放熱性向上の観点からは
大きいほど好ましい。ただし、Ｈ／Ｗを大きくするほど
機械的強度あるいは安定性が低下する傾向にあるので、
Ｈ／Ｗは、ヒートシンク１４を構成する材質および放熱
性を考慮して決定される。仮にヒートシンク１４をポリ
シリコンで構成する場合には、Ｈ／Ｗを２０程度にする
ことができるので、アルミニウムあるいはタングステン
などの金属で構成するには、その値以上にすることがで
きる。いずれにしても、ヒートシンク１４の頂部は、パ
ッシベーション膜１６から突出していることが好まし
い。放熱性を良好にするためである。
【００１４】たとえばアルミニウムの熱伝導率κは、２
７３°Ｋにおいて、２．３８（Ｗ・ｃｍ／Ｋ）であり、
シリコン製半導体基板のκ＝１０-3（Ｗ・ｃｍ／Ｋ）に
比較して三桁以上優れている。アルミニウム以外の金属
についてもほぼ同様である。したがって、ヒートシンク
１４をこのような材質で構成することにより、全体とし
て半導体基板２の放熱性を向上させることができる。
７３°Ｋにおいて、２．３８（Ｗ・ｃｍ／Ｋ）であり、
シリコン製半導体基板のκ＝１０-3（Ｗ・ｃｍ／Ｋ）に
比較して三桁以上優れている。アルミニウム以外の金属
についてもほぼ同様である。したがって、ヒートシンク
１４をこのような材質で構成することにより、全体とし
て半導体基板２の放熱性を向上させることができる。
【００１５】このようなヒートシンク１４は、たとえば
層間絶縁層のコンタクトホール内にタングステン、アル
ミニウムなどで構成される導電性プラグを選択成長させ
る方法（同一出願人の特願平３−３１３７９８号に開
示）、あるいはＤＲＡＭにおける最近開発されているク
ラウン状のキャパシタ用電極を製造する方法（「IEEETR
ANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES. VOL.38. No.2
FEB. 1991 」に開示）などを利用して、半導体基板２
上に形成することができる。本発明では、ヒートシンク
１４の形成方法は、特に限定されない。
層間絶縁層のコンタクトホール内にタングステン、アル
ミニウムなどで構成される導電性プラグを選択成長させ
る方法（同一出願人の特願平３−３１３７９８号に開
示）、あるいはＤＲＡＭにおける最近開発されているク
ラウン状のキャパシタ用電極を製造する方法（「IEEETR
ANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES. VOL.38. No.2
FEB. 1991 」に開示）などを利用して、半導体基板２
上に形成することができる。本発明では、ヒートシンク
１４の形成方法は、特に限定されない。
【００１６】ヒートシンクが形成された半導体装置は、
モールド樹脂あるいはセラミックなどのパッケージ体に
よりパッケージされるが、その際に、パッケージ体の外
部に、従来と同様なヒートシンクを装着することもでき
る。パッケージ体内のヒートシンクからパッケージ体外
のヒートシンクへ良好に熱伝達されるようにパッケージ
を工夫することが好ましい。
モールド樹脂あるいはセラミックなどのパッケージ体に
よりパッケージされるが、その際に、パッケージ体の外
部に、従来と同様なヒートシンクを装着することもでき
る。パッケージ体内のヒートシンクからパッケージ体外
のヒートシンクへ良好に熱伝達されるようにパッケージ
を工夫することが好ましい。
【００１７】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。例えば、図３に示すように、ヒートシンク
１４を、ＭＯＳ構造のトランジスタのソース・ドレイン
領域と成る不純物拡散層８，１０の上に直接形成するこ
となく、これら拡散層８，１０に接続されるコンタクト
用電極層１２の上に形成することもできる。この実施例
の場合には、コンタクト用電極層１２を介してヒートシ
ンク１４から、半導体基板２の表面に発生する熱を放熱
することができる。コンタクト用電極層１２は、アルミ
ニウムなどで形成された所定パターンの配線用電極層に
接続されるが、この電極層の上にヒートシンクを形成す
ることもできる。
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。例えば、図３に示すように、ヒートシンク
１４を、ＭＯＳ構造のトランジスタのソース・ドレイン
領域と成る不純物拡散層８，１０の上に直接形成するこ
となく、これら拡散層８，１０に接続されるコンタクト
用電極層１２の上に形成することもできる。この実施例
の場合には、コンタクト用電極層１２を介してヒートシ
ンク１４から、半導体基板２の表面に発生する熱を放熱
することができる。コンタクト用電極層１２は、アルミ
ニウムなどで形成された所定パターンの配線用電極層に
接続されるが、この電極層の上にヒートシンクを形成す
ることもできる。
【００１８】また、図４に示す実施例は、バイポーラ型
トランジスタを有する半導体装置に対して本発明を適用
した例を示している。バイポーラ型トランジスタを有す
る半導体装置では、半導体基板２の表面に、コレクタ用
不純物拡散層２０、ベース用不純物拡散層２２およびエ
ミッタ用不純物拡散層２４が形成してある。この実施例
では、これら各拡散層２０，２２，２４に対して立設さ
れるようにヒートシンク１４が形成してある。なお、コ
ンタクト用電極層１２ａ上に立設されるようにヒートシ
ンク１４を形成することもできる。
トランジスタを有する半導体装置に対して本発明を適用
した例を示している。バイポーラ型トランジスタを有す
る半導体装置では、半導体基板２の表面に、コレクタ用
不純物拡散層２０、ベース用不純物拡散層２２およびエ
ミッタ用不純物拡散層２４が形成してある。この実施例
では、これら各拡散層２０，２２，２４に対して立設さ
れるようにヒートシンク１４が形成してある。なお、コ
ンタクト用電極層１２ａ上に立設されるようにヒートシ
ンク１４を形成することもできる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、半導体基板の表面に直接ヒートシンクが形成してあ
るので、半導体基板自体の放熱性が向上する。したがっ
て、半導体装置の熱的安定性および信頼性が向上し、厳
しい条件下での動作が可能になり、しかも装置の小型化
を図れる。
ば、半導体基板の表面に直接ヒートシンクが形成してあ
るので、半導体基板自体の放熱性が向上する。したがっ
て、半導体装置の熱的安定性および信頼性が向上し、厳
しい条件下での動作が可能になり、しかも装置の小型化
を図れる。
【００２０】また、半導体基板の放熱性が向上するの
で、従来では過熱などが原因で好ましくなかった複数の
高出力半導体装置あるいはその他の処理装置などを同一
の半導体基板上に作り込み、１パッケージ体内にパッケ
ージすることも可能になり、より早い動作を実現するこ
とが可能になると共に、製造コストの低下を図ることも
できる。本発明によりサイズの縮小化あるいはワンチッ
プ化が実現可能な高出力半導体装置としては、たとえば
パワートランジスタ、高電流オペアンプ、ワンチップ・
スマートパワーチップ（One chip smart-power chi
p）、高出力コントローラなどが例示できる。
で、従来では過熱などが原因で好ましくなかった複数の
高出力半導体装置あるいはその他の処理装置などを同一
の半導体基板上に作り込み、１パッケージ体内にパッケ
ージすることも可能になり、より早い動作を実現するこ
とが可能になると共に、製造コストの低下を図ることも
できる。本発明によりサイズの縮小化あるいはワンチッ
プ化が実現可能な高出力半導体装置としては、たとえば
パワートランジスタ、高電流オペアンプ、ワンチップ・
スマートパワーチップ（One chip smart-power chi
p）、高出力コントローラなどが例示できる。
【図１】本発明の一実施例に係る半導体装置の要部概略
断面図である。
断面図である。
【図２】同実施例に係るヒートシンクの概略斜視図であ
る。
る。
【図３】本発明の他の実施例に係る半導体装置の要部概
略断面図である。
略断面図である。
【図４】本発明のさらにその他の実施例に係る半導体装
置の要部概略断面図である。
置の要部概略断面図である。
２… 半導体基板 ６… ゲート電極層 ８，１０… ソース・ドレイン領域用不純物拡散層 １２，１２ａ… コンタクト用電極層 １４… ヒートシンク ２０… コレクタ用不純物拡散層 ２２… ベース用不純物拡散層 ２４… コレクタ用不純物拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/73
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板の表面に形成された不純物拡
散層あるいは電極層の表面に、熱伝導性が良好な材質で
構成してあるヒートシンクが直接形成してある半導体装
置。 - 【請求項２】 上記ヒートシンクは、長手方向に沿って
左右に曲折しているフィン型形状である請求項１に記載
の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12960592A JPH05299652A (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12960592A JPH05299652A (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05299652A true JPH05299652A (ja) | 1993-11-12 |
Family
ID=15013595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12960592A Pending JPH05299652A (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05299652A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013153018A (ja) * | 2012-01-24 | 2013-08-08 | Seiko Instruments Inc | 半導体装置 |
-
1992
- 1992-04-22 JP JP12960592A patent/JPH05299652A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013153018A (ja) * | 2012-01-24 | 2013-08-08 | Seiko Instruments Inc | 半導体装置 |
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