JPS6353702B2 - - Google Patents

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JPS6353702B2
JPS6353702B2 JP56003164A JP316481A JPS6353702B2 JP S6353702 B2 JPS6353702 B2 JP S6353702B2 JP 56003164 A JP56003164 A JP 56003164A JP 316481 A JP316481 A JP 316481A JP S6353702 B2 JPS6353702 B2 JP S6353702B2
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bonding pad
current
pellet
electrode
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JP56003164A
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Shuroku Sakurada
Hitoshi Matsuzaki
Hirohiko Ikeda
Takehiro Oota
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Hitachi Ltd
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    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/14—Schottky barrier contacts

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はゲートターンオフサイリスタ（以下
GTOサイリスタと略称する）またはパワートラ
ンジスタのようなバイポーラ型の半導体装置に関
するものである。
大電流を制御端子の信号でオン・オフ制御する
GTOサイリスタまたはパワートランジスタは省
エネルギーを目的とするモータコントロール用イ
ンバータ装置等の小形・軽量化および高性能化に
寄与し、近年その生産は急激に増加することが予
想されている。特にGTOサイリスタは大容量化
に適しているので、将来の大容量スイツチングデ
バイスの主力製品になりつつある。
第１図は従来のGTOサイリスタのペレツト１
００を示しており、分割された主電流のスイツチ
ング機能部分１００ＡはＰエミツタ１０４をアノ
ード電極１０１により短絡構造としたpnpn形
GTOサイリスタを構成している。即ち、ｎベー
ス１０５とｐベース１０６をはさみ歯状部１０７
ａと歯状部１０７ａを連結する部分１０７ｂから
構成されているｎエミツタ１０７にはｐエミツタ
１０４が歯状部１０７ａに対向して設けられる。
カソード電極１０２はｎエミツタ１０７とほゞ形
状を等しくして低抵抗接触し、ボンデイングパツ
ド部分１００Ｂで電気的に集約される（この構造
を以後ｎエミツタ連結形と称する）。ボンデイン
グパツド部分１００Ｂはリードボンデイングが可
能なように充分に大きな面積を有している。また
ゲート電極１０３はスイツチング機能部分１００
Ａでｎエミツタ１０７を挾むようにｐベース１０
６上に設置され同様にボンデイングパツド部分１
００Ｃを有する。
この従来のGTOサイリスタは大電流を遮断し
たときにボンデイングパツド部分１００Ｂ下のｎ
エミツタ１０７に電流が集中し破壊に到ることが
ある。なぜならば電流導通時にｎベース１０５中
ではスイツチング機能部分１００Ａ以外にもボン
デイングパツド部分１００Ｂにまで過剰キヤリア
が拡がり、これがゲートターンオフ直後にｐベー
ス１０６に電流を供給し続けるから、ゲート電極
１０３より遠い位置のボンデイングパツド部分１
００Ｂ下のｎエミツタ１０７はｎベース１０５の
過剰キヤリアが消滅するまで回復せず大電流を分
担し破壊に到るのである。したがつて、第１図に
示すｎエミツタ連結形GTOサイリスタは、あま
り大きな主電流を遮断させることができない。つ
まり、可制御電流耐量が小さい。
第２図は他の従来のGTOサイリスタのペレツ
ト２００を示している。第２図の場合、分割され
たｎエミツタ２０７はスイツチング機能部分２０
０Ａのみに存在しボンデイングパツド部分２００
Ｂには存在しない（この構造を以後ｎエミツタ分
割形と称する）。分割されたｎエミツタ２０７を
電気的に集約するカソード電極２０２はｐベース
２０６上に絶縁体であるシリコン酸化膜２０８を
介して延在し、ボンデイングパツド部分２００Ｂ
を形成する（この構造を以後オーバーオキサイド
構造と称する）。尚、２００Ｃはゲート電極２０
３のボンデイングパツド部分、２０１はアノード
電極、２０４はｐエミツタ、２０５はｎベースで
ある。
この構造のGTOサイリスタはゲートターンオ
フ時のボンデイングパツド部分２００Ｂ下での電
流集中がない。
しかし第２図に示した如く製造工程中でシリコ
ン酸化膜２０８にピンホール２３０が生じた場
合、カソード電極２０２とゲート電極２０３がｐ
ベース２０６を介して短絡してしまう。このた
め、ゲートターンオン、ゲートターンオフのいず
れの動作も不可能となる。従来の経験ではこの構
造のGTOサイリスタの特性不良の大部分は上記
のボンデイングパツド部分２００Ｂのピンホール
２３０に起因するゲートカソード短絡不良であつ
た。
また、上記のような問題はターンオフ時に逆ベ
ース電流を与えるトランジスタにおいても同様に
起つている。即ち、トランジスタの場合、第１図
および第２図のｐエミツタ１０４，２０４がそれ
ぞれなく、ｎベース１０５，２０５をそれぞれｎ
コレクタとして考えれば、容易に推定できるであ
ろう。
それゆえ、本発明の目的は、可制御電流耐量が
大きく、特性の良好な半導体装置を提供するにあ
る。
本発明の特徴とするところはｎエミツタをカソ
ード電極のボンデイングパツド部分下まで連続的
に延長しさらにボンデイングパツド部分において
カソード電極とｎエミツタの間にシリコン酸化膜
等の絶縁物を介在させることにある。
第３図に本発明の一実施例になるGTOサイリ
スタのペレツト３００を示した。
分割された主電流のスイツチング機能部分３０
０Ａは例えばｐエミツタ３０４をアノード電極３
０１に短絡構造となしたpnpn形サイリスタを構
成している。ｎベース３０５とｐベース３０６を
はさみｐエミツタ３０４にはｎエミツタ３０７が
対向して設けられる。ｎエミツタ３０７はカソー
ド電極３０２とほゞ形状を等しくしてボンデイン
グパツド部分３００Ｂまで拡がつた構造をなす。
またゲート電極３０３はスイツチング機能部分３
００Ａでｎエミツタ３０７を挾むようにｐベース
３０６上に設置され、同様にボンデイングパツド
部分３００Ｃを有する。カソード電極３０２のボ
ンデイングパツド部分３００Ｂではカソード電極
３０２とｎエミツタ間にシリコン酸化膜３０８が
介在する。
本発明によると第３図に示した如くゲートター
ンオフ時にはボンデイングパツド部分３００Ｂの
ｎエミツタ３０７が大電流に対する電気的な抵抗
効果を有する。なぜなら、スイツチング機能部分
３００Ａがゲートターンオフし、ボンデイングパ
ツド部分３００Ｂのｎエミツタ３０７に大電流が
移行しようとすると、シリコン酸化膜３０８の介
在によりｎエミツタ３０７中で横方向に電流が流
れなければならない。したがつて、ｎエミツタ３
０７自体の寸法的な薄さ（通常10〜20μｍ）のた
めｎエミツタ３０７が電気的な抵抗３４０の働き
をし、電流値を抑制する。この効果は電流が集中
しようとすればする程、すなわちゲート電極３０
３から離れた位置に電流集中部が移行しようとす
ればする程、顕著に効果を上げることは、寸法的
に抵抗体長さが長くなることなので一目瞭然であ
る。したがつて本発明によるGTOサイリスタは
前記した従来のｎエミツタ分割形と同様の大きな
可制御電流耐量を有する。
さらに第３図に示した如く本発明の構造による
とカソード電極３０２のボンデイングパツド部分
３００Ｂ下に介在するシリコン酸化膜３０８にピ
ンホール３３０があつた場合でもカソード電極３
０２はｎエミツタ３０７に接触するだけであり、
ｐベース３０６に電気的に短絡することはない。
また一般にピンホール３３０の径は数μｍ以下で
あり、ボンデイングパツド部分３００Ｂでｎエミ
ツタがカソード電極３０２とピンホール３３０を
介して電気的に接続しても、ピンホール接触部の
電気的抵抗が大きくゲートターンオフ時に大電流
が集中することはない。そして、導通状態にあつ
ては、ピンホール接触部の電気的抵抗が大きいの
で、主電流はこの部分をわずかしか流れず、ゲー
トターンオフ動作に悪影響はない。したがつて本
発明のGTOサイリスタ３００は製造工程中にシ
リコン酸化膜３０８にピンホール３３０が発生し
ても、従来のｎエミツタ分割形GTOサイリスタ
に見られたゲートカソード短絡不良とはならな
い。まれに発生する数十μｍ〜数百μｍの径の巨
大なピンホールはゲートターンオフ時に電流集中
現象を起こすが、これはGTOサイリスタの外観
選別時に拡大鏡により容易に外観不良として排除
することができる。このように本発明のGTOサ
イリスタは前記した従来のｎエミツタ連結形と同
様の高い歩留を達成できる。
ｎエミツタ厚さが厚い場合又は不純物濃度が高
く比抵抗値が低い場合はゲートターンオフ時にお
けるｎエミツタの抵抗効果が充分大きくならない
こともある。この場合には第４図の実施例にある
如く、シリコン酸化膜３０８をｎエミツタ３０７
の歯状部まで拡げて抵抗値を高めることができ
る。周知のようにオーバーオキサイド構造ではカ
ソード電極３０２のシリコン酸化膜３０８上から
ｎエミツタ３０７上境界で断面形状的な段差が存
在し、電力用半導体装置の場合、高い電流密度に
よる電極マイグレーシヨンによる劣化や過電流破
壊耐量の低下をきたす場合がある。そこで第５図
に示した如くシリコン酸化膜３０８をカソード電
極３０２のボンデイングパツド部分３００Ｂ位置
でとどめることにより境界部分の電流密度を低減
し前記した性能の改善をはたすことができる。
尚、第４図、第５図において、第３図と同一符号
は同一物、相当物を示している。
以上の説明はｐエミツタ短絡構造のGTOサイ
リスタを主にして説明してきたが、ｐエミツタ非
短絡構造のものやバイポーラ形パワートランジス
タにおいてもエミツタボンデイングパツドでの電
流集中があり、本発明のオーバーオキサイド構造
によりこれを防止することが可能である。また、
電極とエミツタ間に介在させる絶縁層はシリコン
酸化膜以外でもシリコン窒化膜、ガラスまたはレ
ジン薄膜の一種あるいは多層体によつても同様の
機能を達成することができる。
また、センターゲート（センターベース）パタ
ーン構造、周辺ゲート（周辺ベース）パターン構
造や、円形GTOサイリスタ（トランジスタ）等
にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図ａ，ｂおよび第２図ａ，ｂはそれぞれ従
来のGTOサイリスタを示すカソード側平面図お
よび縦断面図、第３図ａ，ｂは本発明の一実施例
になるGTOサイリスタのカソード側平面図およ
び縦断面図、第４図および第５図はそれぞれ本発
明の異なる実施例になるGTOサイリスタの縦断
面斜視図である。 ３００…GTOサイリスタ、３００Ａ…スイツ
チング機能部分、３００Ｂ，３００Ｃ…ボンデイ
ングパツド部分、３０１…アノード電極、３０２
…カソード電極、３０３…ゲート電極、３０４…
ｐエミツタ、３０５…ｎベース、３０６…ｐベー
ス、３０７…ｎエミツタ、３０８…シリコン酸化
膜、３３０…ピンホール。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 導電型が順次異なる少くとも３個の半導体層
    を有するペレツトの一最外層とこの層に隣接する
    中間層は上記ペレツトの一主表面に露出し、上記
    一最外層は少くとも２個の歯状部と各歯状部相互
    を連結しボンデイングに充分な面積を有する連結
    部からなり、少くとも上記連結部上に絶縁膜が形
    成され、上記一最外層に接続される電極は一部が
    上記歯状部に直接低抵抗接触し、残部が上記絶縁
    膜を介して上記連結部上に延在することを特徴と
    する半導体装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、上記連結部
    上に延在する上記電極にリードがボンデイングさ
    れることを特徴とする半導体装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、上記ペレツ
    トが導電型が順次異なる４個の半導体層を有する
    ことを特徴とする半導体装置。
JP56003164A 1981-01-14 1981-01-14 Semiconductor device Granted JPS57117276A (en)

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