JPS5839060A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS5839060A
JPS5839060A JP56138176A JP13817681A JPS5839060A JP S5839060 A JPS5839060 A JP S5839060A JP 56138176 A JP56138176 A JP 56138176A JP 13817681 A JP13817681 A JP 13817681A JP S5839060 A JPS5839060 A JP S5839060A
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JP
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transistor
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resistor
diode
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JP56138176A
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Masami Iwasaki
岩崎 政美
Hiroshi Sakurai
桜井 坦
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/082Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including bipolar components only
    • H01L27/0823Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including bipolar components only including vertical bipolar transistors only
    • H01L27/0825Combination of vertical direct transistors of the same conductivity type having different characteristics,(e.g. Darlington transistors)

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 仁の発明は半導体装置に係り、特にエン、り短絡構造の
電力用素子に関する。
第1図は一般的なダーリントントランジスタの等価回路
を示すもので、前段のNPN )ランジスタ1及び後段
のNPN )ランジスタ互のエミッタ・ベース間にはそ
れぞれ抵抗3,4が接続されている。これらの抵抗3,
4はトランジスタ!。
Lの高温時でのコレクタ・エン、声量の漏れ電流ノ増加
、スイッチング速度の増加及びトランジスタ1,2の発
振等を防止するためのものである。第2図はこのダーリ
ントントランジスタ0半導体チッ!5を外囲器(セラミ
、クヶース)6内に封止した状態を示す断面図である。
また、第3図は上記ダーリントントランジスタの具体的
な素子構造を基゛す断面図である。同図において、11
はIHl、12はこのN1層11上に形成された?QL
 J gはこのN112上に形成されたベースとなるP
層である。このP層ISには段差が設けられている。前
段のトランジスタlのエン、夕となるN”# J 4は
2層13内に形成され、この1層14と1層13はAI
(アルミニウム)電極配線層16によって短絡されてい
る。1−紘ペース電極である。一方、後段のトランジス
タJにおいては、エン、りとなる5個ON”’117 
$1  e I FIB # 16m  $784e1
8i#′iそれぞれ2層13上に突出形成されている。
このうちN”MI 1 a a とN118−との間に
はペースのP+層13が突出して設けられ、これら1層
11j4.111.とP113がA!電極配線層19に
より短絡されているe N”AI 18 t〜18s上
にはそれぞれニオ、り電極201〜20sが形成され、
またw+H11Il、 〜J ss及びN”@ J J
 、それぞれの隣接する2層13上にはペース電極21
1〜214が形成されている。
上記エミッタ電極201〜20−及びAj電極配線層1
9には緩衝板22を介してエンツタ電極体2jが共通に
圧接接続されている。24は絶縁M(’810.)であ
る。一方、N”M 11の裏面にはAj層25及び緩衝
板26を介してコレクタ電極体27が接続固定されてい
る。なお、上記緩衝板22.26は共にMo (モリブ
デン)又はW(タングステン)で形成され、またエミッ
タ電極体23及びコレクタ電極体21は共にCu (銅
)で形成されている。
このダーリントントランジスタにおいては、前記トラン
ジスタ1,2のエン、り・ペース間の抵抗3.4はそれ
ぞれペースとなる2層13の横方向のシート抵抗を利用
している。そのため、トランジスタ1側においては、工
ζ、夕のN+#1g、と内I J mとの間にペースと
なる2層13が突出して設けられ、これらが表面におい
てムjt41i配線層1#により短絡される、新開エン
、夕短絡構造となっている。同様にトランジスタL側に
しいても、2層130段差部において、ペースの1層1
sと工jツタのN”f@ 14がAI電極配線層15に
よりて短絡されるエミッタ短絡構造となっている。
ところで、このダーリントントランジスタにおいて、後
段のトランジスタLでは、ペース・エン、声量の抵抗4
の他に、コレクタ・エミッタ間には、ベース領域(2層
13)をアノード、コレクタ領域(N]J J及びN+
#11)をカソードとする奇生ダイオードdが、第1図
に破線で示すようにカソードをコレクタ側に向けて等価
的に接続された状態となっている。
従来、上記のような構造のダーリントントランジスタを
使用する場合には、上記抵抗4の抵抗値のみに注目して
ダイオードとしての存在は無視するか、あるいはとのダ
イオードdを積極的に利用するかの2つの方法があり、
特に積極的にダイオードdを利用する方法としては、こ
のダイオードdの面積を広くした高速フ′リーホか“ イリングダイオードとして用いるもの場ある。
第4図は上記第1図に示すダーリントントランジスタを
4個用いた直流モータを駆動するためのモータドライブ
回路を示している0図において、Q1〜Q4はそれぞれ
ダーリントントランジスタで、d1〜d4はこれら各ダ
ーリントントランジスタQl−Q4の後段トランジスタ
のコレクタ・エン、り間に等価的に接続された寄生ダイ
オード、D1〜D4はこれら各寄生ダイオードd1〜d
4にそれぞれ並列的に接続される外部の高速フリーホイ
リングダイオード、Mは直流モータ、Lは励磁巻線、E
は電源である。この直流モータMの回転は、ダーリント
ントランジスタQ1〜Q4の各スイッチング期間及び各
位相を調整することにより制御されている0例えば、正
転状態ではダーリントントランジスタQl、Q4が共に
オンして電流11がトランジスタ1→励磁i1ML→%
−/M→トランジスタQ4のように図中集線矢印で示す
方向に流れ、これによって励磁巻線りにエネルギが蓄え
られ、その後トランジスタQ*、Qaのいずれか一方が
オフすると励磁巻線りに蓄えられたエネルギにより電流
I、、、1.が励磁巻線L→モータM→トランジスタQ
3→電源E→トランジスタQmのように図中点線矢印方
向にそれぞれ流れる。ζこで、まずトランジスタ9重 
Q4が共にオンしていて直流モータMが正方向に゛回転
しているとする0次にトランジスタQsがオフ、トラン
ジスタQ4がオフになると、今迄流れてい大電流は寄生
ダイオードa=及び高速フリーホイリングダイオードD
3→寄生ダイオードd雪及び高速フリーホイリングダイ
オードD、を流れる0次に再びトランジスタQ1がオン
すると、その直後トランジスタQ1に流れ始めた電流は
励磁巻線りに向かわずダイオードd、、D、の逆回復電
流として流れる。このため、これらダイオードdlpD
1が回復するまでの間、トランジスタQ1には直流電源
Eの電圧の殆んどが加わり大きな値の電流が発生するの
で、これらダイオードdleDlの回復時間が長いとト
ランジスタQsがその安全動作領域からはずれて動作し
、その結果トランジスタQ1は破壊するに到る。
ところで、上記外部の高速7リーホイリングダイオード
DI−D、としては一般に高速ダイオードが用いられて
おり、ダイオードの回復時間は極めて短かい、しかしな
がら、各トランジスタ91〜Q4内の寄生ダイオードd
1〜d4はトランジスタのコレクタ飽和電圧VcI(s
at)の改良及び(し、ト面積当りの電流増幅率を高く
とるためにライフタイムが長くなるように設計されてお
り、外部の高速フリーホイリングダイオードD1〜D4
に比較して同一面積、同一逆電流値の条件下では回復時
間が長い、このために上記ダイオードdlsDlに逆回
復電流が流れると、ダイオードDIが先に回復して、こ
の後ダイオードd1のみに逆回復電流が流れることにな
る。どの逆回復電流がトランジスタのオン時のペース電
流と同様な動作で、電流増幅された過大な逆回復電流と
なり、コレクタ電流Icとして工Zツタ領域1a4.1
g、に流れ込み、これによってエンツタの電流集中が発
生し、上記トランジスタQ1が破壊してしまうという欠
点がある。
この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的
は、寄生ダイオードに流れる逆回復電流の集中による工
t、タ短絡部の破壊を防止できるようにし大信頼性の高
い半導体装置を提供することにある。
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明゛する
。第5図紘〆−リントントランジスタの平面図、第6図
は第5図OA −A’線に沿った断面図、第7図は上記
ダーリントントランジスタされた!’nl、4jはこの
N142上に形成されたペースとなるP層である。この
1層43には段差が設けられている。第7図のトランジ
スタ61の工Z、夕となる内44は2層43内に形成さ
れ、N+Nl−44と1層43とは段差部においてAj
電極配線層45により短絡されている。
46はペース電極である。一方、第7図のトランジスタ
62のエン、りとなる4個の耐層481゜48m a4
8s 6484はそれぞれ2層43上に突出形成されて
いる。これら内4g 1〜484のそれぞれの上にはエ
ン、り電極49゜〜494が形成され、またこれら工さ
、夕電極491〜4#4間の1層4J上にはペース電極
50x〜50sがそれぞれ形成されている。そして、N
”J14 II 、〜484の中で最右端のN1484
においては、工ζツタ電極494を接続した領域以外の
領域の一部がAJ配線層51を介してペースとなる1層
43に接続されている。
そして、エン、夕電極4g、〜494には緩衝板52を
介して一個のエン、夕電極体53が共通に圧接接続され
ている。一方、N”II 41の裏面にはAn層54及
び緩衝板55を介してコレクタ電極体56が接続固定さ
れている。5rは絶縁膜(S!O,)である、上記緩衝
板52.55は共にMo、又11wで形成され、また、
エン、り電極体53及びコレクタ電極体56は共にCu
で形成されている。なお、第5図において、10はAノ
配線層51及びペース電極50罵〜SOSを含む配線を
示す。
このダーリントントランジスタにおいては、トランジス
タ61のエン、り・ペース間の抵抗63は、従来と同様
に第6図の1層43のシート抵抗を利用している。一方
、トランジスタリのペース・工電、タ関の抵抗64は、
ペース・工ずツタ関短絡用のムノ配線層61に緩衝板s
2を介してニオ、り電極体6Sが圧接接続されていない
ため、N+7148 aのシート抵抗が利用されている
。すなわち、トランジスタ62のコレクタ・エミ、り間
には、前述したような2層43とN142及びN”71
4 Jとの間の寄生ダイオードdと共に抵抗65(すな
わち抵抗64)が直列に接続された状態になっている。
従って、コレクタ・ニオ、り関が逆方向にバイアスされ
寄生ダイオードdが順方向にバイアスされた状態となっ
ても抵抗65によシ逆回復電流が制限されるため、エミ
ッタ短絡部の破壊を防止できるものである。
同、上記実施例においては、NPN ) 5ンジスタ6
1.62からなるダーリントントランジスタについて説
明し九が、これに限定するものではな(、PNPダーリ
ントントランジスタまたはシングルのNPN )ランジ
スタあるいはPNP )ランジスタであってもよく、さ
ら−にサイリスタにも適用することも可能である。また
、工i、り電極491〜494とエミッタ電極体53と
の接続は、圧接接続に限らず半田付けでもよいことは勿
論である。
以上のようにこの発明によれば、複数のエミ。
夕電極に共通接続されるエミ、り電極体をエミッタ・ベ
ースの短絡部に接続させることなく、工t、タ屡のシー
ト抵抗を利用する構成としたので、寄生ダイオードによ
り発生する多大な逆回復電流を制限することができ、エ
ミ、り・ベースの短絡部における破壊を防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はダーリントントランジスタを示す回路図、第2
図は上記トランジスタの半導体チップを外囲器に封止し
た状態を示す断面図、第3図は従来のダーリントントラ
ンジスタの素子構造を示す断面図、第4図はダーリント
ントランジスタを用いた毫−タドライブ回路の構成図、
第5図はこの発明の一実施例に係るダーリントントラン
ジスタの素子構造を示す平面図、第6図は第5図のムー
A′線に沿った断面図、第7図は上記ダーリントントラ
ンジスタの等価回路図である。 42・・・N一層、4J・・・P層、481〜484・
・・N4M <エミッタ)、4jt〜494・・・エミ
、り電極、’、1..<1・−AI配線層、SS−・・
工<、夕電極体、61.仁!・・・NPN )ランジス
タ、63゜54(SS)・・・抵抗、d・・・寄生ダイ
オード。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第3図 、13s  *56・Ll・178 特許庁長官   島 1)春 樹 殿 2、発明の名称 半導体装置 3、補正をする者 事件−との関係  特許出願人 (307)東京芝浦電気株式会社 4、代理人 5、自発補正 特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。 平面を有する第一導電型層の平面上に複数のメサ型第二
導電型層を形成してなる半導体本体と、前記第二導電型
層それぞれの上に形成された金属電極層と、前記複数の
第二導電型層のうち少なくとも1個の導電型層において
、@記金属電極層が接続された領域以外の領域の一部と
前記第一導電型層とを接続する金属配線層と。 前記複数の金属電極層に対して共通に接続された金属電
極体とを具備したことを特徴とする半導体装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 平面を有する第一導電型層の平面上に複数の第二導電型
    層を形成してなる半導体本体と、前記第二導電型層それ
    ぞれの上に形成された金属電極層と、前記複数の第二導
    電型層のうち少なくとも1個の導電型層において、前記
    金属電極層が接続された領域以外の領域の一部と前記第
    一導電型層とを接続する金属配線層と、前記複数の金属
    電極層に対して共通に接続された金属電極体とを具備し
    たことを特徴とする半導体装置・
JP56138176A 1981-09-02 1981-09-02 半導体装置 Granted JPS5839060A (ja)

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JP56138176A JPS5839060A (ja) 1981-09-02 1981-09-02 半導体装置

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JPH0224022B2 JPH0224022B2 (ja) 1990-05-28

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