JP2006210786A - トランジスタ - Google Patents

Abstract

【課題】逆バイアスの二次破壊に強いことに加え、高速スイッチング特性を有し、高耐圧で大電流を流すことができるトランジスタを提供する。
【解決手段】ベースボンディングパッド７はトランジスタチップ活性領域中の中央付近において、エミッタボンディングパッド１０間のベース電極配線６を、ベースボンディングパッド７とベース電極配線６との領域比を３対７から５対５、好ましくは４対６の領域比として、かつベース電極配線６を左右に分割して配置する。これによりエミッタボンディングパッド１０近傍の単位トランジスタ領域は、ベースボンディングパッド７からベース電極配線６末端までの配線距離も短くなり、ベース電極配線６の抵抗が小さくなりエミッタ・ベース間に逆バイアス電圧を加えてターンオフさせるときにベース逆バイアス電流を引き易く、ターンオフが速くなりエミッタ電流が集中することを防ぎ、高電圧印加し大電流を流しても短絡を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング電源などに用いる高耐圧パワートランジスタなどにおける過電流破壊および過電圧破壊を防止したトランジスタに関するものである。

従来のスイッチング電源に用いる高耐圧パワートランジスタは、微細な単位トランジスタ領域を多数個形成したマルチ／メッシュ型トランジスタの構造により、大電流化，高耐圧化，高速スイッチング化が図られている（特許文献１，２参照）。スイッチング電源用高耐圧パワートランジスタのように大電流を必要とするパワートランジスタの動作電流、すなわち絶対最大定格であるコレクタ電流Ｉｃはエミッタの面積および周囲長が関係して支配的である。コレクタ電流Ｉｃを大きくするためには、エミッタ面積および周囲長を大きくしなければならない。限られたチップサイズ内で、チップ内の各々の微細な単位トランジスタのスイッチング動作を均一にさせるため、ベースやエミッタのコンタクト、アルミニウム電極配線をできるだけ均一化して形成したマルチ／メッシュ構造がとられている。

従来のマルチ／メッシュ構造のトランジスタにおける電極パターンの概略平面図を図２（ａ），（ｂ）に示す。

図２（ａ）に示されているように、従来のトランジスタでは複数のベースコンタクト５とエミッタコンタクト８として、コレクタ領域１上のベース領域２，マルチベース領域２’およびベース領域２上のエミッタ領域３に形成して、さらに、半導体基板の表面に絶縁膜４を設けている。

また、図２（ｂ）に示されているように、複数のベースコンタクト５とエミッタコンタクト８はベースボンディングパッド７とエミッタボンディングパッド１０を結ぶ方向にそれぞれ１列に配列されており、さらに、ベース電極配線６とエミッタ電極配線９も直線状に形成されている。また、ベースボンディングパッド７は、ベース電極配線６のベースボンディングパッド７側の末端部分を接続して形成されている。

次に、図３は図２に示したトランジスタの配線パターンの部分拡大図を示す。図３において、エミッタ電極配線９はくし歯状に形成され、エミッタボンディングパッド１０（図示せず）から給電される。また、エミッタコンタクト８は、エミッタ領域３を覆う絶縁膜４に開口部を設けることにより形成されている。一方、ベース領域２，マルチベース領域２’には、ベースコンタクト５が形成され、それらを連結したベース電極配線６がベースボンディングパッド７（図示せず）に接続されている。マルチ／メッシュ構造のエミッタ領域３間には多数のマルチベース領域２’が形成されている。

図４は図３におけるＡ−Ａ’線の断面図を示す図である。図４に示すように、トランジスタは例えばＮ型の導電体からなるコレクタ領域１上に、Ｐ型の導電体からなるベース領域２とＮ型の導電体からなるエミッタ領域３、絶縁膜４が形成されている。

また、絶縁膜４は多数の開口部を有し、この開口部内にそれぞれベースコンタクト５、エミッタコンタクト８が形成され、各々のコンタクトはそれぞれベース電極配線６，エミッタ電極配線９により連結されている。

このように、くし歯状となるマルチ／メッシュ構造のトランジスタでは、エミッタコンタクト８とベースコンタクト５とのあいだの抵抗値をチップ全体で均一化するため考えられた構造であり、チップ全体に活性領域が広がるのでトランジスタの安全動作領域が広がり高速スイッチング特性が実現されて、特にターンオン時間（ｔｏｎ）とターンオフ時間（ｔｏｆｆ）が短くなる。
特開平６−３３３９３２号公報 特開平６−１２０２３８号公報

しかしながら、このような従来のマルチ／メッシュ型トランジスタは、エミッタボンディングパッドの近傍における単位トランジスタ領域で逆バイアスによる二次破壊を起こし易い。この現象は、エミッタ電極とベース電極の配線抵抗に起因して発生する。すなわち、エミッタボンディングパッドの近傍における単位トランジスタ領域では、エミッタ電極の配線抵抗が小さいために、オン状態でのエミッタ・ベース間の順バイアス電圧が実効的に大きくなってエミッタ電流密度が高い。しかも、エミッタボンディングパッドの近傍における単位トランジスタ領域では、ベース電極の配線抵抗が大きいためにエミッタ・ベース間に逆バイアス電圧を加えてターンオフさせるときにベース逆バイアス電流を引き難く、ターンオフが遅れてエミッタ電流が集中する。これらの相乗効果により、エミッタボンディングパッドの近傍における単位トランジスタ領域が故障して破壊することが多いという課題があった。

本発明は、前記従来技術の課題を解決することに指向するものであり、逆バイアスの二次破壊に強いことに加え、高速スイッチング特性を有し、高耐圧で大電流を流すことができるトランジスタを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係るトランジスタは、半導体基板からなるコレクタ領域に形成したベース領域と、ベース領域内に微細な単位トランジスタ領域となる多数個形成したマルチ／メッシュ構造のエミッタ領域と、ベース領域およびエミッタ領域のそれぞれに給電するためにベース電極配線およびエミッタ電極配線を経由してベースボンディングパッドおよびエミッタボンディングパッドが形成されてなるトランジスタであって、ベースボンディングパッドを、トランジスタチップ活性領域中の中央付近におけるエミッタボンディングパッド間において、ベースボンディングパッドとベース電極配線の領域比を３対７から５対５として、かつベース電極配線の領域を分割して配置したことを特徴とする。

前記構成によれば、エミッタボンディングパッドの近傍における単位トランジスタ領域では、エミッタ電極の配線抵抗が小さいために、オン状態でエミッタ・ベース間の順バイアス電圧が実効的に大きくなってエミッタ電流密度が高いが、ベースボンディングパッドの近傍における単位トランジスタ領域では、ベース電極配線の抵抗が小さくなりエミッタ・ベース間に逆バイアス電圧を加えてターンオフさせるときにベース逆バイアス電流を引き易く、ターンオフが速くなりエミッタ電流が集中することを防ぐことができ、エミッタボンディングパッドの近傍における単位トランジスタ領域が破壊しにくいマルチ／メッシュ構造のトランジスタを提供できる。

本発明によれば、同一のチップサイズであっても高性能のトランジスタを得ることができ、さらに従来のトランジスタと同じ製造プロセスを用いて製造することができ、コスト面においても有利であるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態におけるトランジスタのベース電極配線とエミッタ電極配線のパターンを示す平面図である。ここで、前記従来例を示す図２（ａ），（ｂ）において説明した構成部材に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付してこれを示す。

図１（ａ）に示すように、半導体基板によりトランジスタのコレクタ領域１を構成しており、コレクタ領域１上にベース領域２を形成して、さらにベース領域２に微細な単位トランジスタ領域として多数個形成したマルチ／メッシュ構造のエミッタ領域３を形成して、さらに、半導体基板の表面に絶縁膜４を設けている。

また、図１（ｂ）に示すように、半導体基板上のベース領域２内の絶縁膜４に設けた開口部にベースコンタクト５を形成して、アルミニウム膜などのベース電極配線６によって多数個の単位トランジスタのそれぞれベースコンタクト５を連結して、さらに各ベース電極配線６はベースボンディングパッド７に接続している。

一方、ベース電極配線６のあいだにはベースコンタクト５と同様に半導体基板のエミッタ領域３内の絶縁膜４に設けた開口部によりエミッタコンタクト８を形成して、アルミニウム膜などのエミッタ電極配線９によって多数個の単位トランジスタのそれぞれエミッタコンタクト８を連結して、さらに各エミッタ電極配線９はエミッタボンディングパッド１０に接続している。

以下、本発明の実施の形態に係るマルチ／メッシュ型トランジスタについて、図１（ａ），（ｂ）を参照しながら具体的に説明する。本実施の形態におけるマルチ／メッシュ型トランジスタは、多数個のマルチベース領域２’とエミッタ領域３がベースボンディングパッド７とエミッタボンディングパッド１０を結ぶ方向（図１（ｂ）において左右方向）およびこの方向に対して垂直方向にそれぞれ交互に配列する。また、ベースボンディングパッド７はトランジスタチップ活性領域中の中央付近において、エミッタボンディングパッド１０間のベース電極配線６を、ベースボンディングパッド７とベース電極配線６との領域比を３対７から５対５、好ましくは４対６の領域比として、かつベース電極配線６を左右に分割して配置する。

このように、ベースボンディングパッド７とベース電極配線６の領域比を４対６にして、かつベース電極配線６を左右に分割配置することにより、エミッタボンディングパッド１０近傍の単位トランジスタ領域においては、ベースボンディングパッド７からベース電極配線６末端までの配線距離も短くなるために、ベース電極配線６の抵抗が小さくなりエミッタ・ベース間に逆バイアス電圧を加えてターンオフさせるときにベース逆バイアス電流を引き易く、ターンオフが速くなりエミッタ電流が集中することを防ぐことができ、高電圧を印加して大電流を流しても短絡の発生を防止することができる。

本発明に係るトランジスタは、同一のチップサイズであっても高性能のトランジスタを得ることができ、さらに従来のトランジスタと同じ製造プロセスを用いて製造することができ、スイッチング電源などに用いる高耐圧パワートランジスタなどにおける過電流破壊および過電圧破壊を防止したトランジスタに有用である。

本発明の実施の形態におけるトランジスタの（ａ）はベースとエミッタの領域、（ｂ）はベースとエミッタの電極配線のパターンを示す平面図 従来のトランジスタの（ａ）はベースとエミッタの領域、（ｂ）はベースとエミッタの電極配線のパターンを示す平面図 図２に示したトランジスタの配線パターンの部分拡大図 図３に示したＡ−Ａ’線の断面図

符号の説明

１ コレクタ領域
２ ベース領域
２’ マルチベース領域
３ エミッタ領域
４ 絶縁膜
５ ベースコンタクト
６ ベース電極配線
７ ベースボンディングパッド
８ エミッタコンタクト
９ エミッタ電極配線
１０ エミッタボンディングパッド

Claims (1)

1. 半導体基板からなるコレクタ領域に形成したベース領域と、前記ベース領域内に微細な単位トランジスタ領域となる多数個形成したマルチ／メッシュ構造のエミッタ領域と、前記ベース領域および前記エミッタ領域のそれぞれに給電するためにベース電極配線およびエミッタ電極配線を経由してベースボンディングパッドおよびエミッタボンディングパッドが形成されてなるトランジスタであって、
   前記ベースボンディングパッドを、トランジスタチップ活性領域中の中央付近における前記エミッタボンディングパッド間において、前記ベースボンディングパッドと前記ベース電極配線の領域比を３対７から５対５として、かつ前記ベース電極配線の領域を分割して配置したことを特徴とするトランジスタ。

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