[go: up one dir, main page]

JP2010027734A - Nitride semiconductor device - Google Patents

Nitride semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2010027734A
JP2010027734A JP2008185047A JP2008185047A JP2010027734A JP 2010027734 A JP2010027734 A JP 2010027734A JP 2008185047 A JP2008185047 A JP 2008185047A JP 2008185047 A JP2008185047 A JP 2008185047A JP 2010027734 A JP2010027734 A JP 2010027734A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
element chip
pad
gate
source
drain electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008185047A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirotaka Otake
浩隆 大嶽
Atsushi Yamaguchi
敦司 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Priority to JP2008185047A priority Critical patent/JP2010027734A/en
Publication of JP2010027734A publication Critical patent/JP2010027734A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H10W72/90
    • H10W72/07551
    • H10W72/07554
    • H10W72/50
    • H10W72/536
    • H10W72/547
    • H10W72/5524
    • H10W72/59
    • H10W72/926
    • H10W72/932
    • H10W72/952
    • H10W74/00
    • H10W90/756

Landscapes

  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

【課題】 素子チップの面積縮小に有利であり、優れたコスト効率で量産することのできる素子チップを備える窒化物半導体装置を提供すること。
【解決手段】 窒化物半導体装置1において、素子チップ5の一表面51に形成されたソースパッド8およびゲートパッド9を、サブマウント4に接合することにより、サブマウント4と電気的に接続する。一方、素子チップ5の他表面52に形成されたドレイン電極10には、アルミワイヤ14を接合する。そして、アルミワイヤ14の接合されるドレイン電極10の幅W(第1方向に関する幅)を、アルミワイヤ14のワイヤ径Dの2倍以下にする。また、ドレイン電極10の長さL(第2方向に関する幅)を、アルミワイヤ14のワイヤ径Dの3.5倍以下にする。
【選択図】図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor device including an element chip that is advantageous for reducing the area of an element chip and can be mass-produced with excellent cost efficiency.
In a nitride semiconductor device 1, a source pad 8 and a gate pad 9 formed on one surface 51 of an element chip 5 are joined to a submount 4 to be electrically connected to the submount 4. On the other hand, the aluminum wire 14 is bonded to the drain electrode 10 formed on the other surface 52 of the element chip 5. Then, the width W (width in the first direction) of the drain electrode 10 to which the aluminum wire 14 is joined is set to be twice or less the wire diameter D of the aluminum wire 14. Further, the length L (width in the second direction) of the drain electrode 10 is set to 3.5 times or less of the wire diameter D of the aluminum wire 14.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、III族窒化物半導体を用いた窒化物半導体装置に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor device using a group III nitride semiconductor.

従来、パワーアンプ回路、電源回路、モータ駆動回路などに搭載されるパワーデバイスには、シリコン半導体を用いたパワーFET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)が用いられている。
パワーFETは、一例として、直方体形状の素子チップと、素子チップを支持する金属製の支持基板と、素子チップに対向し、その対向方向に長尺な複数のリード(ソースリードおよびゲートリード)と、素子チップとリードとを電気的に接続するアルミワイヤと、これらを封止する樹脂パッケージとを備えている。
Conventionally, a power FET (Field Effect Transistor) using a silicon semiconductor is used for a power device mounted in a power amplifier circuit, a power supply circuit, a motor drive circuit, or the like.
As an example, the power FET includes a rectangular parallelepiped element chip, a metal support substrate that supports the element chip, and a plurality of leads (source leads and gate leads) that face the element chip and are long in the facing direction. And an aluminum wire for electrically connecting the element chip and the lead, and a resin package for sealing them.

素子チップの一表面には、チップ内のソース電極と電気的に接続されるソースパッドと、チップ内のゲート電極と電気的に接続されるゲートパッドとが並べて配置されている。ソースパッドおよびゲートパッドには、それぞれアルミワイヤの一端が接合されている。一方、上記一表面に対向する素子チップの他表面には、その全面にドレイン電極が形成されている。そして、素子チップは、一表面を上方に向けた姿勢で支持基板に支持されている。ドレイン電極は、支持基板との接触により支持基板と電気的に接続される。   On one surface of the element chip, a source pad electrically connected to the source electrode in the chip and a gate pad electrically connected to the gate electrode in the chip are arranged side by side. One end of an aluminum wire is bonded to each of the source pad and the gate pad. On the other hand, a drain electrode is formed on the entire surface of the element chip opposite to the one surface. The element chip is supported on the support substrate in a posture with one surface facing upward. The drain electrode is electrically connected to the support substrate by contact with the support substrate.

支持基板は、平面視略長方形状をしており、その長手方向一方側が樹脂パッケージ内に配置され、素子チップを支持している。一方、支持基板の長手方向他方側は、樹脂パッケージ外に配置され、パワーFETの外部端子(ドレイン端子)とされる。
リードは、その長手方向一方側が樹脂パッケージ内に配置され、それぞれアルミワイヤの他端と接合されている。一方、リードの長手方向他方側は、樹脂パッケージ外に配置され、パワーFETの外部端子(ソース端子およびゲート端子)とされる。
The support substrate has a substantially rectangular shape in plan view, and one side in the longitudinal direction thereof is disposed in the resin package to support the element chip. On the other hand, the other side in the longitudinal direction of the support substrate is disposed outside the resin package and serves as an external terminal (drain terminal) of the power FET.
One side of the lead in the longitudinal direction is disposed in the resin package and is joined to the other end of the aluminum wire. On the other hand, the other side in the longitudinal direction of the lead is disposed outside the resin package and serves as an external terminal (source terminal and gate terminal) of the power FET.

ところが、近年、シリコン半導体の理論限界から、シリコン半導体を用いたパワーFETの高耐圧化、低抵抗化および高速化は限界に達しつつあり、市場の要求に応えることが困難になりつつある。
そこで、高耐圧、高温動作、大電流密度、高速スイッチングおよび低オン抵抗といった特徴を有する窒化物半導体を用いたパワーデバイスの開発が検討されている。
特開2000−49184号公報
However, in recent years, due to the theoretical limit of silicon semiconductors, the increase in breakdown voltage, reduction in resistance, and increase in speed of power FETs using silicon semiconductors are reaching their limits, and it is becoming difficult to meet market demands.
Therefore, development of a power device using a nitride semiconductor having characteristics such as high breakdown voltage, high temperature operation, large current density, high-speed switching, and low on-resistance has been studied.
JP 2000-49184 A

窒化物半導体の物性値は、シリコン半導体に比べて優れるため、素子チップの面積(アクティブ領域の面積)が小さくても、パワーFETに必要な性能を十分確保することができる。一方、窒化物半導体の素子チップを作製するための窒化物半導体ウエハは、シリコンウエハに比べて、非常に高価である。
したがって、窒化物半導体の素子チップを導入するに当たっては、素子チップ1つ当たりの面積を、パワーFETとしての性能を維持可能な範囲で縮小することにより、1枚のウエハからの素子チップの個片の取り数を増やすことが好ましい。
Since the physical properties of nitride semiconductors are superior to silicon semiconductors, the performance required for power FETs can be sufficiently ensured even if the area of the element chip (area of the active region) is small. On the other hand, a nitride semiconductor wafer for producing a nitride semiconductor element chip is very expensive compared to a silicon wafer.
Therefore, when introducing a nitride semiconductor element chip, the area per element chip is reduced within a range in which the performance as a power FET can be maintained, so that individual element chips from one wafer can be obtained. It is preferable to increase the number of removals.

しかし、ソースパッドおよびゲートパッドの面積が、アルミワイヤの接合に必要な面積以上でなければならないため、素子チップの面積の縮小化は、ソースパッドおよびゲートパッドに要求される面積により制約されてしまう。
そのため、素子チップには、トランジスタ動作に寄与しない不要な領域が形成されてしまうので、素子チップを優れたコスト効率で量産することが困難である。
However, since the area of the source pad and the gate pad must be larger than the area necessary for bonding the aluminum wires, the reduction of the area of the element chip is limited by the area required for the source pad and the gate pad. .
Therefore, an unnecessary region that does not contribute to the transistor operation is formed in the element chip, and it is difficult to mass-produce the element chip with excellent cost efficiency.

本発明の目的は、素子チップの面積縮小に有利であり、優れたコスト効率で量産することのできる素子チップを備える窒化物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 nitride semiconductor device including an element chip that is advantageous in reducing the area of the element chip and can be mass-produced with excellent cost efficiency.

上記目的を達成するための請求項1記載の発明は、III族窒化物半導体層の積層構造を有する素子チップと、前記素子チップの一表面に形成されたソースパッドおよびゲートパッドと、前記素子チップの前記一表面に対向する他表面に形成されたドレイン電極と、前記ゲートパッドおよび前記ソースパッドに接合され、前記ゲートパッドおよび前記ソースパッドと電気的に接続されたサブマウントと、前記ドレイン電極に接合されたアルミワイヤとを含み、前記ドレイン電極は、第1方向に関する幅が前記アルミワイヤのワイヤ径の2倍以下であり、前記第1方向に直交する第2方向に関する幅が前記ワイヤ径の3.5倍以下である、窒化物半導体装置である。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes an element chip having a laminated structure of a group III nitride semiconductor layer, a source pad and a gate pad formed on one surface of the element chip, and the element chip. A drain electrode formed on the other surface opposite to the one surface, a submount joined to the gate pad and the source pad and electrically connected to the gate pad and the source pad, and the drain electrode The drain electrode has a width in the first direction that is not more than twice the wire diameter of the aluminum wire, and a width in the second direction orthogonal to the first direction is equal to the wire diameter. The nitride semiconductor device is 3.5 times or less.

この窒化物半導体装置によれば、素子チップの一表面上のソースパッドおよびゲートパッドには、サブマウントが接合されている。一方、素子チップの他表面上のドレイン電極には、アルミワイヤが接合されている。また、ドレイン電極の第1方向および第2方向に関する幅は、アルミワイヤのワイヤ径のそれぞれ2倍以下および3.5倍以下である。
素子チップ上のソースパッドおよびゲートパッドがサブマウントに接合されるので、素子チップに接合されるアルミワイヤの本数を1本にすることができる。また、ドレイン電極のサイズ(幅)に応じて素子チップの面積を決定することができるので、素子チップの面積を縮小することができ、トランジスタ動作に寄与しない不要な領域を低減することができる。
According to this nitride semiconductor device, the submount is bonded to the source pad and the gate pad on one surface of the element chip. On the other hand, an aluminum wire is bonded to the drain electrode on the other surface of the element chip. Further, the width of the drain electrode in the first direction and the second direction is not more than twice and not more than 3.5 times the wire diameter of the aluminum wire, respectively.
Since the source pad and gate pad on the element chip are bonded to the submount, the number of aluminum wires bonded to the element chip can be reduced to one. Further, since the area of the element chip can be determined according to the size (width) of the drain electrode, the area of the element chip can be reduced, and unnecessary regions that do not contribute to transistor operation can be reduced.

なお、ドレイン電極は、アルミワイヤの接合に必要な領域を有しており、第1方向および第2方向に関する幅は、たとえば、アルミワイヤのワイヤ径以上の幅であり、好ましくは、第1方向に関する幅が、アルミワイヤのワイヤ径の1.5〜2倍であり、第2方向に関する幅が、アルミワイヤのワイヤ径の3〜3.5倍である。
その結果、1枚のウエハからの素子チップの個片の取り数を増やすことができるので、優れたコスト効率で素子チップを量産することができる。
The drain electrode has a region necessary for bonding the aluminum wire, and the width in the first direction and the second direction is, for example, a width greater than the wire diameter of the aluminum wire, and preferably in the first direction. Is about 1.5 to 2 times the wire diameter of the aluminum wire, and the width about the second direction is about 3 to 3.5 times the wire diameter of the aluminum wire.
As a result, the number of element chips taken from one wafer can be increased, so that the element chips can be mass-produced with excellent cost efficiency.

なお、ドレイン電極は、素子チップの形状が、たとえば、直方体形状であり、前記一表面および前記他表面が平面視四角形状に形成される場合、他表面全域を覆う平面視四角形状に形成されていてもよい。この場合、ドレイン電極の隣り合う二辺のうちの一辺の長さが前記アルミワイヤのワイヤ径の2倍以下であり、前記二辺のうちの他辺の長さが前記アルミワイヤのワイヤ径の3.5倍以下であればよい。   The drain electrode is formed in a rectangular shape in plan view covering the entire other surface when the element chip has a rectangular parallelepiped shape, for example, and the one surface and the other surface are formed in a rectangular shape in plan view. May be. In this case, the length of one side of two adjacent sides of the drain electrode is not more than twice the wire diameter of the aluminum wire, and the length of the other side of the two sides is the wire diameter of the aluminum wire. It may be 3.5 times or less.

また、請求項2に記載の発明は、III族窒化物半導体層の積層構造を有する素子チップと、前記素子チップの一表面に形成されたソースパッドおよびゲートパッドと、前記素子チップの前記一表面に対向する他表面に形成されたドレイン電極と、前記ゲートパッドおよび前記ソースパッドに接合され、前記ゲートパッドおよび前記ソースパッドと電気的に接続されたサブマウントと、前記ドレイン電極に接合されたアルミワイヤとを含み、前記素子チップの前記他表面の面積が、前記アルミワイヤとの接合面に対して、7倍以下である、窒化物半導体装置である。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an element chip having a laminated structure of a group III nitride semiconductor layer, a source pad and a gate pad formed on one surface of the element chip, and the one surface of the element chip. A drain electrode formed on the other surface opposite to the substrate, a submount bonded to the gate pad and the source pad and electrically connected to the gate pad and the source pad, and an aluminum bonded to the drain electrode The nitride semiconductor device includes a wire, and the area of the other surface of the element chip is not more than 7 times the bonding surface with the aluminum wire.

この窒化物半導体装置によれば、素子チップの一表面上のソースパッドおよびゲートパッドには、サブマウントが接合されている。一方、素子チップの他表面上のドレイン電極には、アルミワイヤが接合されている。
素子チップ上のソースパッドおよびゲートパッドがサブマウントに接合されるので、素子チップに接合されるアルミワイヤの本数を1本にすることができる。さらに、素子チップの他表面(ドレイン電極が形成される面)の面積が、ドレイン電極に対するアルミワイヤの接合面に対して7倍以下である。素子チップの他表面の面積の上限が上記接合面に対して7倍以下であるので、素子チップの面積を、パワーFETとしての性能を維持可能な範囲で設計(縮小)することにより、トランジスタ動作に寄与しない不要な領域を低減することができる。
According to this nitride semiconductor device, the submount is bonded to the source pad and the gate pad on one surface of the element chip. On the other hand, an aluminum wire is bonded to the drain electrode on the other surface of the element chip.
Since the source pad and gate pad on the element chip are bonded to the submount, the number of aluminum wires bonded to the element chip can be reduced to one. Furthermore, the area of the other surface of the element chip (surface on which the drain electrode is formed) is 7 times or less than the bonding surface of the aluminum wire to the drain electrode. Since the upper limit of the area of the other surface of the element chip is 7 times or less than the above bonding surface, the transistor operation can be achieved by designing (reducing) the area of the element chip within a range that can maintain the performance as a power FET. It is possible to reduce unnecessary areas that do not contribute to.

その結果、1枚のウエハからの素子チップの個片の取り数を増やすことができるので、優れたコスト効率で素子チップを量産することができる。
また、請求項3に記載の発明は、前記サブマウントには、前記ソースパッドに接合される第1配線パターンと、前記ゲートパッドに接合される第2配線パターンとが互いに絶縁状態で形成されている、請求項1または2に記載の窒化物半導体装置である。
As a result, the number of element chips taken from one wafer can be increased, so that the element chips can be mass-produced with excellent cost efficiency.
According to a third aspect of the present invention, in the submount, a first wiring pattern bonded to the source pad and a second wiring pattern bonded to the gate pad are formed in an insulated state. The nitride semiconductor device according to claim 1 or 2.

この窒化物半導体装置では、サブマウントに、第1配線パターンと第2配線パターンとが互いに絶縁状態で形成されているので、これらにそれぞれアルミワイヤを接合することにより、各配線パターンを介して、アルミワイヤとソースパッドとの接続、およびアルミワイヤとゲートパッドとの接続を、互いに絶縁分離させた状態で達成することができる。
また、請求項4に記載の発明は、前記積層構造が、前記素子チップの他表面側から一表面側へ順に積層されたn型の第1層、p型不純物を含む第2層およびn型の第3層、ならびに前記第1、第2および第3層に跨る壁面を有し、前記素子チップは、前記壁面に、前記第1、第2および第3層に跨って形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜を挟んで前記第2層に対向するゲート電極と、前記第3層上に形成されたソース電極とを含み、前記ゲート電極および前記ソース電極が、前記ゲートパッドおよび前記ソースパッドとそれぞれ電気的に接続されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置である。
In this nitride semiconductor device, since the first wiring pattern and the second wiring pattern are formed in an insulating state on the submount, by bonding an aluminum wire to each of them, The connection between the aluminum wire and the source pad and the connection between the aluminum wire and the gate pad can be achieved in a state where they are insulated from each other.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an n-type first layer, a second layer containing a p-type impurity, and an n-type, wherein the laminated structure is laminated in order from the other surface side to the one surface side of the element chip. A gate insulating layer formed on the wall surface and straddling the first, second, and third layers, and a wall surface straddling the first, second, and third layers. A gate electrode opposed to the second layer across the gate insulating film, and a source electrode formed on the third layer, the gate electrode and the source electrode being the gate pad and the gate electrode The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor device is electrically connected to a source pad.

この窒化物半導体装置では、素子チップが、第1、第2および第3層からなるnpn構造を有し、これらに跨る壁面にゲート絶縁膜が形成されている。ゲート絶縁膜上には、ゲート絶縁膜を介して第2層に対向するゲート電極が形成されている。これにより、素子チップにMOS(Metal Oxide Semiconductor)構造が形成される。つまり、前記素子チップは、請求項4に記載のように、縦型のMOS構造を有する素子チップであってもよい。   In this nitride semiconductor device, the element chip has an npn structure composed of first, second and third layers, and a gate insulating film is formed on a wall surface extending over the npn structure. A gate electrode facing the second layer is formed on the gate insulating film with the gate insulating film interposed therebetween. Thereby, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) structure is formed in the element chip. That is, the element chip may be an element chip having a vertical MOS structure as described in claim 4.

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体装置の概略斜視図である。図2は、図1のII−IIで示す切断線で切断したときの断面図である。
窒化物半導体装置1は、直方体形状の樹脂パッケージ2を備えている。樹脂パッケージ2は、たとえば、エポキシ樹脂、ポリイミドなどの熱硬化性樹脂からなる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic perspective view of a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the cutting line II-II in FIG.
The nitride semiconductor device 1 includes a rectangular parallelepiped resin package 2. The resin package 2 is made of a thermosetting resin such as an epoxy resin or polyimide, for example.

樹脂パッケージ2には、ダイパッド3と、ダイパッド3により支持されたサブマウント4と、サブマウント4により支持された素子チップ5とが内蔵されている。
ダイパッド3は、たとえば、平面視長方形状の金属薄板からなる。
サブマウント4は、素子チップ5からの電気信号の一部を樹脂パッケージ2外の外部端子に中継する部材であって、III族窒化物半導体の熱膨張係数の、たとえば、90〜110%の熱膨張係数を有する基板を備えている。このような基板としては、たとえば、窒化アルミニウム(AlN)基板、サファイア基板などの絶縁性基板を適用することができる。また、サブマウント4は、ダイパッド3よりも小さいサイズの平面視長方形状にカットされている。サブマウント4の一表面41には、ソース配線パッド6およびゲート配線パッド7が形成されている。
The resin package 2 includes a die pad 3, a submount 4 supported by the die pad 3, and an element chip 5 supported by the submount 4.
The die pad 3 is made of, for example, a thin metal plate having a rectangular shape in plan view.
The submount 4 is a member that relays a part of the electric signal from the element chip 5 to an external terminal outside the resin package 2, and has a heat expansion coefficient of, for example, 90 to 110% of the thermal expansion coefficient of the group III nitride semiconductor. A substrate having an expansion coefficient is provided. As such a substrate, for example, an insulating substrate such as an aluminum nitride (AlN) substrate or a sapphire substrate can be used. Further, the submount 4 is cut into a rectangular shape in plan view having a size smaller than that of the die pad 3. A source wiring pad 6 and a gate wiring pad 7 are formed on one surface 41 of the submount 4.

ソース配線パッド6およびゲート配線パッド7は、たとえば、アルミニウムを用いて構成することができる。
ソース配線パッド6は、サブマウント4の短辺と同じ長さの互いに対向する1対の辺を有する平面視四角形状に形成されている。
ゲート配線パッド7は、ソース配線パッド6と同様に、サブマウント4の短辺と同じ長さの互いに対向する1対の辺を有する平面視四角形状に形成され、ソース配線パッド6よりもやや小さいサイズで形成されている。
The source wiring pad 6 and the gate wiring pad 7 can be configured using aluminum, for example.
The source wiring pad 6 is formed in a rectangular shape in plan view having a pair of opposing sides having the same length as the short side of the submount 4.
Similarly to the source wiring pad 6, the gate wiring pad 7 is formed in a rectangular shape in plan view having a pair of opposing sides having the same length as the short side of the submount 4, and is slightly smaller than the source wiring pad 6. It is formed in size.

そして、ソース配線パッド6およびゲート配線パッド7は、それぞれ上記1対の辺のうち一方の辺がサブマウント4の短辺に重なるように配置されている。また、ソース配線パッド6およびゲート配線パッド7は、これらの間に適当な間隔が設けられることにより、互いに絶縁分離されている。なお、ソース配線パッド6およびゲート配線パッド7は、たとえば、スパッタ法など、公知の技術により形成することができる。   The source wiring pad 6 and the gate wiring pad 7 are arranged so that one side of the pair of sides overlaps the short side of the submount 4. Further, the source wiring pad 6 and the gate wiring pad 7 are insulated and separated from each other by providing an appropriate interval therebetween. The source wiring pad 6 and the gate wiring pad 7 can be formed by a known technique such as sputtering.

そして、サブマウント4は、その長辺がダイパッド3の長辺に沿うように、一表面41(パッド形成面)に対向する他表面42とダイパッド3の表面とを対向させる姿勢で、たとえば、銀ペーストなどの接合材によりダイパッド3に接合(ボンディング)されている。
素子チップ5は、III族窒化物半導体を用いた縦型MOS構造を有する半導体チップであり、サブマウント4よりも小さいサイズの直方体形状に形成されている。素子チップ5の互いに対向する平面視長方形状の一表面51および他表面52には、それぞれソースパッド8およびゲートパッド9、ならびにドレイン電極10が形成されている。ソースパッド8およびゲートパッド9は、互いに分離されて形成されている。
Then, the submount 4 has a posture in which the other surface 42 facing the one surface 41 (pad forming surface) and the surface of the die pad 3 are opposed to each other, for example, silver so that the long side thereof is along the long side of the die pad 3. Bonded to the die pad 3 by a bonding material such as paste.
The element chip 5 is a semiconductor chip having a vertical MOS structure using a group III nitride semiconductor, and is formed in a rectangular parallelepiped shape smaller than the submount 4. A source pad 8, a gate pad 9, and a drain electrode 10 are respectively formed on one surface 51 and the other surface 52 of the element chip 5 that are rectangular in plan view and facing each other. The source pad 8 and the gate pad 9 are formed separately from each other.

ドレイン電極10は、素子チップ5の他表面52全域を覆うように形成され、平面視長方形状に形成されている。
そして、素子チップ5は、一表面51とサブマウント4の一表面41とを対向させ、その長辺がサブマウント4の短辺に直交する姿勢(具体的には、ソースパッド8とソース配線パッド6とを対向させ、ゲートパッド9とゲート配線パッド7とを対向させる姿勢)で、サブマウント4に接合されている。このような素子チップ5とサブマウント4との接合形態により、平面視では、素子チップ5よりも大きいサイズのサブマウント4が素子チップ5外にはみ出すので、サブマウント4の長さ方向一方側から他方側へ向かって、ソース配線パッド6、ドレイン電極10およびゲート配線パッド7が並べて配置される。
The drain electrode 10 is formed so as to cover the entire other surface 52 of the element chip 5 and is formed in a rectangular shape in plan view.
In the element chip 5, the one surface 51 and one surface 41 of the submount 4 are opposed to each other, and the long side thereof is orthogonal to the short side of the submount 4 (specifically, the source pad 8 and the source wiring pad). 6, and the gate pad 9 and the gate wiring pad 7 are opposed to each other). Due to the joining form of the element chip 5 and the submount 4, the submount 4 having a size larger than the element chip 5 protrudes from the element chip 5 in a plan view. The source wiring pad 6, the drain electrode 10, and the gate wiring pad 7 are arranged side by side toward the other side.

また、窒化物半導体装置1には、3つのリード11が備えられている。リード11は、たとえば、平面視長方形状の金属薄板からなり、一方の短辺がサブマウント4の長辺に対向するように、サブマウント4の長辺に沿って等間隔に並べられて配置されている。リード11は、その配置位置により、ソース配線パッド6に対向するソースリード11Sと、ドレイン電極10に対向するドレインリード11Dと、ゲート配線パッド7に対向するゲートリード11Gとに区別される。   The nitride semiconductor device 1 includes three leads 11. The leads 11 are made of, for example, a rectangular thin metal plate in plan view, and are arranged at equal intervals along the long side of the submount 4 so that one short side faces the long side of the submount 4. ing. The lead 11 is classified into a source lead 11S facing the source wiring pad 6, a drain lead 11D facing the drain electrode 10, and a gate lead 11G facing the gate wiring pad 7 according to the arrangement position.

各リード11は、樹脂パッケージ2の内外に跨って延びており、樹脂パッケージ2内に配置される平板状のインナーリード12と、樹脂パッケージ2外に配置され、その途中が2段階に屈曲するクランク形状のアウターリード13とを一体的に有している。
そして、リード11とサブマウント4とが2本のアルミワイヤ14により接続され、リード11と素子チップ5とが1本のアルミワイヤ14により接続されている。具体的には、ソースリード11Sおよびゲートリード11Gが、サブマウント4のソース配線パッド6およびゲート配線パッド7にそれぞれアルミワイヤ14を介して接続され、ドレインリード11Dが、素子チップ5のドレイン電極10にアルミワイヤ14を介して接続されている。
Each lead 11 extends over the inside and outside of the resin package 2, a flat plate-like inner lead 12 disposed in the resin package 2, and a crank that is disposed outside the resin package 2 and is bent in two stages in the middle. The outer lead 13 having a shape is integrally provided.
The lead 11 and the submount 4 are connected by two aluminum wires 14, and the lead 11 and the element chip 5 are connected by one aluminum wire 14. Specifically, the source lead 11S and the gate lead 11G are connected to the source wiring pad 6 and the gate wiring pad 7 of the submount 4 via the aluminum wires 14, respectively, and the drain lead 11D is connected to the drain electrode 10 of the element chip 5. Are connected to each other via an aluminum wire 14.

これにより、素子チップ5のソースパッド8およびゲートパッド9と、ソースリード11Sおよびゲートリード11Gとは、サブマウント4に形成されたソース配線パッド6およびゲート配線パッド7をそれぞれ経由して導通されることになる。一方、素子チップ5のドレイン電極10と、ドレインリード11Dとは、アルミワイヤ14を介して直接導通されることになる。   Thereby, the source pad 8 and the gate pad 9 of the element chip 5 and the source lead 11S and the gate lead 11G are conducted through the source wiring pad 6 and the gate wiring pad 7 formed in the submount 4, respectively. It will be. On the other hand, the drain electrode 10 of the element chip 5 and the drain lead 11 </ b> D are directly connected via the aluminum wire 14.

アルミワイヤ14は、可撓性を有するワイヤであり、たとえば、100〜150μm(具体的な一例として、125μm)のワイヤ径Dを有している。アルミワイヤ14は、素子チップ5側(サブマウント4側)のソース配線パッド6、ドレイン電極10およびゲート配線パッド7から、リード側のソースリード11S、ドレインリード11Dおよびゲートリード11Gへそれぞれアーチ状に掛け渡され、各接合対象物(各リード11、各配線パッド6,7およびドレイン電極10)に対して、たとえば、超音波接合により接合されている。超音波接合により接合されるアルミワイヤ14の接合部15は、円柱状の胴部分16から径の広がる断面視釣鐘状に形成されている。   The aluminum wire 14 is a flexible wire and has, for example, a wire diameter D of 100 to 150 μm (as a specific example, 125 μm). The aluminum wires 14 are arched from the source wiring pad 6, drain electrode 10 and gate wiring pad 7 on the element chip 5 side (submount 4 side) to the source lead 11S, drain lead 11D and gate lead 11G on the lead side, respectively. It is stretched and joined to each joining object (each lead 11, each wiring pad 6, 7 and drain electrode 10) by, for example, ultrasonic joining. A joining portion 15 of the aluminum wire 14 joined by ultrasonic joining is formed in a bell shape in a sectional view with a diameter extending from a cylindrical body portion 16.

そして、1本のアルミワイヤ14が接合される素子チップ5において、接合対象物である平面視長方形状のドレイン電極10は、ワイヤ径Dの3.5倍以下の長さL(第2方向に関する幅)およびワイヤ径Dの2倍以下の幅W(第1方向に関する幅)を有している。ドレイン電極10の上記長さLおよび幅Wの具体的な範囲としては、ワイヤ径Dが125μmのとき、たとえば、長さLが375〜437.5μmであり、幅Wが187.5〜250μmである。   In the element chip 5 to which one aluminum wire 14 is bonded, the drain electrode 10 having a rectangular shape in plan view, which is an object to be bonded, has a length L (related to the second direction) of 3.5 times or less of the wire diameter D. Width) and a width W (width in the first direction) that is not more than twice the wire diameter D. The specific range of the length L and the width W of the drain electrode 10 is as follows. For example, when the wire diameter D is 125 μm, the length L is 375 to 437.5 μm and the width W is 187.5 to 250 μm. is there.

また、素子チップ5においてドレイン電極10が形成される他表面52の面積Sは、ドレイン電極10とアルミワイヤ14との接合面に対して、7倍以下であり、具体的な範囲としては、たとえば、おおよそ70000〜110000μmである。
図3は、素子チップの概略平面図である。図4は、素子チップの概略底面図である。図5は、図3のV−Vで示す切断線で切断したときの断面図である。図3〜5において、図1に示す各部に対応する部分には、図1と同一の参照符号を付している。
In addition, the area S of the other surface 52 where the drain electrode 10 is formed in the element chip 5 is 7 times or less with respect to the bonding surface between the drain electrode 10 and the aluminum wire 14. , Approximately 70,000 to 110,000 μm 2 .
FIG. 3 is a schematic plan view of the element chip. FIG. 4 is a schematic bottom view of the element chip. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the cutting line indicated by VV in FIG. 3 to 5, parts corresponding to those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1.

縦型MOS構造を有する素子チップ5は、GaN基板21と、GaN基板21上に形成されたIII族窒化物半導体からなる積層構造部22とを備えている。
積層構造部22は、n型GaN層23と、p型不純物を含むp型GaN層24と、n型GaN層25とを備え、各GaN層は、この順に積層されている。より具体的には、各GaN層は、GaN基板21上に、たとえば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相成長)法、LPE(Liquid Phase Epitaxy:液相エピタキシャル成長)法、VPE(Vapor Phase Epitaxy:気相エピタキシャル成長)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシャル成長)法などの方法で、III族窒化物半導体をエピタキシャル成長させることによって形成されている。
The element chip 5 having a vertical MOS structure includes a GaN substrate 21 and a laminated structure portion 22 made of a group III nitride semiconductor formed on the GaN substrate 21.
The stacked structure unit 22 includes an n-type GaN layer 23, a p-type GaN layer 24 containing a p-type impurity, and an n-type GaN layer 25, and the GaN layers are stacked in this order. More specifically, each GaN layer is formed on the GaN substrate 21 by, for example, a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, an LPE (Liquid Phase Epitaxy) method, or a VPE (VPE) method. It is formed by epitaxially growing a group III nitride semiconductor by a method such as Vapor Phase Epitaxy (vapor phase epitaxy) or MBE (Molecular Beam Epitaxy).

積層構造部22の幅方向中間付近には、n型GaN層25からp型GaN層24を貫通してn型GaN層23の層厚方向途中に至る深さのトレンチ26が形成されている。トレンチ26が形成されることにより、積層構造部22は、素子チップ5の幅方向に延びる断面視略台形状に成形されている。積層構造部22(台形)の側面は、n型GaN層23、p型GaN層24およびn型GaN層25に跨る壁面27を形成している。   Near the middle in the width direction of the multilayer structure portion 22, a trench 26 is formed having a depth that extends from the n-type GaN layer 25 through the p-type GaN layer 24 and in the middle of the n-type GaN layer 23 in the layer thickness direction. By forming the trench 26, the stacked structure portion 22 is formed in a substantially trapezoidal shape in sectional view extending in the width direction of the element chip 5. The side surface of the laminated structure portion 22 (trapezoid) forms a wall surface 27 straddling the n-type GaN layer 23, the p-type GaN layer 24, and the n-type GaN layer 25.

台形状の積層構造部22は、素子チップ5の長さ方向に所定の間隔(トレンチ26の間隔)を空けて複数形成され、各積層構造部22は、それぞれ単位セルを構成している。隣接する積層構造部22間のトレンチ26は、各単位セルの境界とされている。
壁面27は、GaN基板21の主面に対して傾斜した面である。たとえば、GaN基板21の主面がc面(0001)である場合、GaN基板21の上にエピタキシャル成長によって成長させられる、n型GaN層23、p型GaN層24およびn型GaN層25は、やはりc面(0001)を主面として積層されることになる。そのため、この主面(c面)に対して傾斜した面である壁面27は、たとえば、90°で傾斜している場合、m面(10-10)またはa面(11-20)などの非極性面となる。また、p型GaN層24における壁面27近傍には、ゲート電極30(後述)に適切なバイアス電圧が与えられることにより、n型GaN層23、25間を電気的に導通させる反転層(チャネル)が形成される。
A plurality of trapezoidal stacked structure portions 22 are formed in the length direction of the element chip 5 with a predetermined interval (interval of the trenches 26), and each stacked structure portion 22 constitutes a unit cell. A trench 26 between adjacent stacked structure portions 22 is a boundary of each unit cell.
The wall surface 27 is a surface inclined with respect to the main surface of the GaN substrate 21. For example, when the main surface of the GaN substrate 21 is the c-plane (0001), the n-type GaN layer 23, the p-type GaN layer 24, and the n-type GaN layer 25 grown on the GaN substrate 21 by epitaxial growth are The c-plane (0001) is laminated as the main surface. Therefore, the wall surface 27 that is a surface inclined with respect to the main surface (c-plane) is, for example, non-m-plane (10-10) or a-plane (11-20) when inclined at 90 °. Polar surface. Further, in the vicinity of the wall surface 27 in the p-type GaN layer 24, an inversion layer (channel) that electrically conducts between the n-type GaN layers 23 and 25 by applying an appropriate bias voltage to a gate electrode 30 (described later). Is formed.

n型GaN層25の上には、ソース電極28がn型GaN層25に接触して形成されている。ソース電極28は、n型GaN層25と電気的に接続(オーミック接続)されることになる。
一方、GaN基板21における積層構造部22の形成面とは反対側の裏面は、素子チップ5の他表面52を形成しており、GaN基板21の裏面(他表面52)には、その全域を覆うドレイン電極10が形成されている。ドレイン電極10は、GaN基板21を介してn型GaN層23と電気的に接続(オーミック接続)されることになる。なお、ドレイン電極10は、複数の積層構造部22間で共有される。
On the n-type GaN layer 25, a source electrode 28 is formed in contact with the n-type GaN layer 25. The source electrode 28 is electrically connected (ohmic connection) with the n-type GaN layer 25.
On the other hand, the back surface of the GaN substrate 21 opposite to the formation surface of the stacked structure portion 22 forms the other surface 52 of the element chip 5, and the entire surface is formed on the back surface (other surface 52) of the GaN substrate 21. A covering drain electrode 10 is formed. The drain electrode 10 is electrically connected (ohmic connection) with the n-type GaN layer 23 via the GaN substrate 21. Note that the drain electrode 10 is shared among the plurality of stacked structure portions 22.

ソース電極28は、少なくともアルミニウム(Al)を含む金属を用いて構成することが好ましく、たとえば、チタン−アルミニウム合金(Ti−Al合金)を用いて構成することができる。ドレイン電極10もソース電極28と同様に、アルミニウム(Al)を含む金属を用いて構成することが好ましく、たとえば、チタン−アルミニウム合金(Ti−Al合金)を用いて構成することができる。   The source electrode 28 is preferably configured using a metal containing at least aluminum (Al), and can be configured using, for example, a titanium-aluminum alloy (Ti-Al alloy). Similarly to the source electrode 28, the drain electrode 10 is also preferably made of a metal containing aluminum (Al), and can be made of, for example, a titanium-aluminum alloy (Ti-Al alloy).

その他、ドレイン電極10およびソース電極28は、GaN基板21およびn型GaN層25とオーミック接合を形成できる材料であれば、モリブデン(Mo)もしくはモリブデン化合物(たとえば、モリブデンシリサイド)、チタン(Ti)もしくはチタン化合物(たとえば、チタンシリサイド)、またはタングステン(W)もしくはタングステン化合物(たとえば、タングステンシリサイド)を用いて構成してもよい。   In addition, as long as the drain electrode 10 and the source electrode 28 are materials that can form an ohmic junction with the GaN substrate 21 and the n-type GaN layer 25, molybdenum (Mo) or a molybdenum compound (for example, molybdenum silicide), titanium (Ti) or You may comprise using a titanium compound (for example, titanium silicide) or tungsten (W) or a tungsten compound (for example, tungsten silicide).

また、積層構造部22の表面には、ゲート絶縁膜29が形成されている。ゲート絶縁膜29は、壁面27において、n型GaN層23、p型GaN層24およびn型GaN層25に跨って形成されている。
ゲート絶縁膜29は、たとえば、酸化物または窒化物を用いて構成することができる。より具体的には、酸化シリコン(SiO)、酸化ガリウム(Ga)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化スカンジウム(Sc)および窒化シリコン(SiN)などを用いて構成することができる。
Further, a gate insulating film 29 is formed on the surface of the laminated structure portion 22. The gate insulating film 29 is formed across the n-type GaN layer 23, the p-type GaN layer 24, and the n-type GaN layer 25 on the wall surface 27.
The gate insulating film 29 can be configured using, for example, an oxide or a nitride. More specifically, silicon oxide (SiO 2 ), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), scandium oxide (Sc 2 O 3 ), silicon nitride (SiN), or the like may be used. it can.

ゲート絶縁膜29上には、ゲート電極30が形成されている。ゲート電極30は、ゲート絶縁膜29を介して壁面27に対向している。
ゲート電極30は、たとえば、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、ニッケル−金合金(Ni−Au合金)、ニッケル−チタン−金合金(Ni−Ti−Au合金)、パラジウム−金合金(Pd−Au合金)、パラジウム−チタン−金合金(Pd−Ti−Au合金)、パラジウム−白金−金合金(Pd−Pt−Au合金)、ポリシリコンなどの導電性材料を用いて構成することができる。
A gate electrode 30 is formed on the gate insulating film 29. The gate electrode 30 faces the wall surface 27 with the gate insulating film 29 interposed therebetween.
The gate electrode 30 is made of, for example, platinum (Pt), aluminum (Al), nickel-gold alloy (Ni-Au alloy), nickel-titanium-gold alloy (Ni-Ti-Au alloy), palladium-gold alloy (Pd- An Au alloy), a palladium-titanium-gold alloy (Pd-Ti-Au alloy), a palladium-platinum-gold alloy (Pd-Pt-Au alloy), and a conductive material such as polysilicon can be used.

ゲート絶縁膜29上には、ソース電極28およびゲート電極30を被覆する層間絶縁膜31が積層されている。層間絶縁膜31は、たとえば、窒化シリコンや酸化シリコンを用いて構成することができる。層間絶縁膜31には、ゲート電極30に対向する部分にゲートコンタクトホール32が形成されている。ゲートコンタクトホール32には、ゲート電極30とのコンタクトのためのゲートコンタクト電極33が埋設されている。   On the gate insulating film 29, an interlayer insulating film 31 covering the source electrode 28 and the gate electrode 30 is laminated. The interlayer insulating film 31 can be configured using, for example, silicon nitride or silicon oxide. A gate contact hole 32 is formed in the interlayer insulating film 31 at a portion facing the gate electrode 30. A gate contact electrode 33 for contact with the gate electrode 30 is embedded in the gate contact hole 32.

ゲートコンタクト電極33は、たとえば、ゲートパッド9と同様の材料(たとえば、アルミニウム)を用いて構成することができる。
層間絶縁膜31上には、所定のパターンのゲート配線34が形成されている。ゲート配線34は、ゲートパッド9と同様の材料(たとえば、アルミニウム)を用いて構成することができる。ゲート配線34は、ゲートコンタクト電極33に接触し、これにより、ゲート配線34は、ゲートコンタクト電極33を介してゲート電極30と電気的に接続(オーミック接続)されることになる。
The gate contact electrode 33 can be configured using, for example, the same material (for example, aluminum) as the gate pad 9.
A gate wiring 34 having a predetermined pattern is formed on the interlayer insulating film 31. The gate wiring 34 can be formed using the same material (for example, aluminum) as the gate pad 9. The gate wiring 34 is in contact with the gate contact electrode 33, whereby the gate wiring 34 is electrically connected (ohmic connection) to the gate electrode 30 through the gate contact electrode 33.

層間絶縁膜31上には、ゲート配線34を被覆する層間絶縁膜35が積層されている。層間絶縁膜35は、たとえば、窒化シリコンや酸化シリコンを用いて構成することができる。層間絶縁膜31および層間絶縁膜35には、ソース電極28に対向する部分に、これらを貫通するソースコンタクトホール36が形成されている。ソースコンタクトホール36には、ソース電極28とのコンタクトのためのソースコンタクト電極37が埋設されている。   On the interlayer insulating film 31, an interlayer insulating film 35 covering the gate wiring 34 is laminated. The interlayer insulating film 35 can be configured using, for example, silicon nitride or silicon oxide. In the interlayer insulating film 31 and the interlayer insulating film 35, a source contact hole 36 penetrating therethrough is formed in a portion facing the source electrode 28. A source contact electrode 37 for contact with the source electrode 28 is embedded in the source contact hole 36.

ソースコンタクト電極37は、ソースパッド8と同様の材料(たとえば、アルミニウム)を用いて構成することができる。
そして、層間絶縁膜35の表面は、素子チップ5の一表面51を形成しており、層間絶縁膜35の表面(一表面51)に、ソースパッド8およびゲートパッド9が形成されている。ソースパッド8は、ソースコンタクト電極37に接触し、これにより、ソースパッド8は、ソースコンタクト電極37を介してソース電極28と電気的に接続(オーミック接続)されることになる。
The source contact electrode 37 can be formed using the same material (for example, aluminum) as the source pad 8.
The surface of the interlayer insulating film 35 forms one surface 51 of the element chip 5, and the source pad 8 and the gate pad 9 are formed on the surface (one surface 51) of the interlayer insulating film 35. The source pad 8 is in contact with the source contact electrode 37, whereby the source pad 8 is electrically connected (ohmic connection) with the source electrode 28 via the source contact electrode 37.

一方、ゲートパッド9は、図示しない位置において、層間絶縁膜31上を引き回され、層間絶縁膜35を貫通するゲート配線34に接触し、これにより、ゲートパッド9は、ゲート配線34を介してゲート電極30と電気的に接続(オーミック接続)されることになる。
次にこの素子チップ5の製造方法について説明する。
On the other hand, the gate pad 9 is routed on the interlayer insulating film 31 at a position not shown, and comes into contact with the gate wiring 34 penetrating the interlayer insulating film 35, so that the gate pad 9 passes through the gate wiring 34. The gate electrode 30 is electrically connected (ohmic connection).
Next, a method for manufacturing the element chip 5 will be described.

素子チップ5を製造するには、まず、ウエハ状のGaN基板21の上に、上記したエピタキシャル成長法によって、順に、n型GaN層23、p型GaN層24およびn型GaN層25が成長させられる。こうして、GaN基板21上に、積層構造部22が形成される。
なお、n型GaN層23およびn型GaN層25を成長させるときのn型ドーパントとしては、たとえば、Siなどを用いればよい。一方、p型GaN層24を成長させるときのp型ドーパントとしては、たとえば、MgまたはCなどを用いればよい。
In order to manufacture the element chip 5, first, the n-type GaN layer 23, the p-type GaN layer 24, and the n-type GaN layer 25 are sequentially grown on the wafer-like GaN substrate 21 by the epitaxial growth method described above. . Thus, the laminated structure portion 22 is formed on the GaN substrate 21.
As the n-type dopant for growing the n-type GaN layer 23 and the n-type GaN layer 25, for example, Si may be used. On the other hand, as a p-type dopant for growing the p-type GaN layer 24, for example, Mg or C may be used.

積層構造部22の形成後、積層構造部22がストライプ状にエッチングされる。すなわち、n型GaN層25から、p型GaN層24を貫通して、n型GaN層23の層厚中間部に至るトレンチ26がエッチングによって形成される。これにより、GaN基板21上に、複数本の断面視台形状の積層構造部22がストライプ状に整形されるとともに、整形された各積層構造部22に壁面27が形成される。   After the formation of the multilayer structure 22, the multilayer structure 22 is etched in a stripe shape. That is, a trench 26 is formed by etching from the n-type GaN layer 25 through the p-type GaN layer 24 to the middle layer thickness of the n-type GaN layer 23. Thereby, a plurality of trapezoidal laminated structure portions 22 having a trapezoidal cross-sectional shape are shaped in a stripe shape on the GaN substrate 21, and a wall surface 27 is formed in each shaped laminated structure portion 22.

トレンチ26の形成は、たとえば、塩素系ガスを用いたドライエッチング(異方性エッチング)によって行うことができる。なお、ドライエッチングの後、必要に応じて、ドライエッチングによってダメージを受けた積層構造部22の壁面27などを改善するためのウェットエッチング処理を行なってもよい。なお、ウェットエッチングには、KOH(水酸化カリウム)、NHOH(アンモニア水)、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)などの塩基性溶液を用いることが好ましい。 The trench 26 can be formed, for example, by dry etching (anisotropic etching) using a chlorine-based gas. In addition, after the dry etching, a wet etching process for improving the wall surface 27 of the laminated structure 22 damaged by the dry etching may be performed as necessary. Note that wet etching, KOH (potassium hydroxide), NH 4 OH (ammonia water), it is preferable to use a basic solution such as TMAH (tetramethylammonium hydroxide).

次に、積層構造部22の表面を覆うゲート絶縁膜29が形成される。ゲート絶縁膜29の形成には、ECR(Electron Cyclotron Resonance:電子サイクロトロン共鳴)スパッタ法、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition:プラズマエンハンスト化学気相成長)法などの方法が適用される。
続いて、公知のフォトリソグラフィ技術およびスパッタ技術により、ゲート絶縁膜29上に、壁面27に対向するゲート電極30が形成される。
Next, a gate insulating film 29 that covers the surface of the multilayer structure portion 22 is formed. The gate insulating film 29 is formed by a method such as an ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering method or a PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method.
Subsequently, the gate electrode 30 facing the wall surface 27 is formed on the gate insulating film 29 by a known photolithography technique and sputtering technique.

次いで、公知のフォトリソグラフィ技術により、ゲート絶縁膜29からn型GaN層25の上面を露出させる開口が形成される。そして、スパッタ法により、ゲート絶縁膜29から露出するn型GaN層25上にソース電極28が形成される。
その後、たとえば、PECVD法により、積層構造部22上に層間絶縁膜31が積層される。次いで、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、層間絶縁膜31にゲートコンタクトホール32が形成される。そして、ゲートコンタクトホール32内および層間絶縁膜31上にゲートコンタクト電極33の材料(電極材料)が堆積される。次いで、電極材料のゲートコンタクトホール32外に存在する不要部分が、CMP研磨処理により除去される。
Next, an opening exposing the upper surface of the n-type GaN layer 25 is formed from the gate insulating film 29 by a known photolithography technique. Then, the source electrode 28 is formed on the n-type GaN layer 25 exposed from the gate insulating film 29 by sputtering.
Thereafter, the interlayer insulating film 31 is stacked on the stacked structure portion 22 by, for example, PECVD. Next, a gate contact hole 32 is formed in the interlayer insulating film 31 by a known photolithography technique and etching technique. Then, a material (electrode material) of the gate contact electrode 33 is deposited in the gate contact hole 32 and on the interlayer insulating film 31. Next, unnecessary portions of the electrode material existing outside the gate contact hole 32 are removed by CMP polishing.

次いで、公知のフォトリソグラフィ技術およびスパッタ技術により、層間絶縁膜31上に、所定パターンのゲート配線34が形成される。
ゲート配線34の形成後、たとえば、PECVD法により、層間絶縁膜31上に層間絶縁膜35が積層される。次いで、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、ソースコンタクトホール36およびゲート配線34を露出させるコンタクトホール(図示せず)が同時に形成される。そして、これらコンタクトホール内および層間絶縁膜35上にソースコンタクト電極37の材料(電極材料)が堆積される。次いで、電極材料の上記コンタクトホール外に存在する不要部分が、CMP研磨処理により除去される。
Next, a gate wiring 34 having a predetermined pattern is formed on the interlayer insulating film 31 by a known photolithography technique and sputtering technique.
After the formation of the gate wiring 34, the interlayer insulating film 35 is laminated on the interlayer insulating film 31 by, for example, PECVD. Next, a contact hole (not shown) exposing the source contact hole 36 and the gate wiring 34 is simultaneously formed by a known photolithography technique and etching technique. Then, a material (electrode material) of the source contact electrode 37 is deposited in the contact holes and on the interlayer insulating film 35. Next, unnecessary portions of the electrode material outside the contact holes are removed by CMP polishing.

そして、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、層間絶縁膜35の表面(一表面51)に、ソースパッド8およびゲートパッド9が形成される。
その後、スパッタ法により、GaN基板21の裏面(他表面52)にドレイン電極10が形成される。ドレイン電極10の形成後、ウエハ状のGaN基板21が分割されることにより、素子チップ5の個片が得られる。なお、ドレイン電極10の形成前に、GaN基板21を研磨して基板の厚さを薄くする工程を実行してもよい。
Then, the source pad 8 and the gate pad 9 are formed on the surface (one surface 51) of the interlayer insulating film 35 by a known photolithography technique and etching technique.
Thereafter, the drain electrode 10 is formed on the back surface (the other surface 52) of the GaN substrate 21 by sputtering. After the drain electrode 10 is formed, the wafer-like GaN substrate 21 is divided to obtain individual pieces of the element chip 5. Note that before the drain electrode 10 is formed, a step of polishing the GaN substrate 21 to reduce the thickness of the substrate may be performed.

そして、個片化された素子チップ5を内蔵する窒化物半導体装置1(図1および2参照。)を製造するには、まず、素子チップ5のソースパッド8およびゲートパッド9と、予めもしくは新たに作製したサブマウント4のソース配線パッド6およびゲート配線パッド7とを突き合わせた状態で、素子チップ5とサブマウント4とが接合される。
次いで、サブマウント4が、ダイパッド3およびリード11を一体的に有するリードフレームにボンディングされる。そして、各配線パッド6,7およびドレイン電極10と、各リード11とがアルミワイヤ14により接続される。
In order to manufacture the nitride semiconductor device 1 (see FIGS. 1 and 2) in which the separated element chip 5 is built, first, the source pad 8 and the gate pad 9 of the element chip 5 are used in advance or newly. The element chip 5 and the submount 4 are joined in a state where the source wiring pad 6 and the gate wiring pad 7 of the submount 4 manufactured in the above are abutted.
Next, the submount 4 is bonded to a lead frame having the die pad 3 and the leads 11 integrally. Then, each wiring pad 6, 7 and the drain electrode 10 are connected to each lead 11 by an aluminum wire 14.

その後、リードフレーム上の構造物が、封止用樹脂(たとえば、エポキシ樹脂)により封止される。封止用樹脂による封止後、封止用樹脂がリードフレームとともに分割されることにより、個片化された窒化物半導体装置1が得られる。
そして、窒化物半導体装置1を動作させるには、まず、ソースリード11Sとドレインリード11Dとの間に、ドレインリード11D側が正となるバイアスが与えられる。これにより、ドレイン電極10、ならびにソース配線パッド6およびソースパッド8を介して、素子チップ5におけるn型GaN層23とp型GaN層24との界面のpn接合には逆方向電圧が与えられる。その結果、n型GaN層25とn型GaN層23との間、すなわち、ソース電極28とドレイン電極10との間(ソース−ドレイン間)は、遮断状態(逆バイアス状態)となる。
Thereafter, the structure on the lead frame is sealed with a sealing resin (for example, epoxy resin). After sealing with the sealing resin, the sealing resin is divided together with the lead frame, whereby the nitride semiconductor device 1 that is separated into pieces is obtained.
In order to operate the nitride semiconductor device 1, first, a bias is applied between the source lead 11S and the drain lead 11D so that the drain lead 11D side is positive. Thereby, a reverse voltage is applied to the pn junction at the interface between the n-type GaN layer 23 and the p-type GaN layer 24 in the element chip 5 via the drain electrode 10 and the source wiring pad 6 and the source pad 8. As a result, between the n-type GaN layer 25 and the n-type GaN layer 23, that is, between the source electrode 28 and the drain electrode 10 (between the source and drain) is in a cut-off state (reverse bias state).

この状態から、ゲートリード11Gに対して、ソースリード11Sを基準電位として正となるゲート閾値電圧以上のバイアスが印加されると、p型GaN層24におけるゲート絶縁膜29との界面近傍には、電子が誘起されて、反転層(チャネル)が形成される。
そして、この反転層を介して、n型GaN層23とn型GaN層25との間が導通する。こうして、ソース−ドレイン間が導通することになる。このようにして、窒化物半導体装置1のトランジスタ動作が実現される。 以上のように、樹脂パッケージ2によりパッケージングされた窒化物半導体装置1では、素子チップ5の一表面51上のソースパッド8およびゲートパッド9は、サブマウント4の一表面41上のソース配線パッド6およびゲート配線パッド7にそれぞれ接合されている。
From this state, when a bias equal to or higher than the gate threshold voltage, which is positive with the source lead 11S as a reference potential, is applied to the gate lead 11G, the p-type GaN layer 24 near the interface with the gate insulating film 29 Electrons are induced to form an inversion layer (channel).
The n-type GaN layer 23 and the n-type GaN layer 25 are electrically connected via the inversion layer. Thus, conduction between the source and the drain is established. In this way, the transistor operation of the nitride semiconductor device 1 is realized. As described above, in nitride semiconductor device 1 packaged with resin package 2, source pad 8 and gate pad 9 on one surface 51 of element chip 5 are the source wiring pads on one surface 41 of submount 4. 6 and the gate wiring pad 7, respectively.

そして、素子チップ5と、窒化物半導体装置1の外部端子(リード11)との電気接続は、素子チップ5のドレイン電極10およびドレインリード11D、サブマウント4のソース配線パッド6およびソースリード11S、ならびにサブマウント4のゲート配線パッド7およびゲートリード11Gを、それぞれアルミワイヤ14で接合することにより達成される。   The element chip 5 and the external terminals (leads 11) of the nitride semiconductor device 1 are electrically connected to the drain electrode 10 and the drain lead 11D of the element chip 5, the source wiring pad 6 and the source lead 11S of the submount 4, In addition, this is achieved by joining the gate wiring pad 7 and the gate lead 11G of the submount 4 with aluminum wires 14, respectively.

つまり、この窒化物半導体装置1では、素子チップ5には、アルミワイヤ14が1本のみ接合され、さらに、アルミワイヤ14の接合されるドレイン電極10は、アルミワイヤ14のワイヤ径Dの3.5倍以下の長さLおよびワイヤ径Dの2倍以下の幅W(具体的な数値としては、ワイヤ径Dが125μmのとき、長さLが375〜437.5μmであり、幅Wが187.5〜250μmである。)を有している。   That is, in this nitride semiconductor device 1, only one aluminum wire 14 is bonded to the element chip 5, and the drain electrode 10 to which the aluminum wire 14 is bonded is 3. A length W of 5 times or less and a width W of 2 times or less of the wire diameter D (specifically, when the wire diameter D is 125 μm, the length L is 375 to 437.5 μm and the width W is 187 .5 to 250 μm).

また、ドレイン電極10が形成される素子チップ5の他表面52の面積Sは、ドレイン電極10とアルミワイヤ14との接合面に対して、7倍以下(具体的な数値としては、おおよそ70000〜110000μm)である。
素子チップ5に接合されるアルミワイヤ14の本数を1本にすることができ、しかも、アルミワイヤ14を接合するために必要なドレイン電極10の長さLおよび幅Wが上記の大きさである。また、素子チップ5の他表面52(ドレイン電極10が形成される面)の面積Sが、ドレイン電極10に対するアルミワイヤ14の接合面に対して7倍以下である。
Further, the area S of the other surface 52 of the element chip 5 on which the drain electrode 10 is formed is 7 times or less with respect to the bonding surface between the drain electrode 10 and the aluminum wire 14 (specific values are about 70000 to 110000 μm 2 ).
The number of aluminum wires 14 bonded to the element chip 5 can be reduced to one, and the length L and the width W of the drain electrode 10 necessary for bonding the aluminum wires 14 are the above-mentioned sizes. . Further, the area S of the other surface 52 (surface on which the drain electrode 10 is formed) of the element chip 5 is 7 times or less than the bonding surface of the aluminum wire 14 to the drain electrode 10.

そのため、ドレイン電極10の長さLおよび幅Wを確保可能な範囲、かつ素子チップ5においてパワーMOSFETとしての性能を維持可能な範囲で素子チップ5の面積を設計すればよいので、素子チップ5の面積を縮小することができる。これにより、トランジスタ動作に寄与しない不要な領域を低減することができる。その結果、1枚のウエハからの素子チップ5の個片の取り数を増やすことができるので、優れたコスト効率で素子チップを量産することができる。   Therefore, the area of the element chip 5 may be designed in a range in which the length L and the width W of the drain electrode 10 can be secured and in a range in which the performance as the power MOSFET can be maintained in the element chip 5. The area can be reduced. Thereby, an unnecessary region that does not contribute to transistor operation can be reduced. As a result, it is possible to increase the number of element chips 5 to be taken from one wafer, and it is possible to mass-produce element chips with excellent cost efficiency.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、ドレイン電極10は、平面視長方形状である必要はなく、平面視正方形状、円形状、ひし形状、平行四辺形状などであってもよい。 たとえば、積層構造部22は、GaN以外のIII族窒化物半導体、たとえば、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)など、一般にAlInGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表すことができる材料を用いて構成することもできる。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
For example, the drain electrode 10 does not need to have a rectangular shape in plan view, and may have a square shape in plan view, a circular shape, a rhombus shape, a parallelogram shape, or the like. For example, the laminated structure portion 22 is generally made of a group III nitride semiconductor other than GaN, such as aluminum nitride (AlN), indium nitride (InN), or the like, and generally Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1). , 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。   In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

本発明の一実施形態に係る窒化物半導体装置の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図1のII−IIで示す切断線で切断したときの断面図である。It is sectional drawing when cut | disconnecting by the cutting line shown by II-II of FIG. 素子チップの概略平面図である。It is a schematic plan view of an element chip. 素子チップの概略底面図である。It is a schematic bottom view of an element chip. 図3のV−Vで示す切断線で切断したときの断面図である。It is sectional drawing when cut | disconnecting by the cutting line shown by VV of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 窒化物半導体装置
4 サブマウント
5 素子チップ
6 ソース配線パッド(第1配線パターン)
7 ゲート配線パッド(第2配線パターン)
8 ソースパッド
9 ゲートパッド
10 ドレイン電極
14 アルミワイヤ
22 積層構造部
23 n型GaN層(第1層)
24 p型GaN層(第2層)
25 n型GaN層(第3層)
27 壁面
28 ソース電極
29 ゲート絶縁膜
30 ゲート電極
51 一表面(素子チップの一表面)
52 他表面(素子チップの他表面)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nitride semiconductor device 4 Submount 5 Element chip 6 Source wiring pad (1st wiring pattern)
7 Gate wiring pad (second wiring pattern)
8 Source pad 9 Gate pad 10 Drain electrode 14 Aluminum wire 22 Multilayer structure 23 n-type GaN layer (first layer)
24 p-type GaN layer (second layer)
25 n-type GaN layer (third layer)
27 Wall surface 28 Source electrode 29 Gate insulating film 30 Gate electrode 51 One surface (one surface of the element chip)
52 Other surface (other surface of element chip)

Claims (4)

III族窒化物半導体層の積層構造を有する素子チップと、
前記素子チップの一表面に形成されたソースパッドおよびゲートパッドと、
前記素子チップの前記一表面に対向する他表面に形成されたドレイン電極と、
前記ゲートパッドおよび前記ソースパッドに接合され、前記ゲートパッドおよび前記ソースパッドと電気的に接続されたサブマウントと、
前記ドレイン電極に接合されたアルミワイヤとを含み、
前記ドレイン電極は、第1方向に関する幅が前記アルミワイヤのワイヤ径の2倍以下であり、前記第1方向に直交する第2方向に関する幅が前記ワイヤ径の3.5倍以下である、窒化物半導体装置。
An element chip having a laminated structure of group III nitride semiconductor layers;
A source pad and a gate pad formed on one surface of the element chip;
A drain electrode formed on the other surface facing the one surface of the element chip;
A submount bonded to the gate pad and the source pad and electrically connected to the gate pad and the source pad;
An aluminum wire joined to the drain electrode,
The drain electrode has a width in the first direction not more than twice the wire diameter of the aluminum wire, and a width in the second direction orthogonal to the first direction is not more than 3.5 times the wire diameter. Semiconductor device.
III族窒化物半導体層の積層構造を有する素子チップと、
前記素子チップの一表面に形成されたソースパッドおよびゲートパッドと、
前記素子チップの前記一表面に対向する他表面に形成されたドレイン電極と、
前記ゲートパッドおよび前記ソースパッドに接合され、前記ゲートパッドおよび前記ソースパッドと電気的に接続されたサブマウントと、
前記ドレイン電極に接合されたアルミワイヤとを含み、
前記素子チップの前記他表面の面積が、前記アルミワイヤとの接合面に対して、7倍以下である、窒化物半導体装置。
An element chip having a laminated structure of group III nitride semiconductor layers;
A source pad and a gate pad formed on one surface of the element chip;
A drain electrode formed on the other surface facing the one surface of the element chip;
A submount bonded to the gate pad and the source pad and electrically connected to the gate pad and the source pad;
An aluminum wire joined to the drain electrode,
The nitride semiconductor device, wherein an area of the other surface of the element chip is 7 times or less with respect to a bonding surface with the aluminum wire.
前記サブマウントには、前記ソースパッドに接合される第1配線パターンと、前記ゲートパッドに接合される第2配線パターンとが互いに絶縁状態で形成されている、請求項1または2に記載の窒化物半導体装置。   3. The nitriding according to claim 1, wherein a first wiring pattern bonded to the source pad and a second wiring pattern bonded to the gate pad are formed in the submount in an insulated state. Semiconductor device. 前記積層構造が、前記素子チップの他表面側から一表面側へ順に積層されたn型の第1層、p型不純物を含む第2層およびn型の第3層、ならびに前記第1、第2および第3層に跨る壁面を有し、
前記素子チップは、前記壁面に、前記第1、第2および第3層に跨って形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜を挟んで前記第2層に対向するゲート電極と、前記第3層上に形成されたソース電極とを含み、
前記ゲート電極および前記ソース電極が、前記ゲートパッドおよび前記ソースパッドとそれぞれ電気的に接続されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
The stacked structure includes an n-type first layer, a second layer containing a p-type impurity, an n-type third layer, and the first and first layers stacked in order from the other surface side to the one surface side of the element chip. Having wall surfaces straddling 2 and 3rd layers,
The element chip includes a gate insulating film formed on the wall surface across the first, second, and third layers, a gate electrode that faces the second layer across the gate insulating film, and the first A source electrode formed on three layers,
4. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode and the source electrode are electrically connected to the gate pad and the source pad, respectively.
JP2008185047A 2008-07-16 2008-07-16 Nitride semiconductor device Pending JP2010027734A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008185047A JP2010027734A (en) 2008-07-16 2008-07-16 Nitride semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008185047A JP2010027734A (en) 2008-07-16 2008-07-16 Nitride semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010027734A true JP2010027734A (en) 2010-02-04

Family

ID=41733299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008185047A Pending JP2010027734A (en) 2008-07-16 2008-07-16 Nitride semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010027734A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012174996A (en) * 2011-02-23 2012-09-10 Fujitsu Ltd Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
US9070661B2 (en) 2013-08-28 2015-06-30 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device including a strain relaxation film

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012174996A (en) * 2011-02-23 2012-09-10 Fujitsu Ltd Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
US9070661B2 (en) 2013-08-28 2015-06-30 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device including a strain relaxation film
US9362401B2 (en) 2013-08-28 2016-06-07 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10461077B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor device
JP5319084B2 (en) Semiconductor device
JP5338433B2 (en) Gallium nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6367533B2 (en) Normally-off high electron mobility transistor
CN103065968B (en) There is semiconductor device and the manufacture method thereof of perforation contact
US8404557B2 (en) Method for forming a semiconductor device and a semiconductor device
JP6462367B2 (en) Semiconductor device
JP2008053449A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US8871573B2 (en) Method for forming a semiconductor device
JP2008078604A (en) MIS field effect transistor and manufacturing method thereof
JP2012195618A (en) Gallium nitride semiconductor element
JP2016524819A (en) Transistor and transistor manufacturing method
JP5468609B2 (en) Vertical transistor, method for manufacturing the same, and semiconductor device
US11640982B2 (en) Semiconductor device
CN103545251B (en) For the formation of the method for semiconducter device
TWI717745B (en) Semiconductor device
JP2008053450A (en) MIS field effect transistor and manufacturing method thereof
JP2008021689A (en) Semiconductor device
JP2010027734A (en) Nitride semiconductor device
US8193612B2 (en) Complimentary nitride transistors vertical and common drain
JP2019071312A (en) Semiconductor device
TW202044419A (en) Manufacturing method of semiconductor device
CN115662973A (en) Semiconductor packaging device and manufacturing method thereof
JP2008227074A (en) Nitride semiconductor element and manufacturing method thereof
CN118658877B (en) Semiconductor device, manufacturing method thereof and electronic device

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20100630