(57)【要約】【課題】大電流化するためのエミッタ領域の面積を確保し、チップ面積を大きくしないで、保護ダイオードの面積を増やし、順方向の大電流に対応する大きな逆方向電流に対しても保護し得るバイポーラトランジスタを提供する。【解決手段】コレクタ領域とするたとえばｎ＋形半導体基板１上にエピタキシャル成長されたｎ形半導体層２にｐ形領域からなるベース領域３が設けられ、そのベース領域３内にｎ形領域からなるエミッタ領域４が形成されている。このベース領域３およびエミッタ領域４にそれぞれコンタクトしてベース電極５およびエミッタ電極６が設けられている。このエミッタ領域４内にベース領域４を露出させ、エミッタ電極６がそのエミッタ領域４内に露出するベース領域４ｂにもコンタクトするように設けられている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレクタ領域とする第１導電形半導体層と、該第１導電形半導体層に設けられる第２導電形領域からなるベース領域と、該ベース領域内に設けられる第１導電形領域からなるエミッタ領域と、前記ベース領域および前記エミッタ領域にそれぞれコンタクトして設けられれるベース電極およびエミッタ電極とを有し、前記エミッタ領域内に前記ベース領域を露出させ、前記エミッタ電極が該エミッタ領域内に露出するベース領域にもコンタクトするように設けられてなるバイポーラトランジスタ。
【請求項２】
前記エミッタ領域がストライプ状に複数本形成されるストライプエミッタタイプトランジスタであり、該複数本のエミッタ領域それぞれのストライプ方向に沿って前記ベース領域の露出部が複数個形成され、該露出部と前記ストライプ状エミッタ領域とにコンタクトして前記エミッタ電極が形成されてなる請求項１記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項３】
前記エミッタ領域が前記ベース領域内にマトリクス状に複数個形成されるマルチエミッタタイプトランジスタであり、該エミッタ領域のそれぞれの領域内に前記ベース領域の露出部が形成され、該露出部と前記エミッタ領域とにコンタクトして前記エミッタ電極が形成されてなる請求項１記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項４】
前記エミッタ領域が、該エミッタ領域内部に前記ベース領域がマトリクス状に複数個設けられるように形成されるマルチベースタイプトランジスタであり、該エミッタ領域の行方向または列方向に並ぶコンタクト領域の間の前記エミッタ領域内に前記ベース領域の露出部が形成され、該ベース領域の露出部と前記エミッタ領域のコンタクト部とにコンタクトして前記エミッタ電極が形成されてなる請求項１記載のバイポーラトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導負荷が接続される場合などに発生しやすい逆方向電流や静電気サージなどをバイパスするダイオードがコレクタ・エミッタ間に接続されるバイポーラトランジスタに関する。さらに詳しくは、ストライプエミッタ構造やマルチエミッタ構造などにより大電流に対応したトランジスタにおいても、チップサイズを大きくしないで、逆方向の大電流をバイパスし得るダイオードが内蔵されるトランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から用いられているバイポーラトランジスタの原理的な構成は、図７に示されるように、ｎ＋形半導体基板２１の表面にｎ形半導体層２２がエピタキシャル成長され、その表層部に、ｐ形のベース領域２３が形成され、このｐ形のベース領域２３内にｎ形のエミッタ領域２４が形成されている。ベース領域２３には、ｐ＋形コンタクト領域２３ａを介してベース電極２５が、エミッタ領域２４にはエミッタ電極２６がそれぞれ接合されている。そして、ｎ＋形半導体基板２１の裏面にコレクタ電極２７が形成されている。なお、２８は絶縁膜である。
【０００３】
また、大電流を必要とするトランジスタでは、コレクタ電流は主としてエミッタの面積および周囲長に関係するので、エミッタ面積およびその周囲長を大きくし、電流密度を下げなければならない。そこで、ストライプエミッタ構造、マルチエミッタ構造またはマルチベース構造などのトランジスタが考えられている。
【０００４】
これらのトランジスタが、モータの駆動回路に使用される場合などのように、出力側に誘導性負荷が接続される場合、スイッチをオフにした瞬間に逆起電力が発生し、トランジスタに逆方向の電流が流れ、トランジスタを破壊することがある。そのため、図８に等価回路図が示されるように、その逆方向電流をバイパスさせるための保護ダイオードＤをトランジスタのコレクタＣとエミッタＥとの間に逆方向に接続し、その逆方向ブレークダウンを利用する構造のトランジスタが考えられている（たとえば特許文献１参照）。なお、Ｂはベースである。
【０００５】
前述のストライプエミッタ構造やマルチエミッタ構造のような大電流用トランジスタでは、エミッタ領域の面積および周囲長をできるだけ多くするため、チップ内にエミッタ領域ができるだけ多く形成され、図９にトランジスタチップの上面概略説明図が示されるように、エミッタ電極２６やベース電極２５がクシ歯状に形成されている。そのため、前述の保護ダイオードＤを形成するには、図９（ａ）または（ｂ）に示されるように、エミッタ電極パッド２６ａの下にダイオードＤを形成して、エミッタ電極２６と半導体基板２１裏面のコレクタ電極との間に接続する構造が用いられている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２１３５５号公報（図４および図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、サージや逆起電力などにより発生する逆方向電流を逃がすためにコレクタ・エミッタ間に保護ダイオードが接続されることにより、逆方向電流をバイパスすることができ、トランジスタを保護することができる。しかし、前述の大電流用トランジスタなどでは、できるだけそのエミッタ領域を多くとる必要があり、ダイオードのスペースはエミッタ電極ダイパッド部分に限定され、順方向の大電流化した電流に比べて、逆方向電流の許容量が小さく、保護用ダイオードが破壊してトランジスタが破損するという問題がある。この問題を解決するためには、ダイオードの面積を大きくする必要があるが、ダイオードの面積を大きくするとエミッタ領域の面積が小さくなり順方向の大電流化が満たされず、エミッタ領域の面積を維持してダイオードの面積を大きくするとチップ面積が大きくなり、コストアップになると共に、電子機器の軽薄短小化に逆行することになる。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、大電流化するためのエミッタ領域の面積を確保し、チップ面積を大きくしないで、保護ダイオードの面積を増やして、順方向の大電流化に対応する大きな逆方向電流に対しても保護することができるバイポーラトランジスタを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、大電流用トランジスタにおいて、逆方向に電流を流す保護ダイオードの電流容量を大きくするため鋭意検討を重ねた。その結果、前述のように、コレクタ電流は主としてエミッタの面積および周囲長に関係することが知られており、電極のコンタクトが可能な状態までエミッタ領域を小さくしてストライプエミッタ構造などに形成されているが、電極を形成しなければ、さらにエミッタとベースとを細分化することが可能であるという知見に基づき、エミッタ領域内にベース領域を小さく露出させることにより、エミッタの周囲長が大きくなって大電流化が可能であると共に、そのエミッタ領域内に露出したベース領域をエミッタ領域と共にエミッタ電極と接続することにより、ベース領域とコレクタ領域とのｐｎ接合による保護ダイオードをエミッタ電極とコレクタ電極との間に形成し得ることを見出した。
【００１０】
本発明によるバイポーラトランジスタは、コレクタ領域とする第１導電形半導体層と、該第１導電形半導体層に設けられる第２導電形領域からなるベース領域と、該ベース領域内に設けられる第１導電形領域からなるエミッタ領域と、前記ベース領域および前記エミッタ領域にそれぞれコンタクトして設けられれるベース電極およびエミッタ電極とを有し、前記エミッタ領域内に前記ベース領域を露出させ、前記エミッタ電極が該エミッタ領域内に露出するベース領域にもコンタクトするように設けられている。
【００１１】
この構造にすることにより、エミッタ領域内に露出するベース領域とコレクタとなる半導体層とによりエミッタ・コレクタ間の保護ダイオードが形成され、この露出するベース領域により形成されるダイオードが全て並列接続となるため、露出するベース領域全体の面積が保護ダイオードの面積となる。その結果、大きな逆方向電流に対してもトランジスタを保護することができる。一方、エミッタを流れる電流は、エミッタ領域の内部よりも外周面で流れる表皮効果が大きいため、前述のように、エミッタ領域の中心部にベース領域が露出することにより、その接合面で電流が流れやすく、むしろエミッタ領域のみで埋められているよりも、コレクタ電流を大きくすることができる。その結果、チップ面積を大きくすることなく、大電流で、逆方向に印加される大きな電流に対しても許容可能な保護ダイオードを作り込むことができる。
【００１２】
具体的には、前記エミッタ領域がストライプ状に複数本形成されるストライプエミッタタイプトランジスタであり、該複数本のエミッタ領域それぞれのストライプ方向に沿って前記ベース領域の露出部が複数個形成されたり、前記エミッタ領域が前記ベース領域内にマトリクス状に複数個形成されるマルチエミッタタイプトランジスタであり、該エミッタ領域のそれぞれの領域内に前記ベース領域の露出部が形成されたり、前記エミッタ領域が、該エミッタ領域内部に前記ベース領域がマトリクス状に複数個設けられるように形成されるマルチベースタイプトランジスタであり、該エミッタ領域の行方向または列方向に並ぶコンタクト領域の間の前記エミッタ領域内に前記ベース領域の露出部が形成されることにより、そのベース領域の露出部と前記エミッタ領域とにコンタクトして前記エミッタ電極が形成されることにより形成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明のバイポーラトランジスタについて説明をする。本発明によるバイポーラトランジスタは、その基本構造の断面説明図が図１に示されるように、コレクタ領域とするたとえばｎ＋形（第１導電形）半導体基板１上にエピタキシャル成長されたｎ形半導体層２にｐ形（第２導電形）領域からなるベース領域３が設けられ、そのベース領域３内にｎ形領域からなるエミッタ領域４が形成されている。このベース領域３およびエミッタ領域４にそれぞれコンタクトしてベース電極５およびエミッタ電極６が設けられている。本発明では、このエミッタ領域４内にベース領域３を露出させ、エミッタ電極６がそのエミッタ領域４内に露出するベース領域３ｂにもコンタクトするように設けられていることに特徴がある。
【００１４】
図１において、半導体基板１の裏面にコレクタ電極７が形成されており、半導体層２の表面には、シリコン酸化膜またはシリコンチッ化膜からなる絶縁膜８が設けられ、その絶縁膜８に設けられたコンタクト孔を介して、前述のベース電極５およびエミッタ電極６が設けられている。また、ベース電極５はベース領域３とオーミックコンタクトを取りやすいように、ｐ＋形のコンタクト領域３ａが設けられているが、高濃度領域にしなくてもオーミックコンタクトが得られる場合には、その必要はない。また、エミッタ領域４内に露出するベース領域３ｂにはコンタクト領域が形成されていないが、オーミックコンタクトが得られ難い場合には、ベース領域３の導電形の不純物を拡散して高濃度領域とし、エミッタ電極６とオーミックコンタクトが得られるように形成される。
【００１５】
図１に示される例は、トランジスタ構造の基本構造部が示されているが、エミッタ領域４内に露出させるベース領域３ｂは、１個に限らず、パターニング精度の許す限り細かく複数個形成することができる。図２にストライプ構造のトランジスタの一部断面斜視図が示されるように、たとえば１０μｍ程度の幅のストライプ状に形成されたエミッタ領域４の中心ライン上に、その中心線に沿って、２０μｍ程度の間隔（露出するベース領域３ｂ間の間隙）で、５μｍ程度の長さの露出するベース領域３ｂが複数個形成されている。そして、そのエミッタ領域４と露出するベース領域４ｂとの両方にオーミックコンタクトするようにエミッタ電極６が形成される。
【００１６】
エミッタ電極５およびベース電極６は、直列抵抗を減らせるように、それぞれの領域全面に設けられるコンタクト領域に金属配線で接続されるようにするため、たとえば図３に両電極配線５、６および前述のエミッタ領域内に露出するベース領域３ｂ部分を示す平面説明図が示されるように、両電極５、６はクシ歯が噛み合うような形状に形成されている。そして、そのエミッタ電極配線６の下側に露出するベース領域３ｂが設けられており、エミッタ電極６とオーミックコンタクトされている。なお、図３において、５ａおよび６ａはそれぞれベース電極パッド、エミッタ電極パッドを示している。
【００１７】
図４は、ベース領域３内にエミッタ領域４がマトリクス状に形成された、いわゆるマルチエミッタ構造のトランジスタの例である。この例では、たとえば平面形状が１５μｍ×１５μｍ程度の大きさのエミッタ領域４内に５μｍφ程度の大きさの露出するベース領域３ｂが形成されている。そして、図示されていないが、このエミッタ領域４および露出するベース領域３ｂとにオーミックコンタクトするようにエミッタ電極が形成されることにより、前述のストライプエミッタ構造のトランジスタと同様に、エミッタ領域４内に保護ダイオードが形成されるトランジスタが得られる。
【００１８】
図５は、エミッタ領域４内にベース領域３がマトリクス状に残るようにエミッタ領域４が形成されたマルチベース構造のトランジスタの例である。この例の場合も、格子状に形成されているエミッタ領域４のエミッタ電極とのコンタクトを採る部分間に露出するベース領域３ｂを形成する（この部分が残るようにエミッタ領域４を形成する）ことにより、図示しないエミッタ電極を、エミッタ領域４と露出するベース領域３ｂの両方にオーミックコンタクトさせながら形成することができる。
【００１９】
本発明によれば、トランジスタのコレクタ・エミッタ間に逆方向接続の保護ダイオードをエミッタ領域内に多数個形成して並列接続した構造になっているため、１個の保護ダイオードのｐｎ接合面積を大きくしたのと同様の作用をし、大量の逆方向電流を流すことができる。すなわち、ダイオードの順方向電流は、そのｐｎ接合面積に比例して変化し、従来のエミッタ電極パッドの下側のみに形成されるダイオードでは、そのｐｎ接合面積に限界があるため、図６のＢに示されるように、１ｍＡ程度で破壊し、それに伴って、トランジスタも破壊していたのが、図２および３に示される構造のトランジスタにすることにより、図６のＡに示されるように、１０ｍＡ程度まで破壊しないで保護することができるようになった。すなわち、保護ダイオードのｐｎ接合面積が増え、１０倍程度の電流まで保護することができるようになった。一方、トランジスタの増幅作用によるコレクタ電流は、エミッタ領域の面積は小さくなっているが、前述のように、エミッタ領域の周囲長が増えるため、従来と殆ど変化はなかった。
【００２０】
以上の例では、ｎｐｎトランジスタの例であったが、本発明は、ｐｎｐトランジスタの場合でも同様に適用することができる。また、エミッタ領域がストライプ構造やマルチ構造で多数に形成されている場合に限らず、１個のエミッタ領域内に多数個の露出するベース領域を形成し、その露出するベース領域とエミッタ領域との両方にエミッタ電極をオーミックコンタクトさせることによっても、同様に逆方向電流を順方向電流と同程度まで流すことができる保護ダイオードを内蔵することができる。
【００２１】
さらに、上述の例は、１個のバイポーラトランジスタを例にとったが、複数個のバイポーラトランジスタを有する半導体装置やバイポーラトランジスタと共に、それ以外の機能素子を同一半導体基板上に有する半導体装置などにも適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、バイポーラトランジスタの逆方向電流をバイパスする保護ダイオードを、順方向電流を減らすことなく、さらにチップ面積を大きくすることなく順方向電流とほぼ同程度まで大きな逆方向電流を流せる保護ダイオードとすることができる。その結果、モータなどの誘導性負荷を駆動する大電流用のトランジスタにおいても、オンオフ時の逆方向電流で破壊することのない信頼性の高いバイポーラトランジスタが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバイポーラトランジスタの基本構造を説明する断面図である。
【図２】本発明によるバイポーラトランジスタをストライプエミッタ構造のトランジスタに適用した例を示す一部断面斜視説明図である。
【図３】図２に示される例の電極を形成した状態の平面説明図である。
【図４】本発明によるバイポーラトランジスタをマルチエミッタ構造のトランジスタに適用した例を示す一部断面斜視説明図である。
【図５】本発明によるバイポーラトランジスタをマルチベース構造のトランジスタに適用した例を示す一部断面斜視説明図である。
【図６】図２に示されるトランジスタの保護ダイオードの順方向特性を従来構造のダイオード特性と対比して示した図である。
【図７】従来のバイポーラトランジスタの基本構造を示す断面説明図である。
【図８】従来のトランジスタに保護ダイオードが接続された例の等価回路図である。
【図９】従来の大電流用トランジスタに保護ダイオードを形成する例の説明図である。
【符号の説明】
２　　半導体層
３　　ベース領域
３ａ　露出するベース領域
４　　エミッタ領域
５　　ベース電極
６　　エミッタ電極
７　　コレクタ電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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