半導體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明所涉及的半導體裝置，具有：半導體元件，其具有在俯視觀察時直線地形成的多個柵極、與該多個柵極絕緣的發(fā)射極圖案、以及在該發(fā)射極圖案上形成的發(fā)射極電極，并且形成為主電流經(jīng)由該發(fā)射極圖案流向該發(fā)射極電極；第1焊點，其形成在該發(fā)射極電極的一部分上；第2焊點，其與該第1焊點隔離地形成在該發(fā)射極電極的一部分上；以及端子，其經(jīng)由該第1焊點以及該第2焊點與該發(fā)射極電極連接。該半導體元件具有形成有該第1焊點的第1焊點區(qū)域、形成有該第2焊點的第2焊點區(qū)域、以及該第1焊點區(qū)域和該第2焊點區(qū)域之間的區(qū)域即中間區(qū)域，該第1焊點區(qū)域的該柵極的密度、該第2焊點區(qū)域的該柵極的密度和該中間區(qū)域的該柵極的密度相等，該半導體元件形成為，該中間區(qū)域的該主電流的電流密度低于該第1焊點區(qū)域以及該第2焊點區(qū)域的該主電流的電流密度。
【專利說明】半導體裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在大電流的開關(guān)等中使用的半導體裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在專利文獻I中公開了一種在半導體元件上形成有接觸電極的半導體裝置。半導體元件具有在其一部分上未形成元件的非加工部。由于非加工部成為非通電區(qū)域，因此不發(fā)熱。專利文獻I所公開的半導體裝置，通過在半導體元件的一部分上設(shè)置不發(fā)熱的非加工部，從而抑制半導體裝置的最高溫度。
[0003]專利文獻1:日本特開2008 - 277523號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在半導體元件的表面電極上焊接端子的技術(shù)稱為直接引腳結(jié)合(Direct LeadBonding)。如果使用一個大型焊點將表面電極與端子連接，則熱收縮時的應(yīng)力會增大，因此有時使用多個焊點將表面電極與端子連接。在該情況下，在半導體裝置工作時，存在下述問題，即，夾在焊點和另一個焊點之間的半導體元件的區(qū)域溫度上升。為了抑制半導體元件的溫度上升，需要限制半導體裝置的動作。
[0005]本發(fā)明就是為了解決上述問題而提出的，其目的在于，提供一種在利用多個焊點將表面電極與端子連接的半導體裝置，該半導體裝置能夠抑制半導體元件的溫度上升。
[0006]本發(fā)明所涉及的半導體裝置具有:半導體元件，其具有在俯視觀察時直線地形成的多個柵極、與該多個柵極絕緣的發(fā)射極圖案、以及在該發(fā)射極圖案上形成的發(fā)射極電極，并且形成為主電流經(jīng)由該發(fā)射極圖案流向該發(fā)射極電極；第I焊點，其形成在該發(fā)射極電極的一部分上；第2焊點，其與該第I焊點隔離地形成在該發(fā)射極電極的一部分上；以及端子，其經(jīng)由該第I焊點以及該第2焊點與該發(fā)射極電極連接。而且，該半導體裝置的特征在于，該半導體元件具有形成有該第I焊點的第I焊點區(qū)域、形成有該第2焊點的第2焊點區(qū)域、以及該第I焊點區(qū)域和該第2焊點區(qū)域之間的區(qū)域即中間區(qū)域，該第I焊點區(qū)域的該柵極的密度、該第2焊點區(qū)域的該柵極的密度和該中間區(qū)域的該柵極的密度相等，該半導體元件形成為，該中間區(qū)域的該主電流的電流密度低于該第I焊點區(qū)域以及該第2焊點區(qū)域的該主電流的電流密度。
[0007]本發(fā)明的其他特征在下面明示。
[0008]發(fā)明的效果
[0009]根據(jù)本發(fā)明，由于降低在半導體元件中被形成有焊點的區(qū)域夾著的區(qū)域即中間區(qū)域的主電流，因此能夠抑制半導體元件的溫度上升。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的實施方式I所涉及的半導體裝置的斜視圖。
[0011]圖2是包含圖1的半導體裝置的第I焊點以及第2焊點的部分處的剖面圖。
[0012]圖3是詳細示出圖2的半導體元件的剖面圖。
[0013]圖4是第I焊點區(qū)域、第2焊點區(qū)域、以及中間區(qū)域中的柵極、發(fā)射極圖案、基極層的俯視圖。
[0014]圖5是本發(fā)明的實施方式2所涉及的半導體裝置的剖面圖。
[0015]圖6是本發(fā)明的實施方式3所涉及的半導體裝置的剖面圖。
[0016]圖7是本發(fā)明的實施方式4所涉及的半導體裝置的剖面圖。
[0017]圖8是本發(fā)明的實施方式5所涉及的半導體裝置的剖面圖。
[0018]圖9是本發(fā)明的實施方式6所涉及的半導體元件的剖面圖。

【具體實施方式】
[0019]參照附圖對本發(fā)明的實施方式所涉及的半導體裝置進行說明。對相同或?qū)?yīng)的構(gòu)成要素標注相同的標號，有時省略重復說明。
[0020]實施方式I
[0021]圖1是本發(fā)明的實施方式I所涉及的半導體裝置的斜視圖。半導體裝置10具有在基板12上形成的基底板14。在基底板14上固定半導體元件16。半導體元件16例如是由Si形成的縱型IGBT。在半導體元件16的表面上，形成有分離地設(shè)置的4個焊點。4個焊點中包含第I焊點18以及第2焊點20。由該4個焊點將半導體元件16與端子22連接。
[0022]圖2是包含圖1的半導體裝置10的第I焊點18以及第2焊點20的部分處的剖面圖。半導體元件16具有:形成有第I焊點16的第I焊點區(qū)域50、形成有第2焊點20的第2焊點區(qū)域52、以及第I焊點區(qū)域50和第2焊點區(qū)域52之間的區(qū)域即中間區(qū)域54。
[0023]圖3是詳細示出圖2的半導體元件的剖面圖。半導體元件16具有η-層60。在η-層60上形成有電荷積蓄層62。在電荷積蓄層62上形成有基極層64。
[0024]以將基極層64和電荷積蓄層62貫穿而達到η_層60的方式形成柵極66。柵極66經(jīng)由柵極絕緣膜與基極層64接觸。能夠通過對柵極66施加電壓而使基極層64的導電型反轉(zhuǎn)。以夾持柵極66的方式形成發(fā)射極圖案70a、70b。柵極66與發(fā)射極圖案70a、70b絕緣。在柵極66上形成有絕緣膜72。在發(fā)射極圖案70a、70b上形成有發(fā)射極電極74。
[0025]在η-層60下面形成有緩沖層80。在緩沖層80的下面形成有集電極層82。緩沖層8是為了調(diào)整從集電極層82向η-層60的空穴的注入量而形成的。在集電極層82的下面形成有集電極電極84。如上所述，半導體元件16由縱型IGBT形成，在其正面形成有發(fā)射極電極74，在其背面形成有集電極電極84。
[0026]第I焊點18形成在發(fā)射極電極74的一部分上。第2焊點20與第I焊點18隔離而形成在發(fā)射極電極74的一部上。而且，端子22通過第I焊點18以及第2焊點20與發(fā)射極電極74連接。半導體元件16的主電流經(jīng)由發(fā)射極圖案70a、70b流向發(fā)射極電極74。
[0027]圖4是第I焊點區(qū)域、第2焊點區(qū)域、以及中間區(qū)域中的柵極、發(fā)射極圖案、基極層的俯視圖。在各區(qū)域中柵極66形成有多個，并在俯視觀察時分別直線地形成。柵極66在第I焊點區(qū)域50、第2焊點區(qū)域52、以及中間區(qū)域54的所有區(qū)域中以相等的間隔平行地排列。因此，第I焊點區(qū)域50的柵極66的密度、第2焊點區(qū)域52的柵極66的密度以及中間區(qū)域54的柵極66的密度相等。
[0028]中間區(qū)域54的發(fā)射極圖案70a與第I焊點區(qū)域50以及第2焊點區(qū)域52的發(fā)射極圖案70b相比，面積形成為較小。由此，對于俯視觀察時每個單位面積中的發(fā)射極圖案和發(fā)射極電極的接觸面積，與第I焊點區(qū)域50以及第2焊點區(qū)域52相比，中間區(qū)域54中的接觸面積較小。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的實施方式I所涉及的半導體裝置，中間區(qū)域54的發(fā)射極圖案70a形成得較小，并且在中間區(qū)域54中難以流過大于第I焊點區(qū)域50以及第2焊點區(qū)域52的電流，因此能夠抑制焊點之間(中間區(qū)域)的溫度上升。另外，通過在中間區(qū)域中不形成柵極、使中間區(qū)域的柵極不起作用，也能夠抑制中間區(qū)域的溫度上升。在該情況下，中間區(qū)域成為對半導體元件的動作沒有貢獻的無效區(qū)域。另外，根據(jù)本發(fā)明的實施方式I所涉及的半導體裝置10，能夠在中間區(qū)域54中流過電流而使中間區(qū)域54對半導體元件16的動作有貢獻，并且降低在中間區(qū)域54中流過的電流，從而抑制中間區(qū)域54的溫度上升。
[0030]在本發(fā)明的實施方式I所涉及的半導體裝置10中，在中間區(qū)域54中將發(fā)射極圖案70a形成為小于第I焊點區(qū)域50的發(fā)射極圖案70b以及第2焊點區(qū)域52的發(fā)射極圖案70b，但是本發(fā)明不限定于此。即，只要將半導體元件16形成為中間區(qū)域54的主電流的電流密度低于第I焊點區(qū)域50以及第2焊點區(qū)域52的主電流的電流密度，就能實現(xiàn)本發(fā)明的效果，因此可以在具有該特征的范圍內(nèi)進行各種變形。
[0031]將本發(fā)明的實施方式I所涉及的半導體元件16設(shè)為由Si形成，但是也可以由與Si相比帶隙寬的寬帶隙半導體而形成。作為寬帶隙半導體例如有碳化硅、氮化鎵類材料或者金剛石。另外，半導體元件16不限定于縱型IGBT，例如，可以由MOSFET形成。另外，可以使半導體元件的各部分的導電型適當反轉(zhuǎn)。
[0032]實施方式2
[0033]圖5是本發(fā)明的實施方式2所涉及的半導體裝置的剖面圖。以與實施方式I所涉及的半導體裝置的不同點為中心進行說明。
[0034]在中間區(qū)域54中的發(fā)射極圖案70c的雜質(zhì)密度，低于第I焊點區(qū)域50中的發(fā)射極圖案70b的雜質(zhì)密度以及第2焊點區(qū)域52中的發(fā)射極圖案70b的雜質(zhì)密度。在這里所謂雜質(zhì)密度是指施主密度。
[0035]此外，施主密度可以設(shè)為實際有效施主密度。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的實施方式2所涉及的半導體裝置，也能夠使中間區(qū)域54的主電流的電流密度低于第I焊點區(qū)域50以及第2焊點區(qū)域52的主電流的電流密度。因此，能夠抑制焊點之間(中間區(qū)域)的溫度上升。
[0037]實施方式3
[0038]圖6是本發(fā)明的實施方式3所涉及的半導體裝置的剖面圖。以與實施方式I所涉及的半導體裝置的不同點為中心進行說明。
[0039]在中間區(qū)域54中的基極層64a的雜質(zhì)密度，高于在第I焊點區(qū)域50中的基極層64的雜質(zhì)密度以及在第2焊點區(qū)域52中的基極層64的雜質(zhì)密度。在這里所謂雜質(zhì)密度是指受主密度。此外，受主密度可以設(shè)為實際有效受主密度。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的實施方式3所涉及的半導體裝置，能夠提高中間區(qū)域54的柵極閥值電壓，并使中間區(qū)域54的主電流的電流密度低于第I焊點區(qū)域50以及第2焊點區(qū)域52的主電流的電流密度。因此，能夠抑制焊點之間(中間區(qū)域)的溫度上升。
[0041]實施方式4
[0042]圖7是本發(fā)明的實施方式4所涉及的半導體裝置的剖面圖。以與實施方式I所涉及的半導體裝置的不同點為中心進行說明。
[0043]在中間區(qū)域54中，通過照射電子束等帶電粒子而形成有帶電粒子照射區(qū)域100。由于形成有帶電粒子照射區(qū)域100，中間區(qū)域54的主電流的路徑，與第I焊點區(qū)域50以及上述第2焊點區(qū)域52的主電流的路徑相比，晶格缺陷增多。
[0044]由于晶格缺陷具有使在半導體物質(zhì)內(nèi)的電子-空穴載體再結(jié)合的功能，因此可以通過最優(yōu)化晶格缺陷密度而實現(xiàn)載體的壽命控制。根據(jù)本發(fā)明的實施方式4所涉及的半導體裝置，能夠通過在中間區(qū)域54中導入晶格缺陷而進行中間區(qū)域54的載體的壽命控制，從而使中間區(qū)域54的導通電壓上升。因此，能夠使中間區(qū)域54的主電流的電流密度低于第I焊點區(qū)域50以及第2焊點區(qū)域52的主電流的電流密度，從而抑制焊點之間(中間區(qū)域)的溫度上升。
[0045]實施方式5
[0046]圖8是本發(fā)明的實施方式5所涉及的半導體裝置的剖面圖。以與實施方式I所涉及的半導體裝置的不同點為中心進行說明。
[0047]中間區(qū)域54中的η-層110的電阻率與在第I焊點區(qū)域50以及第2焊點區(qū)域52中的η-層60的電阻率相比較高。因此，中間區(qū)域54的主電流路徑的電阻率，與第I焊點區(qū)域50的主電流路徑的電阻率以及第2焊點區(qū)域52的主電流路徑的電阻率相比，較高。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的實施方式5所涉及的半導體裝置，能夠使中間區(qū)域54的導通電壓上升。因此，使中間區(qū)域54的主電流的電流密度低于第I焊點區(qū)域50以及第2焊點區(qū)域52的主電流的電流密度，從而能夠抑制焊點之間(中間區(qū)域)的溫度上升。
[0049]實施方式6
[0050]圖9是本發(fā)明的實施方式6所涉及的半導體元件的剖面圖。以與實施方式I所涉及的半導體裝置的不同點為中心進行說明。
[0051]將中間區(qū)域54的寬度(Xl)形成為大于或等于第I焊點區(qū)域50的寬度(Χ2)或第2焊點區(qū)域52的寬度(Χ3)的一半。通過使第I焊點區(qū)域50與第2焊點區(qū)域52充分隔離，從而使得在第I焊點區(qū)域50中產(chǎn)生的熱量與在第2焊點區(qū)域52中產(chǎn)生的熱量不干涉。因此，能夠抑制焊點之間(中間區(qū)域)的溫度上升。
[0052]寬度Xl并不特別限定于大于或等于寬度Χ2或?qū)挾圈?的一半。此外，本發(fā)明的實施方式2至6所涉及的半導體裝置可以進行至少與實施方式I相同程度的變形。另外，可以適當?shù)亟M合各實施方式所涉及的半導體裝置的特征。
[0053]標號的說明
[0054]10半導體裝置，12基板，14基底板，16半導體元件，22端子，50第I焊點區(qū)域，52第2焊點區(qū)域，54中間區(qū)域，60 η-層，62電荷積蓄層，64、64a基極層，66柵極，70a、70b、70c發(fā)射極圖案，72絕緣膜，74發(fā)射極電極，80緩沖層，82集電極層，84集電極電極，100帶電粒子照射區(qū)域，110 η-層
【權(quán)利要求】
1.一種半導體裝置的特征在于，具有: 半導體元件，其具有在俯視觀察時直線地形成的多個柵極、與所述多個柵極絕緣的發(fā)射極圖案、以及在所述發(fā)射極圖案上形成的發(fā)射極電極，并且形成為主電流經(jīng)由所述發(fā)射極圖案流向所述發(fā)射極電極； 第I焊點，其形成在所述發(fā)射極電極的一部分上； 第2焊點，其與所述第I焊點隔離地形成在所述發(fā)射極電極的一部分上；以及 端子，其經(jīng)由所述第I焊點以及所述第2焊點與所述發(fā)射極電極連接， 所述半導體元件具有形成有所述第I焊點的第I焊點區(qū)域、形成有所述第2焊點的第2焊點區(qū)域、以及所述第I焊點區(qū)域和所述第2焊點區(qū)域之間的區(qū)域即中間區(qū)域， 所述第I焊點區(qū)域的所述柵極的密度、所述第2焊點區(qū)域的所述柵極的密度和所述中間區(qū)域的所述柵極的密度相等， 所述半導體元件形成為，所述中間區(qū)域的所述主電流的電流密度低于所述第I焊點區(qū)域以及所述第2焊點區(qū)域的所述主電流的電流密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于， 對于俯視觀察時的每個單位面積中的所述發(fā)射極圖案和所述發(fā)射極電極的接觸面積，與所述第I焊點區(qū)域以及所述第2焊點區(qū)域相比，所述中間區(qū)域中的所述接觸面積較小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于， 在所述中間區(qū)域中的所述發(fā)射極圖案的雜質(zhì)密度，低于所述第I焊點區(qū)域中的所述發(fā)射極圖案的雜質(zhì)密度以及所述第2焊點區(qū)域中的所述發(fā)射極圖案的雜質(zhì)密度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于， 具有基極層，該基極層與所述柵極接觸而形成，通過對所述柵極施加電壓而導電型反轉(zhuǎn)， 所述中間區(qū)域中的所述基極層的雜質(zhì)密度，高于所述第I焊點區(qū)域中的所述基極層的雜質(zhì)密度以及所述第2焊點區(qū)域中的所述基極層的雜質(zhì)密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于， 與所述第I焊點區(qū)域、以及所述第2焊點區(qū)域的所述主電流的路徑相比，所述中間區(qū)域的所述主電流的路徑的晶格缺陷較多。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于， 所述中間區(qū)域的所述主電流的路徑的電阻率，高于所述第I焊點區(qū)域的所述主電流的路徑的電阻率以及所述第2焊點區(qū)域的所述主電流的路徑的電阻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于， 所述中間區(qū)域的寬度大于或等于所述第I焊點區(qū)域或者所述第2焊點區(qū)域的寬度的一半。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的半導體裝置，其特征在于， 所述半導體元件是縱型IGBT，在其正面形成有所述發(fā)射極電極，在其背面形成有所述集電極電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的半導體裝置，其特征在于， 所述半導體元件由寬帶隙半導體形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導體裝置，其特征在于，所述寬帶隙半導體是碳化硅、氮化鎵類材料或者金剛石。
【文檔編號】H01L25/07GK104137244SQ201280070478
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月22日
【發(fā)明者】遠井茂男 申請人:三菱電機株式會社