JPS6074571A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPS6074571A
JPS6074571A JP58180439A JP18043983A JPS6074571A JP S6074571 A JPS6074571 A JP S6074571A JP 58180439 A JP58180439 A JP 58180439A JP 18043983 A JP18043983 A JP 18043983A JP S6074571 A JPS6074571 A JP S6074571A
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electrode
emitter
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recess
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JP58180439A
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Masami Iwasaki
岩崎 政美
Hiroshi Sakurai
桜井 坦
Yasunori Usui
碓氷 康典
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Toshiba Corp
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D48/00Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
    • H10D48/30Devices controlled by electric currents or voltages
    • H10D48/32Devices controlled by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H10D48/34Bipolar devices
    • H10D48/345Bipolar transistors having ohmic electrodes on emitter-like, base-like, and collector-like regions

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  • Bipolar Transistors (AREA)
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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】 [発明の技術分野] この発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に
電力用パワートランジスタのごとき半導体装置に関する
ものである。
[発明の技術的背理] 従来公知の電力用パワートランジスタは第1図のごとき
構造を有している。
第1図において、1は半導体素子であり、該半導体素子
1には、コレクタ領域2を構成している・N型低抵抗層
3及びN型高抵抗層4と、P型低抵抗層から成るベース
領域5と、該ベース領域5の上に島状に突出するように
形成されたN型低抵抗層から成るエミッタ領域6とが形
成されている。
エミッタ領域6の間の四部に露出しているベース領域表
面にはA1から成るベース電極7が形成され、また凸部
のエミッタ領域6の上には同じくAIから成るエミッタ
電極8が形成されている。
ベース電極7及びエミッタ電極8は半導体素子1の表面
に形成した熱酸化膜9を選択開口した後、該開口部内に
形成したものであり、従ってベース電極7とエミッタ電
極8とを除く半導体素子1の表面(第一の主面)上は熱
酸化膜9とベース電極7の上はCVD法や陽極酸化法な
どを利用して形成された酸化膜10で被覆されている。
エミッタ電極8の上には、たとえばMOやW等の熱膨張
係数がシリコンに近い金属から成る熱緩衝板11が圧接
され、該熱緩衝板11には銅製の極板12が一体に固着
されている。
一方、コレクタ領域2のN型低抵抗層3の表面にはA1
等の接着用融着金属層13を介して前記と同一の熱緩衝
板14が接合され、該熱緩衝板14には銅製の極板15
が圧接されている。
また、半導体素子外周部においてはベベリング溝がほど
こされており、素子表面保護用の環状ゴム層16が形成
されている。
[背端技術の問題点] 前記のごとき構造の公知の半導体装置には以下のごとき
問題点があった。
■ ベース電極7の上を被覆する酸化膜10はベース電
極7を損傷しないようにA1の融点以下の低温で形成し
なければならないので高温酸化法を利用することができ
ず、一般にCVD法や陽極酸化法を利用して形成される
が、CVD法や陽極酸化法によると強靭な厚膜を形成す
ることが困難であるため、該酸化膜を軟らかい薄膜とし
て形成せざるを得なかった。 従って、該半導体装置の
完成後や使用中に該酸化膜10に亀裂が入り易く、その
ためベース電極7の絶縁が不良となってベースとエミッ
タとの短絡が生じやすくなり、装置製造工程における歩
留りや、装置故障の原因となっていた。
■ エミッタ電極8の上に熱緩衝板11が圧接されてい
るため、該半導体装置の熱疲労試験中にエミッタ電極8
が軟化して支持耐力が減少してくると、エミッタ電極8
は極板12の圧接力を支持しきれなくなって崩れ出し、
それが該凹部内に落込むとともにベース電極7上の酸化
膜10を付き破ってベース電極7と融合し、その結果ベ
ースとエミッタとが短絡するという事故を生じやすかっ
た。
これは酸化膜10が薄くかつ陥弱であること、及びベー
ス電極がエミッタ電極よりも低い位置にあること、並び
にエミッタ電極と極板圧接力との関係等に起因するもの
であった。
■ 凹部の傾斜した側壁面部(第2図に符号Aで表示し
た部分)における熱酸化膜9の膜厚が薄くなりがちであ
り、眼部におけるPN接合の絶縁が劣化しやすい傾向が
あったため、従来の半導体装置は安定性において問題が
あった。
[発明の目的] 5− この発明の目的は、前記問題点を生じない、改良された
半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
[発明の概要コ この発明により改良された半導体装置は、特許請求の範
囲に記載されているように、半導体素子の一主面上に形
成された前記凹部内に高耐熱性樹脂をエミッタ電極と同
一高さまで充填したことを特徴とするものである。 こ
のような構造の本発明の半導体装置では、ベース電極の
上に従来の半導体装置の酸化膜10よりも極めて厚く且
つ強靭な皮膜層を形成できるため、前記のごとき問題点
は発生せず、製造歩留りの著しい向上と同時に装置使用
中にお、ける故障率の著しい低下とが達成される。
前記被覆層を形成する構成材料としては、たとえばポリ
イミド樹脂のごとき高絶縁性の高耐熱樹脂が適している
が、勿論これ以外の材料を用いることもできる。
また、この発明の製造方法は、上記半導体装置6− を製造するにあたり、第二電極の頂部の高さにほぼ等し
い厚さの絶縁被覆層を凹部内に形成するに好適な方法で
あって、具体的には素子全面に厚くポリイミド樹脂など
の層を被覆し、プレベーク後、凹部に充填された以外の
樹脂層を溶解除去し、しかる後にポストベークして凹部
内に所定厚さの絶縁被覆層を形成することを特徴として
いる。
[発明の実施例] 第3図及び第4図は本発明により改良された半導体装置
の第一実施例を示した断面図であり、同図において第1
図と同一の符号で示した部分は従来の半導体装置と同じ
部分である。
第3図及び第4図に示した本発明の半導体装置において
は、エミッタ領域6間の凹部内にはポリイミド樹脂から
成る絶縁材料で構成された絶縁被覆層17がベース電極
7の上に厚く形成されている。 また、該絶縁被覆層1
7の頂面は図に示されるようにエミッタ電極8上に圧接
されている熱緩衝板11に接している。
前記のごとき構造の半導体装置においては、エミッタ領
域6間の凹部内が完全に該絶縁被覆層17で充填される
とともにベース電極7も該絶縁被覆層17で厚く被覆さ
れているため、従来の半導体装置のようにベース電極上
の酸化膜に亀裂等が入る恐れは全くない。 また、熱緩
衝板11や極板12の圧接力がエミッタ電極8ばかりで
なく該絶縁被覆層17によっても支持されているため、
エミッタ電極8にかかる負担荷重は従来装置にくらべて
大幅に減少するので、熱疲労試験時においてもエミッタ
電極8が崩落することはなく、従ってベース・エミッタ
短絡も生じる恐れがない。
前記絶縁被覆層17はエミッタ電極8上に熱緩衝板11
を圧接する前に形成され、本発明の実施例においては以
下のようにして実施された。
エミッタ電極8及びベース電極7の形成後、絶縁被覆層
17の構成材料であるポリイミド樹脂(粘度10,0O
OcP )をスピンナ等を用いて全面に40〜50μm
の厚さに塗布(回転数150OrDll、 30秒間)
した。 なお、供試体として使用した半導体素子の凹部
の最大深さdは第4図に示すように2゜μ■程度であっ
た。
塗布した樹脂をプレベーク(100℃、60分間次いで
150℃、60分間)して半硬化させた後、フォトエツ
チングマスクを形成し、前記凹部以外の樹脂を溶剤によ
り溶解除去し、更にポストベーク加熱(350℃、60
分間)を行うことにより前記凹部内に堆積されている樹
脂層を加熱硬化させて前記絶縁被覆層17を形成した。
 この場合該絶縁被覆層17の頂端面の位置がエミッタ
電極8の頂端面とほぼ同じ高さ位置となるように樹脂塗
布工程における諸条件を決定しなければならない。
上記した本発明の製造方法は、従来のポリイミド樹脂皮
膜形成が、約500cpの液を約10μm厚にスピンナ
ー塗布(2000rpm、 30秒間)し、100℃6
0分間、200℃60分間および350℃60分間の3
段階のベーキングを続けて行い、厚さ2〜3μmの皮膜
を得、次いでレジストをマスクにしてポリイミド樹脂膜
を10〜15分の時間をかけてエツチング除去していた
方法に比べて、約20μ和という厚い樹脂膜が得られ、
また不要な樹脂膜の除去時間が9− 2〜3分間という短時間で実現しうるという特長がある
第5図は本発明の第二実施例を示したものである。 こ
の実施例は、凹部内に絶縁被覆層17を形成する前にベ
ース電極7及び熱酸化膜9の上にCVD法等を用いて薄
い絶縁膜18を形成させ、しかる後、前記と同じ方法で
凹部内に絶縁被覆層17を形成したものである。 この
場合には、工程数が従来よりも増加するけれども、第3
図及び第4図の第一実施例のものにくらべて更にベース
電極7の絶縁が強化されることは明らかである。
絶縁!!18としてはCVD法によるSiO2膜よりも
CVD法によるPSG膜の方が好ましい。
[発明の効果] 以上に説明したように、本発明により改良された半導体
装置においてはベース電極の存在する凹部内に高耐熱性
の絶縁材料をエミッタ電極の高さ位置まで充填且つ堆積
させたので従来の半導体装置において生じていた前記問
題点はすべて解消した。
一1〇− すなわち、本発明の半導体装置によれば、次のような効
果が達成された。
(a ) 凹部内に高耐熱の絶縁材料を充填し、ベース
電極の上に厚い絶縁膜を形成したので、従来装置におい
て生じていたベース電極上の酸化膜の亀裂及びそれに伴
うベースとエミッタとの短絡は全く生じなくなった。
(b) 極板12及び熱緩衝板11の圧接力が該絶縁被
覆層17によっても支持されるため、エミッタ電極8の
負担荷重が著しく低下し、これにより熱疲労試験時にお
いてもエミッタ電極の形削れが生じないようになり、従
ってエミッタ電極の崩落に起因するベース・エミッタ短
絡が生じなくなった。
(0) 凹部内に該絶縁材料を充填してしまうため、該
凹部の隔部分や傾斜した側壁面における絶縁保護が完全
になり、該側壁面のPN接合の絶縁が不足したりあるい
は劣化する等の恐がなくなり、安全性及び信頼性の高い
半導体装置を提供できる。
(d ) 従来装置において生じやすかったベース・エ
ミッタ間短絡が完全に防出できるようになったため、製
造歩留りが向上し、製造コストが低下した。
(e ) 素子表面が従来のものより平担化されるため
、素子の絶縁耐力が上り、より高性能な半導体装置が得
られる。
なお、前記実施例ではトランジスタについてのみ説明し
たが、本発明がサイリスタやその他の半導体装置に対し
ても適用できることは明らかである。
また、本発明の製造方法は、上記本発明の半導体装置の
厚い樹脂被覆を簡単な工程で短時間に実現することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体装置の断面図、第2図は第1図の
一部の拡大断面図であって第1図に示した極板等を取り
外して示した図、第3図は本発明の第一実施例の断面図
、第4図は第3図の一部の拡大図であって極板等を取り
除いて示した図、第5図は本発明の第二実施例を示す断
面図である。 1・・・半導体素子、 2・・・コレクタ領域、 3・
・・N型低抵抗層、 4・・・ベース領域、6・・・エ
ミッタ領域、 7・・・ベース領域、 8・・・エミッ
タ電極、9・・・熱酸化膜、 10・・・酸化膜、 1
1.14・・・熱緩衝板、 12.15・・・極板、 
13・・・接合用融着金属。 特許出願人 東京芝浦電気株式会社 13−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体素子の一生面に設けられた凹部及び凸部と、
    該凹部内に設けられた第−電極及び該凸部上に設けられ
    た第二電極と、該第二電極の上に圧接される極板とを有
    する半導体装置において、該凹部内にポリイミド樹脂等
    の高耐熱性樹脂を充填することにより該第二電極の頂部
    の高さにほぼ等しい厚さの絶縁被覆層を該凹部内に形成
    するとともに該第−電極を被覆したことを特徴とする半
    導体装置。 2 半導体素子の一生面に設けられた凹部及び凸部と、
    該凹部内に設けられた第−電極及び該凸部上に設けられ
    た第二電極と、該凹部内にポリイミド樹脂等の高耐熱性
    樹脂を充填することにより、該第二電極の頂部の高さに
    ほぼ等しい厚さに該凹部内に形成された絶縁被覆層とを
    有する半導体装置を製造する・にあたり、 半導体素子の該−主面全面にボストベーク後の膜厚が上
    記第二電極の頂部の高さにほぼ等しい厚さになるように
    該高耐熱性樹脂液を厚く被覆し、しかる後プレベークし
    、次いで該凹部内に形成しようとする絶縁被覆層以外の
    高耐熱性樹脂をホトエツチング法により溶解除去し、し
    かる後ポストベークして、該絶縁被覆層を形成すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
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