DE1539860A1 - Emitterstruktur eines Leistungstransistors - Google Patents

Description

• Emitterstruktur eines Leistunestrarisistors Die Belastbarkeit von Leistungstransistoren wird in der Praxis meist durch den sogenannten zweiten Dur,caibr>lieti (secondary breakdowri) begrenzt. Dieser tritt unterhalt> der theoretischen maximalen Verlustleistung vor allem dann auf, wenn durch ungleichmässige Temperaturverteilung sich einzelne Stellen bevorzugt aufheizen (hot Spots) und schliesslich 3n den Temperaturbereich der Eigenleitung geraten, wo der Strom wegen des positiven Temperaturkoeffizienten der Leitfähigkeit plötzlich Lawinenartig anwächst und sehr rasch zur Zerstörung des Transistors führt. Ungleichmässige Erwärmung als Folge ungleichmässiger Stromverteilung in der Emitterzone wird durch die bei Leistungstransistoren übliche geometrische Anordnung der Emitterzone in ungünstiger Weise gefördert. Da die Gesamtetrombelastbarkeit des Transistors mit der Länge der Emitterzonenraridlinie-wüchst, werden die Exnitterzonen von Leistungstransistoren meist kammförmig, oder ähnlich ausgebildet, wie beispielsweise aus der französischen Patentschrift 1 358 189 bekannt war. Dabei sind die einzelnen Emitterzonen der gesamten Struktur bandförmig ausgebildet. Dadurch kommt man für einen Transistor mit einem Minimum an Fläche aus, was für den Hersteller aus Kostengründen stets erwünscht ist, Die Ursache dafiir, dass der maximale Strom durch die Länge der Emitterzonenrandlinle, und nicht durch die 19mitterzonenfläche bestimmt wird, Ist bekanntlich in dem Spartrrurigsabfall zu suchen, der In der inneren (aktiven) Bali s:-@n°,: durch den ßasisstrcm entsteht und durch den der imitterstrom zum Emitterzonenrand hin verdrängt wird. Die resultierende Aufteilung der Emitterzonenfläche in Teile geringer Stromdichte lm Inneren und in solche hoher Stromdichte ain Bernd führt aber auch zu elektriecheri, sehr unerwünschten Effekten. ha der innere Teiltransistor mit wachsendem UCE später aus der Sättigung herauskommt als vier äussere 'reiltransistor# am Rand, erhält man eine Gesamtkennlinie 10(UOE) mit Zwei Knicken und mit zwei Steigungen Im Sättigungsbereich. Entsprechend seiner Entstehung kann diesem Fffekt dadurch entgegengewirkt werden, da-;s man die Breite der diffundierten Emitterzonenstreifen. so schmal wie möglich macht, d.h. so schmal.
• wie es die Technologie erlaubt.
• Die die Emitter- und Basiszonen kontaktierenden ketallschichten, die ztt beiden :leiten der Randlinie der diffundierten Emitterzonen Folgen, sind bei derartigen Strukturen mit bandfürmIgen Emitterzonen wie zwei ineinandergraitende Kämme angeordnet. Derartige Strukturen sind beispielsweise aus der Zeitschrift "EleetronicB" vom 29.9.61, Seiten 106-10ß, als "interdigitated struetures" bekannt. Je länger und je schmäler die einzelnen bandförmigen Emitterzonen (Pinger) solcher Strukturen sind, desto besser könnte man die zur Verfügung stehende Fläche ausnutzen, wenn nicht gleichzeitig der Spannungsabfall entlang den einzelnen kontaktierenden Metallschichten, begünstigt durch die steile Emitterkennlinie, in steigendem Masse zu ungleichmässiger Strombelastung der Emitterzonenrandlinie führen würde.- Bei sehr feinen Kamm- oder Pingerstrukturen ist nämlich die Dicke der kontaktierenden Metallschicht und damit ihr £#'lKchenleitwert aus technologischen Gründen leichter blaskierbarkeit begrenzt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die zuletzt geschilderten nachteiligen Wirkungen von Strukturen mit bandförmis;en fimitterzonen, insbesondere von Kamm- oder Fingerstrukturen, auszuschalten und damit die Möglichkeit zu schaffen, ihre Wirt;-schaftl.ichen und technischen Vorzüge voll auszunutzen.
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Emitterstruktur eines Leistungstransistors mit mindestens einer bandförmigen Emitterzone, die mittels einer die Emitterzone aber deren Verlauf in Längsrichtung kontaktlerende Metallschicht mit; einem Frnitterkont:akt verbunden ist. Die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Emitterstrukturen werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass die Emitterzone über ihren Verlauf mit der Metallschicht mittels einer Widerstandsschicht mit vom Emitterkont,akt abnehmendem Widerstand zur rrnitterzone verbunden ist, so dass Uber dem Verlauf der Emitterzone ein konstantes elektrisches Potential angenähert wird.
• Im einzelnen wird mit der Emitterstruktur nach der Erfindung folgendes erreicht: (1) Verringerung der Breite der diffundierten bandförmigen Bmitterzonen bis zur Grenze der technologischen Möglichkeiten, (2) gleiche Strombelastung längs der Emitterzonen, und (3) eine gleichmässige Stabilisierung der einzelnen Emitterzonenabsehnitte durch gleichmässig verteilte Wider-standsbelastung.
• Zwar war aus der obengenannten französischen Patentschrift, 1 358 189 bereits die fimitterstruktur eines Leistungstran- sistors bekannt, bei dem eine Stabilisierutil; durch eine Widerstandsschicht oder einzelne Widerstände zwischen dem Enitterkontakt und den einzelnen Emitterzonenabachnitten von bandförmigeT, Emitterr:onen erreicht wird. Dabei wird die Wideretandsschicht aber senkrecht zur Flächenausdehnung vom Emitterstrom durch- flossen; sie weist auch über dem Verlaus' der Emitterzone keinen abnehmenden Widerstand zwischen dem Emitterkontakt und der Eaitterzone auf. Das Problem einer gleichen Strombelastung längs einer bandförmigen Ernitterzone wird in der französischen Patent- schrift nicht erwähnt.
• Der Erfindungsgedanke soll nun anhänd des Ausführungebeispiels der Zeichnung erläutert werden. Das Ausführungebeispiel be- trifft eine Emitterstruktur mit bandförmigen Emitterzonenabschnitten in Form von gestreckten Rechtecken. Die Erfindung kann selbstverständlich auch angewendet werden auf Emitterstrukturen mit in der Ebene der Halbleiteroberfläche irgendwie gebogenen bandförmigen Emitterzone beispielsweise auf einer Emitterstruktur mit ringförmigen Emitterzonen bzw. Emitterzonenabschnitten.
• In der Zeichnung bedeuten die Figur 1 ausschnittsweise eine Enitterstruktur nach der Erfindung mit bandförmigen Emitterzonen in form von gestreckten Rechtecken, und die Figur 2 ausschnittsweise den Querschnitt A-A aus der Figur 1 senkrecht zur Oberfläche des plattenförmigen Halbleiterkörpers.
• Zwei im Abstand 2a L parallellaufende, sehr schmale diffun- dierte Emitterzonen 1 der Länge L %erden durch eine Metall- schicht 2 auf der Isolierschicht 4, vorzugsweise in Form einer Oxydschicht, über die Widerstandsschicht 3 gemeinsam kontaktiert. Metallschicht 2 und Widerstandsschicht 3, die aus einem Metall bestehen kann, weisen unterschiedliche Aus- dehnungen und Sehichtleitwerte auf. Die höherohmige- Widerstandsschicht 3 mit dem spezifischen Schichtwiderstand ?ei erfüllt das ganze Rechteck (2a L mal L) zwischen den Emitterkontaktfenstern 7, Die n-ederoiimige--Metallschicht 2 mit dem spezifischen Schiehtwiderstarid V$2 Ist - symmetrisch zur Mittellinie - darübergeschichtet. Auf der :reite der Stromzuführung über den Emitterkontakt 5 hat diese Schicht die Breite 2a09 am fernen finde dagegen die grössere Breite 2a11. Dia Randlinie der Metallschicht gehorcht der Beziehung Damit raun a(L) - aL wird, muss das Verhältnis der Schichtleitwerte gemäss der Gleichung gewählt werden. Auf diese Weine wird erreicht, dass in guter Näherung im Ab-stand aL zu beiden Seiten der Mittellinie a - 0 konstantes Po- tential herrscht, bezogen auf den Punkt x = 0. Dieses Potential ist gegeben durch

  Man erhält zum Beispiel rs t ffs L = 133 und U0 - 2,4 mV,

  wenn aL .. 60,u, a0 = 30/u, L « 500/u, @0, - 2 Ohm, und ein

  Strom 1E0 = 48 mA vom Bmitterkontakt 5 angenommen wird. Die

  gewünschten Schichtwiderstände @$1 und @ß2 erhäl#mn durch

  geeignete Wahl der Schichtdicken und/oder durch die Wahl den

  Materials.

  Die Flasiakoritaktstreifen 6 können an sich in ähnlicher Weise gestaltet werden wie die Schichtcri der Emitterstruktur, jedoch ist dies im allgemeinen überflüssig, da gewcihnli:-h ein Bereich der* diffundierten Basiszone 8 von genügender Breite zwischen (lern Dasiskontaktstreifen 6 und, dem Emitterilbergarig 10 liegt. Der Sahichtwiderstand der Basiszone ß ist wesentlich grösser als ,ler Schichtwiderstand der Emitterzorie 1 oder der der hochohmigen Widerstandsschicht (9,l). Daher würde der nach (1) fiIr ein konstantes Potential notwendige Verlauf a(x) der Randl inie des Il3siskontaktstreifens 6 mir unmerklich von einer Parallelere zu a. = al abweichen.
• Es ist natürlich ohne weiteres möglich, die hochohmige Widerstandsschicht 3 beidseitig um einen Streifen gleicher Breite zu verbreitern, um die Stabilisierungswirkung des vorgeschalteten Widerstands noch zu erhöhen.
• Verzichtet man auf die Vorteile, die sich aus der üerabsetzung der Breite der diffundierten Emitterzonen ergeben, so lässt sich der Erfindungsgedanke in sehr einfacher Weise realisieren. Man erhält dann immer noch den Hauptvorteil gleichmäaaiger Strombelastung der Eanitterzonen. Dazu werden Emitterzonen in der ganzen Breite 2a1 diffundiert. Die Funktion der hochohmigen Widerstandsschicht 3 übernimmt jetzt die diffundierte Emitterzone selbst (#j9l =sg)# In die über ihr liegende Oxydschicht wird ein Kontaktfenster geätzt, das so gestaltet ist, dass mindestens der Rand der niederohmigen Metallschicht (fs2) mit der fialbleiteroberfläohe in Kpntakt kommt. Es eist dabei vorteilhaft, unter der Metallschicht randeinwärts das Oxyd zu belassen, damit die-oben beschriebenen, schädlichen Wirkungen breiter fmitterzonen wenigstens teilweise vermieden werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Emitterstruktur eines Leistungstransistors,mit mindestens einer bandförmigen Emitterzone, die mittels einer die B@nitterzone über deren Verlauf in Längsrichtung kontaktierende Metallschicht mit einem Emitterkontakt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dann die Emitterzone (1) über ihren Verlauf mit der Metallschicht (2) mittels einer Widerstandsaohieht (3) mit vom Emitterkontakt (5) abnehmendem Widerstand zur Emitterzone(I) verbunden ist, so dann Über dem Verlauf der Emitterzone (1) ein konstantes elektrischen Potential angenähert wird. z. Bmitterstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dann die Emitterzone (1) Über ihren Ver- lauf mit der Metallschicht (2) mittels einer Wi- derstandsschicht (3) konstanten Sehichtleitwerts mit vom Emitterkontakt (5) abnehmendem Abstand zur Emitterzone (1) verbunden ist. 3. 3mitterstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterzone (1) die Form einen gestreckten Rechtecks aufweist. @1. Emitterstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Breite der Metallschicht (2) von Emitterkontakt (5) zunimmt. 5. Emitterstruktur nach Ansprüchen 1 bis 4, da- durch gekennzeichnet, dass die Widerstands- schicht (3) mit der Metallschicht (2) über einer Isolierschicht (4) auf dem Halbleiter- körper der Leistungstransistors verläuft und die Isolierschicht (4) über dem Verlauf der Emitterzone (1) letztere kontaktierend durch- dringt. 6. Emitteratruktur nach Ansprüchen 1 bis 5, da- durch gekennzeichnet, dass die Metallschicht(2) zwei benaohbarte Emitterzonen (1) symmetrisch über deren Verlauf kontaktiert (Figur 1 und 2). Emitterstruktur nach Anspruch 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine Vielzahl gemeinsam kontäktierter Emitterzonen-Paare (1) zu einer kammförmigen Struktur zusammengesetzt sind. B. Fmitterstruktur nach Anspruch 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die beiden Emitterzonen (1) zu einer gemeinsamen, die beiden Emitterzonen und den Raum zwischen diesen ausfüllenden Zo- nen zusammengefasst sind, welche mit zunehmen- der Breite der Metallschicht (2) vom Emitterkontakt (5) ausgehend die Zone zumindest an der Berandung der Metallschicht (2) kontaktiert, so dass Teile der Zone die Funktion der Wider- standsschicht (3) übernehmen.