БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР Советский патент 1997 года по МПК H01L29/73 

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, в частности к конструкциям биполярных транзисторов.

Целью изобретения является увеличение надежности транзистора за счет снижения перегрева центральной части его эмиттерной области.

На фиг. 1 показана топология транзисторной структуры; на фиг. 2 - поперечное сечение; на фиг. 3 возможный вариант топологии.

На чертеже обозначены: кремниевый кристалл 1, подложка 2 n⁺ - типа, высокоомный эпитаксиальный слой 3 n типа проводимости, базовая область 4 p типа проводимости, двуокись кремния 5, непосредственно покрывающая поверхность кристалла 1, окошки 6 в двуокиси кремния 5 над полосковыми эмиттерными областями 7, молибденовые токопроводящие дорожки 8 эмиттерной металлизации нижнего уровня, контактирующие с эмиттерными областями 7 через окошки 6 в двуокиси кремния 5. Поверхностная проводимость дорожек 0,75-1,25 Ом/□, разрывы 9 в токопроводящих дорожках 8, токопроводящие дорожки 10 базовой металлизации нижнего уровня, непосредственно контактирующие с базовой областью 4 через окошки в слое двуокиси кремния 6, слой двуокиси кремния 11, покрывающий токопроводящие дорожки 8 и 10 металлизации нижнего уровня, эмиттерные контактные зоны 12 и 13, каждая из которых состоит из одного или двух эмиттерных контактных окошек в двуокиси кремния 11, проводящие дорожки 14 эмиттерной металлизации верхнего уровня (например, из пленки алюминия толщиной 1 мкм), сосредоточенные тонкопленочные резисторы 15, эмиттерная контактная площадка 16, базовые контактные окошки 17 в двуокиси кремния 11, базовая металлизация верхнего уровня 18.

Транзисторы работают следующим образом. Ток к участкам эмиттерных электродов, расположенных в промежутках между контактными зонами 13 и 12, поступает только через дорожки 8 эмиттерной металлизации нижнего уровня, которые имеют достаточно высокое сопротивление. Поэтому для этих участков эмиттерных электродов дорожки 8 играют роль дополнительных уравнивающих сопротивлений. В силу указанного расположения промежутков между контактными зонами 12 и 13 наибольшее значения распределенных сопротивлений будут иметь те участки транзисторной структуры, локальные тепловые сопротивления которых наибольшие. Этим достигается выравнивание плотности тока внутри каждого эмиттерного электрода и снижение перегрева центральных областей транзисторной структуры. Если конструктивно транзистор выполнен из полосковых эмиттерных областей небольшой длины (40-60 мкм), то целесообразно сформировать каждую контактную зону из одного эмиттерного контактного окошка небольшой протяженности.

При протяженных эмиттерных областях целесообразно сформировать каждую контактную зону двумя или более эмиттерными контактными окошками вместо одного эмиттерного контактного окошка большой длины. На эмиттерном контактном окошке большой протяженности будет наблюдаться заметное увеличение плотности тока от его внешнего торца к внутреннему, так как температура будет расти в том же направлении, а напряжение на эмиттерном переходе в зоне контактного окошка останется одинаковым. При применении нескольких эмиттерных контактных окошек в одной контактной зоне наличие промежутков между эмиттерными контактными окошками будет несколько выравнивать температуру и внутри контактной зоны. При этом максимальный промежуток между контактными окошками внутри контактной зоны должен быть меньше промежутка между контактными зонами в том же эмиттерном электроде.

В противном случае напряжение на эмиттерном переходе в более горячей зоне вблизи центра транзисторной структуры будет равным или больше, чем в более холодной ее части. Поскольку у центральных эмиттерных электродов локальное тепловое сопротивление наибольшее, то и падение напряжения в нижнем слое эмиттерной металлизации между контактными зонами должно быть у них максимально и минимально у крайних эмиттерных электродов. В силу этого и расстояние между контактными зонами у центрального эмиттерного электрода наибольшее и наименьшее у крайнего. Наличие разрыва 9 в дорожках эмиттерной металлизации нижнего уровня в промежутке между контактными зонами 12 и 13 обеспечивает более эффективное торможение шнурования тока в центральной части эмиттерных областей 7. В этом случае увеличивается эффективное распределенное сопротивление для эмиттерного тока по нижней металлизации, поскольку ток к точке шнурования может поступать только от одной контактной зоны (так как поверхностное сопротивление тела эмиттерного электрода больше поверхностного сопротивления эмиттерной металлизации нижнего уровня).

Размещение базовых контактных окошек 17 и базовой металлизации верхнего уровня 18 в пространстве между контактными зонами 12 и 13 обеспечивает достижение цели в структурах с эмиттерными электродами, протяженность которых может быть в два раза большей, чем в топологии, показанной на фиг. 1 и 2.

Согласно изобретению изготовлен транзистор с топологией транзисторной структуры, соответствующей фиг. 1. В нем кремниевая подложка 2 n⁺ - типа имела удельное сопротивление 0,01 Ом•см, высокоомный кремниевый n - слой имел удельное сопротивление 1 Ом•см и толщину 3-4 мкм. Транзисторная структура содержит двадцать шесть полосковых эмиттерных областей 7 размерами в плане 56 х 1 мкм, расположенных в ряд с шагом 6 мкм. Проводящие дорожки 8 и 10 изготовлены из пленки молибдена толщиной 0,15-0,2 мкм с поверхностным сопротивлением 0,8-1,2 Ом/□. Дорожки 8 имеют разрыв 9 в средней части своей шириной 1,5-2 мкм. Слои двуокиси кремния 5 и 11 имеют соответственно толщины 0,3 и 0,5 мкм. Дорожки 14 изготовлены из алюминия толщиной 1 мкм и каждая покрывает две эмиттерные области 7. Контактные зоны 12 и 13 имеют по одному контактному окошку в двуокиси кремния 11 размерами 16 х 1 и расстояниями между ними 22 мкм в центральной части структуры и размерами 22 х 1 и расстояниями 8 мкм на краю структуры. Резисторы 15 изготовлены из пленки нихрома с поверхностным сопротивлением 30 Ом/□. Данная конструкция позволяет снизить температуру перегрева центральной части транзисторной структуры на 1-15^oC, что соответствует увеличению длительности работы транзистора примерно в два раза.

Увеличение надежности транзистора в рамках изобретения достигается без ухудшения его частотных свойств, так как при этом эффективное уравнивающее сопротивление отдельной секции по сравнению с известным остается прежним, однако часть этого сопротивления становится распределенным.

Изобретение относится к полупроводниковой технике. Целью изобретения является увеличение надежности биполярных транзисторов за счет снижения перегрева центральных областей транзисторной структуры, что достигается в биполярном транзисторе с полосковыми эмиттерными электродами и двухуровневой системой металлизации эмиттерные контактные окошки расположены по отношению в каждому эмиттерному электроду таким образом, что для областей транзисторной структуры, в которых локальное тепловое сопротивление является небольшим, эффективное значение уравновешивающего сопротивления в цепи эмиттера будет также максимальным. При этом роль уравновешивающих сопротивлений выполняют распределенные сопротивления дорожек эмиттерной металлизации нижнего уровня. Данная конструкция препятствует перераспределению тока не только между отдельными эмиттерными электродами, но и внутри эмиттерного электрода. 3 ил.

Биполярный транзистор, включающий эмиттерные области в виде параллельно расположенных полосков, нижний и верхний уровень металлизации с изолирующим слоем между ними, контактными окошками в изолирующем слое для электрического соединения нижнего и верхнего уровней металлизации, причем контактные окошки расположены вдоль эмиттерных областей, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности за счет снижения перегрева центральных областей транзистора, каждая эмиттерная область снабжена двумя эмиттерными контактными зонами, каждая из которых состоит по крайней мере из одного контактного окошка в изолирующем слое, а расстояние между контактными окошками, принадлежащими одной зоне, меньше промежутка между зонами, причем этот промежуток расположен над центральной частью эмиттерной области, а расстояние между эмиттерными контактными зонами возрастает от крайних эмиттерных областей к центральной, эмиттерная металлизация нижнего уровня в каждой эмиттерной области имеет разрыв в середине промежутка между контактными зонами, а верхняя эмиттерная металлизация образует непрерывный токопроводящий слой по крайней мере над контактными зонами каждой эмиттерной области, включая промежутки внутри контактных зон.