JPH0738394B2 - バイポ−ラパワ−トランジスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はバイポーラパワートランジスタに関するもので
ある。

［従来の技術］ パワートランジスタのスイツチング時間を最小限とする
ためには、そのエミツタ領域を狭くし、半導体内の電流
密度を均一にし、各単位面積当たりのエミツタ周囲長を
最大にすることが必要であるとされている。さらに、デ
バイス内の電流分布を均一とすることは、順方向バイア
ス安全動作領域（FBSOA）を大きくする上での一助とも
なる。従来のデバイスにおいては、エミツタ領域を細い
複数本の半導体領域（歯）を有するクシ状にすることに
より、必要とされる細いエミツタ領域と単位面積当たり
の最大周囲長を得ていた。このようにクシ状としたエミ
ツタ領域の半導体の部分は、効果上、互いに別個のトラ
ンジスタのエミツタを並列に接続したものと同等のはた
らきをすることとなる。デバイスの一部で電流密度が大
きくなると、その部分が他の部分よりも温度が高くな
り、加熱により局部的な利得増加をきたすこととなつて
流れる電流が増大する結果となり、これの累積効果によ
つてデバイスが破壊にいたることがあることが知られて
いる。こうした熱暴走を抑制するため、クシ状構造の背
に相当する部分から、「歯」に相当する部分を切り離
し、すべてが同じ抵抗値を有する別個の抵抗領域を設け
て、この抵抗領域により上記「背」の部分を歯の部分と
結合することが提案されてきた。このような構成とする
ことにより、前記「背」の部分は抵抗領域にのみ結合さ
れることになり、この抵抗領域がエミツタの直列抵抗と
してはたらくことにより、当該デバイス全体にわたつて
エミツタ電流がより均一に分布することとなる。こうし
た利点にもかかわらず、トランジスタの最大電流に制約
を加えてデバイス各部の過熱をさける必要のあることが
判明している。

［発明が解決しようとする問題点］ かくて本発明の目的は、改良されたバイポーラパワート
ランジスタを提供することにある。

［問題点を解決しようとするための手段］ このような目的を達成すべく本発明は、エミツタの相異
る部分をそれぞれの抵抗素子を介してエミツタ端子接続
部により共通エミツタ金属層に接続し、該エミツタの前
記相異る部分の各々を１個所または複数個所の分割され
た抵抗領域に結合するとともに、該抵抗領域の抵抗値は
これを前記エミツタ端子接続部と前記抵抗領域の特定の
部分との間の金属層による抵抗値を考慮して選択するこ
とにより、特定の動作条件のもとでトランジスタ全体に
わたつて所定の電流分布が得られるようにしたことを特
徴とするバイポーラトランジスタを提供するものであ
る。

前記所定の電流分布は、当該トランジスタが所定の条件
で動作した場合に、該トランジスタ全体にわたつて得ら
れる温度が実質的に均一であるような分布とする。ある
いはまた、前記所定の電流分布は、当該トランジスタを
流れる電流分布が実質的に均一であるような分布とす
る。

本発明によるバイポーラトランジスタにおいては、前記
エミツタ領域はこれを互いに別個の複数の細長い指状部
として形成することができる。また、前記抵抗領域はこ
れを該エミツタ指状部から前記エミツタ金属層が半導体
と接触する部位の近傍にまで延在するようにすることが
できる。

さらに、前記抵抗領域の抵抗値が、前記エミツタ指状物
と前記エミツタ金属層との間の距離を変える、すなわ
ち、前記抵抗領域の幅を変えることにより、当該トラン
ジスタの相異なる部位において前記抵抗値を変えうるよ
うにしてもよい。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。第１
図は分割エミツタトランジスタの複数の単体からなる回
路構成を示すもので、個々のトランジスタ素子は、共通
ベース３と共通コレクタ接続２とを有するように接続し
てなるものである。各エミツタは個々の抵抗４を介して
単一の共通端子５に接続され、これらの抵抗の値は抵抗
群４から共通端子５にいたる接続金属部により与えられ
る抵抗値を考慮して選択される。なお、個々のエミツタ
の全エミツタ抵抗値は、各トランジスタ素子について等
しい値とすることにより、トランジスタ全体に流れる電
流が均等に分布するようにしてもよい。あるいはまた、
基板中央に位置するトランジスタ素子のエミツタ抵抗値
は、基板端部のトランジスタ素子のそれよりも大きくす
ることにより、より大きな冷却効果を奏するようにし
て、動作時においてトランジスタ全体の温度を均一とす
ることとしてもよい。

上記第１図の回路を具体化した構造の一部を第２図に示
す。図示のように、トランジスタのベース領域11および
エミツタ領域９に対する配線は、斜線で示すように表面
絶縁層に形成した指状の溝13,13aを介して、エミツタ金
属層７およびベース金属層６によりなされている。図
中、エミツタ領域９は上記溝13,13aの間でジグザグ状の
蛇行する２本の平行な点線で示してある。このエミツタ
領域９は、エミツタ配線溝13,13aから当該エミツタ領域
９自体に延在する抵抗領域10により、上記エミツタ金属
層７に結合されている。エミツタ領域９とエミツタ配線
溝13との間隔は、エミツタ金属層７上のエミツタ接触点
８からの距離が大きくなるに従つて徐々に減少するよう
になつている。エミツタ金属層９が該エミツタ接触点８
から離れるに従つて、エミツタ領域９をエミツタ金属層
７に接続するのに用いられる抵抗領域10は狭くなり、そ
の結果、抵抗領域10によるエミツタの当該部分の抵抗も
低くなる。このように抵抗領域10の幅を変える方法とし
ては、該領域の幅がエミツタ金属層７によりエミツタ領
域９の当該部分に与えられる抵抗と逆の関係となるよう
にすることにより、すべてのトランジスタ素子が一定の
エミツタ抵抗値をもつようにすることができる。あるい
はまた、エミツタ抵抗はこれを選択された個所で減少さ
せるようにして冷却効率を高めることにより、トランジ
スタ全体にわたつて温度を実質的に一定とするようにし
てもよい。

第３図および第４図は、それぞれ第２図のＡ部およびＢ
部における上記トランジスタの断面を示すものである。
上記トランジスタはコレクタ領域12およびベース領域11
を有し、このベース領域11中に細いエミツタ領域９が形
成されている。なお、このトランジスタはこれをNPN型
としてもPNP型としてもよいが、電子が正孔よりも高い
移動度を有するため、スイツチング時間の速いNPN型の
方が好ましい。

前記ベース領域11に対する配線はベース金属層電極６に
よつて半導体基板に直接行なつている。コレクタ領域12
への配線はトランジスタ基板の裏面で行なつているた
め、図面には示してない。また、エミツタ領域９は第３
図の抵抗領域10eおよび第４図の抵抗領域10bによつてエ
ミツタ金属層７に接続してあるが、これら抵抗領域10a,
10bは第１図に示す抵抗４に相当するものである。抵抗
領域10a,10bのエツジ部はエミツタ領域９の内部にまで
至つており、このため、エミツタ金属層７はこれら抵抗
領域10a,10bの中央部に接触することとなる。

第２図に示すＢ部はＡ部よりもエミツタ接触点８に近い
ため、エミツタ領域９の当該部分に与えられるエミツタ
金属層７の抵抗値は他の個所よりも小さくなつている。
また、Ｂ部における抵抗領域10bは、Ａ部における抵抗
領域10aよりも幅が狭くしてあるため、Ａ部よりも抵抗
値が大きい。このようにエミツタの抵抗値を変化させた
り、トランジスタの相異なる部位におけるエミツタ金属
層７の抵抗間の差を補償するにあたつては、トランジス
タ内における電流分布状態を所望のものとするように、
その変化の度合や補償の程度を選択することができる。

第５図および第６図は、それぞれ第２図のＡ部およびＢ
部におけるトランジスタ素子をさらに詳細に示す平面図
である。図示の破線は、エミツタ領域９の内部に延びる
抵抗領域10aおよび10bを表わすものである。これら抵抗
領域10aおよび10bはテーパ状としてあるため、前記溝13
の下方にまで延在するエミツタ金属層７によりエミツタ
に与えられる抵抗値は増大することとなる。

上記構成のトランジスタは通常の方法でこれを製造し得
るものであり、まず任意の伝導型を有する基板にコレク
タ領域12を形成した後、この領域上に逆の伝導型を有す
る領域を形成して、これをトランジスタのベース領域11
とする。このベース領域11はエピタキシヤル蒸着法また
は基板に対するイオン注入法によつて形成することがで
きる。つぎに絶縁層14を成長させて、半導体表面を被覆
する。しかる後に、マスキングおよびエツチングプロセ
スによつてトランジスタの選択領域から絶縁層14を取り
除き、適当な不純物の拡散を行なつて前記ベース領域内
にコレクタ領域12と同一の伝導型を有する複数の領域、
すなわちこの場合はエミツタ領域9,9aを形成する。つづ
いて絶縁層を再成長させ、再度マスキングおよびエツチ
ング工程を用いて抵抗領域10を形成する領域上の絶縁層
14を取り除く。ついでエミツタ領域9,9aと同じ伝導型の
適当な不純物を用いたイオン注入を行なつた後、注入し
た不順物を適宜浸透させるべく拡散を行なう。このよう
な工程を用いることにより、抵抗領域の形成が正確に制
御される。次に絶縁層14を再成長させる。さらにマスキ
ングおよびエツチング工程を行なつてベースおよびエミ
ツタ配線用の溝13,13aを形成した後、コンタクト形成、
金属層の被着、シンタリング等標準的なパワートランジ
スタ製造工程を経て、前述した構造のトランジスタが完
成する。

第７図には本発明によるトランジスタのレイアウトを示
す平面図である。同図において、エミツタおよびベース
の配線はトランジスタの上面に形成され、コレクタの配
線は基板の裏面に形成されているため、図面では示して
ない。

［発明の効果］ 以上の述べたように、本発明によるパワートランジスタ
は局部的なホツトスポツトを解消することが可能である
ため、従来のデバイスよりもはるかに優れた順方向安全
動作領域を示すという効果がある。また、トランジスタ
のスイツチング速度も高くすることができるとともに、
抵抗領域を適切に選択することによつて、その表面の各
部位間の温度差をわずか数度におさえることが可能であ
り、従来のデバイスよりも高い電流密度での動作が可能
となり、しかもその際２次降伏現象を起こす恐れがな
く、例えば、より大きな誘導負荷の駆動が可能となると
いう効果もある。

以上の説明に関連してさらに以下の項を開示する。

（１） エミツタの相異る部分をそれぞれの抵抗素子を
介してエミツタ端子接続部により共通エミツタ金属層に
接続し、該エミツタの前記相異る部分の各々を１個所ま
たは複数個所の分割された抵抗領域に結合するととも
に、該抵抗領域の抵抗値はこれを前記エミツタ端子接続
部と前記抵抗領域の特定の部分との間の金属層による抵
抗値を考慮して選択することにより、特定の動作条件の
もとでトランジスタ全体にわたつて所定の電流分布が得
られるようにしたことを特徴とするバイポーラトランジ
スタ。

（２） 前記所定の電流分布は、当該トランジスタが所
定の条件で動作した場合に、該トランジスタ全体にわた
つて得られる温度が実質的に均一であるような分布とし
た第１項記載のバイポーラトランジスタ。

（３） 前記所定の電流分布は、当該トランジスタを流
れる電流分布が実質的に均一であるような分布とした第
１項記載のバイポーラトランジスタ。

（４） 前記エミツタ領域はこれを１ないし複数の細長
い領域として形成するとともに、前記抵抗領域はこれを
該細長い領域から前記エミツタ金属層が半導体と接触す
る部位の近傍にまで延在するようにした第１項記載のバ
イポーラトランジスタ。

（５） 前記エミツタ金属層は前記エミツタ領域の細長
い領域に沿つて絶縁層に形成されたクシ状の溝を介して
前記半導体の表面に接触するようにした第４項記載のバ
イポーラトランジスタ。

（６） 前記抵抗領域による抵抗値は、前記エミツタの
細長い領域と前記エミツタ金属層との間の距離を変える
ことにより前記抵抗領域の幅を変えることによつて、当
該トランジスタの相異なる部位において前記抵抗値を変
えうるようにした第４項または第５項に記載のバイポー
ラトランジスタ。

（７） 前記エミツタ金属層は絶縁層に形成した溝に沿
つて延在する指状部を有し、さらに前記抵抗領域は前記
絶縁層の溝の長さに沿つてテーパ状をなすことにより、
該溝に沿う金属層の指状部の抵抗を補償するようにした
第４項または第５項に記載のバイポーラトランジスタ。

（８） コレクタ形成基板上にエピタキシヤル成長法に
よりベース領域を形成するステツプを含むことを特徴と
する前記各項に記載のバイポーラトランジスタの製造工
程。

（９） コレクタ形成基板に対してイオン注入を行なう
ことにより前記ベース領域を形成するステツプを含むこ
とを特徴とする前記各項に記載のバイポーラトランジス
タの製造工程。

（10） 前記エミツタ領域はこれを拡散によつて前記ベ
ース領域内に形成するようにした第８項に記載の製造工
程。

（11） 前記抵抗領域はこれをイオン注入に引き続いて
拡散を行なうことにより形成するようにした第10項に記
載の製造工程。

以上本発明の実施例につき各種記載してきたが、本発明
によるデバイスおよび方法は、記載の実施例に対して適
宜追加ないし変更を行なつて実施してもよいことはいう
までもない。

【図面の簡単な説明】 第１図はエミツタの相異る部分に分割エミツタ抵抗を結
合してなるトランジスタの回路を示す概略図、第２図は
本発明によるトランジスタのエミツタ構成を示す断面
図、第３図および第４図はそれぞれ第２図に示すＡ部お
よびＢ部における上記トランジスタの構造を示すの断面
図、第５図および第６図は第２図のＡ部およびＢ部にお
ける上記トランジスタの構造を示す平面図、第７図は本
発明によるトランジスタの平面図である。 １……トランジスタ素子 ２……共通コレクタ ３……共通ベース ４……抵抗 ５……共通端子 ６……ベース金属層 ７……エミツタ金属層 ８……エミツタ接触点 ９……エミツタ領域 10,10a,10b……抵抗領域 11……ベース領域 12……コレクタ領域 13,13a,13b……指状溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エミツタの相異る部分をそれぞれの抵抗素
   子を介してエミツタ端子接続部により共通エミツタ金属
   層に接続し、該エミツタの前記相異る部分の各各を１個
   所または複数個所の分割された抵抗領域に結合するとと
   もに、該抵抗領域の抵抗値はこれを前記エミツタ端子接
   続部と前記抵抗領域の特定の部分との間の金属層による
   抵抗値を考慮して選択することにより、特定の動作条件
   のもとでトランジスタ全体にわたつて所定の電流分布が
   得られるようにしたことを特徴とするバイポーラトラン
   ジスタ。