JPH0922913A - パワートランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エミッタボンディングパッド部直下にもベー
ス拡散領域を設けて、無効部分を減らした効率のよいパ
ワートランジスタを得る。 【解決手段】 ベース拡散領域２２とエミッタ拡散領域
２３との境界にはくし形部２４が形成され、トランジス
タとして動作する部分のエミッタ周囲長が表面積に比較
して大きくなるように形成される。ベース拡散領域２２
の表面のベース電極２６は、くし形部２４ではベース拡
散領域２２の一部の上方にのみ形成され、先端部分の上
方にはエミッタ電極２７が形成されて、大面積のエミッ
タボンディングパッド３３を形成する。エミッタボンデ
ィングパッド３３とベース拡散領域２２との間は酸化膜
２８によって電気的に絶縁される。酸化膜２８の下方に
はエミッタ拡散領域２３と同一の型の不純物が表面付近
で高濃度に拡散された低比抵抗領域３４が形成され、ベ
ースとして機能するために必要な導電性を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型で大電流を流
すことができるパワートランジスタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、いわゆる大電流および中電流
用のバイポーラ型パワートランジスタにおいては、電流
容量を大きくするためにエミッタ拡散領域の周囲長を長
くすることが行われている。図５および図６は、そのよ
うなパワートランジスタの構成を示す。図５は平面図、
図６は図５の切断面線ＶＩ−ＶＩから見た断面図をそれ
ぞれ示す。このパワートランジスタは３重拡散型トラン
ジスタであり、Ｎ型不純物を軽く添加したシリコン基板
の裏面側から、リンを高濃度に添加してＮ⁺型のコレク
タ拡散領域１を形成する。次に表面側からホウ素を拡散
し、Ｐ型のベース拡散領域２を形成する。さらにベース
拡散領域２の表面側からリンを拡散させてエミッタ拡散
領域３を形成する際にくし形部４を形成して、エミッタ
拡散領域３の周囲長を大きくし、パワートランジスタチ
ップとしての電流容量を大きくするための工夫をしてい
る。メッシュ状のエミッタ構造として周囲長を大きくす
る場合もある。チップの周囲にはチャネルストッパ拡散
領域５が形成され、ベース電極６およびエミッタ電極７
が、ベース拡散領域２およびエミッタ拡散領域３にそれ
ぞれ電気的に接続される。チップの表面には酸化膜８が
形成され、酸化膜８に設けられるベースコンタクトホー
ル９およびエミッタコンタクトホール１０を介して、ベ
ース電極６およびエミッタ電極７とベース拡散領域２お
よびエミッタ拡散領域３との電気的接続が行われてい
る。コレクタ拡散領域１の裏面側には、コレクタ電極１
１が形成される。

【０００３】このようなくし形やメッシュ状のエミッタ
構造のチップにおいては、チップ表面のベース電極６と
エミッタ電極７とを各々分離して配置する必要がある。
外部接続用のベースボンディングパッド１２およびエミ
ッタボンディングパッド１３は、それぞれある程度の面
積を必要とし、くし形部４にかからない範囲で面積を大
きくとれるよう配置される。ベースボンディングパッド
１２およびエミッタボンディングパッド１３は配線用の
電極となるので、配線抵抗を下げるために電流容量に適
した厚みと幅にする。さらにシリコンとのコンタクト抵
抗を下げるために、絶縁膜である酸化膜８に設けるベー
スコンタクトホール９およびエミッタコンタクトホール
１０は可能な限り大きくする必要がある。シリコン基板
の不純物濃度が低い場合には、同一型の不純物で補償拡
散を行い、コンタクト部の表面の不純物濃度を高くして
オーミックコンタクト性を向上させる場合もある。

【０００４】パワートランジスタでは、特にエミッタと
コレクタとには大きな電流が流れるので、パッケージへ
のアセンブリの際に、パッケージ側の接続用フレームと
チップとの間には、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）
などの太い金属線を１または複数本ボンディングする必
要がある。安定したボンディングを行うためには、ボン
ディングパッドの面積を金属線の直径よりも一定割合で
大きなものにする必要がある。

【０００５】図５に示すような従来のパワートランジス
タの構造では、エミッタボンディングパッド１３の面積
を大きく確保するために、ベース電極６およびエミッタ
電極７が交互に入組んで各々の電極幅が小さくなるくし
形部４をトランジスタ部分としては作ることができない
ので、エミッタボンディングパッド１３に対しベース電
極６の先端を後退させる必要がある。ベース電極６を後
退させると、ベース拡散領域２にエミッタ拡散領域３を
くし形に形成しても、不純物濃度の低い拡散領域２では
ベース電極の先端からベース拡散領域２の先端までの電
気抵抗が大きくなり、ベース拡散領域２のエミッタボン
ディングパッド１３側の先端部にはほとんど電流が流れ
ず、トランジスタのベース・エミッタ接合としての効果
が小さくなってしまう。このため通常エミッタボンディ
ングパッド１３の部分には、エミッタ拡散領域３を全面
的に形成するけれども、ベース拡散領域２と交互に入組
むくし形部の割合が小さくなり、エミッタ拡散領域３の
周囲長が小さくなって、トランジスタとして動作する場
合の効率が低い無効部分となってしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５に示すような従来
のパワートランジスタの構造で、面積の大きいボンディ
ングパッドを得るためには、トランジスタとしての動作
の効率が低い無効部分の面積が増大し、チップサイズが
大きくなって製造コストが上昇してしまう。

【０００７】本発明の目的は、エミッタボンディングパ
ッドの部分にも他の部分と同様にベース拡散領域を設け
ることができ、無効部分を減らして効率の向上するパワ
ートランジスタを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ベース電極お
よびエミッタ電極がチップ表面の酸化膜上に配置され、
ベース拡散領域中にエミッタ拡散領域が境界が入組んだ
形状となるように形成され、ベース電極およびエミッタ
電極とベース拡散領域およびエミッタ拡散領域とが酸化
膜に形成されたコンタクトホールを介してそれぞれ接続
され、ベース電極およびエミッタ電極上に外部接続用パ
ッドが設けられるパワートランジスタにおいて、ベース
拡散領域と同一型の不純物を高濃度に拡散させた低比抵
抗領域が、酸化膜下のエミッタ拡散領域中に延びるよう
に形成されていることを特徴とするパワートランジスタ
である。本発明に従えば、ベース拡散領域と同一型の不
純物を高濃度に酸化膜下のエミッタ拡散領域中に延びる
ように形成させる。ベース拡散領域の電気抵抗値が小さ
くなり、表面にベース電極がなくてもエミッタやコレク
タに比べて電流の小さいベース電極としては充分に機能
することができる。これによって、実質的なエミッタ拡
散領域の周囲長を増大させて無効部分を減らした効率の
よいパワートランジスタを形成することができる。

【０００９】また本発明の前記低比抵抗領域は、ベース
電極に対するオーミックコンタクト性を向上させるため
に、ベース拡散領域上に形成されるベース補償拡散領域
に連続して形成されていることを特徴とする。本発明に
従えば、たとえばＰＮＰトランジスタ等でベースコンタ
クト部のオーミックコンタクト性を向上させるために行
われる補償拡散の工程の際に、ベース拡散領域上に形成
されるベース補償拡散領域に連続して酸化膜下のエミッ
タ拡散領域中に延びるように、低比抵抗領域を同時に形
成することができる。

【００１０】また本発明の前記低比抵抗領域は、不純物
の表面濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上で、ベース拡散領域
の拡散深さよりも浅く形成されていることを特徴とす
る。本発明に従えば、低比抵抗領域は不純物の表面濃度
が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上で、ベース拡散領域の拡散深さ
よりも浅く形成されているので、ベース拡散領域にベー
ス電極を形成した場合と同等なトランジスタ動作の効率
を実現することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１および図２は、本発明の実施
の一形態によるパワートランジスタの構成を示す。図１
はパワートランジスタとして動作する半導体チップの平
面図、図２は図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図
をそれぞれ示す。本実施形態のパワートランジスタも、
図５および図６に示す従来型のパワートランジスタと同
様に、たとえばＮＰＮ型の３重拡散トランジスタとして
形成される。すなわちＮ型不純物が軽く添加されたシリ
コン基板の裏面からリンを高濃度に添加してＮ⁺型のコ
レクタ拡散領域２１を形成し、表面からホウ素を拡散し
てＰ型のベース拡散領域２２を形成する。次にリンをベ
ース拡散領域２２内の所定位置に拡散してエミッタ拡散
領域２３を形成する。ここまでの構成は、従来の一般的
なパワートランジスタと同様である。エミッタ拡散領域
２３のパターンは、エミッタボンディングパッドが形成
される部分の直下の部分についても、ベース拡散領域２
２とエミッタ拡散領域２３とが交互に入組んでくし形部
２４を形成する状態とする。チップの周囲にはチャネル
ストッパ拡散領域２５を設ける。ベース拡散領域２２お
よびエミッタ拡散領域２３の表面には、ベース電極２６
およびエミッタ電極２７を、酸化膜２８を介して形成す
る。

【００１２】実際の製造工程としては、ベース電極２６
およびエミッタ電極２７を積層する前に、ベース電極２
６が形成されないベース拡散領域２２のくし形部２４の
先端部の酸化膜２８を一旦除去し、ベース拡散領域２２
に拡散させた不純物と同一型の不純物、たとえばＰ型の
ホウ素を表面が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の高濃度となるよ
うに拡散する。この場合の拡散深さは、ベース拡散領域
２２よりも浅くし、横方向の拡散でこの高濃度の領域が
エミッタ拡散領域２３と接触したり、ベース拡散領域２
２より外側にはみ出ることがないようにする。次にベー
ス・エミッタ間の絶縁のために、絶縁膜となる酸化膜２
８を再び形成する。

【００１３】本実施形態では、ベース電極２６はベース
拡散領域２２の全域を覆わないで、ベース電極２６によ
って覆われないベース拡散領域２２の部分はエミッタ電
極２７によって覆うように電極の形成を行う。すなわち
ベースコンタクトホール２９は、エミッタ電極２７によ
って覆われるベース拡散領域２３側には形成せず、エミ
ッタコンタクトホール３０はエミッタ電極２７直下のベ
ース拡散領域２２にかからないように形成する。これに
よってベース拡散領域２２とエミッタ電極２７との間に
は酸化膜２８が介在され、電気絶縁性が保たれる。

【００１４】ベース電極２６およびエミッタ電極２７を
形成するためには、ベースコンタクトホール２９および
エミッタコンタクトホール３０を酸化膜２８を除去して
形成し、表面に全面的にアルミニウムなどの金属膜を蒸
着させる。ベース電極２６とエミッタ電極２７とを電気
的に分離するために、金属膜を部分的に除去し、コレク
タ拡散領域２１の裏面にハンダなどによってコレクタ電
極３１を形成する。

【００１５】ベース電極２６およびエミッタ電極２７上
には、ベースボンディングパッド３２およびエミッタボ
ンディングパッド３３をそれぞれ形成する。注目すべき
は、エミッタ電極２７がベース拡散領域２２の上にも形
成されているので、エミッタボンディングパッド３３の
相対的な面積を大きくとることができることである。エ
ミッタボンディングパッド３３の直下では、絶縁膜であ
る酸化膜２８を介してベース拡散領域２２とエミッタ拡
散領域２３とが交互に入組んだくし形部２４が形成され
ており、エミッタ拡散領域２３の周囲長を大きくするこ
とに寄与している。ベース拡散領域２２がベースとして
機能するように、ベースコンタクトホール２９直下の部
分から、前述のような不純物の高濃度の拡散によって形
成される低比抵抗領域３４がエミッタ拡散領域２３側に
延びるように形成されている。ベース電流はエミッタ電
流に比較して小さいので、このような低比抵抗領域３４
でもベース電極２６が設けられていると同等の機能を果
たし、トランジスタとしての有効な動作を行わせること
ができる。

【００１６】図３は、図１および図２の実施形態の効果
を確認するためのモデルとなるパワートランジスタの平
面構成を示す。外形寸法はＬ１＝１．０２ｍｍ、Ｌ２＝
１．０６ｍｍである。これによってこのチップ面積は
１．０８１２ｍｍ²となる。ベースボンディングパッド
３２は０．２×０．３３５ｍｍの大きさであり、エミッ
タボンディングパッド３３は０．２２５×０．４４ｍｍ
である。ベースボンディングパッド３２およびエミッタ
ボンディングパッド３３の面積は、０．０６７ｍｍ²と
０．０９９ｍｍ²となるので、パッド面積全体としては
０．１６６ｍｍ²となり、チップ面積の１５．４％とと
なる。このチップは、コレクタ電流容量が１Ａであり、
電流容量はエミッタ面積とエミッタ周囲長によって決ま
る。

【００１７】本実施形態を採用すると、エミッタボンデ
ィングパッド部３３直下にも他の部分と同様のトランジ
スタ動作領域を設けることが可能となり、チップサイズ
を増やすことなく約１．３３倍の電流容量のチップを得
ることができる。また電流容量が同一でよい場合は、チ
ップサイズを約２５％（１／１．３３）縮小することが
できる。従来技術ではくし形部２４付近でベース電極２
６とエミッタ電極２７とが入組むように形成されている
ので、エミッタボンディングパッド部３３を避けてくし
形部２４を形成する必要がある。このためエミッタボン
ディングパッド部３３として必要な面積の直下では、ト
ランジスタとして動作するベース・エミッタ接合部分を
形成することができないので、トランジスタとしての効
率が低くなってしまう。本実施形態によれば、ベース電
極２６の代わりに絶縁膜２８の下のシリコン表面に高濃
度の不純物を拡散し、低比抵抗の層を設けるので、電極
はエミッタ電極２７のみが形成されても、その直下にベ
ース拡散領域２２を絶縁膜２８を介して形成することが
できる。エミッタ電極２７はくし形に入組まずに単純な
矩形となるので、エミッタボンディングパッド部３３と
して使用することができ、エミッタボンディングパッド
部３３直下でも他の部分と同等にトランジスタ効果を発
揮させることができる。

【００１８】図４は、本発明の実施の他の形態によるパ
ワートランジスタの構成を示す。本実施形態で図１の形
態に対応する部分には説明の便宜上同一の参照符を付
す。本実施形態のパワートランジスタは、ＰＮＰトラン
ジスタであり、Ｎ形のベース拡散層２２の不純物濃度が
低いので、アルミニウムによるベース電極２６とのオー
ミックコンタクト性が悪くなってしまう。オーミックコ
ンタクト性を改善するため、ベース拡散領域２２の表面
に、ベース補償拡散領域３５が形成される。コレクタ側
は、Ｐ^-型シリコン基板３６の裏面にＰ⁺型のコレクタ拡
散領域３７を形成する。通常のベース補償拡散領域３５
の不純物濃度としては、１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度でよいけ
れども、低比抵抗領域３４では１×１０²⁰ｃｍ^-3程度の
不純物濃度とすることが好ましい。ベース補償拡散領域
３５の不純物濃度を通常よりも高くし、低比抵抗領域３
４と同時に形成すれば、本発明による低比抵抗領域３４
を形成するために工程を変更する必要がなくなり、容易
に実現することができる。

【００１９】以上の各形態では、ワイヤボンディングに
よってパッケージのフレームと接続されるパワートラン
ジスタについて説明しているけれども、シリーズレギュ
レータなどの半導体集積回路用のパワートランジスタチ
ップとしても好適に使用することができる。チップサイ
ズの減殺によるコストダウンと電流容量の向上を図るこ
とができる。またエミッタ拡散領域とベース拡散領域と
が入組んでいるくし形形状をとる場合について説明して
いるけれども、メッシュ形状など他の形成であっても同
様に本発明を適用することができる。さらにまた、パワ
ートランジスタチップのエミッタボンディングパッド部
の構造に限らず、ある不純物拡散領域の上に異なる電極
配線や電極ボンディングパッドを設ける場合においても
同様に本発明を適用することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、エミッタ
ボンディングパッドの面積を大きくしても、チップ面積
の増大を招くことなくエミッタ拡散領域の周囲長を増大
させることができるので、無効部分を減らした効率のよ
いパワートランジスタを得ることができる。

【００２１】また本発明によれば、ベース電極とベース
拡散領域とのオーミックコンタクト性を向上させるため
のベース補償拡散領域を形成すると同時にエミッタ拡散
領域を増大させるための低比抵抗領域を形成することが
できるので、ＰＮＰトランジスタ等で効率的に電流容量
の向上を図ることができる。

【００２２】また本発明によれば、低比抵抗領域の表面
に電極を設けないでも、表面に浅く不純物濃度が高い部
分が形成されるので、電流の少ないベースとしては電極
がある部分と同等の機能を果たすことができ、トランジ
スタ動作の効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態によるパワートランジス
タチップの平面図である。

【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図であ
る。

【図３】図１の実施形態による効果を説明するためのモ
デルとなるパワートランジスタチップの平面図である。

【図４】本発明の実施の他の形態によるパワートランジ
スタの構成を示す部分的な断面図である。

【図５】従来からパワートランジスタチップの平面図で
ある。

【図６】図５の切断面線ＶＩ−ＶＩから見た断面図であ
る。

【符号の説明】

２１ コレクタ拡散領域 ２２ ベース拡散領域 ２３ エミッタ拡散領域 ２４ くし形部 ２６ ベース電極 ２７ エミッタ電極 ２８ 酸化膜 ２９ ベースコンタクトホール ３０ エミッタコンタクトホール ３２ ベースボンディングパッド ３３ エミッタボンディングパッド ３４ 低比抵抗領域 ３５ ベース補償拡散領域

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース電極およびエミッタ電極がチップ
   表面の酸化膜上に配置され、ベース拡散領域中にエミッ
   タ拡散領域が境界が入組んだ形状となるように形成さ
   れ、ベース電極およびエミッタ電極とベース拡散領域お
   よびエミッタ拡散領域とが酸化膜に形成されたコンタク
   トホールを介してそれぞれ接続され、ベース電極および
   エミッタ電極上に外部接続用パッドが設けられるパワー
   トランジスタにおいて、 ベース拡散領域と同一型の不純物を高濃度に拡散させた
   低比抵抗領域が、酸化膜下のエミッタ拡散領域中に延び
   るように形成されていることを特徴とするパワートラン
   ジスタ。
2. 【請求項２】 前記低比抵抗領域は、ベース電極に対す
   るオーミックコンタクト性を向上させるために、ベース
   拡散領域上に形成されるベース補償拡散領域に連続して
   形成されていることを特徴とする請求項１記載のパワー
   トランジスタ。
3. 【請求項３】 前記低比抵抗領域は、不純物の表面濃度
   が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上で、ベース拡散領域の拡散深さ
   よりも浅く形成されていることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載のパワートランジスタ。