DE3017750A1 - Halbleiterbauelement mit mindestens einem bipolaren leistungstransistor - Google Patents

Halbleiterbauelement mit mindestens einem bipolaren leistungstransistor

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DE3017750A1 DE19803017750 DE3017750A DE3017750A1 DE 3017750 A1 DE3017750 A1 DE 3017750A1 DE 19803017750 DE19803017750 DE 19803017750 DE 3017750 A DE3017750 A DE 3017750A DE 3017750 A1 DE3017750 A1 DE 3017750A1
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Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH „ 9 PHD 8O-O4l
Halbleiterbauelement mit mindestens einem bipolaren Leistungstransistor
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement vom Planar-Epitaxial-Typ mit mindestens einem bipolaren Leistungstransistor, der aus mindestens einer Gruppe von Einzeltransistoren mit gemeinsamer Kollektor-, Basis- und Emitterzone besteht, die durch drei Leiterbahnen parallelgeschaltet sind, die die jeweiligen Emitter-, Basis- und Kollektorströme der Einzeltransistoren zusammenführen, wobei jeder Einzeltransistor einen Emitterbereich hat, der eine Emitter-Kontaktzone mit einem Emitterkontakt, mindestens eine aktive Emitterzone und eine Verbindungszone zwischen der Kontaktzone und der aktiven Zone aufweist.
Ein Halbleiterbauelement dieser Art ist aus der DE-OS 26 25 989 bekannt.
Bei bipolaren Leistungstransistoren tritt bei hoher Belastung, insbesondere bei einer hohen Kollektor-Emitter spannung, eine lokale Überhitzung im Zentrum des Transistors ein, die die Belastbarkeit des Transistors begrenzt.
Nimmt man einen solchen Leistungstransistor in eine monolithisch integrierte Schaltung auf, so ist es zweckmäßig, zur besseren Stromverteilung in dem großflächigen Leistungstransistor, die Emitter der Einzeltransistoren des Leistungstransistors so auszubilden, daß an allen Einzeltransistoren ein gleich großer, zusätzlicher Emitterwiderstand entsteht, der durch seine gegenkoppelnde Wirkung nahezu gleiche Ströme
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in den Einzeltransistoren erzwingt. Diese Emitterwiderstände müssen aber wegen des zusätzlichen Spannungsabfalls verhältnismäßig klein gehalten werden. Da die Wärmeabfuhr des großflächigen Leistungstransistors aber in seinem Randgebiet besser als in seinem Zentrum ist, bleibt hier eine Temperaturüberhöhung bestehen, die zusätzlich über die kleinere Basis-Emitter spannung des Einzeltransistors an dieser Stelle einen höheren Strom verursacht und damit den Effekt der Temperaturerhöhung im Zentrum noch verstärkt „
Aus der genannten DE-OS 26 25 9Ö9 war es bekannt, um Emitterstromungleichgewichte zu vermeiden, den Verbindungszonen der Emitterbereiche der Einzeltransistoren eine progressiv sich verändernde Breite zu geben.
Ein solches Vorgehen erfordert jedoch eine auf bestimmte Weise ausgebildete Emitterzone, d„h„ eine bestimmte Maske für die Emitterdiffusion.
Da jedoch ein Leistungstransistor der hier betrachteten Art, der in integrierten Schaltungen eingesetzt werden soll, in der Regel eine einmal festgelegte Konfiguration hat und die Wärmeabfuhr von der Lage dieses Transistors innerhalb der integrierten Schaltung abhängt, so wäre es erforderlich, für jeden Einsatz eines solchen Transistors in einer integrierten Schaltung eine neue Konfiguration der Emitterzonen festzulegen. Dies ist jedoch unrationelle
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß es auf einfache leise möglich ist, die Emitterwiderstände der Einzeltransistoren des Leistungs-
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y ty PHD 8o-o4bi
transistors so zu bemessen, daß sich, innerhalb dieses Leistungstransistors eine optimale Temperaturverteilung ergibt und eine unzulässige Temperaturerhöhung im Zentrum des Leistungstransistors sicher vermieden wird. 5
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontaktflächen der Emitterkontakte der Einzeltransistoren unterschiedlich groß gewählt sind.
Diese Lösung hat den großen Vorteil, daß es lediglich erforderlich ist, die Maske für die Oberflächenkontaktierung des Halbleiterbauelements, die ja auch die Lage der Emitterkontakte des Leistungstransistors mitbestimmt, zu verändern, um über die Werte der einzelnen Emitterwiderstände eine bestimmte Temperaturverteilung zu erreichen.
Das übrige lay-out des Leistungstransistors kann völlig unverändert bleiben.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert„ Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf den den Leistungstransistor enthaltenden Teil des Halbleiterbauelements nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie AA durch den in Fig. 1 dargestellten Teil,
Fig. 3 das vereinfachte Ersatzschaltbild eines 3& Emitterfingers des Leistungstransistors
nach den Fig. 1 und 2.
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Fig. 1 zeigt eine Draufsicht und Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Leistungstransistor in einem Halbleiterbauelement nach der Erfindung. Wie die Fig. 2 zeigt, besteht das Halbleiterbauelement vom Planar-Epitaxial-Typ aus einem P-leitenden Substrat 1, auf das eine N-leitende epitaktische Schicht aufgewachsen und zwischen diesen - in dem hier betrachteten Teil des Halbleiterbauelements - auf übliche Art \xnd Weise eine N-leitende vergrabene Schicht 2 erzeugt ist.
In der epitaktischen Schicht 3 sind durch eindiffundierte, N-leitende Kontaktzonen k, die bis zu der vergrabenen Schicht 2 reichen, drei langgestreckte, fingerförmige Kollektorzonen 5 begrenzt, die über diese Kontaktzonen k kontaktiert werden.
Weiter ist in jede dieser Kollektorzonen 5 eine P-leitende Basiszone 6 eingebracht und in jede dieser Basiszonen eine N-leitende Emitterzone 7·
Diese Emitterzone 7 ist, wie die Draufsicht in Fig. 1 zeigt, so, daß sie in jedem Emitterfinger 8, 9 und 10 in Fig, 1 eine Folge von gleichen, aufeinanderfolgenden, jeweils einen "Einzeltransistor" bildenden Strukturen aufweist. In jedem dieser Einzeltransistoren umfaßt die Emitterzone eine aktive Emitterzone 7a, eine Verbindungszone 7b und eine Emitterkontaktzone 7c.
Auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements sind die einzelnen Zonen über ihnen zugeordnete Leiterbahnen kontaktiert und zwar die drei Kollektorzonen 5 bzw. die Kollektorkontaktzonen't .über die sich in vier Finger lla bis lld aufteilende Leiterbahn 11. Die drei Basiszonen 6 sind über eine Leiterbahn 12 kontaktiert, die sich für jeden Emitter:^ finger in zwei Teilbahnen 12a und 12b aufteilt. Schließlich sind die Emitterzonen über eine Leiterbahn 13 kontaktiert, die sich ebenfalls in drei Teilbahnen 13a, 13b
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und 13c, je eine für jeden Emitterfinger aufteilt.
Durch diese Emitterkontaktbahnen wird nun jeder Einzeltransistor jedes Emitterfingers kontaktiert und zwar über eine Kontaktfläche 15, deren Größe für jeden Einzeltransistor dessen Emitterwiderstand bestimmt. Wird eine Kontaktfläche sehr klein gewählt, wie z.B. die Kontaktfläche 15a im mittleren Emitterfinger, so ergibt sich für den entsprechenden Einzeltransistor ein verhältnismäßig großer Emitterwiderstand und damit ein kleiner Strom. Wird dagegen die Kontaktfläche 15b (oben im ersten Emitterfinger) verhältnismäßig groß gewählt, so ist der Emitterwiderstand dieses Einzeltransistors klein und es kann in diesem Einzeltransistor ein größerer Strom fließen. Es ist sogar möglich, die Kontaktfläche 15c (siehe unten im ersten Emitterfinger) so groß auszubilden, daß sie sich über zwei Einzeltransistoren erstreckt, d.h. für diese Transistoren ein besonders niedriger Emitterwiderstand erreicht wird.
Lediglich durch Festlegen der Größe der Kontaktfenster für die Emitterkontaktbahn I3 ist es also möglich, die Kontaktfläche I5 für jeden Einzeltransistor so festzulegen,, daß sich ein bestimmter Emitterwiderstand und damit eine Stromverteilung ergibt, welche die sich aus der Lage des Leistungstransistors innerhalb der integrierten Schaltung ergebende Wärmeabfuhr so berücksichtigt, daß eine Temperaturüberhöhung im Zentrum des Leistungstransistors vermieden wird.
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Weiter kann bei der Festlegung der Größe der Kontaktflächen 15 und damit der Emitterwiderstände natürlich auch den Spannungsabfallen in den einzelnen Teilen der Emitterleiterbahn Rechnung getragen werden.
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fh
PHD 80-0*11
Weiter ist es möglich, bei der Festlegung der Größe der Kontaktflächen und damit der Emitterwiderstände und folglich der Temperaturverteilung im Leistungstransistor die Temperatureinflüsse von Bauelementen mit zu berücksichtigen, die in dem Halbleiterbauelement dem Ledstungstransistor benachbart sind.
Fig. 3 zeigt noch das vereinfachte Ersatzschaltbild eines Emitterfingers, von denen in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel jeder zwölf Einzeltransistoren umfaßt, von denen hier aber im Ersatzschaltbild nur neun dargestellt sind. Jeder der Einzeltransistoren ist hier in dem Ersatzschaltbild durch zwei Transistoren 20 und 21 dargestellt und die einzelnen auftretenden Widerstände durch drei Widerstände 22, 23 und 2k.
Der Transistor 20 ist dabei der Teil des Einzeltransistors, der von der äußeren Emitterzone 7a gebildet wird und der Transistor 21 entspricht der Emitterzone 7c
Der Widerstand 22 ist dabei der Basisbahnwiderstand des Teiltransistors 21 und der Widerstand 23 der Emitterwiderstand des Teiltransistors 20, dessen Größe hier durch die Größe der Emitterkontaktflächen 15 gewählt werden kann. Der Widerstand 2k ist jeweils der Bahnwiderstand der Emitterkontaktbahn 13 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einzeltransistoren.
R22 Die Widerstände 22 und 23 stehen in einem Verhältnis =±-
R21 von etwa 500 bis 1000 zueinander. Damit ist J
sichergestellt, daß der Stromfluß hauptsächlich über den Transistor 20 und den Widerstand 23 erfolgt. Die Stromverstärkung der Transistoren 20 und 21 liegt bei etwa 120.
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Claims (2)

  1. 301775Q
    PHD 80-0^1
    PATENTANSPRÜCHE:
    Halbleiterbauelement vom Planar-Epitaxial-Typ mit mindestens einem bipolaren Leistungstransistor, der aus mindestens einer Gruppe von Einzeltransistoren mit gemeinsamer Kollektor-, Basis- und Emitterzone besteht, die durch drei Leiterbahnen parallelgeschaltet sind, die die jeweiligen Emitter-, Basis- und Kollektorströme der Einzeltransistoren zusammenführen, wobei jeder Einzeltransistor einen Emitterbereich hat, der eine Emitter-Kontaktzone mit einem Emitterkontakt, mindestens eine aktive Emitterzone und eine Verbindungszone zwischen der Kontaktzone und der aktiven Zone aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen der Emitterkontakte der Einzeltransistoren unterschiedlich groß gewählt sind.
  2. 2. Halbleiterbauelement r-c.^-h Anspruch 1, dadurch
    gekennzeichnet, daß die Größe der Kontaktflächen se gewählt ist, daß die Emitterwiderstände der Einzeltransistor en im Zentrum des Bauelements größer als am Rand sind.
    3o Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Kontaktflächen so gewählt ist, daß die Spannungsabfälle in den Emitterleiterbahnen ausgeglichen werden.
    I1 # Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Kontaktflächen so gewählt ist, daß in den Bereichen des Leistungstraüsistors, denen Wärme erzeugende Bauelemente benachbart sind, eine geringere Verlustleistung erzeugt wird.
    130048/0031
    BAD ORIGINAL
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