DE1564461B2 - Hochspannungstransistor und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungstransistor, der einen Halbleiterkörper enthält, mit einer Breite des verbotenen Bandes, die wenigstens gleich der des Silizum ist, und mit einer Emitter-, einer Basis- und einer Kollektorzone, wobei die Kollektorzone eine an den Basis-Kollektorübergang grenzende hochohmige Kollektorschicht enthält.
Derartige Transistoren sind z. B. aus der US-PS 31 65 811 bekannt. Diese bekannten Hochspannungstransistoren haben höchstens eine Basis-Kollektor-Durchbruchspannung von ungefähr 700 V. Obschon theoretisch eine sehr viel höhere Basis-Kollektor-Durchbruchspannung möglich sein muß und seit langem eine Basis-Kollektor-Durchbruchspanmmg, die viel höher ist.als 700V, angestrebt wird, ist es noch nicht gelungen, brauchbare Hochspannungstransistoren zu schaffen mit einer Basis-Kollektor-Durchbruchspannung, die höher ist als ungefähr 700 V.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungstransistor mit einer Zonenausbildung zu schaffen, bei dem Basis-Kollektor-Durchbruch-

Spannungen bis zu mehr als 2000 V möglich sind, während der Verstärkungsfaktor groß genug ist, um den Transistor z. B. in der Ausgangsstufe eines Verstärkers eines Rundfunk- oder Fernsehgeräts zu verwenden. Außerdem soll sich ein solcher Hochspannungstransistor für die Anwendung in einer Schaltuiigoaiiorunung zum ürzeugen eines sägezahnförmigen Stromes durch die Zeilenablenkspulen einer Wiedergaberöhre von der in der DT-PS 14 62 847 beschriebenen Art eignen. Der Ausbildung eines Hochspannungstransistors nach der Erfindung liegen, unter anderem nachstehende Betrachtungen und Einsichten zugrunde.

Durch das Vorhandensein einer hochohmigen KoI-lektorschicht erstreckt sich im Betriebszustand, in dem der Basis-Kollektorübergang in der Sperrichtung vorgespannt ist, über den Basis-Kollektorübergang ein Raumladungsgebiet, das meist weiter in die KoI-lektorzone reicht als in die Basiszone. Dabei steht die Basis-Kollektorspannung großenteils über dem Raumladungsgebiet in der hochohmigen Kollektorschicht, während nur ein kleiner Teil dieser Spannung über dem Raumladungsgebiet in der Basiszone steht. Dies ermöglicht die Anwendung einer dünnen Basiszone.

Man hat sich jedoch in der Praxis oft nicht, oder immerhin ungenügend, realisiert, daß sich zwar vom Basis-Kollektorübergang her in der Kollektorzone ein Raumladungsgebiet mit einer viel größeren Ausdehnung als in der Basiszone bildet, wobei die Basis-Kollektorspannung großenteils über dem Raumladungsgebiet in der Kollektorzone steht, daß aber trotzdem die gesamte Raumladung in beiden Raumladungsgebieten gleich sein muß. Es kommt noch hinzu, daß bei einer in einem Transistor zunehmenden Basis-Kollektorspannung eine zunehmende gesamte Raumladung in den Raumladungsgebieten auftritt. ■

Beim Entwerfen eines Hochspannungstransistors muß man also die Tatsache berücksichtigen, daß die Basiszone genügend den Leitungstyp bestimmende Störstellenstoffe enthalten muß, um in einen kurzen Abschnitt vom Basis-Kollektorübergang her das Aufbauen einer großen Raumladung zu ermöglichen.

In den Raumladungsgebieten tritt die größte Feldstärke an der Basis-Kollektorübergangsfläche auf. Wird diese Feldstärke zu groß, dann tritt der Durchbruch auf. Bei einem Halbleiterkörper aus Silizium z. B. kann die Feldstärke bis ungefähr 20ν/μΐη ansteigen, bevor der Durchbruch auftritt. Derartige hohe Feldstärken treten bei bekannten Hochspannungstransistoren jedoch gewöhnlich nicht auf. Es tritt bei viel niedrigeren Feldstärken schon ein Durchbruch durch vielerlei Ursachen auf, wie das Erreichen der Emitterzone oder des Basiskontaktes durch das Raumladungsgebiet von dem Basis-Kollektor-Übergang. Dies hängt oft zusammen mit der Tatsache, daß man in der Praxis nicht beachtet hat, daß in der Basiszone eine ebenso große Raumladung entsteht wie in der Kollektorzone.

In bezug auf die Ausbildung des Hochspannungstransistors nach der Erfindung ausgeführte Berechnungen haben gezeigt, daß die maximale Feldstärke an der Basis-Kollektorübergangsfläche nur dann erreicht werden kann, wenn die Basiszone in deren Dickenrichtung betrachtet ungefähr 2 X 10¹² und mehr den Leitungstyp bestimmende Störstellenatome/cm² enthält. Weiter hat sich herausgestellt, daß es, um Effekte wie den Early-Effekt zu vermeiden, die z. B. auf die Kennlinie, die man erhält, wenn die Emitter-Kollektorspannung gegen den Kollektorstrom aufgetragen wird, einen ungünstigen Einfluß haben, erwünscht ist, daß die Basiszone in deren Dickenrichtung betrachtet mehr als 2 X 10¹² den Leitungstyp bestimmende Störstellenatome/cm² enthält.
Der Erfindung liegt weiter die Einsicht zugrunde, daß die Anwendung einer möglichst dünnen Basiszone, die im allgemeinen angestrebt wird, bei einem Hochspannungstransistor besonders ungünstig ist. Statt einer Basiszone mit einer Dicke von einigen μΐη ist für einen Hochspannungstransistor eine viel dickere Basiszone erwünscht. Es kann nämlich leicht passieren, daß während des Betriebes der über den Basis-Kollektorübergang fließende Strom örtlich eine Verdichtung zeigt, die durch den großen Spannungsunterschied über diesem PN-Übergang mit einer ziemlich großen örtlichen Temperaturerhöhung verbunden sein kann. Es muß vermieden werden, daß dadurch der Basis-Emitterübergang örtlich auf eine höhere Temperatur gelangt, da dies Effekte herbeiführt, die eine bedeutende Erniedrigung der maxi_mai anwendbaren Emitter-Kollektorspannung verursachen können, wodurch die Anwendungsmöglichkeiten des Transistors beschränkt werden. Es hat sich herausgestellt, daß diese Effekte durch Anwendung einer dicken Basiszone mit einer Dicke von wenigstens 15 μπι vermieden werden können.

Bei Anwendung einer Basiszone, die dicker ist als ungefähr 60 μπι, ist es praktisch unmöglich, noch einen brauchbaren Transistor zu erhalten.
Weiter ist eine sehr dicke hochohmige Kollektorschicht notwendig, um einen sehr hohen Spannungsunterschied über dem während des Betriebes in der hochohmigen Kollektorschicht auftretenden Raumladungsgebiet und damit Basis-Kollektorspannungen von ungefähr 800 V bis mehr als 2000V zu ermögliehen.

Die oben angegebene, der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Ausbildung eines Hochspannungstransistors der eingangs angegebenen Art gelöst, die nach der Erfindung darin besteht, daß

⁴S die hochohmige Kollektorschicht höchstens 2,5XlO¹⁴ den Leitungstyp bestimmende Störstoffe/cm³ enthält und eine Dicke von wenigstens 80 μπι und höchstens 300 μπι hat, während die Basiszone in ihrer Dickenrichtung betrachtet mehr als 2X10¹² den Leitungstyp bestimmende Störatome/cm² enthält, wobei we- nigstens der zwischen der Emitterzone und der KoI-lektorzone liegende Teil der Basiszone eine Dicke von wenigstens 15 μπι und höchstens 60 μΐη hat.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Hochspannungstransistor ist vorzugsweise ein Diffusionstransistor, d. h. ein Transistor mit einer durch Diffusion eines Störstoffes erhaltenen Basiszone. Bei Diffusionstransistoren besteht der Halbleiterkörper des Transistors nämlich großenteils aus der Kollektorzone, was im Hinblick auf die notwendige sehr dicke hochohmige Kollektorschicht günstig ist. Weiter hat es sich herausgestellt, daß die dicke Basiszone mit der erwünschten Dotierung am besten durch ein Diffusionsverfahren erhalten werden kann, wobei auf über- raschend einfache Weise eine ausreichend große Lebensdauer für Minoritätsladungsträger in der Basiszone erhalten werden kann, wie nachstehend noch näher beschrieben wird. Im Hinblick auf die große

Dicke der Basiszone ist nämlich eine große Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in der Basiszone notwendig, um dem Transistor einen brauchbaren Verstärkungsfaktor zu geben.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochspannungstransistors ist da-, durch gekennzeichnet, daß sich der ganze Emitter-Basisübergang praktisch parallel zum Kollektor-Basisübergang erstreckt, wobei diese PN-Übergänge praktisch eben sind. Dabei hat vorzugsweise die Emitterzone eine kleinere Ausdehnung als die Basiszone, wobei sich die Emitterzone ganz über die Basiszone erhebt. Diese letzte Anordnung ermöglicht auf einfache Weise die Herstellung eines Transistors, dessen ganzer Emitter-Basisübergang praktisch parallel zum Kollektor-Basisübergang liegt. Man kann die Emitterzone z. B. dadurch einfach anbringen, daß zunächst durch Diffusion eines Störstellenstoffes eine Oberflächenschicht angebracht wird, wonach durch örtliches Entfernen, z. B. durch Ätzen dieser Oberflächenschicht örtlich eine sich über die Basiszone erhebende Emitterzone mit der erwünschten Form des Emitter-Basisüberganges erhalten wird. Dabei läßt sich die Emitterzone nur dadurch örtlich gut entfernen, daß zugleich die Basiszone über einen Teil ihrer Dicke entfernt wird. Dadurch ist der unter der Emitterzone liegende Teil der Basiszone dicker als der übrige Teil der Basiszone. Dies hat u. a. den Vorteil, daß in diesem Rest der Basiszone der Raum, wo eine Ladungsträgeranreicherung, welche die Grenzfrequenz erniedrigt, stattfinden kann, beschränkt ist.

Bei den üblichen bekannten Transistoren besteht die Emitterzone gewöhnlich aus einer örtlich, z. B. durch örtliches Eindiffundieren oder Einlegieren, in die Basiszone eingebauten Zone. Dabei ist der Emitter-Basisübergang ungefähr napfförmig, wobei die Randteile dieses PN-Überganges am weitesten vom Kollektor-Basisübergang entfernt sind. Es hat sich herausgestellt, daß oft hauptsächlich über diese am weitesten vom Kollektor-Basisübergang liegenden Randteile während des Betriebes Ladungsträger von der Emitterzone her in die Basiszone injiziert werden. Dies wäre insbesondere bei einem erfindungsgemäßen Hochspannungstransistor mit einer ohnehin dicken Basiszone ungünstig und könnte z. B. einen nachteiligen Einfluß auf den Verstärkungsfaktor ausüben. Deshalb wird bei der genannten Ausführungsform ein napfförmiger Emitter-Basisübergang vermieden.

Zur Erhaltung eines niedrigen Basiswiderstandes und um es praktisch unmöglich zu machen, daß während des Betriebes das sich in der Basiszone erstreckende Raumladungsgebiet des Basis-Kollektorübergangs die Basiskontaktelektrode erreicht, enthält die Basiszone vorzugsweise an der nicht durch die Emitterzone bedeckten Oberfläche dieser Basiszone eine durch Diffusion eines Störstellenstoffes erhaltene Oberflächenschicht mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand als der Rest der Basiszone und ist an dieser Oberflächenschicht die Basiskontaktelektrode angebracht.

Wie schon im obenstehenden erläutert ist, kann mit Vorteil eine durch Diffusion eines Störstellenstoffes erhaltene Emitterzone angewandt werden.

Wie bereits gesagt, muß die Basiszone eine Dicke von mindestens 15 um und höchstens 60 μηι haben. Die günstigsten Resultate werden jedoch erzielt mit einer Basiszone, deren zwischen der Emitterzone und der Kollektorzone liegender Teil eine Dicke zwischen 20 und 55 μπι hat.

Um Effekte, wie den Early-Effekt, praktisch zu vermeiden, enthält die Basiszone in ihrer Dickenrichtung betrachtet vorzugsweise mindestens 10¹³ den Leitungstyp bestimmende Störstellenatome/cm².

Die hochohmige Kollektorschicht hat vorzugsweise eine Dicke von mindestens 100 μπι und höchstens 250 μηι, während die Konzentration der den Leitungstyp bestimmenden Störstellenstoffe in der hochohmigen Kollektorschicht vorzugsweise höchstens 1,6 X10¹⁴ Störstellenatome/cm³ beträgt. Dabei ist für den Hochspannungstransistor ein günstiges Verhältnis zwischen der Basis-Kollektor-Durchbruchspannung und dem Kollektorreihenwiderstand möglich.

Eine Weiterbildung der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungstransistors nach der Erfindung.
Bei der Herstellung eines Hochspannungstransistors

so nach der Erfindung muß besondere Sorgfalt verwendet werden auf das Erhalten einer großen Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in der Basiszone, um zu erreichen, daß genügend von der Emitterzone in die Basiszone injizierte Minoritätsladungsträger über die dicke Basiszone den Basis-Kollektorübergang erreichen können.

Es hat sich herausgestellt, daß bei Anwendung der üblichen Diffusionsverfahren zu der Herstellung eines Hochspannungstransistors nach der Erfindung keine ausreichend große Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in der Basiszone auftritt. Nun fand man, daß einfach durch sehr langsames Abkühlen des Halbleiterkörpers, wenigstens nach dem letzten während der Herstellung vorzunehmenden Diffusionsprozeß, die erwünschte große Lebensdauer der Minoritätsladungsträger erhalten werden kann.

Deshalb ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungstransistors nach der Erfindung, bei dem von einem Ausgangshalbleiterkörper ausgegangen wird, in dem wenigstens eines der Gebiete, die aus der Basiszone, der Oberflächenschicht der Basiszone und der Emitterzone bestehen, durch eine Diffusionsbehandlung bei einer Diffusionstemperatur über 1000° C angebracht wird, wonach der HaIbleiterkörper abgekühlt wird, nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch ausgebildet, daß wenigstens nach der letzten Diffusionsbehandlung der Halbleiterkörper wenigstens bis auf eine Temperatur zwischen 600 und 1000° C langsam und hö'chstens 20° C pro Minute abgekühlt wird.

Besonders günstige Resultate werden erzielt, wenn der Halbleiterkörper langsam um höchstens 3° C pro Minute abgekühlt wird, während vorzugsweise langsam wenigstens bis auf eine Temperatur von 850° C abgekühlt wird.

Obschon das langsame Abkühlen nach der letzten Diffusionsbehandlung am wichtigsten ist, werden dennoch die besten Resultate erzielt, wenn während der Herstellung des Hochspannungstransistors nach jeder Diffusionsbehandlung die langsame Abkühlung des Halbleiterkörpers stattfindet.

Es empfiehlt sich dabei, wenigstens bei der letzten Diffusionsbehandlung den Halbleiterkörper von einer Temperatur zwischen 600 und 1000° C langsam bis auf die Diffusionstemperatur anzuheizen, und zwar mit angenähert derselben Geschwindigkeit, mit der der Halbleiterkörper nach der Diffusionsbehandlung langsam abgekühlt wird.

Die Erfindung und ihre Weiterbildung wird nun an Hand einiger Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Hochspannungstransistors nach der Erfindung,

Fig. 2 bis 4 den Hochspannungstransistor nach F i g. 1 in verschiedenen Abschnitten eines Verfahrens zur Herstellung des Hochspannungstransistors,

F i g. 5 eine schematische Schaltung, in der ein Hochspannungstransistor nach der Erfindung mit Vorteil angewandt werden kann.

Das Ausführungsbeispiel eines Hochspannungstransistors nach F i g. 1 enthält einen Halbleiterkörper 1 mit einer Breite des verbotenen Bandes von wenigstens gleich der des Siliziums und mit einer Emitterzone 2, einer Basiszone 3, 4 und einer Kollektorzone 5, 6, wobei die Kollektorzone 5, 6 eine an den Basis-Kollektorübergang 8 grenzende hochohmige Kollektorschicht 5 enthält.

In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Halbleiterkörper 1 aus Silizium.

Nach der Ausbildung gemäß der Erfindung enthält die hochohmige Kollektorschicht 5 höchstens 2,5 X 10¹⁴ den Leitungstyp bestimmende Störstellenatome/cm³, während die Dicke dieser hochohmigen Kollektorschicht 5 wenigstens 80 μΐη und höchstens 300 μΐη beträgt. Weiter enthält die Basiszone 3, 4 in ihrer Dickenrichtung betrachtet mehr als 2 X 10¹² den Leitungstyp bestimmende Störstellenatome/cm² wobei wenigstens der zwischen der Emitterzone 2 und der Kollektorzone 5, 6 liegende Teil 7 der Basiszone 3, 4 eine Dicke von wenigstens 15 μηι und höchstens 60 μΐη hat.

Dadurch sind Basis-Kollektor-Durchbruchspannungen von ungefähr 800 V bis mehr als 2000 V möglich, und zwar bei einem genügend großen Verstärkungsfaktor, um den Transistor z. B. in der Ausgangstufe der Verstärker von Rundfunk- und Fernsehgeräten anzuwenden.

Sowohl die Basiszone 3, 4 als auch die Emitterzone 2 sind durch Diffusion eines Störstellenstoffes erhaltene Zonen. Dies hat u. a. den Vorteil, daß während der Herstellung beim Erzeugen dieser Zonen leicht dafür gesorgt werden kann, daß eine genügend große Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in der Basiszone auftritt, wie nachstehend noch näher erörtert wird.

Die Emitterzone 2 hat eine kleinere Ausdehnung als die Basiszone 3, 4 und erhebt sich ganz über die Basiszone 3, 4. Diese Anordnung ermöglicht auf einfache Weise die praktisch parallelen und praktisch ebenen Basis-Kollektor- und Basis-Emitterübergänge 8 bzw. 9.

Obschon die Emitterzone z. B. aus einer durch örtliches Eindiffundieren oder aus einer durch Einlegieren erhaltenen Zone bestehen kann, die in die Basiszone eingebettet ist und bei der sich die Randteile des Basis-Emitterüberganges in einer Richtung vom Basis-Kollektorübergang herumbiegen, haben im Hinblick auf die dicke Basiszone die genannten planparallelen PN-Übergänge 8 und 9 den Vorzug, da dann die Randteile des Basis-Emitterüberganges 9, über welche Randteile während des Betriebes ein großer Teil der zu injektierenden Ladungsträger in die Basiszone 3, 4 injiziert werden, nicht die gerade am weitesten vom Basis-Kollektorübergang 8 liegenden Teile sind.

An der nicht durch die Emitterzone 2 bedeckten Fläche der Basiszone 3, 4 ist eine durch Diffusion eines Störstellenstoffes erhaltene Oberflächenschicht 4 angebracht worden, die einen niedrigeren spezifischen Widerstand als der Rest 3 der Basiszone 3, 4 hat und auf welcher die ringförmige Basiskontaktelektrode 11 angebracht ist. Diese Oberflächenschicht 4 verringert den Basiswiderstand und macht es praktisch unmöglich, daß während des Betriebes das sich in der Basiszone 3, 4 erstreckende Raumladungsgebiet die Basiskontaktelektrode 11 erreichen kann.

Die hochohmige Kollektorschicht 5 hat vorzugsweise eine Dicke von wenigstens 100 μπι und höchstens 250 μηι, während die Konzentration der den Leitungstyp bestimmenden Störstellenstoffe vorzugsweise höchstens 1,6 X 10¹⁴ Störstellenatome/cm³ beträgt. Dabei sind die günstigsten Verhältnisse zwischen Basiskollektor-Durchbruchspannung und Kollektorreihenwiderstand möglich. Im erläuterten Ausführungsbeispiel hat die hochohmige Kollektorschicht 5 eine Dicke von ungefähr 120 μπι und sie enthält ungefähr 1,4 X 10¹⁴ den Leitungstyp bestimmende Störstellenatome/cm³.
Wie gesagt, werden mit einer Basiszonendicke zwisehen 20 und 55 μπι sehr günstige Resultate erzielt.

Die Basiszone 3, 4 hat zwischen der Emitterzone 2 und der Kollektorzone 5, 6 eine Dicke von ungefähr 30μηι.

Weiter enthält die Basiszone 3, 4 in ihrer Dickenrichtung betrachtet mehr als 10¹³ den Leitungstyp bestimmende Störstellenatome/cm², wodurch Effekte wie der Early-Effekt praktisch vermieden werden.

Der Transistor nach Fig. 1 wird wie folgt hergestellt.

Es wird von einem Halbleiterkörper in Form eines scheibenförmigen η-leitenden Siliziumplättchens mit einer Dicke von ungefähr 250 μπι und einem Durchmesser von ungefähr 6,4 mm ausgegangen. Der spezifische Widerstand beträgt ungefähr 35 Ω X cm, d. h.

daß ungefähr 1,4 X 10¹⁴ den Leitungstyp bestimmende Störstellenatome/cm³ vorhanden sind.

Die Gebiete, die aus der Basiszone 3 mit der Oberflächenschicht 4 und der Emitterzone 2 bestehen, werden durch eine Diffusionsbehandlung bei einer Diffusionstemperatur über 1000° C angebracht, wonach der Halbleiterkörper abgekühlt wird.

Nach der letzten Diffusionsbehandlung wird der Halbleiterkörper langsam mit höchstens 20° C pro Minute abgekühlt. Die langsame Abkühlung findet statt, bis wenigstens eine Temperatur zwischen 600 und 1000° C erreicht ist. Danach kann weiter eine schnellere, z. B. eine natürliche Abkühlung erfolgen. Dadurch wird eine genügend große Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in der dicken Basiszone erhalten.

Vorzugsweise wird mit höchstens 3⁰C pro Minute und wenigstens bis auf eine Temperatur von 850° C abgekühlt.
Zuerst wird eine p-leitende Oberflächenschicht 3

(s. F i g. 2) im Ausgangshalbleiterkörper 1 angebracht. Dazu wird der Halbleiterkörper 1 in Aluminiumoxyd eingebettet und auf ungefähr eine Diffusionstemperatur von 1240° C erhitzt, wobei der Halbleiterkörper 1 bis zu einer Temperatur von ungefähr 800° C mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 20° C pro Minute und danach mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 2° C pro Minute auf die Diffusionstemperatur angeheizt wird. Der Halbleiterkörper 1 wird unge-

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fähr 2 Stunden auf der Diffusionstemperatur von ungefähr 1240° C gehalten und danach mit ungefähr 2° C pro Minute, bis eine Temperatur von ungefähr 800° C erreicht ist, und weiter bis auf Zimmertemperatur mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 20" C pro Minute abgekühlt. Der Erhitzungszyklus findet in einer Wasserstofiatmosphäre statt.

Die erhaltene p-leitende Oberflächenschicht 3 ist ungefähr 30 μπι dick und hat eine Oberflächenkonzentration von ungefähr 10¹⁸ aus Aluminium bestehenden Akzeptoren/cm³.

Die p-leitende Oberflächenschicht 3 wird von der Unterseite der Siliziumscheibe Iz. B. durch Polieren und/oder Ätzen entfernt, wonach die η-leitende Oberflächenschicht 20 (s. F i g. 3) angebracht wird.

Dazu wird der Halbleiterkörper 1 zusammen mit einer Menge P₂O₅ in einen Ofen gebracht, wo unter Überleitung trocknen Sauerstoffes der Halbleiterkörper 1 ungefähr 2 Stunden auf einer Diffusionstemperatur von ungefähr 1240° C gehalten wird, während das P₂O₅ auf einer Temperatur von ungefähr 300° C gehalten wird. Das Anheizen und Abkühlen des Halbleiterkörpers 1 erfolgt wie bei der vorangehenden Diffusionsbehandlung beschrieben ist.

Die erhaltene Oberflächenschicht 20 hat eine Dicke von ungefähr 18 μΐη und eine Oberflächenkonzentration von mehr als 10²⁰ aus Phosphor bestehenden Donatoren/cm³.

Danach wird die Unterseite der Siliziumscheibe 1 und ein kreisförmiger Teil mit einem Durchmesser von ungefähr 3,6 mm der oberen Fläche mit einem Maskierungsmittel bedeckt, wonach durch Ätzen die nicht von der Markierung bedeckten Teile der Oberflächenschicht 20 entfernt werden. Es ergibt sich dann die Gestalt der Siliziumscheibe 1 nach F i g. 4 mit den zwei restlichen Teilen 2 und 6 der Oberflächenschicht 20. Das Markieren und Ätzen kann auf eine in der Halbleitertechnik übliche, bekannte Weise erfolgen. Während der Entfernung von Teilen der Oberflächenschicht 20 wird zugleich ein angrenzender Teil der Schicht 3 entfernt. Es wird eine ungefähr 25 μπι dicke Schicht durch Ätzen entfernt.

Danach wird die p-leitende Oberflächenschicht 4 durch Diffusion von Gallium angebracht.

Dazu wird der Halbleiterkörper 1 in mit Gallium dotiertes Siliziumpulver eingebettet und in einer Wasserstoffatmosphäre während ungefähr einer halben Stunde auf einer Diffusionstemperatur von ungefähr 1240° C gehalten, während in der unmittelbaren Umgebung des Halbleiterkörpers 1 noch eine Menge Gallium vorhanden ist. Das Anheizen und Abkühlen erfolgt wie bei den vorstehenden Diffusionsbehandlungen.

Die erhaltene p-leitende Oberflächenschicht 4 hat eine Dicke von ungefähr 10 μπι und eine Oberflächenkonzentration von ungefähr 5 X 10¹⁸ aus Gallium bestehenden Abzeptoren/cm³.

Dann werden die Emitterkontaktelektrode 12, die Basiskontaktelektrode 11 und die Kollektorkontaktelektrode 13 auf eine in der Halbleitertechnik übliche, bekannte Weise angebracht und die ganze Ober- und Unterseite zu einem kreisförmigen Teil mit einem Durchmesser von ungefähr 5,6 mm, der die Kollektorkontaktelektrode 13 mit einem Durchmesser von ungefähr 4,6 mm enthält, mit einem Maskierungsmittel bedeckt. Danach werden durch Ätzen die äußeren durch die gestrichelten Linien 14 begrenzten Teile des Halbleiterkörpers 1 entfernt. Das Maskieren und Ätzen kann auf eine in der Halbleitertechnik übliche Weise erfolgen.

Damit hat man den Hochspannungstransistor nach F i g. 1 erhalten. Auf eine in der Halbleitertechnik übliche, bekannte Weise können die Kontaktelektroden 11, 12 und 13 mit Zuführungsleitungen versehen und kann eine Umhüllung angebracht werden.

Es sei bemerkt, daß während einer Diffusionsbehandlung eine während einer vorhergehenden Diffusionsbehandlung erhaltene Zone durch weitere Diffusion etwas dicker wird. Im erhaltenen Transistor nach F i g. 1 haben die Zonen 2 und 6 eine Dicke von ungefähr 20 μπι, der Teil 7 der Basiszone 3, 4 eine Dicke von ungefähr 30 μπα und die hochohmige Kollektorschicht S eine Dicke von ungefähr 12υ μπι.

Beim beschriebenen Verfahren findet nach jeder Diffusionsbehandlung eine langsame Abkühlung statt. Obschon dies die günstigsten Resultate ergibt, ist zur

ao Erhaltung einer angemessenen Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in der Basiszone eine langsame Abkühlung nur nach der letzten Diffusionsbehandlung wesentlich. Weiter hat die langsame Erwärmung bis zur Diffusionstemperatur einen günstigen Einfluß auf die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in der Basiszone, aber diese langsame Erwärmung ist nicht notwendig.

Der beschriebene Hochspannungstransistor hat eine Basis-Kollektor-Durchbruchspannung (gemessen mit Emitterstrom = 0) von ungefähr 1400 V. Die Emitter - Kollektor - Durchbruchspannung (gemessen mit Basisstrom = 0) beträgt ungefähr 800 V bei einer Temperatur von 25° C und ungefähr 600 V bei einer Betriebstemperatur von ungefähr 125° C.

Der Verstärkungsfaktor beträgt bei einer Temperatur von 25° C mehr als 10 und bei einer Temperatur von 125° C mehr als 15.

Der Kollektorstrom kann bis ungefähr 1 A betragen.

Hochspannungstransistoren der beschriebenen Ausbildung sind u. a. wichtig für die Anwendung als Verstärkerelement in der Ausgangsstufe von Verstärkern in Rundfunk- und Fernsehgeräten.

Wird von einem Ausgangshalbleiterkörper aus SiIizium mit nur einer Konzentration von ungefähr 0,5 X 10¹⁴ den Leitungstyp bestimmenden Störstellenatomen/cm³ ausgegangen und sorgt man dafür, daß die hochohmige Kollektorschicht 5 eine Dicke von ungefähr 200 μΐη erhält, dann ergibt sich ein Hochspannungstransistor, bei dem die Basis-Kollektor-Durchbruchspannung mehr als 2000 V beträgt, während die Emitter-Kollektor-Durchbruchspannung bei einer Temperatur von 125° C größer wird als 800 V.

Es sei bemerkt, daß ein Winkel « (s. F i g. 1) zwischen der Basis-Kollektorübergangsfläche 8 und der Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 kleiner als 90 Bogengrad die Gefahr eines Durchbruchs längs der Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 bei der PN-Übergangsfläche 8 verringert. Vorzugsweise ist der Winkel « kleiner als 45 Bogengrad.

Es sei weiterhin bemerkt, daß ein Hochspannungstransistor nach der Erfindung vorteilhaft ist für die Anwendung in einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines sägezahnförmigen Stroms durch die Zeitenablenkspulen einer Wiedergaberöhre, wobei im Ausgangskreis zwischen der Emitter- und Kollektorelektrode E bzw. C (s. Fi g. 5) des Transi-

stors T₂ die Ablenkspulen L_y liegen, während über eine induktive Kopplung 31 zwischen der Basis- und der Emitterelektrode B bzw. E und zu dem Transistor T₁ dem Transistor T₂ ein impulsförmiges Schaltsignal 30 zugeführt wird, das den Transistor T₂ periodisch sperrt und entsperrt, wobei die Dauer der Impulse des Schaltsignals 30, die den Transistor T₂ sperren, langer als die Rücklaufzeit des sägezahnförmigen Stromes ist, so daß am Anfang der Hinlaufzeit der dann gegenüber dem Ende dieser Hinlaufzeit umgekehrte Strom in den Ablenkspulen L_y durch die entsperrte Basis-Kollektordiode des Transistors T₂ fließen kann, während die Speisespannung V_n des Transistors T₂ viele Male, z. B. mindestens zehnmal größer als der Spitze-Spitze-Wert des

zwischen Basis- und Emitterelektrode B bzw. E angelegten Schaltsignals ist. Eine derartige Schaltungsanordnung ist eingehend in der DT-PS 14 62 847 beschrieben.

Es dürfte einleuchten, daß auch von den beschriebenen Ausführungsformen abweichende Ausführungsformen des Hochspannungstransistors nach der Erfindung möglich sind. So kann z. B. statt eines Halbleiterkörpers aus Silizium ein Halbleiterkörper aus

ίο einer A_inB_v-Verbindung wie Aluminiumphosphid, Galliumarsenid und Indiumphosphid angewandt werden. Weiter kann der Hochspannungstransistor ein pnp- statt eines npn-Transistors sein. Die Basiszone und/oder die Emitterzone können statt durch Diffusion durch Epitaxie erhaltene Zonen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Hochspannungstransistor, der einen Halbleiterkörper enthält mit einer Breite des verbotenen Bandes, die wenigstens der des Siliziums gleich ist, und mit einer Emitter-, einer Basis- und einer Kollektorzone, wobei die Kollektorzone eine an den Basis-Kollektorübergang grenzende hochohmige Kollektorschicht enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die hochohmige Kollektorschicht (5) höchstens 2,5 X 10¹⁴ den Leitungstyp bestimmende Störstellenatome/cm³ enthält, und eine Dicke von wenigstens 80 μΐη und höchstens 300 μΐη hat, während die Basiszone (3, 4) in ihrer Dickenrichtung betrachtet mehr als 2 X 10¹² den Leitungstyp bestimmende Störstellenatome/cm² enthält, wobei wenigstens der zwischen der Emitterzone (2) und der Kollektorzone (S, 6) liegende Teil (7) der Basiszone (3, 4) eine Dicke von wenigstens 15 μΐη und höchstens 60 μΐη hat.

2. Hochspannungstransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone (3, 4) eine durch Diffusion eines Störstellenstoffes erhaltene Zone ist.

3. Hochspannungstransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der ganze Emitter-Basisübergang (9) nahezu parallel zum Kollektor-Basisübergang (8) erstreckt, wobei diese Übergänge nahezu eben sind.

4. Hochspannungstransistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone (2) eine kleinere Ausdehnung hat als die Basiszone (3, 4) und sich ganz über die Basiszone (3, 4) erhebt.

5. Hochspannungstransistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone (3, 4) an ihrer nicht von der Emitterzone (2) bedeckten Fläche eine durch Diffusion eines Störstellenstoffes erhaltene Oberflächenschicht (4) enthält mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand als der Rest (3) der Basiszone, und auf dieser Oberflächenschicht (4) die Basiskontaktelektrode (11) angebracht ist.

6. Hochspannungstransistor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone (2) eine durch Diffusion eines Störstellenstoffes erhaltene Zone ist.

7. Hochspannungstransistor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der zwischen der Emitterzone (2) und der Kollektorzone (5, 6) liegende Teil der Basiszone eine Dicke zwischen 20 und 55 μΐη hat.

8. Hochspannungstransistor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone (3, 4), in ihrer Dickenrichtung betrachtet, mindestens 10¹³ den Leitungstyp bestimmende Störstellenatome/cm² enthält.

9. Hochspannungstransistor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hochohmige Kollektorschicht (5) eine Dicke von wenigstens 100 μπι und höchstens 250 μΐη hat.

10. Hochspannungstransistor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der den Leitungstyp bestimmenden Störstellenstoffe in der hochohmigen Kollektorschicht (5) höchstens 1,6 X 10¹⁴ Störstellenatome/cm³ beträgt.

11. Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungstransistors nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem von einem Ausgangshalbleiterkörper ausgegangen wird, in dem wenigstens eines der Gebiete, die aus der Basiszone (3, 4), der Oberflächenschicht (4) der Basiszone und der Emitterzone (2), bestehen, durch eine Diffusionsbehandlung bei einer Diffusionstemperatur über 1000° C angebracht wird, wonach der Halbleiterkörper abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens nach der letzten Diffusionsbehandlung der Halbleiterkörper wenigstens bis zu einer Temperatur zwischen 600 und 1000⁰C langsam um höchstens 2O⁰C pro Minute abgekühlt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper langsam um höchstens 3° C pro Minute abgekühlt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper langsam wenigstens bis auf eine Temperatur von 850° C abgekühlt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß während der Herstellung des Hochspannungstransistors nach jeder Diffusionsbehandlung die langsame Abkühlung des Halbleiterkörpers stattfindet.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens bei der letzten Diffusionsbehandlung der Halbleiterkörper von einer Temperatur zwischen 600 und 1000⁰C bis auf die Diffusionstemperatur angeheizt wird, und zwar mit angenähert derselben Geschwindigkeit, mit der der Halbleiterkörper nach der Diffusionsbehandlung langsam abgekühlt wird.