(57)【要約】      （修正有）【課題】パワー半導体素子として、動作時の熱暴走および熱破壊が防止でき、且つ、安全動作領域ＳＯＡが拡大されるトランジスタを提供する。【解決手段】第１導電型のコレクタ層２と、前記コレクタ層上に島状に形成され且つ前記第１導電型と異なる第２導電型のベース層３と、前記ベース層上に少なくとも１つの島状に形成され且つ前記第１導電型のエミッタ層４ａ，４ｂと、前記ベース層と電気的に接続されベースコンタクト９を形成するベース電極と、前記エミッタ層と電気的に接続されエミッタコンタクト１０を形成するエミッタ電極と、前記コレクタ層と電気的に接続されたコレクタ電極と、を有し、前記エミッタ層上に形成され且つ前記第１導電型の第１抵抗層１１が、平面的に見て、前記ベースコンタクトを包囲するように形成されることを特徴とするトランジスタ構造。【選択図】図１
2009177066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のコレクタ層と、
前記コレクタ層上に島状に形成され且つ前記第１導電型と異なる第２導電型のベース層と、
前記ベース層上に少なくとも１つの島状に形成され且つ前記第１導電型のエミッタ層と、
前記ベース層と電気的に接続されベースコンタクトを形成するベース電極と、
前記エミッタ層と電気的に接続されエミッタコンタクトを形成するエミッタ電極と、
前記コレクタ層と電気的に接続されたコレクタ電極と、を有し、
前記エミッタ層上に形成され且つ前記第１導電型の第１抵抗層が、平面的に見て、前記ベースコンタクトを包囲するように形成されることを特徴とするトランジスタ構造。
【請求項２】
前記第１抵抗層が、前記エミッタ層よりも不純物濃度が低いことを特徴とする請求項１のトランジスタ構造。
【請求項３】
前記第１抵抗層が、前記ベース層上に複数の島状に形成された前記エミッタ層が水平方向に重複した領域から成ることを特徴とする請求項２のトランジスタ構造。
【請求項４】
前記ベースコンタクトと前記エミッタコンタクトとの間の前記ベース層上に島状に形成され且つ前記第１導電型を有する第２抵抗層を備える特徴とする請求項２又は３のトランジスタ構造。
【請求項５】
メッシュエミッタ構造であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のトランジスタ構造。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のトランジスタ構造を含む半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランジスタ構造およびトランジスタを含む半導体素子が集積された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体素子として電源回路等に適用されるトランジスタの性能指標の１つに安全動作領域ＳＯＡ（Ｓａｆｅ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ａｒｅａ）という仕様項目がある。ＳＯＡは、トランジスタを素子破壊などの故障無く正常に動作させることができる電流・電圧の許容値を示す領域であり、トランジスタを用いた電源回路は、トランジスタがＳＯＡで示される領域内で動作するように外部回路を設ける必要がある。即ち、ＳＯＡを拡大することは、トランジスタの信頼性を向上させ、電源回路を簡素化させる手段の１つである。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載されている従来のＮＰＮ型トランジスタの平面構造であり、図４は、その断面構造である。
Ｎ＋型の半導体基板１と、
半導体基板１上に形成され且つ半導体基板１よりも不純物濃度が低いＮ−型のコレクタ層２と、
コレクタ層２上に島状に形成されたＰ型のベース層３と、
ベース層３上に島状に形成されたＮ＋型のエミッタ層４と、
コレクタ層２とベース層３とエミッタ層４との各表面上に形成された絶縁膜５と、
絶縁膜５の開口部においてベース層３と電気的に接続され、ベースコンタクト９を形成するベース電極７と、
絶縁膜５の開口部においてエミッタ層４と電気的に接続され、エミッタコンタクト１０を形成するエミッタ電極８と、
半導体基板１と電気的に接続されるコレクタ電極６と、を有し、
ベース層３上に島状に形成され、且つ、平面的に見て、エミッタコンタクト１０を包囲するように形成されたＮ＋型の第１抵抗層１１を備えている。
【０００４】
従来のトランジスタにおいて、第１抵抗層１１は、ベース層上に形成され、且つ、エミッタ層４を包囲するように形成されるので、ベース電極７からエミッタ層４へと流れる電流経路を狭め、電気的抵抗値を増加させることができる。このような第１抵抗層１１は、バラスト抵抗と呼ばれ、ベース層３にバラスト抵抗を形成することで、ベース電極７からエミッタ電極９へと流れるベース電流を制限し、エミッタコンタクトにおける電流集中を防ぐことができ、ＳＯＡを拡大する効果がある。
【特許文献１】特開昭６４−５９８５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、トランジスタが大電圧・大電流をスイッチングする場合、特にエミッタコンタクト１０においてコレクタ電流による大きな発熱が起こり、発熱によりコレクタ電流は更に大きくなり、更なる発熱を引き起こす。その結果、エミッタコンタクト１０近傍に集中しやすく、熱暴走又は熱による接合破壊が起きることで、逆に安全動作領域ＳＯＡが狭くなってしまう懸念があった。
【０００６】
そこで、ベース電流を制限してコレクタ電流を小さくするために、第１抵抗層１１の電気的抵抗値を高くすると、トランジスタの静特性が悪化するという問題点があった。また、エミッタ層４に抵抗領域を形成すると、エミッタコンタクトの発熱が抑えられる一方、抵抗領域でも発熱して熱暴走が起こるため、ＳＯＡ拡大には効果的ではなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、動作時の熱暴走および熱破壊を防止し、且つ、ＳＯＡが拡大できるトランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、請求項１に係る本発明のトランジスタ構造は、
第１導電型のコレクタ層と、
前記コレクタ層上に島状に形成され且つ前記第１導電型と異なる第２導電型のベース層と、
前記ベース層上に少なくとも１つの島状に形成され且つ前記第１導電型のエミッタ層と、
前記ベース層と電気的に接続されベースコンタクトを形成するベース電極と、
前記エミッタ層と電気的に接続されエミッタコンタクトを形成するエミッタ電極と、
前記コレクタ層と電気的に接続されたコレクタ電極と、を有し、
前記エミッタ層上に形成され且つ前記第１導電型の第１抵抗層が、平面的に見て、前記ベースコンタクトを包囲するように形成されることを特徴とする。
【０００９】
さらに、上記課題を解決し上記目的を達成するために、請求項２に係る本発明のトランジスタ構造は、前記第１抵抗層が、前記エミッタ層よりも不純物濃度が低いことを特徴とする。
【００１０】
さらに、上記課題を解決し上記目的を達成するために、請求項３に係る本発明のトランジスタ構造は、前記第１抵抗層が、前記ベース層上に複数の島状に形成された前記エミッタ層が水平方向に重複した領域から成ることを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記課題を解決し上記目的を達成するために、請求項４に係る本発明のトランジスタ構造は、前記ベースコンタクトと前記エミッタコンタクトとの間の前記ベース層上に島状に形成され且つ前記第１導電型を有する第２抵抗層を備える特徴とする。
【００１２】
さらに、上記課題を解決し上記目的を達成するために、請求項５に係る本発明のトランジスタ構造は、メッシュエミッタ構造であることを特徴とする。
【００１３】
さらに、上記課題を解決し上記目的を達成するために、請求項６に係る本発明の半導体装置は、前記トランジスタ構造を含む半導体装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
各請求項の発明によれば、動作時の熱暴走および熱破壊を防止し、且つ、安全動作領域ＳＯＡが拡大できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、図１〜４を参照して本発明の実施例に係わるトランジスタの一例を説明する。
【００１６】
本発明の実施例のＮＰＮ型トランジスタの平面構造を図１、その断面構造を図２に示す。
本発明の実施例に係るトランジスタは、
Ｎ＋型の半導体基板１と、
半導体基板１に形成され且つ半導体基板１よりも不純物濃度が低いＮ−型のコレクタ層２と、
コレクタ層２上に島状に形成されたＰ型のベース層３と、
ベース層３上に島状に形成されたＮ＋型のエミッタ層４ａ、４ｂと、
コレクタ層２とベース層３とエミッタ層４ａ、４ｂとの各表面上に形成された絶縁膜５と、
絶縁膜５の開口部においてベース層３と電気的に接続され、ベースコンタクト９を形成するベース電極７と、
絶縁膜５の開口部においてエミッタ層４ａと電気的に接続され、エミッタコンタクト１０を形成するエミッタ電極８と、
半導体基板１と電気的に接続されるコレクタ電極６と、を有し、
さらに、ベース層３上に島状に形成され、且つ、平面的に見て、ベースコンタクト９を包囲するように形成されたＮ＋型の第２抵抗層１２を備え、
エミッタ層４ａ、４ｂ上に島状に形成され、且つ、平面的に見て、ベースコンタクト９および第２抵抗層１２を包囲するように形成されたＮ−型の第１抵抗層１１を備えている。
【００１７】
実施例のトランジスタは、ベース層３およびエミッタ層４上に夫々ベースコンタクト９を包囲するようなバラスト抵抗が形成されている。即ち、第１抵抗層１１が、ベースコンタクト９を包囲するようにエミッタ層４上に形成される点および第２抵抗層１２が、ベースコンタクト９を包囲するようにベース層３上に形成される点で、従来のトランジスタと異なり、この他は従来のトランジスタと同一に構成されている。
【００１８】
実施例のトランジスタにおいて、第１抵抗層１１および第２抵抗層１２は、周知の選択拡散方法によってエミッタ層４ａ、４ｂと同時に形成される。詳細には、エミッタ層４ａ、４ｂおよび第２抵抗層１２を形成すべき領域の表面が開口となり、第１抵抗層１１を形成すべき領域およびその他の領域の表面がマスクで覆われるように、選択拡散のためのマスクを形成する。このようなマスクを設けた状態でＮ型不純物をベース層３に拡散すると、マスクの開口部からＮ型不純物が拡散してＮ＋型のエミッタ層４ａ、４ｂおよび第２抵抗層１２が形成される。それと同時に、Ｎ型不純物の横方向拡散によって、ベース層３上のマスクで覆われている領域にもＮ型不純物が拡散して、不純物濃度の低いＮ−型の第１抵抗層１１が形成される。
本発明の実施例に係わるトランジスタ構造において、半導体基板１の不純物濃度は１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３、コレクタ層２の不純物濃度は５×１０１３〜５×１０１５ｃｍ−３、ベース層３の不純物濃度は１×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３、エミッタ層４および第２抵抗層１２の不純物濃度は３×１０１９〜３×１０２０ｃｍ−３である。さらに、半導体基板１の厚さは５０〜４００μｍ、コレクタ層２の厚さは５〜５０μｍ、ベース層３の厚さは３〜３０μｍ、エミッタ層４および第２抵抗層１２の厚さは１〜２０μｍである。
【００１９】
実施例のトランジスタによれば、次の作用効果が得られる。
（１）  第１抵抗層１１がベースコンタクト９を包囲するように形成されるため、エミッタコンタクト１０および第１抵抗層１１において発生する熱が分散され、トランジスタの熱暴走又は熱による接合破壊を防止できる。
（２）  第１抵抗層１１がエミッタ層４ａ、４ｂ上に形成されるため、コレクタ電極６からエミッタ電極８へと流れるコレクタ電流を直接制限することができる。さらに、ベース層３上に第２抵抗層１２が形成されるため、ベース電極７からエミッタ電極８へと流れるベース電流を制限することができる。したがって、より効果的にエミッタコンタクトにおける電流集中を防ぎ、ＳＯＡが拡大できる。
（３）  第１抵抗層１１および第２抵抗層１２が、エミッタ層４ａ、４ｂと同時に形成されるため、製造上容易にこれを得ることができる。
【００２０】
本発明のトランジスタは、上記の実施例に限定されず、様々な変形が可能なものである。例えば、第１抵抗層１１が、エミッタ層４上に二重三重に形成されることで、エミッタコンタクトにおける電流集中を防ぎ、トランジスタのＳＯＡをより拡大する効果が得られる。さらに、ＰＮＰ型トランジスタにおいても、上記の実施例と同様に、ベース層３上に第２抵抗層１２が形成され、さらに、エミッタ層４上に第１抵抗層１１が形成されることで、上記の実施例と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例のトランジスタの構造を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】従来のトランジスタの構造を示す平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ’断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１    半導体基板
２    コレクタ層
３    ベース層
４、４ａ、４ｂ    エミッタ層
５    絶縁膜
６    コレクタ電極
７    ベース電極
８    エミッタ電極
９    ベースコンタクト
１０  エミッタコンタクト
１１  第１抵抗層
１２  第２抵抗層
【図１】
2009177066.tif 000003
【図２】
2009177066.tif 000004
【図３】
2009177066.tif 000005
【図４】
2009177066.tif 000006