JP4830877B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、複数個(本明細書でいう第3複数個)のトランジスタを備えている半導体装置の製造方法に関する。特に、第3複数個のトランジスタが並列に接続されている半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor equipment manufacturing method which includes a transistor of the plurality (third plurality in this specification). In particular, a method of manufacturing a semiconductor equipment the third plurality of transistors are connected in parallel.

MOSやIGBTに代表される半導体装置は、電流のオンとオフをスイッチングするためによく利用される。大電流をスイッチングするために、複数個のトランジスタを並列に接続して用いることも多い。本明細書でいう「半導体装置」は、複数個のトランジスタが並列に接続されており、一つのトランジスタではスイッチングできない大きさの電流をスイッチングする装置をいう。そのような半導体装置は、パワートランジスタと呼ばれることもある。
パワートランジスタでは、トランジスタをオンしたときに、複数個のトランジスタの各々に均一な大きさの電流が流れることが好ましい。個々のトランジスタの耐量は低いために、特定のトランジスタに過大な電流が流れると、そのトランジスタが破壊する虞があるからである。1個、或いは幾つかのトランジスタが破壊すると、パワートランジスタそのものが破壊する虞がある。
並列に接続されている複数のトランジスタのうちの特定のトランジスタに電流が集中する事象は、その特定のトランジスタのオン抵抗が他のトランジスタのオン抵抗よりも低い場合に生じる。半導体装置の製造誤差によって、複数のトランジスタを同一の半導体基板内に形成しても、トランジスタのオン抵抗がトランジスタ毎にばらつくことが避けられない。
A semiconductor device typified by a MOS or IGBT is often used for switching on and off of a current. In order to switch a large current, a plurality of transistors are often connected in parallel. The “semiconductor device” in this specification refers to a device in which a plurality of transistors are connected in parallel and a current that cannot be switched by one transistor is switched. Such a semiconductor device is sometimes called a power transistor.
In a power transistor, it is preferable that a uniform current flows through each of the plurality of transistors when the transistor is turned on. This is because each transistor has a low tolerance, so that if an excessive current flows through a specific transistor, the transistor may be destroyed. If one or several transistors are destroyed, the power transistor itself may be destroyed.
An event in which current concentrates on a specific transistor among a plurality of transistors connected in parallel occurs when the ON resistance of the specific transistor is lower than the ON resistances of other transistors. Even if a plurality of transistors are formed in the same semiconductor substrate due to manufacturing errors of the semiconductor device, it is inevitable that the on-resistance of the transistors varies from transistor to transistor.

特許文献1に、他のトランジスタよりも小さいオン抵抗を有するトランジスタへ電流が集中をすることを抑制できる半導体装置が開示されている。この半導体装置では、複数個のトランジスタを、各々が複数個のトランジスタを備えている複数個のトランジスタブロックに分割する。すなわち、コレクタ電極については全部のトランジスタに共通的に接続されているコレクタ電極とする一方において、エミッタ電極についてはトランジスタブロック毎に分割されている分割電極とする。トランジスタブロック毎に分割されている分割電極は、トランジスタブロック内のトランジスタには共通的に接続される。特許文献1では、トランジスタブロック毎に分割されている分割電極毎に、インダクタンス成分を持つボンディングワイヤで接地する。   Patent Document 1 discloses a semiconductor device capable of suppressing current from being concentrated on a transistor having an on-resistance smaller than that of other transistors. In this semiconductor device, a plurality of transistors are divided into a plurality of transistor blocks each having a plurality of transistors. That is, the collector electrode is a collector electrode commonly connected to all the transistors, while the emitter electrode is a divided electrode divided for each transistor block. The divided electrodes divided for each transistor block are commonly connected to the transistors in the transistor block. In Patent Document 1, each divided electrode divided for each transistor block is grounded with a bonding wire having an inductance component.

特許文献1の以前の技術では、エミッタ電極も共通化されていた。このために、各々のトランジスタに流れる電流は、各々のトランジスタのオン抵抗に直接的に反比例し、各々のトランジスタのオン抵抗のばらつきがそのまま通電電流の大きさのばらつきとなっていた。
特許文献1の技術では、エミッタ電極と接地点を接続するボンディングワイヤがトランジスタブロック毎に分割されている。このために、各々のトランジスタブロックを流れる電流は、各々のトランジスタブロックのオン抵抗に直接的には反比例せず、コレクタ電極と接地点を接続する回路全体のインピーダンスに反比例することになる。特許文献1の技術では、各々のトランジスタブロックのオン抵抗に、各々のトランジスタブロックのエミッタ電極を接地するボンディングワイヤのインピーダンスを加算したものが、コレクタ電極と接地点を接続する回路全体のインピーダンスとなる。特許文献1の技術では、高周波領域で用いるために、各々のトランジスタブロックのオン抵抗に比して、ボンディングワイヤのインピーダンスが格段に大きくなる。特許文献1の技術では、トランジスタブロック毎に分割されているエミッタ電極毎にボンディングワイヤで接地することによって、各々のトランジスタブロックのオン抵抗によるばらつきの影響を軽減し、各々のトランジスタブロックを流れる電流のばらつきを低減する。
In the prior art of Patent Document 1, the emitter electrode is also shared. For this reason, the current flowing through each transistor is directly inversely proportional to the on-resistance of each transistor, and the variation in the on-resistance of each transistor is directly the variation in the magnitude of the energization current.
In the technique of Patent Document 1, a bonding wire that connects an emitter electrode and a ground point is divided for each transistor block. For this reason, the current flowing through each transistor block is not directly inversely proportional to the on-resistance of each transistor block, but is inversely proportional to the impedance of the entire circuit connecting the collector electrode and the ground point. In the technique of Patent Document 1, the impedance of the entire circuit connecting the collector electrode and the ground point is obtained by adding the impedance of the bonding wire that grounds the emitter electrode of each transistor block to the on-resistance of each transistor block. . In the technique of Patent Document 1, since it is used in a high frequency region, the impedance of the bonding wire is remarkably higher than the on-resistance of each transistor block. In the technique of Patent Document 1, each emitter block divided for each transistor block is grounded with a bonding wire to reduce the influence of variation due to the on-resistance of each transistor block, and the current flowing through each transistor block is reduced. Reduce variation.

このことを数学的に説明すると下記のようにいえる。特許文献1の以前の技術では、第1トランジスタのオン抵抗R1とし、第2トランジスタのオン抵抗R2としたときに、第1トランジスタには1/R1の電流が流れ、第2トランジスタには1/R2の電流が流れる。オン抵抗R1、R2がばらつけば、そのまま通電電流の大きさもばらつく。
特許文献1の技術では、各々のボンディングワイヤのインピーダンスをZとしたときに、第1トランジスタブロックには1/(R1+Z)の電流が流れ、第2トランジスタブロックには1/(R2+Z)の電流が流れる。ここで、R1、R2はZに比して小さことから、オン抵抗R1、R2がばらついても通電電流のばらつきは小さく抑えられる。
特許文献1の半導体装置は、トランジスタのオン抵抗Rに比して大きな値を持つボンディングワイヤのインピーダンスZを利用すると、通電電流のばらつきを小さく抑えられることを基本原理としており、全部のエミッタ電極を、共通特性を持つボンディングワイヤで接続する。分割されているエミッタ電極によって、用いるボンディングワイヤの種類を変えるというものでないことに留意するべきである。
This can be described mathematically as follows. In the prior art of Patent Document 1, when the on-resistance R1 of the first transistor is set to the on-resistance R2 of the second transistor, a current of 1 / R1 flows through the first transistor, and 1 / R1 flows through the second transistor. R2 current flows. If the on-resistances R1 and R2 vary, the magnitude of the energization current also varies.
In the technique of Patent Document 1, when the impedance of each bonding wire is Z, a current of 1 / (R1 + Z) flows through the first transistor block, and a current of 1 / (R2 + Z) flows through the second transistor block. Flowing. Here, since R1 and R2 are smaller than Z, even if the on-resistances R1 and R2 vary, the variation in energization current can be suppressed to a small value.
The semiconductor device of Patent Document 1 is based on the principle that, when the impedance Z of the bonding wire having a large value compared to the on-resistance R of the transistor is used, the variation in energization current can be suppressed to be small. Connect with bonding wires with common characteristics. It should be noted that the type of bonding wire used is not changed by the divided emitter electrodes.

特開2003−17946号公報JP 2003-17946 A

特許文献1の半導体装置は、高周波領域で用いることを予定しているために、ボンディングワイヤのインダクタンス成分を利用することができる。スイッチング周波数が遅い場合、特許文献1の技術を流用しようとすると、トランジスタブロック毎に分割されているエミッタ電極を高抵抗なボンディングワイヤで接地することになる。しかしながら、パワートランジスタの場合、抵抗を抑え、発熱を抑え、無駄なエネルギー消費を抑えたいという強い要求があり、高抵抗なボンディングワイヤを用いることはできない。
トランジスタのオン抵抗よりも大きな抵抗を持つボンディングワイヤを利用できないパワートランジスタに対して、各々のトランジスタのオン抵抗の不均一性に抗して通電電流のばらつきを抑制できる技術が必要とされている。
Since the semiconductor device of Patent Document 1 is scheduled to be used in a high frequency region, the inductance component of the bonding wire can be used. When the switching frequency is slow, when trying to use the technique of Patent Document 1, the emitter electrode divided for each transistor block is grounded with a high-resistance bonding wire. However, in the case of a power transistor, there is a strong demand to suppress resistance, suppress heat generation, and reduce wasteful energy consumption, and high resistance bonding wires cannot be used.
For a power transistor that cannot use a bonding wire having a resistance larger than the on-resistance of the transistor, there is a need for a technique that can suppress the variation in energization current against the non-uniformity of the on-resistance of each transistor.

本発明では、トランジスタのオン抵抗がトランジスタ間でばらつき、そのままではオン抵抗の低いトランジスタに電流が集中してしまうことを防止するために、トランジスタに接続するボンディングワイヤの抵抗を積極的に変える。ボンディングワイヤの抵抗を積極的に変える点において、特許文献1の技術とまったく相違する。前記したように、特許文献1の半導体装置は、トランジスタのオン抵抗Rに比して大きな値を持つインピーダンスZを利用して通電電流のばらつきを抑えることを基本原理としており、分割されているエミッタ電極毎にボンディングワイヤの種類を変えるという発想のものでないことに留意するべきである。   In the present invention, the resistance of the bonding wire connected to the transistor is positively changed in order to prevent the on-resistance of the transistor from varying between the transistors and the current from being concentrated in the transistor having a low on-resistance as it is. It is completely different from the technique of Patent Document 1 in that the resistance of the bonding wire is positively changed. As described above, the semiconductor device of Patent Document 1 is based on the principle that the variation of the conduction current is suppressed by using the impedance Z having a larger value than the on-resistance R of the transistor. It should be noted that the idea is not to change the type of bonding wire for each electrode.

通常のパワートランジスタは、極めて多数のトランジスタを備えており、各々のトランジスタにボンディングワイヤを接続することは実際的でない。そこで、本発明では、極めて多数のトランジスタを複数個(本明細書の第2複数個)のトランジスタブロックに分割すると同時に、各々のトランジスタブロックに接続するボンディングワイヤの抵抗を積極的に変える。オン抵抗の小さいトランジスタブロックには抵抗の大きいボンディングワイヤを接続し、オン抵抗の大きいトランジスタブロックには抵抗の小さいボンディングワイヤを接続する。そうすると、各々のトランジスタブロックを流れる電流を決める実質的な抵抗は、全部のトランジスタブロックに対して均一化され、特定のトランジスタブロックに電流が集中的に流れることを効果的に抑制することができる。   A normal power transistor includes a very large number of transistors, and it is not practical to connect a bonding wire to each transistor. Therefore, in the present invention, a very large number of transistors are divided into a plurality of (second plurality in the present specification) transistor blocks, and at the same time, the resistance of the bonding wire connected to each transistor block is positively changed. Bonding wires with high resistance are connected to transistor blocks with low on-resistance, and bonding wires with low resistance are connected to transistor blocks with high on-resistance. Then, the substantial resistance that determines the current flowing through each transistor block is made uniform for all the transistor blocks, and it is possible to effectively suppress the current from flowing intensively to a specific transistor block.

本発明によっても、同一のトランジスタブロック内に存在する複数個(本明細書でいう第1複数個)のトランジスタ同士の間では、通電電流の大きさがばらつくことがさけられない。しかしながら、例えば1000個のトランジスタを単純に並列に接続したときに生じる通電電流のばらつきの大きさに比して、それを100個のトランジスタを含む10個のトランジスタブロックに分割したときに生じる通電電流のばらつきの大きさは小さい。1000個のトランジスタに生じる通電電流のばらつきの大きさに比して、100個のトランジスタに生じる通電電流のばらつきの大きさは小さいからである。   Also according to the present invention, the magnitude of the energization current cannot be avoided between a plurality of (first plurality of transistors referred to in this specification) transistors present in the same transistor block. However, for example, compared to the magnitude of the variation in the energization current that occurs when 1000 transistors are simply connected in parallel, the energization current that is generated when the transistor is divided into 10 transistor blocks including 100 transistors. The magnitude of variation is small. This is because the magnitude of the variation in the energization current generated in the 100 transistors is smaller than the magnitude of the variation in the energization current generated in the 1000 transistors.

本発明の半導体装置は、第2複数個のトランジスタブロックを備えており、各々のトランジスタブロックは第1複数個のトランジスタを備えている。半導体装置の全体としては、第3複数個のトランジスタを備えている。第3複数個は、第1複数個と第2複数個の積である。
トランジスタはユニポーラであってもバイポーラであってもよい。ユニポーラトランジスタの場合は、各々が「ソース領域とドレイン領域」を有している第3複数個のトランジスタ構造が半導体基板内に形成されている。バイポーラトランジスタの場合は、各々が「エミッタ領域又はコレクタ領域」を有している第3複数個のトランジスタ構造が半導体基板内に形成されている。本発明のトランジスタは、ユニポーラであってもバイポーラであってもよいことから、各々が「エミッタ領域とコレクタ領域」又は「ソース領域とドレイン領域」を有している第3複数個のトランジスタ構造を備えている、といえる。第3複数個のトランジスタ構造が半導体基板内に形成されている。
本発明の半導体装置では、主電極の一方が、全部のトランジスタ構造に対して共通である。共通の主電極は、ユニポーラトランジスタのソース電極であってもよいし、ユニポーラトランジスタのドレイン電極であってもよいし、バイポーラトランジスタのエミッタ電極であってもよいし、バイポーラトランジスタのコレクタ電極であってもよい。
本発明の半導体装置では、主電極の他方が、トランジスタブロックに対応して分割されている。分割電極は、共通電極と対を成す電極であり、共通電極がユニポーラトランジスタのソース電極であればドレイン電極が分割されており、共通電極がユニポーラトランジスタのドレイン電極であればソース電極が分割されており、共通電極がバイポーラトランジスタのエミッタ電極であればコレクタ電極が分割されており、共通電極がバイポーラトランジスタのコレクタ電極であればエミッタ電極が分割されている。各々の分割電極は、対応するトランジスタブロック内のトランジスタ構造に共通に接続されている。
上記から、本発明の半導体装置は、第3複数個のトランジスタ構造の「エミッタ領域又はソース領域」と「コレクタ領域又はドレイン領域」の一方に共通的に接続されている共通電極と、トランジスタブロック内の第1複数個のトランジスタ構造の「エミッタ領域又はソース領域」と「コレクタ領域又はドレイン領域」の他方に共通的に接続されているとともに、トランジスタブロック毎に分割されている分割電極を備えていると表現することができる。
本発明の半導体装置は、共通リード電極と、第2複数個の分割電極と共通リード電極を接続する第2複数本のボンディングワイヤを備えている。本発明の半導体装置では、共通電極と分割電極間のオン抵抗の高いトランジスタブロックには抵抗値の低いボンディングワイヤが利用されており、共通電極と分割電極間のオン抵抗の低いトランジスタブロックには抵抗値の高いボンディングワイヤが利用されている。なお、ここでいうボンディングワイヤは、単純なボンディングワイヤであってもよいし、抵抗素子が挿入されているボンディングワイヤであってもよい。
The semiconductor device of the present invention includes a second plurality of transistor blocks, and each transistor block includes a first plurality of transistors. The entire semiconductor device includes a third plurality of transistors. The third plurality is a product of the first plurality and the second plurality.
The transistor may be unipolar or bipolar. In the case of a unipolar transistor, a third plurality of transistor structures each having a “source region and a drain region” are formed in a semiconductor substrate. In the case of a bipolar transistor, a third plurality of transistor structures each having an “emitter region or collector region” are formed in a semiconductor substrate. Since the transistor of the present invention may be unipolar or bipolar, it has a third plurality of transistor structures each having “emitter region and collector region” or “source region and drain region”. It can be said that it has. A third plurality of transistor structures are formed in the semiconductor substrate.
In the semiconductor device of the present invention, one of the main electrodes is common to all transistor structures. The common main electrode may be the source electrode of the unipolar transistor, the drain electrode of the unipolar transistor, the emitter electrode of the bipolar transistor, or the collector electrode of the bipolar transistor. Also good.
In the semiconductor device of the present invention, the other main electrode is divided corresponding to the transistor block. The split electrode is a pair of electrodes with the common electrode. If the common electrode is the source electrode of the unipolar transistor, the drain electrode is split. If the common electrode is the drain electrode of the unipolar transistor, the source electrode is split. If the common electrode is the emitter electrode of the bipolar transistor, the collector electrode is divided, and if the common electrode is the collector electrode of the bipolar transistor, the emitter electrode is divided. Each divided electrode is commonly connected to the transistor structure in the corresponding transistor block.
From the above, the semiconductor device of the present invention includes a common electrode commonly connected to one of the “emitter region or source region” and the “collector region or drain region” of the third plurality of transistor structures, and the transistor block. The first plurality of transistor structures have a divided electrode that is commonly connected to the other of the “emitter region or source region” and the “collector region or drain region” and is divided for each transistor block. It can be expressed as
The semiconductor device of the present invention includes a common lead electrode and a second plurality of bonding wires connecting the second plurality of divided electrodes and the common lead electrode. In the semiconductor device of the present invention, a bonding wire having a low resistance value is used for a transistor block having a high on-resistance between the common electrode and the divided electrode, and a resistance block is used for a transistor block having a low on-resistance between the common electrode and the divided electrode. High value bonding wires are used. Note that the bonding wire here may be a simple bonding wire or a bonding wire into which a resistance element is inserted.

通常のパワートランジスタは、例えば数百個から数十万個におよぶ多数のトランジスタを備えており、各々のトランジスタにボンディングワイヤを接続することは実際的ではない。しかしながら、パワートランジスタの主電極の一方を複数個に分割し、複数個に分割された各々の分割電極にボンディングワイヤを接続することはできる。
本発明の半導体装置では、共通電極と分割電極間のオン抵抗の高いトランジスタブロックには抵抗値の低いボンディングワイヤが利用されており、共通電極と分割電極間のオン抵抗の低いトランジスタブロックには抵抗値の高いボンディングワイヤが利用されていることから、各々のトランジスタブロックを流れる電流の大きさを決める実質的な抵抗は、全部のトランジスタブロックに対して均一化され、特定のトランジスタブロックに電流が集中的に流れることを効果的に抑制することができる。
A typical power transistor includes a large number of transistors ranging from several hundred to several hundred thousand, for example, and it is not practical to connect a bonding wire to each transistor. However, one of the main electrodes of the power transistor can be divided into a plurality of pieces, and a bonding wire can be connected to each of the divided electrodes.
In the semiconductor device of the present invention, a bonding wire having a low resistance value is used for a transistor block having a high on-resistance between the common electrode and the divided electrode, and a resistance block is used for a transistor block having a low on-resistance between the common electrode and the divided electrode. Since high-value bonding wires are used, the substantial resistance that determines the magnitude of the current flowing through each transistor block is made uniform for all transistor blocks, and the current concentrates on a specific transistor block. Can be effectively suppressed.

本発明の半導体装置でも、同一のトランジスタブロックに属するトランジスタ同士の間では、通電電流の大きさがばらつく。しかしながら、オン抵抗が低いトランジスタを多く含むトランジタブロックでは、抵抗が高いボンディングワイヤが利用されているために、トランジスタ一個あたりの平均通電電流が他のトランジタブロックよりも低く、オン抵抗が低いトランジスタに流れる電流もそれほどには増加しない。同一のトランジスタブロックに属するトランジスタ同士の間に生じる通電電流のばらつきの大きさも抑制され、さらには、第3複数個のトランジスタ同士の間に生じる通電電流のばらつきの大きさも抑制される。   Even in the semiconductor device of the present invention, the magnitude of the energization current varies between transistors belonging to the same transistor block. However, in a transistor block including many transistors with low on-resistance, a bonding wire with high resistance is used, so that the average conduction current per transistor is lower than that of other transistor blocks, and the transistor has low on-resistance. The current flowing through the battery does not increase so much. The magnitude of variation in energization current that occurs between transistors belonging to the same transistor block is also suppressed, and further, the magnitude of variation in energization current that occurs between the plurality of third transistors is also suppressed.

共通電極と分割電極間のオン抵抗のトランジスタブロック間のばらつきよりも、共通電極と分割電極間のオン抵抗にボンディングワイヤの抵抗値を加算した合計抵抗値のトランジスタブロック間のばらつきの方が小さいことが好ましい。
共通電極と分割電極間のオン抵抗にボンディングワイヤの抵抗値を加算した合計抵抗値が、各々のトランジスタブロックを流れる電流の大きさを決める実質的な抵抗となる。ボンディングワイヤの抵抗値を調整することによって、オン抵抗のトランジスタブロック間のばらつきよりも合計抵抗値のトランジスタブロック間のばらつきの方が小さいという関係が得られていれば、トランジスタブロックを流れる電流の大きさがトランジスタブロック毎にばらつくことを効果的に抑制することができる。
The variation in the total resistance value obtained by adding the resistance value of the bonding wire to the on resistance between the common electrode and the divided electrode is smaller than the variation between the transistor blocks in the on resistance between the common electrode and the divided electrode. Is preferred.
The total resistance value obtained by adding the resistance value of the bonding wire to the ON resistance between the common electrode and the divided electrode is a substantial resistance that determines the magnitude of the current flowing through each transistor block. If the relationship that the variation between the transistor blocks of the total resistance value is smaller than the variation between the transistor blocks of the on-resistance by adjusting the resistance value of the bonding wire is obtained, the magnitude of the current flowing through the transistor block It is possible to effectively suppress variations in the length of each transistor block.

本発明は、各々が第1複数個のトランジスタを備えている第2複数個のトランジスタブロックを備えており、第1複数個と第2複数個の積に等しい第3複数個のトランジスタを備えている半導体装置の製造方法に具現化することもできる。
その製造方法は、半導体基板内に、各々が「エミッタ領域とコレクタ領域」又は「ソース領域とドレイン領域」を有している第3複数個のトランジスタ構造を形成する工程と、第3複数個のトランジスタ構造の「エミッタ領域又はソース領域」と「コレクタ領域又はドレイン領域」の一方に共通的に接続されている共通電極を形成する工程と、トランジスタブロック内の第1複数個のトランジスタ構造の「エミッタ領域又はソース領域」と「コレクタ領域又はドレイン領域」の他方に共通的に接続されているとともに、トランジスタブロック毎に分割されている分割電極を形成する工程と、共通リード電極を形成する工程と、共通電極と分割電極間のオン抵抗をトランジスタブロック毎に計測する工程と、前記オン抵抗が高いトランジスタブロックには抵抗値の低いボンディングワイヤで共通リード電極と分割電極を接続し、前記オン抵抗が低いトランジスタブロックには抵抗値の高いボンディングワイヤで共通リード電極と分割電極を接続する工程を備えている。
The present invention comprises a second plurality of transistor blocks, each comprising a first plurality of transistors, comprising a third plurality of transistors equal to the product of the first plurality and the second plurality. The present invention can also be embodied in a semiconductor device manufacturing method.
The manufacturing method includes a step of forming a third plurality of transistor structures each having an “emitter region and a collector region” or a “source region and a drain region” in a semiconductor substrate; Forming a common electrode commonly connected to one of the "emitter region or source region" and "collector region or drain region" of the transistor structure; and "emitters of the first plurality of transistor structures in the transistor block" A step of forming a divided electrode that is commonly connected to the other of the `` region or source region '' and the `` collector region or drain region '' and is divided for each transistor block; and a step of forming a common lead electrode; Measuring the on-resistance between the common electrode and the divided electrode for each transistor block, and the transistor block having a high on-resistance. And connecting the common lead electrode and the divided electrode with a bonding wire having a low resistance value, and connecting the common lead electrode and the divided electrode with a bonding wire having a high resistance value to the transistor block having a low on-resistance. Yes.

通常のパワートランジスタは、例えば数百個から数十万個におよぶ多数のトランジスタを備えており、各々のトランジスタにボンディングワイヤを接続することは実際的ではない。しかしながら、パワートランジスタの主電極の一方を複数個に分割し、複数個に分割された各々の分割電極のオン抵抗を計測し、複数個に分割された各々の分割電極に個別的にボンディングワイヤを接続することはできる。
本発明の製造方法では、各々のトランジスタブロックのオン抵抗を計測する。また、計測した抵抗に応じた抵抗値を有するボンディングワイヤで、そのトランジスタブロックの分割電極と共通リード電極を接続する。具体的には、計測したオン抵抗が小さいほど大きい抵抗値を有するボンディングワイヤで接続する。そうすることによって、各々のトランジスタブロックに流れる電流の大きさを均一化することができる。
A typical power transistor includes a large number of transistors ranging from several hundred to several hundred thousand, for example, and it is not practical to connect a bonding wire to each transistor. However, one of the main electrodes of the power transistor is divided into a plurality of pieces, the on-resistance of each of the divided electrodes divided into a plurality of pieces is measured, and a bonding wire is individually applied to each of the divided electrodes divided into a plurality of pieces. You can connect.
In the manufacturing method of the present invention, the on-resistance of each transistor block is measured. Further, the divided electrode of the transistor block and the common lead electrode are connected by a bonding wire having a resistance value corresponding to the measured resistance. Specifically, the smaller the measured on-resistance is, the larger the resistance value is connected by a bonding wire. By doing so, the magnitude of the current flowing through each transistor block can be made uniform.

上記の「接続する工程」は、トランジスタブロック毎に計測されたオン抵抗を所定抵抗値から減じて抵抗差を求め、抵抗値を異にする複数種類のボンディングワイヤの中から、められた抵抗差に最も近い抵抗値を有するボンディングワイヤを選択する工程を含んでいる。あるいは、ボンディングワイヤの太さと長さと本数のうちの少なくとも一種を選択し、求められた抵抗差にほぼ等しい抵抗値をもたらすボンディングワイヤを選択する工程を含んでいる。 "Step of connecting" above, determined Me a resistance difference by subtracting the on-resistance measured every transistor blocks from a predetermined resistance value, from among the plurality of types of bonding wires having different resistance values were determined Me Selecting a bonding wire having a resistance value closest to the resistance difference . Alternatively includes selecting at least one of a thickness and length and the number of bonding wires to select the bonding wire results in a substantially equal resistance value determined Me was resistance difference process.

上記工程を備えていると、各々のトランジスタブロックを流れる電流の大きさを決める実質的な抵抗、すなわち、トランジスタブロック毎のオン抵抗とボンディングワイヤの抵抗の合計抵抗値が、全部のトランジスタブロックに対して均一化され、特定のトランジスタブロックに電流が集中的に流れることを効果的に抑制することができる。   With the above steps, the substantial resistance that determines the magnitude of the current flowing through each transistor block, that is, the total resistance value of the on-resistance and bonding wire resistance for each transistor block is the same for all transistor blocks. It is possible to effectively suppress the current from flowing intensively to a specific transistor block.

本発明によれば、第3複数個のトランジスタが並列に接続されて半導体装置において、特定のトランジスタへ電流が集中することを抑制し、各々のトランジスタに流れる電流の大きさを全部のトランジスタに対して均一化することができる。   According to the present invention, in the semiconductor device in which the third plurality of transistors are connected in parallel, current concentration to a specific transistor is suppressed, and the magnitude of the current flowing through each transistor is reduced with respect to all the transistors. Can be made uniform.

本発明に係る半導体装置を、図面を参照して説明する。図1は、半導体装置100の模式的斜視図である。半導体装置100は、半導体基板10と、半導体基板10を固定するフレーム12を備えている。なお、半導体基板10とフレーム12は、樹脂等でモールド或いはハンダ付けされているが、図1ではモールドの図示を省略している。
半導体基板10内には、第3図を参照して後記するように、12個のIGBT(バイポーラトランジスタ)が形成されている。半導体基板10の上面には、4個のエミッタ電極14a、14b、14c、14d、及び、ゲートパッド16が形成されている。また、半導体基板10の下面にはコレクタ電極34(図2参照)が形成されている。第3図を参照して後記するように、エミッタ電極14aは12個のIGBTのうちの3個のエミッタ領域に導通しており、エミッタ電極14bは他の3個のエミッタ領域に導通しており、エミッタ電極14cはさらに他の3個のエミッタ領域に導通しており、エミッタ電極14dは残りの3個のエミッタ領域に導通している。図1の半導体装置は、12個のIGBTが、各々が3個のIGBTを備えている4個のトランジスタブロックに分割されている。
A semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view of the semiconductor device 100. The semiconductor device 100 includes a semiconductor substrate 10 and a frame 12 that fixes the semiconductor substrate 10. The semiconductor substrate 10 and the frame 12 are molded or soldered with a resin or the like, but the mold is not shown in FIG.
As will be described later with reference to FIG. 3, twelve IGBTs (bipolar transistors) are formed in the semiconductor substrate 10. Four emitter electrodes 14 a, 14 b, 14 c, 14 d and a gate pad 16 are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 10. A collector electrode 34 (see FIG. 2) is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 10. As will be described later with reference to FIG. 3, the emitter electrode 14a is conducted to three emitter regions of the 12 IGBTs, and the emitter electrode 14b is conducted to the other three emitter regions. The emitter electrode 14c is further conducted to the other three emitter regions, and the emitter electrode 14d is conducted to the remaining three emitter regions. In the semiconductor device of FIG. 1, twelve IGBTs are divided into four transistor blocks each having three IGBTs.

フレーム12には、第1リード電極20、第2リード電極22、及び、第3リード電極24が形成されている。4個のエミッタ電極14a、14b、14c、及び14dは、夫々ボンディングワイヤ26a、26b、26c、及び26dによって、第1リード電極20と個別に接続されている。ゲートパッド16は、ボンディングワイヤ18によって第2リード電極22と接続されている。図示を省略しているが、半導体基板10の下面に形成されているコレクタ電極34は、第3リード電極24と接続されている。
図示を省略しているが、夫々のリード電極20、22、及び24は、半導体装置100のパッケージ外部まで伸びており、半導体基板10に形成された夫々の電極を半導体装置100の外部の電子部品と接続する機能を果す。即ち、4個のエミッタ電極14a−14dに接続されている第1リード電極20は、半導体装置100のエミッタ端子に相当し、ゲートパッド16に接続されている第2リード電極22は、半導体装置100のゲート端子に相当し、コレクタ電極34に接続されている第3リード電極24は、半導体装置100のコレクタ端子に相当する。
A first lead electrode 20, a second lead electrode 22, and a third lead electrode 24 are formed on the frame 12. The four emitter electrodes 14a, 14b, 14c, and 14d are individually connected to the first lead electrode 20 by bonding wires 26a, 26b, 26c, and 26d, respectively. The gate pad 16 is connected to the second lead electrode 22 by a bonding wire 18. Although not shown, the collector electrode 34 formed on the lower surface of the semiconductor substrate 10 is connected to the third lead electrode 24.
Although not shown, each lead electrode 20, 22, and 24 extends to the outside of the package of the semiconductor device 100, and each electrode formed on the semiconductor substrate 10 is an electronic component outside the semiconductor device 100. The function to connect with. That is, the first lead electrode 20 connected to the four emitter electrodes 14 a to 14 d corresponds to the emitter terminal of the semiconductor device 100, and the second lead electrode 22 connected to the gate pad 16 is the semiconductor device 100. The third lead electrode 24 connected to the collector electrode 34 corresponds to the collector terminal of the semiconductor device 100.

図2を参照して半導体基板10の構造を説明する。図2は、図1のII−II線に沿って見たときの半導体基板10の模式的断面図である。なお、図2は、図1に示す2個のエミッタ電極14a、14bに対応する部分の断面のみを示しており、他の2個のエミッタ電極14c、14dに対応する部分の断面の図示を省略している。他の2個のエミッタ電極14c、14dに対応する部分の断面の構造は、図2に示す構造と同様である。
半導体基板10には、図2の上側から低濃度p型のボディ層28、低濃度n型のドリフト層30、及び、p型のコレクタ層32が形成されている。コレクタ層32の下面にコレクタ電極34が形成されている。
ボディ層28の表面には、ボディ層28を貫通してドリフト層30に達する複数のトレンチ36a−36fが形成されており、各トレンチの壁面は絶縁膜で被覆されており、その内部にはゲート電極が充填されている。夫々のゲート電極は、図1に示すゲートパッド16に接続されている。
ボディ層28の表面でトレンチ36aの両側に高濃度n型のエミッタ領域38aが形成されている。同様に、各トレンチ36b−36fの両側に、夫々エミッタ領域38b−38fが形成されている。
The structure of the semiconductor substrate 10 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor substrate 10 when viewed along line II-II in FIG. 2 shows only a cross section of a portion corresponding to the two emitter electrodes 14a and 14b shown in FIG. 1, and a cross section of a portion corresponding to the other two emitter electrodes 14c and 14d is omitted. is doing. The structure of the cross section of the portion corresponding to the other two emitter electrodes 14c and 14d is the same as the structure shown in FIG.
A low-concentration p-type body layer 28, a low-concentration n-type drift layer 30, and a p-type collector layer 32 are formed on the semiconductor substrate 10 from the upper side of FIG. A collector electrode 34 is formed on the lower surface of the collector layer 32.
A plurality of trenches 36a to 36f that penetrate through the body layer 28 and reach the drift layer 30 are formed on the surface of the body layer 28. The wall surfaces of the trenches are covered with an insulating film, and the gates are formed inside the gate layer 28. The electrode is filled. Each gate electrode is connected to the gate pad 16 shown in FIG.
High-concentration n-type emitter regions 38a are formed on both sides of the trench 36a on the surface of the body layer 28. Similarly, emitter regions 38b-38f are formed on both sides of each trench 36b-36f.

トレンチ36の内部に充填されているゲート電極と、トレンチ36の両側に形成されているエミッタ領域38と、ボディ層28と、ドリフト層30と、コレクタ層32によってIGBTを構成する半導体構造が形成されている。トレンチ36aの内部に充填されているゲート電極と、トレンチ36aの両側に形成されているエミッタ領域38a等によってひとつのトランジスタ(トランジスタ構造)が形成される。同様に、トレンチ36bの両側に形成されているエミッタ領域38b等によってひとつのトランジスタが形成される。図2には、6個のトランジスタが描かれている。   A semiconductor structure constituting the IGBT is formed by the gate electrode filled in the trench 36, the emitter region 38 formed on both sides of the trench 36, the body layer 28, the drift layer 30, and the collector layer 32. ing. One transistor (transistor structure) is formed by the gate electrode filled in the trench 36a and the emitter regions 38a formed on both sides of the trench 36a. Similarly, one transistor is formed by emitter regions 38b and the like formed on both sides of the trench 36b. In FIG. 2, six transistors are depicted.

3個のエミッタ領域38a、38b、及び38cの表面に、エミッタ電極14aが形成されている。エミッタ電極14aは、3個のトランジスタを構成する3個のエミッタ領域(エミッタ領域38a、38b、及び38c)に共通に接触している。エミッタ電極14aによって、3個のトランジスタが並列に接続されたトランジスタブロック40aが形成される。同様に、3個のエミッタ領域38d、38e、及び38fの表面に接触するように、エミッタ電極14bが形成されている。エミッタ電極14bによって、3個のトランジスタが並列に接続されたトランジスタブロック40bが形成される。
図2には図示を省略しているが、エミッタ電極14c、14dに対応する部分の断面も図2と同様の構造を有している。エミッタ電極14cによって、3個のトランジスタが並列に接続されたトランジスタブロック(図3に示すトランジスタブロック40c)が形成され、エミッタ電極14dによって、3個のトランジスタが並列に接続されたトランジスタブロック(図3に示すトランジスタブロック40d)が形成されている。つまり、半導体基板10は、12個のトランジスタを有している。12個のトランジスタは、各々が3個のIGBTを備えている4個のトランジスタブロックに分割されている。
An emitter electrode 14a is formed on the surfaces of the three emitter regions 38a, 38b, and 38c. The emitter electrode 14a is in common contact with the three emitter regions (emitter regions 38a, 38b, and 38c) constituting the three transistors. The emitter electrode 14a forms a transistor block 40a in which three transistors are connected in parallel. Similarly, the emitter electrode 14b is formed so as to be in contact with the surfaces of the three emitter regions 38d, 38e, and 38f. The emitter electrode 14b forms a transistor block 40b in which three transistors are connected in parallel.
Although not shown in FIG. 2, the cross section of the portion corresponding to the emitter electrodes 14c and 14d has the same structure as that in FIG. A transistor block (transistor block 40c shown in FIG. 3) in which three transistors are connected in parallel is formed by the emitter electrode 14c, and a transistor block (FIG. 3) in which three transistors are connected in parallel by the emitter electrode 14d. The transistor block 40d) shown in FIG. That is, the semiconductor substrate 10 has 12 transistors. The twelve transistors are divided into four transistor blocks each having three IGBTs.

この半導体装置100の模式的な等価回路図を図3に示す。図3に示すように、半導体装置100は、12個のトランジスタが並列に接続された回路構成を有する。4個のエミッタ電極14a−14dによって、各々が3個のトランジスタから構成される4個のトランジスタブロック40a−40dが形成される。
夫々のエミッタ電極14a−14dは、ボンディングワイヤ26a−26dによって第1リード電極20に個別に接続されている。夫々のボンディングワイヤは抵抗を有するので、図3ではボンディングワイヤ26a−26dを抵抗の記号で表している。
第3リード電極24は、コレクタ電極34に接続されているため、図3の回路図においては、第3リード電極24は、コレクタ電極34に等しい。コレクタ電極34は、12個のトランジスタに共通的に接続されている。
A schematic equivalent circuit diagram of the semiconductor device 100 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the semiconductor device 100 has a circuit configuration in which 12 transistors are connected in parallel. Four emitter blocks 14a-14d form four transistor blocks 40a-40d, each consisting of three transistors.
Each emitter electrode 14a-14d is individually connected to the first lead electrode 20 by a bonding wire 26a-26d. Since each bonding wire has a resistance, the bonding wires 26a to 26d are represented by resistance symbols in FIG.
Since the third lead electrode 24 is connected to the collector electrode 34, the third lead electrode 24 is equal to the collector electrode 34 in the circuit diagram of FIG. 3. The collector electrode 34 is commonly connected to 12 transistors.

夫々のボンディングワイヤ26a−26dは、対応するトランジスタブロック40a−40dのオン抵抗に対応した抵抗値を有する。具体的には、ボンディングワイヤ26a−26dは、コレクタ電極34から各エミッタ電極14a−14dを介して第1リード電極20へ至る夫々の経路の抵抗値を、予め決められた所定値とする抵抗値を有している。すなわち、「トランジスタブロック40aのオン抵抗+ボンディングワイヤ26aの抵抗値」=「トランジスタブロック40bのオン抵抗+ボンディングワイヤ26bの抵抗値」=「トランジスタブロック40cのオン抵抗+ボンディングワイヤ26cの抵抗値」=「トランジスタブロック40dのオン抵抗+ボンディングワイヤ26dの抵抗値」=所定値の関係を満たしている。   Each bonding wire 26a-26d has a resistance value corresponding to the on-resistance of the corresponding transistor block 40a-40d. Specifically, the bonding wires 26a to 26d have resistance values that set the resistance value of each path from the collector electrode 34 to the first lead electrode 20 through the emitter electrodes 14a to 14d to a predetermined value. have. That is, “ON resistance of transistor block 40a + resistance value of bonding wire 26a” = “ON resistance of transistor block 40b + resistance value of bonding wire 26b” = “ON resistance of transistor block 40c + resistance value of bonding wire 26c” = The relationship of “ON resistance of transistor block 40d + resistance value of bonding wire 26d” = predetermined value is satisfied.

上記の所定値は、半導体装置100のエミッタ端子(第1リード電極20)とコレクタ端子(第3リード電極24)の間に印加される電圧と、オン時に半導体装置100に流れる電流の設計値から決められている。
エミッタ端子とコレクタ端子の間に印加される電圧と、オン時に半導体装置100に流れる電流の設計値から、エミッタ端子とコレクタ端子間の抵抗が算出できる。前記した所定値は、算出した抵をトランジスタブロックの数で除した値である。
The predetermined value is based on the voltage applied between the emitter terminal (first lead electrode 20) and the collector terminal (third lead electrode 24) of the semiconductor device 100, and the design value of the current that flows in the semiconductor device 100 when turned on. It has been decided.
The resistance between the emitter terminal and the collector terminal can be calculated from the voltage applied between the emitter terminal and the collector terminal and the design value of the current flowing through the semiconductor device 100 when it is turned on. The aforementioned predetermined value is a value obtained by dividing the calculated resistance by the number of transistor blocks.

トランジスタブロックのオン抵抗は、トランジスタブロックによって相違する。すなわち、トランジスタブロック40aのオン抵抗と、トランジスタブロック40bのオン抵抗と、トランジスタブロック40cのオン抵抗と、トランジスタブロック40dのオン抵抗は相違する。
その相違に抗して、「トランジスタブロック40aのオン抵抗+ボンディングワイヤ26aの抵抗値」=「トランジスタブロック40bのオン抵抗+ボンディングワイヤ26bの抵抗値」=「トランジスタブロック40cのオン抵抗+ボンディングワイヤ26cの抵抗値」=「トランジスタブロック40dのオン抵抗+ボンディングワイヤ26dの抵抗値」の関係を得るためには、ボンディングワイヤ26aの抵抗値と、ボンディングワイヤ26bの抵抗値と、ボンディングワイヤ26cの抵抗値と、ボンディングワイヤ26dの抵抗値の各々が、適値に選択されていなければならない。
The on-resistance of the transistor block differs depending on the transistor block. That is, the on resistance of the transistor block 40a, the on resistance of the transistor block 40b, the on resistance of the transistor block 40c, and the on resistance of the transistor block 40d are different.
Contrary to the difference, “ON resistance of transistor block 40a + resistance value of bonding wire 26a” = “ON resistance of transistor block 40b + resistance value of bonding wire 26b” = “ON resistance of transistor block 40c + bonding wire 26c” In order to obtain a relationship of “resistance value of the transistor block 40d + resistance value of the bonding wire 26d”, the resistance value of the bonding wire 26a, the resistance value of the bonding wire 26b, and the resistance value of the bonding wire 26c are obtained. Each of the resistance values of the bonding wire 26d must be selected to an appropriate value.

ボンディングワイヤの抵抗値を調整するには、ボンディングワイヤの長さを調整すればよい。ボンディングワイヤの長さが長いほど、抵抗を大きくすることができる。或いは、ボンディングワイヤの抵抗を調整するには、太さの異なるボンディングワイヤを用いても良い。太さが細いほど、抵抗を大きくすることができる。長さと太さと本数のうちの少なくとも一つを選択することによって、ボンディングワイヤ26aの抵抗値と、ボンディングワイヤ26bの抵抗値と、ボンディングワイヤ26cの抵抗値と、ボンディングワイヤ26dの抵抗値の各々が適値に調整されており、「トランジスタブロックのオン抵抗+ボンディングワイヤの抵抗値」が、全部のブロック40a〜40dについて均質化されている。   In order to adjust the resistance value of the bonding wire, the length of the bonding wire may be adjusted. The longer the length of the bonding wire, the greater the resistance. Alternatively, bonding wires having different thicknesses may be used to adjust the resistance of the bonding wire. The thinner the thickness, the greater the resistance. By selecting at least one of the length, thickness, and number, the resistance value of the bonding wire 26a, the resistance value of the bonding wire 26b, the resistance value of the bonding wire 26c, and the resistance value of the bonding wire 26d are each set. It is adjusted to an appropriate value, and “the on-resistance of the transistor block + the resistance value of the bonding wire” is made uniform for all the blocks 40a to 40d.

以下に、ボンディングワイヤの抵抗値の決定の手順を例示する。
(1)半導体装置100の設計値から、半導体装置100のエミッタ端子とコレクタ端子の間に印加する電圧Vdesと、半導体装置100がオンした場合にエミッタ端子とコレクタ端子に流れる電流(コレクタ電流)Idesが決められる。
(2)電圧Vdesで電流Idesが流れるという設計条件から、半導体装置100のエミッタ端子とコレクタ端子の間の抵抗Rdesが求まる。4個のトランジスタブロックの夫々に均等に電流が流れるためには、コレクタ電極34から各エミッタ電極14a〜14dを介して第1リード電極20へ至る夫々の経路の抵抗が、Rdes/4であればよい。抵抗Rdes/4が、前述した所定値に相当する。
(3)各トランジスタブロックのオン抵抗Rblockを計測する。トランジスタブロックのオン抵抗の計測方法については後述する。
(4)各ボンディングワイヤの抵抗Rbwは、Rbw=Rdes/4−Rblockで求められる。
上記の過程を経て決定された抵抗を有するボンディングワイヤで、各エミッタ電極14a〜14dと第1リード電極20を個別に接続することによって、コレクタ電極34(第3リード電極24)から各エミッタ電極14a〜14dを介して第1リード電極20へ至る夫々の経路の抵抗をRdes/4に揃えることができる。これにより、半導体装置100にコレクタ電流Idesが流れるときに、各トランジスタブロックに均等に、電流Ides/4が流れる。
この場合、いずれかのトランジスタブロックに他のトランジスタよりも小さいオン抵抗を有するトランジスタが含まれている場合でも、各トランジスタブロックには均等に電流Ides/4が流れる。
Hereinafter, the procedure for determining the resistance value of the bonding wire will be exemplified.
(1) From a design value of the semiconductor device 100, a voltage V des applied between the emitter terminal and the collector terminal of the semiconductor device 100, and a current (collector current) flowing through the emitter terminal and the collector terminal when the semiconductor device 100 is turned on. I des is decided.
(2) The resistance R des between the emitter terminal and the collector terminal of the semiconductor device 100 is obtained from the design condition that the current I des flows at the voltage V des . In order for the current to flow evenly through the four transistor blocks, the resistance of the respective paths from the collector electrode 34 to the first lead electrode 20 via the emitter electrodes 14a to 14d should be R des / 4. That's fine. The resistance R des / 4 corresponds to the predetermined value described above.
(3) The on-resistance R block of each transistor block is measured. A method for measuring the on-resistance of the transistor block will be described later.
(4) The resistance R bw of each bonding wire is obtained by R bw = R des / 4−R block .
The emitter electrodes 14a to 14d and the first lead electrode 20 are individually connected by the bonding wires having the resistance determined through the above-described process, whereby the emitter electrode 14a is connected to the emitter electrode 14a from the collector electrode 34 (third lead electrode 24). The resistances of the respective paths to the first lead electrode 20 through ˜14d can be made equal to R des / 4. Thus, when the collector current I des flows through the semiconductor device 100, the current I des / 4 flows evenly through the transistor blocks.
In this case, even when a transistor having a smaller on-resistance than the other transistors is included in any of the transistor blocks, the current I des / 4 flows through each transistor block evenly.

上記の半導体装置100によれば、各トランジスタに流れる電流の偏りを小さくすることができる。これは、次の理由による。
複数のトランジスタが単純に並列に接続されている半導体装置では、他のトランジスタのオン抵抗よりも小さいオン抵抗を有するトランジスタが存在する場合、オン抵抗の小さいトランジスタに設計値よりも大きい電流が流れ、他のトランジスタには設計値よりも小さい電流が流れる。他のトランジスタに流れる電流が設計値より小さくなった分が、オン抵抗の小さいトランジスタに集中する。なお、各トランジスタに流れる電流の設計値は、全てのトランジスタが同じ大きさのオン抵抗を有すると仮定した場合に各トランジスタに流れる電流の大きさである。換言すれば、各トランジスタに流れる電流の設計値は、上記のコレクタ電流Idesをトランジスタの総数で除した値である。
本実施例の半導体装置では、各トランジスタブロックに流れる電流は均一となる。従って、オン抵抗の小さいトランジスタを含まないトランジスタブロックにおいては、各トランジスタに設計値通りの電流が流れる。
他方、オン抵抗の小さいトランジスタを含むトランジスタブロックでは、設計通りのオン抵抗を有するトランジスタには設計値よりも小さい電流が流れる。その一方でオン抵抗の小さいトランジスタには設計値よりも大きい電流が流れる。しかしながら、このトランジスタブロックには、抵抗値の大きいボンディングワイヤが接続されており、一個あたりのトランジスタを流れる平均電流は他のブロックよりも減少している。オン抵抗の小さいトランジスタに集中して電流が流れたとしても、その電流は、単純に並列接続した場合に流れる電流値よりも小さい。多数のトランジスタが単純に並列に接続する場合に比して、複数個のブロックに分割するとともにオン抵抗のばらつきをボンディングワイヤの抵抗値によって補償することによって、他のトランジスタよりも小さい抵抗を有するトランジスタへの電流の集中を低減できる。
According to the semiconductor device 100 described above, the bias of the current flowing through each transistor can be reduced. This is due to the following reason.
In a semiconductor device in which a plurality of transistors are simply connected in parallel, when a transistor having an on-resistance smaller than the on-resistance of another transistor is present, a current larger than the design value flows in the transistor having a small on-resistance, A current smaller than the design value flows through the other transistors. The amount by which the current flowing through the other transistors is smaller than the design value is concentrated on the transistors with low on-resistance. The design value of the current flowing through each transistor is the magnitude of the current flowing through each transistor when it is assumed that all the transistors have the same on-resistance. In other words, the design value of the current flowing through each transistor is a value obtained by dividing the collector current I des by the total number of transistors.
In the semiconductor device of this embodiment, the current flowing through each transistor block is uniform. Accordingly, in a transistor block that does not include a transistor with a low on-resistance, a current as designed flows through each transistor.
On the other hand, in a transistor block including a transistor having a low on-resistance, a current smaller than the design value flows through a transistor having an on-resistance as designed. On the other hand, a current larger than the designed value flows through a transistor having a low on-resistance. However, a bonding wire having a large resistance value is connected to this transistor block, and the average current flowing through each transistor is smaller than that of the other blocks. Even if a current flows concentrated on a transistor having a small on-resistance, the current is smaller than a current value that flows when the transistors are simply connected in parallel. Compared to a case where a large number of transistors are simply connected in parallel, a transistor having a smaller resistance than other transistors by dividing into a plurality of blocks and compensating for variations in on-resistance by the resistance value of the bonding wire The current concentration on the can be reduced.

次に上記の半導体装置100を製造する工程について説明する。半導体装置100は、(1)半導体基板の加工工程、(2)トランジスタブロックのオン抵抗の計測工程、及び、(3)ワイヤボンディング工程によって製造される。   Next, a process for manufacturing the semiconductor device 100 will be described. The semiconductor device 100 is manufactured by (1) a semiconductor substrate processing step, (2) a transistor block on-resistance measurement step, and (3) a wire bonding step.

(1)半導体基板製造工程
この工程では、図2に示す断面構造を有しており、複数のトランジスタ構造が形成された半導体基板を製造する。半導体基板は、一般に良く知られた製造方法で製造することができるので詳細な説明は省略する。但し、図2に示す通り、エミッタ電極は、複数個に分割されて形成される。分割されたエミッタ電極も、従来の半導体基板の製造方法で形成することができる。
(1) Semiconductor substrate manufacturing process In this process, a semiconductor substrate having the cross-sectional structure shown in FIG. 2 and having a plurality of transistor structures is manufactured. Since the semiconductor substrate can be manufactured by a generally well-known manufacturing method, a detailed description is omitted. However, as shown in FIG. 2, the emitter electrode is divided into a plurality of parts. The divided emitter electrode can also be formed by a conventional method of manufacturing a semiconductor substrate.

(2)トランジスタブロックのオン抵抗計測工程
この工程では、エミッタ電極によって分割されたトランジスタブロック毎に抵抗を計測する。具体的にはオン抵抗を直接計測するのではなく、カットオフ電圧(或いはオン電圧)をトランジスタブロック毎に計測し、計測したカットオフ電圧(或いはオン電圧)の時のトランジスタブロックのコレクタとエミッタ間の電圧と電流の値からオン抵抗を算出する。カットオフ電圧は、コレクタとエミッタの間に一定の電圧を印加した状態で、所定の値のコレクタ電流が流れるときのゲート電圧である。オン電圧は、一定のゲート電圧を印加した状態で、所定の値のコレクタ電流が流れるときのコレクタとエミッタの間の電圧である。カットオフ電圧(或いはオン電圧)の計測は、従来は半導体装置全体の性能確認のために実施することはあったが、トランジスタブロックごとに実施することはなかった。カットオフ電圧(或いはオン電圧)を計測することによって、トランジスタブロック毎のコレクタ電極とエミッタ電極の間の電圧と電流の関係が特定できる。その関係からトランジスタブロックのオン抵抗を求めることができる。
トランジスタブロックごとのカットオフ電圧(或いはオン電圧)は、各エミッタ電極14a−14dとコレクタ電極34に計測用のプローブを当てることで容易に計測できる。
(2) On-resistance measurement step of transistor block In this step, the resistance is measured for each transistor block divided by the emitter electrode. Specifically, the on-resistance is not directly measured, but the cut-off voltage (or on-voltage) is measured for each transistor block, and between the collector and emitter of the transistor block at the measured cut-off voltage (or on-voltage). The on-resistance is calculated from the voltage and current values. The cut-off voltage is a gate voltage when a collector current of a predetermined value flows in a state where a constant voltage is applied between the collector and the emitter. The on-voltage is a voltage between the collector and the emitter when a collector current of a predetermined value flows with a constant gate voltage applied. The measurement of the cut-off voltage (or on-voltage) has heretofore been performed for confirming the performance of the entire semiconductor device, but has not been performed for each transistor block. By measuring the cut-off voltage (or on-voltage), the relationship between the voltage and current between the collector electrode and the emitter electrode for each transistor block can be specified. From this relationship, the on-resistance of the transistor block can be obtained.
The cut-off voltage (or on-voltage) for each transistor block can be easily measured by applying a measurement probe to each emitter electrode 14a-14d and collector electrode 34.

(3)ワイヤボンディング工程
図1に示すように、半導体基板10をフレーム12に固定し、エミッタ電極14a−14dと第1リード電極20を夫々個別にボンディングワイヤで接続する。ワイヤボンディングの方法そのものは、既知の方法と同様である。但し、本実施例の場合、夫々のエミッタ電極14a−14dと第1リード電極20を接続するボンディングワイヤは、夫々独自の抵抗を有している。ボンディングワイヤの抵抗は前述した通りに決定される。
以上の工程によって、抵抗の小さいトランジスタへの電流の集中を抑制する半導体装置を製造することができる。
(3) Wire Bonding Step As shown in FIG. 1, the semiconductor substrate 10 is fixed to the frame 12, and the emitter electrodes 14a-14d and the first lead electrode 20 are individually connected with bonding wires. The wire bonding method itself is the same as the known method. However, in the case of the present embodiment, the bonding wires connecting the respective emitter electrodes 14a to 14d and the first lead electrode 20 have their own resistances. The resistance of the bonding wire is determined as described above.
Through the above steps, a semiconductor device that suppresses current concentration on a transistor with low resistance can be manufactured.

以上、本発明の具体例を詳細に説明した。ここで、上記実施例について、幾つかの留意点を述べる。
半導体基板の構造は、図2の構造でなくともよい。半導体基板の一方の表面側に、コレクタ領域とエミッタ領域とゲート電極が形成されているタイプの半導体基板であってもよい。あるいは、ソース領域とドレイン領域を有するユニポーラタイプの半導体装置であってもよい。この場合も、表裏両面に主電極を持つ縦型であってもよいし、一方の面に一対の主電極を持つ横型のものであってもよい。
ブロックに分割する電極は、エミッタ電極に限られない。コレクタ電極、ソース電極、あるいはドレイン電極を、複数個の電極に分割してもよい。
各トランジスタブロックは、ほぼ等しい数のトランジスタを有する単位に分割されていればよく、厳密に同一数でなくてもよい。全体として1000個以上のトランジスタを有する場合、ブロック内のトランジスタ数がほぼ同数であれば、厳密に同一数でなくても本発明をそのまま適用することができる。
なお、各トランジスタブロックが大きく異なる個数のトランジスタから構成されていてもよい。下記の式、すなわち、(ブロックのオン抵抗+ボンディングワイヤの抵抗値)×ブロック内のトランジスタ数が、全部のブロックについて均質化されていれば、各トランジスタを流れる電流の大きさは均質化される。
In the above, the specific example of this invention was demonstrated in detail. Here, some points to be noted regarding the above embodiment are described.
The structure of the semiconductor substrate may not be the structure of FIG. The semiconductor substrate may be a type in which a collector region, an emitter region, and a gate electrode are formed on one surface side of the semiconductor substrate. Alternatively, it may be a unipolar type semiconductor device having a source region and a drain region. Also in this case, a vertical type having main electrodes on both the front and back sides may be used, or a horizontal type having a pair of main electrodes on one side may be used.
The electrode divided into blocks is not limited to the emitter electrode. The collector electrode, the source electrode, or the drain electrode may be divided into a plurality of electrodes.
Each transistor block only needs to be divided into units having approximately the same number of transistors, and may not be exactly the same number. In the case of having 1000 or more transistors as a whole, if the number of transistors in the block is almost the same, the present invention can be applied as it is even if the number is not exactly the same.
Note that each transistor block may be composed of a significantly different number of transistors. If the following equation, that is, (block on-resistance + bonding wire resistance) × number of transistors in the block is uniform for all blocks, the magnitude of the current flowing through each transistor is uniform. .

各々のトランジスタブロックのエミッタ電極とリード電極を個別に接続する各ボンディングワイヤの抵抗は、次のように設定することも好適である。
ボンディングワイヤの抵抗は、トランジスタブロックのオン抵抗がその設計上のオン抵抗よりも小さい場合に、そのトランジスタブロックに流れる電流が設計上の電流値よりも小さくなる値に設定する。トランジスタブロックのオン抵抗がその設計上の抵抗よりも小さい場合は、そのトランジスタブロックに、トランジスタの設計上のオン抵抗よりも小さいオン抵抗を有するトランジスタが含まれる場合に生じる。そのようなトランジスタブロックには、本来流すべき設定上の電流値よりも小さい電流が流れるように、ボンディングワイヤの抵抗値を設定する。その結果、小さい抵抗を有するトランジスタへの電流の集中を抑制できる。他方、他のトランジスタブロックには設計上の電流値よりも大きい電流が流れることになる。他のトランジスタブロックに流れる電流は、設計値通りのオン抵抗を有する多数のトランジスタに均等に分散される。半導体装置全体としては、設計値通りの電流を流すことができるとともに、小さいオン抵抗を有するトランジスタへの電流の集中を抑制することができる。
なお、トランジスタブロックの設計上の抵抗は、そのトランジスタブロックに含まれるトランジスタの設計上のオン抵抗から決められる。設計上の抵抗がrであるn個のトランジスタから構成されるトランジスタブロックの設計上のオン抵抗はr/nとなる。
また、トランジスタブロックの設計上の電流値は、そのトランジスタブロックに含まれるトランジスタの設計上の電流値から決められる。設計上の電流値がiであるn個のトランジスタから構成されるトランジスタブロックの設計上の電流値はn×iとなる。
It is also preferable to set the resistance of each bonding wire for individually connecting the emitter electrode and the lead electrode of each transistor block as follows.
The resistance of the bonding wire is set to a value in which the current flowing through the transistor block is smaller than the designed current value when the on resistance of the transistor block is smaller than the designed on resistance. The case where the on-resistance of the transistor block is smaller than its designed resistance occurs when the transistor block includes a transistor having an on-resistance smaller than the designed on-resistance of the transistor. In such a transistor block, the resistance value of the bonding wire is set so that a current smaller than a set current value that should be flowed flows. As a result, current concentration on a transistor having a small resistance can be suppressed. On the other hand, a current larger than the designed current value flows through the other transistor blocks. The current flowing through the other transistor blocks is evenly distributed to a large number of transistors having an on-resistance as designed. As a whole semiconductor device, a current as designed can be flowed, and current concentration on a transistor having a small on-resistance can be suppressed.
Note that the design resistance of the transistor block is determined from the on-resistance of the transistor included in the transistor block. The on-resistance in design of a transistor block composed of n transistors whose design resistance is r is r / n.
The design current value of the transistor block is determined from the design current value of the transistors included in the transistor block. The design current value of a transistor block composed of n transistors whose design current value is i is n × i.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

本発明の実施例に係る半導体装置の模式的斜視図である。1 is a schematic perspective view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図1のII−II線に沿って見たときの半導体基板の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of a semiconductor substrate when it sees along the II-II line | wire of FIG. 図1の半導体装置の模式的な等価回路図である。FIG. 2 is a schematic equivalent circuit diagram of the semiconductor device of FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

10:半導体基板
12:フレーム
14a、14b、14c、14d:エミッタ電極
18:ボンディングワイヤ
20:第1リード電極
22:第2リード電極
24:第3リード電極
26a、26b、26c、26d:ボンディングワイヤ
28:ボディ層
30:ドリフト層30
32:コレクタ層
34:コレクタ電極
40:トランジスタブロック
100:半導体装置
10: Semiconductor substrate 12: Frames 14a, 14b, 14c, 14d: Emitter electrode 18: Bonding wire 20: First lead electrode 22: Second lead electrode 24: Third lead electrodes 26a, 26b, 26c, 26d: Bonding wire 28 : Body layer 30: Drift layer 30
32: Collector layer 34: Collector electrode 40: Transistor block 100: Semiconductor device

Claims (2)

各々が第1複数個のトランジスタを備えている第2複数個のトランジスタブロックを備えており、第1複数個と第2複数個の積に等しい第3複数個のトランジスタを備えている半導体装置の製造方法であり、
半導体基板内に、各々が「エミッタ領域とコレクタ領域」又は「ソース領域とドレイン領域」を有している第3複数個のトランジスタ構造を形成する工程と、
第3複数個のトランジスタ構造の「エミッタ領域又はソース領域」と「コレクタ領域又はドレイン領域」の一方に共通的に接続されている共通電極を形成する工程と、
トランジスタブロック内の第1複数個のトランジスタ構造の「エミッタ領域又はソース領域」と「コレクタ領域又はドレイン領域」の他方に共通的に接続されているとともに、トランジスタブロック毎に分割されている分割電極を形成する工程と、
共通リード電極を形成する工程と、
共通電極と分割電極間のオン抵抗をトランジスタブロック毎に計測する工程と、
前記オン抵抗が高いトランジスタブロックには抵抗値の低いボンディングワイヤで共通リード電極と分割電極を接続し、前記オン抵抗が低いトランジスタブロックには抵抗値の高いボンディングワイヤで共通リード電極と分割電極を接続する工程
を備えており、
前記接続する工程が、トランジスタブロック毎に計測されたオン抵抗を所定抵抗値から減じて抵抗差を求め、抵抗値を異にする複数種類のボンディングワイヤの中から、前記抵抗差に最も近い抵抗値を有するボンディングワイヤを選択する工程を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A semiconductor device comprising a second plurality of transistor blocks, each comprising a first plurality of transistors, and comprising a third plurality of transistors equal to the product of the first plurality and the second plurality of transistors. Manufacturing method,
Forming a third plurality of transistor structures each having an “emitter region and a collector region” or a “source region and a drain region” in a semiconductor substrate;
Forming a common electrode commonly connected to one of the “emitter region or source region” and the “collector region or drain region” of the third plurality of transistor structures;
A divided electrode that is commonly connected to the other of the “emitter region or source region” and the “collector region or drain region” of the first plurality of transistor structures in the transistor block and is divided for each transistor block. Forming, and
Forming a common lead electrode;
Measuring the on-resistance between the common electrode and the divided electrode for each transistor block;
The common lead electrode and the split electrode are connected to the transistor block having a high on-resistance by a bonding wire having a low resistance value, and the common lead electrode and the split electrode are connected to the transistor block having a low on-resistance by a bonding wire having a high resistance value. And a process of
Equipped with a,
In the connecting step, a resistance difference is obtained by subtracting an on-resistance measured for each transistor block from a predetermined resistance value, and a resistance value closest to the resistance difference is selected from a plurality of types of bonding wires having different resistance values. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of selecting a bonding wire having :
各々が第1複数個のトランジスタを備えている第2複数個のトランジスタブロックを備えており、第1複数個と第2複数個の積に等しい第3複数個のトランジスタを備えている半導体装置の製造方法であり、A semiconductor device comprising a second plurality of transistor blocks, each comprising a first plurality of transistors, and comprising a third plurality of transistors equal to the product of the first plurality and the second plurality of transistors. Manufacturing method,
半導体基板内に、各々が「エミッタ領域とコレクタ領域」又は「ソース領域とドレイン領域」を有している第3複数個のトランジスタ構造を形成する工程と、Forming a third plurality of transistor structures each having an “emitter region and a collector region” or a “source region and a drain region” in a semiconductor substrate;
第3複数個のトランジスタ構造の「エミッタ領域又はソース領域」と「コレクタ領域又はドレイン領域」の一方に共通的に接続されている共通電極を形成する工程と、Forming a common electrode commonly connected to one of the “emitter region or source region” and the “collector region or drain region” of the third plurality of transistor structures;
トランジスタブロック内の第1複数個のトランジスタ構造の「エミッタ領域又はソース領域」と「コレクタ領域又はドレイン領域」の他方に共通的に接続されているとともに、トランジスタブロック毎に分割されている分割電極を形成する工程と、A divided electrode that is commonly connected to the other of the “emitter region or source region” and the “collector region or drain region” of the first plurality of transistor structures in the transistor block and is divided for each transistor block. Forming, and
共通リード電極を形成する工程と、Forming a common lead electrode;
共通電極と分割電極間のオン抵抗をトランジスタブロック毎に計測する工程と、Measuring the on-resistance between the common electrode and the divided electrode for each transistor block;
前記オン抵抗が高いトランジスタブロックには抵抗値の低いボンディングワイヤで共通リード電極と分割電極を接続し、前記オン抵抗が低いトランジスタブロックには抵抗値の高いボンディングワイヤで共通リード電極と分割電極を接続する工程と、The common lead electrode and the split electrode are connected to the transistor block having a high on-resistance by a bonding wire having a low resistance value, and the common lead electrode and the split electrode are connected to the transistor block having a low on-resistance by a bonding wire having a high resistance value. And a process of
を備えており、With
前記接続する工程が、トランジスタブロック毎に計測されたオン抵抗を所定抵抗値から減じて抵抗差を求め、当該抵抗差にほぼ等しい抵抗値をもたらすボンディングワイヤの太さと長さと本数のうちの少なくとも一種を選択する工程を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。In the connecting step, the on-resistance measured for each transistor block is subtracted from a predetermined resistance value to obtain a resistance difference, and at least one of the thickness, length, and number of bonding wires that brings about a resistance value substantially equal to the resistance difference. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of selecting
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