JPH09115918A - トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

トランジスタおよびその製造方法

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JPH09115918A
JPH09115918A JP8259614A JP25961496A JPH09115918A JP H09115918 A JPH09115918 A JP H09115918A JP 8259614 A JP8259614 A JP 8259614A JP 25961496 A JP25961496 A JP 25961496A JP H09115918 A JPH09115918 A JP H09115918A
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Soo-Seong Kim
秀 聖 金
Sang-Yong Lee
▲サン▼ ▲ヨウ▼ 李
Jun-Soo Kim
俊 洙 金
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチオフの際にエミッタの中央に集中す
る電流を緩和して安全動作領域を広げることができるト
ランジスタおよびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 P型ベース層23の表面内に、N+ 型エ
ミッタ領域24を、その周辺部に対して中央部を浅くし
て形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチングトラ
ンジスタとして使用されるようなトランジスタおよびそ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、スイッチングトランジスタは、
ベースの小さい電流を調節してコレクタとエミッタ間に
短絡電流を流したり、その電流を遮断させる。このスイ
ッチングトランジスタにおいて、電流容量はエミッタの
面積に比例する。このため、トランジスタの設計の際、
電流容量を大きくするためにはエミッタの面積を増加さ
せる。
【0003】スイッチングトランジスタは、実際の回路
においては、インダクタンス成分を含む負荷をスイッチ
ングすることが多く、したがって、トランジスタがオフ
されると、インダクタにより誘導される高い電圧によっ
てエミッタの中央部分に電流集中が生じ、トランジスタ
が破壊されることがあった。この点を詳述すると、スイ
ッチオン状態の飽和状態からスイッチオフされると、ベ
ース−コレクタ間のバイアスが順方向から逆方向に変わ
るようになる。そして、ベース電極部位のベース領域か
らエミッタ領域の中心に空乏層が移り、スイッチオフ動
作が進行される。
【0004】スイッチがオフされると、ベース−コレク
タの間に空乏層が形成されて移動し始まりながら電流は
減少し始まり、エミッタの中央部分が完全にオフされて
逆方向電圧が印加される前にインダクタに高い電圧が誘
導されコレクタ電圧が高くなる。
【0005】スイッチオフの際、エミッタの中央部分ま
で完全に逆方向電圧が印加されるまではある程度の時間
が必要である。従って、スイッチがオフされる瞬間から
ある程度の時間の間、エミッタの中央部分の電圧は依然
として順方向電圧が印加されている状態になる。このと
き、完全に逆方向がかからないエミッタの中央部分に電
流集中が起こり、さらにインダクタによりエミッタとコ
レクタに誘導される高い電圧により、この電流集中領域
における電力損失は大きく増加する。そして、トランジ
スタの温度は上昇し、トランジスタの温度が増加するに
従って、電流が増加する温度特性のためエミッタの中央
部分に激しい熱暴走現象が生じる。
【0006】このように、スイッチオフ時にエミッタの
中央部分の電流密度がエミッタの周辺部の電流密度より
高く、高電流密度を有する電流流れの通路がベース領域
に形成される。結局、エミッタの中央部分に電流集中部
分(hot spot)が形成され、エミッタの中央部
分は素子の安全動作領域(SOA:Safe Oper
ating Area)を超えて安全に動作できない領
域に至るようになり、トランジスタが破壊される結果が
生じる。
【0007】このような電流の中央集中現象はエミッタ
の幅が大きくなるほど大きく現れる。従って、電流の中
央集中現象を減少させるたにはエミッタの幅をある程度
以上に長くすることができない。
【0008】モトローラ(motorola)において
は、エミッタの中央への電流集中を防止するためエミッ
タの中央部分をなくしたホローエミッタ(hollow
emitter)構造のスイッチングトランジスタを
提案し、このホローエミッタ構造は米合衆国特許第4,
388,634号と、同第4,416,708号に登録
されている。
【0009】図5および図6は従来のスイッチングトラ
ンジスタの構造を実際に示す断面図であり、図5はトラ
ンジスタがオンされたときであり、図6はトランジスタ
がオフされたときである。図5および図6に示すよう
に、従来のスイッチングトランジスタは、N+ 型半導体
基板11上にN型エピタキシャル層12が形成されてお
り、その上にP型ベース層13が形成されている。P型
ベース層13には中央部の表面内にN+ 型エミッタ領域
14が形成されており、エミッタ領域14の表面にはエ
ミッタ電極15が形成されており、ベース層13の表面
にはベース電極16が形成されている。半導体基板10
の下面にはコレクタ電極17が形成されている。
【0010】図5および図6において矢印は電流流れを
示し、矢印の太さは電流量を示している。図5で示すよ
うに、スイッチがオン状態になるとエミッタ領域14と
コレクタ(半導体基板11とエピタキシャル層12)の
間が順方向バイアスになりコレクタからエミッタ領域1
4に電流が流れるようになる。このとき、エミッタ領域
14の周辺部に流れる電流量がエミッタ領域14の中央
部に流れる電流量より多くなる。
【0011】図6で示すにように、スイッチがオフされ
るとベース層13とコレクタの間のバイアスが順方向か
ら逆方向に変わる。したがって、ベース電極16部分の
ベース層13からエミッタ領域14の中心側に空乏層が
移動するようになるが、ベース層13とコレクタの間に
空乏層が生じながら電流が減少し始まる。しかし、エミ
ッタ領域14の中央部分が完全にオフされ逆方向電圧が
印加される前にインダクタに高い電圧が誘導されてコレ
クタ電圧が高くなる。このとき、完全な逆方向バイアス
がかからないエミッタ領域14の中央部分に電流集中が
起こる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
スイッチングトランジスタではスイッチがオフされると
き、エミッタ領域の中央部分に電流集中が起こり、エミ
ッタ領域の中央部分が素子の安全動作領域を超えて安全
に動作できなくなり素子が破壊されるという問題点を有
している。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、第1導電型の半導体層と、この半導体層
上に形成された第2導電型のベース層と、このベース層
の表面内に形成され、中央部が浅く周辺部が深い第1導
電型のエミッタ領域とを具備することを特徴とするトラ
ンジスタとする。
【0014】また、本発明は、第2導電型のベース層の
表面にマスク層を形成し、このマスク層には、エミッタ
形成領域の中央部から周辺部に向って次第に開口部幅が
広がるような複数の開口部を形成する工程と、前記マス
ク層の開口部を介して前記ベース層の表面部に第1導電
型の不純物をイオン注入した後、熱処理することによ
り、ベース層の表面内に、中央部が浅く周辺部が深いエ
ミッタ領域を形成する工程とを具備することを特徴とす
るトランジスタの製造方法とする。
【0015】
【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よるトランジスタおよびその製造方法の実施の形態を詳
細に説明する。図1は本発明のトランジスタの実施の形
態を示す断面図である。この実施の形態のトランジスタ
は、N+ 型半導体基板21上にN型エピタキシャル層2
2が形成されており、その上にP型ベース層23が形成
されている。さらに、P型ベース層23には中央部の表
面内にN+ 型エミッタ領域24が形成される。このN+
型エミッタ領域24は中央部が浅く、周辺部が深く形成
されており、しかも深さは連続的に変化するように形成
されている。そして、エミッタ領域24上にはエミッタ
電極25が形成されており、ベース層23上にはベース
電極26が形成されている。また、エピタキシャル層2
2とともにコレクタを構成するN型の半導体層である半
導体基板21の下面にはコレクタ電極27が形成されて
いる。
【0016】図1において矢印は電流流れを示してお
り、このトランジスタにおいては、エミッタ領域24の
中央部が浅く周辺部が深い構造であるため、スイッチが
オフされるとき、電流がエミッタ領域24の中央部分へ
は少なく流れる。
【0017】図3は従来のスイッチングトランジスタの
ハーフセル(右半分の部分)にスイッチのオフ過程で現
れる電流流れを示すものであり、図4は本発明によるト
ランジスタのハーフセル(右半分の部分)にスイッチの
オフ過程で現れる電流流れを示すものである。図におい
て、各線は電流流れを示し、線の密度が高い部分が電流
が集中しているところである。図3に示すように従来で
はエミッタ領域14の中央部分に電流が多く流れるが、
図4の本発明においてはエミッタ領域24の中央部分へ
は電流が全く流れない。
【0018】図2は本発明のトランジスタの製造方法の
実施の形態として、エミッタ領域24の形成方法を示す
断面図である。この図を参照してエミッタ領域24の形
成方法を説明すると、まず図2(a)に示すように、P
型ベース層23の表面にマスク層として酸化膜31を形
成する。次に、この酸化膜31に、通常のフォトリソエ
ッチング技術を用いて、エミッタ形成領域の位置におい
て複数の開口部32を形成する。この際、複数の開口部
32は一定間隔に形成されるが、各開口部幅はエミッタ
形成領域の中央部から周辺部に向って次第に広がるよう
に形成される。しかる後、酸化膜31の開口部32を介
してエミッタ領域形成用のn型不純物をP型ベース層2
3の表面部にイオン注入する。すると、P型ベース層2
3の表面部には不純物注入層33が開口部32に対応し
て点線状に、しかも開口部32に対応してエミッタ形成
領域の中央部から周辺部に向って注入部分の幅が次第に
広くなるように形成される。そして、このように不純物
注入層33の不純物注入部分の幅がエミッタ形成領域の
中央部から周辺部に向って次第に広くなっている結果、
次に熱処理を行って不純物を拡散させてP型ベース層2
3の表面内にn+ 型エミッタ領域24を形成すると、エ
ミッタ領域24は図2(b)に示すように中央部が浅く
周辺部が深く形成される。
【0019】
【発明の効果】このように本発明のトランジスタおよび
その製造方法によれば、エミッタ領域を、その中央部を
浅く、その周辺部を深く形成したので、スイッチオフの
際にエミッタの中央部分に電流が集中する現象を防止で
き、安全動作領域を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるトランジスタの実施の形態を示す
断面図。
【図2】本発明によるトランジスタの製造方法の実施の
形態を示す断面図。
【図3】従来のスイッチングトランジスタのハーフセル
にスイッチのオフ過程で現れる電流流れを示す図。
【図4】本発明によるトランジスタのハーフセルにスイ
ッチのオフ過程で現れる電流流れを示す図。
【図5】従来のスイッチングトランジスタの構造を示す
断面図。
【図6】従来のスイッチングトランジスタの構造を示す
断面図。
【符号の説明】
21 N+ 型半導体基板 22 N型エピタキシャル層 23 P型ベース層 24 N+ 型エミッタ領域 31 酸化膜 32 開口部 33 不純物注入層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体層と、 前記半導体層上に形成された第2導電型のベース層と、 前記ベース層の表面内に形成され、中央部が浅く周辺部
    が深い第1導電型のエミッタ領域とを具備することを特
    徴とするトランジスタ。
  2. 【請求項2】 第2導電型のベース層の表面にマスク層
    を形成し、このマスク層には、エミッタ形成領域の中央
    部から周辺部に向って次第に開口部幅が広がるような複
    数の開口部を形成する工程と、 前記マスク層の開口部を介して前記ベース層の表面部に
    第1導電型の不純物をイオン注入した後、熱処理するこ
    とにより、ベース層の表面内に、中央部が浅く周辺部が
    深いエミッタ領域を形成する工程とを具備することを特
    徴とするトランジスタの製造方法。
JP8259614A 1995-10-10 1996-09-30 トランジスタおよびその製造方法 Pending JPH09115918A (ja)

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KR1995P-34699 1995-10-10

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GB (1) GB2306046A (ja)

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