JP2014232883A - Bipolar semiconductor device - Google Patents

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敏夫 中崎
Toshio Nakasaki
敏夫 中崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-speed bipolar semiconductor device and a method of manufacturing the same.SOLUTION: There is provided a bipolar semiconductor device including: a collector region 10; a base region 12 disposed on the collector region 10; an emitter region 14 disposed on the base region 12; an emitter pad region 34 disposed on the base region 12 and commonly formed with the emitter region 14; a base electrode 20 disposed on the base region 12 and connected to the base region 12 via a plurality of base contacts CB; an emitter electrode 18 disposed on the emitter region 14; and an emitter pad electrode 24 disposed on the emitter pad region 34 near the base region 12, and there is provided a method of manufacturing the bipolar semiconductor device. The semiconductor device may include an insulating layer 26 disposed on the emitter pad region 34. In such a case, the emitter pad electrode 24 is disposed on the insulating layer 26.

Description

本発明は、バイポーラ型半導体装置に関し、特に高速化されたバイポーラ型半導体装置に関する。   The present invention relates to a bipolar semiconductor device, and more particularly to a bipolar semiconductor device that has been increased in speed.

バイポーラトランジスタは、絶縁ゲート電界効果トランジスタ(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などに比べて、スイッチングスピードが遅いのが課題である。バイポーラトランジスタにおいては、ターンオンスイッチング時にベースからキャリアを注入するために、その注入されたキャリアがターンオフスイッチング時にベース層内に残ってしまうためである。   The problem with bipolar transistors is that their switching speed is slow compared to insulated gate field effect transistors (MOSFETs). This is because in the bipolar transistor, carriers are injected from the base at the turn-on switching, so that the injected carriers remain in the base layer at the turn-off switching.

ベース幅を広くして安全動作領域を広くしながら、スイッチング時間を早くし、かつ、電流増幅率を大きくすることができるパワー用バイポーラトランジスタおよびその製法については、既に開示されている(例えば、特許文献1参照。)。一方、大電流化するためのエミッタ領域の面積を確保し、チップ面積を大きくしないで、保護ダイオードの面積を増やし、順方向の大電流に対応する大きな逆方向電流に対しても保護し得るバイポーラトランジスタについても既に開示されている(例えば、特許文献2参照。)。   A power bipolar transistor capable of increasing the current amplification factor while increasing the base width and widening the safe operation area and increasing the current amplification factor and the manufacturing method thereof have already been disclosed (for example, patents). Reference 1). On the other hand, bipolar that can secure the area of the emitter region for increasing the current, increase the area of the protection diode without increasing the chip area, and protect against a large reverse current corresponding to a large forward current Transistors have already been disclosed (for example, see Patent Document 2).

特に、バイポーラトランジスタにおいては、ターンオフスイッチング時には、コレクタ電流Icが、電流経路としてエミッタ部の中心を流れるため、キャリアがエミッタ直下に残ってしまう。キャリアが残るエミッタ直下は、ベース電極からの距離が遠いため、ベース電極からのキャリアの抜けが遅くなり、ベース電極からの吸収効果が悪い。   In particular, in a bipolar transistor, at the time of turn-off switching, the collector current Ic flows through the center of the emitter section as a current path, so that carriers remain immediately below the emitter. Immediately below the emitter where the carriers remain, since the distance from the base electrode is long, the removal of carriers from the base electrode is delayed, and the absorption effect from the base electrode is poor.

また、従来、エミッタ部にはボンディングワイヤを打たなければならないため、ボンディングパッドを設ける必要がある。そのエミッタボンディングパッド部分には、ベースの電極の配線を設けることができないため、エミッタボンディングパッド近辺は、さらにベース電極から遠くなってしまう。   Conventionally, since a bonding wire has to be hit on the emitter portion, it is necessary to provide a bonding pad. Since the base electrode wiring cannot be provided in the emitter bonding pad portion, the vicinity of the emitter bonding pad is further away from the base electrode.

このため、バイポーラトランジスタにおいては、高速化・高効率化を行うために多層配線などにより、ベース・エミッタの配置を最適化したり、ボンディングパッド部を有効活用したりしていた。しかしながら、多層配線では、信頼性が低下し、製造コストが増大する。   For this reason, in the bipolar transistor, the arrangement of the base and the emitter is optimized or the bonding pad portion is effectively utilized by multilayer wiring or the like in order to increase the speed and efficiency. However, in the multilayer wiring, the reliability is lowered and the manufacturing cost is increased.

特開2000−340573号公報JP 2000-340573 A 特開2004−119577号公報JP 2004-119777 A

本発明の目的は、高速化されたバイポーラ型半導体装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a bipolar semiconductor device that has been increased in speed.

本発明の一態様によれば、第1導電型のコレクタ領域と、前記コレクタ領域上に配置された第2導電型のベース領域と、前記ベース領域上に配置された第1導電型のエミッタ領域と、前記ベース領域上に配置され、複数のベースコンタクトを介して前記ベース領域と接続されたベース電極と、前記エミッタ領域上に配置されたエミッタ電極と、前記エミッタ電極上に設けられたボンディングワイヤと、前記エミッタ領域と前記ボンディングワイヤとの間に介在し、前記ボンディングワイヤ下の前記エミッタ領域を覆う絶縁層と、前記エミッタ電極と前記エミッタ領域とが導通するエミッタコンタクトとを備えるバイポーラ型半導体装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, a first conductivity type collector region, a second conductivity type base region disposed on the collector region, and a first conductivity type emitter region disposed on the base region. A base electrode disposed on the base region and connected to the base region via a plurality of base contacts, an emitter electrode disposed on the emitter region, and a bonding wire provided on the emitter electrode A bipolar semiconductor device comprising: an insulating layer interposed between the emitter region and the bonding wire and covering the emitter region under the bonding wire; and an emitter contact for conducting the emitter electrode and the emitter region Is provided.

本発明の他の態様によれば、第1導電型のコレクタ領域と、前記コレクタ領域上に配置された第2導電型のベース領域と、前記ベース領域上に配置された第1導電型のエミッタ領域と、前記ベース領域上に配置され、複数のベースコンタクトを介して前記ベース領域と接続されたベース電極と、前記エミッタ領域の外周部の領域上のみに直接配置されたエミッタ電極と、前記エミッタ電極上に設けられたボンディングワイヤとを備えるバイポーラ型半導体装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, a first conductivity type collector region, a second conductivity type base region disposed on the collector region, and a first conductivity type emitter disposed on the base region. A region, a base electrode disposed on the base region and connected to the base region via a plurality of base contacts, an emitter electrode disposed directly only on the outer peripheral region of the emitter region, and the emitter A bipolar semiconductor device including a bonding wire provided on an electrode is provided.

本発明によれば、高速化されたバイポーラ型半導体装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a bipolar semiconductor device with a high speed.

本発明の第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の模式的平面パターン構成図。1 is a schematic plane pattern configuration diagram of a bipolar semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 図1のI−I線に沿う模式的断面構造図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram taken along line II in FIG. 1. 図1のII−II線に沿う模式的断面構造図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram taken along line II-II in FIG. 1. 比較例に係る半導体装置の動作説明図。FIG. 10 is an operation explanatory view of a semiconductor device according to a comparative example. 本発明の第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の動作説明図。FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the bipolar semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の製造方法の一工程を示す模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram which shows 1 process of the manufacturing method of the bipolar type semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の製造方法の一工程を示す模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram which shows 1 process of the manufacturing method of the bipolar type semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の製造方法の一工程を示す模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram which shows 1 process of the manufacturing method of the bipolar type semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の製造方法の一工程を示す模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram which shows 1 process of the manufacturing method of the bipolar type semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の製造方法の一工程を示す模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram which shows 1 process of the manufacturing method of the bipolar type semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の平面パターン写真例。1 is a plan pattern photograph example of a bipolar semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. (a)本発明の第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置において、矩形状にベースコンタクトCBを配置した平面パターン写真例、(b)矩形パターンの説明図。(A) Example of planar pattern photograph in which base contacts CB are arranged in a rectangular shape in the bipolar semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, (b) An explanatory diagram of a rectangular pattern. 本発明の第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置において、六角形状にベースコンタクトCBを配置した平面パターン写真例、(b)六角形パターンの説明図。In the bipolar type semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention, the example of the plane pattern which has arrange | positioned the base contact CB in hexagon shape, (b) Explanatory drawing of a hexagonal pattern. 図13の構造において、セルピッチLpとコレクタ・エミッタ間飽和電圧VCE(sat)との関係を示す図。FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a cell pitch L p and a collector-emitter saturation voltage V CE (sat) in the structure of FIG. 13. コレクタ電流Icのターンオフスイッチング波形例。An example of a turn-off switching waveform of the collector current Ic. 本発明の第1の実施の形態の変形例に係るバイポーラ型半導体装置の製造方法の一工程を示す模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram which shows 1 process of the manufacturing method of the bipolar type semiconductor device which concerns on the modification of the 1st Embodiment of this invention. 図16のI−I線に沿う模式的断面構造図。FIG. 17 is a schematic sectional view taken along the line II of FIG.

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention have the following structure and arrangement of components. It is not something specific. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

[第1の実施の形態]
(素子構造)
本発明の第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の模式的平面パターン構成は、図1に示すように表され、図1のI−I線に沿う模式的断面構造は、図2に示すように表され、図1のII−II線に沿う模式的断面構造は、図3に示すように表される。
[First Embodiment]
(Element structure)
A schematic planar pattern configuration of the bipolar semiconductor device according to the first embodiment of the present invention is represented as shown in FIG. 1, and a schematic cross-sectional structure taken along line II of FIG. 1 is shown in FIG. A schematic cross-sectional structure taken along line II-II in FIG. 1 is represented as shown in FIG.

第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置は、図1〜図3に示すように、コレクタ領域10と、コレクタ領域10上に配置されたベース領域12と、ベース領域12上に配置されたエミッタ領域14と、ベース領域12上に配置され、エミッタ領域14と共通に形成されたエミッタパッド領域34と、ベース領域12上に配置され、複数のベースコンタクトCBを介してベース領域12と接続されたベース電極20と、エミッタ領域14上に配置されたエミッタ電極18と、ベース領域12近傍のエミッタパッド領域34上に配置されたエミッタパッド電極24とを備える。   As shown in FIGS. 1 to 3, the bipolar semiconductor device according to the first embodiment is arranged on the collector region 10, the base region 12 disposed on the collector region 10, and the base region 12. An emitter region 14, an emitter pad region 34 disposed on the base region 12 and formed in common with the emitter region 14, a base region 12, and connected to the base region 12 via a plurality of base contacts CB. A base electrode 20, an emitter electrode 18 disposed on the emitter region 14, and an emitter pad electrode 24 disposed on an emitter pad region 34 near the base region 12.

さらに、図2に示すように、エミッタパッド領域34上に配置された絶縁層26を備え、エミッタパッド電極24は、ベース領域12近傍のエミッタパッド領域34上におよび絶縁層26上に配置されている。   Further, as shown in FIG. 2, an insulating layer 26 is provided on the emitter pad region 34, and the emitter pad electrode 24 is provided on the emitter pad region 34 in the vicinity of the base region 12 and on the insulating layer 26. Yes.

ベースコンタクトは、矩形パターン状、六角形パターン状、もしくは千鳥格子パターン状に配置されていても良い。   The base contacts may be arranged in a rectangular pattern, a hexagonal pattern, or a houndstooth pattern.

なお、図1において、12aおよび14aは、それぞれ周辺部p拡散層および周辺部n拡散層を示す。周辺部p拡散層12aは、ベース領域12と同時に形成されていても良く、周辺部n拡散層14aは、エミッタ領域14と同時に形成されていても良い。   In FIG. 1, reference numerals 12a and 14a denote a peripheral p diffusion layer and a peripheral n diffusion layer, respectively. The peripheral p diffusion layer 12 a may be formed simultaneously with the base region 12, and the peripheral n diffusion layer 14 a may be formed simultaneously with the emitter region 14.

周辺部p拡散層12aとベース領域12との間隔W1は、例えば50μm〜60μm程度である。エミッタ領域14の幅WEは、例えば20μm〜30μm程度であり、エミッタコンタクトの幅WCEは、例えば10μm〜20μm程度である。また、ベース電極20の幅WBは、例えば12μm〜20μm程度であり、ベースコンタクトCBの幅WCBは、例えば2μm〜10μm程度である。また、ベース領域12の拡散深さは、例えば2μm〜6μm程度であり、エミッタ領域14および周辺部n拡散層14aの拡散深さは、例えば0.5μm〜3μm程度である。   An interval W1 between the peripheral p diffusion layer 12a and the base region 12 is, for example, about 50 μm to 60 μm. The width WE of the emitter region 14 is about 20 μm to 30 μm, for example, and the width WCE of the emitter contact is about 10 μm to 20 μm, for example. Further, the width WB of the base electrode 20 is, for example, about 12 μm to 20 μm, and the width WCB of the base contact CB is, for example, about 2 μm to 10 μm. The diffusion depth of the base region 12 is, for example, about 2 μm to 6 μm, and the diffusion depths of the emitter region 14 and the peripheral n diffusion layer 14 a are, for example, about 0.5 μm to 3 μm.

(動作説明)
比較例に係る半導体装置の動作説明は、図4に示すように表され、第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の動作説明は、図5示すように表される。
(Description of operation)
The operation description of the semiconductor device according to the comparative example is expressed as shown in FIG. 4, and the operation description of the bipolar semiconductor device according to the first embodiment is expressed as shown in FIG.

図4に示すように、比較例に係る半導体装置においては、エミッタパッド電極24は、エミッタパッド領域34全面に接続されているため、キャリアの残留が、ベース領域12から離隔したエミッタパッド領域34の中央に集中するので、ターンオフスイッチング時において、キャリアの抜けが遅くなり、ターンオフスイッチング速度が遅い。   As shown in FIG. 4, in the semiconductor device according to the comparative example, the emitter pad electrode 24 is connected to the entire surface of the emitter pad region 34, so that the residual carrier remains in the emitter pad region 34 separated from the base region 12. Since it is concentrated in the center, carrier turn-off is slow during turn-off switching, and the turn-off switching speed is slow.

これに対して、第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置においては、図5に示すように、エミッタボンディングパッドを形成するエミッタパッド電極24の直下に酸化膜などの絶縁層26を敷き、エミッタパッド領域34へのコンタクト部はベース領域12近辺のみに設けることで、コレクタ電流Icの経路をベース領域12近辺に集約することができる。   On the other hand, in the bipolar semiconductor device according to the first embodiment, as shown in FIG. 5, an insulating layer 26 such as an oxide film is laid directly under the emitter pad electrode 24 forming the emitter bonding pad. By providing the contact portion to the emitter pad region 34 only in the vicinity of the base region 12, the collector current Ic path can be concentrated in the vicinity of the base region 12.

第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置においては、図5に示すように、キャリアの残留が、ベース領域12近辺に集中するので、ターンオフスイッチング時において、キャリアの抜けが早くなり、ターンオフスイッチング速度が速くなる。   In the bipolar semiconductor device according to the first embodiment, as shown in FIG. 5, since the remaining carriers are concentrated in the vicinity of the base region 12, the carriers are quickly removed during the turn-off switching, and the turn-off switching is performed. Increases speed.

また、第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置においては、図5に示すように、ターンオンスイッチング時はもともとベース領域12近辺にキャリアが発生するため、所定のターンオンスイッチング速度を確保することができる。   Further, in the bipolar semiconductor device according to the first embodiment, as shown in FIG. 5, since carriers are originally generated in the vicinity of the base region 12 at the time of turn-on switching, a predetermined turn-on switching speed can be secured. it can.

また、第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置においてはエミッタボンディングパッドを形成するエミッタパッド電極24の直下に絶縁層26を敷くことで、エミッタワイヤボンディング時の衝撃を直下のエミッタパッド領域34に伝えない、クッションの役目を果たすことができ、信頼性を向上することができる。   Further, in the bipolar semiconductor device according to the first embodiment, an insulating layer 26 is laid immediately below the emitter pad electrode 24 forming the emitter bonding pad, so that the impact at the time of emitter wire bonding can be reduced to the emitter pad region 34 directly below. It can play the role of a cushion that is not communicated to, and can improve reliability.

(製造方法)
第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の製造方法の一工程を示す模式的平面パターン構成は、図6〜図10に示すように表される。
(Production method)
A schematic planar pattern configuration showing one process of the manufacturing method of the bipolar semiconductor device according to the first embodiment is expressed as shown in FIGS.

第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の製造方法は、図6〜図10に示すように、コレクタ領域10を形成する工程と、コレクタ領域10上にベース領域12を形成する工程と、ベース領域12上にエミッタ領域14およびエミッタ領域14と共通にエミッタパッド領域34を形成する工程と、ベース領域12上に複数のベースコンタクトCBを介してベース電極20を形成する工程と、エミッタ領域14上にエミッタ電極18を形成する工程と、ベース領域12近傍のエミッタパッド領域34上にエミッタパッド電極24を形成する工程とを有する。   The bipolar semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment includes a step of forming a collector region 10 and a step of forming a base region 12 on the collector region 10 as shown in FIGS. A step of forming an emitter pad region 34 in common with the emitter region 14 and the emitter region 14 on the base region 12, a step of forming the base electrode 20 on the base region 12 via a plurality of base contacts CB, and an emitter region 14 A step of forming the emitter electrode 18 thereon, and a step of forming the emitter pad electrode 24 on the emitter pad region 34 in the vicinity of the base region 12.

さらに、第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の製造方法においては、エミッタパッド領域34上に絶縁層26を形成する工程を有し、エミッタパッド電極24を形成する工程において、エミッタパッド電極24は、ベース領域12近傍のエミッタパッド領域34上におよび絶縁層26上に形成されている。   Furthermore, the method for manufacturing the bipolar semiconductor device according to the first embodiment includes the step of forming the insulating layer 26 on the emitter pad region 34, and the step of forming the emitter pad electrode 24 includes the step of forming the emitter pad electrode 24. 24 is formed on the emitter pad region 34 in the vicinity of the base region 12 and on the insulating layer 26.

以下、図6〜図10を参照して、第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の製造方法を説明する。   A method for manufacturing the bipolar semiconductor device according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS.

(a)まず、図6に示すように、ベース領域12および周辺部p拡散層12aを形成する。これらの領域は、例えばボロン(B)の拡散法もしくはイオン注入技術によって形成することができる。また、周辺部p拡散層12aは、ベース領域12に比べて厚く形成しても良く、その場合には、2段に分けた拡散もしくはイオン注入技術を適用することができる。
(b)次に、図7に示すように、エミッタ領域14、エミッタパッド領域34および周辺部n拡散層14aを形成する。これらの領域は、例えば燐(P)、砒素(As)のイオン注入技術、もしくは拡散法によって形成することができる。また、周辺部n拡散層14aは、エミッタ領域14およびエミッタパッド領域34と同時に形成されていても良く、或いは、別々の工程によって形成されていても良い。
(c)次に、図8に示すように、絶縁層16を形成後、ベースコンタクトCBおよびエミッタコンタクトに対する窓開けを行う。絶縁層16の材質としては、熱酸化膜、CVD(Chemical Vapor Deposition)酸化膜、CVD窒化膜、TEOS(Tetraethoxysilane:テトラエトキシシラン)膜などを適用することができる。
(d)次に、図9に示すように、エミッタ電極18および周辺部nコンタクト電極18aを形成し、またベース電極20を形成する。これらの電極は、アルミニウム(Al)の真空蒸着法によって形成することができる。
(e)次に、図10に示すように、ベースパッド電極22、周辺部パッド電極22aおよびエミッタパッド電極24を形成する。これらのパッド電極の形成時には、図9の工程後、全面にCVD窒化膜を形成し、これらのパッド電極の形成領域のみに窓開けを行った後、Al電極を形成することによって形成することができる。図3には、CVD窒化膜(図示省略)が周辺部において、剥離されることを示している。
(A) First, as shown in FIG. 6, a base region 12 and a peripheral p diffusion layer 12a are formed. These regions can be formed by, for example, a boron (B) diffusion method or an ion implantation technique. Further, the peripheral p diffusion layer 12a may be formed thicker than the base region 12, and in that case, a diffusion or ion implantation technique divided into two stages can be applied.
(B) Next, as shown in FIG. 7, the emitter region 14, the emitter pad region 34, and the peripheral n diffusion layer 14a are formed. These regions can be formed by, for example, an ion implantation technique of phosphorus (P) or arsenic (As) or a diffusion method. The peripheral n diffusion layer 14a may be formed at the same time as the emitter region 14 and the emitter pad region 34, or may be formed by separate steps.
(C) Next, as shown in FIG. 8, after the insulating layer 16 is formed, a window is opened for the base contact CB and the emitter contact. As a material of the insulating layer 16, a thermal oxide film, a CVD (Chemical Vapor Deposition) oxide film, a CVD nitride film, a TEOS (Tetraethoxysilane) film, or the like can be applied.
(D) Next, as shown in FIG. 9, the emitter electrode 18 and the peripheral n-contact electrode 18a are formed, and the base electrode 20 is formed. These electrodes can be formed by a vacuum deposition method of aluminum (Al).
(E) Next, as shown in FIG. 10, the base pad electrode 22, the peripheral pad electrode 22a, and the emitter pad electrode 24 are formed. When these pad electrodes are formed, a CVD nitride film is formed on the entire surface after the step of FIG. 9, and a window is opened only in the formation region of these pad electrodes, and then an Al electrode is formed. it can. FIG. 3 shows that the CVD nitride film (not shown) is peeled off at the periphery.

以上の工程を経て、最終的には、図1および図2〜図3に示すように、第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置が形成される。   Through the above steps, finally, as shown in FIGS. 1 and 2 to 3, the bipolar semiconductor device according to the first embodiment is formed.

(試作結果)
第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の試作された平面パターンの写真の例を図11に示す。図11のチップサイズは、0.9mm角であり、電流容量は、約2A程度である。エミッタ面積は、約5×105(μm2)程度、エミッタ周辺長は、約10mm程度である。
(Prototype result)
FIG. 11 shows an example of a photograph of a planar pattern produced as a prototype of the bipolar semiconductor device according to the first embodiment. The chip size in FIG. 11 is 0.9 mm square, and the current capacity is about 2 A. The emitter area is about 5 × 10 5 (μm 2 ), and the emitter peripheral length is about 10 mm.

図11に示すように、ベースパッド電極22上には、ベースボンディングワイヤ30が形成され、エミッタパッド電極24上には、エミッタボンディングワイヤ32が形成されている。   As shown in FIG. 11, a base bonding wire 30 is formed on the base pad electrode 22, and an emitter bonding wire 32 is formed on the emitter pad electrode 24.

第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置において、矩形状にベースコンタクトCBを配置した平面パターン写真を図12(a)に示し、その説明図を図12(b)に示す。   In the bipolar semiconductor device according to the first embodiment, a plane pattern photograph in which base contacts CB are arranged in a rectangular shape is shown in FIG. 12A, and an explanatory diagram thereof is shown in FIG.

また、第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置において、六角形状にベースコンタクトCBを配置した平面パターン写真を図13(a)に示し、その説明図を図13(b)に示す。矩形状にベースコンタクトCBを配置した場合には、図12(b)に示すように、電流注入の無効領域となる矩形の中央部の面積が相対的に大きい、六角形状にベースコンタクトCBを配置した場合には、三角形の中央部の面積が相対的に小さく、かつベースコンタクトCBからの距離も等しいため、電流注入を効率的に行うことができる。単位面積当たりの美項領域の割合は、矩形状にベースコンタクトCBを配置した場合には、21.5%であるのに対して、六角形状にベースコンタクトCBを配置した場合には、8.1%に低減される。   Further, in the bipolar semiconductor device according to the first embodiment, a plane pattern photograph in which base contacts CB are arranged in a hexagonal shape is shown in FIG. 13A, and an explanatory diagram thereof is shown in FIG. When the base contact CB is arranged in a rectangular shape, as shown in FIG. 12B, the base contact CB is arranged in a hexagonal shape with a relatively large area at the center of the rectangle that becomes a current injection invalid region. In this case, since the area of the central portion of the triangle is relatively small and the distance from the base contact CB is equal, current injection can be performed efficiently. The ratio of the beauty region per unit area is 21.5% when the base contact CB is arranged in a rectangular shape, whereas when the base contact CB is arranged in a hexagonal shape, it is 8. Reduced to 1%.

(実験結果)
第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置として、六角形状にベースコンタクトCBを配置した図13の構造例において、セルピッチLpとコレクタ・エミッタ間飽和電圧VCE(sat)との関係は、例えば図14の曲線Bに示すような結果が得られている。また、Aは、矩形状にベースコンタクトCBを配置した場合に相当する。
(Experimental result)
In the structure example of FIG. 13 in which the base contact CB is arranged in a hexagonal shape as the bipolar semiconductor device according to the first embodiment, the relationship between the cell pitch L p and the collector-emitter saturation voltage V CE (sat) is For example, a result as shown by a curve B in FIG. 14 is obtained. A corresponds to the case where the base contacts CB are arranged in a rectangular shape.

例えば、パターンピッチLpが、例えば約100μmにおいて、コレクタ・エミッタ間飽和電圧VCE(sat)の値は、Ic=1Aにおいて、矩形状にベースコンタクトCBを配置した場合には、約143mV程度であるのに対して、六角形状にベースコンタクトCBを配置した場合には、約128mV程度であった。また、図14から明らかなように、六角形状にベースコンタクトCBを配置した図13の構造例において、コレクタ・エミッタ間飽和電圧VCE(sat)を最小化するパターンピッチLpが存在する。コレクタ・エミッタ間飽和電圧VCE(sat)の最小値は、例えば約100mV程度であり、パターンピッチLpは、例えば約60μm〜80μm程度である。 For example, when the pattern pitch L p is about 100 μm, for example, the value of the collector-emitter saturation voltage V CE (sat) is about 143 mV when the base contact CB is arranged in a rectangular shape at Ic = 1A. On the other hand, when the base contact CB is arranged in a hexagonal shape, it is about 128 mV. As is clear from FIG. 14, in the structure example of FIG. 13 in which the base contacts CB are arranged in a hexagonal shape, there is a pattern pitch L p that minimizes the collector-emitter saturation voltage V CE (sat) . The minimum value of the collector-emitter saturation voltage V CE (sat) is, for example, about 100 mV, and the pattern pitch L p is, for example, about 60 μm to 80 μm.

また、第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置として、六角形状にベースコンタクトCBを配置した図13の構造例において、コレクタ電流Icのターンオフスイッチング波形は、例えば図15に示すように表される。従来構造に比べ、第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置においては、約30%程度もターンオフスイッチング速度が改善されている。   Further, in the structure example of FIG. 13 in which the base contact CB is arranged in a hexagonal shape as the bipolar semiconductor device according to the first embodiment, the turn-off switching waveform of the collector current Ic is expressed as shown in FIG. The Compared to the conventional structure, in the bipolar semiconductor device according to the first embodiment, the turn-off switching speed is improved by about 30%.

第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置およびその製造方法によれば、高速化されたバイポーラ型半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   According to the bipolar semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment, it is possible to provide a bipolar semiconductor device and a manufacturing method thereof that are increased in speed.

(変形例)
第1の実施の形態の変形例に係るバイポーラ型半導体装置の製造方法の一工程を示す模式的平面パターン構成は、図16に示すように表される。また、図16のI−I線に沿う模式的断面構造は、図17に示すように表される。
(Modification)
A schematic planar pattern configuration showing one process of the manufacturing method of the bipolar semiconductor device according to the modification of the first embodiment is expressed as shown in FIG. Further, a schematic cross-sectional structure taken along line II of FIG. 16 is expressed as shown in FIG.

第1の実施の形態の変形例に係るバイポーラ型半導体装置においては、エミッタパッド電極24をベース領域12の近傍にのみ配置した点に特徴を有する。エミッタパッド領域34の中央部に絶縁層26を形成しないで、単に開口部28のみを形成している。その他の構造は第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置と同様であるため、重複説明は省略する。また、第1の実施の形態の変形例に係るバイポーラ型半導体装置の製造方法も第1の実施の形態に係るバイポーラ型半導体装置の製造方法と同様であるため、重複説明は省略する。   The bipolar semiconductor device according to the modification of the first embodiment is characterized in that the emitter pad electrode 24 is disposed only in the vicinity of the base region 12. Only the opening 28 is formed without forming the insulating layer 26 in the center of the emitter pad region 34. Since the other structure is the same as that of the bipolar semiconductor device according to the first embodiment, a duplicate description is omitted. In addition, since the manufacturing method of the bipolar semiconductor device according to the modification of the first embodiment is the same as the manufacturing method of the bipolar semiconductor device according to the first embodiment, the duplicate description is omitted.

第1の実施の形態の変形例に係るバイポーラ型半導体装置およびその製造方法によれば、高速化されたバイポーラ型半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   According to the bipolar semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the modification of the first embodiment, it is possible to provide a bipolar semiconductor device and a manufacturing method thereof that are increased in speed.

[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第1の実施の形態およびその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the present invention has been described with reference to the first embodiment and its modifications. However, the discussion and the drawings that form a part of this disclosure are illustrative and are intended to limit the present invention. Should not be understood. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

例えば、n型とp型の導電型を反転させた構造の半導体装置を形成しても良い。また、上記の実施形態では、1個のバイポーラトランジスタを有する半導体装置を例として説明したが、この発明は、複数個のバイポーラトランジスタを有する半導体装置に適用することができる。また、サイリスタ、トライアック、またはゲートターンオフサイリスタ(GTO:Gate Turn Off thyristor)などのようなバイポーラトランジスタ以外のpn接合を有するバイポーラ型半導体装置に適用することもできる。   For example, a semiconductor device having a structure in which n-type and p-type conductivity types are reversed may be formed. In the above embodiment, the semiconductor device having one bipolar transistor has been described as an example. However, the present invention can be applied to a semiconductor device having a plurality of bipolar transistors. The present invention can also be applied to a bipolar semiconductor device having a pn junction other than a bipolar transistor, such as a thyristor, a triac, or a gate turn-off thyristor (GTO).

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。   As described above, the present invention includes various embodiments not described herein.

本発明のバイポーラ型半導体装置は、高速スイッチング性能を発揮することから、小電力から大電力までの各種電力変換機器、パワーモジュール、車載用バイポーラ型半導体装置など、幅広い分野に適用することができる。   Since the bipolar semiconductor device of the present invention exhibits high-speed switching performance, it can be applied to a wide range of fields such as various power conversion devices from low power to large power, power modules, and in-vehicle bipolar semiconductor devices.

10…コレクタ領域
12…ベース領域
12a…周辺部p拡散層
14…エミッタ領域
14a…周辺部n拡散層
16,26…絶縁層
18…エミッタ電極
18a…周辺部nコンタクト電極
20…ベース電極
22…ベースパッド電極
22a…周辺部パッド電極
24…エミッタパッド電極
28…開口部
30…ベースボンディングワイヤ
32…エミッタボンディングワイヤ
34…エミッタパッド領域
E…エミッタパッド
B…ベースパッド
CB…ベースコンタクト
WE…エミッタ領域14の幅
WB…ベース電極20の幅
WCE…エミッタコンタクトの幅
WCB…ベースコンタクトCBの幅
W1…周辺部p拡散層12aとベース領域12との間隔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Collector region 12 ... Base region 12a ... Peripheral p diffusion layer 14 ... Emitter region 14a ... Peripheral n diffusion layer 16, 26 ... Insulating layer 18 ... Emitter electrode 18a ... Peripheral n contact electrode 20 ... Base electrode 22 ... Base Pad electrode 22a ... peripheral pad electrode 24 ... emitter pad electrode 28 ... opening 30 ... base bonding wire 32 ... emitter bonding wire 34 ... emitter pad region E ... emitter pad B ... base pad CB ... base contact WE ... emitter region 14 Width WB ... Width WCE of base electrode 20 ... Width WCB of emitter contact ... Width W1 of base contact CB ... Space between peripheral p diffusion layer 12a and base region 12

Claims (7)

第1導電型のコレクタ領域と、
前記コレクタ領域上に配置された第2導電型のベース領域と、
前記ベース領域上に配置された第1導電型のエミッタ領域と、
前記ベース領域上に配置され、複数のベースコンタクトを介して前記ベース領域と接続されたベース電極と、
前記エミッタ領域上に配置されたエミッタ電極と、
前記エミッタ電極上に設けられたボンディングワイヤと、
前記エミッタ領域と前記ボンディングワイヤとの間に介在し、前記ボンディングワイヤ下の前記エミッタ領域を覆う絶縁層と、
前記エミッタ電極と前記エミッタ領域とが導通するエミッタコンタクトと
を備えることを特徴とするバイポーラ型半導体装置。
A collector region of a first conductivity type;
A base region of a second conductivity type disposed on the collector region;
An emitter region of a first conductivity type disposed on the base region;
A base electrode disposed on the base region and connected to the base region via a plurality of base contacts;
An emitter electrode disposed on the emitter region;
A bonding wire provided on the emitter electrode;
An insulating layer interposed between the emitter region and the bonding wire and covering the emitter region under the bonding wire;
A bipolar semiconductor device, comprising: an emitter contact for conducting the emitter electrode and the emitter region.
前記エミッタコンタクトは、平面視で前記ボンディングワイヤを囲むように配置されていることを特徴とする請求項1に記載のバイポーラ型半導体装置。   2. The bipolar semiconductor device according to claim 1, wherein the emitter contact is disposed so as to surround the bonding wire in a plan view. 前記エミッタ電極は、前記エミッタ領域の外周部の第1の領域上に前記エミッタコンタクトを通じて直接的に配置されるとともに、前記エミッタ領域の前記第1の領域以外の第2の領域上に前記絶縁層を介して間接的に配置されたことを特徴とする請求項1または2に記載のバイポーラ型半導体装置。   The emitter electrode is directly disposed on the first region of the outer peripheral portion of the emitter region through the emitter contact, and the insulating layer is formed on a second region other than the first region of the emitter region. The bipolar semiconductor device according to claim 1, wherein the bipolar semiconductor device is disposed indirectly via a pin. 前記ベースコンタクトは、矩形パターン状に配置されたことを特徴とする請求項1に記載のバイポーラ型半導体装置。   The bipolar semiconductor device according to claim 1, wherein the base contacts are arranged in a rectangular pattern. 前記ベースコンタクトは、六角形パターン状に配置されたことを特徴とする請求項1に記載のバイポーラ型半導体装置。   The bipolar semiconductor device according to claim 1, wherein the base contacts are arranged in a hexagonal pattern. 前記ベースコンタクトは、千鳥格子パターン状に配置されたことを特徴とする請求項1に記載のバイポーラ型半導体装置。   The bipolar semiconductor device according to claim 1, wherein the base contacts are arranged in a staggered pattern. 第1導電型のコレクタ領域と、
前記コレクタ領域上に配置された第2導電型のベース領域と、
前記ベース領域上に配置された第1導電型のエミッタ領域と、
前記ベース領域上に配置され、複数のベースコンタクトを介して前記ベース領域と接続されたベース電極と、
前記エミッタ領域の外周部の領域上のみに直接配置されたエミッタ電極と、
前記エミッタ電極上に設けられたボンディングワイヤと
を備えることを特徴とするバイポーラ型半導体装置。
A collector region of a first conductivity type;
A base region of a second conductivity type disposed on the collector region;
An emitter region of a first conductivity type disposed on the base region;
A base electrode disposed on the base region and connected to the base region via a plurality of base contacts;
An emitter electrode disposed directly only on the outer peripheral region of the emitter region;
A bipolar semiconductor device, comprising: a bonding wire provided on the emitter electrode.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS589369A (en) * 1981-07-08 1983-01-19 Matsushita Electronics Corp Transistor
JPS61131856U (en) * 1985-02-01 1986-08-18
JPS6414961A (en) * 1987-07-08 1989-01-19 Nec Corp Mesh-emitter type transistor
JP2001093908A (en) * 1999-09-27 2001-04-06 Matsushita Electric Works Ltd Semiconductor device and manufacturing method
JP2001267329A (en) * 2000-03-17 2001-09-28 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor device
JP2004200393A (en) * 2002-12-18 2004-07-15 Phenitec Semiconductor Corp Transistor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS589369A (en) * 1981-07-08 1983-01-19 Matsushita Electronics Corp Transistor
JPS61131856U (en) * 1985-02-01 1986-08-18
JPS6414961A (en) * 1987-07-08 1989-01-19 Nec Corp Mesh-emitter type transistor
JP2001093908A (en) * 1999-09-27 2001-04-06 Matsushita Electric Works Ltd Semiconductor device and manufacturing method
JP2001267329A (en) * 2000-03-17 2001-09-28 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor device
JP2004200393A (en) * 2002-12-18 2004-07-15 Phenitec Semiconductor Corp Transistor

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