KR102328064B1 - 반도체 장치 - Google Patents

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KR102328064B1
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가즈마 요시다
료스케 오카와
쓰바사 이노우에
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누보톤 테크놀로지 재팬 가부시키가이샤
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Abstract

제1 전극(11), 제2 전극(21), 및 제1 전극(11)과 제2 전극(21) 사이의 도통 상태를 제어하는 제어 전극(55)을 갖는 트랜지스터 소자(100)와, 복수의 제1의 저항 소자(110)를 갖는 반도체 장치(1)로서, 복수의 제1의 저항 소자(110)의 모든 한쪽의 전극은, 제2 전극(21)에 전기적으로 접속되고, 복수의 제1의 저항 소자(110)의 모든 다른 쪽의 전극이 어느 하나에 접촉 접속된 1 이상의 외부 저항 단자(30), 제1 전극(11)에 전기적으로 접속된 외부 제1 단자(10), 및 제어 전극(55)에 전기적으로 접속된 외부 제어 단자(40)를 갖고, 1 이상의 외부 저항 단자(30), 외부 제1 단자(10), 및 외부 제어 단자(40)는, 반도체 장치(1)의 표면에 형성된 외부 접속 단자인, 페이스 다운 실장 칩 사이즈 패키지형의 반도체 장치(1).

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 개시는, 반도체 장치에 관하며, 특히, CSP(Chip Size Package)형의 반도체 장치에 관한 것이다.
종래, 하나의 트랜지스터 소자와, 방전 시의 전류를 제한하는 하나의 저항 소자를 갖는 방전 제어용 반도체 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
국제 공개 제WO2015/166654호
상기 종래의 반도체 장치에서는, 방전 전류 제어용 저항 소자가 하나밖에 없기 때문에, 반도체 장치 상에 있어서의, 방전 제어 시의 발열 개소는 저항 소자가 배치되어 있는 국소 영역만이 된다. 이 경우, 그 국소 영역의 온도가 반도체 장치의 허용 동작 온도를 웃돌아 반도체 장치가 파괴되는 경우가 있다. 또 발생한 열을 방열하는데 있어서도, 국소 영역에서 발생한 열을 그 주변 영역으로 전열(傳熱)하는 것은 용이하지 않으므로, 방열 효율은 좋지 않다.
그래서, 본 개시는, 방전 제어 시에 있어서의, 저항 소자의 발열 최고 온도를 종래보다 저감하고, 또한, 방열을 종래보다 효율적으로 할 수 있는 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시에 따른 반도체 장치는, 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 도통 상태를 제어하는 제어 전극을 갖는 트랜지스터 소자와, 복수의 제1의 저항 소자를 갖는 반도체 장치로서, 상기 복수의 제1의 저항 소자의 모든 한쪽의 전극은, 상기 제2 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 복수의 제1의 저항 소자의 모든 다른 쪽의 전극이 어느 하나에 접촉 접속된 1 이상의 외부 저항 단자, 상기 제1 전극에 전기적으로 접속된 외부 제1 단자, 및 상기 제어 전극에 전기적으로 접속된 외부 제어 단자를 갖고, 상기 1 이상의 외부 저항 단자, 상기 외부 제1 단자, 및 상기 외부 제어 단자는, 상기 반도체 장치의 표면에 형성된 외부 접속 단자인, 페이스 다운 실장 칩 사이즈 패키지형의 반도체 장치이다.
이 구성에 의하면, 발열원이 되는 제1의 저항 소자를 복수 병렬로 가지므로, 방전 제어 시에 있어서, 발열 개소는 복수의 제1의 저항 소자가 배치된 위치에 분산되고, 또한 각 제1의 저항 소자에 있어서의 발열 최고 온도는 종래보다 저감할 수 있다. 따라서, 방전 제어 시의, 반도체 장치의 파괴를 회피하면서, 반도체 장치의 발열을 종래보다 효율적으로 방열하는 것이 가능해진다.
본 개시에 따른 반도체 장치에 의하면, 방전 제어 시의, 반도체 장치의 파괴를 회피하면서, 반도체 장치의 발열을 종래보다 효율적으로 방열하는 것이 가능해진다.
도 1은, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 외관도이다.
도 2는, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 회로도이다.
도 3은, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 상면 투시도이다.
도 4는, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 단면도이다.
도 5는, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 상면 투시도이다.
도 6은, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 회로도이다.
도 7은, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 단면도이다.
도 8은, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 단면도이다.
도 9는, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 단면도이다.
도 10은, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 상면 투시도이다.
도 11은, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 단면도이다.
도 12는, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 상면 투시도이다.
도 13은, 실시의 형태에 따른 반도체 장치가 실장되어 있는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 14a는, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 상면도이다.
도 14b는, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 상면도이다.
도 15는, 실시의 형태에 따른 충방전 회로를 나타내는 모식도이다.
도 16은, 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 온도 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 17은, 실시의 형태에 따른 반도체 장치가 소정의 온도 조건을 만족할 때의 각 변의 길이와 체적의 관계를 나타내는 도면이다.
이하에서 설명하는 실시의 형태는, 모두 본 개시의 하나의 구체예를 나타내는 것이다. 이하의 실시의 형태에서 나타내어지는 수치, 형상, 재료, 구성 요소, 구성 요소의 배치 위치 및 접속 형태 등은, 일례이며, 본 개시를 한정하는 주지는 아니다. 또, 이하의 실시의 형태에 있어서의 구성 요소 중, 최상위 개념을 나타내는 독립 청구항에 기재되지 않은 구성 요소에 대해서는, 임의의 구성 요소로서 설명된다.
본 개시에 있어서, 「A와 B가 전기적으로 접속된다」란, A와 B가, 배선을 통해 직접적으로 접속되는 경우와, A와 B가 배선을 통하지 않고 직접적으로 접속되는 경우와, A와 B가 저항 성분(저항 소자, 저항 배선)을 통해 간접적으로 접속되는 경우를 포함한다.
(실시의 형태)
＜세로형 MOS 트랜지스터를 구비하는 구성＞
이하, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치(1)의 구성에 대해 설명한다. 반도체 장치(1)는, 하나의 세로형 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터와, 복수의 저항 소자를 내장하는 CSP 칩이며, BGA(Ball Grid Array)형의, LGA(Land Grid Array)형, 또는 다른 형의 CSP 칩이어도 된다.
상기 세로형 MOS 트랜지스터는, 파워 트랜지스터이며, 이른바, 트렌치 MOS형 FET(Field Effect Transistor)이다.
도 1은, 반도체 장치(1)의 외관도이다.
도 1에 나타내어지는 바와 같이, 반도체 장치(1)는, 그 표면에, 외부 제1 단자(10)와, 외부 제2 단자(20)와, 외부 저항 단자(30A~30F)(이하, 외부 저항 단자(30)로 적는 경우가 있다)와, 외부 제어 단자(40)를, 외부 접속 단자로서 구비한다. 반도체 장치(1)는, 페이스 다운 실장됨으로써, 상기 외부 접속 단자가 실장 기판의 실장면에 접합된다.
도 2는, 반도체 장치(1)의 회로도이다.
도 2에 나타내어지는 바와 같이, 반도체 장치(1)는, 상기 외부 접속 단자에 더하여, 세로형 MOS 트랜지스터인 트랜지스터 소자(100)와, 제1의 저항 소자(110A~110F)(이하, 제1의 저항 소자(110)로 적는 경우가 있다)와, ESD 보호용 제너 다이오드(190)를 구비하고, 트랜지스터 소자(100)에는, 소스 드레인 간에 기생 소자로서 보디 다이오드(BD)가 존재한다.
제1의 저항 소자(110)의 모든 한쪽의 전극은, 외부 제2 단자(20)에 전기적으로 접속된다. 제1의 저항 소자(110)의 모든 다른 쪽의 전극은, 각각, 1대 1로 대응지어진 외부 저항 단자(30)에 전기적으로 접속되고, 또한 서로 전기적으로 단락되어도 된다.
도 3은, 반도체 장치(1)의 상면 투시도이며, 도 4는, 도 3 중의 A1-A2선에 있어서의 절단면을 본, 반도체 장치(1)의 단면도이다.
이하, 도 3, 도 4를 이용하여, 반도체 장치(1)의 내부 구성에 대해 설명한다.
도 4 및 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 반도체 장치(1)는, 반도체 기판(51)과, 제1의 저농도 불순물층(52)과, 고농도 불순물층(57)과, 절연층(61)과, 패시베이션층(62)과, 금속층(71)과, 트랜지스터 소자(100)와, 드레인 외부 전극(21)과, 저항 전극(31)과, 제1의 저항 소자(110)와, 메탈 배선(120~123)을 포함하여 구성된다.
반도체 기판(51)은, 제1 도전형의 불순물을 포함하는 실리콘으로 이루어지고, 예를 들면, N형의 실리콘 기판이어도 되고, 여기에서는, 제1 도전형이 N형, 제2 도전형이 P형이라고 한다.
제1의 저농도 불순물층(52)은, 반도체 기판(51)의 상면(도 4에서의 상측 주면)에 접촉하여 형성되고, 반도체 기판(51)의 제1 도전형의 불순물의 농도보다 낮은 농도의 제1 도전형의 불순물을 포함한다. 제1의 저농도 불순물층(52)은, 예를 들면, 에피택시얼 성장에 의해 반도체 기판(51) 상에 형성되어도 된다.
고농도 불순물층(57)은, 반도체 기판(51)의 상면에 접촉하여 형성되고, 제1의 저농도 불순물층(52)의 제1 도전형의 불순물의 농도보다 높은 농도의 제1 도전형의 불순물을 포함하고, 제1의 저농도 불순물층(52)의 드레인 인상 영역(160)에 형성된다. 고농도 불순물층(57)은, 드레인 인상 영역(160)에, 제1 도전형의 불순물을 주입함으로써 형성되어도 된다.
또한, 고농도 불순물층(57)은 반도체 장치(1)에 있어서 필수는 아니며, 이 부분은 제1의 저농도 불순물층(52)이어도 되고, 그 경우에는, 제1 도전형의 불순물의 추가 주입 공정이 불필요하게 되어, 반도체 장치(1)를 저비용으로 제조할 수 있다.
절연층(61)은, 제1의 저농도 불순물층(52)의 상면에 접촉하여 형성되는 절연층이며, 이산화규소이어도 되고, CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 형성되어도 된다.
패시베이션층(62)은, 반도체 장치(1)의 표면에 형성되는 보호층이며, 질화규소이어도 되고, CVD법에 의해 형성되어도 된다.
금속층(71)은, 반도체 기판(51)의 하면(도 4에서의 하측 주면)에 접촉하여 형성되고, 금속 재료로 구성되어 있다.
트랜지스터 소자(100)는, 트랜지스터 소자 영역(150)에 형성되고, 소스 전극으로서 작용하는 제1 전극(11)(이하, 소스 전극으로 적는 경우가 있다)과, 드레인 전극으로서 작용하는 반도체 기판(51)(이하, 드레인 전극으로 적는 경우가 있다)과, 제1 전극(11)(소스 전극)과 반도체 기판(51)(드레인 전극) 사이의 도통 상태를 제어하는 제어 전극으로서 작용하는 게이트 도체(55)를 갖는다.
트랜지스터 소자 영역(150)의 제1의 저농도 불순물층(52)에는, 제1 도전형과 상이한 제2 도전형의 불순물을 포함하는 보디 영역(53)이 형성되어 있다. 보디 영역(53)에는, 제1 도전형의 불순물을 포함하는 소스 영역(54), 게이트 도체(55), 및 게이트 절연막(56)이 형성되어 있다.
제1 전극(11)은, 소스 영역(54) 및 보디 영역(53)에 접촉 접속되어 있으며, 그 상면은, 패시베이션층(62)의 개구를 통하여, 반도체 장치(1)의 표면에 외부 제1 단자(10)로서 노출되어 있다.
드레인 외부 전극(21)은, 고농도 불순물층(57)에 접촉 접속되어 있으며, 그 상면은, 패시베이션층(62)의 개구를 통하여, 반도체 장치(1)의 표면에 외부 제2 단자(20)로서 노출되어 있다.
저항 전극(31)(31A~31F)은, 제1의 저항 소자(110)(110A~110F)의 다른 쪽의 전극에 접촉 접속되고, 그 상면은, 패시베이션층(62)의 개구를 통하여, 반도체 장치(1)의 표면에 외부 저항 단자(30)(30A~30F)로서 노출되어 있다. 여기에서는, 저항 전극(31)과, 제1의 저항 소자(110)와, 외부 저항 단자(30)는 각각 복수 있으며, 각각이 1대 1 대응하고 있다. 또한, 각 저항 전극(31)끼리는, 메탈 배선(122)을 통하여 전기적으로 접속되어 있어도 된다.
제3 전극(41)(도 3 참조)(이하, 게이트 전극으로 적는 경우가 있다)은, 메탈 배선(121)(도 3 참조)을 통하여 게이트 도체(55)(도 4 참조)에 전기적으로 접속되어 있다. 제3 전극(41)의 상면은, 패시베이션층(62)의 개구를 통하여, 반도체 장치(1)의 표면에 외부 제어 단자(40)로서 노출되어 있다.
제1의 저항 소자(110)는, 절연층(61) 내에 형성되고, 불순물이 주입된 폴리실리콘으로 이루어지며, 예를 들면, CVD법에 의해 형성되어도 된다. 폴리실리콘의 시트 저항은, 불순물의 종류나 도스량 등에 의해 정할 수 있다.
메탈 배선(120)(120A~120F)의 각각은, 절연층(61) 위에 형성되고, 드레인 외부 전극(21)과 제1의 저항 소자(110)(110A~110F)의 각각의 한쪽의 전극을 전기적으로 접속하고 있다.
제너 다이오드(190)는, 도 3에 있어서, 제너 다이오드 영역(170)으로서 도시되고, 한쪽의 전극이 메탈 배선(123)을 통하여 제1 전극(11)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽의 전극이 제3 전극(41)에 전기적으로 접속되어 있다.
제1 전극(11), 드레인 외부 전극(21), 저항 전극(31), 제3 전극(41), 금속층(71) 및 메탈 배선(120~123)은, 한정되지 않는 일례로서, 알루미늄, 구리, 금, 은 중 어느 하나 이상을 포함하는 금속 재료로 구성되어도 된다.
상술한 반도체 장치(1)는, 제1 도전형이 N형, 제2 도전형이 P형인 구성이지만, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치는 그 구성에 한정되지 않으며, 제1 도전형이 P형, 제2 도전형이 N형인 구성이어도 된다. 그 경우에는, 소스 드레인 간에 기생 소자로서 존재하는 보디 다이오드의 순방향의 방향은, 반도체 장치(1)의 보디 다이오드(BD)의 순방향의 방향과 반대가 된다. 또, 제1 도전형의 불순물은, 예를 들면, 비소, 인이어도 되고, 제2 도전형의 불순물은, 예를 들면 붕소이어도 된다.
상술한 반도체 장치(1)는, 복수의 제1의 저항 소자(110)에 대해, 동수의 복수의 외부 저항 단자(30) 및 동수의 저항 전극(31)을 구비하는 구성이다. 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치는, 이 구성에 한정되지 않으며, 복수의 제1의 저항 소자(110)에 대해, 1 이상의 외부 저항 단자(30) 및 외부 저항 단자(30)의 수 이하의 저항 전극(31)이 있으면 된다. 예를 들면, 상술한 반도체 장치(1)(제1의 저항 소자(110)의 수가 6)의 경우에는, 외부 저항 단자(30)의 수는 1~5, 또는 7 이상, 저항 전극(31)의 수는 외부 저항 단자(30) 이하이면 된다. 이 때, 제1의 저항 소자(110)의 다른 쪽의 전극은, 저항 전극(31) 중 어느 하나에 접촉 접속되어 있으면 된다. 이 밖에도, 후술하는 도 5에 있어서, 제1의 저항 소자(510A~510J)(이하 저항 소자(510)로 적는 경우가 있다)와, 외부 저항 단자(430A~430E)(이하, 외부 저항 단자(430)로 적는 경우가 있다)와, 저항 전극(431A~430C)(이하, 저항 전극(431)으로 적는 경우가 있다)의 수량 관계가 예시된다.
상술한 반도체 장치(1)는, 외부 접속 단자(30)의 형상은, 반도체 장치(1)의 평면시(平面視)에 있어서, 원형이지만, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치는 원형에 한정되지 않으며, 외부 접속 단자의 형상은, 타원형, 다각형 등이어도 된다.
반도체 장치(1)는, 상기 구성에 의해, 소스 전극의 전위에 대해 게이트 전극의 전위가 역치 이상이 되어, 트랜지스터 소자(100)가 도통 상태가 되었을 때에(이하, 도통 시로 적는 경우가 있다), 외부 저항 단자(30)로부터 외부 제1 단자(10)로 도통 전류를 흐르게 할 수 있다. 이 도통 전류의 경로는, 외부 저항 단자(30)로부터 외부 제1 단자(10)로의 순으로, 저항 전극(31), 제1의 저항 소자(110), 메탈 배선(120), 드레인 외부 전극(21), 고농도 불순물층(57), 반도체 기판(51), 제1의 저농도 불순물층(52), 보디 영역(53), 소스 영역(54), 제1 전극(11)을 통과하는 경로가 된다. 이 때, 제1의 저항 소자(110)에 흐르는 전류는, 복수의 제1의 저항 소자(110)의 각각으로 분류(分流)되기 때문에, 도통 시에 있어서의 발열 개소는, 각 제1의 저항 소자(110)가 배치된 위치에 분산되고, 각 제1의 저항 소자에 있어서의 발열 최고 온도는, 도통 전류의 분류 정도에 따라 낮아진다. 따라서, 반도체 장치(1)에 의하면, 도통 시의 발열 최고 온도를 저감하고, 또한 방열을 효율적으로 행할 수 있다.
또, 제1의 저항 소자(110)와 메탈 배선(120)이 접촉 접속하는 영역, 및 제1의 저항 소자(110)와 저항 전극(31)이 접촉 접속하는 영역을 콘택트(111)로 칭하고, 도 3에 있어서, 각각에 대해 공통의 해칭으로 표시하여 도시하고 있다. 제1의 저항 소자(110)의 다른 쪽의 전극은, 콘택트(111)로 저항 전극(31)에 직접적으로 접촉 접속되어 있으므로, 제1의 저항 소자(110)에서 발생하는 발열을, 금속 재료로 구성된 저항 전극(31)으로부터 외부 저항 단자(30)를 통하여, 금속 재료만의 도열 경로로 실장 기판에 전할 수 있다. 따라서, 반도체 장치(1)에 의하면, 도통 시에 발생하는 발열을, 효율적으로 방열할 수 있다.
각 제1의 저항 소자(110)의 모든 다른 쪽의 전극은, 반도체 장치(1) 내에서 서로 전기적으로 단락되어 있다. 따라서, 반도체 장치(1)에 의하면, 외부 저항 단자(30) 중 일부의 외부 저항 단자(30)가 실장 문제 등에 의해 실장 기판에 대해 접합 오픈 불량 상태가 되었을 경우에도, 외부 제1 단자(10)와 외부 저항 단자(30) 사이에 설정된 방전 제어에 필요한 저항값이 확보된다.
각 제1의 저항 소자(110)의 저항값은, 동일한 것이 바람직하다. 이것에 의해, 각 제1의 저항 소자(110)에서 발생하는 발열량이 균등화되고, 각 제1의 저항 소자에 있어서의 발열 최고 온도를 최저값으로 맞출 수 있다. 따라서, 반도체 장치(1)에 의하면, 도통 시의 발열 최고 온도를 저감하고, 또한 방열을 효율적으로 행할 수 있다. 여기서, 저항값이 동일하다는 것은, 제조 공정에 있어서의 완성된 제품의 편차의 범위 내에 있어서 동일한 것을 말한다.
각 외부 저항 단자(30)는, 반도체 장치(1)의 평면시에 있어서, 외부 제2 단자(20)를 중심으로 방사상으로 배치되어 있다. 여기서, 방사상으로 배치되어 있다는 것은, 반도체 장치(1)의 평면시에 있어서, 내측에서 외측을 향하여, 내측에 외부 제2 단자(20), 외측에 외부 저항 단자(30)가 배치되어 있는 상태를 말한다. 이 경우, 제1의 저항 소자(110)에서 발생하는 열은, 콘택트(111)로 접촉 접속된 저항 전극(31)으로부터 외부 저항 단자(30)를 통하여, 실장 기판의 보다 넓은 면적 영역으로 분산 방열되므로, 반도체 장치(1) 내의 일부의 개소에 열이 가득 차 버리는 것이 억제된다. 따라서, 반도체 장치(1)에 의하면, 도통 시에 발생하는 발열을, 효율적으로 방열할 수 있다. 이 밖에도, 후술하는 도 5에 있어서, 외부 제2 단자(420)와 외부 저항 단자(430A~430E)(이하, 외부 저항 단자(430)로 적는 경우가 있다)의 배치 위치 관계가 예시된다.
또한, 방사상으로 배치되어 있는 조건으로서, 방사상 배치 대상물(여기에서는, 외부 저항 단자(30))의 반수 이상이, 방사 배치 조건을 만족하고 있으면 되고, 이후의 방사상 배치 기재에 관해서도, 이와 같은 만족 조건이 적용된다.
각 제1의 저항 소자(110)는, 반도체 장치(1)의 평면시에 있어서, 외부 제2 단자(20)를 중심으로 방사상으로 배치되어 있다. 이것에 의해, 제1의 저항 소자(110)의 영역에서 발생하는 열은, 반도체 장치(1)의 보다 넓은 면적 영역에서 발생하게 되어, 반도체 장치(1) 내의 일부의 개소에 열이 가득 차 버리는 것이 억제된다. 따라서, 반도체 장치(1)에 의하면, 도통 시에 발생하는 발열을 종래부터 억제하고, 또한 방열을 효율적으로 행할 수 있다. 이 밖에도, 후술하는 도 5에 도시되는 외부 제2 단자(420)와 제1의 저항 소자(510A~510J)(이하 저항 소자(510)로 적는 경우가 있다)의 배치 위치 관계에 예시된다.
반도체 장치(1)의 평면시에 있어서, 적어도 하나의 외부 저항 단자(30)와 반도체 장치(1)의 외주변(外周邊)의 최단 거리는, 그 외부 저항 단자(30)를 포함하는 저항 전극(31)에 접촉 접속된 제1의 저항 소자(110)와 반도체 장치(1)의 외주변의 최단 거리 이하이어도 된다. 이것에 의해, 반도체 장치(1) 내에 열이 가득 차 버리는 것이 억제된다. 따라서, 반도체 장치(1)에 의하면, 도통 시에 발생하는 발열을, 효율적으로 방열할 수 있다.
반도체 장치(1)의 평면시에 있어서, 적어도 하나의 외부 저항 단자(30)의 중심점과 반도체 장치(1)의 외주변의 최단 거리는, 그 외부 저항 단자(30)를 포함하는 저항 전극(31)에 접촉 접속된 제1의 저항 소자(110)의 중심점과 반도체 장치(1)의 외주변의 최단 거리 이하이어도 된다. 이것에 의해, 반도체 장치(1) 내에 열이 가득 차 버리는 것이 억제된다. 따라서, 반도체 장치(1)에 의하면, 도통 시에 발생하는 발열을, 효율적으로 방열할 수 있다.
외부 제2 단자(20)는, 반도체 장치(1)의 평면시에 있어서, 다른 외부 접속 단자보다 중앙측에 배치되어 있다.(외부 제2 단자(20)의 사방이, 다른 외부 접속 단자이면 된다.) 반도체 장치(1)가 실장 기판에 리플로 실장되는 경우에는, 실장 공정 중의 가열에 의해 반도체 장치(1)의 칩 휘어짐이 발생하는 경우가 있다. 이 칩 휘어짐은, 금속층(71)을 구성하는 금속의 선팽창 계수가, 반도체 기판(51)이나 제1의 저농도 불순물층(52) 등을 구성하는 실리콘의 선팽창 계수보다 크기 때문에 발생하고, 반도체 장치(1)의 중앙측이 실장 기판으로부터 멀어지는 방향으로의 휘어짐이 된다. 이 결과, 반도체 장치(1)의 중앙측에 배치된 외부 접속 단자가, 외주측에 배치된 외부 접속 단자보다, 실장 기판과의 접합 부분에서의 보이드 불량이 발생할 가능성이 높아진다. 한편, 외부 제2 단자(20)는, 후술하는 도 15의 응용 회로예에서 나타내어지는 바와 같이, 실제의 응용 회로에서 사용되지 않는 경우가 있다. 따라서, 외부 제2 단자(20)가, 반도체 장치(1)의 평면시에 있어서, 다른 외부 접속 단자보다 중앙측에 배치됨으로써, 외부 제2 단자(20)가 응용 회로에서 사용되지 않을 경우에는, 리플로 실장 시에 반도체 장치(1)의 중앙측 외부 단자의 접합 부분에서 보이드 불량이 발생해도, 응용 회로로서의 실질적 손해를 없앨 수 있다. 이 밖에도, 후술하는 도 5에 도시되는, 외부 제2 단자(420)와, 외부 제1 단자(410A~410B), 외부 제어 단자(440), 및, 외부 저항 단자(430)의 배치 위치 관계에 예시된다.
발열원인, 복수의 제1의 저항 소자(110)가, 각각, 독립의 외부 저항 단자(30)에 1대 1 대응하여 인접 배치된다고 하면, 반도체 장치가 구비하는, 외부 저항 단자(30)의 수량과, 외부 제1 단자(10)와 외부 제2 단자(20) 및 외부 제어 단자(40)(이하, 이들 3개의 외부 접속 단자를 아울러, 외부 비저항 단자로 적는 경우가 있다)의 수량의 관계에서 방열성이 정해진다고 생각할 수 있다. 즉, 실질적인 분산 발열원인, 외부 저항 단자(30)의 수량이 많은 것이, 방열 효과가 높다고 말할 수 있다. 간단하게 고찰하기 위해, 외부 접속 단자는, 반도체 장치 표면에 행렬형으로 배치된다고 가정하여, 최소의 외부 접속 단자 구성으로서, 2행 2열의 4단자의 경우를 검토한다. 이 경우, 후술의 외부 제2 단자(20)를 구비하지 않는 구성을 적용하고, 외부 저항 단자(30)의 수를 2, 외부 비저항 단자수를 2(외부 제1 단자(10)와 외부 제어 단자(40))로 하면 정합할 수 있다. 이 경우에는, 외부 저항 단자(30)는(인접 배치되는 제1의 저항 소자(110)도 동시에), 반도체 장치의 평면시 면적의 약 1/2의 영역에 배치되게 된다(반도체 장치의 평면시 면적에 있어서의 영역 면적을, 점유하는 외부 접속 단자수 비로 생각했을 경우). 종래의 반도체 장치에서는, 외부 접속 단자수가 4, 방전 전류 제어용 저항 소자가 인접 배치된 외부 저항 단자가 1이므로, 이 경우에도, 도통 시의 발열 최고 온도를 저감하고, 또한 방열을 효율적으로 행할 수 있다.
또, 상술한 반도체 장치(1)의 경우에는, 외부 접속 단자수가 9, 외부 저항 단자(30)의 수가 6이므로, 반도체 장치(1)의 평면시 면적의 약 2/3의 영역에 외부 저항 단자(30)가 배치되어 있어, 더욱 도통 시의 발열 최고 온도를 저감하고, 또한 방열을 더욱 효율적으로 행할 수 있다.
＜제1의 저항 소자와 외부 저항 단자가 1대 1로 대응하고 있지 않는 구성＞
도 5는, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치(1E)의 상면 투시도이며, 도 6은, 반도체 장치(1E)의 회로도이다.
이하에서는, 반도체 장치(1E)에 대해, 반도체 장치(1)와 동일한 구성 요소에 대해서는, 이미 설명이 끝났다고 간주하여 같은 부호를 붙여 그 상세한 설명을 생략하고, 반도체 장치(1)와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 5 및 도 6에 있어서, 외부 제1 단자(410A~410B), 외부 제2 단자(420), 외부 제어 단자(430), 외부 저항 단자(440)는, 각각, 반도체 장치(1)의, 외부 제1 단자(10), 외부 제2 단자(20), 외부 저항 단자(30), 외부 제어 단자(40)와, 그 형상을 제외하고 동일한 외부 접속 단자이다.
각 외부 저항 단자(430)는, 반도체 장치(1E)의 평면시에 있어서, 외부 제2 단자(420)를 중심으로 방사상으로 배치되어 있다.
각 제1의 저항 소자(510)는, 반도체 장치(1)의, 제1의 저항 소자(110)와 동일한 저항 소자이며, 반도체 장치(1E)의 평면시에 있어서, 외부 제2 단자(420)를 중심으로 방사상으로 배치되어 있다.
외부 제2 단자(420)는, 반도체 장치(1E)의 평면시에 있어서, 다른 외부 접속 단자보다 반도체 장치(1E)의 중앙측에 배치되어 있다.
제1 전극(411A~411B), 드레인 외부 전극(421), 저항 전극(431A~431C), 제3 전극(441)은, 각각, 반도체 장치(1)의, 제1 전극(11), 드레인 외부 전극(21), 저항 전극(31), 제3 전극(41)과, 그 형상을 제외하고 동일한 전극이다.
트랜지스터 소자 영역(550), 드레인 인상 영역(560), 제너 다이오드 영역(570)은, 각각, 반도체 장치(1)의, 트랜지스터 소자 영역(150), 드레인 인상 영역(160), 제너 다이오드 영역(170)과 동일한 영역이다.
메탈 배선(520A~520B, 521, 522, 523)은, 각각, 반도체 장치(1)의 메탈 배선(120, 121, 122, 123)과 동일한 배선이며, 콘택트(511)는, 반도체 장치(1)의 콘택트(111)와 동일한 콘택트이다.
반도체 장치(1E)는, 도 6에 나타내어지는 바와 같이, 제1의 저항 소자(510)와 외부 저항 단자(430)와 저항 전극(431)의 각각이 1대 1로 대응하고 있지 않는, 제1의 저항 소자(510)의 수가 10, 외부 저항 단자(430)의 수가 5, 저항 전극(431)의 수가 3의 예이다. 구체적으로는, 제1의 저항 소자(510A)와 외부 저항 단자(430A)가, 제1의 저항 소자(510B~510D)와 외부 저항 단자(430B)가, 제1의 저항 소자(510E~510F)와 외부 저항 단자(430C)가, 제1의 저항 소자(510G)와 외부 저항 단자(430D)가, 제1의 저항 소자(510H~510J)와 외부 저항 단자(430E)가, 대응하고 있다. 또, 제1의 저항 소자(510)와 저항 전극(431)의 관계는, 저항 전극(431A)과 제1의 저항 소자(510A~510D)가, 저항 전극(431B)과 제1의 저항 소자(510E~510F)가, 저항 전극(431C)과 제1의 저항 소자(510G~510J)가, 콘택트(511)로 접촉 접속되어 있다.
상술한 반도체 장치(1E)의 구성에 있어서도, 반도체 장치(1)와 동일하게, 도통 시의 발열 최고 온도를 저감하고, 또한 방열을 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 외부 저항 단자(430B, 430C 및 430E)의 평면시 형상이 타원 형상이므로, 원 형상의 경우와 비교하여 단자 면적이 커, 보다 효율적으로 방열할 수 있다.
＜가로형 MOS 트랜지스터를 구비하는 구성＞
상술한 반도체 장치(1)는, 세로형 MOS 트랜지스터인 트랜지스터 소자(100)를 구비하는 구성이지만, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치는, 트랜지스터 소자가 세로형 MOS 트랜지스터인 구성에 한정되지 않는다.
도 7은, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치(1A)의 단면도이다.
반도체 장치(1A)는, 반도체 장치(1)로부터, 세로형 MOS 트랜지스터인 트랜지스터 소자(100)가, 가로형 MOS 트랜지스터인 트랜지스터 소자(100A)로 변경되어 구성된다.
이하에서는, 반도체 장치(1)와 동일한 구성 요소에 대해서는, 이미 설명이 끝났다고 간주하여 같은 부호를 붙여 그 상세한 설명을 생략하고, 반도체 장치(1)와의 차이점을 중심으로 설명한다.
반도체 장치(1A)의 외관은, 도 1에 도시되는 반도체 장치(1)와 동일한 외관이다. 또, 반도체 장치(1A)는, 도 3에 도시되는 반도체 장치(1)와 동일한 위치에, 외부 제1 단자(10)와, 외부 제2 단자(20)와, 외부 저항 단자(30)와, 외부 제어 단자(40)와, 제1의 저항 소자(110)와, ESD 보호용 제너 다이오드(190)를 구비한다.
도 7에 나타내어지는 바와 같이, 반도체 장치(1A)는, 반도체 기판(81)과, 절연층(61)과, 패시베이션층(62)과, 금속층(71)과, 트랜지스터 소자(100A)와, 저항 전극(31)과, 제1의 저항 소자(110)와, 메탈 배선(120)을 포함하여 구성된다.
반도체 기판(81)은, 제2 도전형의 불순물을 포함하고, 실리콘으로 이루어지며, 예를 들면, P형의 실리콘 기판이어도 되고, 여기에서는, 제1 도전형이 N형, 제2 도전형이 P형이라고 한다.
트랜지스터 소자(100A)는, 제1 전극(11)과, 드레인 외부 전극(21)과, 게이트 도체(84)와, 소스 내부 전극(82)과, 드레인 내부 전극(83)을 갖는다.
소스 내부 전극(82)은, 반도체 기판(81)의 내부에 형성되는 제1 도전형의 확산층이며, 제1 전극(11)에 접촉 접속되고, 예를 들면, 반도체 기판(81)의 일부의 영역에, 제1 도전형의 불순물을 주입함으로써 형성되어도 된다.
드레인 내부 전극(83)은, 반도체 기판(81)의 내부에 형성되는 제1 도전형의 확산층이며, 드레인 외부 전극(21)에 접촉 접속되고, 예를 들면, 반도체 기판(81)의 일부의 영역에, 제1 도전형의 불순물을 주입함으로써 형성되어도 된다.
게이트 도체(84)는, 반도체 기판(81) 위의 박막형의 절연층(61)의 상면에 접하고, 반도체 장치(1A)의 평면시에 있어서의 소스 내부 전극(82)과 드레인 내부 전극(83) 사이에 형성되며, 제1 도전형의 불순물이 주입된 폴리실리콘으로 이루어지고, 메탈 배선(121)을 통하여 제3 전극(41)(도 3 참조)에 전기적으로 접속되어 있다. 게이트 도체(84)는, 반도체 장치(1)의 게이트 도체(55)와 동일한 제어 전극이다.
반도체 장치(1A)는, 상기 구성에 의해, 반도체 장치(1)와 동일하게, 트랜지스터 소자(100A)가 도통 상태인 경우에, 외부 저항 단자(30)로부터 외부 제1 단자(10)로 전류를 흐르게 할 수 있다. 이 때의 전류 경로는, 외부 저항 단자(30)로부터 외부 제1 단자(10)로의 순으로, 저항 전극(31), 제1의 저항 소자(110), 메탈 배선(120), 드레인 외부 전극(21), 드레인 내부 전극(83), 반도체 기판(81), 소스 내부 전극(82), 제1 전극(11)을 통과하는 경로가 된다.
상술한 반도체 장치(1A)는, 제1 도전형이 N형, 제2 도전형이 P형인 구성이지만, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치는 그 구성에 한정되지 않으며, 제1 도전형이 P형, 제2 도전형이 N형인 구성이어도 된다.
＜제2의 저항 소자를 구비하는 구성＞
상술한 반도체 장치(1)는, 도통 전류 경로 내에, 제1의 저항 소자를 구비하는 구성이지만, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치는, 추가로, 제2의 저항 소자를 구비하는 구성이어도 된다.
도 8은, 본 실시의 형태에 따른, 세로형 MOS 트랜지스터형의 반도체 장치(1F)의 단면도이다.
이하에서는, 반도체 장치(1F)에 대해, 반도체 장치(1)와 동일한 구성 요소에 대해서는,이미 설명이 끝났다고 간주하여 같은 부호를 붙여 그 상세한 설명을 생략하고, 반도체 장치(1)와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 8에 나타내어지는 바와 같이, 반도체 장치(1F)는, 반도체 장치(1)의 구성에 대해, 고농도 불순물층(57)이 제2의 저항 소자(610)로 변경되어 구성된다.
제2의 저항 소자(610)는, 반도체 기판(51), 또는 제1의 저농도 불순물층(52) 위에 접촉 접속하여 형성되고, 반도체 기판(51)의 제1 도전형의 불순물의 농도보다 낮은 농도의 제1 도전형의 불순물을 포함하는 제2의 저농도 불순물층으로 이루어진다. 제2의 저항 소자(610)는, 드레인 외부 전극(21)의 하방에, 드레인 외부 전극(21)과 접촉 접속되어 형성되므로, 제2의 저항 소자(610)의 추가 설치에 의한 반도체 장치(1F)의 면적 증가가 없다. 또한, 제2의 저항 소자(610)는, 불순물을 포함하는 폴리실리콘으로 이루어진다고 해도 된다.
반도체 장치(1F)의 도통 전류의 경로는, 외부 저항 단자(30)로부터 외부 제1 단자(10)로의 순으로, 저항 전극(31), 제1의 저항 소자(110), 메탈 배선(120), 드레인 외부 전극(21), 제2의 저항 소자(610), 반도체 기판(51), 제1의 저농도 불순물층(52), 보디 영역(53), 소스 영역(54), 제1 전극(11)을 통과하는 경로가 된다. 도통 시에 있어서의 발열 개소는, 제1의 저항 소자(110)와 제2의 저항 소자(610)의 양쪽 모두가 되므로, 반도체 장치(1)와 비교하여 발열 개소가 더욱 분산되어, 도통 시의 발열 최고 온도를 더욱 저감하고, 또한 방열을 더욱 효율적으로 행할 수 있다.
각 제1의 저항 소자(110)의 저항값은, 동일하며, 또한 제2의 저항 소자(610)의 저항값을 제1의 저항 소자(110)의 수량 배로 한 값인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 각 제1의 저항 소자(110)의 저항값에서 발생하는 발열량과, 제2의 저항 소자(610)에서 발생하는 발열량이 균등화되어, 각 제1의 저항 소자(110) 및 제2의 저항 소자(610)에 있어서의 발열 최고 온도를 최저값으로 맞출 수 있다.
도 9는, 본 실시의 형태에 따른, 가로형 MOS 트랜지스터형의 반도체 장치(1G)의 단면도이다.
이하에서는, 반도체 장치(1G)에 대해, 반도체 장치(1A)와 동일한 구성 요소에 대해서는, 이미 설명이 끝났다고 간주하여 같은 부호를 붙여 그 상세한 설명을 생략하고, 반도체 장치(1A)와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 9에 나타내어지는 바와 같이, 반도체 장치(1G)는, 반도체 장치(1A)의 구성에 대해, 제2의 저항 소자(710)가 추가되어 구성된다.
제2의 저항 소자(710)는, 반도체 기판(81)의 내부의 드레인 내부 전극(83)과 게이트 도체(84)의 바로 아래쪽부 사이에, 드레인 내부 전극(83)에 접하여 소스 내부 전극(82)측에 형성되고, 드레인 내부 전극(83)의 제1 도전형의 불순물의 농도보다 낮은 농도의 제1 도전형의 불순물을 포함하는 저농도 불순물층으로 이루어진다.
반도체 장치(1G)의 도통 전류의 경로는, 외부 저항 단자(30)로부터 외부 제1 단자(10)로의 순으로, 저항 전극(31), 제1의 저항 소자(110), 메탈 배선(120), 드레인 외부 전극(21), 드레인 내부 전극(83), 제2의 저항 소자(710), 반도체 기판(81), 소스 내부 전극(82), 제1 전극(11)을 통과하는 경로가 된다. 도통 시에 있어서의 발열 개소는, 제1의 저항 소자(110)와 제2의 저항 소자(710)의 양쪽 모두가 되므로, 반도체 장치(1A)와 비교하여 발열 개소가 더욱 분산되어, 도통 시의 발열 최고 온도를 더욱 저감하고, 또한 방열을 더욱 효율적으로 행할 수 있다.
각 제1의 저항 소자(110)의 저항값은, 동일하며, 또한 제2의 저항 소자(710)의 저항값을 제1의 저항 소자(110)의 수량 배로 한 값인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 각 제1의 저항 소자(110)의 저항값에서 발생하는 발열량과, 제2의 저항 소자(710)에서 발생하는 발열량이 균등화되어, 각 제1의 저항 소자(110) 및 제2의 저항 소자(710)에 있어서의 발열 최고 온도를 최저값으로 맞출 수 있다.
상기 구성의 반도체 장치(1G)는, 제2의 저항 소자(710)는, 드레인 내부 전극(83)에 접하여 소스 내부 전극(82)측에 추가 형성되는 구성이지만, 드레인 내부 전극(83)의 위치에, 드레인 내부 전극(83)과 치환되어 구성되어도 된다.
＜외부 제2 단자를 구비하지 않는 구성＞
상술한 반도체 장치(1F)는, 외부 제2 단자(20)를 구비하는 구성이지만, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치는, 외부 제2 단자(20)를 구비하는 구성에 한정되지 않는다.
도 10은, 반도체 장치(1H)의 상면 투시도이다.
이하에서는, 반도체 장치(1H)에 대해, 반도체 장치(1F)와 동일한 구성 요소에 대해서는,이미 설명이 끝났다고 간주하여 같은 부호를 붙여 그 상세한 설명을 생략하고, 반도체 장치(1F)와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 10에 있어서, 외부 제1 단자(810), 외부 저항 단자(830A~830G)(이하, 외부 저항 단자(830)로 적는 경우가 있다), 외부 제어 단자(840)는, 각각, 반도체 장치(1F)의, 외부 제1 단자(10), 외부 저항 단자(30), 외부 제어 단자(40)와 동일한 외부 접속 단자이다.
제1 전극(811), 저항 전극(831A~831G)(이하 저항 전극(831)으로 적는 경우가 있다), 제3 전극(841)은, 각각, 반도체 장치(1F)의, 제1 전극(11), 저항 전극(31), 제3 전극(41)과 동일한 전극이다.
트랜지스터 소자 영역(950), 제너 다이오드 영역(970)은, 각각, 반도체 장치(1F)의, 트랜지스터 소자 영역(150), 제너 다이오드 영역(170)과 동일한 영역이다.
메탈 배선(921, 922A~922F, 923)은, 각각, 반도체 장치(1F)의 메탈 배선(121, 122, 123)과 동일한 배선이다.
도 10에 나타내어지는 바와 같이, 반도체 장치(1H)는, 반도체 장치(1F)로부터 외부 제2 단자(20)가 없어진 만큼, 외부 저항 단자(830)가 하나 늘어나 있다.
도 11은, 도 10 중의 B1-B2선에 있어서의 절단면을 본, 반도체 장치(1H)의 단면도이다.
도 11에 나타내어지는 바와 같이, 반도체 장치(1H)는, 반도체 기판(51)과, 제1의 저농도 불순물층(52)과, 절연층(61)과, 패시베이션층(62)과, 금속층(71)과, 트랜지스터 소자(100C)와, 저항 전극(831)(831A~831G 중, 도 11에서는, 831A~831B만 표시)과, 제1의 저항 소자(910)(910A~910G 중, 도 11에서는 910A~910B만 표시)와, 제2의 저항 소자(930)(930A~930G 중, 도 11에서는, 930A~930B만 표시)를 포함하여 구성된다.
트랜지스터 소자(100C)는, 반도체 장치(1F)의 트랜지스터 소자(100)로부터, 제1 전극(11)이 제1 전극(811)으로 변경되고, 외부 제1 단자(10)가 외부 제1 단자(810)로 변경되어 있는 점을 제외하고, 트랜지스터 소자(100)와 동일한 트랜지스터 소자이다.
제1의 저항 소자(910)는, 반도체 장치(1F)의 제1의 저항 소자(110)와 동일한, 불순물이 주입된 폴리실리콘으로 이루어지는 저항 소자이다.
제2의 저항 소자(930)는, 반도체 장치(1F)의 제2의 저항 소자(610)와 동일한, 제2의 저농도 불순물층으로 이루어지는 저항 소자이다.
반도체 장치(1H)는, 저항 전극(831)의 하방에 형성되고, 다른 쪽의 전극이 저항 전극(831)에 접촉 접속된, 제1의 저항 소자(910)를 구비한다. 또한, 제1의 저항 소자(910)의 하방에 형성되고, 다른 쪽의 전극이 제1의 저항 소자(910)의 한쪽의 전극에 접촉 접속되며, 한쪽의 전극이 반도체 기판(51)에 접촉 접속된, 제2의 저항 소자(930)를 구비한다.
반도체 장치(1H)는, 저항 전극(831)과, 제1의 저항 소자(910)와, 제2의 저항 소자(930)를, 각각 7개씩 구비하고, 각각의 하나씩끼리 1대 1 대응하고 있다.
반도체 장치(1H)의 도통 전류의 경로는, 외부 저항 단자(830)로부터 외부 제1 단자(810)로의 순으로, 저항 전극(831), 제1의 저항 소자(910), 제2의 저항 소자(930), 반도체 기판(51), 제1의 저농도 불순물층(52), 보디 영역(53), 소스 영역(54), 제1 전극(811)을 통과하는 경로가 된다.
상술한 바와 같이, 반도체 장치(1H)는, 반도체 장치(1F)에 대해, 외부 제2 단자(20)를 구비하지 않는 대신에 외부 저항 단자(830)를 하나 많게 구비하므로, 도통 시의 발열 최고 온도를 더욱 저감하고, 또한 방열을 더욱 효율적으로 행할 수 있다. 또한 이 때, 외부 저항 단자(830)를 반도체 장치(1H)의 평면시에 있어서의 네 모서리의 위치 모두에 할당하는 구성이, 분산 방열적으로 바람직하다. 또한 이 때, 외부 제1 단자(810)는, 다른 외부 접속 단자보다 중앙측에 배치되는 것이, 반도체 장치(1H) 내에서 밸런스 좋게 분산 방열을 하는데 있어서 바람직하다.
상술한 반도체 장치(1H)는, 제1의 저항 소자(910)와 1대 1로 대응지어진 복수의 제2의 저항 소자(930)를 구비하는 구성이지만, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치는, 제2의 저항 소자(930)는, 제1의 저항 소자(910)와 1대 1로 대응지어지거나, 복수인 구성에 한정되지 않으며, 하나의 제2의 저항 소자(930)가 복수의 제1의 저항 소자(910)와 대응지어져도 되고, 또한 제2의 저항 소자(930)는 1 이상이면 되며, 제1의 저항 소자(910)의 수와 동수가 아니어도 된다.
또, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치는, 제2의 저항 소자(930)는 없어도 되고, 제2의 저항 소자(930)를 대신하여, 반도체 장치(1F)의 제1의 저농도 불순물층(52)이어도, 반도체 장치(1)의 고농도 불순물층(57)이어도 된다. 이러한 경우에도, 외부 제2 단자(20)를 구비하지 않으며, 외부 저항 단자(830)를 하나 많게 구비하므로, 도통 시의 발열 최고 온도를 더욱 저감하고, 또한 방열을 더욱 효율적으로 행할 수 있다.
＜저항 전극, 제1의 저항 소자의 베리에이션＞
상술한 반도체 장치(1, 1A, 1F, 및 1G)는, 외부 저항 단자(30) 및 제1의 저항 소자(110)가, 도 3 또는 도 5에 나타내어지는 위치에 배치된 구성이지만, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치는, 그러한 구성에 한정되지 않는다.
도 12는, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치(1B)의 상면 투시도이다.
이하에서는, 반도체 장치(1)와 동일한 구성 요소에 대해서는, 이미 설명이 끝났다고 간주하여 같은 부호를 붙여 그 상세한 설명을 생략하고, 반도체 장치(1)와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 12에 있어서, 외부 제1 단자(210), 외부 제2 단자(220), 외부 저항 단자(230A~230F)(이하, 외부 저항 단자(230)로 적는 경우가 있다), 외부 제어 단자(240)는, 각각, 반도체 장치(1)의, 외부 제1 단자(10), 외부 제2 단자(20), 외부 저항 단자(30), 외부 제어 단자(40)와 동일한 외부 접속 단자이다.
제1의 저항 소자(310A~310L)는, 반도체 장치(1)의 제1의 저항 소자(110)와 동일한 저항 소자이다.
제1 전극(211), 드레인 외부 전극(221), 저항 전극(231A~231F), 제3 전극(241)은, 각각, 반도체 장치(1)의, 제1 전극(11), 드레인 외부 전극(21), 저항 전극(31), 제3 전극(41)과 동일한 전극이다.
트랜지스터 소자 영역(350), 드레인 인상 영역(360), 제너 다이오드 영역(370)은, 각각, 반도체 장치(1)의, 트랜지스터 소자 영역(150), 드레인 인상 영역(160), 제너 다이오드 영역(170)과 동일한 영역이다.
메탈 배선(320A~320G, 321, 322A~322D, 323)은, 각각, 반도체 장치(1)의 메탈 배선(120, 121, 122, 123)과 동일한 배선이며, 콘택트(311)는, 반도체 장치(1)의 콘택트(111)와 동일한 콘택트이다.
도 12에 나타내어지는 바와 같이, 외부 저항 단자(230)는, 반도체 장치(1B)의 평면시 면적의 약 2/3의 영역으로 이루어지는 제1 단자 영역(280)에 행렬형으로 배치되고, 외부 제1 단자(210)와 외부 제2 단자(220) 및 외부 제어 단자(240)(이하, 이들 3개의 외부 접속 단자를 통합하여, 외부 비저항 단자(2)로 적는 경우가 있다)는, 반도체 장치(1B)의 평면시 면적의 약 1/3의 영역으로 이루어지는 제2 단자 영역(290)에 일렬로 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 외부 저항 단자(230)가 배치된 단자열에는 외부 비저항 단자(2)는 배치되지 않으며, 외부 비저항 단자(2)가 배치된 단자열에는 외부 저항 단자(230)가 배치되지 않는다.
도 13은, 반도체 장치(1B)가, 후술하는 도 15에 나타내어진 충방전 회로가 실장되는 실장 기판에, 페이스 다운 실장되어 있는 모습의 일례를 나타내는 모식도이다.
기판 배선(300)은, 후술하는 도 15에 나타내어진 충방전 회로의 하이 사이드측의 배선이며, 스트레이트형의 배선 패턴이다. 일반적으로, 대전류가 흐르는 기판 배선은, 도통 저항 저감이나 전류 집중 회피를 위해, 굴곡 형상을 피한, 스트레이트형의 배선 패턴이 바람직하다. 상술한 반도체 장치(1B)는, 제1 단자 영역(280)의 단자열의 방향과 기판 배선(300)의 배선 방향을 맞춤으로써, 모든 외부 저항 단자(230)를 기판 배선(300)에 접합할 수 있다.
도 14a, 도 14b는, 반도체 장치(1B)에 대해, 외부 저항 단자(230)의 수량이 증가했을 경우의, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치(1C, 1D)의 상면도이다.
반도체 장치(1C, 1D)는, 각각, 외부 접속 단자(230)의 단자열수가 6, 8이며, 평면시 면적의 약 5/6, 약 7/8의 영역으로 이루어지는 제1 단자 영역(280A, 280B)에, 15개, 21개의 외부 저항 단자(230)가 행렬형으로 배치되고, 평면시 면적의 약 1/6, 약 1/8의 영역으로 이루어지는 제2 단자 영역(290A, 290B)에, 외부 비저항 단자(2)가 일렬로 배치되어 있다. 충방전 회로의 전지(1010)의 용량이 클 경우에는, 반도체 장치에 의한 방전 전류가 많아지는데, 반도체 장치의 허용 동작 온도를 초과하지 않도록, 외부 저항 단자(230)의 수량을 늘려 분산 발열도를 크게 할 필요가 있다. 이 때에도, 상술한 반도체 장치(1C, 1D)는, 제1 단자 영역(280A, 280B)과 제2 단자 영역(290A, 290B)이, 반도체 장치(1C, 1D)의 한 변과 평행하게, 반도체 장치의 평면시에서 2분할되도록 배치되어 있으므로, 스트레이트형 배선 패턴의 실장 기판에 실장할 수 있다.
또, 제1 단자 영역과 제2 단자 영역의 배치 위치 관계는, 반도체 장치의 한 변과 평행하게, 반도체 장치의 평면시에서 2분할되는 관계가 아니어도 된다. 예를 들면, 복수의 제1 단자 영역과 하나의 제2 단자 영역에서, 반도체 장치의 한 변과 평행하게, 반도체 장치의 평면시에서 수분할되는 관계이어도 된다. 즉, 외부 저항 단자를 포함하는 단자열에 다른 외부 단자가 포함되지 않는 구성이면, 모든 외부 저항 단자를, 스트레이트형의 배선 패턴의 실장 기판에 실장할 수 있다.
또, 상술한 반도체 장치(1B)에서는, 제1 단자 영역(280)에는, 외부 저항 단자(230)만이 배치된다고 했지만, 외부 제2 단자(220)가 포함되어도 된다. 이 경우에는, 반도체 장치(1B)의 외부 접속 단자 중에서 외부 제2 단자(220)가 사용되지 않는 응용 회로에 있어서는, 실장 기판으로의 실장 시에, 외부 제2 단자(220)는 실장 기판으로 접합하지 않으면 된다.
＜응용예＞
도 15는, 스마트폰 등의 전지의 충방전 회로이며, 반도체 장치(1)를 이 충방전 회로의 하이 사이드측에 설치하여, 전지(1010)를 순간적으로 방전시키는 방전 회로로서 사용하는 경우를 하나의 응용예로서 나타내고 있다.
반도체 장치(1)는, 제어 IC(1020)로부터 부여받는 제어 신호에 따라, 트랜지스터 소자(100)를 순간적으로 도통 상태로 하여, 전지(1010)를 순간적으로 방전시킨다. 방전 후의 전지(1010)의 전압의 거동을 조사함으로써, 전지(1010)의 소모 정도 등을 추정할 수 있다. 이 순간 방전 시에는, 반도체 장치(1)에는, 예를 들면 1A 이상의 비교적 큰 전류가 흐른다.
발명자는, 도 15에 나타내어지는 충방전 회로를 가상하여, 반도체 장치(1)를 스마트폰의 배터리 모듈 기판의 크기 상당인 34mm×2.5mm×0.4mm의 유리 에폭시 기판에 실장한 상태로 하여, 반도체 장치(1)를 규정의 소비 전력 조건으로 100ms의 기간 동작시켰을 경우의, 반도체 장치(1)의 온도 추이 시뮬레이션을 행하였다. 구체적으로는, 복수의 반도체 장치(1)의 체적 조건으로, 방전 동작 시의 온도 추이에 있어서의 피크 온도값을 구하였다.
도 16에, 그 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 16에 있어서, 세로축은 피크 온도값(Tjp), 가로축은 체적(V)이며, 마름모꼴 기호는 실장 기판을 1층 금속 기판, 소비 전력 조건을 6.16W로 했을 경우의, 원 기호는, 실장 기판을 3층 금속 기판, 소비 전력 조건을 7.04W로 했을 경우의, 삼각 기호는, 실장 기판을 3층 금속 기판, 소비 전력 조건을 9.02W로 했을 경우의 결과이다.
이 결과로부터, 트랜지스터 소자(100)의 도통 동작 개시 시에 있어서는, 반도체 장치(1)에서 발생한 열은, 실장 기판으로의 방열보다 반도체 장치(1)에서의 축열이 지배적으로 되기 때문에, 피크 온도값(Tjp)은, 체적(V)에 의존하여, 체적(V)이 큰 쪽이 작아진다고 생각할 수 있다.
또, 이 결과로부터, 피크 온도값(Tjp)을 허용 정션(Junction) 온도 150℃ 이하로 억제하려면, 실장 기판을 1층 금속 기판, 소비 전력 조건을 6.16W로 하는 경우에는 체적(V)을 2.20mm3 이상으로 하면 되고, 실장 기판을 3층 금속 기판, 소비 전력 조건을 7.04W로 하는 경우에는 체적(V)을 1.94mm3 이상으로 하면 되며, 실장 기판을 3층 금속 기판, 소비 전력 조건을 9.02W로 하는 경우에는 체적(V)을 3.05mm3 이상으로 하면 된다는 지견이 얻어진다.
도 17은, 상술한 지견을 이용하여, 피크 온도값(Tjp)을 허용 정션 온도 150℃ 이하로 억제하는 반도체 장치(1)의 구성 조건을 검토한 것으로, 반도체 장치(1)의 평면시에 있어서의 한쪽의 변의 길이를 X, 다른 쪽의 변의 길이를 Y, 반도체 장치(1)의 두께를 Z, 반도체 장치(1)의 체적을 V로 하여, X와 Y와 Z와 V의 관계를 나타낸 도면이다.
도 17로부터, X가 4.4mm, Y가 2.0mm인 경우에는, 피크 온도값(Tjp)을 허용 정션 온도 150℃ 이하로 억제하려면, 실장 기판을 1층 금속 기판, 소비 전력 조건을 6.16W로 했을 경우에는, 반도체 장치(1)의 두께를 250μm 이상으로 하면 되고, 실장 기판을 3층 금속 기판, 소비 전력 조건을 9.02W로 했을 경우에는, 반도체 장치(1)의 두께를 350μm 이상으로 하면 된다는 지견이 얻어진다.
도 15에 나타내어지는 바와 같이, 상기 구성의 반도체 장치(1)는, 전지를 방전하는 방전 회로로서 이용할 수 있지만, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치는, 그것에 한정되지 않으며, 예를 들면, 전지를 충전하는 충전 회로로서도 이용할 수도 있다. 이 경우에는, 반도체 장치(1)를, 제1 도전형을 P형, 제2 도전형을 N형으로서 구성하고, 외부 저항 단자(30)를, 전지(1010)의 양극측 노드에 접속하여, 외부 제1 단자(10)에 전지의 양극 전압보다 높은 전압을 부여함으로써 실현될 수 있다.
이상, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치에 대해, 실시의 형태에 의거하여 설명했지만, 본 개시는, 이 실시의 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 취지를 벗어나지 않는 한, 당업자가 생각해 내는 각종 변형을 본 실시의 형태에 실시한 것이나, 예시한 상이한 반도체 장치에 있어서의 구성 요소를 조합하여 구축되는 형태도, 본 실시의 형태의 범위 내에 포함되어도 된다.
예를 들면, 트랜지스터 소자는 NPN형이나 PNP형의 바이폴러 트랜지스터이어도 된다.
산업상 이용가능성
본원 발명에 따른 반도체 장치는, 전류 경로의 도통 상태를 제어하는 장치로서 널리 이용할 수 있다.
1, 1A~1H 반도체 장치
10, 210, 410A, 410B, 810 외부 제1 단자
11, 211, 411A, 411B, 811 제1 전극
20, 220, 420 외부 제2 단자
21, 221, 421 드레인 외부 전극
30, 30A~30F, 230, 230A~230F, 430, 430A~430E, 830, 830A~830G 외부 저항 단자
31, 31A~31F, 231A~231F, 431A~431C, 831, 831A~831G 저항 전극
40, 240, 440, 840 외부 제어 단자
41, 241, 441, 841 제3 전극
51, 81 반도체 기판
52 제1의 저농도 불순물층
53 보디 영역
54 소스 영역
55, 84 게이트 도체
56 게이트 절연막
57 고농도 불순물층
61 절연층
62 패시베이션층
71 금속층
82 소스 내부 전극
83 드레인 내부 전극
100, 100A~100C 트랜지스터 소자
110, 110A~110F, 310A~310L, 510, 510A~510J, 910, 910A, 910B 제1의 저항 소자
111, 311, 511 콘택트
120, 120A~120F, 121, 122, 123, 320A~320G, 321, 322A~322D, 520A, 520B, 521, 522, 523, 921, 922A~922G, 923 메탈 배선
150, 350, 550, 950 트랜지스터 소자 영역
160, 360, 560 드레인 인상 영역
170, 370, 570, 970 제너 다이오드 영역
190 제너 다이오드
280, 280A, 280B 제1 단자 영역
290, 290A, 290B 제2 단자 영역
300 기판 배선
610, 710, 930, 930A, 930B 제2의 저항 소자
1010 전지
1020 제어 IC

Claims (13)

  1. 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 도통 상태를 제어하는 제어 전극을 갖는 트랜지스터 소자와, 복수의 제1의 저항 소자를 갖는 반도체 장치로서,
    상기 복수의 제1의 저항 소자의 모든 한쪽의 전극은, 상기 제2 전극에 전기적으로 접속되고,
    상기 복수의 제1의 저항 소자의 모든 다른 쪽의 전극이 어느 하나에 접촉 접속된 1 이상의 외부 저항 단자, 상기 제1 전극에 전기적으로 접속된 외부 제1 단자, 및 상기 제어 전극이 전기적으로 접속된 외부 제어 단자를 갖고,
    상기 1 이상의 외부 저항 단자, 상기 외부 제1 단자, 및 상기 외부 제어 단자는, 상기 반도체 장치의 표면에 형성된 외부 접속 단자이며,
    상기 복수의 제1의 저항 소자는, 상기 반도체 장치의 평면시(平面視)에 있어서, 모두 동일한 형상인, 페이스 다운 실장 칩 사이즈 패키지형의 반도체 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 평면시에 있어서, 상기 복수의 제1의 저항 소자는, 모두 도통 방향과 평행한 변을 갖는 직사각형 형상인, 반도체 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 평면시에 있어서, 상기 복수의 제1의 저항 소자의 면적은,
    상기 외부 접속 단자 중 최소의 면적을 갖는, 당해 외부 접속 단자의 면적보다 작은, 반도체 장치.
  4. 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 도통 상태를 제어하는 제어 전극을 갖는 트랜지스터 소자와, 복수의 제1의 저항 소자를 갖는 반도체 장치로서,
    상기 복수의 제1의 저항 소자의 모든 한쪽의 전극은, 상기 제2 전극에 전기적으로 접속되고,
    상기 복수의 제1의 저항 소자의 모든 다른 쪽의 전극이 어느 하나에 접촉 접속된 1 이상의 저항 전극, 각각이 상기 1 이상의 저항 전극의 일부의 영역인 1 이상의 외부 저항 단자, 상기 제1 전극에 전기적으로 접속된 외부 제1 단자, 및 상기 제어 전극이 전기적으로 접속된 외부 제어 단자를 갖고,
    상기 1 이상의 외부 저항 단자, 상기 외부 제1 단자, 및 상기 외부 제어 단자는, 상기 반도체 장치의 표면에 형성된 외부 접속 단자이며,
    상기 복수의 제1의 저항 소자 중 적어도 하나의 제1의 저항 소자는, 상기 1 이상의 저항 전극 중 적어도 하나의 저항 전극과 접촉 접속하고,
    상기 반도체 장치의 평면시에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1의 저항 소자와, 상기 적어도 하나의 저항 전극이 접촉 접속하는 영역은, 상기 적어도 하나의 저항 전극과 겹치는 부분을 갖는, 페이스 다운 실장 칩 사이즈 패키지형의 반도체 장치.
  5. 충방전 회로의 순간적 충방전의 전류 제어에 사용되는, 실리콘 기판 상에 형성된 반도체 장치로서,
    서로 병렬 접속된 복수의 저항 소자와, 상기 순간적 충방전 시에 순간적으로 도통 상태가 되는 트랜지스터 소자가 직렬 접속된 직렬 접속 회로를 갖고, 상기 서로 병렬 접속된 복수의 저항 소자의 모든 한쪽의 전극은 상기 트랜지스터 소자의 전극 중 제어 전극이 아닌 하나의 전극에 전기적으로 접속되며,
    상기 반도체 장치의 두께는 250μm 이상인, 페이스 다운 실장 칩 사이즈 패키지형의 반도체 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 충방전 회로는 전지의 충방전 회로이며, 상기 순간적 충방전 시에 상기 반도체 장치에 흐르는 전류는 1A 이상인, 반도체 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 저항 소자는, 상기 반도체 장치의 평면시 면적의 절반 이상의 영역에 분산 배치되어 있는, 반도체 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 반도체 장치의 두께는 350μm 이상인, 반도체 장치.
  9. 충방전 회로의 순간적 충방전의 전류 제어에 사용되는, 실리콘 기판 상에 형성된 반도체 장치로서,
    서로 병렬 접속된 복수의 저항 소자와, 상기 순간적 충방전 시에 순간적으로 도통 상태가 되는 트랜지스터 소자가 직렬 접속된 직렬 접속 회로를 갖고, 상기 서로 병렬 접속된 복수의 저항 소자의 모든 한쪽의 전극은 상기 트랜지스터 소자의 전극 중 제어 전극이 아닌 하나의 전극에 전기적으로 접속되며,
    상기 반도체 장치의 체적은 1.94mm3 이상인, 페이스 다운 실장 칩 사이즈 패키지형의 반도체 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 충방전 회로는 전지의 충방전 회로이며, 상기 순간적 충방전 시에 상기 반도체 장치에 흐르는 전류는 1A 이상인, 반도체 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 저항 소자는, 상기 반도체 장치의 평면시 면적의 절반 이상의 영역에 분산 배치되어 있는, 반도체 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 반도체 장치의 체적은 2.20mm3 이상인, 반도체 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 반도체 장치의 체적은 3.05mm3 이상인, 반도체 장치.
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