DE3017750C2 - Halbleiterbauelement vom Planar-Epitaxial-Typ mit mindestens einem bipolaren Leistungstransistor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Halbleiterbauelement dieser Art ist aus der DE-OS 26 25 989 bekannt.

Bei bipolaren Leistungstransistoren tritt bei hoher Belastung, insbesondere bei einer hohen Kollektor-Emiiterspannung. eine lokale Überhitzung im Zentrum des Transistors ein. die die Belastbarkeit des Transistors begrenzt.

Nimmt man nun einen bipolaren Leistungstransistor. der aus einer Gruppe von Einzeltransistoren besteht, in eine monolithisch integrierte Schaltung auf. so ist es bekanntlich zweckmäßig, zur besseren Stromverteilung in dem großflächigen Leistungstransistor, die Emitter der Einzeltransistoren des Leisti'ngstransistors so auszubilden, daß an allen Einzeltransistoren ein gleich großen zusätzlicher Emitterwiderstand entsteht, der durch seine gegenkoppelnde Wirkung nahezu gleiche Ströme in den Einzeltransistoren erzwingt. Diese Emitterwider-Stände müssen aber wegen des zusätzlichen Spannungs-

abfalls verhältnismäßig klein gehalten werden. Da die Wärmeabfuhr des groSflächigen Leistungstransistors aber in seinem Randgebiet besser als in seinem Zentrum ist, bleibt hier eine Temperaturüberhöhung bestehen, die zusätzlich über die kleinere Basis-Emitterspannung des Einzeltransistors an dieser Stelle einen höheren Strom verursacht und damit den Effekt der Temperaturerhöhung im Zentrum noch verstärkt.

Aus der genannten DE-OS 26 25 989 war es bekannt, um ungleiche Emitterströme zwischen den Einzeltransistören zu vermeiden, den Emitterverbindungszonenteilen der Einzeltransistoren eine progressiv sich verändernde Breite zu geben.

Ein solches Vorgehen erfordert jedoch eine auf bestimmte Weise ausgebildete Emitterzone und daher bei der Herstellung eine bestimmte Maske für die Emitterdiffusion.

Da jedoch ein Leistungstransistor der hier betrachteten Art. der in monolithisch integrierten Schaltungen eingesetzt werden soll, in der Regel eine einmal festgelegte Konfiguration hat und die Wärmeabfuhr von der Lage dieses Transistors innerhalb der monolithisch integrierten Schaltung abhängt, so wäre es erforderlich, für jeden Einsatz eines solchen Transistors in einer monolithisch integrierten Schaltung eine neue Konfiguration der Emitterzonen festzulegen. Dies ist jedoch unrationell.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß es auf einfache Weise möglich ist, die Emitterwiderstände der Einzeltransistoren des Leistungstransistors so zu bemessen, daß sich innerhalb dieses Leistungstransistors eine optimale Temperaturverteilung ergibt und eine unzulässige Temperaturerhöhung im Zentrum des Leistungstransistors sicher vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Ausbildung eines Halbleiterbauelements nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst.

Diese Lösung hat den großen Vorteil für die Herstellung des Halbleiterbauelements, daß es lediglich erforderlich ist, die Maske für die Kontaktierung der Zonen des Halbleiterbauelements, die ja auch die Lage der Emitterkontaktflächen des Leistungstransistors mitbestimmt, zu verändern, um über die Werte der einzelnen Emitterwiderstände eine bestimmte Temperaturverteilung zu erreichen.

Der übrige Aufbau des Leistungstransistors kann völlig unverändert bleiben.

Weitere Ausgestaltungen des Halbleiterelementes nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im folgenden wird anhand der Zeichnungen ein Aus-

führungsbeispiel des Halbleiterbauelements nach der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf den den Leistungstransistor enthaltenden Teil des Halbleiterbauelements nach der Erfindung.

F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie AA durch den in F i g. 1 dargestellten Teil.

F i g. 3 das vereinfachte Ersatzschaltbild eines Einzeltransistors des Leistungstransistors nach den F i g. 1 und 2.

F i g. 1 zeigt eine Draufsicht und F i g. 2 einen Querschnitt durch einen Leistungstransistor in einem Halbleiterbauelement nach der Erfindung. Wie die Fig.2 zeigt, besteht das Halbleiterbauelement vom Planar-Epitaxial-Typ aus einem P-Ieitenden Substrat 1. auf das eine N-leitende epitaktische Schicht 3 aufgewachsen und zwischen diesen — in dem hier betrachteten Teil des Halbleiterbauelements — auf übliche Art und Weise eine N-leitende vergrabene Schicht 2 eriiugt ist.

In der epitaktischen Schicht 3 sind durch eindiffundierte, N-leitende langgestreckte Kontaktzonen 4, die bis zu der vergrabenen Schicht 2 reichen, drei langgestreckte, streifenförmige Kollektorbereiche 5 begrenzen, die über diese Kontaktzonen 4 kontaktiert werden.

Weiter ist in jeden dieser N-Ieitenden Kollektorbereiehe 5 eine P-leitende Basiszone 6 eingebracht und in jede dieser P-leitenden Basiszonen 6 eine N-leitende Emitterzone 7.

Diese Emitterzonen 7 sind, wie die Draufsicht in Fig.! zeigt, so geformt, daß sie in jedem Emitterstreifen 8,9 und 10 in F i g. 1 eine Folge von gleichen, aufeinanderfolgenden »Einze'transistorabschnitten« ergeben. In jedem dieser Einzeltransistorenabschnitte umfaßt die Emitterzone einen »aktiven« Emitterzonenteil 7a, eine Emitterverbindungszonenteil Tb und einen Emitterkontaktzonenteil 7c.

Auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements sind die einzelnen Zonen über ihnen zugeordnete Leiterbahnen kontaktiert und zwar die drei Kollektorbereiche 5 an den vier Kollektorkontaktzonen 4 über die sich in vier Streifen 11a bis Ud aufteilende Kollektorleitbahn 11. Die drei Basiszonen 6 sind über eine Basisleitbahn 12 kontaktiert, die sich für jeden Emitterstreifen in zwei Teilbahnen 12a und \2h aufteilt. Schließlich sind die Emitterzonen über eine Emitterleitbahn 13 kontaktiert, die sich ebenfalls in drei Teilbahnen 13a, 13ö und 13c, je eine für jeden Emitterstreifen aufteilt.

Durch diese Emitterleitbahnen wird nun jeder Emitterstreifen in jedem Einzeltransistorabschnitt kontaktiert und zwar über eine Kontaktfläche 15, deren Größe für jeden Einzeltransistorabschnitt dessen Emitterwiderstand bestimmt. Wird eine Kontaktfläche sehr klein gewählt, wie z. B. die Kontaktfläche 15a im mittleren Emitterstreifen 9, so ergibt sich für den entsprechenden Einzeltransistorabschnitt ein verhältnismäßig großer Emitterwiderstand und damit ein kleiner Strom. Wird dagegen die Kontaktfläche 156(oben im ersten Emitterstreifen 8) verhältnismäßig groß gewählt, so ist der Emitterwiderstand des entsprechenden Einzeltransistorabschnitts klein und es kann in diesem ein größerer Strom fließen. Es ist sogar möglich, die Kontaktfläche 15c (siehe unten im ersten Emitterstreifen 8) so groß auszubilden, daß sie sich über zwei Einzeltransistorabschnitte erstreckt, wodurch für diese Einzeltransistorabschnitte ein besonders niedriger Emitterwiderstand erreicht wird.

Lediglich durch Festlegen der Größe der Kontaktfenstcr in der Maske für die Emitterleitbahn 13 ist es also möglich, die Kontaktfiäche 15 für jeden Einzeltransistorabschnitt so festzulegen, daß sich ein bestimmter Emiuerwiderstand und damit eine Stromverteilung in den Einzeltransistoren und damit in dem Leistungstransistor ergibt, welche die sich aus der Lage des Leistungstransistors innerhalb der monolithisch integrierten Schaltung ergebende Wärmeabfuhr so berücksichtigt, daß eine Temperaturüberhöhung im Zentrum des Leistungstransistors vermieden wird.

ίο Weiter kann bei der Festlegung der Größe der Kontaktflächen 15 und damit der Emitterwiderstände natürlich auch den Spannungsabfällen in den einzelnen Abschnitten der Emitterleitbahn Rechnung getragen werden.

Weiter ist es möglich, bei der Festlegung der Größe der Kontaktflächen und damit der Emitterwiderstände und folglich der Temperaturverteilung im Leistungstransistor die Temperatureinflüsse von Bauelementen mit zu berücksichtigen, die in dem Halbleiterbauelement dem Leistungstransistor benachbart sind.

F i g. 3 zeigt noch das vereinfachte Ersatzschaltbild der Einzeltransistoren. von denen nach dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel jeder zwölf Einzeltransistorabschnitte umfaßt, von denen hier aber im Ersatzschaltbild nur neun dargestellt sind. Jeder der Einzeltransistorabschnitte ist hier in dem Ersatzschaltbild durch zwei Transistoren 20 und 21 dargestellt und die einzelnen auftretenden Widerstände durch drei Widerstände 22_; 23 und 24.

Der Transistor 20 ist dabei der Teil des Einzeltransistorabschnitts, der von dem »aktiven« Emitterzonenteil 7a gebildet wird; der Transistor 21 entspricht dem Teil, der von dem Emitterkontaktzonenteil 7cgebildet wird. Der Widerstand 22 ist dabei der Basisbahnwiderstand des Teiltransistors 21 und der Widerstand 23 der Emitterwiderstand.des Teiltransistors 20. dessen Größe hier durch die Größe der Emitterkontaktflächen 15 der Emitterkontaktzonenteile 7cgewählt werden kann. Der Widerstand 24 ist jeweils der Bahnwiderstand der Emitterleitbahn 13 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einzeltransistorabschnitten.

Die Widerstände 22 und 23 stehen in einem Verhältnis

-jf¹- von etwa 500 bis 1000 zueinander. Damit ist sichergestellt, daß der Stromfluß hauptsächlich über den Transistor 20 und den Widerstand 23 erfolgt. Die Stromverstärkung der Transistoren 20 und 21 liegt bei etwa 120.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement vom Planar-Epitaxial-Typ mit mindestens einem bipolaren Leistungstransistor, der aus mindestens einer Gruppe von Einzeltransistoren mit einer gemeinsamen, mehrere streifenförmige zueinander parallele Bereiche (5) bildenden Kollektorzone, in die streifenförmigen Kollektorbereiche (5) eingelassenen streifenförmigen Basiszonen (6) und in diese eingelassenen streifenförmigen Emitterzonen (7) besteht, bei dem diese Zonen jeweils durch streifenförmige. zu den Kollektorbereichen (5) den Basiszonen (6) und den Emitterzonen (7) parallele Leiterbahnen kontaktiert sind, wobei die Emitterleitbahnen (13) die Emitterzonen (7) je'veils in einer Reihe von in Abständen zueinander liegenden Emitterkontaktzonenteilen (15) kontaktieren, und bei dem die Kollektor- (11) die Basis- (12) und die Emitterleitbahnen (13) der Einzeltransistoren jeweils durch eine Verbindungsleitbahn parallel geschaltet sind, bei dem die streifenförmigen Einzeltransistoren in Längsrichtung eine Folge von Einzeltransistorabschnitten bilden, die aus Abschnitten des streifenförmigen Kollektorbereichs (5). der streifenförmigen Basiszone (6) und der streitenförmigen Emitterzone (7) und den entsprechenden Leiterbahnabschnitten (11,12, 13) bestehen und bei denen die Emitterzonenabschnitte jeweils aus einem Emitterkontaktzonenteil (7c) einem an den Emitter-Basis-PN-Übergang grenzenden Emitterzonenteil (7a) und einem diesen und den Emitterkontaktzonenteil (7c) verbindenden Emitterverbindungszonenteil (7b) bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (15) der Emitterkontaktzonenteile (7ς7 der Einzeltransistoren unterschiedlich groß gewählt sind.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, da3 die Größe der Kontaktflächen (15) der Emitterkontaktzonenteile (7c) so gewählt ist, daß die Emitterwiderstände der Einzel transistorenabschnitte im Zentrum des Leistungstransistors größer als an dessen Rand sind.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Kontaktflächen (15) der Emitterkontaktzonenteile (7c) so gewählt ist, daß die Spannungsabfälle in den Emitterleitbahnen der Einzeltransistoren durch die Emitterwiderstände der Einzeltransistorenabschnitte ausgeglichen werden.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Kontaktflächen (15) der Emitterkontaktzonenteile (7c) so gewählt ist, daß in den Teilen des Leistungstransistors, denen Wärme erzeugende Bauelemente benachbart sind, durch größere Emitterwiderstände der Einzeltransistorenabschnittc die Verlustleistung verringert wird.