(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレクタ領域をなす一導電型の半導体基板の表面部に形成された反対導電型のベース領域と、前記ベース領域の表面部に互いに所定間隔を隔てて所定方向に列状に配設された複数の島状エミッタ領域と、前記各島状エミッタ領域上の絶縁膜を個別に開口して形成されたエミッタコンタクト開口と、前記絶縁膜上に線状に延設されるとともに前記各エミッタコンタクト開口を通じて前記各島状エミッタ領域に接続されるエミッタ電極線とを備えるマルチセル型バイポーラトランジスタにおいて、
外部接続用電極から遠ざかる位置に配置されて前記エミッタ電極線の末端部側に接続される末端側の前記島状エミッタ領域を、外部接続用電極に近接する位置に配置されて前記エミッタ電極線の基端部側に接続される基端側の前記島状エミッタ領域より小型に形成することにより、前記外部接続用電極から遠ざかり前記エミッタ電極線の末端部側に配置されるにつれて前記島状エミッタ領域の面積を次第に縮小し、
前記末端側の前記島状エミッタ領域上の前記エミッタコンタクト開口は、前記基端側の前記島状エミッタ領域上の前記エミッタコンタクト開口より同面積あるいは大型に形成され、そして、
前記末端側の前記島状エミッタ領域における前記エミッタ開口部の周縁から前記島状エミッタ領域の周縁までの平均距離は、前記基端側の前記島状エミッタ領域における前記平均距離より小さくされることを特徴とするマルチセル型バイポーラトランジスタ。
【請求項２】
共通の前記エミッタ電極線に接続されて一列に配列される前記各島状エミッタ領域は、それぞれ前記エミッタ電極線の延設方向へ延びる一対の可変長辺と、前記延設方向と直角方向へ延びる一対の固定長辺とからなる四角形状を有し、前記各島状エミッタ領域の前記固定長辺は互いに等しく、前記可変長辺は前記外部接続用電極から遠ざかるにつれて縮小される請求項１記載のマルチセル型バイポーラトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、多数の島状エミッタ領域（以下、単に島エミッタともいう）を有するマルチセル型トランジスタの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
マルチセル型バイポーラトランジスタは、図３に示すように、コレクタ領域をなす一導電型のＮ型半導体基板１０１の表面部に形成されたＮ型エピ層１０２の表面部にＰ型のベース領域１０３を有し、ベース領域１０３の表面部には、主面と平行な所定方向に互いに所定間隔を隔てて列状に複数の島エミッタ１０４（図３では一個のみ図示）が配設されている。各島エミッタ１０４上の絶縁膜１０５を個別に開口してエミッタコンタクト開口１０６が形成され、絶縁膜１０５上に線状に延設されたエミッタ電極線１０７が各エミッタコンタクト開口１０６を通じて各島エミッタ１０４に接続されている。
【０００３】
いま理想的に考えて、ベース領域１０３各部の電位（ベ−ス電位という）を等しいとすれば、エミッタ電極線１０７の抵抗電圧降下の存在のために末端側の島エミッタ１０４の電位（以下、エミッタ電位という）は基端側の島エミッタ１０４のエミッタ電位に比べて低下する結果、末端側の島エミッタ１０４のエミッタ／ベース間ｐｎ接合の順バイアス電位が、基端側の島エミッタ１０４のそれよりも減少し、その結果、基端側の島エミッタ１０４の電流密度が末端側の島エミッタ１０４の電流密度より過大となってしまうという問題がある。
【０００４】
特公平６−７５５５号公報に開示されるマルチセル型バイポーラトランジスタは、図４に示すようにＮ型エピ層１０２を有する基板１０１（図３参照）の表面部に互いに同一形状を有する所定個数の島エミッタ１０４が一定間隔で一列に配設されており、その上に直線状のエミッタ電極線１０７が配設されている。エミッタコンタクト開口１０６は基端側の島エミッタ１０４で小さく、末端側の島エミッタ１０４で大きくされている。このようなエミッタコンタクト開口１０６の形状変更により、以下の作用効果が期待される。
【０００５】
すなわち、図４に示すように島エミッタ１０４の電圧降下は、電流×エミッタ抵抗ｒｅに等しく、エミッタ抵抗ｒｅは主に、島エミッタ１０４とエミッタ電極線１０７とのコンタクト抵抗ｒｃと、島エミッタ１０４の内部抵抗ｒｉの和になり、内部抵抗ｒｉはエミッタコンタクト開口１０６の周縁から島エミッタ１０４の周縁までの横方向距離に略比例する。エミッタコンタクト開口１０４の面積縮小により、コンタクト抵抗ｒｃが増大し、また、上記横方向距離の増加により内部抵抗ｒｉも増加する。
【０００６】
したがって、上記公報は、エミッタ電極線１０７の延長に伴う抵抗増加ｒａを、次の島エミッタ１０４におけるコンタクト開口１０６の面積増大によりコンタクト抵抗ｒｃ及び内部抵抗ｒｉの両方の低下により補償し、それにより、エミッタ／ベース間ｐｎ接合の順バイアス電位の変化による電流密度のばらつき（エミッタ電極線１０７の基端側と末端側との間の）を低減している。
【０００７】
しかしながら、上記した公報の方法によれば、一本のエミッタ電極線１０７に接続される島エミッタ１０４の個数を増大するほど（例えば１０個以上とする場合など）、基端側の島エミッタ１０４のエミッタコンタクト開口１０６の面積が縮小されてしまい、接続の信頼性に問題を生じてしまう可能性が生じてしまう。一方、最基端側の島エミッタ１０４のエミッタコンタクト開口１０６の面積を必要充分に確保すると、最先端側の島エミッタ１０４におけるエミッタコンタクト開口１０６の周縁と島エミッタ１０４の周縁とがほとんど重なってしまうという不具合が生じてしまう。そして、１本のエミッタ電極線１０７に接続される島エミッタ１０４の個数の増大が所定限度を超えると、もはやエミッタコンタクト開口１０６の面積増大だけではエミッタ抵抗ｒｅ（＝ｒｃ＋ｒｉ）を充分に低減できなくなってしまう。
【０００８】
上記問題を、図４を参照して更に理論的に解析する。
島エミッタ１０４の面積をＳE 、ｉ番目の島エミッタ１０４のエミッタコンタクト開口１０６の面積をＳｃｉとする。アルミからなるエミッタ電極線１０７のシ−ト抵抗値をρａ、エミッタ電極線１０７の幅をＷａ、単位Ａｌ配線長さＬａは島エミッタ１０４のピッチ長であり、単位Ａｌ配線長さＬａの配線抵抗ｒａは、
【０００９】
【数式１】
0003656657.tif 000002
となる。一方、基準広さのエミッタコンタクト開口におけるコンタクト抵抗をＲｃとすれば、ｉ番目の島エミッタ１０４のコンタクト抵抗ｒｃは、
【００１０】
【数式２】
0003656657.tif 000003
となる。また、島エミッタ１０４のシ−ト抵抗値をρｅとすれば、ｉ番目の島エミッタ１０４の内部抵抗ｒｉは、
【００１１】
【数式３】
0003656657.tif 000004
となる。ここで各島エミッタ１０４のエミッタ電流をＩｅとすれば、最末端側の島エミッタ１０４の周縁の電位と最末端側からｋ番目の島エミッタ１０４の周縁の電位とを等しくするために必要なエミッタコンタクト開口面積（Ｓc1）を以下に求める。エミッタ電極用ボンディングパッドから最も遠い島エミッタである１番目の島エミッタの電圧降下（Ｖ１）はｋ番目の島エミッタ１０４上のエミッタ電極線１０７の電位をＶ0 とすると、
【００１２】
【数式４】
0003656657.tif 000005
となる。ｋ番目の島エミッタ１０４の電圧降下Ｖｋは、
【００１３】
【数式５】
0003656657.tif 000006
となる。ここで、Ｖ１＝Ｖｋとするには、Ｓｃｋは次の式を満足する必要がある。即ち
【００１４】
【数式６】
0003656657.tif 000007
ここで、マルチセル型トランジスタのチップサイズを大きくする（ｋを大きくする）と、右辺の項はｋ2 にてエミッタ電極線１０７の抵抗増加の影響が現れるので、ｋ番目のエミッタコンタクト開口の面積Ｓｃｋは１／ｋ2 の割合で面積を小さくする必要がある。しかし、上述のように、このような減少には限界があり、そのためにボンディングパッドに近い島エミッタと遠い島エミッタとの電流密度すなわちエミッタ／ベース間ｐｎ接合の順バイアス電位をバランスさせたまま、マルチセル型トランジスタのチップサイズ（面積）を大きくすることが出来なくなる問題があった。また各島エミッタ１０４の電流容量を同一に設計するので、ボンディングパッドに近い島エミッタ１０４ほどエミッタコンタクト開口１０６の面積が小さくなり、電流密度が増大して信頼性が低下する問題がある。
【００１５】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、共通のエミッタ電極線に多数の島状エミッタ領域を接続しても、各島状エミッタ領域のエミッタ／ベース間ｐｎ接合の順バイアス電位のばらつきすなわち、各島状エミッタ領域間の電流密度のばらつきが低減可能で、エミッタコンタクトにおけるコンタクトの信頼性の低下を防止可能なマルチセル型バイポーラトランジスタを提供することを、その目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の構成は、コレクタ領域をなす一導電型の半導体基板の表面部に形成された反対導電型のベース領域と、前記ベース領域の表面部に互いに所定間隔を隔てて所定方向に列状に配設された複数の島状エミッタ領域と、前記各島状エミッタ領域上の絶縁膜を個別に開口して形成されたエミッタコンタクト開口と、前記絶縁膜上に線状に延設されるとともに前記各エミッタコンタクト開口を通じて前記各島状エミッタ領域に接続されるエミッタ電極線とを備えるマルチセル型バイポーラトランジスタにおいて、
外部接続用電極から遠ざかる位置に配置されて前記エミッタ電極線の末端部側に接続される末端側の前記島状エミッタ領域を、外部接続用電極に近接する位置に配置されて前記エミッタ電極線の基端部側に接続される基端側の前記島状エミッタ領域より小型に形成することにより、前記外部接続用電極から遠ざかり前記エミッタ電極線の末端部側に配置されるにつれて前記島状エミッタ領域の面積を次第に縮小し、
前記末端側の前記島状エミッタ領域上の前記エミッタコンタクト開口は、前記基端側の前記島状エミッタ領域上の前記エミッタコンタクト開口より同面積あるいは大型に形成され、そして、
前記末端側の前記島状エミッタ領域における前記エミッタ開口部の周縁から前記島状エミッタ領域の周縁までの平均距離は、前記基端側の前記島状エミッタ領域における前記平均距離より小さくされることを特徴としている。
【００１７】
本発明の第２の構成は、共通の前記エミッタ電極線に接続されて一列に配列される前記各島状エミッタ領域は、それぞれ前記エミッタ電極線の延設方向へ延びる一対の可変長辺と、前記延設方向と直角方向へ延びる一対の固定長辺とからなる四角形状を有し、前記各島状エミッタ領域の前記固定長辺は互いに等しく、前記可変長辺は前記外部接続用電極から遠ざかるにつれて縮小されることを特徴としている。
【００１８】
【作用及び発明の効果】
本発明の第１の構成では、エミッタ電極線の末端部側に接続される末端側の島エミッタは、エミッタ電極線の基端部側に接続される基端側の島エミッタより小面積とされ、逆に、末端側の島エミッタ上のエミッタコンタクト開口は、基端側の島エミッタ上のエミッタコンタクト開口より大面積に形成される。
【００１９】
更に、末端側の島エミッタにおけるエミッタコンタクト開口の周縁から島エミッタの周縁までの平均距離は、前記基端側の島エミッタにおける前記平均距離より小さくされる。
すなわち、本構成では、末端側へいくにつれてエミッタコンタクト開口の面積を次第に拡大するのみならず島エミッタの面積を次第に縮小するので、エミッタコンタクト開口の拡大率を抑制（半減）しても充分に上記した島エミッタの内部抵抗ｒｉを低減することができる。したがって、基端側の島エミッタ上のエミッタコンタクト開口を極端に縮小しなくても充分に各島エミッタの電位の差を低減し、各島エミッタにおけるエミッタ／ベース間ｐｎ接合の順バイアス電位の一致を実現することができる。
【００２０】
本発明の第２の構成では、共通のエミッタ電極線に接続されて一列に配列される各島状エミッタ領域は、エミッタ電極線の延設方向と直角な方向の辺（固定長辺）が等しく、それと直角な可変長辺が末端側へいくにつれて短縮されるので、チップ上での配置が容易で、無駄なスペースの発生を防止することができる。
また、エミッタコンタクト開口の面積変化率を上記従来技術と同じとすれば、島エミッタの面積変化の分だけ、一本のエミッタ電極線に接続可能な電位補償済みの島エミッタの個数の増加も実現できることになり、チップ面積の増大が可能となる。
【００２１】
【実施例】
本発明のマルチセル型バイポーラトランジスタの一実施例を図１及び図２参照して説明する。図１は、このマルチセル型バイポーラトランジスタを集積したチップのエミッタ電極線及びベース電極線配設後の平面図であり、図２は一本のエミッタ電極線に接続された６個の島エミッタを示す部分拡大平面図である。なお、この実施例のマルチセル型バイポーラトランジスタの厚さ方向の断面構造は図
に示す従来のものと同じであるので、説明は省略する。
【００２２】
この実施例のマルチセル型バイポーラトランジスタは、図１に示すように、コレクタ領域をなす一導電型のＮ型エピ層付のＮ+ 型のシリコン基板１の表面部に形成されたＰ型で共通のベース領域３を有し、ベース領域３の表面部には、６列の島エミッタ列２１〜２６がそれぞれ上下に配列されている。各島エミッタ列２１〜２６はそれぞれ上下方向に一定間隔を隔てて隣接する所定個数の島エミッタ４からなる。左右最外側の島エミッタ列２１、２６はそれぞれ７個の島エミッタ４からなり、その内側に隣接する島エミッタ列２２、２５はそれぞれ６個の島エミッタ４からなり、その内側に隣接する島エミッタ列２３、２４はそれぞれ３個の島エミッタ４からなる。
【００２３】
各島エミッタ列の２１〜２６の間及び周囲には、アルミからなるベ−ス電極線５が不図示の絶縁膜を介して配設されている。上記不図示の絶縁膜は所定位置にて開口され、ベ−ス電極線５はこの開口を通じてベ−ス領域３に接続されている。また、チップの図１中、上部中央に位置してベース電極用のボンディングパッド５０が配設され、各ベース電極線５の基端部は略四角形のボンディングパッド５０に接続されている。
【００２４】
同様に、各島エミッタ列２１〜２６の上にはアルミからなるエミッタ電極線６が不図示の絶縁膜を介して各列毎に別々に配設されている。上記不図示の絶縁膜には各島エミッタ４の上方にて所定形状のエミッタコンタクト開口７が形成され、エミッタ電極線６はこれらエミッタコンタクト開口７を通じて各島エミッタ４に接続されている。また、チップの図１中、下部中央に位置してエミッタ電極用のボンディングパッド６０が配設され、各エミッタ電極線６の基端部は略四角形のボンディングパッド６０に接続されている。
【００２５】
次に、本実施例のマルチセル型バイポーラトランジスタの特徴部分を説明する。
この実施例では、各エミッタ電極線６の末端部に接続される末端側の島エミッタ４は、エミッタ電極線６の基端部に接続される基端側の島エミッタ４より小面積とされ、逆に、末端側の島エミッタ４上のエミッタコンタクト開口７は、基端側の島エミッタ４上のエミッタコンタクト開口６より大面積に形成される。
【００２６】
更に、末端側の島エミッタ４におけるエミッタコンタクト開口７の周縁からこの島エミッタ４の周縁までの距離Ｌの平均値は、基端側の島エミッタ４におけるエミッタコンタクト開口７の周縁からこの島エミッタ４の周縁までの距離Ｌの平均値より小さくされる。
すなわち、本実施例では、末端側へいくにつれてエミッタコンタクト開口７の面積が次第に拡大するのみならず、末端側へいくにつれて島エミッタ４の面積は次第に縮小するので、エミッタコンタクト開口７の拡大率を抑制（半減）しても、充分に上記した島エミッタの内部抵抗ｒｉを低減することができる。すなわち、エミッタコンタクト開口７の面積拡大により末端側の島エミッタ４のコンタクト抵抗ｒｃは低下し、一方、エミッタコンタクト開口７の面積拡大及び島エミッタ４の面積縮小によりエミッタコンタクト開口７の周縁から島エミッタ４の周縁までの水平平均距離が短縮されるので島エミッタ４の内部抵抗ｒｉが減少する。
【００２７】
したがって、基端側の島エミッタ４上のエミッタコンタクト開口７を極端に縮小しなくても充分に各島エミッタ４間の実質的な電位差（正確には、各島エミッタ４のエミッタ／ベース間ｐｎ接合の順バイアス電位のばらつき）を低減することができる。
更に、この実施例では、共通のエミッタ電極線６に接続されて一列に配列される各島エミッタ４はそれぞれエミッタ電極線６の延設方向と直角な方向の固定長辺６１、６１及びエミッタ電極線６の延設方向と平行な可変長辺６２、６２を有する。そして、各島エミッタ４の固定長辺６１の長さはそれぞれ等しく、各島エミッタ４の可変長辺６２の長さは末端側へいくにつれて短縮されるので、チップ上での配置が容易で、無駄なスペースの発生を防止することができる。ただし、島エミッタ列２１、２２、２５、２６の最も基端側の島エミッタ４の固定長辺６１は例外とする。
【００２８】
本実施例により、マルチセル型トランジスタにおいて各島エミッタ４の単位エミッタ周囲長あたりの電流密度をほぼ等しくしたまま、エミッタボンディングパッド６０近くの島エミッタ４のエミッタコンタクト開口７の面積を小さくすることがなく、コンタクトの信頼性、耐久性も向上する。
以下、図２を参照して、本実施例のマルチセル型バイポーラトランジスタ（図２（ａ））、従来のマルチセル型バイポーラトランジスタ（図２（ｂ））とを定量的に比較説明する。以下、島エミッタ４を単にセルともいい、エミッタコンタクト開口７をエミッタ開口部という。
【００２９】
図２（ｂ）に示す従来のマルチセル型トランジスタにおいては、単位セルをＬｘＬとし、ＡＬ配線をＷａ、単位セル間のＡｌ配線長さをＬa とし、１番目（エミッタ外部接続用電極より最遠）セルのエミッタ開口部面積をＳc1とし、６番目のエミッタ開口部面積をＳCK’としたものである。この従来例に対し本実施例はセルサイズがエミッタ電極に近づくにつれ大きくする。
【００３０】
この例において、１番目、２番目のセル面積をＬ×０．７５Ｌ、３、４番目のセル面積をＬ×Ｌ、５、６番目のセル面積ををＬ×１．２５Ｌとし、エミッタ電極線６の配線幅、及び各セル−セル間の間隔は従来例（図２（ｂ））と同等とした。従って、セル間のエミッタ電極線６の長さは０．８Ｌa 、０．９Ｌa 、Ｌa 、１．１Ｌa 、１、２Ｌa とセル面積の増加に従い増加する。又、１番目セルのエミッタコンタクト開口７の面積を０．８７５Ｓc1とし、６番目のセルのエミッタコンタクト開口７の面積をＳCKとした。ここで従来例及び本実施例のセルの単位エミッタ周囲長あたりのエミッタ電流密度を等しいとし、従来例では、１番目〜６番目の各セルのエミッタ電流Ｉe とすると、本発明は１、２番目のセルは０．８７５Ｉe 、３、４番目のセルはＩe 、５、６番目のセルは１．１２５Ｉe となる。このような例によれば、従来例及び本実施例ともに、トータルのエミッタ電流はともに６Ｉe となり、１番目〜６番目の各セルのレイアウト面積も等しく、エミッタ電極線６の配線幅も等しくでき、本実施例の配置と従来の配置との比較が可能となる。従来例の１番目のセルの電圧降下（Ｖ1 ’）は６番目のセルのエミッタ電極線６の電圧をＶ0 とし、ＳE ＝Ｌ×Ｌとすると、
【００３１】
【数式７】
0003656657.tif 000008
となる。従来例の６番目のセルの電圧降下（Ｖk ’）は
【００３２】
【数式８】
0003656657.tif 000009
となる。本実施例の１番目のセルの電圧降下（Ｖ1 ）は６番目のセルのエミッタ電極線６の電圧をＶ0 とし、ＳE ＝Ｌ×Ｌとすると、
【００３３】
【数式９】
0003656657.tif 000010
本発明の６番目のセルの電圧降下（Ｖk ）は
【００３４】
【数式１０】
0003656657.tif 000011
となる。ここでマルチセル型トランジスタの１番目のセルの動作点と６番目のセルの動作点をほぼ等しくする為．Ｖ1 ’＝Ｖk ’、Ｖ1 ＝Ｖk となるＳCKとＳCK’との関係をもとめると、数式７〜１０より、
【００３５】
【数式１１】
0003656657.tif 000012
したがって、
【００３６】
【数式１２】
0003656657.tif 000013
数式１１、１２  より１５ｒa ＋Ｒc ／Ｓc1を消去すると
【００３７】
【数式１３】
0003656657.tif 000014
となる。ここで、
【００３８】
【数式１４】
0003656657.tif 000015
とすると、普通、ＳE ＞Ｓc1であるので、α＞０となる。従って、
【００３９】
【数式１５】
0003656657.tif 000016
となる。数式１５より明らかに、ＳCK’＜ＳCKとなり、また数式７、９より（Ｖ1 ’−Ｖ1 ）は＝αＩe ＞０となり、本実施例によると、エミッタ電極用のボンディングパッド６０より最遠のセルまでのエミッタ電流により生じる電位降下を少なくし（発熱を少なくし）かつ、各セルの電流バランスを維持したままボンディングパッド６０に近いセルのエミッタコンタクト開口７の面積をそれほど縮小せずに２次破壊耐量を向上することができる。すなわち、トランジスタの安全動作領域が拡大し、動作温度の向上と信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマルチセル型バイポーラトランジスタの一実施例を示す平面図である。
【図２】図１のマルチセル型バイポーラトランジスタの一部領域及びそれと比較される従来のマルチセル型バイポーラトランジスタの一部領域を示す模式平面図である。
【図３】従来のマルチセル型トランジスタの一部縦断面図である。
【図４】従来のマルチセル型トランジスタの一部平面図である。
【符号の説明】
１はコレクタ領域をなす半導体基板、３はベース領域、４は島エミッタ（島状エミッタ領域）、６はエミッタ電極線、７はエミッタコンタクト開口、６１は島状エミッタ領域４の可変長辺、６２は島状エミッタ領域４の固定長辺、６０はエミッタ電極用のボンディングパッド。
【図１】
0003656657.tif 000017
【図２】
0003656657.tif 000018
【図３】
0003656657.tif 000019
【図４】
0003656657.tif 000020