JPH08222732A - Insulated-gate semiconductor device - Google Patents

Insulated-gate semiconductor device

Info

Publication number
JPH08222732A
JPH08222732A JP2684095A JP2684095A JPH08222732A JP H08222732 A JPH08222732 A JP H08222732A JP 2684095 A JP2684095 A JP 2684095A JP 2684095 A JP2684095 A JP 2684095A JP H08222732 A JPH08222732 A JP H08222732A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulated gate
semiconductor device
region
oxide film
pressing force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2684095A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Takayanagi
雄治 高柳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2684095A priority Critical patent/JPH08222732A/en
Publication of JPH08222732A publication Critical patent/JPH08222732A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To eliminate the possibility that the characteristics of a semiconductor element are deteriorated and the element is broken even if a local pressure due to an internal buffer is generated. CONSTITUTION: In an insulated-gate semiconductor device assembled by pressing a semiconductor base body 500, which has insulated gate structures formed of an oxide film 20, a polycrystalline silicon layer 21 and an oxide film 22 on the main surface on one side of its main surfaces, via an internal buffer 220, a region having no insulated gate structure is left at a part, which comes into contact with the main surface, of the buffer 200 in the peripheral part of the buffer 200 and a pressing force relaxation region D is made to form of this region. A local pressure due to a bent, which is generated at the end part of the buffer 200 by a difference between the thermal expansion coefficients of the end part, is relaxed by the deformation of an electrode 31 at the region D and the amount of the deformation is limited by an oxide film 100.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基体に対する電
気的な接続を電極の加圧接触により得るようにした絶縁
ゲート型半導体装置に係り、特に大電力用に好適な絶縁
ゲート型半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate type semiconductor device in which electrical connection to a semiconductor substrate is obtained by pressure contact of electrodes, and more particularly to an insulated gate type semiconductor device suitable for high power. .

【0002】[0002]

【従来の技術】絶縁ゲート構造を有する電力用高耐圧半
導体装置、例えばIGBT(絶縁ゲート型バイポーラト
ランジスタ)や、MCT(絶縁ゲート型サイリスタ)は、
従来電力用自己消弧型半導体装置として広く用いられて
きたGTO(ゲートターンオフサイリスタ)に比して、ゲ
ート駆動方式が電圧型であること、動作周波数が一桁近
く高くなること等の優れた特性を持つことから、高耐圧
GTOが適用されていた分野まで、その適用範囲を急速
に拡大しつつある。
2. Description of the Related Art A high-voltage power semiconductor device having an insulated gate structure, such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) or an MCT (insulated gate thyristor),
Compared with GTO (gate turn-off thyristor) which has been widely used as a self-extinguishing type semiconductor device for electric power in the past, it has excellent characteristics such as a gate type gate drive system and an operating frequency that is nearly one digit higher. Therefore, the range of application is rapidly expanding to the field to which the high breakdown voltage GTO was applied.

【0003】ところで、現在主流となっている絶縁ゲー
ト型半導体装置は、ワイヤボンディングや半田を用いて
半導体基体(半導体素子)を外部電極に接続するようにし
たモジュール構造を採用しているため、熱疲労によるワ
イヤボンディングの破断や、半田のクラックなどにより
信頼性が低下してしまうという問題がある。
By the way, the insulated gate type semiconductor device, which is currently the mainstream, adopts a module structure in which a semiconductor substrate (semiconductor element) is connected to an external electrode by using wire bonding or solder. There is a problem that reliability is lowered due to breakage of wire bonding due to fatigue, cracking of solder, and the like.

【0004】そこで、このようなワイヤボンディングや
半田による接続ではなくて、特開平3−218643
号、特開平4−290272号、特開平4−32247
1号の各公報にみられるように、半導体素子に対する外
部電極の加圧接触により低抵抗接続が得られるようにし
た圧接型構造が検討されており、この圧接型構造の採用
により、半導体装置の高信頼化に加え、素子の両面から
の熱放散が得られることによる熱抵抗の低減を図ること
ができる。
Therefore, instead of such wire bonding or soldering connection, Japanese Patent Laid-Open No. 218643/1993
JP-A-4-290272 and JP-A-4-32247.
As can be seen in each publication of No. 1, a pressure contact type structure has been studied in which a low resistance connection is obtained by pressure contact of an external electrode with a semiconductor element. By adopting this pressure contact type structure, In addition to high reliability, it is possible to reduce thermal resistance due to heat dissipation from both sides of the element.

【0005】このように、圧接型は半導体装置の高信頼
化及び熱抵抗の低減化に有効な手段となるが、銅などの
電気抵抗及び熱抵抗の低い材料からなる外部電極と半導
体素子とを加圧接触させるためには、両材料間に熱膨張
率の違いによる歪みを吸収する歪吸収層が必要であり、
このため、外部電極と半導体素子との間に比較的半導体
素子と熱膨張率の近い材料からなるインターナルバッフ
ァ設けているのが通例である。
As described above, the pressure contact type is an effective means for increasing the reliability of the semiconductor device and reducing the thermal resistance, but the external electrode and the semiconductor element made of a material having low electric resistance and thermal resistance such as copper are used. In order to make pressure contact, a strain absorption layer that absorbs strain due to the difference in thermal expansion coefficient between both materials is required,
Therefore, it is customary to provide an internal buffer made of a material having a thermal expansion coefficient relatively close to that of the semiconductor element between the external electrode and the semiconductor element.

【0006】図6は、絶縁ゲート構造を有する複数の能
動素子領域301を角形の半導体チップ(半導体基体)に
配置した、従来の大容量IGBT半導体素子500のエ
ミッタ側パターンの一例を示したもので、中央部にゲー
ト電極取り出し用のゲートパット300が形成され、そ
の周辺に絶縁ゲート構造を有する能動素子領域301が
複数個配置してあり、これらの能動素子領域301の周
りを取り囲むようにしてゲート配線302が形成され、
さらに、これらの能動素子領域301全体を囲んで外側
には、半導体装置の耐圧を決めるターミネーション領域
600が形成されている。
FIG. 6 shows an example of a pattern on the emitter side of a conventional large capacity IGBT semiconductor device 500 in which a plurality of active device regions 301 having an insulated gate structure are arranged on a rectangular semiconductor chip (semiconductor substrate). , A gate pad 300 for extracting a gate electrode is formed in the central portion, and a plurality of active element regions 301 having an insulated gate structure are arranged around the gate pad 300, and the gate is formed so as to surround these active element regions 301. Wiring 302 is formed,
Further, a termination region 600 that defines the breakdown voltage of the semiconductor device is formed outside the active element regions 301 so as to surround them.

【0007】次に、図7は、図6に示した半導体素子5
00を外部のポスト電極100により加圧した状態を示
したもので、この図7の例では、半導体素子500の表
面側及び裏面側に、シリコンの熱膨張率(2.9×10~
6K)と比較的熱膨張率が近い(4.9×10~ 6K)モリ
ブデン(Mo)からなる部材をインターナルバッファ20
0として配置し、さらにその表面を銅(Cu)のポスト電
極1000により加圧したものである。なお、このイン
ターナルバッファ200の材質としてはモリブデンの他
にタングステン(W)を使用することもできる。
Next, FIG. 7 shows the semiconductor device 5 shown in FIG.
00 is pressed by an external post electrode 100. In the example of FIG. 7, the coefficient of thermal expansion of silicon (2.9 × 10
The internal buffer 20 is a member made of molybdenum (Mo) whose coefficient of thermal expansion is relatively close to that of ( 6 K) (4.9 × 10 6 K).
0 is arranged, and the surface thereof is further pressed by a post electrode 1000 of copper (Cu). As the material of the internal buffer 200, tungsten (W) can be used instead of molybdenum.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、圧接
型構造の半導体装置で温度変化により発生する局所的な
応力集中について配慮がされておらず、絶縁ゲート構造
部分に強い応力が現われて特性を劣化させたり、素子が
破壊されたりする虞れが生じてしまうという問題があっ
た。
The above-mentioned prior art does not take into consideration the local stress concentration generated by the temperature change in the semiconductor device of the pressure contact type structure, and the strong stress appears in the insulated gate structure portion, resulting in the characteristics. There is a problem that there is a possibility that the device may be deteriorated or the device may be broken.

【0009】これは、図7で説明したように、圧接型構
造の半導体装置では、熱膨張率の異なる材料が積層さ
れ、加圧されており、このため、温度が上昇した場合に
は、熱膨張率の異なる材料に挟まれたインターナルバッ
ファ200に応力が掛り、その形状が変形してしまうこ
とに由来する。
As described with reference to FIG. 7, this is because, in the pressure contact type semiconductor device, materials having different thermal expansion coefficients are laminated and pressed, so that when the temperature rises, the This is because stress is applied to the internal buffer 200 sandwiched between materials having different expansion coefficients, and its shape is deformed.

【0010】図8は、温度が上昇した際に各部材に現わ
れる膨張の様子を矢印で示したもので、インターナルバ
ッファ200の一方の面は、熱膨張率がモリブデンより
大きい銅(17.1×10~ 6K)で作られているポスト
電極1000と接触しているため、モリブデン製のイン
ターナルバッファ200の表面には中心から外側へ引っ
張られる力が生じる。
FIG. 8 shows, by arrows, the state of expansion that appears in each member when the temperature rises. One surface of the internal buffer 200 is made of copper (17.1) having a coefficient of thermal expansion larger than that of molybdenum. Since it is in contact with the post electrode 1000 made of × 10 to 6 K), a force pulling outward from the center is generated on the surface of the internal buffer 200 made of molybdenum.

【0011】一方、その他方の面は、熱膨張率がモリブ
デンよりも小さいシリコンの半導体素子500と接触し
ているため、モリブデン表面には膨張を妨げる力が働く
ことになる。この両面にかかる力の差によりインターナ
ルバッファ200は皿状に変形しようとし、○印Aで示
してある部分で、インターナルバッファ200の端部
が、半導体素子500を局所的に強く加圧するようにな
ってしまうのである。
On the other hand, the other surface is in contact with the semiconductor element 500 made of silicon having a coefficient of thermal expansion smaller than that of molybdenum, so that the surface of molybdenum exerts a force to prevent the expansion. Due to the difference in the forces applied to both surfaces, the internal buffer 200 tries to deform into a dish shape, and the end portion of the internal buffer 200 locally strongly presses the semiconductor element 500 at the portion indicated by a circle A. It becomes.

【0012】これを図9により、さらに具体的に説明す
る。この図9は、半導体素子500がIGBTの場合を
示したもので、図9(b)は半導体素子500の周辺部
で、インターナルバッファ200の端部が接する部分の
断面図であり、同図(a)は温度上昇により各部材が熱膨
張した際の半導体素子500の表面に現われる加圧力の
分布を示したものである。半導体素子500は、低濃度
n型ベース層10の一方の表面(図では下側の表面)に高
濃度p層11が形成され、この高濃度p層11が露出す
る下側の面がコレクタ面となり、ここに第1主電極30
が形成されている。
This will be described more specifically with reference to FIG. FIG. 9 shows a case where the semiconductor element 500 is an IGBT, and FIG. 9B is a cross-sectional view of the peripheral portion of the semiconductor element 500, in which the end of the internal buffer 200 is in contact. (a) shows the distribution of the pressing force that appears on the surface of the semiconductor element 500 when each member thermally expands due to the temperature rise. In the semiconductor element 500, the high-concentration p layer 11 is formed on one surface (lower surface in the figure) of the low-concentration n-type base layer 10, and the lower surface on which the high-concentration p layer 11 is exposed is the collector surface. And here, the first main electrode 30
Are formed.

【0013】低濃度n型ベース層10の他方の表面(同
じく上側の表面)にはp型ベ−ス層12が形成されてお
り、このp型ベ−ス層12の内部にn型エミッタ層13
が形成されている。そして、p型ベース層12が露出す
る上側の面はエミッタ面となり、ここにはゲート絶縁膜
20を介して、エミッタ層13からp型ベース層12と
n型ベース層10を跨いで次のエミッタ層13まで、例
えば多結晶シリコンからなるゲート電極21が形成さ
れ、その表面に第2酸化膜22が形成されて絶縁ゲート
構造が作られ、さらにその表面に、n型エミッタ層13
に接するように第2主電極31が形成されている。
A p-type base layer 12 is formed on the other surface (also the upper surface) of the low-concentration n-type base layer 10, and inside the p-type base layer 12, an n-type emitter layer is formed. Thirteen
Are formed. The upper surface on which the p-type base layer 12 is exposed serves as an emitter surface, and the emitter layer 13 extends from the emitter layer 13 to the next emitter via the gate insulating film 20. A gate electrode 21 made of, for example, polycrystalline silicon is formed up to the layer 13, a second oxide film 22 is formed on the surface thereof to form an insulated gate structure, and the n-type emitter layer 13 is further formed on the surface thereof.
The second main electrode 31 is formed so as to be in contact with.

【0014】ところで、このような素子では、その絶縁
ゲート構造部分が強度的に脆くなっている。しかして、
上記したように、圧接型の半導体装置では、第2主電極
31が加圧される構造となる。従って、第2主電極31
の一部で、絶縁ゲート構造の表面、すなわち第2酸化膜
22の表面に形成された電極31が矢印Cで示すよう
に、局所的に加圧された場合、下層の絶縁ゲート構造部
分での応力が高まり、半導体素子の特性を劣化させる虞
れがあり、このため、エミッタ面側の表面に形成された
主電極への局部的な加圧は極力避ける必要がある。
By the way, in such an element, the insulated gate structure portion is fragile in strength. Then
As described above, the pressure contact type semiconductor device has a structure in which the second main electrode 31 is pressed. Therefore, the second main electrode 31
When the electrode 31 formed on the surface of the insulated gate structure, that is, the surface of the second oxide film 22 is locally pressed as shown by an arrow C, a part of the The stress may increase and the characteristics of the semiconductor element may be deteriorated. For this reason, it is necessary to avoid local pressure on the main electrode formed on the emitter-side surface as much as possible.

【0015】ところで、圧接型構造では、既に図8によ
り説明したように、温度上昇によりインターナルバッフ
ァ200が変形し、図中○印Bで示した部分を強く加圧
することとなる。この結果、図9(a)に示すように、半
導体素子500を構成するチップの外周部、つまりイン
ターナルバッファ200の端部が接する部分での加圧力
が大きくなり、絶縁ゲート構造部分に強い応力が掛り、
特性を劣化させたり、素子が破壊されたりする虞れが生
じてしまうのである。
By the way, in the pressure contact type structure, as already described with reference to FIG. 8, the internal buffer 200 is deformed due to the temperature rise, and the portion indicated by a circle B in the figure is strongly pressed. As a result, as shown in FIG. 9A, the applied pressure becomes large at the outer peripheral portion of the chip forming the semiconductor element 500, that is, the portion where the end portion of the internal buffer 200 is in contact, and strong stress is applied to the insulated gate structure portion. Take a
There is a possibility that the characteristics may be deteriorated or the element may be destroyed.

【0016】本発明の目的は、インターナルバッファに
よる局所的な加圧が生じても、半導体素子の特性が劣化
したり、半導体素子が破壊したりする虞れの無い絶縁ゲ
ート型半導体装置を提供するにある。
An object of the present invention is to provide an insulated gate semiconductor device in which the characteristics of the semiconductor element are not deteriorated or the semiconductor element is destroyed even if local pressure is applied by the internal buffer. There is.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的は、一方の主表
面に絶縁ゲート構造を有する半導体基体をインターナル
バッファを介して加圧して組み立てた絶縁ゲート型半導
体装置において、上記インターナルバッファの周辺部
で、上記主表面に接する部分に、上記絶縁ゲート構造を
持たない領域を残し、この領域により加圧力緩和領域が
形成されるようにして達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, in an insulated gate type semiconductor device in which a semiconductor substrate having an insulated gate structure on one main surface is assembled by pressing through an internal buffer, the periphery of the internal buffer is provided. Part, a region not having the insulated gate structure is left in a portion in contact with the main surface, and this region forms a pressing force relaxation region.

【0018】[0018]

【作用】加圧力緩和領域は、インターナルバッファの端
部の変形により与えられる局所的な加圧力を集中的に受
け、変形量を限定させ、これにより絶縁ゲート構造部分
へ応力が及ぶのを防止するように働く。
[Function] The pressure relieving region concentrates the local pressure exerted by the deformation of the end portion of the internal buffer to limit the amount of deformation, thereby preventing stress from being applied to the insulated gate structure portion. Work to do.

【0019】この結果、インターナルバッファの端部に
変形が生じても、それによる応力が絶縁ゲート構造部分
へ波及する虞れは無くなり、特性劣化を防ぐことができ
る。
As a result, even if the end portion of the internal buffer is deformed, the stress caused by the deformation is eliminated and the characteristic deterioration can be prevented.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明による絶縁ゲート型半導体装置
について、図示の実施例により詳細に説明する。図1
は、本発明をIGBTに適用した場合の第1の実施例
で、特にIGBT半導体素子(半導体基体)500の周辺
部における絶縁ゲート構造を示したものである。
The insulated gate semiconductor device according to the present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the drawings. FIG.
1 is a first embodiment in which the present invention is applied to an IGBT, and particularly shows an insulated gate structure in the peripheral portion of an IGBT semiconductor element (semiconductor substrate) 500.

【0021】図において、IGBT半導体素子500
は、低濃度n型ベース層10の一方の表面(図では下側
の表面)に高濃度p層11が形成され、この高濃度p層
11が露出する下側の面がコレクタ面となり、ここにア
ルミニウムからなる第1主電極30が形成されている。
In the figure, an IGBT semiconductor device 500 is shown.
Has a high-concentration p layer 11 formed on one surface (lower surface in the figure) of the low-concentration n-type base layer 10, and the lower surface on which the high-concentration p layer 11 is exposed serves as a collector surface. A first main electrode 30 made of aluminum is formed on the.

【0022】低濃度n型ベース層10の他方の表面(同
じく上側の表面)にはp型ベ−ス層12が形成されてお
り、このp型ベ−ス層12の内部にn型エミッタ層13
が形成されている。
A p-type base layer 12 is formed on the other surface (also the upper surface) of the low-concentration n-type base layer 10, and an n-type emitter layer 12 is formed inside the p-type base layer 12. Thirteen
Are formed.

【0023】そして、p型ベース層12が露出する上側
の面はエミッタ面となり、ここにはゲート絶縁膜20を
介して、エミッタ層13からp型ベース層12とn型ベ
ース層10を跨いで次のエミッタ層13まで、例えば多
結晶シリコンからなるゲート電極21が形成され、その
表面に第2酸化膜22が形成されて絶縁ゲート構造が作
られ、さらにその表面に、n型エミッタ層13に接する
ようにアルミニウムからなる第2主電極31が形成され
ている。なお、以上の構成は、図9に示した従来例と同
じであるが、この実施例では、半導体素子500の周辺
部Dでの構造が従来例と異なっている。すなわち、この
実施例では、その周辺部Dにおいて、図示のように、外
側に向かって横方向に延びるp型ベース層12の表面に
露出した部分に、内部にゲート電極となる多結晶シリコ
ンが設けられていない酸化膜100を形成し、これによ
り、この周辺部Dに加圧力緩和領域が形成されるように
構成したものであり、この点で従来例と異なっているの
である。
The upper surface on which the p-type base layer 12 is exposed serves as an emitter surface, and the emitter layer 13 extends from the emitter layer 13 to the p-type base layer 12 and the n-type base layer 10 via the gate insulating film 20. A gate electrode 21 made of, for example, polycrystalline silicon is formed up to the next emitter layer 13, and a second oxide film 22 is formed on the surface thereof to form an insulated gate structure. Further, on the surface thereof, an n-type emitter layer 13 is formed. A second main electrode 31 made of aluminum is formed so as to be in contact therewith. Although the above-mentioned configuration is the same as that of the conventional example shown in FIG. 9, the structure of the peripheral portion D of the semiconductor element 500 in this example is different from that of the conventional example. That is, in this embodiment, in its peripheral portion D, as shown in the figure, the portion exposed on the surface of the p-type base layer 12 that extends laterally outward is provided with polycrystalline silicon serving as a gate electrode therein. The oxide film 100 which is not formed is formed so that the pressing force relaxing region is formed in the peripheral portion D, which is different from the conventional example in this respect.

【0024】次に、この実施例による加圧力緩和領域の
機能について説明する。本発明では、絶縁ゲート構造へ
の局所的な圧力の集中を緩和するために、インターナル
バッファにより局所的に加圧される部分を、絶縁ゲート
構造が形成されていない領域に移している点を特徴とし
ているが、このとき得られる圧力集中緩和機能の程度
は、加圧力緩和領域の構造により大きく異なってくる。
そこで、まず、この図1の実施例では、この加圧力緩和
領域を弾性物質である主電極31と非弾性物質である酸
化膜100の2層により形成したものである。なお、こ
こで、弾性物質とは、或る程度までの応力に応じて弾性
変形を生じ、それ以上の応力では塑性変形してしまう物
質のことで、アルミニウムなどの金属が該当し、非弾性
物質とは、或る程度までの応力では殆ど弾性変形を生ぜ
ず、より強い応力に対しては破壊に移行してしまう物質
のことで、或る種の酸化物やセラミックスなどが該当す
るものである。
Next, the function of the pressing force alleviating region according to this embodiment will be described. In the present invention, in order to mitigate the local concentration of pressure on the insulated gate structure, the portion locally pressurized by the internal buffer is moved to the region where the insulated gate structure is not formed. As a feature, the degree of the pressure concentration relaxing function obtained at this time largely varies depending on the structure of the pressure relaxing region.
Therefore, first, in the embodiment of FIG. 1, the applied pressure relaxation region is formed by two layers of the main electrode 31 which is an elastic material and the oxide film 100 which is an inelastic material. Here, the elastic substance is a substance that undergoes elastic deformation in response to a stress up to a certain degree and is plastically deformed by a stress higher than that, and corresponds to a metal such as aluminum and a non-elastic substance. The term "material" refers to a substance that causes almost no elastic deformation under a certain level of stress, and changes to destruction under a higher level of stress, and corresponds to certain oxides and ceramics. .

【0025】図2は、図1の実施例において、インター
ナルバッファ200の変形により、加圧力緩和領域に力
が掛ったときの加圧力緩和領域Dでの厚さd、すなわち
周辺部Dにおけるp型半導体層12の表面から主電極3
1の表面までの厚さの変化量と、加圧力緩和領域の周辺
に配置された絶縁ゲート構造にかかる加圧力(応力)の関
係を示したものである。
FIG. 2 shows the thickness d in the pressing force relaxing region D when the pressing force relaxing region is exerted by the deformation of the internal buffer 200 in the embodiment of FIG. 1, that is, p in the peripheral portion D. From the surface of the type semiconductor layer 12 to the main electrode 3
1 shows the relationship between the amount of change in the thickness up to the surface of No. 1 and the pressure (stress) applied to the insulated gate structure arranged around the pressure relaxation region.

【0026】加圧力緩和領域Dでは、インターナルバッ
ファ200の変形により加圧されたとき、まず主電極3
1が弾性変形する。この弾性変形量は加圧力により異な
るが、弾性変形が繰り返された場合、アルミニウムから
なる主電極31の表面は次第に潰れ、この結果、加圧緩
和領域Dの厚さDは徐々に減少してしまう。
In the applied pressure relaxation region D, when the internal buffer 200 is deformed and pressure is applied, first, the main electrode 3 is pressed.
1 is elastically deformed. Although the amount of elastic deformation varies depending on the applied pressure, when the elastic deformation is repeated, the surface of the main electrode 31 made of aluminum is gradually crushed, and as a result, the thickness D of the pressure relaxation region D gradually decreases. .

【0027】そこで、加圧力の集中により、この部分の
アルミニウム主電極31が次第に潰れ変形したとき、も
しも、この加圧力緩和領域Dに酸化膜100が設けられ
ていなかったとすると、主電極31はそのまま潰れて行
き、やがて絶縁ゲート構造の厚さよりも薄くなると、イ
ンターナルバッファ200の変形による加圧力の集中部
分が加圧力緩和領域Dの周辺(内側)に配置された絶縁ゲ
ート構造にも移行し、図2に示すように加圧緩和領域に
隣接する絶縁ゲート構造にも応力が集中し、絶縁ゲート
構造の特性を劣化させてしまうことになる。
Therefore, when the aluminum main electrode 31 in this portion is gradually crushed and deformed due to the concentration of the pressing force, if the oxide film 100 is not provided in this pressing force relaxation region D, the main electrode 31 remains as it is. When it is crushed and becomes thinner than the thickness of the insulated gate structure, the concentrated portion of the pressing force due to the deformation of the internal buffer 200 is also transferred to the insulated gate structure arranged in the periphery (inner side) of the pressing force relaxation region D, As shown in FIG. 2, stress concentrates also on the insulated gate structure adjacent to the pressure relaxation region, which deteriorates the characteristics of the insulated gate structure.

【0028】しかしながら、この実施例では、弾性物質
であるアルミニウムの主電極31の下層は、非弾性物質
の酸化膜100が形成されているため、加圧緩和領域D
での厚みdは、この酸化膜100の厚さ以下にはならな
い。
However, in this embodiment, since the oxide film 100 made of an inelastic material is formed in the lower layer of the main electrode 31 made of aluminum which is an elastic material, the pressure relaxation region D is formed.
The thickness d is not less than the thickness of the oxide film 100.

【0029】この結果、この実施例によれば、温度サイ
クルを繰り返しても、加圧緩和領域Dから周辺に加圧力
の集中領域が移行することはなくなり、絶縁ゲート構造
に応力が集中して特性が劣化させてしまう虞れを確実に
防止することができる。
As a result, according to this embodiment, even if the temperature cycle is repeated, the concentrated area of the applied pressure does not move from the pressure relaxation area D to the periphery, and the stress is concentrated on the insulated gate structure, so that the characteristics can be improved. It is possible to surely prevent the risk of deterioration.

【0030】すなわち、この実施例によれば、ゲート電
極21と低濃度n型ベース層10とが短絡したり、閾値
電圧が変動する等の特性劣化が発生せず、かつ温度サイ
クルを繰り返しても特性に変動のない圧接型半導体装置
を得ることができる。
That is, according to this embodiment, the gate electrode 21 and the low-concentration n-type base layer 10 are not short-circuited, the threshold voltage is not changed, and the characteristics are not deteriorated, and the temperature cycle is repeated. It is possible to obtain a pressure contact type semiconductor device having no change in characteristics.

【0031】また、この実施例では、仮に、加圧により
酸化膜100が破壊され、シリコン表面に微小欠陥を生
じたとしても、この加圧緩和領域Dには、比較的深く拡
散されたp型ベ−ス層12が形成されているため、阻止
電圧等に悪影響を及ぼすことはなく、従って、この場合
でも特性が劣化する虞れはない。
Further, in this embodiment, even if the oxide film 100 is destroyed by the pressure and a minute defect is generated on the silicon surface, the p-type which is relatively deeply diffused in the pressure relaxation region D. Since the base layer 12 is formed, the blocking voltage or the like is not adversely affected, and therefore the characteristics are not likely to deteriorate even in this case.

【0032】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図3は、本発明の第2の実施例で、この実施例で
は、図1の実施例における圧力緩和用酸化膜100を複
数の膜、この場合は3層の膜101と膜102、それに
膜103により形成した点を特徴とするもので、その他
の構造は実施例1と同じであり、従って、この実施例に
よっても、加圧緩和領域Dから周辺に加圧力の集中領域
が移行することはなくなり、絶縁ゲート構造に応力が集
中して特性が劣化させてしまう虞れを確実に防止するこ
とができる。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the pressure relaxation oxide film 100 in the embodiment of FIG. 1 is formed into a plurality of films, in this case, three films 101 and 102, and This structure is characterized by being formed by 103, and the other structure is the same as that of the first embodiment. Therefore, also in this embodiment, the concentrated area of the pressing force does not move from the pressure relaxation area D to the periphery. It is possible to surely prevent the risk of stress concentration on the insulated gate structure and deterioration of the characteristics.

【0033】その上、この実施例では、膜101は、p
型ベース体層12の表面にゲート酸化膜20を形成する
とき同時に形成した酸化膜であり、膜102は、ゲート
電極21と同時に形成した多結晶シリコン層で構成さ
れ、膜103は、保護酸化膜22と同時に形成した酸化
膜で構成されている。
Moreover, in this embodiment, the membrane 101 is made of p
The oxide film is formed at the same time when the gate oxide film 20 is formed on the surface of the mold base body layer 12, the film 102 is formed of a polycrystalline silicon layer formed at the same time as the gate electrode 21, and the film 103 is a protective oxide film. 22 and an oxide film formed at the same time.

【0034】つまり、この実施例では、絶縁ゲート構造
部分を形成しているゲート酸化膜20とゲート電極2
1、それに保護酸化膜22と、加圧力緩和領域Dを形成
している酸化膜101と多結晶シリコン層102、それ
に保護酸化膜103とは、同時に同質の材料により形成
している。
That is, in this embodiment, the gate oxide film 20 and the gate electrode 2 forming the insulated gate structure portion are formed.
1, the protective oxide film 22, the oxide film 101 forming the pressing force relaxation region D, the polycrystalline silicon layer 102, and the protective oxide film 103 are formed of the same material at the same time.

【0035】従って、ゲート絶縁構造部分A、B、Cと
加圧力緩和領域Cの半導体表面から主電極31表面まで
の高さ及び硬度はほぼ等しくなっているため、表面が平
坦なインターナルバッファ200により主電極31の表
面を加圧しただけで、ゲート絶縁構造部分と加圧力緩和
領域とを均等に加圧することとができる。
Therefore, since the height and hardness of the gate insulating structure portions A, B, C and the pressure relaxation region C from the semiconductor surface to the surface of the main electrode 31 are substantially equal, the internal buffer 200 having a flat surface. Thus, by simply pressing the surface of the main electrode 31, it is possible to uniformly press the gate insulating structure portion and the pressurizing force relaxing region.

【0036】また、ゲート絶縁構造部分と加圧力緩和領
域とを同時に製作することができるため、製造工程数
を、従来の製造工程のまま増加せずにそのまま使用する
ことができ、従って、コストアップを抑えることができ
る。
Further, since the gate insulating structure portion and the pressure relieving region can be manufactured at the same time, the number of manufacturing steps can be used as it is without increasing the number of conventional manufacturing steps, thus increasing the cost. Can be suppressed.

【0037】次に、図4と図5は、本発明を大容量のI
GBTに適用した場合の実施例である。まず、図4は、
この実施例による大容量IGBT半導体素子500のエ
ミッタ側パターンを示したもので、中央部にゲート電極
取り出し用のゲートパット300が形成され、その周辺
に絶縁ゲート構造を有する能動素子領域301が複数個
配置してある。
Next, FIG. 4 and FIG. 5 show the present invention with a large capacity I.
This is an example when applied to a GBT. First, in Figure 4,
2 shows an emitter side pattern of a large capacity IGBT semiconductor device 500 according to this embodiment, in which a gate pad 300 for taking out a gate electrode is formed in a central portion, and a plurality of active device regions 301 having an insulated gate structure are formed in the periphery thereof. It is arranged.

【0038】次に、これらの能動素子領域301の周り
を取り囲むようにしてゲート配線302が形成され、さ
らに、これらの能動素子領域301全体を囲んで加圧力
緩和領域400が形成されている。そして、加圧力緩和
領域400の外側には半導体装置の耐圧を決めるターミ
ネーション領域600が形成されている。図5は、図4
のA−A線に沿った断面の概略を示したもので、303
はゲート配線絶縁用の酸化膜であり、601はターミネ
ーション領域を構成するp型半導体層で、602は酸化
膜、そして604はターミネーション領域の電極であ
る。
Next, a gate wiring 302 is formed so as to surround these active element regions 301, and a pressure relieving region 400 is formed so as to surround the entire active element regions 301. A termination region 600 that determines the breakdown voltage of the semiconductor device is formed outside the pressure relaxation region 400. FIG. 5 shows FIG.
Of the cross section taken along line AA of
Is an oxide film for insulating the gate wiring, 601 is a p-type semiconductor layer forming a termination region, 602 is an oxide film, and 604 is an electrode in the termination region.

【0039】これら図4と図5に示した実施例の特徴
は、加圧力緩和領域400をゲート配線302を囲んで
アクティブエリアの周辺に配置した点にある。すなわ
ち、この実施例では、インターナルバッファ200の端
部による局所的な加圧力を加圧力緩和領域400により
緩和するようにしたものであり、先に説明した図1の実
施例と同様であるが、この実施例では、圧力緩和酸化膜
100の表面に設けるべき電極を、主電極31とは切り
離して形成し、これを第3の電極33としてある。そし
て、この電極33をp型ベース層12pと接触させ、こ
の第3の電極33を介してインターナルバッファ200
とp型ベース層12とが低抵抗接触されるように構造し
てある。
The feature of the embodiment shown in FIGS. 4 and 5 lies in that the pressurizing area 400 is arranged around the active area so as to surround the gate wiring 302. That is, in this embodiment, the local pressure applied by the end portion of the internal buffer 200 is relaxed by the pressure relief area 400, which is similar to the previously described embodiment of FIG. In this embodiment, the electrode to be provided on the surface of the pressure relaxation oxide film 100 is formed separately from the main electrode 31, and this is used as the third electrode 33. Then, the electrode 33 is brought into contact with the p-type base layer 12p, and the internal buffer 200 is provided via the third electrode 33.
And the p-type base layer 12 are in contact with each other with low resistance.

【0040】従って、この実施例によれば、この素子が
スイッチングオフするとき、圧力緩和酸化膜100及び
ターミネーション領域600の下層のn型ベース層10
内に残留するキャリアを、第3の電極33を介してイン
ターナルバッファ200へ素早く排出することができる
ため、ターミネーション領域600へ空乏層を迅速に広
げることができ、規定の設計耐圧を容易に得ることがで
きる。
Therefore, according to this embodiment, when the device is switched off, the n-type base layer 10 below the pressure relaxation oxide film 100 and the termination region 600 is formed.
Since the carriers remaining therein can be quickly discharged to the internal buffer 200 via the third electrode 33, the depletion layer can be rapidly expanded to the termination region 600, and a specified design breakdown voltage can be easily obtained. be able to.

【0041】また、排出するキャリアがn型エミッタ層
13の近傍を流れないため、半導体素子のラッチアップ
現象が防止できるので、許容最大コレクタ電流を増加さ
せることができ、さらに大容量化を図ることができる。
Further, since the discharged carriers do not flow in the vicinity of the n-type emitter layer 13, the latch-up phenomenon of the semiconductor element can be prevented, so that the maximum allowable collector current can be increased and the capacity can be further increased. You can

【0042】なお、これら図4、図5に示した実施例で
は、圧力緩和層を酸化膜100により形成したが、図3
の実施例と同じく、複数の積層膜からなる圧力緩和層を
てきようしてもよく、同様の効果をえることができる。
In the embodiments shown in FIGS. 4 and 5, the pressure relaxation layer is formed of the oxide film 100.
As in the above embodiment, a pressure relaxation layer composed of a plurality of laminated films may be used, and the same effect can be obtained.

【0043】ところで、以上の実施例では、本発明を絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)に適用し
た場合について説明したが、本発明はIGBTに限ら
ず、半導体素子表面に絶縁ゲート型構造を形成した圧接
型半導体装置なら、どのような半導体装置にも適用可能
なことは言うまでもなく、例えばパワーMOSFET、
絶縁ゲート型サイリスタ(MCT)などの半導体装置に適
用しても同様の効果を得ることができる。
In the above embodiments, the case where the present invention is applied to the insulated gate bipolar transistor (IGBT) has been described. However, the present invention is not limited to the IGBT, and the insulated gate type structure is formed on the surface of the semiconductor element. Needless to say, the pressure contact type semiconductor device can be applied to any semiconductor device, for example, a power MOSFET,
Similar effects can be obtained even when applied to a semiconductor device such as an insulated gate thyristor (MCT).

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によれば、加圧型半導体装置にお
いて、インターナルバッファによる局所的な加圧が生じ
ても、半導体素子の特性が劣化したり、半導体素子が破
壊したりする虞れを確実に無くすことができるから、加
圧力を増加させることにより熱抵抗と電気抵抗を充分に
小さく抑え、冷却効果の向上と損失の減少を容易に得る
ことができる。
According to the present invention, in the pressure type semiconductor device, even if the local pressure is applied by the internal buffer, the characteristics of the semiconductor element may be deteriorated or the semiconductor element may be broken. Since it can be surely eliminated, the thermal resistance and the electrical resistance can be suppressed sufficiently small by increasing the applied pressure, and the improvement of the cooling effect and the reduction of the loss can be easily obtained.

【0045】また、この結果、信頼性が大きく向上した
加圧型の絶縁ゲート型半導体装置を容易に提供すること
ができる。
Further, as a result, it is possible to easily provide a pressure type insulated gate semiconductor device with greatly improved reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による絶縁ゲート型半導体装置の第1の
実施例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of an insulated gate semiconductor device according to the present invention.

【図2】本発明の実施例による加圧力緩和特性を説明す
る特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram illustrating a pressure relaxation characteristic according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明による絶縁ゲート型半導体装置の第2の
実施例を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the insulated gate semiconductor device according to the present invention.

【図4】本発明による絶縁ゲート型半導体装置の第3の
実施例を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing a third embodiment of the insulated gate semiconductor device according to the present invention.

【図5】本発明による絶縁ゲート型半導体装置の第3の
実施例を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third embodiment of an insulated gate semiconductor device according to the present invention.

【図6】絶縁ゲート型半導体装置の従来例を示す平面図
である。
FIG. 6 is a plan view showing a conventional example of an insulated gate semiconductor device.

【図7】絶縁ゲート型半導体素子を外部電極により加圧
した状態を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state in which an insulated gate semiconductor element is pressed by an external electrode.

【図8】絶縁ゲート型半導体素子を外部電極により加圧
したときの応力を示す説明面である。
FIG. 8 is an explanatory view showing stress when an insulated gate semiconductor element is pressed by an external electrode.

【図9】絶縁ゲート型半導体装置の従来例を示す断面図
である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a conventional example of an insulated gate semiconductor device.

【記号の説明】[Explanation of symbols]

10 低濃度n型ベース層 11 高濃度p層 12 …p型ベ−ス層 13 n型エミッタ層 20 ゲート酸化膜 21 ゲート電極 22 酸化膜 30 第1の主電極 31 第2の主電極 33 第3の主電極 100、101、103 酸化膜 102 多結晶シリコン層(ポリシリコン) 200 インターナルバッファ 300 ゲートパット 301 能動素子領域 302 ゲート配線 400 加圧緩和領域 500 半導体素子 600 ターミネーション領域 1000 ポスト電極 10 Low Concentration n-type Base Layer 11 High Concentration p Layer 12 ... P-type Base Layer 13 n-type Emitter Layer 20 Gate Oxide Film 21 Gate Electrode 22 Oxide Film 30 First Main Electrode 31 Second Main Electrode 33 Third Main electrodes 100, 101, 103 Oxide film 102 Polycrystalline silicon layer (polysilicon) 200 Internal buffer 300 Gate pad 301 Active device region 302 Gate wiring 400 Pressure relaxation region 500 Semiconductor device 600 Termination region 1000 Post electrode

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一方の主表面に絶縁ゲート構造を有する
半導体基体をインターナルバッファを介して加圧して組
み立てた絶縁ゲート型半導体装置において、 上記インターナルバッファの周辺部で、上記主表面に接
する部分に、上記絶縁ゲート構造を持たない領域を残
し、 この領域により加圧力緩和領域が形成されるように構成
したことを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置。
1. An insulated gate semiconductor device in which a semiconductor substrate having an insulated gate structure on one main surface is assembled by pressing through an internal buffer, and in the peripheral portion of the internal buffer, the main surface is in contact with the main surface. An insulated gate semiconductor device, characterized in that a region not having the above-mentioned insulated gate structure is left in a part thereof, and a pressing force relaxation region is formed by this region.
【請求項2】 請求項1の発明において、 上記加圧力緩和領域が、弾性物質からなる加圧力緩和層
と、非弾性物質からなる加圧力緩和層の少なくとも2層
で構成されていることを特徴とする絶縁ゲート型半導体
装置。
2. The invention according to claim 1, wherein the pressing force relaxing region is composed of at least two layers, a pressing force relaxing layer made of an elastic material and a pressing force relaxing layer made of an inelastic material. Insulated gate type semiconductor device.
【請求項3】 請求項1の発明又は請求項2の発明にお
いて上記加圧力緩和領域層が、上記絶縁ゲート構造の形
成時に、同時に且つ同じ物質で形成されていることを特
徴とする絶縁ゲート型半導体装置。
3. The insulated gate type according to claim 1 or 2, wherein the pressing force relaxation region layer is formed simultaneously and at the same time with the formation of the insulated gate structure. Semiconductor device.
【請求項4】 請求項2の発明において上記弾性物質か
らなる加圧力緩和層が、上記絶縁ゲート構造に接してい
る主電極とは独立した電極で構成されていることを特徴
とする絶縁ゲート型半導体装置。
4. The insulated gate type according to claim 2, wherein the pressing force relaxing layer made of the elastic material is composed of an electrode independent of a main electrode in contact with the insulated gate structure. Semiconductor device.
JP2684095A 1995-02-15 1995-02-15 Insulated-gate semiconductor device Pending JPH08222732A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2684095A JPH08222732A (en) 1995-02-15 1995-02-15 Insulated-gate semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2684095A JPH08222732A (en) 1995-02-15 1995-02-15 Insulated-gate semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08222732A true JPH08222732A (en) 1996-08-30

Family

ID=12204475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2684095A Pending JPH08222732A (en) 1995-02-15 1995-02-15 Insulated-gate semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH08222732A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7009292B2 (en) * 2003-10-10 2006-03-07 Denso Corporation Package type semiconductor device
JP2006270077A (en) * 2005-02-25 2006-10-05 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2008091618A (en) * 2006-10-02 2008-04-17 Denso Corp Semiconductor device
CN107393884A (en) * 2017-06-30 2017-11-24 西安中车永电电气有限公司 A kind of compression joint type IGBT module stacked wafer module and compression joint type IGBT module internal enclosing structure
CN107393884B (en) * 2017-06-30 2024-04-26 西安中车永电电气有限公司 Crimping IGBT module lamination assembly and internal packaging structure of crimping IGBT module

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7009292B2 (en) * 2003-10-10 2006-03-07 Denso Corporation Package type semiconductor device
JP2006270077A (en) * 2005-02-25 2006-10-05 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2008091618A (en) * 2006-10-02 2008-04-17 Denso Corp Semiconductor device
CN107393884A (en) * 2017-06-30 2017-11-24 西安中车永电电气有限公司 A kind of compression joint type IGBT module stacked wafer module and compression joint type IGBT module internal enclosing structure
CN107393884B (en) * 2017-06-30 2024-04-26 西安中车永电电气有限公司 Crimping IGBT module lamination assembly and internal packaging structure of crimping IGBT module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR930007517B1 (en) Contacted semiconductor device
JP6172224B2 (en) Power semiconductor device
US10672878B2 (en) Silicon carbide semiconductor device
US5366932A (en) Semi-conductor chip packaging method and semi-conductor chip having interdigitated gate runners with gate bonding pads
JP5811325B2 (en) Semiconductor element and semiconductor device
JP2007115888A (en) Semiconductor device
JP2552100B2 (en) Integrated structure pad assembly and manufacturing method thereof
JP3709713B2 (en) Semiconductor device
JP5098630B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2962136B2 (en) Insulated gate semiconductor device and power conversion device using the same
JPH08222732A (en) Insulated-gate semiconductor device
JP3973832B2 (en) Pressure contact type semiconductor device
JP4293272B2 (en) Semiconductor device
JP2003124455A (en) Turn-off high-performance semiconductor device
US5821616A (en) Power MOS device chip and package assembly
US5798287A (en) Method for forming a power MOS device chip
JPH04293268A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JP3882648B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3455414B2 (en) Insulated gate semiconductor device and method of manufacturing the same
JPS63166273A (en) Vertical semiconductor device
JP2756826B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP7472613B2 (en) Semiconductor Device
JP4218479B2 (en) Semiconductor device
JPH08125181A (en) Semiconductor device
JP2000114525A (en) Semiconductor device and manufacture thereof