JP2003218122A - 半導体装置の電極構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ターンオフの際に活性領域の四隅にあるバイポ
ーラトランジスタに電流集中が起こりにくく、半導体装
置の使用限界範囲を向上する。 【解決手段】活性領域１を囲む周辺領域２と、第一の絶
縁膜７のベースコンタクトホール８を通しベース領域４
と接する下層ベース電極９と、第一の絶縁膜７のエミッ
タコンタクトホール１０を通しエミッタ領域５と接する
下層エミッタ電極１１と、第二の絶縁膜１２のベース電
極間ホール１３を通して下層ベース電極９と接し下層エ
ミッタ電極１１と第二の絶縁膜１２で絶縁された上層ベ
ース電極１４と、第二の絶縁膜１２のエミッタ電極間ホ
ール１５を通して下層エミッタ電極１１と接し下層ベー
ス電極９と第二の絶縁膜１２で絶縁された上層エミッタ
電極１６を有し、下層ベース電極９と下層エミッタ電極
１１は帯状を成し、活性領域１の四隅に、周辺領域２に
隣接しベースコンタクトホール８とベース電極間ホール
１３を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラトラン
ジスタチップなど電流制御型の半導体装置の電極構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の背景となる従来技術として、一
般的な二層電極構造を図１０〜図１４に示す。図１０は
二層電極構造を有する半導体チップの断面図、図１１は
図１０の断面構造を有するチップ表面図の一例である。
すなわち図１１中のＥ−Ｅ'間に沿った断面図が図１０
となる。また、図１２は図１１中の枠Ｆに囲まれた部分
の詳細な表面図、図１３は図１２中のＧ−Ｇ'間に沿っ
た断面図、図１４は図１２中のＨ−Ｈ'間に沿った断面
図を示している。図１０中、番号３１は破線Ｘより左側
の領域を示す活性領域、３２は破線Ｘより右側の領域を
示す周辺領域である。活性領域３１には、電流制御型の
半導体装置が形成されており、一例としてバイポーラト
ランジスタを示している。番号３３はｎ型のコレクタ領
域、３４はｐ型のベース領域、３５はｎ型のエミッタ領
域である。図１０に示すとおり、活性領域３１には複数
のバイポーラトランジスタが形成されており、図１１に
示すように、周辺領域３２は活性領域３１の周りを囲む
ように環状に形成されている。そして、周辺領域３２に
はｐ型のガードリング構造３６が形成されている。図１
０中、ベース領域３４およびエミッタ領域３５を覆うよ
うにして第一の絶縁膜３７が形成されており、図１０並
びに図１３に示すように、ベース領域３４は第一の絶縁
膜３７に穿たれたベースコンタクトホール３８を介して
下層ベース電極３９とオーミックコンタクトしている。
同様に、エミッタ領域３５は第一の絶縁膜３７に穿たれ
たエミッタコンタクトホール４０を介して下層エミッタ
電極４１とオーミックコンタクトしている。図１２中の
破線で示すように、下層ベース電極３９と下層エミッタ
電極４１は帯状で、それぞれ接しないようにストライプ
状に形成されている。下層ベース電極３９および下層エ
ミッタ電極４１の幅、厚み及びピッチ等は下地に形成さ
れているバイポーラトランジスタの単位セルサイズや電
流定格によって決められる。また、図１０、図１３およ
び図１４に示すように、下層ベース電極３９および下層
エミッタ電極４１を覆うようにして第二の絶縁膜４２が
形成されており、図１０並びに図１３に示すように、下
層ベース電極３９は第二の絶縁膜４２に穿たれたベース
電極間ホール４３を介して上層ベース電極４４とコンタ
クトしている。同様に、図１４に示すように、下層エミ
ッタ電極４１は第二の絶縁膜４２に穿たれたエミッタ電
極間ホール４５を介して上層エミッタ電極４６とコンタ
クトしている。図１２中に示すように、上層ベース電極
４４と上層エミッタ電極４６は帯状で、それぞれ接しな
いようにストライプ状に形成されており、下層ベース電
極３９並びに下層エミッタ電極４１とは交差するように
形成されている。そして、交互に形成された上層ベース
電極４４と上層エミッタ電極４６の最外列には上層エミ
ッタ電極４６が形成されている。なお、下層ベース電極
３９、下層エミッタ電極４１、上層ベース電極４４、上
層エミッタ電極４６の各電極は例えばアルミなどの金属
から成っている。

【０００３】次に動作を説明する。金属ワイヤで外部電
極と接続された上層エミッタ電極４６を接地し、コレク
タ領域３３に形成されたコレクタ電極にＬ負荷を介して
しかるべき正電位を印加した状態で、やはり金属ワイヤ
で別の外部電極と接続された上層ベース電極４４に＋
０．７Ｖ以上の正電位を印加すると、活性領域３１に形
成されているバイポーラトランジスタは導通状態とな
る。導通状態においては、ベース領域３４からコレクタ
領域３３に正孔が注入されており、エミッタ領域３５と
コレクタ領域３３間において電子電流が流れる。このと
き、活性領域３１端部においては、ベース領域３４が最
外となるため、周辺領域３２中のコレクタ領域３３に
は、対面する活性領域３１端部のベース領域３４から注
入された正孔が拡散長程度の距離まで存在している。こ
の導通状態からターンオフするべく、ベース領域３４に
接地（０Ｖ）もしくは負電位を印加すると、コレクタ領
域３３内にあった過剰な正孔はベース領域３４へと流れ
込み、下層ベース電極３９、上層ベース電極４４そして
上層ベース電極４４に接続された金属ワイヤを介して外
部電極へと排出され、正孔濃度はベース領域３４近傍か
ら順々に減少していく。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このとき、活性領域３
１の外周に沿って形成されている活性領域３１端部のベ
ース領域３４においては、上記のとおり広範囲に数多く
正孔が注入されているため、活性領域３１の中央部に位
置するエミッタ領域３５に挟まれたベース領域３４より
も正孔を多く排出する必要があり、さらに、活性領域３
１の端部の中でも特に活性領域３１の四隅にある湾曲部
においては、他の直線部分に比べてベース領域３４の単
位領域あたり排出すべき正孔の数が曲率半径に応じた分
だけ多くなっている。そして、従来の構造においては、
図１０並びに図１１で示しているように、交互に形成さ
れている上層ベース電極４４と上層エミッタ電極４６と
の最外列には上層エミッタ電極４６が形成されているた
め、排出すべき正孔の数が最も多い活性領域３１の四隅
にある湾曲した端部においては、ベース領域３４からベ
ースコンタクトホール３８を介して下層ベース電極３９
へと排出された正孔は、帯状の上層エミッタ電極４６の
幅と同等の長い距離をしかるべき幅の下層ベース電極３
９を通って、上層ベース電極４４へとつながるベース電
極間ホール４３へと流れることから速やかに正孔を排出
できなかった。このことから、従来の構造においては、
活性領域３１の四隅に位置するベース領域３４周辺のコ
レクタ領域３３に存在した正孔の排出が遅れ、活性領域
３１の中央部に位置するベース領域３４周辺のバイポー
ラトランジスタが遮断状態へと移行した後も導通状態が
維持されるため、Ｌ負荷で維持されていた電子電流が活
性領域３１の四隅にある湾曲した端部周辺にあるバイポ
ーラトランジスタに集中しやすかった。つまり、活性領
域３１に形成されたバイポーラトランジスタ等の半導体
装置が破壊せずに使用できる使用限界範囲を向上しよう
にも電極構造上限界があった。このことから、本発明は
上記のような問題点に着目し、ターンオフの際に活性領
域の四隅の湾曲した端部周辺にあるバイポーラトランジ
スタに電流集中が起こりにくく、活性領域に形成された
バイポーラトランジスタ等の半導体装置の使用限界範囲
を向上できる二層電極構造を有する半導体装置の電極構
造を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては特許請求項の範囲に記載するよう
な構成をとる。すなわち、請求項１に記載の発明におい
ては、バイポーラトランジスタなど電流制御型の半導体
装置を有する半導体チップの一主面に、ベース領域およ
びエミッタ領域が形成された活性領域と、前記活性領域
を囲むように環状に形成された周辺領域とを有し、前記
ベース領域および前記エミッタ領域の前記主面を覆うよ
うに第一の絶縁膜を有し、前記第一の絶縁膜に穿たれた
ベースコンタクトホールを通して前記ベース領域と接す
る下層ベース電極と、前記第一の絶縁膜に穿たれたエミ
ッタコンタクトホールを通して前記エミッタ領域と接す
る下層エミッタ電極とを有し、前記下層ベース電極と前
記下層エミッタ電極はそれぞれ帯状を成して並んでお
り、前記下層ベース電極と前記下層エミッタ電極とを覆
うように第二の絶縁膜を有し、前記第二の絶縁膜に穿た
れたベース電極間ホールを通して前記下層ベース電極と
接し、かつ、前記下層エミッタ電極とは前記第二の絶縁
膜で絶縁されている上層ベース電極を有し、前記第二の
絶縁膜に穿たれたエミッタ電極間ホールを通して前記下
層エミッタ電極と接し、かつ、前記下層ベース電極とは
第二の絶縁膜で絶縁されている上層エミッタ電極を有す
る電極構造において、少なくとも前記活性領域の外周部
が湾曲もしくは角張っている部分に、前記周辺領域に隣
接して前記ベースコンタクトホールと前記ベース電極間
ホールを有する。このような構成による作用について説
明する。前記上層エミッタ電極を接地し、前記コレクタ
領域に例えばＬ負荷を介してしかるべき正電位を印加し
た状態で、前記上層ベース電極に例えば＋０．７Ｖ以上
の正電位を印加すると、前記活性領域に形成されている
半導体装置は導通状態となる。導通状態においては、前
記ベース領域から前記コレクタ領域に少数キャリアが注
入されており、前記エミッタ領域と前記コレクタ領域間
において多数キャリアによる電流が流れる。このとき、
前記活性領域においては、前記エミッタ領域と前記コレ
クタ領域間で多数キャリアによる電流が低抵抗で、かつ
効率よく流れるように、前記ベース領域と前記エミッタ
領域は、所定の間隔で形成されている。つまり、前記ベ
ース領域の単位領域が受け持つ少数キャリアの注入範
囲、すなわち隣接する前記ベース領域と前記エミッタ領
域間の距離は少なくとも少数キャリアの拡散長よりも小
さい。これに対して、前記活性領域の外周に沿って形成
されている前記活性領域端部の前記ベース領域からは、
隣接する前記周辺領域が形成されている前記コレクタ領
域にも、少数キャリアがおよそ拡散長の範囲まで所定の
濃度分布で存在している。この導通状態からターンオフ
するべく、前記ベース領域に接地（０Ｖ）もしくは負電
位を印加すると、前記コレクタ領域内にあった過剰な少
数キャリアは前記ベース領域へと流れ込み、前記下層ベ
ース電極、前記上層ベース電極そして前記上層ベース電
極へと排出され、少数キャリアの濃度は前記ベース領域
近傍から順々に減少していく。このとき、前記活性領域
の外周に沿って形成されている前記活性領域端部の前記
ベース領域においては、前記活性領域の中央部に位置す
る前記エミッタ領域に挟まれた前記ベース領域よりも排
出すべき少数キャリアの数が多く、さらに、前記活性領
域の端部のうち湾曲した外周においては、他の部分に比
べて、前記ベース領域の単位領域あたりに流れ込む少数
キャリアの数が曲率半径に応じて多く存在している。し
かし、前記活性領域の端部のうち湾曲した外周において
は、前記ベース領域および前記ベースコンタクトホール
と前記ベース電極間ホールを有しているため、少数キャ
リアは前記ベース領域から前記ベースコンタクトホール
及び前記ベース電極間ホールを介して、前記上層ベース
電極へと速やかに排出される。また、前記コレクタ領域
を接地し、前記上層エミッタ電極に例えばＬ負荷を介し
てしかるべき正電位を印加した状態で、前記上層ベース
電極に例えば＋０．７Ｖ以上の正電位を印加した場合、
つまり、前記活性領域に形成されている半導体装置にと
っては逆方向に導通した状態においても、同様の動作を
する。つまり、逆導通状態においては、前記ベース領域
と前記コレクタ領域により形成されるダイオード構造が
オンするため、前記活性領域端部にある前記ベース領域
から注入される少数キャリアは、上記順方向導通時の拡
散長程度の範囲しか広がっていなかった場合に比べて、
前記周辺領域にさらに広がっている。この逆導通状態か
らターンオフするべく、前記ベース領域に接地（０Ｖ）
もしくは負電位を印加すると、前記コレクタ領域内にあ
った過剰な少数キャリアは前記ベース領域へと流れ込
み、前記下層ベース電極、前記上層ベース電極へと排出
される。この場合においても、最も多くの少数キャリア
が存在する前記活性領域の湾曲部における少数キャリア
は前記ベース領域から前記ベースコンタクトホール及び
前記ベース電極間ホールを介して、前記上層ベース電極
へと速やかに排出される。

【０００６】次に、請求項２に記載の発明においては、
前記請求項１に記載の半導体装置の電極構造において、
前記周辺領域に隣接する前記ベースコンタクトホールの
直上に前記ベース電極間ホールが形成されている。この
ような構成による作用について説明する。前記ベース電
極間ホールが前記ベースコンタクトホールの真上に形成
されているため、前記活性領域の湾曲部における少数キ
ャリアは前記ベース領域から、さらに低い抵抗で速やか
に排出される。次に、請求項３に記載の発明において
は、前記請求項１又は２に記載の半導体装置の電極構造
において、前記活性領域上において、前記上層ベース電
極並びに前記上層エミッタ電極は、前記下層ベース電極
並びに前記下層エミッタ電極と交差するように、それぞ
れ帯状を成して並んでおり、さらに、前記上層ベース電
極が交互に並んだ最外列に位置する。このような構成に
より、前記上層ベース電極と前記エミッタ電極の構造が
具体化され、容易に実現することができる。次に、請求
項４に記載の発明においては、前記請求項３に記載の半
導体装置の電極構造において、前記活性領域の外周部に
隣接するように前記ベース領域と前記ベースコンタクト
ホールと前記ベース電極間ホールを有し、前記上層エミ
ッタ電極を取り囲むように前記上層ベース電極がつなが
っている。このような構成による作用について説明す
る。前記半導体装置が順方向並びに逆方向に導通してい
る状態からターンオフした場合に、前記活性領域の湾曲
部だけではなく、全ての前記周辺領域に存在していた少
数キャリアが、低抵抗で速やかに前記上層ベース電極へ
と排出される。次に、請求項５に記載の発明において
は、前記請求項３又は４に記載の半導体装置の電極構造
において、前記最外部に位置する前記上層ベース電極の
帯の幅が、前記上層エミッタ電極に挟まれるように位置
する前記上層ベース電極の帯の幅より狭い。このような
構成による作用について説明する。最外列に位置する前
記上層ベース電極端部の周辺に位置する半導体装置にお
いても、前記活性領域の中央部に位置する半導体装置に
おける前記ベース領域と前記エミッタ領域間の配線抵抗
の差が小さくなり、前記活性領域部分での電流の偏りが
低減される。さらに、最外列の前記上層ベース電極の幅
が狭くなった分、前記上層エミッタ電極の占める割合が
増加する。次に、請求項６に記載の発明においては、前
記請求項３又は４に記載の半導体装置の電極構造におい
て、前記最外部に位置する前記上層ベース電極の帯の幅
が、前記上層エミッタ電極に挟まれるように位置する前
記上層ベース電極の帯の１／２程度の幅となる。このよ
うな構成による作用について説明する。最外列に位置す
る前記上層ベース電極端部の周辺に位置する半導体装置
においても、前記活性領域の中央部に位置する半導体装
置における前記ベース領域と前記エミッタ領域間の配線
抵抗がほぼ同等となり、前記活性領域部分での電流の偏
りがさらに低減される。また、最外列の前記上層ベース
電極の幅が１／２になった分、前記上層エミッタ電極の
占める割合がさらに増加する。次に、請求項７に記載の
発明においては、前記請求項１乃至６のいずれかに記載
の半導体装置の電極構造において、前記半導体装置が、
コレクタ領域である一導電型の半導体基体の一主面に、
互いに平行に配置された溝を複数有し、前記溝に挟まれ
た前記主面に、同一導電型の前記エミッタ領域を有し、
前記溝の内部には、第三の絶縁膜によって前記コレクタ
領域とは絶縁され、かつ、前記エミッタ領域と同電位に
保たれた固定電位絶縁電極を有し、前記固定電位絶縁電
極は、前記第三の絶縁膜を介して隣接する前記コレクタ
領域に空乏領域を形成するような仕事関数の導電性材料
から成り、前記エミッタ領域に接する前記コレクタ領域
の一部であって、前記固定電位絶縁電極によって挟み込
まれたチャネル領域を有し、前記チャネル領域には前記
固定電位絶縁電極の周囲に形成された前記空乏領域によ
って多数キャリアの移動を阻止するポテンシャル障壁が
形成されていて、前記固定電位絶縁電極を取り囲む前記
第三の絶縁膜の界面に少数キャリアを導入して反転層を
形成し、前記固定電位絶縁電極から前記コレクタ領域へ
の電界を遮蔽して前記チャネル領域に形成されたポテン
シャル障壁を減少もしくは消滅させてチャネルを開くべ
く、前記主面並びに前記第三の絶縁膜並びに前記コレク
タ領域に接して、前記エミッタ領域には接しない、反対
導電型のベース領域を有する構成をしている。このよう
な構成による作用について説明する。上記の構成の半導
体装置は、順方向並びに逆方向のターンオフの際に、前
記活性領域中の前記少数キャリアは低抵抗の前記固定電
位絶縁電極界面の前記反転層を通って排出されるため、
高速でターンオフする。このような高速スイッチング素
子が前記活性領域に形成されていることにより、前記周
辺領域の前記コレクタ領域から低抵抗で前記少数キャリ
アを排出する効果が最大限に発揮される。

【０００７】

【発明の効果】以上説明したように、前記請求項１によ
れば、前記活性領域の湾曲部に位置する前記ベース領域
周辺の前記コレクタ領域に存在した少数キャリアの排出
が速やかに行われ、この周辺にある半導体装置の遮断遅
れが緩和され電流集中が起きにくいため、半導体装置の
使用限界範囲、つまり半導体装置を破壊せずに使用でき
る範囲が向上する。また、前記請求項２によれば、前記
請求項１の効果に加えて、前記ベース領域と前記上層ベ
ース電極間の抵抗が小さくなるため、湾曲部周辺の半導
体装置の遮断遅れがさらに緩和され、さらに電流集中が
起きにくくなる。また、前記請求項３によれば、前記請
求項１並びに前記請求項２の効果に加えて、容易に実現
することができる。また、前記請求項４によれば、前記
請求項３の効果に加えて、前記活性領域の湾曲部だけで
はなく、全ての前記周辺領域に隣接している半導体装置
の遮断遅れがさらに緩和され、さらに電流集中が起きに
くくなる。また、前記請求項５によれば、前記請求項３
並びに前記請求項４の効果に加えて、前記活性領域部分
での半導体装置の遮断ばらつきが緩和され、電流集中が
起きにくくなる。また、前記上層エミッタ電極の占める
割合が増加する分、外部電極との接続用の金属ワイヤ等
を数多く実装することができる。また、前記請求項６に
よれば、前記請求項３並びに前記請求項４の効果に加え
て、前記活性領域部分での半導体装置の遮断ばらづきが
さらに緩和され、さらに電流集中が起きにくくなる。ま
た、前記上層エミッタ電極の占める割合が増加する分、
外部電極との接続用の金属ワイヤ等をさらに数多く実装
することができる。また、前記請求項７によれば、半導
体装置が高速スイッチ可能な構成をしているため、前記
請求項１乃至前記請求項６の効果を最大限発揮すること
ができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】第一の実施の形態 本発明の第一の実施の形態においては、例えばシリコン
からなるバイポーラトランジスタなど電流制御型の半導
体装置を有する半導体チップにおける電極構造につい
て、図１〜図５を用いて説明する。図１は半導体チップ
の断面図、図２は図１の断面構造を有するチップ表面図
の一例である。すなわち図２中のＡ−Ａ'間に沿った断
面図が図１となる。また、図３は図２中の枠Ｂに囲まれ
た部分の詳細な表面図、図４は図３中のＣ−Ｃ'間に沿
った断面図、図５は図３中のＤ−Ｄ'間に沿った断面図
を示している。図１中、番号１は破線Ｚより左側の領域
を示す活性領域、２は破線Ｚより右側の領域を示す周辺
領域である。活性領域１には、電流制御型の半導体装置
が形成されており、本実施の形態においては、一例とし
てバイポーラトランジスタを示している。番号３はｎ型
のコレクタ領域、４はｐ型のベース領域、５はｎ型のエ
ミッタ領域である。本実施の形態においては、図１に示
すとおり、活性領域１に複数のバイポーラトランジスタ
セルが形成されている場合を例示している。また、図２
に示すように、周辺領域２は活性領域１の周りを囲むよ
うに環状に形成されており、図１に示すように、本実施
の形態においては周辺領域２にｐ型のガードリング構造
６を有する場合を例示している。周辺領域２は活性領域
１を囲んでいれば、ガードリング構造６が無くてもかま
わないし、別の構造があってもかまわない。また、図１
並びに図２ではガードリング構造６が３本の場合を示し
ているが、ガードリング構造６の本数は何本でもかまわ
ない。図１中、ベース領域４およびエミッタ領域５を覆
うようにして第一の絶縁膜７が形成されており、図１並
びに図４に示すように、ベース領域４は第一の絶縁膜７
に穿たれたベースコンタクトホール８を介して下層ベー
ス電極９とオーミックコンタクトしている。同様に、エ
ミッタ領域５は第一の絶縁膜７に穿たれたエミッタコン
タクトホール１０を介して下層エミッタ電極１１とオー
ミックコンタクトしている。図３中の破線で示すよう
に、下層ベース電極９と下層エミッタ電極１１は帯状
で、それぞれ接しないようにストライプ状に形成されて
いる。本実施の形態においては、下層ベース電極９と下
層エミッタ電極１１の幅がほぼ等しく描かれているが、
どちらかが大きくてもかまわない。つまり、下層ベース
電極９および下層エミッタ電極１１の幅、厚み及びピッ
チ等は下地に形成されている半導体装置（ここではバイ
ポーラトランジスタ）の単位セルサイズや電流定格によ
って決められる。また、図１、図４および図５に示すよ
うに、下層ベース電極９および下層エミッタ電極１１を
覆うようにして第二の絶縁膜１２が形成されており、図
１並びに図４に示すように、下層ベース電極９は第二の
絶縁膜１２に穿たれたベース電極間ホール１３を介して
上層ベース電極１４とコンタクトしている。同様に、図
５に示すように、下層エミッタ電極１１は第二の絶縁膜
１２に穿たれたエミッタ電極間ホール１５を介して上層
エミッタ電極１６とコンタクトしている。図３中に示す
ように、上層ベース電極１４と上層エミッタ電極１６は
帯状で、それぞれ接しないようにストライプ状に形成さ
れており、下層ベース電極９並びに下層エミッタ電極１
１とは交差するように形成されている。本実施の形態に
おいては、上層ベース電極１４並びに上層エミッタ電極
１６は、下層ベース電極９並びに下層エミッタ電極１１
と直交するように例示しているが、斜めに交差していて
もかまわない。また、上層ベース電極１４および上層エ
ミッタ電極１６の幅は、例えば金属ワイヤなどで外部端
子と接続できるようにするため、金属ワイヤ等のサイズ
やその実装治具の形状等で最小幅が制限されているが、
上層ベース電極１４および上層エミッタ電極１６の幅は
どちらかが大きくてもまた同等でもかまわない。なお、
下層ベース電極９、下層エミッタ電極１１、上層ベース
電極１４、上層エミッタ電極１６の各電極は例えばアル
ミなどの金属から成っている。さらに、図２に示すよう
に、本実施の形態においては、交互に形成された上層ベ
ース電極１４と上層エミッタ電極１６の最外列が上層ベ
ース電極１４となるように形成し、活性領域１の外周の
うち湾曲部となる四隅に隣接するように上層ベース電極
１４が配置されている。そして、図１に示すように、周
辺領域２に隣接する活性領域１湾曲部のベース領域４に
おいて、ベースコンタクトホール８、下層ベース電極９
およびベース電極間ホール１３を介して上層ベース電極
１４とつながっている。本実施の形態においては、ベー
ス電極間ホール１３がベースコンタクトホール８の真上
に形成された場合を例示しているが、近傍に形成されて
いれば真上でなくてもかまわない。

【０００９】すなわち、本実施の形態においては、バイ
ポーラトランジスタなど電流制御型の半導体装置を有す
る半導体チップの一主面に、ベース領域４およびエミッ
タ領域５が形成された活性領域１と、活性領域１を囲む
ように環状に形成された周辺領域２とを有し、ベース領
域４およびエミッタ領域５の前記主面を覆うように第一
の絶縁膜７を有し、第一の絶縁膜７に穿たれたベースコ
ンタクトホール８を通してベース領域４と接する下層ベ
ース電極９と、第一の絶縁膜７に穿たれたエミッタコン
タクトホール１０を通してエミッタ領域５と接する下層
エミッタ電極１１とを有し、下層ベース電極９と下層エ
ミッタ電極１１はそれぞれ帯状を成して並んでおり、下
層ベース電極９と下層エミッタ電極１１とを覆うように
第二の絶縁膜１２を有し、第二の絶縁膜１２に穿たれた
ベース電極間ホール１３を通して下層ベース電極９と接
し、かつ、下層エミッタ電極１１とは第二の絶縁膜１２
で絶縁されている上層ベース電極１４を有し、第二の絶
縁膜１２に穿たれたエミッタ電極間ホール１５を通して
下層エミッタ電極１１と接し、かつ、下層ベース電極９
とは第二の絶縁膜１２で絶縁されている上層エミッタ電
極１６を有する電極構造において、少なくとも活性領域
１の外周部が湾曲もしくは角張っている部分に、周辺領
域２に隣接してベースコンタクトホール８とベース電極
間ホール１３を有する。次に動作を説明する。例えば金
属ワイヤで外部電極と接続された上層エミッタ電極１６
を接地し、コレクタ領域３に形成されたコレクタ電極に
例えばＬ負荷を介してしかるべき正電位を印加した状態
で、やはり金属ワイヤで別の外部電極と接続された上層
ベース電極１４に例えば＋０．７Ｖ以上の正電位を印加
すると、活性領域１に形成されているバイポーラトラン
ジスタは導通状態となる。導通状態においては、ベース
領域４からコレクタ領域３に正孔が注入されており、エ
ミッタ領域５とコレクタ領域３間において電子電流が流
れる。このとき、活性領域１端部においては、ベース領
域４が最外となるため、周辺領域２中のコレクタ領域３
には、対面する活性領域１端部のベース領域４から注入
された正孔が拡散長程度の距離まで存在している。この
導通状態からターンオフするべく、ベース領域４に接地
（０Ｖ）もしくは負電位を印加すると、コレクタ領域３
内にあった過剰な正孔はベース領域４へと流れ込み、下
層ベース電極９、上層ベース電極１４そして上層ベース
電極１４上に接続された金属ワイヤ（図示せず）を介し
て外部電極へと排出され、コレクタ領域３中の正孔濃度
はベース領域４近傍から順々に減少していく。このと
き、活性領域１の外周に沿って形成されている活性領域
１端部のベース領域４においては、上記のとおり広範囲
に数多く正孔が注入されているため、活性領域１の中央
部に位置するエミッタ領域５に挟まれたベース領域４よ
りも正孔を多く排出する必要があり、さらに、活性領域
１端部の中でも特に活性領域１の四隅にある湾曲部にお
いては、他の直線部分に比べてベース領域４の単位領域
あたり排出すべき正孔の数が曲率半径に応じた分だけ多
くなっている。そして、従来の構造においては、図１０
並びに図１１で示しているように、交互に形成されてい
る上層ベース電極４４と上層エミッタ電極４６との最外
列には上層エミッタ電極４６が形成されているため、排
出すべき正孔の数が最も多い活性領域３１の四隅の湾曲
部においては、ベース領域３４からベースコンタクトホ
ール３８を介して下層ベース電極３９へと排出された正
孔は、帯状の上層エミッタ電極４６の幅と同等の長い距
離をしかるべき幅の下層ベース電極３９を通って、上層
ベース電極４４へとつながるベース電極間ホール４３へ
と流れる。このことから、従来の構造においては、活性
領域３１の四隅に位置するベース領域３４周辺のコレク
タ領域３３に存在した正孔の排出が他の領域に比べ遅れ
るため、活性領域３１の中央部に位置するベース領域３
４周辺のバイポーラトランジスタが遮断状態へと移行し
た後も導通状態が維持されるため、Ｌ負荷で維持されて
いた電子電流が活性領域３１の四隅にある湾曲した端部
付近にあるバイポーラトランジスタに集中していた。こ
れに対し、本実施の形態においては、図１並びに図２で
示しているように、交互に形成されている上層ベース電
極１４と上層エミッタ電極１６との最外列には上層ベー
ス電極１４が形成されている。よって、排出すべき正孔
の数が最も多い活性領域１の四隅の湾曲した端部におい
ては、従来構造に比べ速やかに正孔を排出できる。つま
り、ベース領域４からベースコンタクトホール８を介し
て下層ベース電極９へと排出された正孔は、そのベース
コンタクトホール８に隣接するように形成されたベース
電極間ホール１３を通って上層ベース電極１４へ流れる
からである。また、図１のように、ベース電極間ホール
１３がベースコンタクトホール８の真上に形成されてい
れば、さらに低い抵抗で正孔を排出することが可能にな
る。このことから、本実施の形態においては、活性領域
１の湾曲部に隣接したコレクタ領域３中の正孔の排出
が、従来の構造に比べ速やかに行われるため、この周辺
にあるバイポーラトランジスタの遮断遅れが緩和され電
流集中が起きにくくなっている。また、コレクタ領域３
に形成されたコレクタ電極を接地し、上層エミッタ電極
１６に例えばＬ負荷を介してしかるべき正電位を印加し
た状態で、上層ベース電極１４に例えば＋０．７Ｖ以上
の正電位を印加した場合、すなわち、活性領域１に形成
されているバイポーラトランジスタにとっては逆方向に
導通した状態において、さらに顕著な効果を発揮する。
つまり、逆導通状態においては、ｐ型のベース領域４と
ｎ型のコレクタ領域３とのｐｎダイオードがオンするた
め、活性領域１端部のベース領域４から注入される正孔
は、上記順方向導通時の拡散長程度の距離以上に周辺領
域２により広がるからである。この場合においても、逆
導通状態からターンオフするべくベース領域４に接地
（０Ｖ）もしくは負電位を印加すると、活性領域１並び
に周辺領域２のコレクタ領域３内にあった過剰な正孔は
上層ベース電極１４へと排出されるが、最も多く正孔が
存在する活性領域１端部の湾曲部において、ベース領域
４から外部電極が接続されている上層ベース電極１４ま
での経路が従来に比べて短く、かつ低抵抗であるため、
この周辺に形成されているバイポーラトランジスタのタ
ーンオフ遅れが生じにくく、電流の集中が起こりにく
い。このことから、本実施の形態にすることによって、
順方向並びに逆方向導通時ともに、活性領域１の湾曲部
に形成される半導体装置への電流集中が起こりにくいた
め、半導体装置の使用限界範囲、つまり半導体装置を破
壊せずに使用できる範囲を従来以上に向上できる。 第二の実施の形態 次に、図６を用いて、第二の実施の形態を説明する。図
６は図２に対応する表面図であり、第一の実施の形態と
比べ、帯状の上層ベース電極１４の各端部がつながるよ
うに形成されており、上層エミッタ電極１６を取り囲ん
でいる。そして、活性領域１の湾曲した端部だけではな
く、直線部を含めた全ての端部において、ベース領域４
の真上に、上層ベース電極１４が形成されている。つま
り、活性領域１に形成されているバイポーラトランジス
タが順方向並びに逆方向に導通している状態からターン
オフした場合に、湾曲部だけでなく全ての周辺領域２に
存在していた正孔は、低抵抗で速やかに上層ベース電極
１４へと排出されるため、活性領域１端部周辺に形成さ
れていたバイポーラトランジスタの遮断遅れは緩和さ
れ、さらに電流の集中が起こりにくくなる。

【００１０】第三の実施の形態 次に、図７を用いて、第三の実施の形態を説明する。図
７は図２に対応する表面図であり、第一の実施の形態と
比べ、最外列に位置する上層ベース電極１４の幅が上層
エミッタ電極１６に挟まれている上層ベース電極１４の
幅より狭い形状となっており、本実施の形態においては
１／２の幅の場合を例示している。上層エミッタ電極１
６で挟まれている上層ベース電極１４においては、帯状
となっている幅の半分ずつがそれぞれ隣接する片方のエ
ミッタ電極１６と、対を成して動作しているため、それ
と同様、最外列に位置する上層ベース電極の幅も片側の
み隣接するエミッタ電極１４に対応した幅としている。
このような構成とすることで、最外列に位置する上層ベ
ース電極１４端部の周辺に位置するバイポーラトランジ
スタにおいても、活性領域１の中央部に位置するバイポ
ーラトランジスタとベース領域４とエミッタ領域５間の
配線抵抗がほぼ同等となり、活性領域１部分での電流の
偏りが低減されるため、さらに電流の集中が起こりにく
くなる。さらに、最外列の上層ベース電極１４の幅が狭
くなった分、上層エミッタ電極１６の占める割合が増加
するため、上層エミッタ電極１６上に形成される金属ワ
イヤをさらに増やすことができる。

【００１１】第四の実施の形態 次に、図８並びに図９を用いて、第四の実施の形態を説
明する。図８は図１に対応する表面図であり、第一の実
施の形態と比べ活性領域１に形成されている半単体装置
を別の構造としている。図９は図８のＩ−Ｉ'間に沿っ
た断面図である。１７はｎ型のコレクタ領域、１８はｎ
^＋型のエミツタ領域、１９はＭＯＳ型電極、２０は第三
の絶縁膜である。ＭＯＳ型電極１９は高濃度のｐ^＋型ポ
リシリコンよりなる。下層エミッタ電極１１は、エミッ
タ領域１８とさらにＭＯＳ型電極１９とオーミックコン
タクトしている。すなわち、ＭＯＳ型電極１９はエミッ
タ電位に固定されている。よって、このＭＯＳ型電極１
９と第三の絶縁膜２０を合わせて固定電位絶縁電極２１
と呼ぶ。この固定電位絶縁電極２１の断面構造は図９に
示すように例えば「Ｕ」の字のように側壁がほぼ垂直な
溝の中に形成されている。また図中、エミッタ領域１８
は第三の絶縁膜２０に接しているように描いているが、
エミッタ領域１８が固定電位絶縁電極２１に挟み込まれ
るように配置されていれば接していなくてもよい。さら
に固定電位絶縁電極２１の間に挟まれたコレクタ領域１
７をチャネル領域２２と呼ぶ。さらに第三の絶縁膜２０
に接してエミッタ領域１８とは離れたところに、ｐ型の
ベース領域２３が存在する。下層ベース電極９はこのベ
ース領域２３とオーミックコンタクトしている。本実施
の形態においては、半導体装置が、コレクタ領域１７で
ある一導電型の半導体基体の一主面に、互いに平行に配
置された溝を複数有し、前記溝に挟まれた前記主面に、
同一導電型のエミッタ領域１８を有し、前記溝の内部に
は、第三の絶縁膜２０によってコレクタ領域１７とは絶
縁され、かつ、エミッタ領域１８と同電位に保たれた固
定電位絶縁電極２１を有し、固定電位絶縁電極２１は、
第三の絶縁膜２０を介して隣接するコレクタ領域１７に
空乏領域を形成するような仕事関数の導電性材料から成
り、エミッタ領域１８に接するコレクタ領域１７の一部
であって、固定電位絶縁電極２１によって挟み込まれた
チャネル領域２２を有し、チャネル領域２２には固定電
位絶縁電極２１の周囲に形成された前記空乏領域によっ
て多数キャリアの移動を阻止するポテンシャル障壁が形
成されていて、固定電位絶縁電極２１を取り囲む第三の
絶縁膜２０の界面に少数キャリアを導入して反転層を形
成し、固定電位絶縁電極２１からコレクタ領域１７への
電界を遮蔽してチャネル領域２２に形成されたポテンシ
ャル障壁を減少もしくは消滅させてチャネルを開くべ
く、前記主面並びに第三の絶縁膜２０並びにコレクタ領
域１７に接して、エミッタ領域１８には接しない、反対
導電型のベース領域２３を有する構成をしている。

【００１２】次に、動作を説明する。この素子において
も、例えば金属ワイヤで外部電極と接続された上層エミ
ッタ電極１６を接地し、コレクタ領域１７に形成された
コレクタ電極に例えばＬ負荷を介してしかるべき正電位
を印加して使用する。まず、上層ベース電極１４が接地
されているとき、素子は遮断状態にある。つまり、固定
電位絶縁電極２１の周囲にはＭＯＳ型電極１９のビルト
イン電位に伴う空乏層が形成されているが、チャネル領
域２２内で対向する２つの固定電位絶縁電極２１間の距
離（以下、これをチャネル厚みと呼ぶことにする）が充
分狭ければ、チャネル領域２２にはこの空乏領域によっ
て伝導電子に対する充分なポテンシャル障壁が形成さ
れ、狭ければ狭いほどその遮断性能は向上する。次に導
通状態であるが、上層ベース電極１４の電位すなわちｐ
型ベース領域２３の電位を例えば＋０．５Ｖの正電位を
印加すると、正孔は上記とは逆にｐ型ベース領域２３か
ら、第三の絶縁膜２０の界面へと流れ込んで反転層を形
成し、ポテンシャル障壁を作っているＭＯＳ型電極１９
からチャネル領域２２への電気力線を遮蔽し、チャネル
領域２２中の伝導電子に対するポテンシャル障壁を低下
させる。すなわち、コレクタ領域１７とエミッタ領域１
８は導通状態となる。さらに、ベース電極の電位を上げ
ていくと、ｐ型ベース領域２３と周辺のｎ型領域からな
るｐｎ接合が順バイアスされ、正孔は直接コレクタ領域
１７並びにチャネル領域２２へと注入される。すると、
素子耐圧を保つために不純物濃度を薄く、高抵抗に作ら
れていたこれらｎ型の領域は伝導度が高められ、コレク
タ電流の成分である電子流はエミッタ領域１８から基板
領域へと低い抵抗で流れるようになる。次に、この素子
をターンオフさせるために、上層ベース電極１４を接地
（０Ｖ）もしくは負電位にすると、コレクタ領域１７並
びにチャネル領域２２内にあった過剰な正孔はベース領
域２３へと流れ込み、正孔濃度はベース領域近傍から順
々に減少していく。さらに、コレクタ領域２のうちベー
ス領域２３から離れている部分にあった過剰な正孔も、
電位が低い表面のチャネル領域２２へと移動し、低抵抗
の反転層を介してコレクタ領域１７の正孔は速やかに枯
渇するため、この素子は高速で遮断する。このように活
性領域１にターンオフ速度の速い素子が形成されている
本実施の形態において、電流集中が起こりにくい上記の
ような電極構造にすることにより、半導体素子の使用範
囲を向上する効果が顕著に現れ、半導体装置の能力を最
大限引き出すことができる。

【００１３】以上本発明を実施の形態に基づいて具体的
に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態の断面図

【図２】図１の断面構造を有する第一の実施の形態のチ
ップ表面図

【図３】図２の枠Ｂに囲まれた部分の詳細な表面図

【図４】図３のＣ−Ｃ'間に沿った断面図

【図５】図３のＤ−Ｄ'間に沿った断面図

【図６】本発明の第二の実施の形態のチップ表面図

【図７】本発明の第三の実施の形態のチップ表面図

【図８】本発明の第四の実施の形態の断面図

【図９】本発明の第四の実施の形態の別の断面図

【図１０】本発明の従来例の断面図

【図１１】図８の断面構造を有する従来例のチップ表面
図

【図１２】図９の枠Ｆに囲まれた部分の詳細な従来例の
表面図

【図１３】図１０のＧ−Ｇ'間に沿った従来例の断面図

【図１４】図１０のＨ−Ｈ'間に沿った従来例の断面図

【符号の説明】 １…活性領域 ２…周辺領域 ３…コレクタ領域 ４…ベース領域 ５…エミッタ領域 ６…ガードリング構造 ７…第一の絶縁膜 ８…ベースコンタクトホール ９…下層ベース電極 １０…エミッタコンタクトホール １１…下層エミッタ電極 １２…第二の絶縁膜 １３…ベース電極間ホール １４…上層ベース電極 １５…エミッタ電極間ホール １６…上層エミッタ電極 １７…コレクタ領域 １８…エミッタ領域 １９…ＭＯＳ型電極 ２０…第三の絶縁膜 ２１…固定電位絶縁電極 ２２…チャネル領域 ２３…ベース領域 ３１…活性領域 ３２…周辺領域 ３３…コレクタ領域 ３４…ベース領域 ３５…エミッタ領域 ３６…ガードリング構造 ３７…第一の絶縁膜 ３８…ベースコンタクトホール ３９…下層ベース電極 ４０…エミッタコンタクトホール ４１…下層エミッタ電極 ４２…第二の絶縁膜 ４３…ベース電極間ホール ４４…上層ベース電極 ４５…エミッタ電極間ホール ４６…上層エミッタ電極

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電流制御型の半導体装置を有する半導体基
   体の一主面に、ベース領域およびエミッタ領域が形成さ
   れた活性領域と、前記活性領域を囲むように環状に形成
   された周辺領域とを有し、 前記ベース領域および前記エミッタ領域の前記主面を覆
   うように第一の絶縁膜を有し、 前記第一の絶縁膜に穿たれたベースコンタクトホールを
   通して前記ベース領域と接する下層ベース電極と、前記
   第一の絶縁膜に穿たれたエミッタコンタクトホールを通
   して前記エミッタ領域と接する下層エミッタ電極とを有
   し、 前記下層ベース電極と前記下層エミッタ電極はそれぞれ
   帯状を成して並んでおり、 前記下層ベース電極と前記下層エミッタ電極とを覆うよ
   うに第二の絶縁膜を有し、 前記第二の絶縁膜に穿たれたベース電極間ホールを通し
   て前記下層ベース電極と接し、かつ、前記下層エミッタ
   電極とは前記第二の絶縁膜で絶縁されている上層ベース
   電極を有し、 前記第二の絶縁膜に穿たれたエミッタ電極間ホールを通
   して前記下層エミッタ電極と接し、かつ、前記下層ベー
   ス電極とは前記第二の絶縁膜で絶縁されている上層エミ
   ッタ電極を有する電極構造において、 少なくとも前記活性領域の外周が湾曲もしくは角張って
   いる部分に、前記周辺領域に隣接して前記ベースコンタ
   クトホールと前記ベース電極間ホールを有することを特
   徴とする半導体装置の電極構造。
2. 【請求項２】前記周辺領域に隣接する前記ベースコンタ
   クトホールの直上に前記ベース電極間ホールが形成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の電
   極構造。
3. 【請求項３】前記活性領域上において、前記上層ベース
   電極並びに前記上層エミッタ電極は、前記下層ベース電
   極並びに前記下層エミッタ電極と交差するように、それ
   ぞれ帯状を成して並んでおり、さらに、前記上層ベース
   電極が交互に並んだ最外列に位置することを特徴とする
   請求項１又は２記載の半導体装置の電極構造。
4. 【請求項４】前記活性領域の外周部に前記ベース領域と
   前記ベースコンタクトホールと前記ベース電極間ホール
   を有し、前記上層エミッタ電極を取り囲むように前記上
   層ベース電極がつながっていることを特徴とする請求項
   ３記載の半導体装置の電極構造。
5. 【請求項５】前記最外列に位置する前記上層ベース電極
   の帯の幅が、前記上層エミッタ電極に挟まれるように位
   置する前記上層ベース電極の帯の幅より狭いことを特徴
   とする請求項３又は４記載の半導体装置の電極構造。
6. 【請求項６】前記最外列に位置する前記上層ベース電極
   の帯の幅が、前記上層エミッタ電極に挟まれるように位
   置する前記上層ベース電極の帯の１／２程度の幅となる
   ことを特徴とする請求項３又は４記載の半導体装置の電
   極構造。
7. 【請求項７】前記半導体装置が、コレクタ領域である一
   導電型の前記半導体基体の前記一主面に、互いに平行に
   配置された溝を複数有し、 前記溝に挟まれた前記主面に、同一導電型の前記エミッ
   タ領域を有し、 前記溝の内部には、第三の絶縁膜によって前記コレクタ
   領域とは絶縁され、かつ、前記エミッタ領域と同電位に
   保たれた固定電位絶縁電極を有し、 前記固定電位絶縁電極は、前記第三の絶縁膜を介して隣
   接する前記コレクタ領域に空乏領域を形成するような仕
   事関数の導電性材料から成り、 前記エミッタ領域に接する前記コレクタ領域の一部であ
   って、前記固定電位絶縁電極によって挟み込まれたチャ
   ネル領域を有し、 前記チャネル領域には前記固定電位絶縁電極の周囲に形
   成された前記空乏領域によって多数キャリアの移動を阻
   止するポテンシャル障壁が形成されていて、 前記固定電位絶縁電極を取り囲む前記第三の絶縁膜の界
   面に少数キャリアを導入して反転層を形成し、 前記固定電位絶縁電極から前記コレクタ領域への電界を
   遮蔽して前記チャネル領域に形成されたポテンシャル障
   壁を減少もしくは消滅させてチャネルを開くべく、前記
   主面並びに前記第三の絶縁膜並びに前記コレクタ領域に
   接して、前記エミッタ領域には接しない、反対導電型の
   前記ベース領域を有した構成であることを特徴とする請
   求項１、２、３、４、５又は６記載の半導体装置の電極
   構造。