JPH08508614A - 半導体チップを支持する台座を具備したリードフレーム - Google Patents

半導体チップを支持する台座を具備したリードフレーム

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JPH08508614A
JPH08508614A JP6522383A JP52238394A JPH08508614A JP H08508614 A JPH08508614 A JP H08508614A JP 6522383 A JP6522383 A JP 6522383A JP 52238394 A JP52238394 A JP 52238394A JP H08508614 A JPH08508614 A JP H08508614A
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ホイットニー，デイヴィッド
ウィーズ，リン
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シーメンス コンポーネンツ インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 リードフレーム（３４）にマウントされた光によりトリガされるシリコンの制御整流素子（ＳＣＲ）のデバイス（２１）に関する。ＳＣＲデバイスには、カソード層（２４）、光学層または制御層（２３）、半導体のサブストレート（２２）に形成されるアノード層（３１）が含まれる。デバイスは、リードフレーム上に形成された台座（３３）にはんだ付けされる。デバイスをリードフレームに接続するために、はんだがアノード層に配設され、はんだにより、アノード層をリードフレーム上の凹部に固定する。リードフレームに凹部（３５）をエッチングまたはスタンピングすることにより、台座を形成することができる。デバイスのエッジが凹部に近接して配設されてリードフレームから離されるように、デバイスは台座の中心に置かれる。

Description

【発明の詳細な説明】 半導体チップを支持する台座を具備したリードフレーム発明の背景 １． 発明の分野 本発明は、固体状態の電子回路装置に関する。詳細には本発明は、半導体デバ イスの製造方法およびそのように形成されたデバイスに関する。 ２． 従来技術の説明 一般にシリコンサブストレートに半導体材料の種々の層を生成することにより 、半導体デバイスを製造する。デバイスを容易に支持する構造とし、導線を接続 するための導通性の端子領域を作るために、一般にデバイスは、はんだを用いて リードフレームに取り付けられている。リードフレームは、デバイスの特定の中 心に位置する部分にだけ取り付けられ、デバイスの残りの部分は、エアギャップ でリードフレームから電気的にアイソレーションされている。デバイスを密封す る際に、一般にこのエアギャップには、デバイスを密封するのに用いられるアイ ソレーション材が封入される。このようにギャップにより、デバイスのエッジが リードフレームと短絡するのを阻止し、デバイスからリードフレームへの電気的 なアークを軽減し、デバイ スをなかなか降伏させないようにする。一般にそのようなエアギャップにより、 リードフレームに対する半導体デバイスのエッジの十分な電気的アイソレーショ ンを確保できる。ほとんどの低電圧デバイスでは、デバイスのエッジとリードフ レームとの電位差は０Ｖであるので、アークが生じることはなく、短絡してもデ バイスの性能に影響はない。さらにそうでない低電圧デバイスでも、デバイスの エッジとリードフレームとの最大電位差は比較的小さいものであり、デバイスと リードフレームとのアイソレーションを確保するのに用いられる典型的な間隙で も、十分なアイソレーションを確保できる。しかし多くの高電圧デバイスでは、 デバイスのエッジとリードフレームとの間のアークを防止するのに、典型的な間 隙では十分でない。したがって高電圧デバイスでは、デバイスのエッジの電気的 アイソレーションが問題になる。 従来、高電圧半導体デバイスを構成するのに、デバイス内の接合アイソレーシ ョン構造を用いて、デバイスのエッジとデバイスに取り付けるリードフレームと の電気的アイソレーションを確保することが一般に行われてきた。一般にデバイ スのエッジに不純物層を拡散することにより、典型的な接合部のアイソレーショ ンが確保される。この不純物層には、デバイスの底部の層（つまりリードフレー ムと接する層）と同じ濃度の不純物が含まれる。このように均一に半導体のドー ピング層は、デバイスの底部全体（そこでデバイスはリードフレームに接する） とデバイスの縦側とに沿って広がる。簡単に言うとこの層は、デバイスがリード フレームに置かれるのであればどこでも形成される。リードフレームがこの底部 の層に接するので、リードフレームと底部の層とは同電位である。このようにデ バイスのエッジとリードフレームとには、アークまたは有害な短絡を起こし易く する電位差は生じないので、この接合アイソレーション構造により、所望の電気 的アイソレーションが得られる。このアイソレーション技術により、多くのデバ イス構成に対してアイソレーションが確保されるが、その技術が完全に満足のい くものであるとは言えない。たとえば多くのデバイスでは、デバイスの側面に対 する接合アイソレーションを確保するのに十分な空間がない。それ以外のデバイ スでは、デバイス設計上の理由により、均一なドーピング層を側面と底部とに沿 って拡げることができない。また接合アイソレーションをチップに設けるには、 通常相当な費用がかかる。 したがって高電圧集積回路およびその他の半導体デバイスの成長技術に関する これらの理由により、デバイスのエッジとリードフレームとを電気的にアイソレ ーションする製造技術の改善が長く論じられてきた。発明の要約 従来技術の欠点を改善するために、本発明はユニー クな台座を持つリードフレームと、それと接触する半導体デバイスの利用を教示 する。 概して本発明は、リードフレーム上に形成された台座を中心としてマウントさ れた半導体デバイスに関する。デバイスには、半導体のサブストレートと、サブ ストレートの表面に配設された不純物をドーピングした層とが含まれる。オーム 接点が、不純物をドーピングした層に取り付けられ、それによりデバイスを台座 にマウントする。デバイスのエッジとリードフレームとの間の間隙により電気的 アイソレーションが確保されるように、デバイスのエッジを台座の両側の上方に 延在する。 さらに本発明は、半導体デバイスの製造方法に関する。本発明の方法を用いて 、不純物を半導体のサブストレートの表面に拡散し、ドーピングした層を形成す る。円周状の凹部は一般に、リードフレームの表面に形成され、マウントされる 半導体デバイスの幅より小さなマウント用の表面を持つ台座が作られる。オーム 接点は、半導体デバイスのドーピングした層に接して配設される。デバイスのエ ッジが凹部の上に配設され、デバイスのエッジとリードフレームとの間の間隙（ 凹部により形成される）により電気的アイソレーションが確保されるように、台 座に取り付けられたオーム接点を用いて、デバイスはリードフレームにマウント される。 詳細には本発明の製造技術を用いて、シリコンの制御整流素子（ＳＣＲ）のデ バイスが、リードフレームの台座にマウントされる。リードフレームのマウント 用の表面に凹部を形成することにより、台座が作られる。一般に凹部は円周状で ある。しかしデバイスのエッジを上方に延在できるものであればどのような形状 でも適している。ＳＣＲデバイスには、Ｎ型のサブストレートに拡散された半導 体材料の多くの層がある。ＳＣＲを形成するために、第１Ｐ+層がサブストレー トの上部表面に拡散される。第１Ｐ+層の上部表面には、Ｎ+層が拡散される。カ ソード接点（金属の層）はＮ+層に配設される。第２Ｐ+層がサブストレート下部 表面に拡散される。アノード接点が第２Ｐ+層に配設される。デバイスのエッジ が台座の端側の上方に延在されるように、台座に取り付けられたアノード接点を 介してデバイスはリードフレームにマウントされる。このように凹部により、デ バイスのエッジとリードフレームとの間に電気的アイソレーション空間が作られ る。台座を形成するステップは、リードフレームの表面に凹部をエッチングまた はスタンピングすることにより達成される。一般には台座は円周状の凹部から形 成されるが、長方形、正方形等の任意の閉じた形状の凹部を用いることができる 。一般に、凹部の形状は、リードフレームに接触するデバイスの形状と一致する 。図面の簡単な説明 本発明の要旨を、添付図面と関連する以後の詳細な説明を考察することにより 容易に理解することができる。 図１は、本発明により製造される半導体デバイスの縦断面図である。実施例の詳細な説明 典型的な高電圧半導体デバイス、たとえば光によってトリガされるシリコンの 制御整流素子（ＳＣＲ）に関して実施例を説明するが、低コストで効果的な電気 的アイソレーションが望まれる他の半導体デバイスの構成および製造方法に関し ても本発明を広く適用できることは、当業者に明らかである。 一般にＳＣＲは、４層のＰ−Ｎ−Ｐ−Ｎの単方向性のデバイスであり、主に高 電圧の双安定スイッチングに用いられる。典型的なＳＣＲには、半導体材料の層 から形成された３つの半導体接合部と、３つの端子つまりアノード、カソード、 ゲートとがあり、各端子はデバイスの対応する層に電気的に接続されている。ゲ ート電流は、アノードとカソードとの間の電圧、つまりいわゆる”降伏”電圧（ この電圧でデバイスにカソードからアノードに電流が流れ始める）を決定する１ つのファクターである。光によりトリガされるＳＣＲでは、制御電極つまりゲー トは、アノードとカソードとの間に配設された光電性の層である。光線を照射す ることにより、光電性の層に光電流が生じる。光電流の大きさにより、デバイス が導通するアノードとカソードとの間の電圧が決まる。導通の際のアノードとカ ソードとの間の電圧は、順方向電圧と呼ばれている。完全に導通させた場合のＳ ＣＲの順方向電圧は、アノード層とカソード層との間の間隙の関数である。 図１に、リードフレーム３４にマウントされた縦形のホトＳＣＲ２１の一部を 示す。たとえば、Ｐ型の不純物をサブストレートの上部領域に拡散してＰ+の制 御層２３を形成することにより、ＳＣＲ２１をＮ型のサブストレート２２上に形 成する。制御層は、中心部が比較的厚く層のエッジに向かって薄くなる。Ｎ型の 不純物を層２３の中心部に拡散することによりＮ+のカソード層２４が形成され る。酸化層２５が層２３の外側に形成され、前記酸化層２５は、開口部を残して 層２４のエッジを部分的にカバーしており、前記開口部には金属層が配設されカ ソード端子２６を形成する。酸化層２５は光線を透過し、Ｐ+の制御層２３に入 射光ビームを照射することができる。光ビームは、通常用いられる光学的な制御 ビームであり、十分な強度であれば、ＳＣＲ２１をトリガする。 サブストレート２２の底部表面に縦方向の溝３０がエッチングされている。溝 の上面３７と側面３８により表面を形成し、深さ（距離「ｄ」と表示する）が決 定される。Ｐ型の不純物を溝３０の表面でサブストレ ート２２に拡散し、Ｐ+のアノード層３１を形成する。溝の深さを正確に制御す ることにより、層３１と２３との間の間隙を正確に制御する。酸化層３２が、Ｐ+ の層３１の円周上のエッジに沿ってサブストレート２２の底部表面に形成され る。デバイスのエッジ２８に沿って配設された４つのＮ+領域により、通常のチ ャネルストップ２７が形成され、ＳＣＲが逆バイアスされる際の表面漏れを防止 する。 ＳＣＲ２１は、リードフレーム３４に一段高い高さに形成された台座３３にマ ウントされている。リードフレームにより、半導体デバイスと、導線（図示しな い）を接続するための接触領域とを支持する構造である。エッチング、スタンピ ング、またはその他の方法により作ることのできる台座３３を用いて、フレーム ３４の上部表面に凹部３５を形成し、ＳＣＲを形成するシリコンサブストレート の円周状のエッジ２８からリードフレーム３４を電気的にアイソレーションする 。 ＳＣＲ２１は、はんだ処理により台座３３にマウントされる。この処理により 、Ｐ+の層３１の露出部とリードフレーム３４との間にオーム接点が生じる。 ＳＣＲへの典型的な応用では、カソード端子２６とアノード端子３６との間に 電圧が印加される。十分な強度の光線が層２５を透過してＰ+の制御層２３を照 射すると、光電流が層２３に生じる。生じた光電流の 量により、主にＳＣＲ２１の降伏電圧、つまりＳＣＲ２１が導通する印加電圧の 値が決定される。ＳＣＲが外部からの光パルスによりトリガされ、印加電圧が降 伏電圧より大きな順方向バイアスを形成する場合、ＳＣＲにはカソード端子２６ とアノード端子３６との間で縦方向に電流が流れる。順方向バイアスを形成する 印加電圧がなくなるか、順方向電圧と称されるレベルを下回るまで、ＳＣＲ２１ は導通し続ける。降伏レベルを超える順方向の電圧が印加され、制御層２３が光 パルスによりトリガされるまで、ＳＣＲ２１は再び導通することはない。非導通 状態の間、つまりＳＣＲ２１が逆バイアスされておらず、トリガされてもいない 場合、デバイスのエッジ２８とリードフレーム３４との間には、非常に大きな電 位差が生じることがある。そのような電位差により、デバイスのエッジとリード フレームとの間にアークを飛ばすことがある。さらに大きな電界により、デバイ スとリードフレームとの間にデバイスの降伏が生じることがある。この理由のた めデバイスのこれらの領域の電気的なアイソレーションが必要である。 前述のように、エッジ２８の従来の接合アイゾレーションには、エッジ２８を カバーするためデバイスの底部全体と側面とに沿ってアノード層３１を延在する ようにＳＣＲ２１を改造することが必要である。しかし多くの理由により、この アイソレーション技術が常 に可能であり、望ましいものであるとは限らない。第１にアノード層３１がエッ ジ２８に沿ってＳＣＲ２１のカソード層に向かって延在されているので、ＳＣＲ ２１の縦方向の特性が変化する。第２に接合アイソレーションには、側面２８に 沿ったアノード層の深い拡散（さらに製造コストの増大を招く）が必要である。 さらに接合アイソレーション層の十分な拡散の深さを可能にするためには、ウエ ハーの厚さを薄くしなければならない。またＳＣＲの現時点の動作特性を維持す るために、アノード層を拡げ、ＳＣＲ等のデバイス２１内部に接合アイソレーシ ョン層を形成するには、通常接合アイソレーション層がデバイスを通過する電子 の経路に悪影響を及ぼさないようにデバイスの幅を広げることが必要である。た とえばサブストレートには幅を広げるのに十分なスペースがないので、デバイス の幅を広げることは許容できない。しかし本発明の原理を用いる場合、ＳＣＲの 性能に悪影響を及ぼすことなく、大きなアイソレーションのレベルが達成される 。ＳＣＲ２１を台座３３にマウントすることにより、凹部３５のためフレーム３ ４に対するエッジ２８の大きなアイソレーションが得られる。さらに通常のデバ イスの密閉作業の際にエッジ２８をアイソレーション材（図示しない）で表面処 理すると、デバイスのエッジ２８とリードフレーム３４との間に比較的高いアイ ソレーション電圧が得られる。 本発明の前述の説明により当業者は、適切な溝、台座、種々の層の寸法を決定 し、有効な半導体デバイスを製造することができる。前述の要旨と照らして、本 発明を様々に改善し、変形できることが明らかである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １． 高い台座（３３）が設けられたリードフレーム（３４）と、 第１表面、および両側にエッジのある半導体のサブストレート（２２）と、 前記第１表面に配設された不純物をドーピングした層（３１）と、 不純物をドーピングした層に取り付けられ、前記台座にマウントされたオー ム接点 とが設けられ、電気的アイソレーションを得るために前記エッジは、リードフレ ームから離されるように台座の上方に延在されていることを特徴とする半導体デ バイス（２１）。 ２． 前記リードフレームの表面の凹部（３５）により、台座が形成されている 請求項１に記載のデバイス。 ３． 前記エッジは、凹部の隣に配設されている請求項２に記載のデバイス。 ４． 前記層とサブストレートとは、反対の性質を持つようにドーピングされて いる請求項３に記載の半導体デバイス。 ５． 高い台座（３３）が設けられたリードフレーム（３４）と、 第１表面および両側のエッジと、その反対側に第 ２表面がある半導体のサブストレート（２２）と、 前記サブストレートの第１表面に配設された不純物をドーピングした第１層 （３１）と、 前記サブストレートの第２表面に配設された不純物をドーピングした第２層 （２３）および第３層（２４）と、 電気的アイソレーションを得るために、前記両側のエッジが台座の上方に延 在されて、リードフレームから離されるように、前記第１層に取り付けられて前 記台座と接触したオーム接点（３６）とを有し、前記第２層および第３層は、反 対の性質を持つようにドーピングされていることを特徴とする半導体デバイス（ ２１）。 ６． 前記リードフレームの表面の凹部（３５）により台座を形成する請求項５ に記載のデバイス。 ７． 前記エッジは、凹部の隣に配設されている請求項６に記載のデバイス。 ８． 前記第１層とサブストレートとは、反対の性質を持つようにドーピングさ れている請求項７に記載の半導体デバイス。 ９． 上部表面と、下部表面と、両側のエッジとがある半導体のサブストレート （２２）と、 前記サブストレートの上部表面に配設された制御層（２３）と、 前記制御層の上部表面に配設されたカソード層 （２４）と、 前記カソード層に取り付けられたカソード接点（２６）と、 前記サブストレートの下部表面に配設されたアノード層（３１）と、 前記アノード層に配設されたアノード接点（３６）と、 高い台座（３３）が設けられたリードフレーム（３４） とが設けられ、前記アノード接点は台座に取り付けられ、前記エッジは、台座 の上方に延在されてリードフレームから離されることを特徴とするシリコンの制 御整流素子（ＳＣＲ）のデバイス（２１）。 １０． 前記台座には、リードフレームの表面に配設された凹部（３５）により 形成される高い高さの領域が含まれる請求項９に記載のデバイス。 １１． 前記アノード接点および両側のエッジは、凹部に近接して配設されてい る請求項１０に記載のデバイス。 １２． 両側にエッジを設けた半導体のサブストレートを製造するステップと、 不純物をドーピングした層を、前記エッジ間のサブストレートの表面に拡散 するステップと、 リードフレームの表面に台座を形成するステップと、 前記台座の上にサブストレートをマウントするステップ とを有し、前記両側のエッジが台座の上方に延在されてリードフレームから離 されるように、前記層と台座との間にオーム接点を配設することを特徴とする半 導体チップの製造方法。 １３． 前記台座を形成するステップには、リードフレームの表面に凹部を形成 することが含まれる請求項１２に記載の方法。 １４． 前記リードフレームの表面で、凹部をスタンピングする請求項１３に記 載の方法。 １５． 前記リードフレームの表面で、凹部をエッチングする請求項１３に記載 の方法。 １６． 上部表面と、下部表面と、両側のエッジのあるＮ型のサブストレートを 製造するステップと、 前記サブストレートの上部表面に第１Ｐ+層を拡散するステップと、 前記Ｐ+層の上部表面にＮ+層を拡散するステップと、 前記第１Ｐ+層の一部の領域に透過性の酸化層を形成するステップと、 前記Ｎ+層にカソード接点を配設するステップと、 前記サブストレートの下部表面に第２Ｐ+層を拡散するステップと、 前記第２Ｐ+層にアノード接点を配設するステップと、 リードフレームの表面に台座を形成するステップと、 前記台座にサブストレートをマウントするステップ とを有し、前記両側のエッジが台座の上方に延在されてリードフレームから離 されるように、前記アノード接点が台座に取り付けられたことを特徴とする光に よりトリガされるシリコンの制御整流素子（ＳＣＲ）のデバイスの製造方法。 １７． 前記台座を形成するステップには、リードフレームの表面に凹部を形成 することが含まれる請求項１６に記載の方法。 １８． 前記リードフレームの表面で、凹部をスタンピングする請求項１７に記 載の方法。 １９． 前記リードフレームの表面で、凹部をエッチングする請求項１７に記載 の方法。
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