JPH01217930A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体基体の一方の主表面が第１の表面部分と
それより突出した複数の第２の表面部分とからなり、第
１及び第２の表面部分に異なる電極が設けられるタイプ
の半導体装置に関する。

〔従来の技術〕

ゲートターンオフサイリスタ（以下ＧＴＯサイリスタと
称す）は、半導体基体の一方の主表面に多数個に分割さ
れたカソード電極とそれらを包囲するように配置された
ゲート電極とを具備している。このような半導体装置に
おいては、カソード端子及びゲート端子の引出しを容易
にするために、半導体基体の一方の主表面を第１の表面
部分とそれより突出する複数の第２の表面部分とから構
成し、第１の表面部分にゲート電極を第２の表面部分に
カソード電極を設けることが行われている。

大電流をスイッチングする電力用半導体装置においては
、熱膨張係数の相異に基づく不都合の除去及び放熱効果
の向上を図るために、両生表面に所望の電極を形成した
半導体基体を一対のブロック状電極間に加圧接触状態に
支持する構成が採られる。

一方、周知のように半導体基体は脆弱な材料からなって
いるため製造中、輸送中または使用中に破損のおそれが
あることから、半導体基体の一面にそれと熱膨張係数が
近似したモリブデンまたはタングステンからなる緩衝板
を接着することが行われている。半導体基板に緩衝板を
接着した半導体サブアセンブリは、緩衝板の熱膨張係数
が半導体基体に近似しているといっても相違しているこ
とに変りはなく、電極材料であるアルミニウムで接着し
た場合には相当の湾曲が生じる。湾曲している半導体サ
ブアセンブリを一対のブロック状電極間に配置すると、
半導体サブアセンブリとブロック状電極との接触が部分
的となる。ＧＴＯサイリスタのように一方の主電極が多
数個に分割されている場合に部分接触が生じると、半導
体基体のうち主電極が接触していない領域ではＧＴ○サ
イリスタとして動作せず主電極が接触している領域に電
流集中が生じ、所望のターンオフ特性が得られないとい
う不都合にとどまらず装置が熱的に破損するという致命
的な事故を招くおそれがある。

このような問題を解決する方法として、多数個に分割さ
れた主電極に金属板を接着することが特開昭６２−３９
０６６号公報に記載されている。この構成によれば、主
電極相互が金属板で連結されているため、上述のような
部分接触の発生は未然に防止することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来技術においては、分割された主電極相互を金
属板で連結する際に主電極を構成する金属が溶融して第
１の表面部分側に流れ、主電極とゲート電極とが短絡す
るという不都合がある。溶融した金属がゲート電極に到
達しなくても、ゲート電極が接触している中間層上に酸
化膜を介して延びれば、酸化膜のピンホールを通して上
述と同様の短絡が生じる。これを防止するためにはピン
ホールのない有機の絶縁膜でゲート電極及びゲート電極
が接触している中間層表面を被覆すればよいが、主電極
を金属板に溶融接着する温度に耐える有機の絶縁膜が存
在せず、上述の不都合を除去することが困難であった。

本発明の目的は、上述の不都合を除去した改良された半
導体装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、複数個に分割された主電極に接着する金属
板の少なくとも主電極に対向する個所Ｉこ溶融した主電
極の流れを防止する手段を設ける二戸によって達成され
る。流れを防止する手段としては、金属板に複数の小孔
または溝を設けるのが好ましい。そして小孔または溝は
金属板の全面に設けてもよい。ここで使用される金属板
は主電極と同等またはそれ以上の厚さを有するものとす
る。

また、金属板としては、タングステン、モリブデン、銀
、アルミニウム、アルミニウム・シリコン合金等が使用
でき、主電極より融点が高いという条件で選定される。

〔作用〕

小孔または溝を設けた金属板を主電極に融着すれば、溶
融した主電極を構成する金属のうちこれまで制御電極側
へ流出していた余分の金属は小孔または溝へ流出して制
御電極側へは流出しなくなり、主電極と制御電極の短絡
を未然に防止できる。

〔実施例〕

以下本発明を実施例として示した図面により詳細に説明
する。

第１図、第２図及び第３図は本発明の第１の実施例を示
す。図において、１はＧＴＯサイリスタの主要部をなす
円板状の半導体基体で、一対の主表面１１．１２と主表
面間に配置された交互に導電型の異なるｎエミッタ層ｎ
ＥｙＰベース層Ｐａｔｎベース層ｎＢ及びｐエミッタ層
ｐＥの連続した４層を具備している。一方の主表面１１
は第１の表面部分１１１とそれより突出し第１の表面部
分１１１によって包囲された多数個の第２の表面部分１
１２からなり、第２の表面部分１１２にはｎエミッタ層
ｎＥが分割されて露出し、第１の表面部分１１１にはｐ
ベース層ＰＲが露出している。

また、第２の表面部分１１２は、それぞれストライプ形
状を有し、例えば３個の同心リングを構成するように放
射状に配置されている。２は第２の表面部分１１２にお
いてｎエミッタ層ｎＥに低抵抗接触したカソード電極と
なる一方の主電極、３は他方の主表面１２においてｐエ
ミッタ層ＰＥに低抵抗接触したアノード電極となる他方
の主電極、４は第１の表面部分１１３において第２の表
面部分１１２を包囲するようにｐベース層ｐＢに抵抗接
触した制御電極、５は第１の表面部分１１１及び第２の
表面部分１１２の残余の部分並びに両表面部分を連結す
る部分を被覆するシリコン酸化膜である。６は他方の主
表面１２に他方の主電極３により接着された半導体基体
１に近似した熱膨張係数を有する緩衝板、７は第２の表
面部分１１２に一方の主電極２により接着された金属板
で、第２の表面部分１１２に対向する個所に多数個の小
孔７１が形成されている。金属板７の厚さは緩衝板６の
それより相当薄くされたものが使用される。

８は一対のブロック状電極８１，８２、絶縁筒８３及び
ブロック状電極８１．８２と絶縁筒８３とを連結するフ
ランジ金具８４．８５からなるパッケージで、半導体基
体１．電極２，３，４．緩衝板６及び金属板７からなる
半導体サブアセンブリが一対のブロック状電極８１．８
２間に加圧接触状態に支持している。９は制御電極４に
接触しパッケージ８外に引出すリード、１０は半導体サ
ブアセンブリを他方のブロック状電極８２に係止する絶
縁リングである。

この実施例では、土竜Ｗ４２，３は１５μｍの厚さを有
するアルミニウムが、金属板７は１００μｍ口の小孔が
１００μｍ間隔で形成された厚さ２００μｍのタングス
テン板が使用されている。

金属板７の小孔７１はホトレジスト膜をマスクにして弗
酸と硝酸の混合液に減速剤としての燐酸を加えたエツチ
ング液により選択エツチングすることにより形成するこ
とができる。そして、半導体サブアセンブリは、（１）
半導体基体にｎＥ”ｐＲ・ｎＢ”ｐＥの４層構造を形成
する。（２）一方の主表面１１に選択エツチングにより
第１の表面部分１１１及び第２の表面部分１１２を形成
する。

（３）主電極２，３及び制御電極４をアルミニウムの蒸
着で形成する、（４）半導体基体の両側に緩衝板６及び
金属板７をあてがい、所定の圧力を加えた状態で６００
℃で加熱する、工程で製造される。

この実施例によれば、主電極と制御電極との短絡を招く
ことなく主電極と金属板とを接着することができ、本発
明の目的を達成することができる。

更に、この実施例では金属板の第２の表面部分に対向す
る個所毎に複数の小孔を形成し、他の個所には形成して
いないため、金属板の横方向抵抗の増加がなく、半導体
サブアセンブリの湾曲によって金属板とブロック状電極
との接触が部分接触になってもＧＴＯサイリスタのオン
電流及びターンオフゲインの不均一となるおそれが一切
なくなる効果がある。

第４図は本発明の第２の実施例で、第１の実施例とは金
属板７の小孔７１の設は方の点が相違している。第１の
実施例では第２の表面部分に対向する個所に設けたが、
この実施例では第２の表面部分の同心リングと一致する
同心リング状に設けられている。この実施例のように小
孔を形成すれば、半導体基体と金属板との位置合わせが
容易になる点で第１の実施例より優れている。

第５図は本発明の第３の実施例で、第１の実施例とは小
孔７１の代りに溝７２を設けた点で相違している。小孔
７１は金属板７を貫通するように形成されるが、溝７２
は金属板７を貫通せず面方向に延びて形成される。溝７
２は１つの第２の表面部分に対向するものは連続して形
成されている。

溝を設ける場合には余分の溶融した主電極金属の収納が
容易となり、第１の表面部分への主電極金属の流出を確
実に除去することができる。この実施例においても第２
の実施例のように同心リング状に溝を形成することが可
能である。

第６図は本発明の第４の実施例で、第１の実施例とは金
属板７が銀である点及び金属板７とブロック状電極８１
との間に半導体基体１に近似した熱膨張係数を有する緩
衝板６１を介在させた点で相違している。この実施例で
は金属板に銀を使用しているため、主電極に接着する場
合に主電極に対する濡れ性が良く、本発明を達成する上
で効果が大である。この実施例においても、金属板を第
２及び第３の実施例のように形成することが出来る。

以上は本発明の実施例を図面を用いて説明したが、本発
明はこれに限定されることなく種々の変形が可能で、代
表的変形例は次の通りである。

（１）金属板の全面に小孔又は溝を形成したもの。

（２）金属板に小孔と溝の双方を形成したもの。

（３）金属板に形成する溝が、格子状又は同心円状をな
しているもの。

（４）多数個の第２の表面部分が極く一部において相互
に連結されているもの。

（５）半導体装置がバイポーラトランジスタ、高周波サ
イリスタ、静電誘導サイリスタであるもの。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体装置の主電極に金属板を融着す
る場合に溶融した主電極が制御電極側へ流出するおそれ
がなくなり、主電極と制御電極の短絡を防止できる効果
がある。これにより、半導体サブアセンブリが熱膨張係
数の差異に基づいて多少変曲してブロック状電極との接
触が部分接触になっても、オン電流の分布及びタンオフ
ゲインが半導体基体の全面で略均−にできる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明半導体装置の一実施例の縦断面図、第２
図は第１図の一部の拡大断面図、第３図は第１図の金属
板の一部拡大図、第４図及び第５図は本発明に使用する
金属板の他の実施例を示す部分平面図、第６図は本発明
の更に他の実施例を示す部分拡大断面図である。 １・・・半導体基体、２・・・一方の主電極、３・・・
他方の主電極、４・・・制御電極、７・・・金属板、７
１・・・小孔、乎　２　口 不　乙　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の主表面間に交互に導電型の異なる複数の半導
   体層を有し、一方の主表面が第１の表面部分とそれより
   突出しそれぞれ第１の表面部分により包囲された複数の
   第２の表面部分とからなり、第２の表面部分には一方の
   外側層が露出し第１の表面部分には一方の外側層に隣接
   する中間層が露出してなる半導体基体と、半導体基体の
   第２の表面部分において一方の外側層に低抵抗接触した
   複数の一方の主電極と、半導体基体の第１の表面部分に
   おいて第２の表面部分を包囲し中間層に抵抗接触した制
   御電極と、半導体基体の他方の主表面において他方の外
   側層に低抵抗接触した他方の主電極と、半導体基体の他
   方の主表面側に他方の主電極によつて接着された半導体
   基体に近似した熱膨張係数を持つ他方の緩衝板と、半導
   体基体の第２の表面部分に一方の主電極によつて接着さ
   れ、少なくとも第２の表面部分に対向する個所に接着時
   において溶融した一方の主電極が第１の表面部分に流れ
   るのを防止する手段が設けられている金属板と、を具備
   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、上記金属板の少な
   くとも上記第２の表面部分に対向する個所に複数の貫通
   孔を設けた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、上記金属板の少な
   くとも上記第２の表面部分に対向する個所に複数の溝を
   設けたことを特徴とする半導体装置。 ４、円形状の一対の主表面間に交互に導電型の異なる少
   なくとも３個の半導体層を有し、一方の主表面が第１の
   表面部分とそれより突出しそれぞれ第１の表面部分によ
   り包囲された複数の第２の表面部分とからなり、第２の
   表面部分には一方の外側層が露出し第１の表面部分には
   一方の外側層に隣接する中間層が露出してなる円板状の
   半導体基体と、 半導体基体の第２の表面部分において一方の外側層に低
   抵抗接触した複数の一方の主電極と、半導体基体の第１
   の表面部分において第２の表面部分を包囲し中間層に抵
   抗接触した制御電極と、 半導体基体の他方の主表面において他方の外側層に低抵
   抗接触した他方の主電極と、 半導体基体の他方の主表面側に他方の主電極によつて接
   触され半導体基体に近似した熱膨張係数を持つ他方の主
   表面と略同形状の他方の緩衝板と、 半導体基体の第２の表面部分に一方の主電極によつて接
   着され、少なくとも第２の表面部分に対向する個所に接
   着時において溶融した一方の主電極が第１の表面部分に
   流れるのを防止する手段が設けられている金属板と、を
   具備する半導体サブアセンブリが一対のブロック状電極
   間に加圧接触状態に保持され、その外周縁側はブロック
   状電極に気密に固着された絶縁筒により包囲されている
   ことを特徴とする半導体装置。 ５、特許請求の範囲第４項において、上記金属板の少な
   くとも上記第２の表面部分に対向する個所に複数の貫通
   孔を設けたことを特徴とする半導体装置。 ６、特許請求の範囲第４項において、上記金属板の少な
   くとも上記第２の表面部分に対向する個所に複数の溝を
   設けたことを特徴とする半導体装置。 ７、特許請求の範囲第４項において、上記一方及び他方
   の主電極がアルミニウムからなり、上記緩衝板及び上記
   金属板がタングステン及びモリブデンから選ばれた材料
   からなつていることを特徴とする半導体装置。 ８、一対の主表面間に交互に導電型の異なる少なくとも
   ３個の半導体層を有し、一方の主表面が第１の表面部分
   とそれより突出しそれぞれ第１の表面部分により包囲さ
   れた複数の第２の表面部分とからなり、第２の表面部分
   には一方の外側層が露出し第１の表面部分には一方の外
   側層に隣接する中間層が露出してなる半導体基体と、半
   導体基体の第２の表面部分において一方の外側層に低抵
   抗接触した複数の一方の主電極と、半導体基体の第１の
   表面部分において第２の表面部分を包囲し中間層に抵抗
   接触した制御電極と、 半導体基体の他方の主表面において他方の外側層に低抵
   抗接触した他方の主電極と、 半導体基体の他方の主表面側に他方の主電極によつて接
   着された半導体基体に近似した熱膨張係数をもつ他方の
   緩衝板と、 半導体基体の第２の表面部分に一方の主電極によつて接
   着された金属板とを具備し、一方の主電極が厚さの大き
   い部分と小さい部分とを有することを特徴とする半導体
   装置。