JPH084092B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH084092B2
JPH084092B2 JP63035662A JP3566288A JPH084092B2 JP H084092 B2 JPH084092 B2 JP H084092B2 JP 63035662 A JP63035662 A JP 63035662A JP 3566288 A JP3566288 A JP 3566288A JP H084092 B2 JPH084092 B2 JP H084092B2
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正治 渡口
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/101Integrated devices comprising main components and built-in components, e.g. IGBT having built-in freewheel diode
    • H10D84/121BJTs having built-in components
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/60Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D10/00 or H10D18/00, e.g. integration of BJTs
    • H10D84/611Combinations of BJTs and one or more of diodes, resistors or capacitors
    • H10D84/613Combinations of vertical BJTs and one or more of diodes, resistors or capacitors
    • H10D84/615Combinations of vertical BJTs and one or more of resistors or capacitors

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  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明はパワートランジスタの2次降伏耐量を増大し
た半導体装置に関する。
(ロ)従来の技術 トランジスタをエミッタ接地で、コレクタ・エミッタ
間の逆耐圧を増すと2次降伏が生じる。2次降伏の原因
は横方向の熱的不安定性と呼ばれるもので、この横方向
の熱的不安定性により局部的な電流の集中が生じ、トラ
ンジスタが破壊される。従ってトランジスタの安全動作
領域(ASO)を大きくする対策としては、エミッタを分
割し、分割された夫々のエミッタにエミッタ安定化抵抗
と称される保護抵抗を挿入してエミッタ電流を均等に分
割し、また特定のエミッタに異常電流が流れようとした
場合、上記エミッタ安定化抵抗の電圧降下により負帰還
効果を生ぜしめて電流の集中を防ぐことが例えば特公昭
56−13383号公報に記載されている。
斯上した従来の半導体装置を第4図に示す。同図にお
いて、(1)はN+型コレクタコンタクト領域、(2)は
コレクタコンタクト孔、(3)はP型ベース領域、
(4)はベースコンタクト孔、(5)はN+型エミッタ領
域、(6)はエミッタコンタクト領域、(7)はエミッ
タコンタクト孔、(8)はエミッタ抵抗領域、(9)は
エミッタ抵抗領域(8)によるエミッタ安定化抵抗であ
る。エミッタ安定化抵抗(9)は通常1〜数Ω前後の値
を有する。
しかしながら、第4図の構造はエミッタコンタクト領
域(6)から隣りのエミッタコンタクト領域(6)まで
のベース領域(3)表面が全く無駄になり、パターン面
積の縮小化が困難である欠点があった。
さらに、エミッタ安定化抵抗(9)の値を大きくする
と当然効率が低下するので、破壊強度が上っても大きな
出力振幅が得られなくなる。一方、エミッタ安定化抵抗
(9)の値を小さくするとエミッタ安定化抵抗(9)が
負の温度係数を有することに起する前記負帰還効果の動
作範囲が狭まってしまう。その為、トランジスタの最適
化設計を行う為には前記エミッタ安定化抵抗(9)の値
を小さく且つエミッタ安定化抵抗(9)自身のばらつき
を極力抑えなければならない。
しかしながら、第4図の構造はエミッタ安定化抵抗領
域(8)とエミッタ領域(5)及びエミッタコンタクト
領域(6)が同一拡散領域である為、エミッタ安定化抵
抗領域(8)の線幅Wが変化するとその長さlまで変化
する。その為、エミッタ安定化抵抗(9)自身のばらつ
きが大きく、十分な保護動作を行わせるにはその値を小
さくできない欠点があった。
(ハ)発明が解決しようとする課題 本発明は、上述した従来構造の欠点を解消せんとする
ものであり、スペース効率の優れたエミッタ安定化抵抗
内蔵型の半導体装置を得ることを第1の目的、さらには
トランジスタ効率の低下を抑えると共に2次破壊耐量を
増大した、トランジスタの最適化設計を容易ならしめた
半導体装置を得ることを第2の目的とする。
(ニ)課題を解決するための手段 本発明は上記第1の目的を達成する為、エミッタ領域
(15)の長手方向とエミッタ安定化抵抗領域(16)の長
手方向が平行となるように配設することを特徴とする。
また、本発明は上記第2の目的を達成する為、エミッタ
領域(15)とエミッタ安定化抵抗領域(16)を接続電極
(27)によって接続すると共に、エミッタ安定化抵抗
(17)の値がエミッタ電極(22)用の第1のコンタクト
ホール(23)と接続電極(27)用の第2のコンタクトホ
ール(28)との距離で決まるようにしたことを特徴とす
る。
(ホ)作用 本発明によれば、エミッタ領域(15)とエミッタ安定
化抵抗領域(16)とを並列に配設したので、ベース領域
(14)表面のスペースを有効利用できる。また、エミッ
タ安定化抵抗(17)の値が線幅のばらつきによって殆ど
変動しないので、エミッタ安定化抵抗(17)の精度が高
く且つばらつきが少い。その為、常に安定した負帰還動
作を行わしめることができる。
(ヘ)実施例 以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
第1図及び第2図は夫々本発明による半導体装置を示
す平面図及び第1図のAA線断面図である。同図におい
て、(11)はP型半導体基板、(12)は基板(11)前面
に積層して形成したコレクタとなるN型エピタキシャル
層、(13)は基板(11)表面に形成したN+型の埋込層、
(14)はエピタキシャル層(12)表面に形成したP型の
ベース領域、(15)はベース領域(14)の表面に形成し
たN+型のエミッタ領域、(16)はエミッタ領域(15)と
同時形成したN+型のエミッタ安定化抵抗領域、(17)は
エミッタ安定化抵抗領域(16)が形成するエミッタ安定
化抵抗、(18)はエピタキシャル層(12)表面から埋込
層(13)と連結するN+型のコレクタ低抵抗領域である。
また、(19)はエピタキシャル層(12)表面を覆う酸化
膜、(20)はベース領域(14)表面にベースコンタクト
孔(21)を介してオーミックコンタクトするベース電
極、(22)はエミッタ安定化抵抗領域(16)の略中央に
第1のコンタクトホール(23)を介してオーミックコン
タクトするエミッタ電極、(24)はコレクタ低抵抗領域
(18)の表面にコレクタコンタクトホール(25)を介し
てオーミックコンタクトするコレクタ電極、(26)は層
間絶縁膜である。
エミッタ領域(15)はエミッタ安定化抵抗領域(16)
の両側に2個、長手方向をそろえる様に平行に等間隔で
並べる。エミッタ電極(22)はエミッタ安定化抵抗領域
(16)の中心部にオーミックコンタクトし、エミッタ抵
抗領域(16)の夫々のエミッタ領域(15)に対応する2
個のエミッタ安定化抵抗(17)を形成する。この時、エ
ミッタ領域(15)の長手方向の長さを2個分のエミッタ
安定化抵抗(17)の長手方向に匹敵する長さとし、エミ
ッタ領域(15)とエミッタ安定化抵抗領域(16)の長さ
を等しくしておけば、ベース領域(14)表面に無駄なス
ペースを作らず済む。また、エミッタ領域(15)とエミ
ッタ安定化抵抗領域(16)との離間距離が最小線幅で済
むので、全体のパターン面積を縮小できる。
エミッタ領域(15)は夫々を完全な島状に形成した方
がベース・エミッタ接合長を増大でき、出力を増大する
ことができる。その為、エミッタ安定化抵抗領域(16)
はエミッタ領域(15)から離間してベース領域(14)表
面に形成し、両者を1層目の接続電極(27)によって電
気的に接続する。接続電極(27)はエミッタ安定化抵抗
領域(16)の端に第2のコンタクトホール(28)を介し
てオーミックコンタクトし、さらにエミッタコンタクト
孔(29)を介してエミッタ領域(15)とコンタクトす
る。こうすることで、エミッタ電極(22)が夫々エミッ
タ安定化抵抗(17)を介してエミッタ領域(15)を取出
した構造を実現している。
斯る構造によれば、エミッタ領域(15)とエミッタ安
定化抵抗領域(16)とが接続電極(27)によって接続さ
れるので、エミッタ安定化抵抗(17)の値は第1と第2
のコンタクトホール(23)(28)間のエミッタ安定化抵
抗領域(16)で決まることになる。その為、エミッタ安
定化抵抗領域(16)形成用のフォトマスクと第1、第2
のコンタクトホール(23)(28)形成用のフォトマスク
にマスクずれが生じても、2個のエミッタ安定化抵抗
(17)はバランスが崩れることが無い。
また、エミッタ安定化抵抗領域(16)の線幅を第1と
第2のコンタクトホール(23)(28)の大きさより太く
しておけば、拡散のばらつきによる線幅の変化はエミッ
タ安定化抵抗(17)の抵抗値を決定する様々な要因のう
ちその長さと幅には影響を与えない。残るはシート抵抗
の変化であるが、拡散のばらつきによる不純物濃度の変
化は微々たるものなので、抵抗値の変化は無視できるほ
ど小さい。その為、エミッタ安定化抵抗(17)の精度が
良く、抵抗値のばらつきが小さいので、左右のエミッタ
領域(15)を流れるコレクタ電流にアンバランスが生じ
にくいトランジスタが得られる。
前記エミッタ安定化抵抗領域(16)とその両脇のエミ
ッタ領域(15)とで単位トランジスタ(30)を構成す
る。そしてストライプ状の共通のベース領域(14)表面
に前記単位トランジスタ(30)を多数個設け、エミッタ
電極(22)が前記多数個の単位トランジスタ(30)を並
列接続して1本の単位トランジスタ群を構成し、この単
位トランジスタ群を複数本並列に接続することで高出力
トランジスタを形成する。コレクタ電極(24)は2層目
の配線層を利用してベース領域(14)両脇のコレクタ低
抵抗領域(18)表面に延在させ、ベース電極(20)は1
層目配線層を利用してベース領域(14)表面に延在させ
る。
この様にして高出力トランジスタを構成すれば、エミ
ッタ安定化抵抗(17)自身の精度が優れているので、単
位トランジスタ(30)に流れるコレクタ電流にアンバラ
ンスが生じる要因のうちエミッタ安定化抵抗(17)のば
らつきによる要因を極めて小さく抑えることができる。
その為、エミッタ安定化抵抗(17)をより高精度に且つ
小さい値に設定し、前記出力トランジスタの効率を向上
できる。しかも、エミッタ安定化抵抗(17)の負帰還能
力のうちの大半が前記ばらつきによって失なわれていな
いので、ASO破壊耐量を劣化させない。尚、エミッタ安
定化抵抗(17)の抵抗値を小さくする手法として、エミ
ッタ安定化抵抗領域(16)の長さを短くする他に線幅を
太くすることでも実現できる。
本願において、接続電極(27)を使用したものは2層
配線構造を用いるとエミッタ電極(22)の引き廻しが容
易である。その場合、ベース電極(20)はエミッタ電極
(22)やコレクタ電極(24)とクロスさせる。これを第
3図に示す。同図において、(30)は単位トランジス
タ、(22)はエミッタ電極、(24)はコレクタ電極、
(20)はベース電極、(14)はストライプ状のベース領
域、(21)はベース電極(20)のベースコンタクト孔で
ある。一本のストライプ状のベース領域(14)に形成し
た多数個の単位トランジスタ(30)はベース領域(14)
と平行に延在したエミッタ電極(22)により並列接続さ
れて単位トランジスタ群を形成し、この単位トランジス
タ群を複数本並べて全体のトランジスタを形成する。ベ
ース電極(20)は第1図と同じくエミッタ領域(15)の
延在方向に対し直角の方向に延在させ、単位トランジス
タ(30)と単位トランジスタ(30)の間のベース領域
(14)表面にオーミックコンタクトさせる。この様にベ
ース電極(20)をエミッタ電極(22)とコレクタ電極
(24)に対して直交させれば、エミッタ電極(22)とコ
レクタ電極(24)がベース電極(20)によって生じた段
差と直交するので、エミッタ電極(22)とコレクタ電極
(24)のステップガバレージを損わない。
微細化の為、ベース電極(20)の線幅は制限を受け易
い。その為、ベース電極(20)の櫛歯部分(31)に接続
する単位トランジスタ(30)の数を増すとベース電極
(20)の電位降下の為に単位トランジスタ(30)の動作
状態にアンバランスを生じ易い。ベース電極(20)の櫛
歯部分(31)を共通接続するベース電極(20)の根幹部
(32)は比較的容易に線幅を太くできるので、櫛歯部分
(31)間のアンバランスは少い。そこで本願においてベ
ース電極(20)を直交させたものは、同じく第3図に示
す如く1本のベース電極(20)の櫛歯部分(31)に接続
される単位トランジスタ(30)の数を1本のエミッタ電
極(22)に接続される単位トランジスタ(30)の数より
少くすることによって全体の単位トランジスタ(30)に
均一なベースバイアスを印加することができる。その
為、動作状態が均一化するので一層高出力のパワートラ
ンジスタが実現できる。
以上説明した通り、本願によれば高出力・高耐圧で占
有面積を縮小したパワートランジスタを実現できるの
で、このトランジスタを利用して例えばSEPP(シングル
・エンデッド・プッシュプル)回路の如き出力段トラン
ジスタを構成し、この回路を組み込んだ半導体装置によ
ってカーステレオやポータブルラジカセの如き音響用電
子機器を構成することにより、より安価で高出力の装置
が実現できる。
(ト)発明の効果 以上説明した如く、本発明によればエミッタ安定化抵
抗(17)を組み込むことによって2次降伏耐量を増大し
た高出力のパワートランジスタが実現できる利点を有す
る。また、エミッタ安定化抵抗領域(16)の配置を考慮
したので占有面積を縮小できる利点を有する。さらにエ
ミッタ安定化抵抗(17)をばらつきを抑えることによっ
て抵抗の値を小さく高精度に設定できるので、トランジ
スタの効率を向上できる利点を有し、且つベース電極
(20)の配置を考慮することによって全体的に単位トラ
ンジスタ(30)の動作状態が均一化した、一層高出力の
パワートランジスタが実現できる利点をも有する。そし
て本願の半導体装置を利用することにより、安価で高出
力の音響用電子機器を構成できる利点をも有する。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第3図は夫々本発明を説明する為の平面図、
AA線断面図及び平面図、第4図は従来例を説明する為の
平面図である。 (11)はP型半導体基板、(14)はベース領域、(15)
はエミッタ領域、(16)はエミッタ安定化抵抗領域、
(17)はエミッタ安定化抵抗、(20)はベース電極、
(22)はエミッタ電極、(23)と(28)は夫々第1と第
2のコンタクトホール、(27)は接続電極である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一導電型の半導体基板と、 前記半導体基板の上に形成した逆導電型のエピタキシャ
    ル層と、 前記エピタキシャル層を分離して形成した島領域と、 前記島領域の表面に形成した一導電型のベース領域と、 前記ベース領域の表面に形成した逆導電型のエミッタ安
    定化抵抗領域と、 前記エミッタ安定化抵抗領域の両脇に、前記エミッタ安
    定化抵抗領域とは独立し、前記エミッタ安定化抵抗領域
    と同じ長さで、前記エミッタ安定化抵抗領域と平行に延
    在するように形成した逆導電型の第1と第2のエミッタ
    領域と、 前記エミッタ安定化抵抗領域のほぼ中央に形成した第1
    のコンタクトホールと、 前記エミッタ安定化抵抗領域の両端に形成した第2のコ
    ンタクトホールと、 前記エミッタ安定化抵抗領域の線幅はその全長に渡り前
    記第1と第2のコンタクトホールの大きさより大であ
    り、 前記エミッタ安定化抵抗領域の第1のコンタクトホール
    を介して前記エミッタ安定化抵抗領域にコンタクトする
    エミッタ電極と、 前記エミッタ安定化抵抗領域の前記第2のコンタクトホ
    ールの一方を介して前記エミッタ安定化抵抗領域にコン
    タクトし、絶縁膜上を延在して前記第1のエミッタ領域
    にコンタクトする第1の接続電極と、 前記エミッタ安定化領域の前記第2のコンタクトホール
    の他方を介して前記エミッタ安定化抵抗領域にコンタク
    トし、絶縁膜上を延在して前記第2のエミッタ領域にコ
    ンタクトする第2の接続電極と、を具備することを特徴
    とする半導体装置。
  2. 【請求項2】前記エミッタ安定化抵抗領域と前記両側の
    エミッタ領域とで単位トランジスタを構成し、前記エミ
    ッタ電極が多数個の前記単位トランジスタを並列接続し
    て単位トランジスタ群を構成し、この単位トランジスタ
    群を複数本並列接続することにより高出力トランジスタ
    としたことを特徴とする請求項第1項に記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】前記エミッタ電極の延在方向に対して直角
    にベース電極を延在させたことを特徴とする請求項第2
    項に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】1本の前記エミッタ電極に接続される前記
    単位トランジスタの数に対して1本の前記ベース電極に
    接続される前記単位トランジスタの数を少くしたことを
    特徴とする請求項第3項に記載の半導体装置。
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