JP3934752B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランジスタのオフからオンさせるときのターンオン時間を短くした半導体装置に関する。さらに詳しくは、トランジスタのベース側にコンデンサと抵抗の並列回路が内蔵されて、ターンオン時間が短くされた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、トランジスタを実質的にオフからオンさせる時間、すなわち遅延時間td(on)と上昇時間trとの和で表されるターンオン時間は、トランジスタの構造上避けることができず、高速のスイッチング速度を必要とする場合には、図5に示されるように、トランジスタが組み込まれる回路に外付けでベース側に抵抗R1とキャパシタC1を並列に接続することにより、ベース電流の立上り(オン時)に充電電流を流してターンオン時間の短縮化が図られている。すなわち、図5でトランジスタQ1のベースBに抵抗R1とキャパシタC1とが並列接続になるように接続される。スイッチング時間はトランジスタと回路構成により異なり、この抵抗R1とキャパシタC1はトランジスタが組み込まれる回路に応じて、適正な組み合わせになるようにそれぞれ設定される。なお、Cはコレクタ、Eはエミッタをそれぞれ示す。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
トランジスタのターンオン時間を短くするため、トランジスタが組み込まれる外部回路で抵抗とキャパシタを組み込むと、その抵抗やキャパシタを組み込むスペースやその配線が回路基板などに確保される必要があり、電子機器の小形化の妨げになると共に、部品増および組立工数増などによるコストアップの原因になっている。
【0004】
一方、トランジスタのターンオン時間が問題となるのは、とくにスイッチング時間が高速を必要とする特殊な使用の場合であり、しかもそのトランジスタが組み込まれる回路にも依存するため、またトランジスタに抵抗およびキャパシタを内蔵するとその抵抗やキャパシタを製造するプロセスが新たに必要となり、トランジスタの製造プロセスも複雑になりコストアップになるため、などの理由により前述の抵抗とキャパシタが内蔵されたトランジスタは作られていない。
【0005】
しかし、同じ製造工程で製造されるトランジスタはその特性も均一になり、そのトランジスタが組み込まれる回路も一定であれば、その回路に適用するように一度抵抗値およびキャパシタを設定することにより、その回路でほぼ一定のスイッチング速度のトランジスタが得られる。
【0006】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、一定の回路に適したターンオン時間の短い特性を有しながら、かつ、従来の製造工程を利用して製造工程を複雑にすることなく、抵抗およびキャパシタを内蔵する具体的な構造の半導体装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明によるターンオン時間の短縮化が図られた具体的な構造の半導体装置は、四角形状の基板上に設けられる第1導電形の半導体層からなるコレクタ領域と、該コレクタ領域内に表面から形成される第2導電形のベース領域と、該ベース領域内にマトリクス状に複数個形成される第1導電形のエミッタ領域とを有するマルチエミッタ構造の半導体装置であって、前記ベース領域の表面に堆積して前記ベース領域のほぼ全面に第1の導電体層が設けられ、該第1の導電体層の表面に絶縁膜を介して第2の導電体層が設けられ、該第2の導電体層に接続してベース電極が形成され、前記第1および第2の導電体層の間に介在する絶縁膜の一部が前記四角形状の一辺に沿って除去されて前記第1および第2の導電体層が接続されると共に、前記第2の導電体層または第1の導電体層の一部が前記一辺に沿って該一辺の一部を残して除去されることにより前記第1または第2の導電体層に幅狭部が形成され、前記ベース電極から第1の導電体層への電流経路で前記幅狭部により抵抗部が形成され、かつ、前記第1および第2の導電体層とその間に挟まれる前記誘電体層とによりキャパシタが形成されることにより、前記ベース電極に前記抵抗部とキャパシタとの並列回路が接続されている。
【0008】
この構造にすることにより、従来のベース用の導電体層上に絶縁膜とさらに別のベース用の導電体層を積層するだけで、他は従来と同様の製造工程で、ターンオン時間を短くすることができる抵抗とキャパシタの並列接続を内蔵した半導体装置が得られる。
【0009】
前記第1および第2の導電体層とその間に介在する絶縁膜とにより形成されるキャパシタと、前記幅狭部により形成される抵抗部とが、前記コレクタ領域、ベース領域、およびエミッタ領域からなるトランジスタのターンオン時間を短くするように設定される。
【0010】
前記第1および第2の導電体層がポリシリコン膜で形成されることにより、その抵抗値制御が容易になされるため好ましい。
【0011】
前記複数個のエミッタ領域のそれぞれに電気的に接続されるように前記第2の導電体層上に絶縁膜を介してエミッタ電極用金属膜が形成される。
【0012】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明のターンオン時間の改良が図られた半導体装置について説明をする。
【0013】
本発明の半導体装置は、図1にマルチエミッタタイプのトランジスタの断面説明図および平面説明図が示されるように、第1導電形、たとえばn形の半導体基板からなるコレクタ領域1と、コレクタ領域1内に表面から形成される第2導電形、たとえばp形のベース領域2と、ベース領域2内に表面から形成される第1導電形、たとえばn形のエミッタ領域3とからトランジスタの各半導体領域が形成されている。そして、ベース領域2の表面にたとえばポリシリコン膜からなる第1の導電体層4が堆積して設けられ、その表面にチッ化ケイ素や酸化ケイ素などからなる絶縁膜5が設けられ、絶縁膜5の一部を除去してポリシリコン膜などからなる第2の導電体層6がさらに積層されている。その結果、絶縁膜5が除去された部分で第1の導電体層4と第2の導電体層6とが電気的に接続されて、図1(b)に示されるように、接続部Sが設けられている。なお、Iは2つの導電体層4、6の間に絶縁膜5が設けられている領域を示している。
【0014】
この第2の導電体層6には、図1(b)に斜線で第2の導電体層6の存在する部分が示されている(図1(b)で左側の一部のみに記載されており、他は省略してある)ように、エミッタ電極の形成のためとは別に一部が除去された分離部Fが存在し、第2の導電体層6から接続部Sを経て第1の導電体層4への通路が細くなる幅狭部6aが形成されて、抵抗部Rが設けられている。そして、第2の導電体層6に電気的に接続してベース電極7が設けられている。第2の導電体層6の表面には第2の絶縁膜8を介してほぼ全面にAlなどからなるエミッタ電極9が形成され、コレクタ領域1となる半導体基板の裏面にコレクタ電極10が形成されている。
【0015】
具体的な構造について図2〜3の製造工程図を参照しながらその製法例に沿って詳細に説明をする。
【0016】
まず、図2(a)に示されるように、たとえばn形半導体基板からなるコレクタ領域1の表面からp形不純物を拡散してp形拡散領域からなるベース領域2を形成する。つぎに、図2(b)に示されるように、半導体基板の表面に図示しないレジストマスクを形成してn形不純物を拡散してn形領域からなるエミッタ領域3を形成する。その後、全面にポリシリコン膜をCVD法などにより成膜してエミッタ領域3上を除去するパターニングをして図2(c)に示されるように、第1の導電体層4を形成する。ポリシリコン膜は、0.1〜1μm程度の厚さで、比抵抗がたとえば10〜50Ω・cmになるように成膜する。このポリシリコン膜は、その導入される不純物濃度および堆積される厚さによりその抵抗値を任意に設定することができる。さらにその表面にCVD法などによりSiO2 、Si3 N4 などの絶縁膜5を全面に形成する。そしてその上にレジスト膜を形成し、第1の導電体層4上にのみ残るようにパターニングをして、レジストマスク11を形成する。この際、端部側の導電体層の接続部Sは第1の導電体層4の表面もレジスト膜が除去されるようにパターニングする。
【0017】
そして、レジストマスク11により覆われずに露出している絶縁膜5aをエッチングすることにより、図2(d)に示されるように、第1の導電体層4の上にのみ絶縁膜5を残存させ、端部側の接続部Sでは第1の導電体層4を露出させる。そして、さらにポリシリコン膜を前述と同様に成膜し、その上にレジスト膜を成膜して第1の導電体層4の上のみに残るようにパターニングをし、レジスト膜12を形成する。この際、接続部Sの隣の分離部Fではポリシリコン膜を除去するため、レジスト膜を残存させないようにパターニングする(図1(b)に示される幅狭部6aでは残存させる)。
【0018】
その後、図3(e)に示されるように、その表面にCVD法などによりSiO2 、Si3 N4 などの絶縁膜8を全面に形成する。そしてその上にレジスト膜を形成し、エミッタ領域3および第2の導電体層6の一部とのオーミックコンタクト孔を形成するためのパターニングをしたレジストマスク13を形成する。
【0019】
そしてレジストマスク13をマスクとして絶縁膜8をエッチングしてエミッタ領域3や第2の導電体層6のコンタクト部を露出させ、図3(f)に示されるように、全面にAlなどを蒸着してベース電極7の周囲をエッチングにより分離することにより、エミッタ電極9およびベース電極7を形成する。さらに半導体基板(コレクタ領域1)の裏面にもAlなどの金属膜を形成し、コレクタ電極10とすることにより、本発明のトランジスタのスイッチング時間が改良された半導体装置が得られる。
【0020】
本発明の半導体装置によれば、第1の導電体層4と第2の導電体層6とが絶縁膜5を介して対向しているため、その間にキャパシタが形成される。このキャパシタは、その面積が大きいほど容量(キャパシタンス)が大きくなり、また介在する絶縁膜が薄かったり、誘電率が大きいほど容量が大きくなる。そのため、全体の面積はトランジスタの全体の面積により余り大きくすることができないが、絶縁膜の調整によりある程度所望の値になるように調整をすることができる。また、面積を大きくする必要があるときは、図4に示されるように、ベース領域2に凹部を形成し、その凹部内に第1の導電体層4、絶縁膜5、および第2の導電体層6を順次積層するトレンチ構造にすることにより面積が大きくなり、容量値を大きくすることができる。したがって所望の容量値を得ることができる。なお、図4で図2〜3と同じ部分には同じ符号を付してある。
【0021】
また、分離部Fでは、図1(b)に平面図が示されるように、大部分は分離されて一部のみが連結される幅狭部6aが第2の導電体層6に形成されている。したがって、ベース電極7から導入される電流は第2の導電体層6から幅狭部6a、接続部Sを経て第1の導電体層4に流れ、幅狭部6aでは抵抗成分Rが発生する。この抵抗成分は、幅狭部6aの幅をエッチング時に狭くすれば抵抗が大きくなり、ポリシリコン膜の厚さを薄くすれば抵抗が大きくなり、また導入する不純物濃度を小さくすれば抵抗が大きくなり、これらによりその値を調整することができる。この抵抗成分Rと前述のキャパシタンスCとはベース電極7とベース領域2との間に並列に接続されたことになり、この抵抗成分RおよびキャパシタンスCを調整することにより、特定の回路に組み込まれたときのターンオン時間を短くすることができる。この調整は、予め第1および第2の導電体層による抵抗成分とキャパシタンスとを作り込んだ半導体装置のスイッチング時間を測定することにより、絶縁膜および導電体層の調整することができ、その調整した設計値で量産することにより、特定の回路に最適なターンオン時間を有する半導体装置となる。
【0022】
なお、前述の例では、分離部F(幅狭部6aによる抵抗部)を第2の導電体層6に設けたが、ベース電極7から第1の導電体層4への電流通路に設けられればよく、第1の導電体層4に設けられてもよい。この場合、接続部Sを含めたその近傍に設けられることが必ず電流の通路となるため確実に抵抗部を形成しやすく好ましい。また、前述の例では、マルチエミッタタイプのトランジスタであったが、エミッタ領域が1つの通常のトランジスタでもベース領域上に導電体層を絶縁膜を介して設けることにより、同様に抵抗とキャパシタを内蔵することができる。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、トランジスタにターンオン時間を短くする抵抗とキャパシタを内蔵した半導体装置を、外形を大きくしたり、製造プロセスを極端に増やすことなく得ることができる。その結果、使用段階では抵抗やキャパシタを外部接続する必要がなく、回路基板を小形化することができると共に、組立工数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の一実施形態の断面および平面の説明図である。
【図2】図1の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図3】図1の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図4】本発明の半導体装置のキャパシタを大きくする例の構造の説明図である。
【図5】トランジスタのターンオン時間を短くするため抵抗とキャパシタをトランジスタに外付けする回路図である。
【符号の説明】
1 コレクタ領域
2 ベース領域
3 エミッタ領域
4 第1の導電体層
5 絶縁膜
6 第2の導電体層
6a 幅狭部
7 ベース電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device in which a turn-on time when a transistor is turned on is shortened. More specifically, the present invention relates to a semiconductor device in which a parallel circuit of a capacitor and a resistor is built in the base side of a transistor and the turn-on time is shortened.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the turn-on time represented by the sum of the delay time td (on) and the rise time tr, which is substantially the time when the transistor is turned on, is unavoidable due to the structure of the transistor. If necessary, as shown in FIG. 5, a resistor R1 and a capacitor C1 are connected to the base side in parallel with a circuit in which a transistor is incorporated, and charged at the rise of the base current (when on). Current is passed to shorten the turn-on time. That is, in FIG. 5, the resistor R1 and the capacitor C1 are connected in parallel to the base B of the transistor Q1. The switching time differs depending on the transistor and the circuit configuration, and the resistor R1 and the capacitor C1 are set to be an appropriate combination according to the circuit in which the transistor is incorporated. C represents a collector, and E represents an emitter.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In order to shorten the turn-on time of a transistor, if a resistor and a capacitor are incorporated in an external circuit in which the transistor is incorporated, the space for installing the resistor and capacitor and its wiring must be secured on the circuit board, etc. As well as increased costs due to increased parts and assembly man-hours.
[0004]
On the other hand, the transistor turn-on time becomes a problem especially in the case of special use that requires a high switching time and depends on the circuit in which the transistor is incorporated. The built-in resistor necessitates a process for manufacturing the resistor and the capacitor, which complicates the transistor manufacturing process and increases the cost. For this reason, the transistor including the resistor and the capacitor is not manufactured.
[0005]
However, if the transistors manufactured in the same manufacturing process have uniform characteristics, and the circuit in which the transistor is incorporated is also constant, the resistance value and capacitor are set once to be applied to the circuit. Thus, a transistor having a substantially constant switching speed can be obtained.
[0006]
The present invention has been made on the basis of such knowledge, and has a short turn-on time characteristic suitable for a certain circuit, and without using a conventional manufacturing process to complicate the manufacturing process. It is another object of the present invention to provide a semiconductor device having a specific structure including a capacitor.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor device having a specific structure in which the turn-on time is shortened according to the present invention includes a collector region formed of a semiconductor layer of a first conductivity type provided on a quadrangular substrate , and a surface in the collector region. A multi-emitter semiconductor device having a plurality of first conductivity type base regions formed in a matrix and a plurality of first conductivity type emitter regions formed in a matrix in the base region. substantially the entire first conductive layer is provided, the second conductive layer is provided over the surface insulating film of the first conductive layer, the conductive of the second deposition to the base region It is base over the source electrode and connected to form the body layer, wherein the first and second conductor layers wherein the first and part of the intervening insulating film is removed along the rectangular side between the A second conductor layer is connected and the second conductor layer is connected; Narrow section to the first or second conductive layer part along the one side by Rukoto are removed leaving a portion of one side the conductive layer or the first conductive layer is formed of the more resistive portion to the narrow portion in a current path from the base electrode to the first conductive layer is formed, and said first and second conductive layers and the dielectric layer sandwiched therebetween and As a result of forming the capacitor, a parallel circuit of the resistor and the capacitor is connected to the base electrode .
[0008]
With this structure, the turn-on time can be shortened by the same manufacturing process as in the prior art by simply laminating an insulating film and another base conductor layer on the conventional base conductor layer. A semiconductor device incorporating a parallel connection of a resistor and a capacitor that can be obtained is obtained.
[0009]
A capacitor formed by the first and second conductor layers and an insulating film interposed therebetween, and a resistance portion formed by the narrow portion are composed of the collector region, the base region, and the emitter region. It is set to shorten the turn-on time of the transistor.
[0010]
It is preferable that the first and second conductor layers are formed of a polysilicon film because the resistance value can be easily controlled.
[0011]
Respectively electrically connected to as the second conductive layer for metal films emitter electrode through an insulating film on the front Kifuku several emitter region Ru is formed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a semiconductor device with improved turn-on time according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
The semiconductor device of the present invention includes a
[0014]
In this
[0015]
A specific structure will be described in detail along with an example of the manufacturing method with reference to the manufacturing process diagrams of FIGS.
[0016]
First, as shown in FIG. 2A, for example, a p-type impurity is diffused from the surface of a
[0017]
Then, the insulating
[0018]
Thereafter, as shown in FIG. 3E, an insulating
[0019]
Then, using the resist
[0020]
According to the semiconductor device of the present invention, since the
[0021]
Further, in the separating portion F, as shown in the plan view of FIG. 1B, a narrow portion 6a, which is mostly separated and only partly connected, is formed in the
[0022]
In the above-described example, the separation portion F (the resistance portion formed by the narrow portion 6a) is provided in the
[0023]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device in which a transistor and a resistor and a capacitor for shortening the turn-on time are incorporated without increasing the outer shape or increasing the number of manufacturing processes. As a result, it is not necessary to externally connect resistors and capacitors at the stage of use, and the circuit board can be miniaturized and the number of assembly steps can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of a cross section and a plan view of an embodiment of a semiconductor device of the present invention.
2 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor device of FIG. 1; FIG.
3 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor device of FIG. 1; FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a structure of an example in which a capacitor of a semiconductor device of the present invention is enlarged.
FIG. 5 is a circuit diagram in which a resistor and a capacitor are externally attached to a transistor in order to shorten the turn-on time of the transistor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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