DE1614261A1 - Planartransistor und Schaltung mit einem solchen Transistor - Google Patents

Description

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Patent anwcttt ·

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_Afef#. EBBT* 1607 FHK. f

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"Flaiiärtrar.sistor und Schaltung mit einem solche« Transistor"»

Bie Krfindung bezieht sich auf einen Transistor, mit einem HalbleiterlciSrper mit einer ersten Zone» der Kollefctorzone, eines ersten Leitungßtyps, einer zweiten Zone, der Basiszone ^ entgegengesetzten Leitungstyfcs und einer dritten Zone, der

Emitterzone, des ersten Leitungetype, wobei die dritte Zone von der «weiten und diese von der ersten umgeben ist, jeweils Mt Ausnahme eines Teile, der von'einer Begrenzungsfläche des ■ Körpers bestimmt wird, wobei ewisohen den Zonen überginge vorhanden sind, die naoh geschlossenen figuren von dieser Fliehe geschnitten werden und wobei eich auf dieser Fläche eine dünne Isolierschicht befindet, die die Schnittstellen der erwähnten Übergang« mit der Oberfllohe bedeckt und die eine leitende

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Schicht trägt, die über ein Fenster in der Isolierschicht alt der Emitterzone kontaktiert ist und sich seitlich des Fensters Ober die Isolierschicht "erstreckt und dort eine über der Kollektorzone liegende Kontaktstelle zum Anschluss eines Zuführungeleiters bildet. Ein derartiger Transistor ist eine bestimmte Ausführtmgsform eines Planartransistors.

Bei einer in d0T U.S. Patentschrift Hr. 3.025.589 beschriebenen Ausführungsform sind ZufOhrungsdrähte in Fenstern der Isolierschicht befestigt, die über den Stellen» an denen die Emitter- und die Basiszone von der erwähnten Begrenzungsflache begrenzt werden, liegen. Da diese Fenster, insbesondere das Fenster für die Emitterzone, bei praktischen AusfUhrungsformen dieser Transistoren sehr klein sind, wurde in der U.S. Patentschrift Rr. 2.981.877 vorgeschlagen, auf die Isolierschicht leitende Schichten- aufzutragen, die Ober Fenster mit der Emitterzone und dar Basiszone kontaktiert werden und sich seitlich der Fenster über die Kollektorzone, aber mittels der Isolierschicht dagegen isoliert, erstrecken, wodurch eine viel grSssere Oberfläche sum Anschluss von Zuführungsie item zur Verfügung steht.

Ss hat sich herausgestellt, dass bei derartigen Transistoren die Spannung zwischen der Kollektorsone einerseits und dar Emitter- oder der Basiszone andererseits unter einer relativ niedrigen Grenze gehalten werden touaa, einer Qrer.ae, die viel niedriger sein kann als dia Durohbruchspannung das Ueberganges zwischen dar Kollektor-? und dar Baaissone. Beim Uebersohreiten dieser Grenze tritt ein Durohbruoh der Isolier-

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Bohiobt auf«

Die Erfindung bezweckt unter andern eine Bauart eines Planartransistors au schaffen, bei der die maximale Spannung ■wischen der Kollektoraone einerseits und der Basis- oder Emitterzone andereraeita nioht oder kaum von Eigenschaften der Isolierschicht, sondern vom Uebergang swisohen der Kollektor- und Basiseone begrenzt wird, während es dennoch mßglioh ist, der erwähnten leitenden Sahiaht eine genügende Ausdehnung zur Befestigung der ZufQhrungsleiter bu geben*

Bei Transistoren der beschriebenen Art, bei denen auf di® Isoliersohioht eine leitende Schicht aufgebracht ist, die Cber ein Fenster in der Isolierschicht mit der Emitterzone kontaktiert ist und sich Ober die Kollektorsone erstreokt, tritt eine Kapazität swisohen der leitenden Sohioh.t und der Kollektorsone auf«.Biese Kapazität verursacht eine Rückkopplung *_tB* bei Verwendung des Transistors als Verstärkerelernent in einen Baeiesohaltung sur Versttrkung elektrischer Signale· Diese Rückkopplung kann bsi hohen Preo.uens.eii besonders störend werden·

Ih einer Basisschaltung ist die Basis des Transistors für den Eingangskreis und den Ausgangskreis gemeinsam und die zu verstärkenden Signale werden dem Emitter zugeführt und die verstärkten Signale werden den Kollektor entnommen.

Die Erfindung bezweckt weiter die erwShnte Rückkopplung verursachende.Kapazität zu eliminieren«

KaOh der Erfindung eretreokt sich die Basiszone so weit neben der Emitterzone, dass sich die mit der Emitterzone

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verbundene Kontaktstelle ganz über der Basiszone befindet. Diese Kontaktstelle ist dann, ausser durch die Isöliersohicht, duroh die Basiszone und. den Uebergang zwischen der Basis- und der Kollektorzone von diesen Kollektorzone getrennt.

Bei Anwendung des Tranaistore nach der Erfindung in einer Basisschaltung tritt die erwähnte Rfiokkopplung verursachende Kapazität nicht auf, da die Basiszone eine Abschirmechioht sirischen der mit der Emitterzone verbundenen Metallschicht und der Kollektorzone bildet. Dies beeinträchtigt eine Vergr8sserung der Basis- Kollektorkapazität und der Basis- Emitterkapazität. Diese vergrößerten Kapazitäten sind in Schaltungen der erwähnten Art meistens bedeutend weniger stSrend als die Rückkopplung verursachende Kapazität.

Venn der erfindungsgemässe Transistor ein Hochs patlnungstransistor ist, liegt im Betrieb nicht die ganze Emitter-Kollektor-Bpannung an der Isolierschicht, sondern nur die sehr viel kleinere Emitter-Basisspannungf wodurch Durehbruchgefabr der Isolierschicht unter der mit der Emitterzone verbundenen Metallschicht vermieden wird.

Eine wichtige bevorzugte AusfOhrungsform eines Transis-

tors nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine weites«« leitend« Sefaieht-vorhanden let, die fiber ein Fenster in der Isolierschicht mit der Basiszone kontaktiert ist» und die eins gens Sber der Basiszone befindliche Kontaktstelle sum AnsohlusB eines weiteren ZuftShrungslelters bildet.

Sie mit der Basiszone verbundene leitende Schicht

erstreckt aieli aleo ganz fiber der Basiszone, voduroh bei einem

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grossen Spannungsynterschied zwischen der Basis- und Kollektorzone kein Durohbruch der Isolierschicht auftreten wird.

Wie sich weiter herausstellen wird, erfüllt diese Isolierschicht, ineofern sie zwischen der Basiszone und der mit dieser Zone verbundenen leitenden Schicht liegt, keine isolierende Aufgabe mehr. Nach einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich deswegen die mit der Basiszone verbundene leitende Schicht völlig in einem Fenster der Isolierschicht.

Me Erfindung bezieht sich weiter auf eine Schaltung zur Verstärkung elektrischer Signale mit einem Transistor nach der Erfindung, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Basis für den Eingangs- und den Ausgangskreis gemeinsam ist, wobei die zu verstärkenden Signale dem Emitter zugeführt, und die verstärkten Signale dem Kollektor entnommen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen»

Fig. 1 und 3 Schnitte, durch bekannte Transistoren,

Fig. 2 und 4 eine Draufsicht dieser Transistoren, Fig· 5 einen Schnitt durch einen erfindungsgemlseen Transistor, ·

Fig. 6 eine Draufsicht dieses Transistors,

Fig. 7 bi· 16 die unterschiedlichen Herstellungsstufen eines derartigen Transietors,

Fig» 17 eine Draufsicht eines erfindungegemSssen Transietore,

Fig. 18 einen Schnitt lurch einen erfindungsgemäesen

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Transistor,

Fig. 19 und 20 Schaltungen» auf die sich die Erfindung bezieht. . ·*

Sämtliche Figuren sind schematieche und stark vergröasert· Darstellungen,

Der Transistor nach Fig. 1 zeigt eine Kollektorzone 1, die z.B. aus n-leitandem Silizium besteht, eine p-leitende Basiszone 2 und eine η-leitende Emitterzone 3. Die letzten zwei Zonen eind jeweils von der vorhergehenden umgeben, ausgenommen an den S,tellen, an denen sie von der Flache 4 begrenzt werden. Diese Flüche ist mit einer dünnen Isolierschicht 5 bedeckt, die u.a. die Stellen bedeckt, an denen die Uebergänge 6 und 7 zwischen den Zonen, die Oberfläche 4 βohneiden, d.h. gemäae kreisförmigen Linien, die in Fig. 2 gestrichelt dargestellt und mit den Ziffern 8 und 9 bezeichnet sind. Veber der Emitterzone ist in der Isolierschicht 5 ein Fenster 10 angebracht, in dem eine Kontaktschicht 11 mit einem Zuführungeleiter 12 den«Eaitteranschlusa bildet. Auf entsprechende Weise sind ein Basisanschluaa 13 und ein Kollektoransohluss 14 gebildet. Es dürfte einleuchten, dass bei einem derartigen Transistor, insbesondere zur Bildung des Eaitter- und des Basisanschluases, sehr wenig Baum zur Verfügung steht·

Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Transistor gibt es dafür viel mehr Raum. Dieser Transistor besteht aus einer Kollektorzone 21, einer Basiszone 22 und einer Emitterzone 23. Ueber beiden letzten Zonen sind, in der Isolierschicht 25» wieder Fenster 30 angebracht, die mit den dazugehörenden Zonen kontakt!·— ten Leiter haben, nun jedoch in Form von Metal !schichten 3t und 32,

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die sich neben den Fenstern und bis fiber die Kollektorüone 21 erstrecken, wo sie mit den ZufÖhrungsleitern 33 und 34 verbunden sind· Ee dürfte einleuohten, dass in diesem Fall die volle, «wischen den Kollektor einerseits und der Basis andererseits auftretende . Spannung an der Isoliersohioht 25 su stehen kommt. Dasselbe gilt für die meistens nahezu gleich grosee Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter« Venn diese Spannungen gross sind, z.B. grosser ale 300 Volt, ist die Möglichkeit eines etwaigen Durohbruohs in der erwähnten Sohioht 25 auch gross«

Venn der Traneistor als .Verstärker«lernent in Basis-Bohaltung zur Verstärkung elektrischer Signale verwendet wird, dann verursacht die Kapazität zwischen uer Metallschicht 32 und der Kollektorsone 21 eine Rückkopplung« Fig. 19 zeigt ein derartiges Schaltbild. Der Emitter, die Basis und der Kollektor des Transistors sind mit E, B bzw. C und .die eine Rückkopplung verursachende Kapaaitä-t ist mit C* beseiohnet. Zu verstärkende Signale werden den Klemmen P und Q lugeführt und verstärkte Signale den Klemmen R und S entnommen«

Es sei bemerkt, dass bei diesem Transistor, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, das über der Basiszone liegende Fenster das Ober der Smittersone liegende Fenster teilweise umgibt. Die TebergSnge swisohen den Zonen sind in Fig. 4 wied©s> gestrichelt dargestellt said mit den Ziffern 3,8 rad "2$ Ba&sisteat» Der Kollektoranschlusa ist hier als ein© leitende B@Mßht 36 auf der •Unterseite des Transistors ausgebildet*

Sine erste Ausffihrungsform eines srfiadimgsgeiaSaeen Transistors ist in den Figuren 3 und 6 dargestellt* Dieser

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Transistor enthalt wiederum eine Kollektoraone 41» eine Eaeiasone 42 und eine Emitterzone 43. Die Zonen werden auf der Oberseite durch die Fläche. 44, auf der sich eine Isolierschicht 45 befindet, begrenzt· Die Uebergänge 46 und 47 swiaohen den Zonen sohneiden diese Fläohe gemäße gesohloasenen Kurven 48 und 49» ^dle *ⁿ **·#· gestrichelt dargestellt sind* Ueber der Emitterzone 43 ist in der Isolierschicht 45 ein Fenster 5° angebracht, wo eine leitende Schicht 51 mit dieser Zone kontaktiert ißt. Diese Schicht erstreckt sich neben dem Fenster Ober die Isolierschicht und ist dort mit einem Zuftlhrungo leiter 52 verbunden. Auf entsprechende Weise ist Ober der Basiszone 42 ein Fenster 53 alt einer leitenden Schicht 54 und eines ZufUhrungsleiter 55 angebracht. Bei diesen Transistor erstreckt sioh die Basiszone 42 so weit auf beiden Seiten neben der Emitterzone 43, dass die leitenden Sohiohten 51 und 54 völlig Cber der Basiazone liegen, also innerhalb der von de? Linie 48 (Fig. 6) bestimmten Begrenzung.

In diesem Fall wird die, Durohbruchapannung awiaohen den leitenden Schichten 51 und. 54 einerseits und der Kollektorzone andererseits nioht nur durch die Eigenaohaften dar Iaolieraohioht 45$ sondern auch und zwar hauptsächlich durch den Uebergang 46 awiaohen der Kollektor*· tmd Baaissone bestimmt·

lsi Verwendung des Transistors in einer Sohaltung nach Fig. 19 isitt die eine .BSokkopplung verva'saohende Kapazität C₁ nicht a«f. Aaateile der Kapazität G^ tritt u»·. die Kapaiität C« auf (sieh© Figo 20), Dies 1st die Kapazität tviitohm der Metallschicht 51 und &®t Bfwiasone 42* Veiter tritt «ine sualtsllohe, durch Veä'gr^äSörung der Basiszone verursachte Basis-Kollektor-

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-kapazität C, auf. Es' lässt sich aleo eagen, dass die Kapazität C. durch die Kapazitäten CL und C,, die in vielen Fällen bedeutend weniger störend sind als die Kapazität CL, ersetzt sind.

Der Anschluss an die Kollektorzone ist mittels eines Fensters 56 in der Isolierschicht 45» einer leitenden Sohicht 57, die im Fenster mit der Kollektorzone kontaktiort ist, und eines Stromzuführungßleiters 58'^erhalten.

Als Beispiel' einer Herstellungsweise eines derartigen Transistors diene folgendes: Eine η-leitende Siliziumsoheibe 61 mit einem spezifischen Widerstand von 100 Ohmcra, einem Durchmesser von 25 mm und einer Dicke von 25O /um(Fig.7) wird durch 2stCndige Erhitzung bei 1200 G in feuchtem Sauerstoff mit einer Isolierschicht 62 aus Siliziumdioxid versehen.(Fig. 8). Aus der Scheibe werden, auf übliche Weise, eine Vielzahl von Transistoren zugleich und auf gleiche Weise hergestellt} im folgenden wird die Herstellung eines dieser Transistoren beschrieben.

Die Oberseite der Scheibe wird mit e>ner lichtempfindlichen, maskierenden Schicht 63 bedeckt, die nach einem bestimmten Muster, das die Umrisse der zu bildenden Basiszone darstellt beliohtet, entwickelt und teilweise gelöst wird, so dass Oeffnungen 64 in der Schicht 63 entstehen (Fig. 9)* Danach wird die Scheibe in ein Aetzbad gebraoht, das auβ einer Lötfung von 40g Amrooniumfluorid (NH.F) in 60 ml Wasser, dem konzentrierter Fluorwasserstoff (HF) zugesetzt ist, beeteht. In diesem Bad wird das Siliziumdioxid, -sofern es nicht mit der maskierenden Schicht 6j bedeckt ist, ge13bt (Fig. 10). Danach werden die. verbleibenden Teile der Maske 63 entfernt,

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Die Basisaone wird nun in drei Schritten hergestellt· ZunSohat wird bei 900° C 30 Bin. lang in trocknen Sauerstoff ein« Sohicht Boroxid (B'0.) aufgedampft·. Danach erfolgt eine erste Diffusion in ftuohtea Sauerstoff während zwei Stunden bei 1200° C mit nachfolgendes Haohdlffusion in trocknen] Stickstoff wShrend 24 Stunden bei 1280° C. Es hat sich nun eine p-leitende Basiesone 65 gebildet und das Fenster in der Schicht 62 ist wieder durch eine glasartige» Bor enthaltende Oxidschicht 66 geschlossen (Fig· 11)·

Auf entsprechende Weise wie oben beschrieben wird wieder mit Hilfe einer lichtempfindlichen- maskierenden Sohicht, Belichtung, Entwicklung und Lösung ein Fenster von der 0rosse der au bildenden Emitterzone in der Isolierschicht 66 geätzt (Fig. 12). Die Scheibe 61 wird danach 2 Stunden bei IO7O⁰ C in Fhosphordaapf βrhitat, wodurch die aus η-leitendem Silizium bestehende Emitter«one 67 gebildet wird.

. Abermals werden, auf die obenstehend bereits beschriebene Weise, mittels einer lichtempfindlichen maskierenden Schicht Fenster in der Isolierschicht 66 angebracht, wonach auf die ganse Oberseite der Scheibe eine Aluminiumsohioht 68 aufgedampft wird (Fig· 14). Zum Sohluss werden, wiederum .mit Hilfe einer Photomasks, die un-

gewünschten Teile der Aluminiumsohicht 68 weggenommen, so dass leitende Schichten 69 und 70 übrigbleiben, die ait der Basiszone 65 und der Emitterzone.67 kontaktiert sind· Auf diesen leitenden Schichten lassen sich durch das sogenannte Thermokompreesionsverfahren die S tromzuführunge leiter 71 und 72 befestigen (Fig· 15). Die maximale zwischen den leitenden Schichten 69 und 70 einerseits und der Kollektoraone andererseits erlaubt· Spannung

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wird wieder hauptsächlich durch die Eigenschaften der üebergangeechioht 75 svieohen der Basis- und Emittertone bestirnt, und kann ein Vielfacbee der maxinal an eine Oxideohioht anzulegenden Spannung sein.

Ea aei bemerkt, daae in vorliegenden Fall das Fenster Ober der Basiszone bedenkenlos viel grosser genaoht werden kenn, bo das β die mit der Basiszone kontaktierte leitende Sohlest aua-BOhlloaeiich in diese» Fenster und nioht auf der Isolierschicht 66 BU liegen kommt. In Fig« 16 iet dieqe leitende Schicht alt 1$ beseiohnet. * ,"

Der Kollektorzoneaansohluss l&sst eich auf Qbliohe Weiae entweder neben d©ra Hoitter- und dem Basisanechlues in einem Fenster_f oder auf der ITnteraeite der Scheibe 61 anbringen·

Eine nehr auf die Praxis geriohtete AuBffJhrungsform eines erfir.dungsgomSssen Transistore enthält, wie Fig· 17 neigt, ein Emitterfeneter 81, das £wischen swei Basiefenstern 82 liegt* Die leitenden Schiohten 83 und 84 aind in diesen Fenstern Bit der Enittersone 85 und der Basiszone 86 kontaktiert· Sie Linien, naoh welchen die Uebergtnge swischen den unterschiedlichen Zonen die Halbleiteroberfläche »obneiden^ sind in Fig. 18 Sit den Ziffern und 88 beseicbnet.

GelbetveTstlnaliöa iet die Anwendung ILag> Sff isdamg nicht an die obsnbsBaksleSKaiVSag wss als laispiel gebunden» Sie iSesat sisfe «Ä iMsfeosonaar^ ts>& isit©sÄigä.tal©a gleichartigen

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Claims (1)

I6U261 -12- 607 PATaTTANSPHUECIlEt '

1. Transistor, der*aus einem Halbleiterkörper mit einer ernten Zone, der Kollektorzone, eines ersten Leitungstype, einer zweiten Zone, der Basiszone, entgegengesetzten Leitungstyps und einer dritten Zone, der Emitterzone, des ersten Leitungstyps enthält, wobßi die dritte Zone von der zweiten und diese von der erbten umgeben ist,, jeweils nit Ausnahme eines Teils, der von einer Begrenzungsfläche dee Körpers bDetimnt wird, wobei zwischen den Zonen UebergSnge vorhanden sind, die naoh geschlossenen Figuren

von dieser Fläche geschnitten werden und wobei sich auf dieser Fläche eine dünne Isolierschicht befindet, die die Schnittstellen der erwähnten Uebergänge mit der Oberfläche bedeckt und die eine leitende Schicht trägt, die über ein Fenster in der Isolierschicht r.iit der Emitterzone kontaktiert ist und sich seitlich den Fensters über die Isolierschicht erstreckt und dort eine Eber der Kollektorzone liegende Kontaktstelle zi;m Ancchlvss eines ZufChrunga leite rs bildet, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Basiszone so weit neben der Emitterzone erstreckt, dass sich die mit der Emitterzone verbundene !Cob taktstelle ganz über der Basiszone befindet. 2« Ts&nsietcr ^ach Anspnete 1, dadurch gekennzeichnet, das«

ein© "-reii^ye loitends Schicht vorhanden ist₃ die Über ein Fenster in ί^:ίί? ¥PioIie^j3feIst2.0 ait &bt Basiszone 3c«itaJcti«rt ίν-ti imH ein» eü.;^ -^j-? ijoz 3mi.Bzoz'5 Mt±i,il%cM K^rAzktsmile zutn A

sieli diä ^i^ <io? Basisaene verbvndeflti l«i^@nda Schicht gon« in ei

· BADOR,G,NAL

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~4· ' Schaltung zur Verstärkung θ lektrieche'r Signale rait einem Transietor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet_f dass die Basis für den Eingangs- und den Ausgangskreis gemeinsam ist, die zu verstärkenden Signale dem Emitter zugeführt und die verstürkten Signale dem Kollektor entnommen werden.

0098 227 0 58