JPH0573941U - バイポーラ型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧接構造を採用できるようにして、全体の電
流バランスを向上でき、電流容量を増大できるようにす
る。 【構成】 半導体チップ１のベース電極８は１層にまた
エミッタ電極７，１１は２層に形成する。層間絶縁膜１
０によってベース電極８と絶縁分離される２層目のエミ
ッタ電極１１は、１層目のエミッタ電極７及びベース電
極８が設置された半導体チップ１の上部の略全域に一面
に設置されるから圧接構造が採用できる。このため、エ
ミッタ電流を２層目のエミッタ電極１１全体から均一に
引き抜くことができるから、電流バランスが悪くなるこ
とはなく、素子の電流容量を増大させることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、大電力用のバイポーラ型半導体装置に係り、特には、半導体チップ 表面のベース電極を１層にまたエミッタ電極を２層に形成して絶縁分離すること によって、圧接構造を採用できるようにしたバイポーラ型半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図２(a) は、従来から用いられているバイポーラトランジスタの電極の配置パ ターンを示す平面図であり、図２(b) は、図２(a) におけるＢ−Ｂ断面における 内部構造を示す断面図である。

【０００３】 同図において、半導体チップ２１の基板２２上には例えばエピタキシャル領域 ２３が形成され、該エピタキシャル領域２３の上部には所定の深度でベース領域 ２４が設けられている。また、ベース領域２４の表面部には所定の深度でエミッ タ領域２５が形成されている。上記の基板２２及びエピタキシャル領域２３は、 コレクタ領域となっている。

【０００４】 そして、各種半導体領域が形成された半導体チップ２１の上面部には、例えば エッチングにより形成されたベースコンタクトホール２４ａ及びエミッタコンタ クトホール２５ａを有する所定の膜厚のフィールド酸化膜２６が設置されている 。

【０００５】 さらに、フィールド酸化膜２６の上部には、互いに入り組ませられた形状の所 謂くし型構造のエミッタ電極２７及びベース電極２８が、エミッタコンタクトホ ール２５ａ及びベースコンタクトホール２４ａを介して各々エミッタ領域２５及 びベース領域２４と導通されて設置されている。

【０００６】 また、エミッタ電極２７及びベース電極２８の上部には、ワイヤ引き出し用の 各々エミッタボンディングパッド２７ｂ及びベースボンディングパッド２８ｂが 設けられ、基板２２の下面にはその全面にコレクタ電極２９が設けられている。

【０００７】 一般に、拡散型トランジスタの電流容量は、エミッタ面積を大きくするよりも エミッタの周辺長を長くすることにより大きくなる。従って、大電力用トランジ スタのように大電流容量を要するものは、上記のようにエミッタ電極２７とベー ス電極２８の形状をくし型とし、実効的にエミッタ周辺長を長くして電流容量を 増大させて装置の耐圧の向上が図られている。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上記従来構成のバイポーラトランジスタは、ベース電極２８とエミ ミッタ電極２７とが同一平面上にあるために、圧接構造を採用することができな かったので、くし型構造が採用されてきたのである。

【０００９】 ここで、圧接構造とは、接合で発生する熱を有効に放熱するため、半導体チッ プの上・下を例えばモリブデン（Ｍｏ）板で挟んだ上で、熱伝導及び電気伝導の 良い金属（例えば、銅）底板に上方からバネを介して締め付けることによって、 加圧接触させるような構造である。

【００１０】 これは、ハンダ付け組立の場合と違い機械的に自由なため、半導体チップと金 属底板の材質の綿膨張率の違いによる断続負荷におけるハンダ材の疲労等の不都 合は生じない。

【００１１】 しかしながら、図２に示すトランジスタは、ベース電極２８とエミッタ電極２ ７が同一平面上にあるから、上方より例えばモリブデン板を接触させると短絡し てしまうため、上記のような圧接構造を採用することはできなかった。

【００１２】 また、上記従来構成のトランジスタにおいては、エミッタ電極抵抗Ｒ_E （図２ (a) 参照）による電圧降下の影響があった。 即ち、くし型構造を採用しているため、エミッタボンディングパッド２７ｂと エミッタ電極２７の先端部２７ｃとが離れており、トランジスタのオン時にエミ ッタ領域２５に大電流を流すと、エミッタ電極抵抗Ｒ_E によりエミッタ電極先端 部２７ｃとエミッタボンディングパッド２７ｂ間に電圧降下を生ずる。従って、 電流密度が不均一となって電流バランスが悪くなってしまい、素子面積を大きく しても電流容量が増加しないという問題があった。

【００１３】 また、ターンオフ時には、例えばベースボンディングパッド２８ｂに近いエミ ッタ電極先端部２７ｃからスイッチオフ状態となり、最終的にエミッタボンディ ングパッド２７ｂに近い部分に電流が残ってしまう。この場合、エミッタ−ベー ス間は逆バイアスされているから主電流路が狭まるピンチインが発生し、最終的 にスイッチオフする一点に電流集中が起こり、素子破壊につながり易いというよ うな問題もあった。

【００１４】 尚、上記問題は、バイポーラトランジスタに限られず、バイポーラモードの接 合型電界効果トランジスタ等を含む各種バイポーラ型トランジスタにおいて生じ ていたのである。

【００１５】 本考案の課題は、圧接構造を採用できるようにして、素子面積を大きくしても 全体の電流バランスが向上され、また一点への電流集中がなくなり電流容量を増 大できるようにすることである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、半導体チップの表面部にベース領域と該ベース領域中に配設される エミッタ領域とを有するバイポーラ型半導体装置において、前記ベース領域上の 前記エミッタ領域の周囲にベース電極が配設されるとともに該エミッタ領域上に １層目のエミッタ電極が配設され、前記ベース電極を覆って設置された絶縁膜を 介して該ベース電極及び前記１層目のエミッタ電極の上方領域全面に２層目のエ ミッタ電極が配設され、圧接構造が採用されることを特徴とする。

【００１７】

【作用】

半導体チップの表面電極は、ベース電極が１層にまたエミッタ電極は２層に形 成され、さらに絶縁膜によってベース電極と絶縁分離される２層目のエミッタ電 極は半導体チップの上面の略全域に一面に形成されるから圧接構造が採用できる 。

【００１８】 このことから、エミッタ電流を２層目のエミッタ電極上面全体から引き抜くこ とができるようになり、エミッタ電極抵抗による電圧降下の影響はなくなる。従 って、素子面積を大きくしても電流密度が不均一とはならず、全体の電流バラン スが向上される。また、一点への電流集中が起こらないから素子破壊の危険性も 少なくなり、電流容量の増大が可能となる。

【００１９】

【実施例】

以下、本考案の一実施例について、図面を参照しながら説明する。 図１(a) は、本考案の一実施例のバイポーラトランジスタの電極の配置パター ンを示す平面図であり、図１(b) は、図１(a) におけるＡ−Ａ断面図である。

【００２０】 同図において、従来と同様に半導体チップ１の基板２上には例えばエピタキシ ャル領域３が形成され、該エピタキシャル領域３の上部には所定の深度でベース 領域４が設けられている。また、ベース領域４の表面部には複数のエミッタ領域 ５が所定の深度で形成されている。上記の基板２及びエピタキシャル領域３は、 コレクタ領域となっている。

【００２１】 そして、各種半導体領域が形成された半導体チップ１の上面部には、例えばエ ッチングにより形成されたベースコンタクトホール４ａ及びエミッタコンタクト ホール５ａを有する所定の膜厚のフィールド酸化膜６が設置されている。

【００２２】 さらに、フィールド酸化膜６の上部には、１層目のエミッタ電極７及びベース 電極８が、エミッタコンタクトホール５ａ及びベースコンタクトホール４ａを介 して各々エミッタ領域５とベース領域４と導通されて設置されている。該ベース 電極８は、エミッタ領域５の周辺近傍に配設されている。

【００２３】 そして、上記ベース電極８及び１層目のエミッタ電極７が形成された半導体チ ップ１の上面には、該１層目のエミッタ電極７の上面の一部を残してＳＯＧ等の 層間絶縁膜１０が覆設されている。

【００２４】 さらに、上記エミッタ領域５上に設けられた１層目のエミッタ電極７上方を１ つのブロックとして、該１層目のエミッタ電極７及びその周辺の層間絶縁膜１０ 上の略全域に一面に２層目のエミッタ電極１１が設けられている。

【００２５】 この場合、層間絶縁膜１０により、エミッタ電極７，１１とベース電極８とは 絶縁分離されている。 また、ベース電極８の上部には、ワイヤ引き出し用のベースボンディングパッ ド８ｂが設けられ、基板２の下面にはその全面にコレクタ電極９が設けられてい る。

【００２６】 本実施例は、上記のように、半導体チップ１の表面電極は２層構造であって、 この場合、べース電極８は１層にまたエミッタ電極７，１１は２層に形成されて いる。さらに層間絶縁膜１０によってベース電極８と絶縁分離される２層目のエ ミッタ電極１１は、半導体チップ１の上面の略全域に一面に設置されているから 、圧接構造が採用される。尚、上記のような電極が埋め込み型でないタイプの半 導体装置に、圧接構造を採用することは難しいことであった。

【００２７】 従って、本実施例において、圧接構造を採用して、例えば２層目のエミッタ電 極１１に上方よりモリブデン板を接触させる構成とした場合、図２に示す従来構 成が有するエミッタボンディングパッド２７ｂを設ける必要がなくなり、エミッ タ電流を２層目のエミッタ電極１１上面全体から均一に引き抜くことができるよ うになる。

【００２８】 このため、本実施例においては、図２に示す従来構成のくし型構造のトランジ スタにおいて発生していた、エミッタ電極先端部２７ｃとエミッタボンディング パッド２７ｂ間のエミッタ電極抵抗Ｒ_E による電圧降下の影響は無くなる。従っ て、素子面積を大きくしても電流密度が不均一となって電流バランスが悪くなっ てしまうことは無くなる。

【００２９】 また、ターンオフ時にも、エミッタ領域５において均一にスイッチオフするこ とになり、一点に電流集中が起こることはないから、素子の破壊の危険性を減少 することができる。即ち，素子の電流容量を増大させることが可能となる。

【００３０】 上記において特に導電型については言及しなかったが、本考案は、ｎｐｎまた はｐｎｐのいずれのタイプのトランジスタにも適用できる。 また、静電誘導トランジスタや電界効果トランジスタでは、バイボーラモード であってもソース，ゲート，ドレインという表現を使用するのが一般的であるが 、これらが本実施例におけるエミッタ，ベース，コレクタという表現に含まれる のは勿論のことである。

【００３１】 そして、ベース電極８とエミッタ電極７，１１との間に介在される層間絶縁膜 １０としては、上記ＳＯＧの他にも、ＳｉＯ₂ 、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、ＵＳＧ、Ｓ ｉ₃ Ｎ₄ は勿論のこと、有機絶縁膜等の各種の絶縁膜を使用できる。

【００３２】

【考案の効果】

以上、詳細に説明したように、本考案によれば、半導体チップ表面のベース電 極とエミッタ電極とは絶縁分離されるから、圧接構造を採用することができる。 従って、素子面積を大きくしても電流密度が不均一とはならず、全体の電流バラ ンズが向上される。また、一点への電流集中が起こらないから素子破壊の危険性 も少なくなり、電流容量の増大が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) ，(b) は、各々本考案の一実施例のバイポ
ーラトランジスタの電極配置パターンを示す平面図とそ
のＡ−Ａ断面図である。

【図２】(a) ，(b) は、各々従来のバイポーラトランジ
スタの電極配置パターンを示す平面図とそのＢ−Ｂ断面
図である。

【符号の説明】

１ 半導体チップ ４ ベース領域 ５ エミッタ領域 ７ １層目のエミッタ電極 ８ ベース電極 １０ 層間絶縁膜 １１ ２層目のエミッタ電極

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップの表面部にベース領域と該
   ベース領域中に配設されるエミッタ領域とを有するバイ
   ポーラ型半導体装置において、 前記ベース領域上の前記エミッタ領域の周囲にベース電
   極が配設されるとともに該エミッタ領域上に１層目のエ
   ミッタ電極が配設され、前記ベース電極を覆って設置さ
   れた絶縁膜を介して該ベース電極及び前記１層目のエミ
   ッタ電極の上方領域全面に２層目のエミッタ電極が配設
   され、圧接構造が採用されることを特徴とするバイポー
   ラ型半導体装置。