KR20080033973A - 반도체 장치 - Google Patents

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산켄덴키 가부시키가이샤
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Abstract

외부 다이오드를 접속하지 않으면서 반도체 장치를 소형화함과 함께, 전류로 발생되는 열이 반도체 기체의 중앙 측으로 집중하는 것을 방지한다. 순차적으로 적층된 제1 IGBT(1) 및 제2 IGBT(2)의 제1 베이스 영역(16)은, 각 반도체 기체(31)의 측면(31c)에 근접하는 주변부(26)를 가진다. 각 IGBT(1.2)는, N형의 제1 베이스 영역(16)의 주변부(26)에 인접하여 다이오드(21)를 형성하는 P형의 주변 베이스 영역(27)과, 제1 베이스 영역(16)의 주변부(26)의 상면(26a)에 형성된 다이오드 전극(24)을 구비하여, 각 IGBT(1, 2)의 다이오드 전극(24)과 컬렉터 전극(23)을 전기적으로 접속한다. 반도체 장치의 온 시에는, 측면(31c)에서 이간한 반도체 기체(31)의 중앙 측에 전류가 흐르지만, 반도체 장치의 오프 시에 역방향 전류가 발생했을 때, 역방향 전류가 반도체 기체(31)의 측면(31c)에 근접하여 흐른다.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}
적층한 복수의 반도체 소자를 구비하는 반도체 장치에 관한 것이다.
근년의 전자 부품의 소형화에 대응하는 하나의 수단으로서, 브릿지 회로를 구성하는 스위칭 소자를 적층한 스택트(stacked) 멀티 구조가 반도체 장치에 적용되어 있다. 스택트 멀티 구조를 적용한 반도체 장치는, 예를 들면 하기 특허 문헌 1에 의해 공지이다. 특허 문헌 1에 나타낸 반도체 장치에 의하면, 파워 반도체 소자를 이용한 H형 브릿지 회로를 지지판의 점유 면적을 감소하면서 집적도를 향상해 형성할 수 있다. 그렇지만, 적층하는 파워 반도체 소자에 MOSFET(MOS형 전계 효과 트랜지스터)를 이용하면, 칩 사이즈가 커져, 소형화를 달성할 수 없다. 그 때문에, 칩 사이즈를 작게 형성할 수 있는 IGBT(절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터)가 이용되고 있었다. 그렇지만, IGBT를 사용하면, 동시에 외부 부착 다이오드도 H형 브릿지 회로에 내장되어야만 하여, 결과적으로 소형화를 달성할 수 없었다. 또, 외부 부착 다이오드에 의해 제품 코스트가 증가했다.
일반적으로 MOSFET는, 예를 들면 도 5에 나타낸 바와 같이, N형 도전형을 가지는 드레인 영역(51), P형 도전형을 가지고 드레인 영역(51)의 상면(51a)에 형성된 베이스 영역(52), N형 도전형을 가지고 베이스 영역(52)의 상면(52a)에 형성된 소스 영역(53)을 구비하는 반도체 기판(50)과, 게이트 절연막(54)을 통해 소스 영역(53)의 상면(53a)에 형성된 게이트 전극(55)과, 베이스 영역(52) 및 소스 영역(53)의 상면(52a, 53a)에 형성된 소스 전극(56)과, 드레인 영역(51)의 하면(51b)에 형성된 드레인 전극(57)을 구비한다. 따라서, P형 도전형을 가지는 베이스 영역(52)과 N형 도전형을 가지는 드레인 영역(51) 사이에 다이오드(58)가 형성되어, 이를 보호용의 내장 다이오드로서 이용할 수 있다.
이에 대해, IGBT는, 도 6에 나타낸 바와 같이, P형 도전형을 가지는 컬렉터 영역(61), N형 도전형을 가지고 컬렉터 영역(61)의 상면(61a)에 형성된 제1 베이스 영역(62), P형 도전형을 가지고 제1 베이스 영역(62)의 상면(62a)에 형성된 제2 베이스 영역(63), N형 도전형을 가지고, 제2 베이스 영역(63)의 상면(63a)에 형성된 이미터 영역(64)을 구비하는 반도체 기판(60)과, 게이트 절연막(65)을 통해 제2 베이스 영역(63)의 상면(63a)에 형성된 게이트 전극(66)과, 제2 베이스 영역(63) 및 이미터 영역(64)의 상면(63a, 64a)에 형성된 이미터 전극(67)과, 컬렉터 영역(61)의 하면(61b)에 형성된 컬렉터 전극(68)을 구비한다. 따라서, IGBT에서는, 도 6에 나타낸 바와 같이, P형 도전형을 가지는 제2 베이스 영역(63)과 N형 도전형을 가지는 제1 베이스 영역(62)과, P형 도전형을 가지는 컬렉터 영역(61)과 N형 도전형을 가지는 제1 베이스 영역(62) 사이에 각각 다이오드(69)가 형성되고, 역극성의 다이오드(69)가 직렬 접속된다. 이 때문에, 이 다이오드를 보호용의 내장 다이오드로서 유효 이용하는 것이 어려웠다. 출력 단자에 유도 성분을 가지는 부하를 접속한 H브릿지 회로 등에서는, IGBT에 부하의 유도 성분에 의해 발생된 역기전력이 인가 되기 쉽다. 이 때문에, 각 IGBT에 다이오드를 병렬로 접속하여, 역기전력에 의해 발생되는 역방향 전류(서지 전류)를 다이오드를 통해 바이패스시킬 필요가 있다.
하기 특허 문헌 2는, 컬렉터 영역의 중앙 측에, 이와 반대 도전형의 캐소드 영역을 형성함과 동시에, 캐소드 영역의 위쪽에 P형 도전형을 가지는 애노드 영역을 형성하여, 이에 의해 다이오드를 내장한 IGBT를 개시한다. 특허 문헌 2의 IGBT에 의하면, 외부 부착 다이오드를 생략하고, IGBT를 적층한 스택트 멀티 구조의 반도체 장치를 형성할 수 있다.
특허 문헌 1：국제 공개 제2005／018001호 공보
특허 문헌 2：일본국 특허 공개 평9－191110호 공보
[발명이 해결하려고 하는 과제]
그렇지만, 특허 문헌 2의 IGBT에서는, 평면 방향에 대해 반도체 기판의 동일 위치에 애노드 영역과 캐소드 영역을 겹쳐서 형성해야 하기 때문에, 양(兩) 반도체 영역의 위치 결정이 어렵고, 생산성의 점에서 문제가 있었다. 또, IGBT의 온시에는, 반도체 기판의 중앙 측의 셀 영역에 전류가 흐르지만, 반도체 장치의 오프시에 역방향 전류가 발생했을 때에도 이 역방향 전류가 반도체 기판의 중앙 측을 흐르기 때문에, 전류에 의해 발생하는 열이 반도체 기판의 중앙 측에 집중하고, 반도체 기판의 전기적인 특성이 열화될 우려가 있었다.
따라서, 본 발명은 다이오드를 내장한 IGBT를 적층하고, 종래부터 소형화되고, 동시에 생산도 용이한 스택트 멀티 구조의 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 전류에 의해 발생하는 열이 반도체 기판의 중앙 측에 집중하는 것을 방지한 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명의 반도체 장치는, 제1 반도체 소자(1)와, 제1 반도체 소자(1) 상에 적층되어 고착된 제2 반도체 소자(2)를 구비한다. 제1 반도체 소자(1) 및 제2 반도체 소자(2)의 각각은, 1. 제1 도전형(P)을 가지는 컬렉터 영역(15), 제1 도전형(P)과 반대의 제2 도전형(N)을 가지고, 컬렉터 영역(15)의 상면(15a)에 형성된 제1 베이스 영역(16), 제1 도전형(P)을 가지고 제1 베이스 영역(16)에 인접해 형성된 제2 베이스 영역(17), 제2 도전형(N)을 가지고 제2 베이스 영역(17)에 인접해 형성된 이미터 영역(18)을 구비하는 반도체 기체(31)와, 2. 절연체(9)를 통해 제2 베이스 영역(17)의 상면(17a)에 형성된 게이트 전극(25)과, 3. 제2 베이스 영역(17) 및 이미터 영역(18)의 상면(17a, 18a)에 형성된 이미터 전극(22)과, 4. 컬렉터 영역(15)의 하면(15b)에 형성된 컬렉터 전극(23)을 구비한다. 제1 베이스 영역(16)은, 반도체 기체(31)의 측면(31c)에 근접하는 주변부(26)를 가지고, 제1 반도체 소자(1) 및 제2 반도체 소자(2)는, 제1 도전형(P)을 가지고 제1 베이스 영역(16)의 주변부(26)에 인접하여 다이오드(21)를 형성하는 주변 베이스 영역(27)과 제1 베이스 영역(16)의 주변부(26)의 상면(26a)에 형성된 다이오드 전극(24)을 구비하여, 제1 반도체 소자(1) 및 제2 반도체 소자(2)의 다이오드 전극(24)과 컬렉터 전극(23)을 각각 전기적으로 접속한다.
제1 반도체 소자(1) 및 제2 반도체 소자(2)는, 접속되는 부하의 유도 성분에 따른 역기전력에 의해, 제1 반도체 소자(1) 및 제2 반도체 소자(2)의 이미터 전극(22)으로부터 컬렉터 전극(23)에 역방향으로 유기되는 역방향 전류(서지 전류)가 발생하지만, 제1 도전형(P)을 가지는 주변 베이스 영역(27)과 제2 도전형(N)을 가지는 제1 베이스 영역(16)의 주변부(26)에 의해 다이오드(21)를 형성해, 주변부(26)의 상면(26a)에 형성된 다이오드 전극(24)과 컬렉터 전극(23)을 전기적으로 접속함으로써, 역방향 전류를 주변 베이스 영역(27), 제1 베이스 영역(16)의 주변부(26) 및 다이오드 전극(24)을 통해 컬렉터 전극(23)에 흘릴 수 있다. 따라서, 반도체 장치에 외부 부착 다이오드를 접속할 필요가 없고, 반도체 장치를 소형으로 형성할 수 있다. 반도체 장치의 온시에는, 측면(31c)에서 이간한 반도체 기체(31)의 중앙 측에 전류가 흐르지만, 반도체 장치의 오프시에 역방향 전류가 발생했을 때, 역방향 전류가 반도체 기체(31)의 측면(31c)에 근접하여 흐르기 때문에, 전류에 의해 발생하는 열이 반도체 기체(31)의 중앙 측에 집중하여, 반도체 기체(31)의 전기적인 특성 열화를 방지할 수 있다. 또, 반도체 기체(31)의 측면(31c)에 근접하여 다이오드(21)가 형성되기 때문에, 다이오드(21)에 흐르는 역방향 전류에 의해 발생하는 열은, 반도체 기체(31)의 측면(31c)에서 양호하게 외부에 방출된다.
[발명의 효과]
본 발명에 의하면, 보다 소형화되면서 신뢰성이 높은 스택트 멀티 구조의 반도체 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 반도체 장치의 하나의 실시 형태를 나타낸 부분 확대 단면도이다.
도 2는 도 1의 전체도이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4는 도 3의 회로도이다.
도 5는 일반적인 MOSFET의 단면도이다.
도 6은 일반적인 IGBT의 단면도이다.
[부호의 설명]
1 : 반도체 소자(제1 IGBT) 2 : 제2 반도체 소자(제2 IGBT)
3 : 제3 반도체 소자(제3 IGBT)
4 : 제4 반도체 소자(제4 IGBT)
5 : 지지판 7 : 제1 반도체 소자 적층체
8 : 제2 반도체 소자 적층체 9 : 절연체(게이트 절연막)
10 : H형 브릿지 회로 13 : 제어 소자
15 : 컬렉터 영역 15a : 상면
15b : 하면 16 : 제1 베이스 영역
16a : 상면 17 : 제2 베이스 영역
17a : 상면 18 : 이미터 영역
18a : 상면 21 : 다이오드
22 : 이미터 전극 23 : 컬렉터 전극
24 : 다이오드 전극 25 : 게이트 전극
26 : 주변부 26a : 상면
27 : 주변 베이스 영역 31 : 반도체 기체(반도체 기판)
31c : 측면
이하, IGBT에 의해 H형 브릿지 회로를 구성한 본 발명에 의한 반도체 장치의 하나의 실시 형태를 도 1∼도 4에 대해 설명한다.
본 실시 형태의 반도체 장치는, 도 1∼도 3에 나타낸 바와 같이, 방열성을 가지는 동 또는 알루미늄 등의 금속제의 지지판(5)과 지지판(5)의 위에 순차적으로 적층되어 고착된 제1 반도체 소자로서의 제1 IGBT(절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터)(1) 및 제2 반도체 소자로서의 제2 IGBT(2)를 가지는 제1 반도체 소자 적층체(7)와, 지지판(5)의 위에 순차 적층되어 고착된 제3 반도체 소자로서의 제3 IGBT(3) 및 제4 반도체 소자로서의 제4 IGBT(4)를 가지는 제2 반도체 소자 적층체(8)와 제1 IGBT(1)로부터 제4 IGBT(4)까지의 스위칭 동작을 제어하는 제어 소자(13)를 구비하여 도 4에 나타낸 H형 브릿지 회로(10)를 구성한다.
제1 IGBT(1)∼제4 IGBT(4)의 상면 전극(이미터 전극 및 게이트 전극)과 제어 소자(13)의 상면 전극(제어 전극) 또는 지지판(5) 주위에 배치된 복수의 외부 리드(33)는, 와이어(리드 세선)(29)에 의해 접속된다. 제1 IGBT(1)의 이미터 전극(22)과 제2 IGBT(2)의 컬렉터 전극(23)의 접속점(A1)과, 제3 IGBT(3)의 이미터 전극(22)과 제4 IGBT(4)의 컬렉터 전극(23)의 접속점(A2) 사이에는, 교류 전류에 의해 구동되는 예를 들면 냉음극 형광방전관인 부하(6)가 접속된다. H형 브릿지 회로(10)를 구성하는 반도체 장치는 수지 봉지체(34)에 의해 피복되어 일체화되지만, 외부 리드(33)는 수지 봉지체(34)로부터 외부에 도출된다. 이 외부 리드(33)의 일부에 부하(6)가 접속된다.
제1 반도체 소자 적층체(7)를 구성하는 제1 IGBT(1) 및 제2 IGBT(2)의 한쪽 및 제2 반도체 소자 적층체(8)를 구성하는 제3 IGBT(3) 및 제4 IGBT(4)의 한쪽은, H형 브릿지 회로(10)의 하이(High) 사이드측 스위치를 구성하고, 제1 반도체 소자 적층체(7)를 구성하는 제1 IGBT(1) 및 제2 IGBT(2)의 다른 쪽 및 제2 반도체 소자 적층체(8)를 구성하는 제3 IGBT(3) 및 제4 IGBT(4)의 다른 쪽은, H형 브릿지 회로(10)의 로(low) 사이드측 스위치를 구성한다. 본 실시 형태에서는, 하이 사이드측의 제1 IGBT(1)와 제3 IGBT(3)의 위에, 로 사이드측의 제2 IGBT(2)와 제4 IGBT(4)가 고착되어 제1 및 제2 반도체 소자 적층체(7, 8)가 구성되고, 제1 반도체 소자 적층체(7)와 제2 반도체 소자 적층체(8) 사이에 설치되는 제어 소자(13)와 함께, 땜납, 납재(brazing filler metal) 또는 은 페이스트로부터 이루어지는 접착제(32)에 의해 단일 지지판(5) 상에 고착된다.
제2 IGBT(2) 및 제4 IGBT(4)는, 평면적으로 보아, 제1 IGBT(1) 및 제3 IGBT(3)의 상면(1a, 3a) 및 하면(1b, 3b)과 비교해 작은 면적의 상면(2a, 4a) 및 하면(2b, 4b)을 가진다. 제1 IGBT(1)∼제4 IGBT(4)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 기체로서의 실리콘 단결정 등으로부터 이루어지는 반도체 기판(31)을 구비하며, 각 반도체 기판(31)은, 제1 도전형으로서의 P형 도전형을 가지는 컬렉터 영 역(15)과, P형 도전형과 반대의 제2 도전형으로서의 N형 도전형을 가지고 컬렉터 영역(15)의 상면(15a)에 형성된 제1 베이스 영역(16)과, P형 도전형을 가지고 제1 베이스 영역(16)에 인접해 상면(16a) 측에 형성된 제2 베이스 영역(17)과, N형 도전형을 가지고 제2 베이스 영역(17)에 인접하여, 상면(17a) 측에 형성된 이미터 영역(18)을 구비한다.
또, 제1 IGBT(1)∼제4 IGBT(4)는, 절연체로서의 게이트 절연막(9)을 통해 제2 베이스 영역(17)의 상면(17a)에 형성된 게이트 전극(제어 전극)(25)과 제2 베이스 영역(17) 및 이미터 영역(18)의 상면(17a, 18a)에 형성된 이미터 전극(상면 전극)(22)과 컬렉터 영역(15)의 하면(15b)에 형성된 컬렉터 전극(저면 전극)(23)을 각각 구비한다. 이미터 영역(18)과 제1 베이스 영역(16) 사이에 끼워진 제2 베이스 영역(17)의 위에 게이트 절연막(9)을 통해 형성되는 게이트 전극(25)에 의해, 주지의 채널 영역이 형성된다.
제2 베이스 영역(17)은, 반도체 기판(31)의 평면 방향에 대해, 제1 베이스 영역(16) 내에 격자모양 또는 스트라이프 모양으로 병렬로 배치된다. 또, 이미터 영역(18)은, 제2 베이스 영역(17)의 가장자리에 따라 서로 대향하도록 배치된다. 또한, 게이트 전극(25)은, 이웃하는 제2 베이스 영역(17)에 걸치도록 제2 베이스 영역(17) 사이에 스트라이프 모양으로 형성된다. 이에 의해, 반도체 소자의 활성 영역의 최소 단위인 셀(30)이 형성된다. 제2 베이스 영역(17)은, 제1 베이스 영역(16) 내에 섬 모양으로 형성해도 된다. 도시하지 않지만, 반도체 기판(31)의 상면(31a)에는, 게이트 전극(25)과 전기적으로 접속하는 게이트 버스 라인이 반도체 기판(31)의 주위면을 따라 형성된다. 게이트 버스 라인은, 알루미늄 등의 도전성 금속에 의해 형성되어, 스트라이프 모양으로 형성된 게이트 전극(25)의 연장 부분을 피복하고, 게이트 전극(25)과 전기적으로 접속된다.
도전성의 접착제(32)에 의해, 제1 IGBT(1)의 이미터 전극(22)과 제2 IGBT(2)의 컬렉터 전극(23)이 전기적으로 접속되고, 제3 IGBT(3)의 이미터 전극(22)과 제4 IGBT(4)의 컬렉터 전극(23)이 전기적으로 접속된다. 게이트 절연막(9)은, 예를 들면 이산화 실리콘에 의해 형성되고, 게이트 절연막(9)의 상면에 예를 들면 폴리 실리콘으로부터 이루어지는 게이트 전극(25)이 형성된다. 또, 게이트 전극(25)의 주위에는, 게이트 전극(25)과 이미터 전극(22)을 전기적으로 절연하는 예를 들면 이산화 실리콘으로부터 이루어지는 층간 절연막(19)이 형성된다. 이미터 전극(22) 및 컬렉터 전극(23)은, 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄과 니켈을 적층한 적층체에 의해 형성된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 각 IGBT(1, 2, 3, 4)의 제1 베이스 영역(16)은, 반도체 기판(31)의 측면(31c)에 근접하는 주변부(26)를 가지고, 제1 베이스 영역(16)의 주변부(26)에 인접하여 형성된 P형 도전형을 가지는 주변 베이스 영역(27)에 의해, 반도체 기판(31)의 측면(31c)에 근접해 다이오드(21)가 형성된다. 도시하는 반도체 장치에서는, 제2 베이스 영역(17) 및 이미터 영역(18)이 반도체 기판(31)의 하나의 각을 형성하는 2개의 측면(31c)에서 이간해 소자 중앙 측에 형성되는데 대해, 제1 베이스 영역(16)의 주변부(26) 및 주변 베이스 영역(27)이 반도체 기판(31)의 2개의 측면(31c)으로 인접해 형성된다. 즉, 도 1에 나타낸 각 IGBT(1, 2, 3, 4)는, 반도체 기판(31)의 측면(31c) 측에 형성된 환상의 주변부(26)와, 이 주변부(26)에 둘러싸여 소자 중앙 측에 배치된 중앙부를 가지고, 주변부(26)에 다이오드(21)가 형성되고 중앙부에 셀(30)이 형성된다. 주변 베이스 영역(27)은, 반도체 기판(31)의 상면(31a)에 붕소 등의 불순물을 확산하여, 제2 베이스 영역(17)과 함께 형성할 수 있다. 따라서, 제조 코스트를 증가하지 않고, 기존과 동일한 제조 공정에 의해 주변 베이스 영역(27)을 형성할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 제2 베이스 영역(17)에 대향하는 측의 주변 베이스 영역(27) 내에 이미터 영역(18)이 형성되어 있지만, 주변 베이스 영역(27) 내에는 이미터 영역(18)이 형성되지 않아도 된다.
제1 베이스 영역(16)의 주변부(26)의 상면(26a)에 형성된 다이오드 전극(24)을 구비한다. 도시하는 반도체 장치에서는, 게이트 전극(25) 및 이미터 전극(22)이 반도체 기판(31)의 2개 측면(31c)에서 이간하여 형성되는데 대해, 다이오드 전극(24)이 반도체 기판(31)의 2개의 측면(31c)에 인접하여 형성된다. 다이오드 전극(24)과 이미터 전극(22) 사이에는, 간격(20)이 형성되어 다이오드 전극(24)과 이미터 전극(22)을 전기적으로 분리한다. 다이오드 전극(24)과 이미터 전극(22)의 절연성을 향상시키기 위해, 다이오드 전극(24)과 이미터 전극(22) 사이에 이산화 실리콘으로부터 이루어지는 도시하지 않는 절연막을 형성해도 된다. 절연막은, 층간 절연막(19)을 형성하는 공정시에, 층간 절연막(19)과 함께 형성할 수 있다. 다이오드 전극(24)은, 예를 들면 와이어(28)를 형성하는 알루미늄과 접착성이 높은 동일한 알루미늄 또는 실리콘 함유 알루미늄에 의해 형성된다. 또, 다이오드 전 극(24)은, 평탄하게 형성된 상면(24a)을 가지고, 주지의 와이어 본딩법에 의해, 동일하게 상면이 평탄하게 형성된 지지판(5) 또는 외부 리드(33)와 와이어(28)에 의해 결선된다. 다이오드 전극(24)과 외부 리드(33)를 와이어(28)에 의해 결선하는 공정은, 제1 IGBT(1)∼제4 IGBT(4)의 상면 전극과 제어 소자(13)의 상면 전극 또는 외부 리드(33)를 와이어(29)에 의해 결선하는 공정과 동일 공정에 의해 행할 수 있기 때문에, 제조 코스트가 증가하지 않고, 기존과 동일한 제조 공정에 의해 반도체 장치를 제조할 수 있다.
제1 IGBT(1)∼제4 IGBT(4)의 다이오드 전극(24)과 컬렉터 전극(23)은, 각각 전기적으로 접속되고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 각 IGBT(1, 2, 3, 4)의 이미터와 컬렉터 사이에는 다이오드가 병렬 접속된다. 하이 사이드 측 스위치를 구성하는 제1 IGBT(1) 및 제3 IGBT(3)는, 양측 단자에 접속된 외부 리드(33)와 다이오드 전극(24)을 와이어(28)로 접속함으로써, 양측 단자에 접속된 다른 외부 리드(33) 및 지지판(5)을 통해 다이오드 전극(24)과 컬렉터 전극(23)이 전기적으로 접속된다. 로 사이드측 스위치를 구성하는 제2 IGBT(2) 및 제4 IGBT(4)는, 접속점(A1, A2)에 접속된 외부 리드(33)와 다이오드 전극(24)을 와이어(28)로 접속함으로써, 접속점(A1, A2)에 접속된 다른 외부 리드(33) 및 와이어(29)를 통해 다이오드 전극(24)과 컬렉터 전극(23)이 전기적으로 접속된다.
제1 IGBT(1)∼제4 IGBT(4)에는, H형 브릿지 회로(10)에 접속되는 부하(6)의 유도 성분에 의한 역기전력에 의해, 각 IGBT(1, 2, 3, 4)의 이미터 전극(22)으로부 터 컬렉터 전극(23)에 역방향으로 유기되는 역방향 전류(서지 전류)가 발생하지만, P형 도전형을 가지는 주변 베이스 영역(27)과 N형 도전형을 가지는 제1 베이스 영역(16)의 주변부(26)에 의해 다이오드(21)를 형성하여, 주변부(26)의 상면(26a)에 형성된 다이오드 전극(24)과 컬렉터 전극(23)을 전기적으로 접속함으로써, 역방향 전류를 주변 베이스 영역(27), 제1 베이스 영역(16)의 주변부(26) 및 다이오드 전극(24)을 통해 컬렉터 전극(23)에 흘릴 수 있다. 따라서, 반도체 장치에 외부 부착 다이오드를 접속할 필요가 없이, H형 브릿지 회로(10)를 구성하는 반도체 장치를 소형으로 형성할 수 있다.
H형 브릿지 회로(10)를 작동할 때에, 제어 소자(13)에 의해, 제1 IGBT(1) 및 제4 IGBT(4)와 제2 IGBT(2) 및 제3 IGBT(3)를 교대로 온·오프 동작시켜, 스위칭 작동시킴으로써, 접속점(A1)과(A2) 사이에 교대로 역방향의 전류(I1, I2)를 흘려, 부하(6)를 작동시킬 수 있다. 제1 IGBT(1) 및 제4 IGBT(4)가 온일 때, 제2 IGBT(2) 및 제3 IGBT(3)가 오프가 되고, 부하(6)에 한 방향의 전류(I1)가 흐르고, 그 후, 제1 IGBT(1) 및 제4 IGBT(4)가 오프로 전환되고 제2 IGBT(2) 및 제3 IGBT(3)가 온으로 전환되면, 부하(6)에 다른 방향의 전류(I2)가 흐르고, 부하(6)가 교류 전류에 의해 작동된다. 한 방향의 전류(I1)는, 제1 IGBT(1), 제4 IGBT(4) 및 지지판(5)으로 흐르고, 다른 방향의 전류(I2)는, 제2 IGBT(2), 제3 IGBT(3) 및 지지판(5)으로 흐른다.
이와 같이, 제1 IGBT(1)로부터 제4 IGBT(4)까지의 스위칭 동작을 행하여, 직류 전압원을 사용하고, 접속점(A1)과(A2) 사이에 접속된 냉음극 형광 방전관을 점등시킬 수 있다. 반도체 장치의 온시에는, 측면(31c)에서 이간한 반도체 기판(31)의 중앙 측에 전류가 흐르지만, 반도체 장치의 오프시에 역방향 전류가 발생했을 때는 역방향 전류가 반도체 기판(31)의 측면(31c)에 근접하여 흐른다. 이 때문에, 온 전류가 흐르는 전류 통로와 서지 전류가 흐르는 전류 통로를 분리할 수 있고, 전류에 의해 발생하는 열이 반도체 기판(31)의 중앙 측으로 집중하여, 반도체 기판(31)의 전기적인 특성이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 또, 반도체 기판(31)의 측면(31c)에 근접해 다이오드(21)가 형성되기 때문에, 다이오드(21)에 흐르는 역방향 전류에 의해 발생하는 열은, 반도체 기판(31)의 측면(31c)에서 양호하게 외부에 방출된다. 도시하는 H형 브릿지 회로(10)에서는, 제1 IGBT(1) 및 제4 IGBT(4)가 온 되고, 제2 IGBT(2) 및 제3 IGBT(3)가 오프 되었을 때, 제1 IGBT(1) 및 제4 IGBT(4)를 구성하는 반도체 기판(31)의 중앙 측에 전류가 흐른다. 다음으로, 제2 IGBT(2) 및 제3 IGBT(3)가 온 되고, 제1 IGBT(1) 및 제4 IGBT(4)가 오프 되었을 때, 제1 IGBT(1) 및 제4 IGBT(4)에 역방향 전압이 인가된다. 이 역방향 전압에 근거하는 서지 전류는 제1 IGBT(1) 및 제4 IGBT(4)를 구성하는 반도체 기판(31)에 내장된 다이오드(21)를 바이패스하여 흐르지만, 이 전류는 상술한 바와 같이 반도체 기판(31)의 측면(31c)에 근접해 흐른다.
본 발명의 실시 형태는, 상기 실시 형태로 한정되지 않고, 여러 가지의 변경 이 가능하다. 예를 들면, 도 1에 나타낸 반도체 장치에서는, 주변 베이스 영역(27)을 반도체 기판(31)의 각부에 형성했지만, 각부로부터 이간한 측면(31c) 근방에 형성해도 된다.
본 발명은, 복수의 반도체 소자를 적중(積重)하여 형성된 반도체 장치, 냉음극 형광 방전관의 구동장치에 사용되는 H 브릿지 회로(풀 브릿지 회로) 등을 구성하는 반도체 장치에 양호하게 적용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 제1 반도체 소자와 상기 제1 반도체 소자상에 적층된 제2 반도체 소자를 구비하며,
    상기 제1 반도체 소자 및 제2 반도체 소자의 각각은,
    제1 도전형을 가지는 컬렉터 영역, 제1 도전형과는 반대의 제2 도전형을 가지고 또한 상기 컬렉터 영역의 상면에 형성된 제1 베이스 영역, 제1 도전형을 가지고 또한 상기 제1 베이스 영역에 인접해 형성된 제2 베이스 영역, 제2 도전형을 가지고 또한 상기 제2 베이스 영역에 인접해 형성된 이미터 영역을 구비하는 반도체 기체와,
    절연체를 통해 상기 제2 베이스 영역의 상면에 형성된 게이트 전극과,
    상기 제2 베이스 영역 및 이미터 영역의 상면에 형성된 이미터 전극과,
    상기 컬렉터 영역의 하면에 형성된 컬렉터 전극을 구비한 반도체 장치에 있어서,
    상기 제1 베이스 영역은, 상기 반도체 기체의 측면에 근접하는 주변부를 가지고,
    상기 제1 반도체 소자 및 제2 반도체 소자는, 제1 도전형을 가지고 또한 상기 제1 베이스 영역의 주변부에 인접해 다이오드를 형성하는 주변 베이스 영역과, 상기 제1 베이스 영역의 주변부의 상면에 형성된 다이오드 전극을 구비하며,
    상기 제1 반도체 소자 및 제2 반도체 소자의 상기 다이오드 전극과 상기 컬 렉터 전극을 각각 전기적으로 접속한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 반도체 소자의 이미터 전극과, 상기 제2 반도체 소자의 컬렉터 전극은, 각각 전기적으로 접속되고,
    상기 제1 반도체 소자와 상기 제2 반도체 소자는, 교대로 스위칭 동작되는, 반도체 장치.
  3. 방열성을 가지는 지지판과, 상기 지지판상에 순차적으로 적층되어 고착된 제1 반도체 소자 및 제2 반도체 소자를 가지는 제1 반도체 소자 적층체와, 상기 지지판상에 순차적으로 적층되어 고착된 제3 반도체 소자 및 제4 반도체 소자를 가지는 제2 반도체 소자 적층체와, 상기 제1 반도체 소자로부터 상기 제4 반도체 소자까지의 스위칭 동작을 제어하는 제어 소자를 구비하며,
    상기 제1 반도체 소자∼제4 반도체 소자는,
    제1 도전형을 가지는 컬렉터 영역, 제1 도전형과는 반대의 제2 도전형을 가지고 또한 상기 컬렉터 영역의 상면에 형성된 제1 베이스 영역, 제1 도전형을 가지고 또한 상기 제1 베이스 영역에 인접해 형성된 제2 베이스 영역, 제2 도전형을 가지고 또한 상기 제2 베이스 영역에 인접해 형성된 이미터 영역을 구비하는 반도체 기체와,
    절연체를 통해 상기 제2 베이스 영역의 상면에 형성된 게이트 전극과,
    상기 제2 베이스 영역 및 이미터 영역의 상면에 형성된 이미터 전극과,
    상기 컬렉터 영역의 하면에 형성된 컬렉터 전극을 구비하는 반도체 장치에 있어서,
    상기 제1 베이스 영역은, 상기 반도체 기체의 측면에 근접하는 주변부를 가지고,
    상기 제1 반도체 소자∼제4 반도체 소자는, 제1 도전형을 가지고 또한 상기 제1 베이스 영역의 주변부에 인접해 다이오드를 형성하는 주변 베이스 영역과, 상기 제1 베이스 영역의 주변부의 상면에 형성된 다이오드 전극을 구비하며,
    상기 제1 반도체 소자∼제4 반도체 소자의 상기 다이오드 전극과 상기 컬렉터 전극을 각각 전기적으로 접속한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 반도체 소자의 이미터 전극과, 상기 제2 반도체 소자의 컬렉터 전극은 전기적으로 접속되고,
    상기 제3 반도체 소자의 이미터 전극과, 상기 제4 반도체 소자의 컬렉터 전극은 전기적으로 접속되며,
    상기 제1 반도체 소자 및 제4 반도체 소자와 상기 제2 반도체 소자 및 제3 반도체 소자는, 교대로 스위칭 동작되는, 반도체 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 반도체 소자 적층체의 제1 반도체 소자 및 제2 반도체 소자와, 상기 제2 반도체 소자 적층체의 제3 반도체 소자 및 제4 반도체 소자와, H형 브릿지 회로를 구성하고,
    상기 제1 반도체 소자 적층체를 구성하는 상기 제1 반도체 소자 및 제2 반도체 소자의 한쪽 및 상기 제2 반도체 소자 적층체를 구성하는 상기 제3 반도체 소자 및 제4 반도체 소자의 한쪽은, 상기 H형 브릿지 회로의 하이 사이드 측 스위치를 구성하며,
    상기 제1 반도체 소자 적층체를 구성하는 상기 제1 반도체 소자 및 제2 반도체 소자의 다른 쪽 및 상기 제2 반도체 소자 적층체를 구성하는 상기 제3 반도체 소자 및 제4 반도체 소자의 다른 쪽은, 상기 H형 브릿지 회로의 로 사이드 측 스위치를 구성하는, 반도체 장치.
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