DE1514254B2 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Halbleiterbauelement

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DE1514254B2 DE19651514254 DE1514254A DE1514254B2 DE 1514254 B2 DE1514254 B2 DE 1514254B2 DE 19651514254 DE19651514254 DE 19651514254 DE 1514254 A DE1514254 A DE 1514254A DE 1514254 B2 DE1514254 B2 DE 1514254B2
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shielding layer
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semiconductor body
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DE1514254A1 (de
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Günther Carl Maximilian» Eduard lersel Alfons Matthijs Reimer van Rongen Jacobus Johannes Moors Petrus Martinus Albertus Wilhelmus Nymegen Wolfrum (Niederlande)
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

1 2
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
einem Halbleiterkörper mit mehreren Zonen, bei Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art
dem aneinander angrenzende Zonen verschiedene zu schaffen, bei dem die erwähnte unerwünschte
elektrische Eigenschaften haben, wenigstens eine der Kapazitätsvergrößerung im Betrieb beseitigt werden
Zonen mit einer für Kontaktzwecke bestimmten 5 kann.
Metallschicht elektrisch verbunden ist, die auf einer Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gezwischen dieser Metallschicht und dem Halbleiter- löst, daß die Abschirmschicht einen von der Isolierkörper befindlichen Isolierschicht liegt, und bei dem schicht freigelegten Teil hat, mit dem ein Anschlußder von der Metallschicht bedeckte Teil der Isolier- leiter verbunden ist.
schicht wenigstens teilweise auf einer leitenden Ab- io Es ist einleuchtend, daß, wenn im Betrieb ein ge-
schirmschicht liegt, die aus einer Oberflächenzone eignetes Potential an einer Abschirmschicht angelegt
des Halbleiterkörpers besteht und einen pn-übergang wird, die Kapazität zwischen der für Kontaktzwecke
mit dem darunterliegenden Teil des Halbleiter- bestimmten Metallschicht und dem Halbleiterkörper
körpers bildet. herabgesetzt werden kann. Ist die für Kontaktzwecke
Halbleiterbauelemente der obenerwähnten Art 15 bestimmte Metallschicht z. B. mit der Basiszone eines sind z. B. planare Dioden und Transistoren. Ein Transistors verbunden und erstreckt sich diese Meplanarer Transistor kann z. B. einen Halbleiterkörper tallschicht bis oberhalb der Kollektorzone, so tritt enthalten, der mit einer Isolierschicht, wie einer eine eine Rückkopplung herbeiführende Basis-Siliziumoxydschicht, -bedeckt ist, wobei unter der Kollektor-Kapazität auf, wenn der Transistor als Oxydschicht stellenwise eine Oberflächenzone, die 20 Verstärkerelement mit seiner Emitterelektrode an Basiszone, vorhanden ist und wobei der die Basis- einem Punkt konstanten Potentials, z. B. mit gezone umgebende Teil des Halbleiterkörpers als erdeter Emitterelektrode, verwendet wird. Diese eine Kollektorzone dient und stellenweise in der Basis- Rückkopplung herbeiführende. Basis-Kollektor-Kapazone eine Emitterzone angebracht ist. zität wird vermieden, wenn die Abschirmschicht
Elektrische Anschlüsse mit der Emitter- und Basis- 25 gleichfalls an einen Punkt konstanten Potentials,
zone und gegebenenfalls auch mit der Kollektorzone ζ. B. an Erde, gelegt wird. Die Basis-Kollektor-Kapa-
können über in der Oxydschicht angebrachte öffnun- zität wird dann gleichsam durch eine Kapazität zwi-
gen hergestellt werden. sehen z. B. Basiselektrode und Erde und eine Kapa-
Für Hochfrequenztransistoren ist es besonders zität zwischen Kollektorelektrode und Erde ersetzt,
wichtig, daß die Kapazität zwischen den verschiede- 30 welche gewöhnlich nicht störend sind. Wird diese
nen Zonen minimal ist. Die Größe der Oberfläche Abschirmschicht in Form der Oberflächenzone an
der Basis- und Emitterzone wird daher sehr klein Erde gelegt, so ist der pn-übergang selbsttätig in der
gewählt, und dies bedeutet, daß die Öffnungen in der Umkehrrichtung vorgespannt, wobei sich an der
Oxydschicht zum Herstellen elektrischer Anschlüsse Stelle des pn-Überganges . bekanntlich eine hoch-
nur sehr klein sein können. Diese Öffnungen sind oft 35 ohmige Sperrschicht bildet.
zu klein, um z. B. einen Anschlußdraht unmittelbar Sind wenigstens zwei Zonen des Halbleiterkörpers an der betreffenden Zone zu befestigen. Auf ^der mit getrennten für Kontaktzwecke bestimmten Me-Oxydschicht wird daher eine Metallschicht mit einer tallschichten elektrisch verbunden, so kann in vielen größeren Oberfläche als eine öffnung in der Oxyd- Fällen für diese Metallschichten vorteilhaft eine geschieht angebracht, wobei ein vorspringender Teil 40 meinsame Abschirmschicht vorhanden sein,
dieser Metallschicht in eine öffnung in der Oxyd- Die Erfindung ist insbesondere von Wichtigkeit für schicht reicht und mit der betreffenden Zone, z. B. Halbleiterbauelemente mit einer Transistorstruktur, durch Legieren, elektrisch verbunden ist. Ein An- wie sich aus dem Vorhergehenden bereits ergeben Schlußleiter kann dann an dieser Metallschicht be- hat. Eine wichtige Ausführungsform eines Halbleiterfestigt werden. 45 bauelementes nach der Erfindung weist daher das
Wegen der kleinen Abmessungen der Basis- und Kennzeichen auf, daß das Halbleiterbauelement eine Emitterzone liegt eine für Kontaktzwecke bestimmte planare Transistorstruktur mit einer Emitter-, Basis-Metallschicht, welche mit einer dieser Zonen elek- und Kollektorzone aufweist, daß die Emitter- und trisch verbunden ist, gewöhnlich größtenteils ober- Basiszone eine kleinere Fläche haben als die Kolhalb des die Basiszone umgebenden, zur Kollektor- 50 lektorzone, daß der Halbleiterkörper mit einer zone gehörigen Teiles des Halbleiterkörpers. Isolierschicht bedeckt ist, auf der für Kontakt-
Hierdurch tritt eine in vielen Schaltungen uner- zwecke bestimmte Metallschichten angebracht sind,
wünschte Vergrößerung der Basis-Kollektor- und/ die sich bis über die Kollektorzone erstrecken und
oder Emitter-Kollektor-Kapazität auf. Aus der fran- über öffnungen in der Isolierschicht mit der Basis-
zösischen Patentschrift 1 318 391 ist es bekannt, diese 55 und Emitterzone verbunden sind, daß zwischen
Kapazitätsvergrößerung zu erniedrigen mittels einer wenigstens einer dieser Metallschichten und dem
unter der mit den Basis- und Emitterzonen verbun- darunterliegenden, zur Kollektorzone gehörigen Teil
denen Metallschichten liegenden schwebenden, d. h. des Halbleiterkörpers die Abschirmschicht vorhanden
nicht kontaktierten Zone, die einen pn-übergang mit ist und daß eine weitere öffnung in der Isolierschicht
der Kollektorzone bildet. Auch bei anderen Halb- 60 vorgesehen ist, über die ein Anschlußleiter mit der
leiterbauelementcn als Transistoren, z. B. bei plana- Abschirmschicht verbunden ist.
ren Dioden, kann zwischen einer für Kontaktzwecke Die Erfindung betrifft auch eine Schaltung zum
bestimmten Metallschicht und dem Halbleiterkörper Betrieb eines Halbleiterbauelements nach der Erfin-
eine solche unerwünschte Kapazität auftreten. dung zum Verstärken elektrischer Signale, die da-
Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis 65 durch gekennzeichnet ist, daß an die Abschirmzugrunde, daß in einfacher Weise die Kapazitätsver- schicht ein Potential angelegt ist, das die Kapazität größerung nicht nur verringert, sondern ganz be- zwischen der für Kontaktzwecke bestimmten Metallseitigt werden kann. schicht und dem Halbleiterkörper herabsetzt. Vor-
zugsweise ist die Abschirmschicht mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden.
Wie sich aus dem Vorhergehenden bereits ergibt, ist die Erfindung von besonderer Bedeutung für planare Transistoren in üblichen Emitter- und Basisschaltungen.
Eine wichtige Ausführungsform der Schaltung nach der Erfindung ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, daß der Basiszone der Transistorstruktur elektrische Signale zugeführt werden, daß die Emitterzone mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist und daß die zwischen der elektrisch mit der Basiszone verbundenen, für Kontaktzwecke bestimmten Metallschicht und der Kollektorzone vorhandene Abschirmschicht gleichfalls mit einem Punkt konstanten, die Kapazität herabsetzenden Potentials verbunden ist, und eine weitere wichtige Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterzone der Transistorstruktur elektrische Signale zugeführt werden, daß die Basiszone mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist und daß die zwischen der elektrisch mit der Emitterj zone verbundenen, für Kontaktzwecke bestimmten Metallschicht und der Kollektorzone vorhandene Abschirmschicht gleichfalls mit einem Punkt konstanten, die Kapazität herabsetzenden Potentials verbunden ist.
Vorzugsweise ist die Abschirmschicht mit demselben Punkt konstanten Potentials verbunden als die mit einem Punkt konstanten Potentials verbundene Zone.
Es ist einleuchtend, daß die Erfindung auch vorteilhaft bei Halbleiterbauelementen mit einem Halbleiterkörper anwendbar ist, in dem mehrere Halbleiterschaltelemente, wie Transistoren oder Dioden, angebracht sind und bei denen eine für Kontaktzwecke bestimmte und auf einer Isolierschicht liegende Metallschicht eine elektrische Verbindung zwischen zwei Schaltelementen bilden kann.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Drauf- £j sieht auf einen Transistor nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Transistor entlang der Linie V-V in F i g. 1 und
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Transistor entlang der Linie VI-VI in Fig. 1.
An Hand der F i g. 1, 2 und 3 wird ein Ausführungsbeispiel besprochen, bei dem die Abschirmschicht aus einer Oberflächenzone des Halbleiterkörpers besteht, während die Sperrschicht von dem pn-übergang gebildet wird, den die Oberflächenschicht mit dem darunterliegenden Teil des Halbleiterkörpers bildet.
Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1, 2 und 3 betrifft einen Transistor mit einem Halbleiterkörper 30 aus Silizium mit Abmessungen von etwa 500 · 400 · 250 μΐη und mit der n-Typ-Kollektorzone 31, der p-Typ-Basiszone 32 und der n-Typ-Emitterzone 33. Der Halbleiterkörper 30 ist mit einer Siliziumoxydschicht 35 bedeckt, in der Öffnungen 36 und 39 mit Abmessungen von etwa 10 · 50 μΐη vorhanden sind, über welche die für Kontaktzwecke bestimmten Metallschichten 44 und 45 mit der Basiszone 32 bzw. der Emitterzone 33 verbunden sind. Der Durchmesser der praktisch kreisförmigen Teile der Metallschichten 44 und 45 beträgt etwa 75 μηι.
Unterhalb dieser Teile und auch unterhalb der Oxydschicht 35 sind die p-Typ-Oberflächenzonen 37 νοΓτ handen, welche als Abschirmschicht dienen und die pn-Übergänge 48 mit dem darunterliegenden Teil des Halbleiterkörpers 30, d. h. der Kollektorzone 31j bilden. In der Oxydschicht 35 sind Öffnungen 40 mit einem Durchmesser von etwa 75 μΐη vorhanden, um Anschlußleiter mit den frei liegenden Teilen 41 der Abschirmschichten 37 verbinden zu können. Mit den für Kontaktzwecke bestimmten Metallschichten 44 und 45 sind ein Basisanschlußleiter 46 bzw. ein Emitteranschlußleiter 47 verbunden, die deutlichkeitshalber nur in F i g. 2 gezeigt sind.
Der Transistor kann auf einer Trägerplatte 50 befestigt sein, die gleichzeitig als Kollektoranschluß dient.
Für den Transistor können übliche Materialien, verwendet werden, und der Transistor kann in. üblicher Weise hergestellt werden. .. : v.
Die Abschirmschichten 37 können durch Diffusion gleichzeitig mit der Basiszone 33 während einer gemeinsamen Diffusionsbehandlung erzielt werden. Dazu werden neben einer zum Erzielen der Basiszone 32 erforderlichen Öffnung 34 von etwa 65 · 65 μπι gleichzeitig zum Erzielen der diffundierten Abschirmschichten 37 öffnungen 38 von etwa 175 · 85 μΐη in der Oxydschicht 35 angebracht, welche nach der Diffusionsbehandlung wieder gedichtet werden, z. B. durch Oxydation mit leuchtem Sauerstoff. Es ist naturgemäß auch möglich, die Abschirmschichten 37 durch eine getrennte Diffusionsbehandlung anzubringen, was z.B. beim Anbringen einer verhältnismäßig hochohmigen Basiszone nützlich sein kann. Vorzugsweise werden in diesem Falle zunächst die Abschirmschichten 37 und anschließend die Basiszone 32 angebracht, da die Wärmebehandlung wegen des Aufbringens der Abschirmschichten dann keinen Einfluß auf die Basiszone 32 hat.
Im vorliegenden Beispiel sind für die Metallschichten 44 und 45 also getrennte Abschirmschichten 37 vorhanden. Deutlichkeitshalber sind Zuführungsleiter, welche über die Öffnungen 40 in der Oxydschicht 35 mit den frei liegenden Teilen 41 der Abschirmschichten 37 verbunden werden müssen, nicht dargestellt. Solche Leiter können auf eine in der Halbleitertechnik übliche Weise angebracht werden.
Wird z. B. der beschriebene Transistor als Verstärkerelement in einer Emitterschaltung mit der Emitterelektrode an einem Punkt konstanten Potentials, z. B. an Erde, angewendet, so werden Eingangssignale dem von dem Basis- und Emitteranschluß 46 bzw. 47 gebildeten elektrischen Eingang zugeführt, und die Ausgangssignale werden dem von dem Kollektor- und Emitteranschluß 50 bzw. 47 gebildeten elektrischen Ausgang abgenommen. Werden dabei die Abschirmschichten 37 über Anschlußleiter, die mit den frei liegenden Teilen der Abschirmschichten verbunden sind, an einen Punkt konstanten Potentials, z. B. an Erde gelegt, so wird die eine Rückkopplung herbeiführende Basis-Kollektor-Kapazität stark herabgesetzt und die Verstärkung verbessert. Die pn-Übergänge 48 sind dabei in Sperrrichtung vorgespannt, so daß sie als Sperrschichten wirksam sind. Wird der Transistor in einer Basisschaltung verwendet, so wird in ähnlicher Weise die eine Rückkopplung herbeiführende Emitter-Kollektor-Kapazität herabgesetzt und die Verstärkung verbessert.
Ist der Transistor nur dazu bestimmt, in Schaltungen mit dem Emitter an einem Punkt konstanten Potentials verwendet zu werden, so ist nur die Abschirmschicht 37 unter der Metallschicht 44, die mit der Basiszone 32 verbunden ist, von Bedeutung, und s die Abschirmschicht 37 unter der Metallschicht 45 ist gegebenenfalls entbehrlich. Ist der Transistor nur dazu bestimmt, in Schaltungen mit der Basis an einem Punkt konstanten Potentials verwendet zu werden, so kann die Abschirmschicht 37 unter der Metallschicht χ0 fortfallen.
Der Halbleiterkörper kann statt aus Silizium z. B. aus Germanium oder einer AIUBV-Verbindung bestehen, und die Metallschichten können aus anderen Metallen als Aluminium bestehen. Weiterhin ist die Erfindung bei anderen Halbleiterbauelementen als Transistoren, z. B. bei Dioden oder integrierten Halbleiterschaltungen, anwendbar, bei denen für Kontaktzwecke bestimmte, auf einer Isolierschicht liegende Metallschichten verwendet werden.

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper mit mehreren Zonen, bei dem aneinander angrenzende Zonen verschiedene elektrische Eigenschaften haben, wenigstens eine der Zonen mit einer für Kontaktzwecke bestimmten Metallschicht elektrisch verbunden ist, die auf einer zwischen dieser Metallschicht und dem Halbleiterkörper befindlichen Isolierschicht liegt, und bei dem der von der Metallschicht bedeckte Teil der Isolierschicht wenigstens teilweise auf einer leitenden Abschirmschicht liegt, die aus einer Oberflächenzone des Halbleiterkörpers besteht und einen pn-übergang mit dem darunterliegenden Teil des Halbleiterkörpers bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmschicht (37) einen von der Isolierschicht (35) freigelegten Teil (41) hat, mit dem ein Anschlußleiter verbunden ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Zonen des Halbleiterkörpers mit getrennten, für Kontaktzwecke bestimmten Metallschichten elektrisch verbunden sind und für diese Metallschichten eine gemeinsame Abschirmschicht vorhanden ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement eine planare Transistorstruktur mit einer Emitter- (33), Basis- (32) und Kollektorzone (31) aufweist, daß die Emitter- (33) und Basiszone (32) eine kleinere Fläche haben als die Kollektorzone (31), daß der Halbleiterkörper (30) mit einer Isolierschicht (35) bedeckt ist, auf der für Kontaktzwecke bestimmte Metallschichten (44, 45) angebracht sind, die sich bis über die Kollektorzone (31) erstrecken und über Öffnungen in der Isolierschicht (35) mit der Basis- (32) und Emitterzone (33) verbunden sind, daß zwischen wenigstens einer dieser Metallschichten (44, 45) und dem darunterliegenden, zur Kollektorzone (31) gehörigen Teil des Halbleiterkörpers (30) die Abschirmschicht (37) vorhanden ist und daß eine weitere Öffnung (40) in der Isolierschicht (35) vorgesehen ist, über die ein Anschlußleiter mit der Abschirmschicht (37) verbunden ist.
4. Schaltung zum Betrieb eines Halbleiterbauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Verstärken elektrischer Signale, dadurch gekennzeichnet, daß an die Abschirmschicht (37) ein Potential angelegt ist, das die Kapazität zwischen der für Kontaktzwecke bestimmten Metallschicht (44, 45) und dem Halbleiterkörper (30) herabsetzt.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmschicht (37) mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist.
6. Schaltung zum Betrieb eines Halbleiterbauelements nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiszone (32) der Transistorstruktur elektrische Signale zugeführt werden, daß die Emitterzone (33) mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist und daß die zwischen der elektrisch mit der Basiszone (32) verbundenen, für Kontaktzwecke bestimmten Metallschicht (44) und der Kollektorzone (31) vorhandene Abschirmschicht (37) gleichfalls mit einem Punkt konstanten, die Kapazität herabsetzenden Potentials verbunden ist.
7. Schaltung zum Betrieb eines Halbleiterbauelements nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterzone (33) der Transistorstruktur elektrische Signale zugeführt werden, daß die Basiszone (32) mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist und daß die zwischen der elektrisch mit der Emitterzone (33) verbundenen, für Kontaktzwecke bestimmten Metallschicht (45) und der Kollektorzone (31) vorhandene Abschirmschicht (37) gleichfalls mit einem Punkt konstanten, die Kapazität herabsetzenden Potentials verbunden ist.
8. Schaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmschicht mit demselben Punkt konstanten Potentials verbunden ist als die mit einem Punkt konstanten Potentials verbundene Zone.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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