DE3343632A1

DE3343632A1 - Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE3343632A1
Application number: DE19833343632
Authority: DE
Inventors: Henricus Theodorus Jacobus Nijmegen Tacken
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-12-17
Filing date: 1983-12-02
Publication date: 1984-06-20
Anticipated expiration: 2003-12-03
Also published as: GB2133619A; CA1204521A; FR2538168A1; US4642668A; IT8324175A1; IT1172446B; FR2538168B1; JPH0420264B2; JPS59117263A; DE3343632C2; NL8204878A; GB2133619B; IT8324175A0; GB8333233D0

Description

PHN 10.522 /r 22.8.83

"TIa Ib leiteranordnung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine

Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper mit mehreren Oberflächengebieten mit Halbleiterelementen, wobei im Betriebszustand die Oberflächengebiete nahezu gleichzeitig eine gegenüber übrigen Teilen des Halbleiterkörpers relativ hohe Verlustleistung aufweisen.

Die genannten Oberflächengebiete mit hoher Verlustleistung können beispielsweise Teile eines Leistungstransistors sein, wobei dieser Leistungstransistor in eine Anzahl Teiltransistoren aufgeteilt ist um das thermische Verhalten des Transistors zu verbessern. In derartigen Leistungstransistoren wird der Emitter oft durch eine Reihe fingerförmiger Gebiete gebildet, weiter als Emitterfinger bezeichnet, die sich parallel

zueinander und in einer Richtung quer zu der Längsrichtung der Reihe in einer Basiszone des Transistors erstrecken.

Bekanntlich wird in bipolaren Transistoren bei grösseren Strömen der grösste Teil des Emitterstromes in die Basis injiziert und zwar über diejenigen Teile des Emitter-Basis-Überganges, die dem Basiskontakt am nächsten liegen. Teile des Emitter-Basis-Uberganges, die weiter von dem Basiskontakt entfernt sind, sind nicht oder kaum effektiv und zwar durch Spannungsverluste in der Basis. Dadurch, dass der Emitter aufgeteilt wird, kann für den Basiskontakt eine derartige Konfiguration gewählt werden, dass ein Emitter-Basis-Ubergang mit einer auch bei grösseren Strömen relativ grossen injizierenden Oberfläche erhalten wird. Der Basiskontakt kann dabei beispielsweise in Form einer Anzahl Basiskontaktfinger ausgebildet werden, die interdigital zwischen den Emitterfingern liegen.

Leistungsxransistoren, wie obenstehend

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Pl-IN IO.522 Z 22.8.83

beschrieben, sind oft mit Widerständen in dem Emitteroder Basisanschluss versehen und zwar zur Vermeidung¹ des sogenannten Durchbruches zweiter Art bzw. "second breakdown". Dieser Effekt kann auftreten infolge einer ört-5

liehen Temperaturerhöhung des Emitter-Basis-TJberganges.

An der Stelle, wo eine derartige, auch nur geringfügige Temperaturerhöhung auftritt, wird der Emitterstrom an dem Emitter-Basis-Ubergang zunehmen. Dies führt zu einem örtlichen Anstieg der Verlustleistung und damit zu einem weiteren Temperaturanstieg. Auf diese Art und Weise kann ein Lawineneffekt entstehen, der zu einem Durchbruch führt, der die Vernichtung des Transistors herbeiführen kann- Wenn nun beispielsweise in der Emitterstrecke des Transistors Widerstände (verbunden mit den Emitterfingern) vorgesehen werden, wird erreicht, dass bei einer etwaigen örtlichen Temperaturerhöhung und der damit in erster Linie einhergehenden Stromerhöhung die Vorwärtsspannung am Emitter-Basis-Ubergang und damit der Emitterstrom an diesem Emitter-Basis-Ubergang verringert wird.

Um eine möglichst optimale Sicherung gegen "second breakdown" für den gesamten Arbeitsbereich, in dem der Transistor betrieben werden können muss zu

erreichen, sind relativ hohe Widerstände erforderlich.

Oft sind jedoch die Betriebsumstände derart, dass viel niedrigere Widerstandswerte ausreichen, wie dieser der Fall ist, wenn der Strom gross und gleichzeitig der Spannungsabfall am Widerstand niedrig sein muss. Im allgemein-30

en lässt sich daher sagen, dass das Wählen bestimmter

Widerstandswerte im Hinblick auf sehr bestimmte Betriebsumstände des Transistors kein optimales Funktionieren des Transistors unter anderen Betriebsumständen gewähr-3g leisten kann.

Es hat sich herausgestellt, dass eine ähnliche Ursache für "second breakdown" in der nicht einheitlichen Tempera türverteilung liegt, die im Betrieb im Transistor

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PHN 10.522 2Γ 22.8.83

'S-

entsteht. So hat es sich herausgestellt, dass ohne Sondermassnahmen die Temperatur eines Transistors am Rand niedriger ist als in der Mitte. Dadurch wird im allgemeinen "second breakdown" eher in der Mitte als an Rand des Transistors auftreten. In der US Patentschrift 3.704.398 wurde bereits vorgeschlagen, in diesem Zusammenhang den Abstand zwischen benachbarten Emitterfingern in der Mitte des Transistors gegenüber dem Abstand zwischen

benachbarten Emitterfingern am Rand des Transistors zu 10

vergrössern. Dadurch, dass die Abstände zwischen den Emitterfingern auf geeignete ¥eise gewählt werden und damit die Wärmewiderstände zwischen den jeweiligen Emitterfingern, kann eine bessere Temperaturverteilung

_tr im Transistor erzielt werden.

Eine andere Lösung, die weniger Raum beansprucht, wird in der DE-OS 28 22 166 der Anmelderin vorgeschlagen. Dabei wird in einem Transistor ein regelmässigerer Temperaturverlauf erhalten und zwar dadurch, dass für die Emitterfinger unterschiedliche Längen gewählt werden, so dass infolge ungleicher Verlustleistung in den Emitterfingern in der Längsrichtung (quer zu den Emitterfingern) die Einheitlichkeit in der T_emperaturverteilung über den Transistor verbessert wird.

Wie obenstehend erwähnt, kann für grosse

Leistungen ein Transistor in eine Anzahl von Teiltransistoren aufgeteilt werden. Diese Teiltransistoren können dabei wieder eine Struktur aufweisen mit ungleichen Längen der Emitterfinger, beispielsweise derart, dass die Länge der Emitterfinger vom Rand des Transistors zu der Mitte hin, abnimmt. Aus Vers'uchen hat es sich jedoch herausgestellt, dass namentlich bei derartigen Transistoren für hohe Leistungen, wobei, zwecks einer

s

ausreichenden Stromkapazität bei niedriger pannung, der Transistor in einer Vielzahl Teiltransistoren aufgeteilt ist, dennoch thermische !Instabilitäten auftreten

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- 4.

können, die zu dem genannten "second breakdown"—Effekt führen können. Auch aus Infrarot-Messungen, bei derartigen Halbleifceranordnungen mit mehreren Teilgebieten mit

Verlustleistung stellt es sich heraus, dass der Temperatur-5

verlauf über den Halbleiterkörper nicht optimal ist.

Eine erste Lösung dieses Problems liegt in der Verwendung von Emitterreihenwiderständen (oder in der Vergrösserung bereits vorhandener Emitterreihenwiderstände). Die Nachteile der Verwendung von Emitter-10

reihenwiderständen sind obenstehend bereits beschrieben.

Eine weitere Lösung lässt sich darin finden, dass man bei Verwendung von Emitterfingern unterschiedlicher Länge für diese einen mehr hervorgehobenen Verlauf wählt (beispielsweise noch kürzere ^inger in der Mitte). Weil jedoch für dieselbe Strommenge die gesamte Emitterlänge dieselbe bleiben muss, würde dies bereits zu noch mehr Teiltransistoren führen, wobei der Temperaturverlauf über den Halbleiterkörper sich eher verschlechtern würde.

Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine Halbleiteranordnung der eingangs erwähnter Art zu schaffen, wobei die Probleme des "second breakdown" besser unterdrückt sind als bei den bekannten Strukturen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dies derart erreicht werden kann, dass die gegenseitige Geometrie der Teilgebiete mit Verlustleistung derart gewählt wird, dass ein einheitlicherer Temperaturverlauf über den ganzen Halbleiterkörper erhalten wird.

³^ Eine erfindungsgemässe Halbleiteranordnung

weist dazu das Kennzeichen auf, dass eine Anzahl Oberflächengebiete mit nahezu derselben Verlustleistung und Oberfläche zwischen zwei sich parallel zueinander erstreckenden Rändern des Halbleiterkörpers längs einer

Linie quer zu diesen Rändern nebeneinander liegen mit nahezu gleichen gegenseitigen Abständen zwischen den Oberflächengebieten, während an der Stelle der Ränder

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der Abstand eines Randes des Halbleiterkörpers von

■ einem benachbarten Oberflächengebiet der Hälfte des gegenseitigen Abstandes zwischen zwei benachbarten

Oberflächengebieten nahezu entspricht. 5

j Dadurch, dass die Ränder des Halbleiterkörpers

für die aufgebrauchte Energie gleichsam Spiegelebenen bilden, kann zum guten Verständnis der Erfindung die Struktur gleichsam zu beiden Seiten ausgebaut gedacht werden. Dabei entsteht eine Struktur mit Oberflächen-

gebieten mit gleicher Grosse und gleicher Verlustleistung, , die in einheitlichen Abständen liegen. Dies führt zu einer einheitlichen Temperaturverteilung. Es sei bemerkt, dass für ein mathematisches Modells eines Transistors

,_ mit idealem thermischem Verhalten in dem Artikel "Anomalous

current distributions in power transistors", in "Solid State Electronics", 1977, Heft 20, Seiten 635-640, ein Transistor beschrieben ist, bei dem die Emitterfinger in gleichem Abstand voneinander und die äusseren

2Q Emitterfinger im halben Abstand vom Rand liegen.

Das Verdienst der Erfindung besteht u.a. darin, dass dieser Struktur, die nur zur Darstellung eines theoretisch-mathematischen Modells dient, wobei nur die Temperaturverteilung in einem Transistor mit identischen Emitterfingern beschrieben wird, eine praktische Lösung entnommen wird für eine Halbleiteranordnung, die mehrere Oberflächengebiete mit einer relativ hohen Verlustleistung aufweist.

Trotz des Umstandes, dass es jetzt einen allgemeinen Trend gibt zum Verringern der Oberfläche von Halbleiterkristallen, wird hier bewusst der Rand in relativ grossem Abstand vom R;ind des äussersten Oberflächengebietes mit Verlustleistung gewählt mit der Folge eines grossen Abstandes zwischen unterschied-

liehen Oberflächengebieten. Dennoch stellt es sich heraus, dass diese in erster Instanz nachteilige Massnahme (Vergrosserung der Oberfläche) vorteilhafte Folgen hat.

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Es zeigt sich nämlich, dass diese Massnahme einen sehr günstigen Temperaturverlauf über den Halbleiterkörper verursacht, was beispielsweise im Fall von Leistungstransistoren die Gefahr vor "second breakdown" wesentlich verringert. Ausserdem kann die zusätzliche Oberfläche in verwickeiteren Halbleiteranordnungen für Elemente mit geringer Verlustleistung benutzt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer

erfindungsgemässen Halbleiteranordnung weist das Kenn-

zeichen auf, dass die Oberflächengebiete Teiltransistoren eines Leistungstransistors enthalten mit einem an die Oberfläche grenzenden Emitter eines ersten Leitungstyps, mit einer ebenfalls an die Oberfläche grenzenden Basis entgegengesetzten Leitungstyps und mit einem an die

Basis grenzenden Kollektor vom ersten Leitungstyp, wobei der Emitter wenigstens im wesentlichen durch eine einzige Reihe fingerförmiger Gebiete vom ersten Leirungstyp gebildet wird, weiter als Emitterfinger bezeichnet,

2Q die sich praktisch parallel zueinander und in einer Richtung nahezu quer zu der Längsrichtung der Reihe in der Basiszone erstrecken und unterschiedliche Längen aufweisen.

Durch diese Massnahme, die an sich aus der genannten DE-OS 28 22 166 bekannt ist, wird für jedes der Oberflächengebiete mit hoher Verlustleistung einzeln eine nahezu einheitliche Temperaturverteilung erhalten. Dadurch wird die Stabilität erhöht und zugleich das Gebiet, in dem ein derartiger Leistungstransistor betrieben werden kann, wesentlich vergrössert.

Die thermische Stabilität einer erfindungsgemässen Halbleiteranordnung lässt sich noch weiter vergrössern. wenn die Anordnung eine Schaltungsanordnung aufweist, die aus einer Anzahl paralleler Zweige besteht, die je mindestens einen Steuer- und einen End trans is tor enthalten, wobei jeweils ein Ausgang des Steuertransistors mit je einem Eingang eines Εχκΐ-

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PHiV 10.522 ST 22.8.83

transistors elektrisch gekoppelt ist. In einer derartigen Anordnung wird die Stabilität dadurch erhöht, dass jeder Endtransistor mit einem anderen Steuertransistor

als der, mit dem er elektrisch gekoppelt ist, thermisch 5

am stärksten gekoppelt ist, und zwar dadurch, dass sie zusammen in nur einem Oberflächengebiet verwirklicht sind und jeder Endtransistor vorzugsweise mit dem Steuertransistor thermisch am schwächsten gekoppelt ist, mit dem er elektrisch gekoppelt ist.

Diese Art einer thermischen Kreuzkopplung, die an sich aus der US Patentschrift 3«952.259 bekannt ist, kann beispielsweise in einer Schaltungsanordnung vom Darlington-Typ angewandt werden, damit darin die _ig thermische Stabilität noch weiter vergrössert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 eine schematische Draufsicht einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung,

Figur 2 eine schematische Darstellung des Temperaturverlaufs im Betrieb, längs der Linie H-II in Figur 1,

Figur 3 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemässen Leistungstransistors,

Figur h eine Darlington-Konfiguration,

Figur 5 die Verteilung von Teilelementen dieser Darlington-Konfiguration über die Halbleiteroberfläche in einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung,

Die Figuren sind schematisch und nicht massgerecht, wobei in den jeweiligen Ausführungsformen entsprechende Teile meistens mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.

Die Halbleiteranordnung 1 aus Figur 1 enthält 35

einen Halbleiterkörper 2, in dem an einer Hauptoberfläche mehrere Teilgebiete 3 verwirklicht sind, die praktisch dieselbe Oberfläche beanspruchen. In den Teilgebieten

BAD ORiGIISiAL

PIIN 10.522 & 22.8.83

sind mit Hilfe von in der Figur 1 nicht näher dargestellter Halbleiterelemente elektrische SchaJiungsanordnungen verwirklicht, die nahezu dieselbe Energiemenge verbrauchen.

Bei einer gleichen Verlustleistung in jedem

der Teilelemente wird der Beitrag zu dem Temperaturanstieg in einem Teilelement durch die eigene Verlustleistung nahezu gleich sein. In einer Richtung gesehen, beispielsweise längs der Linie II-II in Figur 1, wird der Beitrag zu dem Temperaturanstieg durch benachbarte Elemente weniger gross sein aber auch wieder für jedes der Teilgebiete gleich. In dem Artikel "Anamalous current distributions in power transistors" aus "Solid State Electronics" 1977, Heft 20, Seiten 635-640 wird der

,;- Temperaturver teilung in nur einer Dimension für eine ideale Transistorstruktur mit Emitterfingern in gleichem Abs rand berechnet. Die Temperaturverteilung wird für unterschiedliche Werte der thermischen Kopplung zwischen benachbarten Emitterfingern und weiter liegenden Emitter— fingern berechnet. Dies kann einen Temperaturverlauf ergeben, wie dieser durch die Linie ¹J in Figur 2 angegeben ist.

In der genannten theoretischen Betrachtung wird ein Spiegelprinzip angewandt, d.h., dass die dort gegebene Berechnung gilt, wenn die Struktur aus einem Transistor mit einer unendlichen Reihe von Emitterfingern dadurch erhalten wird, dass die beiden Ränder immer mitten zwischen zwei Emitterfingern gewählt wird.

Für eine erfindungs/remässe Halbleiteranordnung

gilt nun eine ähnliche Theorie, weil in der Richtung längs der Linie II-II der Abstand zwischen den äusseren Teilgebieten 3 und den Rändern 5 der Hälfte des Abstandes a zwischen zwei Teilgebieten 3 entsprechend gewählt wird.

Dasselbe gilt in der Richtung senkrecht zu der Linie 35

II-II. Dort beträgt der Abstand zwischen zwei Teilgebieten 3 nämlich b und der Abstand zwischen den äusseren Teilgebieten 3 und den Rändern 6 b/2. Dabei sei bemerkt,

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dass die Abstände a/2 und b/2 viel grosser sein können als die in der Halbleitertechnologie üblichen Toleranzen. Im Grunde hätte eine Halbleiteranordnung, wie in Figur 1 dargestellt, eine viel kleinere Oberfläche beanspruchen können, wenn der Abstand zwischen den Rändern der Gebiete 3 und den Rändern 5> 6 des Halbleiterkörpers 2 minimal gewählt werden würden. ¥enn. diese Abstände kleiner als a/2 bzw. b/2 sein würden, würde unter Beibehaltung der Abstände a, b zwischen den Gebieten 3 eine asymmetrische Temperaturverteilung dadurch entstehen, dass ein äusserst grosser Temperaturanstieg in den Teilgebieten längs der Ränder auftreten würde. Dies würde beispielsweise im Fall eines aufgeteilten Leistungstransistors

zu "second breakdown" in den äusseren Teiltransistoren 15

führen. Durch die erfindungsgemasse Massnahme wird nun ein besseres und zuverlässigeres Produkt erhalten mit weniger Ausschuss im Betrieb auf Kosten der Halbleiteroberfläche, was mehr Ausschuss in der Herstellungsphase bedeutet. Die Vorteile einer grösseren Betriebssicherheit wiegen jedoch durchaus eine geringe Ausschusserhöhung in der Herstellungsphase auf.

Vorzugsweise ist der Abstand zwischen dem äusseren Teilgebiet 3 und einem Rand 5> 6 des Halbleiter-

2g körpers genau gleich dem halben Abstand zwischen zwei Teilgebieten. Dadurch, dass in der Praxis jedoch Toleranzen zum Trennen berücksichtigt werden, wird dieser Abstand im allgemeinen etwas grosser oder kleiner sein (in der Grössenordnung von 5 /um). Dieser Abstand darf auch

3Q nicht viel grosser werden, weil dann wieder eine ungleiche Temperaturverteilung mit höheren Temperaturen (und folglich Gefahr vor "second breakdown") in der Mitte des Halbleiterkörpers entsteht. Der etwaige zusätzliche Raum zwischen den Teilgebieten und den Rändern kann aber für Kiemente mit geringer Verlustleistung, wie beispielsweise Verbindungsbahnen, Ausrichtmerkzeichen und so weiter benutzt iverden.

Figur 3 zeigt die Draufsicht eines aus Teil-

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transistoren zusammengestellten Leistungstransistors, der einen Teil einer monolithischen integrierten Schaltungsanordnung· bilden kann. Diese Schaltungsanordnung,

veiter in der Zeichnung nicht dargestellt, kann beispiels-5

weise aus einer Verstärkeranordnung bestehen, wobei der Leistungstransistor zu der Ausgangsstufe des Verstärkers gehört, und beispielsweise zwischen den Teiltransistoren andere Elemente des Verstärkers verwirklicht werden.

Die Anordnung enthält einen Halbleiterkörper 10

2 einer für herrkömmliche integrierte Schaltungsanordnungen üblichen Form mit einem in der Draufsicht nach Figur 3 nicht sichtbaren p-leitenden Siliziumsubstrat und einer darauf niedergeschlagenen η-leitenden epitaxialen Siliziumschicht. Die Oberfläche k des Körpers 2

ist mit einer isolierenden Passivierungsschicht, meistens Siliziumoxyd, mit Löchern an Stellen, wo der Körper 2 oder Teile desselben kontaktiert werden müssen, bedeckt. Jeder Teiltransis tor enthält einen n—leiten—

2Q den an die Oberfläche 4 des Körpers 2 grenzenden Emitter 8, eine ebenfalls an die Oberfläche grenzende p-leitende Basis 9 und einen in dem betreffenden Fall ebenfalls an die Oberfläche grenzenden Kollektor. Der Kollektor enthält einen Teil der Epitaxialschicht und eine zwischen der Epitaxialschicht und dem Substrat' gebildete, in der Zeichnung nicht näher dargestellte, niederohmige vergrabene n-leifcende Kollektorzone und von der Oberfläche bis in die vergrabene Schicht ragende η-leitende Kollektorkontaktzonen 10.

Zum Erhalten einer möglichst grossen emittierenden Oberfläche ist der Emitter in eine Reihe fingerförmiger Gebiete aufgeteilt, weiterhin als Emitterfinger bezeichnet. Diese Emitterfinger, zur Unterscheidung durch die Suffixe a, b, c, d, e bezeichnet, erstrecken sich

parallel zueinander und in eine Richtung nahezu quer zu der Reihe a, b, c, d, e in der Basis 9·

Zum Erhalten eines niedrigen Kollektor-Reihen-

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PPIN 10.522 rf 22. S.

Widerstandes ist die Basis 9 oder wenigstens der aktive oder intrinsike Teil der Basis in eine Anzahl Teilzonen aufgeteilt. Um diese Teilzonen voneinander unterscheiden zu können sind die Bezugszeichen 9 der einzelnen Teilzonen von links nach rechts in Figur 3 mit den Suffixen a, b, c, d, e versehen. In jeder Teilzone 9a·» 9b, 9c, 9d, 9e liegt nur ein Emitterfinger 8a, 8b, 8c, 8d bzw. 8e.

Die Basis ist mit einem Basiskontakt mit 10

einer Anzahl Basiskontaktfinger 11 eines geeigneten Metalles, beispielsweise Aluminium oder einer geeigneten Kombination von Metallen auf den Basisteilzonen 9 über übliche Kontaktfenster versehen. Die Basiskontaktfinger

. 11 erstrecken sich, in Draufsicht gesehen, nahezu parallel zu den Emitterfingern über die Oberfläche k des Körpers 2 und sind durch einen gemeinsamen Basiskontaktteil 12 desselben Metalles oder derselben Metalle wie die Basiskontaktfinger 11 miteinander verbunden.

2Q Die Basiskontaktfinger 11 können mit dem gemeinsamen Kontakt 12 durch eine niederohmige Verbindung, die durch eine sogenannte Unterführung gebildet ist, mit einem in dem Kollektor vorgesehenen und an die Basiszonen bzw. Basisfinger 9a, 9^> 9c, 9d» 9e grenzenden p-leitenden Zonen 13 und in den Zonen 13 liegenden und dadurch gegenüber dem η-leitenden Kollektor isolierenden n-leitenden Oberflächenzonen 14 leitend verbunden werden. Die Zonen 13 und Ik können während der Herstellung der Anordnung gleichzeitig mit der Basis 9 bzw. dem Emitter erzeugt werden. In dem Ausführungsbeispiel wird daher jede Teilzone der Basis über eine einzelne Unterführung 13, Ik mit dem gemeinsamen Basiskontakt 12 verbunden. Diese Konfiguration bietet u.a. den Vorteil, dass Streukapazitäten insbesondere zwischen der Basis und

dem Kollektor des Transistors relativ niedrig gehalten werden können. Die pn-TJbergänge zwischen den Zonen und 14 sind an der Basiskontaktseite kurzgeschlossen und

AD

phn 10.522 yz 22.8.83

in dem betreffenden Beispiel auch auf der anderen Seite und zwar durch den gemeinsamen Basiskontakt 12 und durch die Basiskontaktfinger 11, die an der Stelle dieses

Kurzschlusses mit lateral herausragenden Teilen I5, 5

wie in Figur 5 dargestellt, versehen sind.

Der Kollektor ist an der Oberfläche mit einem Kollektorkontakt 16 mit einer Anzahl Kollektorkontaktfinger 17» die mit den Teilen des Kollektors, die

zwischen den Basisfingern 9a, 9b, 9c, 9d, 9e liegen, IO

kontaktiert sind und sich, auf die Oberfläche h gesehen, interdigital zwischen den Emitterfingern 8 und den Basiskontaktfingern 11 erstrecken, versehen. An der Stelle der Kontakte zwischen den Kollektorkontaktfingern 17 und dem Kollektor sind üblicherweise hochdotierte

η-leitende Kontaktzonen 10 angeordnet.

Die Basis- und Kollektorkontakte (11, 12, 16, 17) sind in der Draufsicht nach Figur 3 durch ausgezogene bzw. gestrichelte Linien bezeichnet und in der linken unteren Hälfte in Figur 3 schraffiert. Die Stellen, wo der örtliche Basiskontakt 12 mit der Unterführung 13, 14 kontaktiert ist, sind in Figur 3 durch χ bezeichnet.

In der dargestellten Konfiguration ist jeder Emitterl'inger 8, in Draufsicht gesehen, zwischen einem Basiskontaktfinger 11 und einem Kollektorkontaktfinger

17 vorgesehen. Der Emitter ist mit einem Emitterkontakt

18 versehen, der in Figur 3 durch strichpunktierte Linien bezeichnet ist. Der Kontakt 18 enthält eine

³^ Anzahl Emitterkontaktfinger 19» die interdigital zwischen den Basiskontaktfingern 11 und den Kollektorkontaktfingern 17 liegen. Für eine detaillierte Beschreibung eines derartigen Transistors, der mit üblichen Techniken hergestellt werden kann, sei auf die bereits genannte

DE-OS 28 22 166 verwiesen.

Die Draufsicht der Figur 3 zeigt vier Teiltransistoren 31, 32, 33» 3^· eines grösseren Transistors,

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wobei nur die Oberflächen der Teiltransistorsn 31 und 32 vollständig dargestellt sind. Wenn man nun die Ränder der äusseren Emitterfinger 8a, 8e als Ränder der verbrauchenden Gebiete betrachtet, liegen die verbrauchenden 5

Teilgebiete der Teiltransistoren 31 und 33 in einem

Abstand entsprechend a; d.h. entsprechend dem Abstand zwischen dem Emitterfinger 8c des Teiltransistors 33 und Emitterfinger 8a des Teiltransistors 31· Die obengenannte Voraussetzung ist berechtigt, weil ja der grösste 10

Teil der Verlustleistung des Transistors an der Stelle der Einitterfinger auftritt. Nach der Erfindung ist nun der Rand 5 des Halbleiterkörpers 2 in einem Abstand a/2 von dem Rand des Emitterfingers 8e des Teiltransistors 31 vorgesehen. Auf diese Weise wird in dem ganzen Halbleiterkörper 2 ein günstiger Temperaturverlauf erhalten.

Der Teil zwischen den verbrauchenden Gebieten und zwischen den Rändern 5» 6 und den verbrauchenden Gebieten braucht nicht unbenutzt zu bleiben. So liegt in dem betreffenden Beispiel der Emitterkontakt 18 um die Teiltransistoren 31 und 32, während auf der Oberfläche zwischen den Teiltransistoren 31» 32, 33 und Jk Fortsetzungen des Basiskontaktes 12 und des Kollektorkontaktes 16 vorgesehen sind, die beispielsweise als Anschlussfahne (bonding-pad) wirksam sein können. Auch andere verhältnismässig wenig verbrauchende" Elemente können an dieser Stelle verwirklicht werden.

Wie aus Figur 3 hervorgeht, nimmt die Länge der Emitterfinger 8 von den Rändern eines Teiltransistors zu der Mitte hin allmählich ab. Damit wird für jeden der Teiltransistoren in den einzelnen verbrauchenden Teilgebieten ein einheitlicheres Verlustleistungsverhalten innerhalb des Teilgebietes erhalten, was seinerseits wieder auch einen günstigen Temperaturverlauf über den ganzen Halbleiterkörper herbeiführt.

Bei der Herstellung werden mehrere Halbleiter-

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körper 2 aus nur einer Halbleiterscheibe erhalten und zwar durch Ritzen und Brechen längs sogenannter Ritzbahnen. Infolge der Ritzbahntoleranzen wird der Rand 5 meistens nicht genau in einem Abstand a/2 vom Emitter 8e liegen. Andererseits darf dieser Abstand nicht zu sehr abweichen, weil dann der Ausgangspunkt, worauf die Erfindung beruht, nicht länger gilt. In der Praxis wird der betreffende Abstand daher eine Abweichung aufweisen zur Grosse von höchstens 10 mm.

Figur 4 zeigt eine Darlington-Schaltung 20,

aufgebaut aus zwei Teilzweigen, je aus einer Darlington-Schaltung bestehend. Die Transistoren 21 und 23 bilden eine Darlington-Schaltung, ebenso wie die Transistoren 22 und 24. In dieser Schaltung sind die Kollektoren der Transistoren 21, 22, 23 und 24 alle miteinander verbunden. Der Emitter des Transistors 21 ist mit der Basis des Transistors 23 verbunden und auf gleiche Weise ist der Emitter des Transistors 22 mit der Basis des Transistors 24 verbunden. Von den Transistoren 23 und

„. 24 sind die Emitterelektroden miteinander verbunden, während die Basiselektroden der Transistoren 21 und 22 mit einer Eingangsklemme 25 verbunden sind. Die Transistoren werden räumlich derart angeordnet, dass der Steuertransistor 21 thermisch mit dem Endtransistor 24 stark gekoppelt ist und der Steuertransistor 22 mit dem Endtransistor 23 thermisch stark gekoppelt ist (dies ist das Prinzip einer thermischen Kreuzkopplung).

Die Verlustleistung der beiden Endtransistoren bzw. der beiden Steuertransistoren ist im Grunde gleich.

Daher hat in Figur 5> wo eine schematische Draufsicht einer Verwirklichung dieser Schaltungsanordnung dargestellt wird, das Oberflächengebiet 3 mit den Transistoren 21 und 24 nahezu dieselbe Verlustleistung und Oberfläche wie das Oberflächengebiet 3 mit den Transis-

^ toren 22 und 23· Nach der Erfindung liegen diese Gebiete wieder in einem Abstand a voneinander, während der Abstand zwischen einem derartigen Gebiet 3 und dem Rand 5 des

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PHN 10.522 <5^ 22.8.83

. η»

Halbleirerkörpers 2 wieder a/2 beträgt. Damit wird wieder ein gleichmässiger Temperaturverlauf über den Halbleiterkörper erzielt.

Die thermische Stabilität der Anordnung 5

wird noch weiter vergrössert durch die bereits beschriebene thermische Kreuzkopplung. Es wird vorausgesetzt, dass der Kollektorstrom des Endtransistors 23 zunimmt. Dadurch nimmt bei konstantem Strom durch die ganze

Anordnung der Kollektorstrom des Endtransistors 24 10

ab. Dadurch nimmt die Verlustleistung in dem Endtransistor 23 zu und in dem Endtransistor 24 ab. Infolge der thermischen Kopplungen innerhalb der Teilgebiete 3 steigt die Temperatur des Steuertransistors 22 und

sinkt die Temperatur des Steuertransistors 21. Die Basis-15

Emitter-Spannung des Steuertransistors 22 würde also abnehmen und die Basis-Emitter-Spannung des Steuertransistors 21 würde zunehmen, wäre es nicht so, dass die Reihenschaltung aus den Basis-Emitter-Ubergängen der

2Q Transistoren 21 und 23 zu der Reihenschaltung aus den Basis-Emitter-Ubergängen der Transistoren 22 und 24 parallel geschaltet ist. Diese Parallelschaltung führt dazu, dass die Temperaturänderung zwischen den Teilgebieten 3 durch eine Stromänderung ausgeglichen wird und zwar derart, dass der Kollektorstrom des Transistors 21 abnimmt und der des Transistors 22 zunimmt. Es ist also eine Gegenkopplung wirksam, die die Zunahme des Kollektorstromes des Transistors 23 beschränkt. Auf gleiche ¥eise ist diese Gegenkopplung wirksam was die Zunahme des Kollektorstromes des Transistors 24 anbelangt. Die beiden Parallelzweige behalten folglich eine stabile Temperatur- und Stromverteilung bei. Pur eine ausgedehntere Beschreibung dieser thermischen Kreuzkopplung sei auf die obengenannte US Patentschrift Nr. 3.952.258 verwiesen.

Es dürfte einleuchten, dass die Erfirrimg sich nicht auf die obenstehend beschriebenen Ausführungs-

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Γ:

PHN 10.522 >6 22.8.83

beispiele beschränkt, sondern dass im Rahmen der Erfindung¹ mehrere Abwandlungen möglich sind. So brauchen die Abstände zwischen den Teilgebieten in den jeweiligen

Reihen nicht gleich zu sein, beispielsweise wenn die 5

Teilgebiete Teiltransistoren eines Endtransistors einer elektronischen Schaltungsanordnung enthalten, kann man dadurch, dass in einer oder in mehreren Reihen grössere Abstände gewählt werden, eine Oberfläche freimachen, ₁₍₁ worin ein relativ wenig- verbrauchender Teil der Schaltungsanordnung verwirklicht werden kann. Auch sind..andere Verfahren zum Herstellen der Halbleiteranordnung möglich als die an Hand der Figur 3 beschriebenen Verfahren.

BAD

Leerseite

Claims

PHN 10.522 yf 22.8.83

PATEXTAXS PRTJCHE;

M/ Halbleiteranordnung mit einem Halbleiter-

körper mit mehreren Oberflächengebieten mit Halbleiterelementen, wobei im Betriebszustand die Oberflächengebiete nahezu gleichzeitig eine gegenüber übrigen Teilen des Halbleiterkörpers relativ hohe Verlustleistung aufweisen, dadurch ,g&kennzeichnet, dass eine Anzahl von Oberflächengebieten mit nahezu derselben Verlustleistung und Oberfläche zwischen zwei parallel zueinander liegenden

Rändern des Halbleiterkörpers längs einer Linie quer 10

zu diesen Rändern nebeneinander liegen mit nahezu gleichen Abständen zwischen den Oberflächengebieten, während an der Stelle der Ränder der Abstand eines Randes - des Halbleiterkörpers von dem benachbarten Oberflächengebiet der Hälfte des Abstandes zwischen zwei benach-

barten Oberflächengebieten nahezu entspricht.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Randes des Halb— leiterkörpers von dem benachbarten Oberflächengebiet höchstens um 10 /um kleiner oder grosser ist als die Hälfte des Abstandes zwischen zwei benachbarten Oberflächengebieten.
3. Halbleiteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rand des Halbleiterkörpers und dem benachbarten Oberflächengebiet Elemente ohne Verlustleis^tng oder mit nur geringer Verlustleistung ausgebildet sind.
4. Halbleiteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächengebiete Teiltransistoren eines Leistungstransistors enrhalten mit einem an die Oberfläche grenzenden Emitter eines ersten Leitungstyps, einem ebenfalls an die Oberfläche grenzenden Basis vom entgegengesetzten

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ΡΗ3ΝΓ 10.522 γ8 22.8.83

-ι-

Leitungstyp und einem an die Basis grenzenden Kollektor vom ersten Leitungstyp, wobei die Emitterzone wenigstens im wesentlichen durch eine einzige Reihe fingerförmiger Gebiete gebildet wird, weiter als Emitterfinger bezeichnet, vom ersten Leitungstyp, die sich praktisch parallel zueinander und in einer Richtung nahezu quer zu der Längsrichtung der Reihe in der Basis erstrecken und unterschiedliche Längen aufweisen.
5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Emitterfinger vom Rand des Teiltransistors zu der Mitte des Teiltransistors hin abnimmt.
6. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche . 1 bis 3) dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiteranordnung eine Schaltungsanordnung enthält, die aus einer Anzahl paralleler Zweige besteht, die je mindestens einen Steuer-und einen Endtransistor enthalten, wob©i jeweils ein Ausgang des Steuertransistors mit dem Eingang des Endtransistors elektrisch gekoppelt ist und jeder Endtransistor mit einem anderen Steuertransistor als der, mit dem er elektrisch gekoppelt ist, thermisch am stärksten gekoppelt ist und dadurch, dass der Endtransistor und der andere Steuertransistor in nur einem Oberflächengebiet verwirklicht sind und jeder Endtransistor vorzugsweise mit dem Steuertransistor, mit dem er elektrisch gekoppelt ist, thermisch am schwächsten gekoppelt ist.
7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem genannten Steuertransistor und dem zugeordneten Endtransistor eine derartige elektrische Kopplung vorgesehen ist, dass diese eine Darlington-Schaltung bilden.

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