JP4308060B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置に係り、特にエミッタ抵抗の低減を図る半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device that reduces emitter resistance.
図4を参照して従来の半導体装置を、npn型トランジスタを例に説明する。 A conventional semiconductor device will be described with reference to FIG. 4 by taking an npn transistor as an example.
図4(A)は半導体素子100の全体の概要図であり、図4(B)は、1層目の電極構造の平面図であり、図4(C)は図4(B)のC−C線断面図である。
4A is a schematic view of the
n+型シリコン半導体基板51上に、例えばn型エピタキシャル層を積層するなどしてコレクタ領域52を設ける。コレクタ領域52表面にはp型不純物領域であるベース領域53を設け、ベース領域53表面には格子状にn+型不純物を拡散して、エミッタ領域54が形成される。これによりベース領域53は島状に分離され、エミッタ領域54と交互に配置される。尚、島状に分離されているのは表面的な構造であり、エミッタ領域54より深く形成されるベース領域53は、深い領域で1つの連続した領域となっている。
A
このように島状に分割されたベース領域とその周辺のエミッタ領域で形成されるトランジスタを、以下セルと称し、多数のセルが配置された領域を動作領域58と称する。
A transistor formed of the base region divided into islands and the emitter region around the island is hereinafter referred to as a cell, and a region where a large number of cells are arranged is referred to as an
ベース領域53およびエミッタ領域54に接続するベース電極およびエミッタ電極はそれぞれ2層構造となっている。
Each of the base electrode and the emitter electrode connected to the
1層目となる第1ベース電極56は、島状または短冊状に設けられ、第1絶縁膜25に設けた第1ベースコンタクトホールBC1を介してベース領域53とコンタクトする。第1エミッタ電極57は、格子状に設けられ、第1絶縁膜25に設けた第1エミッタコンタクトホールEC1を介してエミッタ領域54とコンタクトする。
The
これら第1のベース電極56およびエミッタ電極57上に、2層目となる第2ベース電極66および第2エミッタ電極67が設けられ、第2絶縁膜26に設けた第2ベースコンタクトホール(ここでは不図示)、第2エミッタコンタクトホールEC2(ここでは不図示)を介して接続する。
A
第2ベース電極66は、すべての島状の第1ベース電極56と短冊状の第1ベース電極56の一部上に設けられてこれらとコンタクトする。第2エミッタ電極67は短冊状の第1ベース電極56上方に設けられ、第1エミッタ電極57とコンタクトする。
The
このように、第2ベース電極66および第2エミッタ電極67を第1層目の電極を平板状に覆う形状とし、これらの2層目の電極にワイヤボンドすることで、ワイヤボンドが可能な領域を拡大することができ、組み立て時の汎用性が高まる。また、第2ベース電極66と第2エミッタ電極67は、それぞれの矩形の1辺で隣り合うのみであるので、マスクの合わせずれや、所望のレジストパターンを得るための離間距離はこの部分のみを考慮すればよい(例えば特許文献1参照。)。
図5には、上記の半導体チップ100を実装する場合を示す。
FIG. 5 shows a case where the
組み立て工程において、例えば図5の如く、チップの1つの辺(図ではチップの下辺となる辺)側にベースおよびエミッタの両端子を配置する場合がある。このような場合には、1つのチップ辺に沿って並んだ外部端子(例えばリード)200と、第2エミッタ電極67および第2ベース電極66とを接続するので、平板状の電極構造であれば図のごとくボンディングワイヤ150により接続できる。
In the assembly process, for example, as shown in FIG. 5, there are cases where both terminals of the base and the emitter are arranged on one side of the chip (in the figure, the lower side of the chip). In such a case, since the external terminals (for example, leads) 200 arranged along one chip side are connected to the
ここで、バイポーラトランジスタの特性向上のためにはエミッタ抵抗の低減が望ましい。このため例えば第2エミッタ電極67の面積を大きく確保したり、ボンディングワイヤをなるべく短くするなどの工夫がなされる。
Here, it is desirable to reduce the emitter resistance in order to improve the characteristics of the bipolar transistor. For this reason, for example, the area of the
また、特に、パッケージの薄型化に伴い、ボンディングワイヤのループを低くする要望がある。このとき低いループがチップ端部に接触しないように、ワイヤボンド位置を図の如くチップの端部付近にする場合がある。 In particular, as the package becomes thinner, there is a desire to reduce the bonding wire loop. At this time, the wire bond position may be near the end of the chip as shown in the figure so that the low loop does not contact the end of the chip.
しかし、電流経路となる部分は第1エミッタ電極57と第2エミッタ電極67の2層部分と第2エミッタ電極67だけの1層部分があり、ワイヤボンド位置がチップ端部になると、例えば図では上辺側の第1エミッタ電極57からワイヤボンド位置までのエミッタ抵抗が高くなってしまう。このため、エミッタ抵抗の低減またはチップの薄型化が進まない問題があった。
However, the current path portion has a two-layer portion of the
本発明は上述した種々の問題点に鑑みてなされたものであり、第1に、コレクタ領域となる一導電型半導体基板と、前記基板上に設けられた逆導電型のベース領域と、前記ベース領域表面に格子状に設けられた一導電型のエミッタ領域と、前記ベース領域とコンタクトする第1ベース電極と、前記エミッタ領域とコンタクトする第1エミッタ電極と、前記第1ベース電極および前記第1エミッタ電極上に絶縁膜を介して設けられ前記第1ベース電極と接続する1つの平板状の第2ベース電極と、前記第1ベース電極および前記第1エミッタ電極上に前記絶縁膜を介して設けられ前記第1エミッタ電極と接続する1つの平板状の第2エミッタ電極とを具備し、前記第2エミッタ電極下方の第1ベース電極および第1エミッタ電極は並行に複数配置され、該複数の第1ベース電極は端部で束ねられて前記第2ベース電極に接続することにより解決するものである。 The present invention has been made in view of the various problems described above. First, a one-conductivity-type semiconductor substrate serving as a collector region, a reverse conductivity-type base region provided on the substrate, An emitter region of one conductivity type provided in a grid pattern on the surface of the region, a first base electrode in contact with the base region, a first emitter electrode in contact with the emitter region, the first base electrode, and the first base electrode One flat second base electrode provided on the emitter electrode via an insulating film and connected to the first base electrode, and provided on the first base electrode and the first emitter electrode via the insulating film A flat plate-like second emitter electrode connected to the first emitter electrode, and a plurality of the first base electrode and the first emitter electrode below the second emitter electrode are arranged in parallel. Is a first base electrode of said plurality of solves by connecting to the second base electrode are bundled at the end.
また、前記第1ベース電極が束ねられる端部付近の第2ベース電極および第2エミッタ電極に、外部端子との接続手段が固着されることを特徴とするものである。 The second base electrode and the second emitter electrode in the vicinity of the end where the first base electrode is bundled are fixedly connected to an external terminal.
第2に、半導体基板にコレクタ領域とベース領域とエミッタ領域を設け、前記ベース領域にコンタクトする第1ベース電極と前記エミッタ領域にコンタクトする第1エミッタ電極と、前記第1ベース電極および第1エミッタ電極上に絶縁膜を介して設けられた第2ベース電極および第2エミッタ電極とを有する半導体チップと、前記半導体チップの1つの辺に沿って配置されたベース端子およびエミッタ端子と、前記ベース端子と前記第2ベース電極および前記エミッタ端子と第2エミッタ電極とをそれぞれ接続する接続手段とを具備し、前記第2エミッタ電極下方の前記第1ベース電極および第1エミッタ電極は前記1つの辺に垂直に配置されることにより解決するものである。 Second, a semiconductor substrate is provided with a collector region, a base region, and an emitter region, a first base electrode that contacts the base region, a first emitter electrode that contacts the emitter region, the first base electrode, and the first emitter A semiconductor chip having a second base electrode and a second emitter electrode provided on the electrode via an insulating film; a base terminal and an emitter terminal arranged along one side of the semiconductor chip; and the base terminal And a connecting means for connecting the second base electrode and the emitter terminal to the second emitter electrode, respectively, and the first base electrode and the first emitter electrode below the second emitter electrode are on the one side. This is solved by arranging them vertically.
また、前記第2エミッタ電極下方の第1ベース電極および第1エミッタ電極は並行に複数配置され、該複数の第1ベース電極は端部で束ねられて前記第2ベース電極に接続することを特徴とするものである。 In addition, a plurality of first base electrodes and first emitter electrodes below the second emitter electrode are arranged in parallel, and the plurality of first base electrodes are bundled at an end portion and connected to the second base electrode. It is what.
また、前記接続手段は、前記1つの辺に沿った前記半導体チップの端部付近に固着されることを特徴とするものである。 Further, the connection means is fixed to the vicinity of the end portion of the semiconductor chip along the one side.
また、前記第2エミッタ電極下方の前記第1エミッタ電極は、前記第2エミッタ電極と前記第2ベース電極とが隣接する辺と並行に配置されることを特徴とするものである。 Further, the first emitter electrode below the second emitter electrode is characterized in that the second emitter electrode and the second base electrode are arranged in parallel with adjacent sides.
また、前記第2エミッタ電極は前記第2ベース電極より大きいことを特徴とするものである。 Further, the second emitter electrode is larger than the second base electrode.
本発明によれば以下の効果が得られる。 According to the present invention, the following effects can be obtained.
第1に、2層目の電極を平板状とし、外部端子が配置されるチップ辺に対して垂直方向に、第1エミッタ電極を形成することにより、第1エミッタ電極と第2エミッタ電極の2層の電極によりワイヤボンド位置まで接続でき、チップ端部にワイヤボンドする場合であってもワイヤボンド位置から最も遠い第1エミッタ電極57までのエミッタ抵抗を低減できる。
First, the second-layer electrode is formed into a flat plate shape, and the first emitter electrode is formed in the direction perpendicular to the chip side where the external terminal is disposed, so that 2 The electrode of the layer can be connected to the wire bond position, and even when wire bonding is performed on the chip end, the emitter resistance to the
第2に、チップ端部にワイヤボンドできるので、ボンディングワイヤも短縮化でき、これによってもエミッタ抵抗の低減に寄与できる。 Secondly, since wire bonding can be performed on the chip end portion, the bonding wire can be shortened, which can contribute to reduction of the emitter resistance.
第3に、チップ端部にワイヤボンドできるので、ボンディングワイヤのループを低くでき、薄型パッケージへの実装が図れる。 Third, since wire bonding can be performed on the chip end, the bonding wire loop can be lowered, and mounting on a thin package can be achieved.
図1から図3を参照して本発明の実施の形態をnpn型のバイポーラトランジスタを例に詳述する。 The embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3 by taking an npn bipolar transistor as an example.
図1は本発明の実施形態である半導体装置10の構造を示す。図1(A)は2層目の電極構造を示す平面図であり、図1(B)は1層目の電極構造と拡散領域を示す平面図である。
FIG. 1 shows a structure of a
本実施形態のnpn型バイポーラトランジスタ10は、コレクタ領域2と、ベース領域3と、エミッタ領域4と、第1ベース電極6と、第1エミッタ電極7と、第2ベース電極16と、第2エミッタ電極17とから構成される。
The npn-type
半導体基板1は、高濃度のn+型半導体基板であり、その上に例えばn型エピタキシャル層を成長させるなどしてコレクタ領域2を設ける。
The
ベース領域3は、コレクタ領域2表面に設けられた1つのp型拡散領域である。ベース領域3表面には、格子状にn+型不純物を拡散してエミッタ領域4を形成する。これによりベース領域3は図中の正方形状に示す島状に分離される。尚、島状に分離されているのは表面的な構造であり、エミッタ領域4より深く形成されるベース領域3は、深い領域で1つの連続した領域となっている。島状に分割されたベース領域3とその周辺のエミッタ領域4で形成されるセルが多数配置されて動作領域8を構成する。
ベース領域3およびエミッタ領域4に接続するベース電極およびエミッタ電極はそれぞれ2層構造となっている。また、図示は省略するがコレクタ領域2はコレクタ電極に電気的に接続する。
Each of the base electrode and the emitter electrode connected to the
図1(A)のごとく、2層目となる第2ベース電極16および第2エミッタ電極17は第1ベース電極6および第1エミッタ電極7上に第2の絶縁膜を介してそれぞれ1つづつ設けられる。第2ベース電極16と第2エミッタ電極17はそれぞれ平板状で隣接して配置される。第2ベース電極16の幅は、1本のボンディングワイヤが固着できる面積があれば十分である。第2エミッタ電極17は、第2ベース電極16より大きく動作領域8の半分以上を覆って設けられる。
As shown in FIG. 1A, the
図1(B)のごとく、第1ベース電極6は2つのパターンからなる。すなわち島状のベース領域3と重畳するような島状のパターンの第1ベース電極6aと、複数の島状のベース領域3を例えば縦の串で連結し、各串を動作領域8外で束ねてはしご状にしたパターンの第1ベース電極6bである。串を束ねた部分は第2ベース電極16下方まで延在される。
As shown in FIG. 1B, the
第2ベース電極16下方は島状の第1ベース電極6aが配置され、第2エミッタ電極17下方ははしご状の第1ベース電極6bが配置される。そして、各第1ベース電極6は、第1の絶縁膜に設けた第1ベースコンタクトホールBC1を介してベース領域3とコンタクトする。
Below the
第1エミッタ電極7も2つのパターンからなる。すなわち、はしご状の第1ベース電極6の間に配置される短冊状のパターンの第1エミッタ電極7aと、島状の第1ベース電極6の間に配置される格子状のパターンの第1エミッタ電極7bであり、格子状の第1エミッタ電極7bは短冊状の第1エミッタ電極7aの一部に接続する。そして、各第1エミッタ電極7は、第1の絶縁膜に設けた第1エミッタコンタクトホールEC1を介してエミッタ領域4とコンタクトする。
The
そして、第1エミッタ電極7aおよび第1ベース電極6bの串の部分は、第2エミッタ電極と第2ベース電極とが隣接する辺と並行に配置される。
The skew portion of the
図2(A)は、図1(A)(B)を重ねた平面図である。また、図2(B)は図2(A)のA−A’線断面図であり、2層目の電極をハッチングで示す。 2A is a plan view in which FIGS. 1A and 1B are overlapped. 2B is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 2A, and the second-layer electrode is indicated by hatching.
第2エミッタ電極17下方では、エミッタ領域4は第1絶縁膜25に設けた第1エミッタコンタクトホールEC1を介して、第1エミッタ電極7aに接続し、更に第2絶縁膜26に設けた第2エミッタコンタクトホールEC2を介して第2エミッタ電極17に接続する。すなわち、第2エミッタ電極17下方においては、エミッタ領域4は、第1および第2エミッタコンタクトホールEC1、EC2を介してほぼダイレクトに、第2エミッタ電極17に接続する。
Below the
また、第2エミッタ電極17下方のベース領域3は、第1ベース電極6bと第1ベースコンタクトホールBC1を介してコンタクトし、動作領域8外で束ねられて第2ベース電極側まで延在され、第2ベースコンタクトホールBC2により第2ベース電極16とコンタクトする。
The
一方第2ベース電極16下方では、エミッタ領域4は第1エミッタコンタクトホールEC1を介して格子状パターンの第1エミッタ電極7bとコンタクトする。そして、その第1エミッタ電極7bは短冊状パターンの第1エミッタ電極7aに接続し、第2エミッタコンタクトホールEC2を介して第2エミッタ電極17に接続する。
On the other hand, below the
また、第2ベース電極16下方のベース領域3は、第1ベースコンタクトホールBC1を介して第1ベース電極6aとコンタクトし、第1ベース電極6aは第2ベースコンタクトホールBC2を介して第2ベース電極16とコンタクトする。すなわち、第2ベース電極16下方では、ベース領域3は、第2ベース電極16と、第1および第2のベースコンタクトホールBC1、BC2を介してほぼダイレクトに接続する。
The
本実施形態では、第2ベース電極16はワイヤボンドが圧着できる面積を確保すれば十分とし、第2エミッタ電極17はできる限りその占有面積を大きくしてエミッタ抵抗の低減に寄与している。
In the present embodiment, it is sufficient if the
また、第2ベース電極16および第2エミッタ電極17が平板状であるため、ボンディングワイヤの固着位置の制限が少なく、チップを実装する際の汎用性が高まる。
In addition, since the
更に、本実施形態でははしご状の第1ベース電極6bが動作領域8外で束ねられる付近にワイヤボンドする場合、ボンディングワイヤの固着位置からほぼ直線的に第1エミッタ電極7が延在する。これによりエミッタ抵抗の低減に寄与できるものであるが、これについて、以下に説明する。
Further, in the present embodiment, when wire bonding is performed in the vicinity where the ladder-shaped
図3は上記の半導体素子10をパッケージに実装する場合を示す。図3(A)は平面図であり、図3(B)は断面図である。図は一例であり外部端子としてリードを採用しているが、これに限らず、例えばセラミックなどの絶縁性基板に導電パターンを設けたチップサイズパッケージなどでも同様に適用できる。
FIG. 3 shows a case where the
図の如く外部端子200が、1つのチップ辺(図ではチップ下辺)に沿って複数設けられ、更に、ベース端子およびエミッタ端子が共にその同一辺側の外部端子として導出するように実装する場合には、本実施形態の電極構造が有利となる。
In the case where a plurality of
本実施形態では、第1エミッタ電極7aおよび第1ベース電極6bの串の部分は、第2エミッタ電極と第2ベース電極とが隣接する辺と並行に配置されている。すなわち、チップ端部に破線の位置にボンディングワイヤ150をワイヤボンドし、第2エミッタ電極17および第2ベース電極16と、外部端子200とをそれぞれ接続することができる。そして図の如くボンディングワイヤを固着する場合、外部端子200が配置されるチップ10の1辺に対して垂直に短冊状の第1エミッタ電極7が配置される。つまり第1エミッタ電極7の大部分は、ボンディングワイヤ150直下から直線的に延在することになるため、第1エミッタ電極7の取り出し抵抗の増大を防ぐことができる。
In the present embodiment, the skew portion of the
従ってボンディングワイヤ150は必要最小限の長さでよく、広い面積の第2エミッタ電極17と共にエミッタ抵抗の低減に寄与できる。
Therefore, the
更に、第1エミッタ電極7の抵抗の増大を防ぐ電極構造でなおかつ図3(B)のごとく、チップ端部にワイヤボンドすることができ、薄型パッケージに実装することができる。ワイヤボンドにおいては、チップ端部とボンディングワイヤとが接触しないようにループ高さを設定する必要がある。このため具体的には、本実施形態と同一サイズのチップにおいてチップ中央付近にワイヤボンドする場合(破線)では、パッケージの厚みは0.9mm程度必要になる。しかし、本実施形態によれば、ワイヤボンド位置をチップ端部にすることによりワイヤボンドのループを低くできるので、パッケージ厚を例えば0.75mm程度まで薄型化できる。
Furthermore, the electrode structure prevents the resistance of the
以上、本実施形態ではnpn型バイポーラトランジスタについて説明したが、pnp型でも同様に実施でき、同様の効果が得られる。
As described above, the npn-type bipolar transistor has been described in the present embodiment. However, the pnp-type transistor can be similarly implemented, and the same effect can be obtained.
1 半導体基板
2 コレクタ領域
3 ベース領域
4 エミッタ領域
6 第1ベース電極
7 第1エミッタ電極
8 動作領域
10 半導体素子
16 第2ベース電極
17 第2エミッタ電極
25 第1絶縁膜
26 第2絶縁膜
51 半導体基板
52 コレクタ領域
53 ベース領域
54 エミッタ領域
56 第1ベース電極
57 第1エミッタ電極
58 動作領域
66 第2ベース電極
67 第2エミッタ電極
100 半導体素子
150 ボンディングワイヤ
200 外部端子
BC1 第1ベースコンタクトホール
EC1 第1エミッタコンタクトホール
BC2 第2ベースコンタクトホール
EC2 第2エミッタコンタクトホール
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基板上に設けられた逆導電型のベース領域と、
前記ベース領域表面に格子状に設けられた一導電型のエミッタ領域と、
前記ベース領域とコンタクトする第1ベース電極と、
前記エミッタ領域とコンタクトする第1エミッタ電極と、
前記第1ベース電極および前記第1エミッタ電極上に絶縁膜を介して設けられ前記第1ベース電極と接続する1つの平板状の第2ベース電極と、
前記第1ベース電極および前記第1エミッタ電極上に前記絶縁膜を介して設けられ前記第1エミッタ電極と接続する1つの平板状の第2エミッタ電極とを具備し、
前記第2エミッタ電極下方の第1ベース電極および第1エミッタ電極は並行に複数配置され、該複数の第1ベース電極は端部で束ねられて前記第2ベース電極に接続し、
前記第2エミッタ電極下方の前記第1エミッタ電極は、前記第2エミッタ電極と前記第2ベース電極とが隣接する辺と並行に配置されることを特徴とする半導体装置。 A one-conductivity type semiconductor substrate to be a collector region;
A reverse conductivity type base region provided on the substrate;
An emitter region of one conductivity type provided in a grid pattern on the surface of the base region;
A first base electrode in contact with the base region;
A first emitter electrode in contact with the emitter region;
A flat plate-like second base electrode provided on the first base electrode and the first emitter electrode via an insulating film and connected to the first base electrode;
A flat second emitter electrode provided on the first base electrode and the first emitter electrode via the insulating film and connected to the first emitter electrode;
A plurality of first base electrodes and first emitter electrodes below the second emitter electrode are arranged in parallel, and the plurality of first base electrodes are bundled at an end portion and connected to the second base electrode ,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first emitter electrode below the second emitter electrode is arranged in parallel with a side where the second emitter electrode and the second base electrode are adjacent to each other .
前記半導体チップの1つの辺に沿って配置されたベース端子およびエミッタ端子と、
前記ベース端子と前記第2ベース電極および前記エミッタ端子と第2エミッタ電極とをそれぞれ接続する接続手段とを具備し、
前記第2エミッタ電極下方の前記第1ベース電極および第1エミッタ電極は前記1つの辺に垂直に配置され、
前記第2エミッタ電極下方の前記第1エミッタ電極は、前記第2エミッタ電極と前記第2ベース電極とが隣接する辺と並行に配置されることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate is provided with a collector region, a base region, and an emitter region, a first base electrode that contacts the base region, a first emitter electrode that contacts the emitter region, and insulation on the first base electrode and the first emitter electrode A semiconductor chip having a second base electrode and a second emitter electrode provided via a film;
A base terminal and an emitter terminal arranged along one side of the semiconductor chip;
Connecting means for connecting the base terminal and the second base electrode and the emitter terminal and the second emitter electrode, respectively;
The first base electrode and the first emitter electrode below the second emitter electrode are disposed perpendicular to the one side ,
Wherein the first emitter electrode of the second emitter electrode lower to a semiconductor device and the second emitter electrode and said second base electrode and said Rukoto disposed parallel to the adjacent sides.
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