JPH02104008A - 集積化パワートランジスタ - Google Patents

集積化パワートランジスタ

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JPH02104008A
JPH02104008A JP1197903A JP19790389A JPH02104008A JP H02104008 A JPH02104008 A JP H02104008A JP 1197903 A JP1197903 A JP 1197903A JP 19790389 A JP19790389 A JP 19790389A JP H02104008 A JPH02104008 A JP H02104008A
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    • H03K17/08126Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in bipolar transitor switches
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    • HELECTRICITY
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    • H03K2217/00Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
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  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は温度応力を下げるための手段を含む集積化され
たパワートランジスタに関する。
集積化バイポーラパワートランジスタに影響を及ぼす主
要問題の1つは直接二次ブレークダウン(I s/a 
)であると知られている。この問題は圧倒的に熱的原因
を有する。前記パワートランジスタの加熱により、ベー
スエミッタ電圧は実際、温度に依存しかつ−2m V 
/ ”Cの範囲にある係数に従って減少する。定コレク
タ電流(Io)および−2mV/”Cという上記に述べ
た温度係数を仮定すると、コレクタ電流の密度はかなり
(約10%)増加し、パワートランジスタの局部化され
た加熱を起こす。真性温度における増加は、前記コレク
タ電流密度に迅速な非線形増加およびいわゆるホットス
ポットの形成が続き、AQ−Siシステムの溶解を起こ
し、結果としてパワートランジスタのエミッタとコレク
タの間の領域で局部短絡回路となり結果としてパワート
ランジスタ自身を破壊する。
パワートランジスタの性能を向上させるため、その動作
温度および前記パワートランジスタの表面の温度勾配を
下げるためにいくつかの技術を採用することができる。
しかし、これらの既知の技術は前記パワートランジスタ
の性能の制限が原因で満足できるものではなく、提案さ
れたすべての手段は直接二次ブレークダウンの間居に対
して単に部分的な解決を構成する。
実質的な改良は米国特許出願第07/135゜220号
で開示されており、そこではパワートランジスタは並列
に接続されている複数個のカレントミラーによって置換
され、前記カレントミラーの各々は予め設定された相互
面積比で出力トランジスタおよびダイオードによって形
成され、100の範囲で出力トランジスタ利得の値を得
て、ダイオードは前記出力トランジスタのコレクタ電流
の熱感度を下げる安定エレメントである。
前記カレントミラーの各々は電流源によって駆動される
温度による前記コレクタ電流の変形の低下ファクタは以
下に等しい: 1/(1+β/1+m)) ここでm−トランジスタの面積/ダイオードの面積であ
る。
上記で説明した解決策の実現は、前記カレントミラーの
キャリアのためにミラーの役割を果たす埋込N+型層を
中間部分に含む埋込まれたP中型領域を伴う。しかしこ
のような既知の素子は、特にパワートランジスタの出力
を制限する低いコレクタ・ベース電圧によって構成され
る制限をなくすためにまだ改善が可能である。改善は前
記カレントミラーに完全に同一のコレクタ電流を与える
必要をなくすことにあり、これは回路にさらに融通性を
もたらす。
さらに、前記カレントミラーを駆動させるための電流源
の使用は前述の応用で説明されたパワートランジスタの
寸法および複雑度を増加させ、集積化をさらに容易にす
るという点からさらなる改善の余地を残す。
前述のN中型埋込層を発生させるために、P+型埋込層
はさらにチップ生産工程中にあけられなければならず、
製造の複雑性およびコストを増大させる。
したがって、本発明のねらいは性能が改善されかつ温度
応力に対して低い感度を有し、特に既知の技術に関して
かなり改善されている集積化パワートランジスタを提供
することである。
この狙いにおいて、本発明の特定の目的は、集積化パワ
ートランジスタ自身の表面上にホットスポットの形成を
防ぐために適合される簡単な駆動手段を有する集積化パ
ワートランジスタを提供することである。
この発明のさらなる目的はパワートランジスタのために
単一の駆動手段を提供することである。
本発明のさらなる目的は高いコレクタ・ベース電圧で動
作することができる集積化パワートランジスタを提供す
ることである。
以下で明らかとなる前述の狙いおよび目的およびその他
は請求項1で示されている特徴を有する集積化パワート
ランジスタによって達成される。
この発明の特徴および利点は、この発明の現在好ましい
しかし非排他的実施例の以下の詳細な説明から明らかと
なり、添付図面の非制限的−例のみによって示される。
第1図および第2図に関して、前記図は本発明の異なる
実施例を示す。
より特定的に、第1図は各々が参照文字Gによって示さ
れている複数個のセルを含む集積化パワートランジスタ
のPNP型の実施例を示す。
第2図は代わりに、各々が参照文字G′によって示され
ている複数個のセルを含む集積化パワートランジスタの
NPN型の実施例を示す。
第1図および第2図かられかるように、電流源(この技
術において周知である)を規定する駆動手段は抵抗器手
段RそれぞれR′によって実現される。
互いに接続されたセルを含むNPN型の実施例(第2図
)では、各セルG′はカレントミラーを構成し、ダイオ
ードD /、出力トランジスタT′(NPN型)、およ
び抵抗器R′を成す駆動手段を含む。見てわかるように
、各カレントミラーのトランジスタのベースおよびダイ
オードは互いに接続され、そして抵抗器R′によって共
通のベース端子B′に接続され、出力トランジスタT′
のコレクタは互いに接続されかつ共通のコレクタ端子C
′を形成し、前記出力トランジスタT′のエミッタも互
いに接続されかつ共通のエミッタ端子E′を形成する。
第2図で示されている回路は、この技術において知られ
ているように、前記トランジスタT′と前記ダイオード
D′を2つの隣接したしかし互いに分離されたエピタキ
シャルタブで配列することによって簡単に実現すること
ができる。
第1図で示されている回路は本発明に従ったPNP形態
であり、互いに接続されたセルを含み、各セルGはダイ
オードDとPNP型の出力トランジスタTと抵抗器Rを
規定する駆動手段とを含む。
各ミラーのトランジスタのベースとダイオードは一緒に
接続され、前記抵抗器Rを介して共通の端子Bに接続さ
れ、出力トランジスタTのコレクタは一緒に接続されか
つ共通のコレクタ端子Cを形成し、前記出力トランジス
タTのエミッタは一緒に接続されかつ共通のエミッタ端
子Eを形成する。
2つの隣接するセルの非対称によって起こる温度ドリフ
トによる電圧はΔVaEよって示されて第3図では電圧
源Uによってシミュレートされている。前記非対称が原
因で、ダイオードの電流!0および110は等しくない
。ネットワークの平高等式は以下のとおりである; 1’ 0 *R+I’ or(、+ΔVaE=Io @
R+r010 す、したがって ΔVaE−1o  (R十ro)−1’ 6  (R+
ro)ΔVaE−(R+rO)ΔI。
eonΔ1.mlo −1’ 。
したがって 電流10および1zoのパーセント不整合は以下と等し
い したがって前記パーセント不整合の減少ファクタは以下
と等しい; R/rOの割合が高ければ、非対称に加熱されたブラン
チの温度差分は等しくなる傾向があり、ΔvBεは0に
なりがちである。したがって各セルのベース電流は等し
くなる傾向がある。
前述の米国特許出願で示された電流源手段が本発明の抵
抗器手段と置換されると、前記パワートランジスタのよ
り簡単でより高い集積化が達成できる。
第4図はPNP型シリコンウェーハの前記集積化の斜視
図である。各セルに含まれているPNP型カレントミラ
ーの集積化された構造のもっと詳細な図は第5図で示さ
れている。
シリコンウェーハはP型サブストレート1およびN型エ
ピタキシャル層2を含み、P+型領域3は前記エピタキ
シャル層2でエピタキシャルポケット2′を分離し、ウ
ェーハはさらにN型底部ウェル4および出力トランジス
タTのコレクタを形成するP+型埋込領域5を収容する
最上部のN型ウェル領域8はエピタキシャルポケット2
′の中で規定され、さらなるP型頭域9とトランジスタ
TのベースBVを収容する。
トランジスタTは縦のPNP構造を有し、そこのベース
はNウェル領域8に収容され、そのエミッタはさらなる
P型頭域9によって形成され、そのコレクタは前記P+
型領域5によって形成される。
ダイオードDを規定するトランジスタは垂直型PNPト
ランジスタに収容されている横型PNPトランジスタを
含む。ダイオードを規定するトランジスタのベースはB
Lによって示されており、第1のP型層10がそのコレ
クタを形成し、第2のP型層7はそのエミッタを形成す
る。ダイオードDを規定するトランジスタのベースBL
はNウェル領域8に規定される。素子の製造過程では、
シリコンウェーハの表面に注入された最上部Nウェル領
域8は前記半導体のバルクに拡散し、結果のドーピング
輪郭はガウス(Gaussian)であるので、ダイオ
ードDを規定するトランジスタのベースBLのドーピン
グレベルは、トランジスタTのベースBVのドーピング
レベルよりも結果的に高い。
電荷QBL(前記ベースBLに対応する)は電荷Qav
(前記ベースBVに対応する)よりも結果的に大きい。
ダイオードは高い注入状態の下で動作するので、ベース
がBLであるダイオードDを形成する横型トランジスタ
の利得β、はベースがBVである縦型トランジスタTの
利得βVよりも高い。
上記に説明した配列はこの技術において知られているよ
うに、たとえばダイオードDを形成する横型PNP領域
の下のP+型埋込領域5をあけるステップおよびN+埋
込層を形成するステップに頼ることなく得られる。前記
Qavは領域BVが領域BLを形作る前に形作られるこ
とを可能とし、したがってシリコンウェーハのパワート
ランジスタの実現をさらに簡単にする。
前の記述から明らかなように、この発明は意図されてい
る狙いおよび目的を完全に達成する。
温度に依存するコレクタ電流のドリフトを制限する集積
化されたパワートランジスタ構造が実際に得られ、カレ
ントミラーを駆動させる抵抗器手段を使うことによって
、可能な直接二次ブレークダウンのリスクを低下させる
さらに、ここで教示された構造の長所によって、前記パ
ワートランジスタに対してもっと高いベース・コレクタ
電圧を得ることが可能であり、従来のパワートランジス
タ構造に関して出力パワーを向上させる。
最後に、この発明に従ったパワートランジスタの製造は
簡単であり、前記トランジスタは比較できる既知のパワ
ートランジスタよりも比較的低いコストを有し、簡単な
構造的配列を有し、電子産業において従来である処理ス
テップで製造することができる。
このように着想されたこの発明は多数の修正および変更
が可能であり、これらはすべてこの発明の概念の範囲内
にある。特に、抵抗器手段は集積化回路に対して集積化
されるまたは外部的どちらであってもよく、カレントミ
ラーのダイオードも適当なPN接合を与えることができ
る従来のいかなる手段によっても形成することができる
この詳細は当然能の技術的に等価なエレメントによって
置換することができる。
特許請求の範囲において述べられている技術的特徴は参
照符号が後に続いているが、これらの参照符号は特許請
求の範囲の明瞭さを増すためにのみ含まれており、した
がってこのような参照符号は一例としてこのような参照
符号によって識別されているそれぞれのエレメントの範
囲に対して制限するいかなる効果も有しない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にしたがったPNPパワートランジスタ
の実施例の回路図である。 第2図はNPNパワートランジスタのさらなる実施例の
回路図である。 第3図は第1図で示されているものと等価である回路図
であり、温度ドリフト電圧が電圧源ΔVBEで表わされ
ている。 第4図はシリコンウェーハの断面斜視図であり、第1図
で示されているようなPNP型セルを実現している。 第5図は第4図に関して垂直面でとられた第1図のPN
Pカレントミラーセルを実現しているシリコンウェーハ
の断面図である。 図においてDはダイオード、Tは出力トランジスタ、R
は抵抗器、Bは共通のベース端子、Cは共通のコレクタ
端子、Eは共通のエミッタ端子、1はP型サブストレー
ト、2はN型エピタキシャル層、3はP生型領域、2′
はエピタキシャルポケット、4はボトムウェル、5はP
中型埋込領域、7は第2のP型層、8はNウェル領域、
9はP壁領域、10は第1のP型層である。 特許出願人  エツセ・ジ・エッセ・トムソン・ミクロ
エレクトロニクス・エッセ Ft’3. ′L F’3.3

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)共通のエミッタ端子(E、E′)を規定するよう
    にエミッタ領域が互いに接続され、共通のコレクタ端子
    (C、C′)を規定するようにコレクタ領域が互いに接
    続され、同じ複数個のダイオード手段(D、D′)がそ
    れぞれのトランジスタ手段に接続されている複数個のト
    ランジスタ手段(T、T′)を含み、各前記トランジス
    タ手段でカレントミラー回路を形成する集積化パワート
    ランジスタであって、 各前記トランジスタ手段(T、T′)のベース領域が対
    応する抵抗器(R、R′)の第1の端子に接続され、前
    記対応する抵抗器の第2の端子が共通のベース端子(B
    、B′)を規定するように互いに接続されていることを
    特徴とする、集積化パワートランジスタ。
  2. (2)前記トランジスタ手段(T′)の各々がNPN型
    であり、各前記ダイオード手段(D′)のアノードが対
    応するトランジスタ手段のベースに接続され、そのカソ
    ードは対応するトランジスタ手段のエミッタに接続され
    ることを特徴とする、請求項1に記載の集積化パワート
    ランジスタ。
  3. (3)前記トランジスタ手段(T)の各々がPNP型で
    あり、各前記ダイオード手段(D)のカソードが対応す
    るトランジスタ手段のベースに接続され、そのアノード
    は対応するトランジスタ手段のエミッタと接続されて、
    前記トランジスタの各々でカレントミラー回路を形成す
    ることを特徴とする、請求項1に記載の集積化パワート
    ランジスタ。
  4. (4)前記ダイオード手段(D′)がNPNトランジス
    タで形成され、そのベースおよびコレクタは短絡されて
    いることを特徴とする、請求項2に記載の集積化パワー
    トランジスタ。
  5. (5)前記ダイオード手段(D)はPNPトランジスタ
    で形成され、そのベースおよびコレクタは短絡されてお
    り、前記ダイオード手段および前記トランジスタ手段は
    Nウェル領域(8)に共通のベースが実現されているこ
    とを特徴とする、請求項3に記載の集積化パワートラン
    ジスタ。
  6. (6)前記共通ベースの結果のドーピング輪郭はガウス
    であり、前記ダイオード(D)を形成するPNPトラン
    ジスタのベース(BL)のドーピングレベルが前記PN
    Pトランジスタ(T)のベース(BV)のドーピングレ
    ベルよりも高いことを特徴とする、請求項5に記載の集
    積化パワートランジスタ。
  7. (7)前記カレントミラーの各々がNPNまたはPNP
    バイポーラ技術に従って設けられ、単一のドライブが前
    記カレントミラー回路のために設けられ、前記ドライブ
    が前記パワートランジスタの抵抗器手段(R)を含むこ
    とを特徴とする、請求項1に記載の集積化パワートラン
    ジスタ。
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