JP2000100826A - パワートランジスタ及びそれを用いた半導体集積回路装置 - Google Patents
パワートランジスタ及びそれを用いた半導体集積回路装置Info
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
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Abstract
ベースコンタクト及びコレクタ領域に近接するような特
定のエミッタ領域ができるので、エミッタ領域において
ある特定の領域で電流集中が発生するため、該パワート
ランジスタがASO破壊を起こす可能性が高い。 【解決手段】本発明では、コレクタ領域3の内部に外側
ベース領域5aを形成し、該外側ベース領域の内部にエ
ミッタ領域6を形成し、更に、該エミッタ領域6の内部
に表面にベースコンタクト4が形成された内側ベース領
域5bを形成することによって、ベースコンタクト4に
近接するエミッタ領域がコレクタ領域3より離れるとと
もに、コレクタ領域3に近接するエミッタ領域がベース
コンタクトに離れるようにして、電流がエミッタ領域6
に均一に流れるようにした。
Description
モータ及びアクチュエータのドライバや、オーディオ等
のスピーカドライバ等に用いられる電流能力が必要とな
るパワートランジスタ及びそれを用いた半導体集積回路
装置に関する。
の構造について、図面を参照にして説明する。図7及び
図8に示すパワートランジスタは、P型シリコン半導体
基板に形成された縦型構造のNPN型パワートランジス
タで、図7はパワートランジスタ表面上にレイアウト上
のエミッタ領域が1つであるパワートランジスタの平面
レイアウト図を示し、図8はパワートランジスタ表面上
でレイアウト上のエミッタ領域がベース領域によって2
つに分割されたパワートランジスタの平面レイアウト図
である。
リコン半導体基板に形成されたN型シリコンエピタキシ
ャル層72中に形成される。該N型シリコンエピタキシ
ャル層72の内側に、N型不純物の濃度が高いコレクタ
領域73がリング状に形成される。このコレクタ領域7
3に周囲が囲まれたN型不純物の濃度が薄いN型シリコ
ンエピタキシャル層72a内に、トランジスタ表面の絶
縁膜層中に設けられるベースコンタクト74が形成され
たP型不純物拡散層であるベース領域75が形成される
とともに、該ベース領域75の内部にN型不純物拡散層
であるエミッタ領域76が形成される。
P型シリコン半導体基板に形成されたN型シリコンエピ
タキシャル層82中に形成される。該N型シリコンエピ
タキシャル層82の内側に、N型不純物の濃度が高いコ
レクタ領域83が形成される。このコレクタ領域83に
周囲が囲まれたN型不純物の濃度が低いN型シリコンエ
ピタキシャル層82a内に、トランジスタ表面の絶縁膜
層に設けられるベースコンタクト84が形成されたP型
不純物拡散層であるベース領域85が形成されるととも
に、該ベース領域85の内部にN型不純物拡散層である
エミッタ領域86a,86bが形成される。ベースコン
タクト84は、ベース領域85のうちエミッタ領域86
a,86bに挟まれた領域の表面上に形成される。
ランジスタを使用した場合、ベース領域75において、
ベースコンタクト74で配線と接触しているため、該ベ
ースコンタクト74が形成された領域に多く電流が流れ
る。そのため、エミッタ領域76において、該ベースコ
ンタクト74に近接した外周部が活性化されやすく、該
ベースコンタクト74から離れた中央部と比較してキャ
リアが流れやすい状態となる。また、図7より、エミッ
タ領域76内のうち前記外周部は、前記中央部と比較し
てコレクタ領域73に近いので、前記中央部よりも前記
外周部にできるキャリアの方がコレクタ領域73に拡散
しやすい。
領域76内のうち前記外周部の方が、エミッタ・コレク
タ間のキャリアを流す層を形成しやすくなるので、該外
周部に電流が集中する。よって、エミッタ領域76で流
れる電流密度が、領域によって不均一なものとなるので
電流集中による熱集中が発生しASO(Area of Safety
Operation)破壊が起こりやすくなる。このASO破壊
を回避することを目的としてエミッタ領域76における
電流集中を減少させるためには、エミッタ領域76はそ
の領域幅bを狭くしなければならなく、そのためにエミ
ッタ領域76の面積も狭くなり電流能力も減少する。ま
た、エミッタ領域76の領域幅bを広くとったとき、そ
のエミッタ領域76の中央部においては、ベースコンタ
クト74及びコレクタ領域73の両方から遠くなり、活
性化されにくいため、エミッタ領域76の面積の広さの
割に、あまり電流能力を大きくとれない。
て、図8のようにエミッタ領域を分割することによって
その領域面積を大きくするようなパワートランジスタを
使用した場合、エミッタ領域86a,86b内にベース
コンタクト84とコレクタ領域83の両方に最も近接す
る図8中の破線で囲まれた領域A,Bができる。ところ
で、上述したように、前記配線からベースコンタクト8
4を介して電流がベース領域85に流れるので、エミッ
タ領域86a,86b中において該ベースコンタクト8
4に近接した領域が最も活性化されやすい。そのため、
このようなベースコンタクトに近いエミッタ領域では、
多くのキャリアが流れる状態となる。
のように活性化されて多くのキャリアが流れようとする
状態にある。該領域A,B内のエミッタ領域がこのよう
な状態にある上に、コレクタ領域とも近接しているため
更にキャリアが流れやすくなる。そのため、該領域A,
B内のエミッタ領域において電流集中が発生し、この電
流集中による発熱が原因となって、ASO破壊が起こり
やすくなる。
ッタ領域における電流集中の発生を抑制することで、同
一のトランジスタ面積を持つ従来のパワートランジスタ
と比較して、そのASO破壊に対する耐量を改善したパ
ワートランジスタ及び半導体集積回路装置を提供するこ
とを目的とする。
くするとともにベースコンタクト、コレクタ領域からの
距離に依存するエミッタ領域の活性化度合いを均一にす
ることで、同一のトランジスタ面積を持つ従来のパワー
トランジスタと比較して、その電流能力が改善されたパ
ワートランジスタ及び半導体集積回路装置を提供するこ
とを目的とする。
トランジスタは、電流を流すための配線と接続するベー
スコンタクトを有し、装置内を流れるキャリアが装置の
深さ方向に拡散するような縦型構造のパワートランジス
タにおいて、基板上に形成されたコレクタ領域と、該コ
レクタ領域の内側に形成された第1ベース領域と、該第
1ベース領域の内側に形成されたエミッタ領域と、表面
に前記ベースコンタクトを有するとともに該エミッタ領
域の内側に形成された第2ベース領域とを有することを
特徴とする。
第1ベース領域に囲まれたエミッタ領域の中央に第2ベ
ース領域を配置して、該エミッタ領域内にコレクタ領域
と離れたベースコンタクトとの近接領域とベースコンタ
クトと離れたコレクタ領域との近接領域を設けることに
よってエミッタ領域の活性化度合いの均一化を図って、
電流集中が発生しないようにするとともに、電流効率を
よくする。
請求項1に記載のパワートランジスタにおいて、前記第
1ベース領域と前記エミッタ領域と前記第2ベース領域
と前記ベースコンタクトで構成された部分が、前記コレ
クタ領域の内側に複数設けられていることを特徴とす
る。
前記部分を複数設けることによって、電流集中が発生せ
ず、また電流効率の良いエミッタ領域の面積が広くなる
ように配置する。
請求項2に記載のパワートランジスタにおいて、前記部
分が等間隔で配置されることを特徴とする。
請求項1〜3のいずれかに記載のパワートランジスタに
おいて、前記エミッタ領域の内側に前記ベースコンタク
トが表面に形成された前記第2ベース領域が複数設けら
れていることを特徴とする。
第2ベース領域を複数設ける際に該第2ベース領域のそ
れぞれにバラスト抵抗が作成されるように形成すること
で、ベース領域内の電流の安定化を図る。
請求項1〜4のいずれかに記載のパワートランジスタを
有することを特徴とする。
て、図面を参照にして説明する。図1(a)及び図2
は、本実施形態で使用するパワートランジスタの平面レ
イアウト図で、図1(b)は、該パワートランジスタの
断面図である。また、本実施形態について、P型シリコ
ン半導体基板に形成された縦型構造のNPN型パワート
ランジスタを例にとって説明する。
リコン半導体基板1に形成されたN型シリコンエピタキ
シャル層2中に形成される。該N型シリコンエピタキシ
ャル層2の内側に、N型不純物の濃度が高いコレクタ領
域3が形成される。このコレクタ領域3に周囲が囲まれ
たN型不純物の濃度が低いN型シリコンエピタキシャル
層2a内に、P型不純物拡散層である外側ベース領域5
aが形成されるとともに、該ベース領域5aの内部にN
型不純物拡散層であるエミッタ領域6が形成され、更
に、エミッタ領域6の内部に内側ベース領域5bが形成
される。
おいて、ベース領域5は、エミッタ領域6によって、そ
の表面上に前記外側ベース領域5aとその表面上に設け
られた絶縁膜層に形成されるベースコンタクト4が形成
されている内側ベース領域5bに分割される。また、外
側ベース領域5a及び内側ベース領域5bは、図1
(b)より明らかなように、トランジスタ内部で接続し
ている。
とによって活性化されたキャリアがエミッタ領域6から
コレクタ領域3へ拡散していく経路は、図1(b)に示
した曲線Xのような経路となる。このような経路を通っ
てキャリアが拡散して電流が流れるとき、トランジスタ
表面においてエミッタ領域6内のベースコンタクト4に
近い領域C(図2)は、他の領域に比べて活性化されや
すいが、コレクタ領域3から離れているので前記経路が
長くなる。また、逆にトランジスタ表面においてエミッ
タ領域6内のコレクタ領域に近い領域D(図2)は他の
領域に比べて前記経路が短くなるが、ベースコンタクト
4から離れているので活性化されにくい。そのため、従
来のように、ベースコンタクト4に近接している領域に
電流が集中するということがなくなって、エミッタ領域
6全域でほぼ一定の電流密度が獲得できる。
参照にして説明する。図3は、本実施形態で使用するパ
ワートランジスタの平面レイアウト図である。また、本
実施形態について、P型シリコン半導体基板に形成され
た縦型構造のNPN型パワートランジスタを例にとって
説明する。
実施形態と同様に、P型シリコン半導体基板31に形成
されたN型シリコンエピタキシャル層32中に形成され
る。該N型シリコンエピタキシャル層32の内側に、N
型不純物の濃度が高いコレクタ領域33が形成される。
このコレクタ領域33に周囲が囲まれたN型不純物の濃
度が低いN型シリコンエピタキシャル層32a内に、P
型不純物拡散層である外側ベース領域35aが3領域形
成されるとともに、該外側ベース領域35aのそれぞれ
の内部にはN型不純物拡散層であるエミッタ領域36が
形成される。
ワートランジスタの表面上において、エミッタ領域36
の内部に表面に設けられた絶縁膜層にベースコンタクト
34が形成されたP型不純物拡散層である内側ベース領
域35b形成される。このような外側ベース領域35
a、エミッタ領域36、内側ベース領域35b及びベー
スコンタクト34で構成される領域を、ベース・エミッ
タ領域37とする。該ベース・エミッタ領域37は、N
型シリコンエピタキシャル層32a内にトランジスタ表
面上に等間隔で並ぶように3領域形成される。また、該
ベース・エミッタ領域37のそれぞれにおいて、第1の
実施形態でその外側ベース領域5a及び内側ベース領域
5bがトランジスタ内部で接続していることと同様に、
外側ベース領域35a及び内側ベース領域35bは、ト
ランジスタ内部で接続している。
3領域等間隔に並べて形成するので、それぞれのベース
・エミッタ領域37が第1の実施形態に比べて該領域の
幅が狭くなるとともに、そのエミッタ領域36の幅bも
狭くなる。そのため、図2に示したようなエミッタ領域
内の前記領域Cと前記領域Dとが第1の実施形態と比較
してお互いに近接するようになるので、第1の実施形態
と比較して該エミッタ領域に流れる電流密度が更に均一
化されると同時に、このベース・エミッタ領域37が分
割して形成されることでエミッタ領域36を広く形成す
ることができる。
参照にして説明する。図4(a)は、本実施形態で使用
するパワートランジスタの平面レイアウト図で、図4
(b)は、該パワートランジスタの断面図である。図5
は、該パワートランジスタの構成を示す簡単な等価回路
図である。また、本実施形態について、P型シリコン半
導体基板に形成された縦型構造のNPN型パワートラン
ジスタを例にとって説明する。
実施形態と同様に、P型シリコン半導体基板41に形成
されたN型シリコンエピタキシャル層42中に形成され
る。該N型シリコンエピタキシャル層42の内側に、N
型不純物の濃度が高いコレクタ領域43が形成される。
このコレクタ領域43によって周囲が囲まれたN型不純
物の濃度が低いN型シリコンエピタキシャル層42a内
に、P型不純物拡散層である外側ベース領域45aが形
成されるとともに、該外側ベース領域45aの内部にN
型不純物拡散層であるエミッタ領域46が形成される。
トランジスタの表面上において、エミッタ領域46の内
部に表面に設けられた絶縁膜層にベースコンタクト44
が形成された内側ベース領域45bが形成される。更
に、このように形成された内側ベース領域45bが、ト
ランジスタ表面上において1列に4領域に分割されて形
成されるとともに、この分割された内側ベース領域45
bのそれぞれには前述したようにその表面上中央部にベ
ースコンタクト44が形成される。内側ベース領域45
b及び外側ベース領域45aは、図4(b)で明らかな
ように、トランジスタ内部で接続している。
をそれぞれ間隔を持たせて配置することによって、本実
施形態におけるパワートランジスタは図5のようにトラ
ンジスタTr1〜Tr4のベースにベースバラスト抵抗
R1〜R4が接続したような状態になる。このベースバ
ラスト抵抗R1〜R4は、トランジスタTr1〜Tr4
の動作時に、該トランジスタTr1〜Tr4に流れるベ
ース電流に対して負の帰還をかけるのでベース領域45
間の電流ばらつきに対して安定化させる方向に作用す
る。
流が流れたとすると、該ベースバラスト抵抗R1の電圧
降下が大きくなる。今、ベースバラスト抵抗R1〜R4
同士が接続しているので、このベースバラスト抵抗同士
が接続する接点Bは一定の電位であるとともに、トラン
ジスタTr1〜Tr4もそのエミッタ同士が接点Eで接
続しているため、それぞれのトランジスタのエミッタ電
位も一定である。そのため、トランジスタTr1のベー
ス・エミッタ間の電位差が他のトランジスタに比べて小
さくなるので、このトランジスタTr1に流れるエミッ
タ電流が少なくなる。よって、このベースバラスト抵抗
R1〜R4により、トランジスタTr1〜Tr4に流れ
るベース電流がそれぞれ調整されるとともにエミッタ電
流もそれぞれ調整されるため、エミッタ領域46内の特
定の領域のみに電流が集中することがなくなる。
て、第2の実施形態のように、外側ベース領域45a、
エミッタ領域46、内側ベース領域45b及びベースコ
ンタクト44によって構成されたベース・エミッタ領域
を、複数領域、N型シリコンエピタキシャル層42a内
にトランジスタ表面上に等間隔で並ぶように形成するこ
とによって、第2の実施形態と同様に、電流密度が一定
となるエミッタ領域を更に広く形成することができる。
参照にして説明する。図6は、本実施形態で使用するパ
ワートランジスタの平面レイアウト図である。また、本
実施形態について、P型シリコン半導体基板に形成され
た縦型構造のNPN型パワートランジスタを例にとって
説明する。
実施形態と同様に、P型シリコン半導体基板61に形成
されたN型シリコンエピタキシャル層62中に形成され
る。該N型シリコンエピタキシャル層62の内側に、N
型不純物の濃度が高いコレクタ領域63が形成される。
このコレクタ領域63に周囲が囲まれたN型不純物の濃
度が低いN型シリコンエピタキシャル層62a内に、P
型不純物拡散層である外側ベース領域65aが形成され
るとともに、該外側ベース領域65aの内部にはN型不
純物拡散層であるエミッタ領域66が形成される。
62aとエミッタ領域66と外側ベース領域65aの形
状は、5枚の正方形(尚、本実施形態では正方形として
いるが、長方形でも良い。)のうち1枚を中央に配置
し、残りの4枚をこの中央の正方形の4隅に重なるよう
に配置したような形状をしている。更に、このようなエ
ミッタ領域66において、前記5枚の正方形のそれぞれ
の中央部に内側ベース領域65bが形成されるととも
に、このように形成された内側ベース領域65bのそれ
ぞれにはその表面に設けられた絶縁膜層にベースコンタ
クト64が形成される。即ち、エミッタ領域66内に、
5つの内側ベース領域65bが形成されたことになる。
これらの内側ベース領域65b及び外側ベース領域65
aは、第2の実施形態と同様に、トランジスタの内部で
接続している。
第3の実施形態で上述したように、ベースコンタクト6
4をそれぞれ間隔を持たせて配置することによって、本
実施形態におけるパワートランジスタについても同様
に、複数のトランジスタのベースにベースバラスト抵抗
がそれぞれ接続したような状態になり、該ベースバラス
ト抵抗によって、これらのトランジスタに流れるエミッ
タ電流がそれぞれ調整されるので、エミッタ領域66内
の特定の領域に電流が集中することがなくなる。
ベース領域は、それぞれ外側ベース領域及び内側ベース
領域のことを示している。
体について説明したが、多くの場合このパワートランジ
スタはLSI等の半導体集積回路装置内に複数設けられ
る。尚、本明細書において上述したベースコンタクトに
ついて言及する。ベースコンタクトとは、図9のよう
に、ベース領域93の表面を覆う絶縁膜層92に形成し
たホールで、このようにホールとして形成されたベース
コンタクト91にアルミなどの配線材料を流し込むこと
によって、ベース領域93と配線とを接続する。
よると、コレクタ領域内部に第1ベース領域を介してエ
ミッタ領域が形成されるとともに、該エミッタ領域内部
に形成された第2ベース領域にベースコンタクトを設け
たので、エミッタ領域において、ベースコンタクトに近
いベースコンタクト近接領域とコレクタ領域に近いコレ
クタ近接領域のそれぞれがコレクタ又はベースコンタク
トと離れた領域となるので、それぞれの領域で電流集中
が発生する可能性が低くなり、この電流集中によって起
こる熱集中が原因であるASO破壊が発生する可能性も
低くなる。
ると、前記第1ベース領域と前記エミッタ領域と前記第
2ベース領域とベースコンタクトで構成された部分をコ
レクタ領域内部に複数設けることによって、前記部分の
それぞれのエミッタ領域の幅が狭くなりこの領域での電
流密度の更なる均一化を図ることができるとともに、エ
ミッタ領域の面積を広くとることができ電流能力の向上
を図ることができる。
ると、前記部分を等間隔に配置することで、前記部分同
士における電流のばらつきがなくなるので、電流効率が
更に良好になる。
ると、第2ベース領域及びベースコンタクトを複数に分
けることによって、ベース領域における抵抗成分が、ベ
ースコンタクトに流れ込むベース電流に対して負の帰還
をかけるようなバラスト抵抗としての役割を果たすため
に、ベース領域内における電流のばらつきが解消され
る。
の平面レイアウト図及び断面図。
の平面レイアウト図。
の平面レイアウト図。
の平面レイアウト図及び断面図。
の簡易等価回路図。
の平面レイアウト図。
レイアウト図。
レイアウト図。
表した斜視図。
ピタキシャル層 3,33,43,63,73,83 コレクタ領域 4,34,44,64,74,84,91 ベースコ
ンタクト 5,45,75,85,93 ベース領域 35a,35b,65a,65b ベース領域 6,36,46,66,76,86 エミッタ領域 37 ベース・エミッタ領域 92 絶縁膜層
Claims (5)
- 【請求項1】 電流を流すための配線と接続するベース
コンタクトを有し、装置内を流れるキャリアが装置の深
さ方向に拡散するような縦型構造のパワートランジスタ
において、 基板上に形成されたコレクタ領域と、該コレクタ領域の
内側に形成された第1ベース領域と、 該第1ベース領域の内側に形成されたエミッタ領域と、 表面に前記ベースコンタクトを有するとともに該エミッ
タ領域の内側に形成された第2ベース領域と、 を有することを特徴とするパワートランジスタ。 - 【請求項2】 前記第1ベース領域と前記エミッタ領域
と前記第2ベース領域と前記ベースコンタクトで構成さ
れた部分が、前記コレクタ領域の内側に複数設けられて
いることを特徴とする請求項1に記載のパワートランジ
スタ。 - 【請求項3】 前記部分が等間隔で配置されることを特
徴とする請求項2に記載のパワートランジスタ。 - 【請求項4】 前記エミッタ領域の内側に前記ベースコ
ンタクトが表面に形成された前記第2ベース領域が複数
設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれ
かに記載のパワートランジスタ。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載のパワー
トランジスタを有することを特徴とする半導体集積回路
装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP10272818A JP2000100826A (ja) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | パワートランジスタ及びそれを用いた半導体集積回路装置 |
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