JPH08227996A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH08227996A
JPH08227996A JP7030309A JP3030995A JPH08227996A JP H08227996 A JPH08227996 A JP H08227996A JP 7030309 A JP7030309 A JP 7030309A JP 3030995 A JP3030995 A JP 3030995A JP H08227996 A JPH08227996 A JP H08227996A
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insulating film
gate
main electrode
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Yoshikazu Takahashi
良和 高橋
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/411Insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/441Vertical IGBTs

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】加圧力による特性変化がなく、かつ活性領域が
広くとれるMOS構造のパワーデバイス。 【構成】高濃度n形領域4とn形層2とに挟まれたp形
領域3上に酸化膜の第1絶縁膜7を介してポリシリコン
ゲート電極5、6が形成され、このゲート電極5、6上
に第2絶縁膜71が被覆され、第2絶縁膜71上に第1
エミッタ電極22と、一部窓開けされた第2絶縁膜71
上に第1ゲート集電電極8を形成し、第1ゲート集電電
極8上に窓開けされたポリイミドの第3絶縁膜9上にA
l−Siの第2ゲート集電電極10を形成する。また第
1エミッタ電極22上に第3絶縁膜9を形成し、第2エ
ミッタ電極23を形成する。第2エミッタ電極23を圧
接するエミッタ端子11は第2ゲート集電電極10に接
触しないように凹形12に加工される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタ(IGBT)などのパワーデバイスを対
象に、基板の一主面に第一の主電極(エミッタ)と制御
電極(ゲート)、別な主面に第二の主電極(コレクタ)
を有する半導体チップをパッケージ内に組み込んだ半導
体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】IGBTは、パワースイッチングデバイ
スとしてモータPWM制御インバータの応用などに幅広
く使われている。また、このIGBTは電圧駆動型で扱
い易い点などから、市場の要求は大容量化へと向かって
きている。このようなIGBTのようなMOS制御デバ
イスでは、半導体チップの一主面上にエミッタ電極とゲ
ート電極とが並んで作られている。このためにIGBT
をパッケージ容器に組み込む場合に、下面側に作られた
コレクタは、IGBTを放熱体兼用の金属ベース上にマ
ウントして外部に引き出すことが出来るが、エミッタ電
極とゲート電極は別々に外部導出端子を介して引き出す
必要がある。そこで、従来の素子構造では、前記の金属
ベースとともにパッケージ容器の上面側にエミッタ、ゲ
ート用の外部導出端子を装備し、エミッタ電極と外部導
出端子、およびゲート電極と外部導出端子との間に数1
0本もの線径300μm程度のアルミ導線をワイヤボン
ディングして引き出すようにしている。
【0003】しかしながら、このような従来の構造では
コレクタ側からの放熱ができるが、エミッタ側からの放
熱はできず、素子を大容量化する上で支障がでてきた。
そこで、当該発明者らは、MOSデバイスのエミッタ側
表面にMOS部を作らず、放熱と電流通路としての役割
を持たせた、エミッタ集電電極と呼ばれる構造を提案
し、この集電電極の部分にのみ加圧できるコンタクト端
子と呼ばれる電極で素子を加圧し、主電極へのワイヤボ
ンディングレスを達成した。(富士時報 1994年5
月号PP283-287 )
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この構造は、コレクタ
側からの放熱に加えて、エミッタ側からの放熱もできる
ため、電流密度の増大が図れることと主電極に対するワ
イヤボンデングが不要になることから信頼性の大幅な向
上が図れるなどの利点がある反面、集電電極というMO
S構造を設けない無効な領域を作らざるを得ない。この
集電電極を設ける理由は、IGBTのようなMOS構造
の素子ではゲート電極上の酸化膜を介してエミッタ電極
が延長して作られるために、エミッタ電極全面にパッケ
ージ側の電極板を加圧接触させると、ゲート電極にも加
圧力が加わり特性が変化したり、劣化したりするため、
実用に供しないためである。また半導体チップ面積が大
きくなるとゲートパッドからの距離の違いで、ゲート信
号の伝達時間にばらつきを生じ、半導体チップ全体が均
一に動作することが困難となる。
【0005】この発明は、前記欠点を解決するために、
半導体チップを複数領域にブロック化し、ゲート配線を
2層配線にし、第2層目の配線で各ブロックを接続する
ことでチップ全体を均一動作させる。またゲート電極上
のエミッタ電極に加圧力が加わらないように、この領域
以外のエミッタ電極とパッケージ側の電極板とを接触さ
せて、さらに集電電極という無効な領域を設けない構造
とすることで、加圧力による特性変化がなく、かつ活性
領域が広くとれるMOS構造の半導体装置を提供するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第一主面に第一主電極と制御電極、第二主面に第
二主電極をそれぞれ有するMOS構造の半導体チップ
を、両面が露出する一対の共通電極板の間に絶縁外筒を
介装してなる平形パッケージの中に組み込み、該半導体
チップの第一主電極とこれに対向するパッケージ側の共
通電極板との間に加圧、導電、放熱体を兼ねたコンタク
ト端子体を介装した半導体装置において、制御電極が、
第一の主面上に第一絶縁膜を介して形成される第一導電
膜と、該第一導電膜上に一部が窓開けされた第二絶縁膜
を介して形成される第二導電膜と、該第二導電膜上に一
部が窓開けされた第三絶縁膜を介して形成される第三導
電膜とを有し、第二絶縁膜を介して第一導電膜上にも形
成される第一主電極を有することである。
【0007】また半導体チップが複数領域にブロック化
され、各ブロック毎に独立した第二導電膜と各ブロック
に共通した第三導電膜を有するとよい。前記の第一主電
極を2層構造とし、第一導電膜以外の領域上の第一主電
極の第一層と第二層との間に第四絶縁膜を挟んで、第一
導電膜上以外の第一主電極の表面高さが第一導電膜上の
第一主電極の表面高さより高くする。
【0008】また制御電極と対応する領域のコンタクト
端子体を凹状にし、制御電極と接触しないコンタクト端
子体を有するようにする。さらに第一導電膜がポリシリ
コンで形成され、第二および第三導電膜が金属で形成さ
れ、第三絶縁膜がポリイミドで形成されようにする。ま
た前記の第四絶縁膜がポリイミドで形成されるようにす
るとよい。
【0009】
【作用】この発明の構造にすることで、従来のように、
エミッタ側に設けられたMOS構造を持たない、電流通
路と放熱を兼ね備えたエミッタ集電電極部を設けること
なく、エミッタ電極全面に面接触するコンタクト端子体
を介して加圧接触させることができ、半導体チップのM
OS制御構造に不当な加圧力を加えることなしにエミッ
タ側からの放熱が行われる。また従来のエミッタ集電電
極部を活性領域として使用でき、半導体チップの有効面
積を増やすことができるので、従来にもまして、放熱性
が飛躍的に向上するとともに、半導体装置の電流容量の
増大化が図れる。
【0010】また、主電極の接続にはボンディングワイ
ヤを使用しないので信頼性が向上すると共に内部インダ
クタンスも小さくなる。さらにチップをブロック化し各
ブロックのゲート電極を金属膜で接続することで、ボン
ディングパッド部から離れたブロックでもゲート内部イ
ンダクタンスを小さく、しかも均一化できる。
【0011】
【実施例】図1はこの発明の一実施例を示す要部断面図
である。p形層1にn形層2をエピタキシャル成長によ
り積層し、n形層2の表面層にp形領域3が拡散などに
より選択的に形成され、このp形領域3の表面層に高濃
度n形領域4が形成され、高濃度n形領域4とn形層2
とに挟まれたp形領域3上に酸化膜の第1絶縁膜7を介
してポリシリコンゲート電極5、6(第1導電膜)が形
成され、このゲート電極5、6上に酸化膜の第2絶縁膜
71が被覆され、第2絶縁膜71上にAl−Siの第1
エミッタ電極22と、一部窓開けされた第2絶縁膜71
上に第1ゲート集電電極8を形成し、第1ゲート集電電
極8(第2導電膜)上に一部窓開けされたポリイミドの
第3絶縁膜9上にAl−Siの第2ゲート集電電極10
(第3導電膜)を形成する。また第1エミッタ電極22
上のゲート電極5上を除き、ポリイミド膜の第3絶縁膜
9を形成し、その上に第2ゲート集電電極10領域を除
く第1エミッタ電極22の全面を覆うように第2エミッ
タ電極23を形成する。第2エミッタ電極23を圧接す
るコンタクト端子体であるエミッタ端子11は第2ゲー
ト集電電極10に接触しないように凹形12に加工され
る。Al−Siによる電極形成は蒸着で行われる。Al
−Siの代わりにAlでもよい。
【0012】図2はこの発明によるチップ平面図を示
す。大面積のIGBTチップ13内を複数に分割し(本
発明例では10分割)それぞれのブロック化する。各ブ
ロック15の第1ゲート集電電極(図示されていない)
は第2ゲート集電電極10と接続し、第2ゲート集電電
極10はAl配線17、ポリシリコンAl接続部19、
ゲートパッド18で構成され、この第2ゲート集電電極
10で各ブロックが互いに接続される。ゲートパッド1
8部で図示されていないゲートボンデングワイヤにより
外部ゲート回路と接続する。第1および第2ゲート集電
電極8、10は、Al−SiもしくはAlで形成され
る。また周縁部は耐圧を確保するためのガードリング1
4が形成される。
【0013】図3はこの発明によるエミッタ端子を示
し、同図(a)は平面図および同図(b)は同図(a)
のA−Aで切断した断面図を示す。エミッタ端子11と
第2ゲート集電電極およびガードリングと接触しないよ
うにエミッタ端子11に凹部12、21を設ける。
【0014】
【発明の効果】以上のべたように、本発明によれば、半
導体チップのMOS制御電極構造に不当な加圧力を加え
ること無しに、面接触による均一な加圧接触が達成でき
るとともに、各半導体チップの両面からの放熱が可能と
なり電流容量の大幅な増化が図れるほか、主電極からの
電流の引き出しにボンディングワイヤを使用しないので
内部配線インダクタンスも小さくなり、ハーメチックシ
ール構造の平形パッケージと組み合わせて半導体装置の
大幅な信頼性向上が図れる。
【0015】また、チップをブロック化し各ブロックの
ゲート電極を金属膜で接続することで、ボンディングパ
ッド部から離れたブロックでもゲート内部インダクタン
スが小さくなり、大面積のチップでも全面が均一に動作
し、動作電流が大幅に増大できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す要部断面図
【図2】この発明によるチップ平面図
【図3】この発明によるエミッタ端子を示し、(a)は
平面図、(b)は断面図
【符号の説明】
1 p形層 2 n形層 3 p形領域 4 高濃度n形領域 5 ポリシリコンゲート電極 6 ポリシリコンゲート電極 7 第1絶縁膜 71 第2絶縁膜 8 第1ゲート集電電極 9 ポリイミドの第3絶縁膜 10 第2ゲート集電電極 11 エミッタ端子 12 凹部(第2ゲート集電電極に対応する個所) 13 IGBTチップ 14 ガードリング 15 ブロック 17 Al配線 18 ゲートパッド 19 ポリシリコンAl接続部 21 凹部(ガードリングに対応する個所) 22 第1エミッタ電極 23 第2エミッタ電極

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第一主面に第一主電極と制御電極、第二主
    面に第二主電極をそれぞれ有するMOS構造の半導体チ
    ップを、両面が露出する一対の共通電極板の間に絶縁外
    筒を介装してなる平形パッケージの中に組み込み、該半
    導体チップの第一主電極とこれに対向するパッケージ側
    の共通電極板との間に加圧、導電、放熱体を兼ねたコン
    タクト端子体を介装した半導体装置において、制御電極
    が、第一の主面上に第一絶縁膜を介して形成される第一
    導電膜と、該第一導電膜上に一部が窓開けされた第二絶
    縁膜を介して形成される第二導電膜と、該第二導電膜上
    に一部が窓開けされた第三絶縁膜を介して形成される第
    三導電膜とを有し、第二絶縁膜を介して第一導電膜上に
    も形成される第一主電極を有することを特徴とする半導
    体装置。
  2. 【請求項2】半導体チップが複数領域にブロック化さ
    れ、各ブロック毎に独立した第二導電膜と各ブロックに
    共通した第三導電膜を有することを特徴とする請求項1
    記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】第一主電極を2層構造とし、第一導電膜以
    外の領域上の第一主電極の第一層と第二層との間に第四
    絶縁膜を挟んで、第一導電膜上以外の第一主電極の表面
    高さが第一導電膜上の第一主電極の表面高さより高いこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】制御電極と対応する領域のコンタクト端子
    体を凹状にし、制御電極と接触しないコンタクト端子体
    を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】第一導電膜がポリシリコンで形成され、第
    二および第三導電膜が金属で形成され、第三絶縁膜がポ
    リイミドで形成されることを特徴とする請求項1記載の
    半導体装置。
  6. 【請求項6】第四絶縁膜がポリイミドで形成されること
    を特徴とする請求項2記載の半導体装置。
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