JP4796359B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、パワートランジスタによって構成されたブリッジ回路を含む半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。
例えば、2個のPMOSトランジスタと2個のNMOSトランジスタなどによって構成される所謂Hブリッジ回路と呼ばれるものが広く知られている。このようなHブリッジ回路は、幅広い分野で用いられており、代表的な用途として、自動車やプリンタ等に含まれる各種モータの駆動回路や、ハードディスク装置のモータや磁気ヘッドの駆動回路などが挙げられる。
前述したようなHブリッジ回路は、例えばパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワートランジスタが用いられる。したがって、Hブリッジ回路の実体は、例えば、ディスクリートのトランジスタを誘電体基板上で配線することなどで実現される。例えば、一般的に用いられているHブリッジ回路の実装例を以下に示す。
図7は、Hブリッジ回路の一例を示す回路図である。図8は、本発明の前提として検討した従来技術の半導体装置において、それに含まれるHブリッジ回路の実装例を示す上面図である。図7に示すHブリッジ回路は、例えば、2個のPMOSトランジスタMP1,MP2と、2個のNMOSトランジスタMN1,MN2で構成される。MP1,MP2のソースは、共通のノードSS1に接続され、MN1,MN2のソースは、共通のノードSS2に接続されている。また、MP1のドレインとMN1のドレインは、共通のノードDD1に接続され、MP2のドレインとMN2のドレインは、共通のノードDD2に接続されている。なお、MP1,MP2,MN1,MN2のゲートノードは、それぞれGG1,GG2,GG3,GG4となっている。
そして、図7のHブリッジ回路は、例えば図8のような実装方式で実現される。図8においては、例えば図示しない誘電体基板上等に、図7における2個のPMOSトランジスタMP1,MP2を含むパッケージデバイスPch_PKGと、2個のNMOSトランジスタMN1,MN2を含むパッケージデバイスNch_PKGが実装される。各MOSトランジスタMP1,MP2,MN1,MN2は、例えば、表面にソース端子とゲート端子を備え、裏面にドレイン端子を備えた縦型のパワーMOSトランジスタとなっている。
パッケージデバイスPch_PKGでは、MP1のソース端子とゲート端子が、それぞれ外部リードS1とG1にワイヤボンディングされ、MP2のソース端子とゲート端子が、それぞれ外部リードS2とG2にワイヤボンディングされる。MP1のドレイン端子は、ダイパッドを介して2本の外部リードD1に接続され、MP2のドレイン端子は、ダイパッドを介して2本の外部リードD2に接続される。このように、Pch_PKGは、8本の外部リードを備えた構成となっている。
一方、パッケージデバイスNch_PKGも、Pch_PKGと同様に配線され、8本の外部リードS1,G1,S2,G2,D1(2本),D2(2本)を備えた構成となっている。そして、誘電体基板上等で、Pch_PKGの外部リードS1とS2が接続されることで図7のノードSS1が形成され、Nch_PKGの外部リードS1とS2が接続されることで図7のノードSS2が形成される。更に、Pch_PKGの2本の外部リードD1とNch_PKGの2本の外部リードD1が接続されることで図7のノードDD1が形成され、Pch_PKGの2本の外部リードD2とNch_PKGの2本の外部リードD2が接続されることで図7のノードDD2が形成される。
なお、Hブリッジ回路の実装方式は、図8に示したようなものの他に、例えば4個のトランジスタに対応する4個のパッケージデバイスを誘電体基板上で配線したものや、トランジスタモジュールと呼ばれるものを利用したものが存在する。トランジスタモジュールは、例えば4個のトランジスタが一列配置でモールドされ、場合によっては同チャネル型の2個のトランジスタのソースが共通の外部リードにボンディングされ、一列配置の10本または12本の外部リードを備えた形状を備えている。この10本または12本の外部リードを誘電体基板上で配線するとHブリッジ回路が実現できる。
このように、従来技術のHブリッジ回路は、複数のパッケージデバイスが必要であったり、誘電体基板等での配線が必要となるため、小型化が困難となっている。こうした中、Hブリッジ回路は、近年において、例えば自動車のキーレスエントリシステムでのアンテナ駆動回路等としても用いられてきており、このような場合は、特に小型化が求められる。また、当然のことながら、製造コストや実装コストの削減も必要である。
そこで、本発明の目的は、Hブリッジ回路を含む半導体装置の小型化を実現することにある。また、本発明の他の目的は、パッケージ内に複数の半導体チップを含む半導体装置の低コスト化を実現することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明による半導体装置は、8本以上(望ましくは8本)の外部リードを備えた1個のパッケージによって構成される。そして、このパッケージ内に、それぞれ個別の半導体チップによって実現される少なくとも4個のパワートランジスタを備え、パッケージ内でボンディングワイヤ等を用いて接続されることにより、Hブリッジ回路が実現されたものとなっている。すなわち、4個のパワートランジスタの各制御入力端子と、4個のパワートランジスタ間の各接続端子となる計4個の端子が、それぞれ8本の外部リードに接続されている。これによって、パワートランジスタで構成されたHブリッジ回路の小型化が実現可能となる。さらに、システム上でHブリッジ回路を実装して使用する際の実装コストの低減や、Hブリッジ回路を実現するために必要な各製造コストの低減が可能となる。
また、このような半導体装置は、例えば、チップ裏面に端子を備えた4個の縦型のパワートランジスタと、2個のダイパッドを用い、各ダイパッドに2個の縦型のパワートランジスタを搭載する構成にするとよい。これによって、各ダイパッド上で2個のパワートランジスタの一端が共通接続可能となるため、この共通接続されたダイパッドを外部リードに接続したり、またはダイパッドと外部リードが一体化したような構成を用いれば、チップ表面のボンディングワイヤの数を減らすことができる。この結果、半導体チップ上の端子と外部リードとの接続割り当てや、そのワイヤボンディング工程が容易となり、効率的にHブリッジ回路を1個のパッケージで実現できる。
さらに、このような半導体チップは、その表面に設けるパッド配置および信号配置を、表面から見た際の半導体チップの中心点を基準にして点対称の関係にするとよい。すなわち、半導体チップを180度回転させてもパッド配置および信号配置が変わらないような半導体チップの構成にするとよい。これによって、組み立て工程内のダイボンディング工程において半導体チップの方向調整に伴うコスト損失等がなく、また、点対称の関係で信号パッドを備えているため、接続する外部リードを選択する際の柔軟性も備えている。
なお、このような点対称の半導体チップを用いることによるメリットは、前述したようなHブリッジ回路に限らず、1個のパッケージ内に複数の半導体チップが搭載され、ワイヤボンディング等によって各半導体チップの端子間の共通配線が行われるような半導体装置に対して広く適用可能である。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、Hブリッジ回路を含む半導体装置の小型化または低コスト化が実現可能となる。また、パッケージ内に複数の半導体チップを含む半導体装置の低コスト化が実現可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
図1は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、その構成例を示す外形図であり、(a)は側面図、(b)は上面図である。本実施の形態の半導体装置は、図1(a),(b)に示すように、例えば、SOP(Small Outline Package)と呼ばれるパッケージ形状を備えており、8本の外部リードを備えている。SOPは、内部に複数のパワートランジスタを含む場合の代表的なパッケージ形状であるが、本実施の形態の半導体装置は、特にこれに限定されるものではなく、SOPと同様に上面から見て両側に外部リードを備えたようなパッケージ形状を備えていればよい。
図2は、図1の半導体装置において、その内部構成の一例を示す上面図であり、(a)および(b)は、それぞれ外部リードの信号配置が異なる構成を示している。図2(a),(b)に示す半導体装置は、1個のパッケージ内に4個のパワートランジスタが搭載され、8本の外部リードを備えた構成となっている。4個のパワートランジスタは、図8で前述した縦型のPMOSトランジスタMP1(第1パワートランジスタ),MP2(第2パワートランジスタ)および縦型のNMOSトランジスタMN1(第3パワートランジスタ),MN2(第4パワートランジスタ)である。そして、これらのMOSトランジスタMP1,MP2,MN1,MN2の各端子を外部リードに接続することで、図7に示したHブリッジ回路が1個のパッケージで実現されている。
図2(a)においては、パッケージを上面から見て、上側および下側にそれぞれ4本ずつの外部リードが備わっている。上側の4本の外部リードは、図7の各ノードに対応して、左から順にGG3、SS2、GG4、DD2となっている。下側の4本の外部リードは、図7の各ノードに対応して、左から順にDD1、GG1、SS1、GG2となっている。MN1とMP1は、外部リードDD1と一体化された(または接続された)ダイパッド(タブ、第1ダイパッド)DP1上に、半田等によってそれぞれダイボンディングされ、上面から見て上側にMN1、下側にMP1が並んで搭載される。MN2とMP2は、外部リードDD2と一体化されたダイパッド(第2ダイパッド)DP2上に、半田等によってそれぞれダイボンディングされ、上面から見て上側にMN2、下側にMP2が並んで搭載される。また、DP1とDP2は、上面から見て左側にDP1、右側にDP2が並んで配置される。
MP1は、ゲート端子(制御入力端子)がボンディングワイヤBWによって外部リードGG1(第1外部リード)に接続され、ソース端子(第1端子)がBWによって、外部リードSS1(第5外部リード)に接続される。MP2は、ゲート端子がボンディングワイヤBWによって外部リードGG2(第2外部リード)に接続され、ソース端子がBWによって、MP1のソース端子と共通の外部リードSS1に接続される。一方、MN1は、ゲート端子がボンディングワイヤBWによって外部リードGG3(第3外部リード)に接続され、ソース端子がBWによって、外部リードSS2(第6外部リード)に接続される。MN2は、ゲート端子がボンディングワイヤBWによって外部リードGG4(第4外部リード)に接続され、ソース端子がBWによって、MN1のソース端子と共通の外部リードSS2に接続される。
MN1とMP1のドレイン端子(第2端子)は、前述したようにダイパッドDP1を介して外部リードDD1(第7外部リード)に接続される。MN2とMP2のドレイン端子も、同様にダイパッドDP2を介して外部リードDD2(第8外部リード)に接続される。なお、図2(a)から判るように、各ボンディングワイヤBWは、勿論互いに交差することはなく、短い長さで足りる。したがって、ワイヤボンディング工程を容易または効率的に行うことができ、また、ボンディングワイヤに起因して半導体装置の性能が低下することもない。
一方、図2(b)の半導体装置は、図2(a)と同様に、上側および下側にそれぞれ4本ずつの外部リードが備えるが、図2(a)と比較して、前述したダイパッドDP1,DP2の形状が若干異なっており、これに伴い外部リードの信号配置が異なっている。図2(b)では、上側の4本の外部リードが、左から順にGG3、SS2、DD2、GG4となっており、下側の4本の外部リードが、左から順にGG1、DD1、SS1、GG2となっている。
すなわち、図2(a)と図2(b)とでは、外部リードGG4とDD2が入れ替わり、外部リードDD1とGG1が入れ替わっている。これは、図2(a)のDP1およびDP2が左端および右端の外部リードと一体化されたような形状であるのに対して、図2(b)のDP1およびDP2は、左から2番目および右から2番目の外部リードと一体化されたような形状となっているためである。これらの2通りの形状は、効果の点で特に差異はなく、必要に応じていずれを用いてもよい。なお、図2(b)において、これ以外の構成等は図2(a)と同様であるため、説明は省略する。
以上のように、図2(a),(b)に示すような半導体装置を用いると、図8のような構成と比較して小型化が実現可能となる。また、パッケージの数が半分でよいため、製造コストおよび実装コストも低減可能となる。
図3は、図1の半導体装置において、その内部構成の他の一例を示す上面図であり、(a)および(b)は、それぞれ外部リードの信号配置が異なる構成を示している。図3(a),(b)に示す半導体装置は、1個のパッケージ内に4個のパワートランジスタが搭載され、8本の外部リードを備えた構成となっている。4個のパワートランジスタは、図8で前述した縦型のMOSトランジスタMP1,MP2,MN1,MN2とは端子の配置が異なったMOSトランジスタMP1,MP2,MN1,MN2となっている。
すなわち、図8においては、MOSトランジスタを上面から見て、右側および左側の一方にソース端子、他方にゲート端子が設けられていた。これに対して、図3(a),(b)におけるMOSトランジスタMP1,MP2,MN1,MN2は、上面から見て、中央にゲート端子が設けられ、右側および左側にそれぞれソース端子が設けられた構成となっている。言い換えれば、MOSトランジスタを上面から見て、その中心点を基準に180度回転させたとしても同一の端子(パッド)配置および信号配置となる点対称の構成となっている。そして、このようなMOSトランジスタMP1,MP2,MN1,MN2の各端子を外部リードに接続することで、図7に示したHブリッジ回路が1個のパッケージで実現されている。
図3(a)では、パッケージを上面から見て、上側および下側にそれぞれ4本ずつの外部リードが備わっている。上側の4本の外部リードは、左から順にGG3、SS2、GG4、DD2となっている。下側の4本の外部リードは、左から順にDD1、GG1、SS1、GG2となっている。MN1とMP1は、外部リードDD1と一体化された(または接続された)ダイパッドDP1上に、半田等によってそれぞれダイボンディングされ、上面から見て上側にMN1、下側にMP1が並んで搭載される。MN2とMP2は、外部リードDD2と一体化されたダイパッドDP2上に、半田等によってそれぞれダイボンディングされ、上面から見て上側にMN2、下側にMP2が並んで搭載される。また、DP1とDP2は、上面から見て左側にDP1、右側にDP2が並んで配置される。
MP1は、ゲート端子がボンディングワイヤBWによって外部リードGG1に接続され、上面から見て右側のソース端子が、BWによって外部リードSS1に接続される。MP2は、ゲート端子がボンディングワイヤBWによって外部リードGG2に接続され、上面から見て左側のソース端子が、BWによってMP1のソース端子と共通の外部リードSS1に接続される。一方、MN1は、ゲート端子がボンディングワイヤBWによって外部リードGG3に接続され、上面から見て右側のソース端子が、BWによって外部リードSS2に接続される。MN2は、ゲート端子がボンディングワイヤBWによって外部リードGG4に接続され、上面から見て左側のソース端子が、BWによってMN1のソース端子と共通の外部リードSS2に接続される。
MN1とMP1のドレイン端子は、前述したようにダイパッドDP1を介して外部リードDD1に接続される。MN2とMP2のドレイン端子も、同様にダイパッドDP2を介して外部リードDD2に接続される。なお、図3(a)から判るように、各ボンディングワイヤBWは、勿論互いに交差することはなく、短い長さで足りる。したがって、ワイヤボンディング工程を容易または効率的に行うことができ、また、ボンディングワイヤに起因して半導体装置の性能が低下することもない。
一方、図3(b)の半導体装置は、図3(a)と同様に、上側および下側にそれぞれ4本ずつの外部リードが備えるが、図3(a)と比較して、前述したダイパッドDP1,DP2の形状が若干異なっており、これに伴い外部リードの信号配置が異なっている。図3(b)では、上側の4本の外部リードが、左から順にGG3、SS2、DD2、GG4となっており、下側の4本の外部リードが、左から順にGG1、DD1、SS1、GG2となっている。
すなわち、図3(a)と図3(b)とでは、外部リードGG4とDD2が入れ替わり、外部リードDD1とGG1が入れ替わっている。これは、図3(a)のDP1およびDP2が左端および右端の外部リードと一体化されたような形状であるのに対して、図3(b)のDP1およびDP2は、左から2番目および右から2番目の外部リードと一体化されたような形状となっているためである。これらの2通りの形状は、効果の点で特に差異はなく、必要に応じていずれを用いてもよい。なお、図3(b)において、これ以外の構成等は図3(a)と同様であるため、説明は省略する。
以上のように、図3(a),(b)に示すような半導体装置を用いると、図8のような構成と比較して小型化が実現可能となる。また、パッケージの数が半分でよいため、製造コストおよび実装コストも低減可能となる。更に、図2(a),(b)の構成例と比較して、以下に説明するように、更なる製造コストの低減が実現可能となる。
図4は、図2および図3の半導体装置において、その組み立て工程の一例を示すフロー図であり、(a)は図2の半導体装置のフロー図、(b)は図3の半導体装置のフロー図である。図4(a)では、まず、半導体ウエハがダイシングされ、各半導体チップに分離される。図2の半導体装置では、例えば、それぞれ同一半導体チップとなるPMOSトランジスタMP1,MP2が形成された半導体ウエハと、それぞれ同一半導体チップとなるNMOSトランジスタMN1,MN2が形成された半導体ウエハが用いられる。そして、これらの各半導体ウエハがダイシングされ、PMOSトランジスタの半導体チップやNMOSトランジスタの半導体チップが得られる。
次いで、S400aにおいて、ダイボンディング装置を用いて、ダイパッド上にダイシングされた半導体チップがダイボンディングされる。この際に、図2の半導体装置では、例えば4台のダイボンディング装置によって4回のダイボンディング工程が必要となる。すなわち、図2の半導体装置では、MP1とMP2のチップ搭載の方向が180度異なり、またMN1とMN2も同様に異なっている。したがって、実際上は、PMOSトランジスタの半導体ウエハを2枚用い、一方の半導体ウエハを180度回転させた形で設置しておく。そして、それぞれの半導体ウエハにダイボンディング装置を対応させて、個々にダイボンディングが行われる。また、同様に、NMOSトランジスタの半導体ウエハも2枚用い、それぞれの半導体ウエハにダイボンディング装置を対応させて、個々にダイボンディングが行われる。
このようにして、図2のMOSトランジスタMP1,MP2,MN1,MN2が個別にダイボンディングされた後は、図2で説明したような信号割付で、MOSトランジスタの各端子と外部リードがワイヤボンディングされる。続いて、半導体チップが搭載されたダイパッドとリードの一部がパッケージ樹脂によって封止され、パッケージ樹脂の外側のリードとなる外部リードが切断および成型される。次いで、選別等の検査工程を経て、梱包され出荷される。
一方、図4(b)では、まず、図4(a)と同様に半導体ウエハがダイシングされ、次いでS400bにおいて、ダイボンディング装置によるダイボンディングが行われる。この際に、図3の半導体装置を用いると、図2の場合と異なり、例えば2台のダイボンディング装置による2回のダイボンディング工程で足りる。
すなわち、図3の半導体装置では、前述したようにMOSトランジスタの端子(パッド)配置が点対称であるため、MP1とMP2のチップ搭載の方向は同一となり、またMN1とMN2も同様に同一となる。したがって、実際上は、PMOSトランジスタの半導体ウエハとNMOSトランジスタの半導体ウエハをそれぞれ1枚ずつ用い、それぞれの半導体ウエハにダイボンディング装置を対応させればよい。そして、一方のダイボンディング装置によって、図3のMP1とMP2が連続してダイボンディングされ、他方のダイボンディング装置によって、図3のMN1とMN2が連続してダイボンディングされる。
このようにして、図3のMOSトランジスタMP1,MP2,MN1,MN2がダイボンディングされた後は、図3で説明したような信号割付で、MOSトランジスタの各端子と外部リードがワイヤボンディングされる。続いて、半導体チップが搭載されたダイパッドとリードの一部がパッケージ樹脂によって封止され、パッケージ樹脂の外側のリードとなる外部リードが切断および成型される。次いで、選別等の検査工程を経て、梱包され出荷される。
以上のように、図3の半導体装置を用いて、図4(b)のように組み立て工程を行うことで、図2の半導体装置を用いる場合と比較して、ダイボンディング工程に要する時間が短縮され、また必要なダイボンディング装置の数を減らすことが可能になる。これによって、製造コストの低減が実現できる。
なお、この効果は、図3の半導体装置に限るものではない。例えば、複数の半導体チップが1個のパッケージ内に搭載された半導体装置であり、全てまたは殆どの半導体チップのパッド配置および信号配置が、各半導体チップを上面から見た中心点を基準にして点対称の関係になっている半導体装置であれば同様の効果が得られる。すなわち、点対称であるため、半導体チップの方向調整に伴うコスト損失等がなく、また、点対称の関係で信号パッドが存在するため、接続する外部リードを選択する際の柔軟性も備えている。
なお、このような半導体チップの一例としては、特に、図3の縦型のMOSトランジスタのように、信号パッドの数が少ないディスクリートのトランジスタ素子が挙げられる。例えば、バイポーラトランジスタであれば、チップ表面の中央にエミッタパッド、その両側にベースパッド、チップ裏面にコレクタパッドを備えればよい。
図5は、図2(a)および図3(a)の半導体装置を応用した構成の一例を示す上面図であり、(a)は図2(a)の応用例、(b)は図3(a)の応用例となっている。図5(a),(b)に示す半導体装置は、例えばSOPの16ピンのパッケージ形状となっている。そして、図5(a)の構成例は、図2(a)の構成が左右に2個備わったものであり、図5(b)の構成例は、図3(a)の構成が左右に2個備わったものである。したがって、各構成例は、1個のパッケージ内に図7のHブリッジ回路を2個備えた構成となっている。
例えば、あるシステム内で2個のHブリッジ回路が用いられるような場合に、図5の半導体装置を用いることで、システムの小型化や、実装コストの低減や、半導体装置の製造コストの低減が図れる。ただし、1パッケージ内に8個の半導体チップが搭載されるため、場合によっては、半導体装置の歩留まりが低下し、その分半導体装置の製造コストが増加する懸念もある。
図6は、図3の半導体装置において、その半導体チップの主要部の一例を示す断面図であり、(a)は、NMOSトランジスタの断面図、(b)はPMOSトランジスタの断面図を示すものである。図6(a)に示す縦型のパワーNMOSトランジスタMN1,MN2は、例えばn型のシリコン(Si)単結晶からなる半導体基板60aを備え、その裏面には、ドレイン電極(ドレイン端子)Dが形成されている。ドレイン電極Dは、例えば金(Au)等の金属が蒸着されて形成されており、前述したようにダイパッドと接続される。一方、半導体基板60aの主面には、例えばn型のシリコン単結晶からなるエピタキシャル層61aが形成されている。このエピタキシャル層61aには、p型の半導体領域62aと、その上のn型の半導体領域64aとが形成されている。
そして、このようなエピタキシャル層61aは、その厚さ方向に溝(トレンチ)が掘られ、その内壁面にゲート酸化膜65aが形成され、この溝内にゲート酸化膜65aを介してポリシリコンゲート層66aが埋め込まれている。これによって、半導体領域64aをソース領域とし、半導体領域62aをチャネル形成領域とし、エピタキシャル層61aおよび半導体基板60aをドレイン領域とする縦型のパワーNMOSトランジスタが形成される。
また、このようなトレンチは、エピタキシャル層61aの横方向に複数形成される。そして、隣接するトレンチ間の半導体領域64aは、その領域内に形成されたp型の半導体領域63aによって分離されている。半導体チップ表面の中心部には、アルミニウムALなどのメタル67aを用いてゲート電極(ゲート端子)Gが形成され、このゲート電極Gと各トレンチ内に埋め込まれたポリシリコンゲート層66aとがコンタクトを介して接続される。一方、半導体チップ表面におけるゲート電極Gの両側には、アルミニウムALなどのメタル67aを用いてソース電極(ソース端子)Sが形成される。このソース電極Sは、半導体領域64aと半導体領域63aに接続され、これによってソース領域への電圧供給と、チャネル形成領域へのバックバイアスが行われる。
なお、ゲート電極Gおよびソース電極S上は、パッドとして露出する部分を除いてPIQ(Polyimide Isoindlo Quinasolinzion)等の保護膜68aによって保護される。また、ゲート電極Gの下部に位置するエピタキシャル層61aには、半導体チップの耐圧を向上されるためのp型の半導体領域69aが形成されている。更に、図示はしないが、2個のソース電極Sは、メタル層内で電気的に接続される。
図6(b)に示す縦型のパワーPMOSトランジスタMP1,MP2は、例えばp型のシリコン(Si)単結晶からなる半導体基板60bを備え、その裏面には、ドレイン電極(ドレイン端子)Dが形成されている。ドレイン電極Dは、例えば金(Au)等の金属が蒸着されて形成されており、前述したようにダイパッドと接続される。一方、半導体基板60bの主面には、例えばp型のシリコン単結晶からなるエピタキシャル層61bが形成されている。このエピタキシャル層61bには、n型の半導体領域62bと、その上のp型の半導体領域64bとが形成されている。
そして、このようなエピタキシャル層61bは、その厚さ方向に溝(トレンチ)が掘られ、その内壁面にゲート酸化膜65bが形成され、トレンチ内にゲート酸化膜65bを介してポリシリコンゲート層66bが埋め込まれている。これによって、半導体領域64bをソース領域とし、半導体領域62bをチャネル形成領域とし、エピタキシャル層61bおよび半導体基板60bをドレイン領域とする縦型のパワーPMOSトランジスタが形成される。
また、このようなトレンチは、エピタキシャル層61bの横方向に複数形成される。そして、隣接するトレンチ間の半導体領域64bは、その領域内に形成されたn型の半導体領域63bによって分離されている。半導体チップ表面の中心部には、アルミニウムALなどのメタル67bを用いてゲート電極Gが形成され、このゲート電極Gと各トレンチ内に埋め込まれたポリシリコンゲート層66bとがコンタクトを介して接続される。一方、半導体チップ表面におけるゲート電極Gの両側には、アルミニウムALなどのメタル67bを用いてソース電極Sが形成される。このソース電極Sは、半導体領域64bと半導体領域63bに接続され、これによってソース領域への電圧供給と、チャネル形成領域へのバックバイアスが行われる。
なお、ゲート電極Gおよびソース電極S上は、パッドとして露出する部分を除いてPIQ(Polyimide Isoindlo Quinasolinzion)等の保護膜68bによって保護される。また、ゲート電極Gの下部に位置するエピタキシャル層61bには、半導体チップの耐圧を向上されるためのn型の半導体領域69bが形成されている。更に、図示はしないが、2個のソース電極Sは、メタル層内で電気的に接続される。
以上のように、トレンチゲート構造を用いて縦型のパワーMOSトランジスタを形成することで、トランジスタの単位領域の微細化および高集積化が可能となり、半導体チップの小型化が可能となる。そして、このような半導体チップのパッド配置および信号配置を点対称で実現できるため、図4で述べたような製造コストの低減が可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
本発明の半導体装置は、パワートランジスタによるHブリッジ回路を1個のパッケージで実現した半導体装置に適用して特に有益な技術であり、これに限らず、1個のパッケージ内に複数の半導体チップを含む半導体装置に対して広く適用可能である。
本発明の一実施の形態による半導体装置において、その構成例を示す外形図であり、(a)は側面図、(b)は上面図である。 図1の半導体装置において、その内部構成の一例を示す上面図であり、(a)および(b)は、それぞれ外部リードの信号配置が異なる構成を示している。 図1の半導体装置において、その内部構成の他の一例を示す上面図であり、(a)および(b)は、それぞれ外部リードの信号配置が異なる構成を示している。 図2および図3の半導体装置において、その組み立て工程の一例を示すフロー図であり、(a)は図2の半導体装置のフロー図、(b)は図3の半導体装置のフロー図である。 図2(a)および図3(a)の半導体装置を応用した構成例を示す上面図であり、(a)は図2(a)の応用例、(b)は図3(a)の応用例となっている。 図3の半導体装置において、その半導体チップの主要部の一例を示す断面図であり、(a)は、NMOSトランジスタの断面図、(b)はPMOSトランジスタの断面図を示すものである。 Hブリッジ回路の一例を示す回路図である。 本発明の前提として検討した従来技術の半導体装置において、それに含まれるHブリッジ回路の実装例を示す上面図である。
符号の説明
60a,60b 半導体基板
61a,61b エピタキシャル層
62a〜64a,62b〜64b 半導体領域
65a,65b 酸化膜
66a,66b ポリシリコンゲート層
67a,67b メタル層
68a,68b 保護膜
69a,69b 半導体領域
MP PMOSトランジスタ
MN NMOSトランジスタ
DP ダイパッド
BW ボンディングワイヤ
GG,SS,DD 外部リード
S ソース端子
G ゲート端子
D ドレイン端子

Claims (12)

  1. 第1パワートランジスタを含み、第1主面に前記第1パワートランジスタの第1ソース端子と第1ゲート端子、前記第1主面とは反対側の第1裏面に前記第1パワートランジスタの第1ドレイン端子を備えた第1半導体チップと、
    第2パワートランジスタを含み、第2主面に前記第2パワートランジスタの第2ソース端子と第2ゲート端子、前記第2主面とは反対側の第2裏面に前記第2パワートランジスタの第2ドレイン端子を備えた第2半導体チップと、
    第3パワートランジスタを含み、第3主面に前記第3パワートランジスタの第3ソース端子と第3ゲート端子、前記第3主面とは反対側の第3裏面に前記第3パワートランジスタの第3ドレイン端子を備えた第3半導体チップと、
    第4パワートランジスタを含み、第4主面に前記第4パワートランジスタの第4ソース端子と第4ゲート端子、前記第4主面とは反対側の第4裏面に前記第4パワートランジスタの第4ドレイン端子を備えた第4半導体チップと、
    上面に前記第1半導体チップと前記第3半導体チップとが搭載された第1ダイパッドと、
    上面に前記第2半導体チップと前記第4半導体チップとが搭載された第2ダイパッドと、
    前記第1ダイパッドと前記第2ダイパッドの周囲に配置され、前記第1、第2、第3、および第4半導体チップと電気的に接続された複数の外部リードと、
    平面視において、第1辺、前記第1辺と対向する第2辺、前記第1辺と交差する第3辺、および前記第3辺と対向する第4辺を有し、前記第1、第2、第3、第4半導体チップ、および前記複数の外部リードのそれぞれの一部を封止する封止体と、を備え、
    前記複数の外部リードは、第1ソースリード、第2ソースリード、第1ゲートリード、第2ゲートリード、第3ゲートリード、および第4ゲートリードを含み、
    前記第1ソースリード、前記第1ゲートリード、および前記第2ゲートリードは、前記第1辺に沿って配置され、
    前記第1ソースリードは、前記第1ゲートリードと前記第2ゲートリードとの間に位置しており、
    前記第2ソースリード、前記第3ゲートリード、および前記第4ゲートリードは、前記第2辺に沿って配置され、
    前記第2ソースリードは、前記第3ゲートリードと前記第4ゲートリードとの間に位置しており、
    前記第1ダイパッドは、前記第1辺と前記第2辺の間において、前記第4辺よりも前記第3辺に近くなるように配置され、
    前記第2ダイパッドは、前記第1辺と前記第2辺の間において、前記第1ダイパッドと前記第4辺との間に配置され、
    前記第1半導体チップは、前記第1ダイパッド上に前記第2辺よりも前記第1辺に近くなるように、かつ前記第1ゲート端子より前記第1ソース端子の方が前記第2ダイパッドに近くなるように搭載され、
    前記第2半導体チップは、前記第2ダイパッド上に前記第2辺よりも前記第1辺に近くなるように、かつ前記第2ゲート端子より前記第2ソース端子の方が前記第1ダイパッドに近くなるように搭載され、
    前記第3半導体チップは、前記第1ダイパッド上に前記第1半導体チップと前記第2辺との間に位置し、かつ前記第3ゲート端子より前記第3ソース端子の方が前記第2ダイパッドに近くなるように搭載され、
    前記第4半導体チップは、前記第2ダイパッド上に前記第2半導体チップと前記第2辺との間に位置し、かつ前記第4ゲート端子より前記第4ソース端子の方が前記第1ダイパッドに近くなるように搭載され、
    前記第1ソース端子と前記第2ソース端子は、前記第1ソースリードとボンディングワイヤにより電気的に接続され、
    前記第3ソース端子と前記第4ソース端子は、前記第2ソースリードとボンディングワイヤにより電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1半導体チップは、第5ソース端子をさらに備え、
    前記第2半導体チップは、第6ソース端子をさらに備え、
    前記第3半導体チップは、第7ソース端子をさらに備え、
    前記第4半導体チップは、第8ソース端子をさらに備え、
    前記第1ゲート端子は、前記第1ソース端子と前記第5ソース端子との間に配置され、
    前記第2ゲート端子は、前記第2ソース端子と前記第6ソース端子との間に配置され、
    前記第3ゲート端子は、前記第3ソース端子と前記第7ソース端子との間に配置され、
    前記第4ゲート端子は、前記第4ソース端子と前記第8ソース端子との間に配置されていることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項2に記載の半導体装置において、
    前記第1パワートランジスタ、および前記第2パワートランジスタは、縦型のPMOSトランジスタであり、
    前記第3パワートランジスタ、および前記第4パワートランジスタは、縦型のNMOSトランジスタであることを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項3に記載の半導体装置において、
    前記第1、第2、第3、および第4半導体チップは、それぞれシリコン単結晶からなる半導体基板を備え、
    前記半導体基板上にはシリコン単結晶からなるエピタキシャル層が形成され、
    前記エピタキシャル層は、第1半導体領域、第2半導体領域、およびその厚さ方向に複数のトレンチが形成され、
    前記複数のトレンチのそれぞれの内壁面にはゲート酸化膜が形成され、
    前記ゲート酸化膜を介してポリシリコンゲート層が埋め込まれていることにより、前記第1半導体領域はソース領域、前記第2半導体領域はチャネル形成領域、前記エピタキシャル層および前記半導体基板はドレイン領域となるトレンチゲート構造であることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項4に記載の半導体装置において、
    前記第1、第2、第3、および第4ゲート端子のそれぞれは、前記ポリシリコンゲート層と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記複数の外部リードは、第1ドレインリードと第2ドレインリードとをさらに含み、
    前記第1ドレインリードは、前記第1ダイパッドと連結され、前記第1辺に沿って配置され、
    前記第2ドレインリードは、前記第2ダイパッドと連結され、前記第2辺に沿って配置されていることを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項6に記載の半導体装置において、
    前記第1ドレインリードは、前記第1ゲートリードと前記第2ゲートリードとの間に配置され、
    前記第2ドレインリードは、前記第3ゲートリードと前記第4ゲートリードとの間に配置されていることを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1ゲート端子は、前記第1ゲートリードとボンディングワイヤにより電気的に接続され、
    前記第2ゲート端子は、前記第2ゲートリードとボンディングワイヤにより電気的に接続され、
    前記第3ゲート端子は、前記第3ゲートリードとボンディングワイヤにより電気的に接続され、
    前記第4ゲート端子は、前記第4ゲートリードとボンディングワイヤにより電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項8に記載の半導体装置において、
    前記半導体装置内には、Hブリッジ回路が構成されていることを特徴とする半導体装置。
  10. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1ドレイン端子と前記第3ドレイン端子は、前記第1ダイパッドを介して電気的に接続され、
    前記第2ドレイン端子と前記第4ドレイン端子は、前記第2ダイパッドを介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  11. 請求項10に記載の半導体装置において、
    前記第1半導体チップの前記第1裏面と前記第3半導体チップの前記第3裏面のそれぞれは、前記第1ダイパッドと半田を介して電気的に接続され、
    前記第2半導体チップの前記第2裏面と前記第4半導体チップの前記第4裏面のそれぞれは、前記第2ダイパッドと半田を介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  12. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記半導体装置のパッケージ形状は、SOPであることを特徴とする半導体装置。
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