CS245241B1 - Power transistor's contacts layout - Google Patents

Description

(54)

Uspořádání kontaktů výkonového tranzistoru

Účelem vynálezu je zvýšení odolnosti výkonového tranzistoru proti druhému průrazu · Uvedeného účelu se dosáhne uspořádáním kontaktů výkonového tranzistoru, které spočívá v tom, že vzdálenost hrany proužkového otvoru v krycí oxidové vrstvě pod souvislým metalizovaným kontaktem k bázové oblasti od hrany emitorového přechodu je v částech přilehlých k přívodnímu kontaktu funkční emitorové oblasti větší než v ostatních místech proužkového uspořádání struktury. Kromě uvedeného znaku předmětu vynálezu existují i další možné varianty·

Vynálezu lze využít u výkonových tranzistorů, především u tranzistorů s difuzní bází·

245 241

Výu£Lez se týká uspořádání kontaktů výkonového, tranzistoru, které řeší problém odolnostmi proti druhému . průrazu.

Charnakeristicým parametrem výkonového tranzistoru je maximální kolektorová ztráta, . což , je v podstatě výkon, který se při provozu tranzistoru měrní v teplo a který je dán velikostí procházejícího proudu kolektorovým přechodem při určiéém napětí mezi kolektorem a emitorejm. MaX-máliní velikost tohoto výkonu je závislá na konstrukčním uspořádání výkonového tranzistoru jako celku, přičemž se ·klade největší důraz na dokonalý odvod tepla z polovodičového čipu do okolního prostředí. Dckoonilý odvod tepla z čipu je · však podmíněn nutno£>tí homogenního rozložení teploty v ploše čipu v celém rozsahu provozních režimů výkonového tranzistoru, což je v praxi neuslkitečrntelné, nebolí rozložení proudu v objemu čipu výkonového tranzistoru , je již z principiálního hlediska nerovnoměrné. H^o^i^i^c^i^n^iáLní geommtrie čipu výkonových ·tranzistorů je charakteristická rozčleněnou proužkovou strukturou plochy emitoru a k ní rdpooíčterící proužkovou strukturou oblasti báze. Toto · uspořádání je nutné pro dosažení příznivého průběhu závislosti proudového zesilovacího činitele na tmtrI^c^\^é^m proudu, protože respektuje nepříznivý vliv vytlačování em-borového proudu na hrany emitoru v důsledku příčného odporu báze pod em. torem. Tento efekt je významný zejména u tranzistorů s difuzní bází, kde je příčný odpor báze výrazně závislý na velikosti napětí mezi kolektorem · a editorem. Mechanismus vytlačování proudu na hrany emtoru je jedním z hlavních mechanismů, ovlivňujících odolnost' výkonového tranzistoru proti druhému průrazu, protože .plocha a teplota tzv. horkých imst pod tm.trгem jsou funkcí příčného odporu báze.

- 3 245 241

Stejně závažným mechanismem s nepříznvvm vlivem na odolnost výkonového tranzistoru proti druhému průrazu se jeví parazitní ohřev části emitorové oblasti s přívodním kontaktem jako důsledek velké proudové hustoty em.torového proudu v mmstě na- kontaktovaného přívodu k emtoru. Ohřevem této části eimtoru procházejícím proudem dochází ke vzniku dalšího nerovnoměrného rozložení teploty v horizontální rovině čipu, což spolu s kladnou tepelnou zpětnou vazbou způsobuje podstatné zvýšení teploty čipu pod em.toroAým přívodem a tím i vznik úzce lskaizoovaného horkého msta, které má za následek zhoršení odolnosti výkonového tranzistoru proti druhému průrazu zejména v režimech s velkými. emiton:vými proudy, t.j. při milých napětích mezi emitorem a kolektorem nebo v pulsrrm provozu. Protože k porušení funkce tranzistoru druhým průrazem dojde při lokálním překročení intrinsické teploty v bázové vrstvě, je výše popsaný m^c^l^ž^nis^mus významný zejména u výkonových tranzistorů s milo dotovanou bázovou vrstvou. Tato skutečnost spolu s nerovnoměrným rozložením koncentrace příměsí v bázové vrstvě je hlavní příčinou.nízké sdolnosíti výkonových tranzistorů s difúzní bází proti druhému průrazu ve srovnání s výkonovými tranzistory s homogenní nebo epitaxní bází.

Známé způsoby, obecně zlepšující odolnost proti druhému průrazu omezením velikosti příčného odporu báze ' pod emito^m /zvýšení koncentrace aktivních příměsí v bázi, zvětšení tloušťky báze/, jsou účinné pouze v oblasti působení mechanismu svazkování eMtorového proudu. Vliv horkého mí^^ta pod emit ořovým přívodem lze ommezt například několikanásobným přívodem k emtoru nebo použitím mnohaeimtorové struktury s vyrovnávacími odpory. Tato opatření však vyžadují buď složitější technologický postup nebo větší pracnost, takže se ' výroba prodražuje.

Výše'uvedené nedostatky jsou podstatně omezeny uspořádáním kontaktů výkonového tranzistoru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vzdálenost hrany proužkového otvoru v krycí oxidové vrstvě pod souvislým metalízováným kontaktem k bázové sM-asti od hrany emitorového přechodu je v částech přilehlých k přívodnímu kontaktu funkční em-torové 1Ыаз±1 větší než v ostatních místech proužkového uspořádání struktury.

Vzdálenost hrany proužkového otvoru v krycí oxidové vrstvě pod souvislým metalizovaným kontaktem k bázové 1Ыаз11 od hrany emitorového přechodu je v částech přilehlých k přívodnímu kon- 4 245 241 taktu funkční emtorové oblasti největší a postupně se zmenšuje s rostoucí vzcdáLeností ostatních mst proužkového uspořádání struktury od msta přívodního kontaktu k funkční emtorové oblasti.

Proužkové otvory v krycí oxidové vrstvě pod souvislém metalioovaným kontaktem k bázové ob-asti jsou vytvořeny soustavou vzájemně oddělených jectooduchých geometrických obrazců, například obdélníků, jejichž plocha je nejmenší a vzájemná vzdálenost největší v Částech přilehlých k přívodnímu kontaktu funkční editorové oblasti a plocha těchto obrazců se postupně zvětšuje a ' jejich vzájemná vzdálenost zmenšuje s rostoucí vzdáleností ostatních m_St proužkového uspořádání struktury od místa přívodního kontaktu k funkční emtorové oblaati.

Podstata vynÚLezu spočívá v smezení vlivu kladné tepelné zpětné vazby na ohřev emitorové obb.asti pod přívodem k emitoru tím způsobem, že zvětšená vzdálenost hrany proužkového otvoru v krycí oxidové vrstvě pod souvislým metalioovaným kontaktem k bázové oblasti od hrany emtorového přechodu v částech přilehlých k - přívodnímu kontaktu funkční editorové oMasti má za následek zvýšení povrchového odporu této části báze a tím i zmenšení proudového zesilovacího činitele. Rozložení proudu v ploše trarzisoroového čipu pak nen homogenní, - ale v okolí emtorového přívodu je hustota proudu a tudíž i oteplení v důsledku tranzistorového jevu mmnší- než v ostatních částech čipu. Tím se do určité mry kombinuje - paradLtní ohřev msta pod editorovým přívodem, což ve svém důsledku přispívá k hreergtizaci teplotního pole v ploše čipu. Vhodným geometrickým uspořádáním kontaktní struktury bázové oH.asti v ostatních místech - čipu /délka a šířka proužkových otvorů v krycí oxidové vrstvě pod souvislým metaliovvaým - kontaktem/ lze účinnost popsaného uspořádání dále zvýšt. Kosticieat vidcLL(эnosti hrany proužkového otvoru v krycí oxidové vrstvě pod souvislým mmtalizovaným kontaktem k bázové obbasti od hrany emtorového přechodu v částech přilehlých k přívodnímu kontaktu funkční editorové vrstvy proti této vzdálenosti v ostatních místech struktury závisí na velikosti koncentrace aktivních příměsí v povrchové vrstvě báze a v praxi se pohybuje v rozmezí od 1,2 do 3,5.

Vynález zvyšuje odolnost výkonových tranzistorů proti druhému průrazu při zachování stávajících technologických postupů

245 241 a stejné úrovně pracnosti. U výkonových tranzistorů s dilUzní bází se dosáhne zvýšení sdoSnosti prsti druhému průrazu na úroveň srovnatelnou s odolnootti tranzistorů s epitaxní bází při současném posuinití redukce povolené kolektorové ztráty k vyšším napětím mezi kolektorem a emtor^e^m a zachování výhodných proudových i dynam.ckých parametrů výkonového tranzistoru.

Příklady uspořádání kontaktů výkonového tranzistoru podle vynálezu jsou znázorněny na připojených obrázcích 1 až 4, kde na obr. 1 je pohled na klasickou proužkovou strukturu.výkonového tranzistoru s vyznačenou dotčenou vynálezem. Na obr. · 2 je detail uspořádání proužkové struktury se zvětšenou vzdáleností hrany proužkového otvoru v krycí oxidové vrstvě pod souvislým metalioovanýfo kontaktem k bázové oblasti od hrany emitorového přechodu, na obr. 3 je deta.1 uspořádání proužkové struktury s proměnnou vzdáleností hrany proužkového otvoru v krycí oxidové vrstvě pod souvislým metalizovaným kontaktem k bázové oblasti od hrany em^^toruvého přechodu a obr. 4 znázorňuje detail uspořádání proužkové struktury, kde jsou proužkové otvory v krycí oxidové vrstvě pod souvislý metalizoraným kontaktem k bázové oUbLasIbi vytvořeny soustavou vzájemně oddělených jednoduchých geometrických obrazců, např. obdélníků.

Na obr. 1 ,je pohled na klasickou proužkovou strukturu čipu výkonového tranzistoru s em-tonovými proužky 2 odpovócdijícími proužkovými otvory 2 v krycí oxidové vrstvě pod souvislým meta-

l.zooa^jým kontaktem £ k bázové oblasti, s vyznačením hrany emLtorového přechodu 4 a s přívodním kontaktem 5 k funkční emtorové oblasti.

Na obr. 2 je detailní pohled na část proužkové struktury čipu výkonového tranzistoru' z obr. 1, kde je znázorněna vzdálenost d mezi hranou proužkových otvorů 2 v krycí oxidové vrstvě pod souvislým metalioovaným kontaktem 3 k bázové . oblasti a hranou emtorového přechodu 4 a zvětšení této ozdálenosti na 1,2 až 3,5 d v části přilehlé k přívodnímu kontaktu 5 emi-torové funkční sblasti.

Na obr. 3 je detailní pohled na část proužkové struktury čipu výkonového tranzistoru z obr. 1, kde .je znázorněna proměnná vzdálenost d mezi hranou proužkových otvorů 2 v krycí oxidové vrstvě pod ' souvislým metalioovaným kontaktem 2 k bázové ob- 6 245 241 lasti a hranou emitorového přechodu 4, přičemž tato vzdálenost je největší v části přilehlé к přívodnímu kontaktu 5, emitorové funkční oblasti a postupně se zmenšuje s rostoucí vzdáleností ostatních míst proužkového uspořádání struktury od místa přívodního kontaktu 5, к funkční emitorové oblasti.

Na obr. 4 je detailní pohled na část proužkové struktury čipu výkonového tranzistoru z obr. 1, kde jsou proužkové otvory v krycí oxidové vrstvě pod souvislé metalizované kontaktem к bázové oblasti vytvořeny soustavou vzájemně oddělených jednoduchých geometrických obrazců 6, v tomto případě obdélníků, jejichž plocha je nejmenší a vzájemná vzdálenost největší v částech přilehlých к přívodnímu kontaktu 5 funkční emitorové oblasti a plocha těchto obrazců se postupně zvětšuje a jejich vzájemná vzdálenost zmenšuje s rostoucí vzdáleností ostatních míst proužkového uspořádání struktury od místa přívodního kontaktu í> к funkční emitorové oblasti.

Vynález nalezne uplatnění u výkonových tranzistorů, zejména u výkonových tranzistorů s difuzní bází pro všechny aplikace s vysokéi nároky na odolnost proti druhému průrazu.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT V

   YNÁLEZ.U

   245 241 tranzistoru s proužkově členěa proužkovými otvory v krycí

   Uapořádání kontaktů výkonového nou funkční emtorovou oMas^tí oxidové vrstvě pod souvislým metalioované kontaktem k bázové obb-aati, které proužkové čáati funkční emtorové oHaslbi obklopují, vyznačené tím, že vzdáLenost hrany proužkového otvoru /2/ v krycí oxidové vrstvě pod souvislým metalioovaným kontaktem /3/ k bázové oblastti od hrany emtorového přechodu /4/ je v částech přilehlých k přívodnímu kontaktu /5/ funkční emitorové , oblasti větší než v ostatních lstech proužkového uspořádání , struktury.
2. 2.

   Uspořádání kontaktů výkonového tranzistoru podle bodu 1 vyznačené tím, 'že vzdálenost hrany proužkového otvoru /2/ v krycí oxidové vrstvě pod souviáLým metalioované kontaktem /3/ k bázové oblasti od hrany eMtorového přechodu /4/ je v částech přilehlých k přívodnímu kontaktu /5/ funkční eě^tor^ové oblasti , největší a postupně se zmenšuje s rostoucí vzdáienootí ostatních mst proužkového uspořádání struktury od místa přívodního kontaktu /5/ k funkční emi^rové oWaati.
3. 3.

   Uspořádání kontaktů výkonového tranzistoru podle bodů, 1 a 2 vyznačené tím, že proužkové otvory v krycí oxidové vrstvě pod souvislým metalioované kontaktem /3/ k bázové oblasti jsou vytvořeny soustavou vzájemně oddělených jednoduchých geometrických obrazců /6/, například obdélníků, jejichž plocha je nejmenší a vzájemná vzdálenost největší v částech přilehlých k přívodnímu kontaktu /5/ funkční emitorové oblasti a plocha těchto obrazců se postupně zvětšuje a jejich vzájemná vzdálenost zmenšuje s rostoucí vzdálenootí ostatních mst proužkového uspořádání struktury od místa přívodního kontaktu /5/ k funkční emitorové oblasti.