DE1614261B2 - Planartransistor und schaltung mit einem solchen transistor - Google Patents

Description

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zwischen der Basis- und der Kollektorzone von der Der Planartransistor nach Fig. 1 zeigt eine KoI-

Kollektorzone getrennt. lektorzone 1, die z. B. aus η-leitendem Silizium be-

Bei Anwendung des Planartransistors nach der Er- steht, eine p-leitende Basiszone 2 und eine n-leitende

findung in der Basisschaltung tritt die die erwähnte Emitterzone 3. Die letzten zwei Zonen sind jeweils

Rückkopplung verursachende Kapazität nicht auf, da 5 von der vorhergehenden umgeben, ausgenommen an

die Basiszone eine Abschirmschicht zwischen der mit den Stellen, an denen sie von der Oberfläche 4 des

der Emitterzone verbundenen leitenden Metallschicht Siliziumkörpers begrenzt werden. Diese Oberfläche

und der Kollektorzone bildet. Dies vergrößert in- ist mit einer dünnen Isolierschicht 5 bedeckt, die unter

dessen die Basis-Kollektorkapazität und die Basis- anderem die Linien bedeckt, an denen die pn-Über-

Emitterkapazität. Diese vergrößerten Kapazitäten io gänge 6 und 7 zwischen den Zonen, die Oberfläche 4

sind in Schaltungen der erwähnten Art meistens be- schneiden, und zwar die kreisförmigen Linien, die in

deutend weniger störend als die Rückkopplung ver- Fig. 2 gestrichelt dargestellt und mit den Ziffern8

ursachende Kapazität. und 9 bezeichnet sind. Über der Emitterzone ist in

Wenn der Planartransistor nach der Erfindung als der Isolierschicht 5 ein Fenster 10 angebracht, in dem

Hochspannungstransistor verwendet wird, liegt im 15 eine Kontaktschicht 11 mit einem Zuführungsleiter 12

Betrieb nicht die ganze Emitter-Kollektorspannung den Emitteranschluß bildet. Auf entsprechende Weise

an der Isolierschicht, sondern nur die sehr viel klei- sind ein Basisanschluß 13 und ein Kollektoranschluß

nere Emitter-Basisspannung, wodurch die Durch- 14 gebildet. Es dürfte einleuchten, daß bei einem der-

bruchgefahr der Isolierschicht unter der mit der Emit- artigen Planartransistor, insbesondere zur Bildung des

terzone verbundenen Metallschicht vermieden wird. 20 Emitter- und Basisanschlusses, sehr wenig Raum zur

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Pia- Verfügung steht.

nartransistors nach der Erfindung ist eine weitere Bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Planarleitende Metallschicht vorhanden, die über ein Fen- transistor gibt es dafür viel mehr Raum. Dieser Plaster in der Isolierschicht die Basiszone kontaktiert nartransistor besteht aus einer Kollektorzone 21, und die eine ganz über der Basiszone befindliche Kon- 25 einer Basiszone 22 und einer Emitterzone 23. Über taktfläche zum Anschluß eines weiteren Zuführungs- beiden letzten Zonen sind in der Isolierschicht 25 leiters bildet. Die mit der Basiszone verbundene wieder Fenster 30 angebracht, durch die hindurch leitende Metallschicht erstreckt sich also nicht über diese Zonen von den leitenden Metallschichten 31 die Basiszone hinaus, wodurch bei einem großen und 32 kontaktiert sind, die sich neben den Fenstern Spannungsunterschied zwischen der Basis- und KoI- 30 und bis über die Kollektorzone 21 erstrecken, wo sie lektorzone kein Durchbruch der Isolierschicht auf- mit den Zuführungsleitern 33 und 34 verbunden sind, treten wird. Es dürfte einleuchten, daß in diesem Fall die volle,

Wie sich weiter herausstellen wird, erfüllt diese zwischen der Kollektorzone einerseits und der Basis-Isolierschicht, insofern sie zwischen der Basiszone zone andererseits auftretende Spannung an der Iso- und der mit dieser Zone verbundenen leitenden 35 lierschicht 25 zu stehen kommt. Dasselbe gilt für die Schicht liegt, keine isolierende Aufgabe mehr. Nach meistens nahezu gleich große Spannung zwischen der einer Ausführungsform eines Planartransistors nach Kollektorzone und der Emitterzone. Wenn diese der Erfindung befindet sich deswegen die mit der Spannungen groß sind, z. B. größer als 300 Volt, ist Basiszone verbundene leitende Metallschicht völlig die Möglichkeit eines etwaigen Durchbruchs in der in einem Fenster der Isolierschicht. 40 Isolierschicht 25 auch groß.

Der Planartransistor nach der Erfindung wird be- Wenn der Planartransistor in der Basisschaltung

sonders vorteilhaft in einer Schaltung zur Verstärkung zur Verstärkung elektrischer Signale verwendet wird,

elektrischer Signale betrieben, bei der die Basiselek- dann verursacht die Kapazität zwischen der Metall-

trode für den Eingangs- und den Ausgangskreis ge- schicht 32 und der Kollektorzone 21 eine Rückkopp-

meinsam ist, wobei die zu verstärkenden Signale der 45 lung. Fig. 19 zeigt ein derartiges Schaltbild. Der

Emitterelektrode zugeführt, und die verstärkten Emitter, die Basis und der Kollektor des Transistors

Signale an der Kollektorelektrode abgenommen wer- sind mit E, B bzw. C und die eine Rückkopplung ver-

den. ursachende Kapazität ist mit C\ bezeichnet. Zu ver-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den stärkende Signale werden den Anschlüssen P und Q

Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher 50 zugeführt und verstärkte Signale an den Anschlüssen

beschrieben. Es zeigen R und S abgenommen.

F i g. 1 und 3 Schnitte durch bekannte Planartran- Es sei bemerkt, daß bei diesem Planartransistor,

sistoren, wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, das über der Basiszone

Fig. 2 und 4 eine Draufsicht dieser Planartran- liegende Fenster das über der Emitterzone liegende

sistoren, 55 Fenster teilweise umgibt. Die pn-Übergänge zwischen

F i g. 5 einen Schnitt durch einen Planartransistor den Zonen sind in F i g. 4 wieder gestrichelt darge-

nach der Erfindung, stellt und mit den Ziffern 28 und 29 bezeichnet. Der

F i g. 6 eine Draufsicht dieses Planartransistors, Kollektoranschluß ist hier als eine leitende Metall-

Fig. 7 bis 16 die unterschiedlichen Herstellungs- schicht36 auf der Unterseite des Transistors ausge-

stufen eines Planartransistors nach der Erfindung, 6° bildet.

Fig. 17 eine Draufsicht eines Planartransistors Eine erste Ausführungsform eines Planartransistors

nach der Erfindung, nach der Erfindung ist in den F i g. 5 und 6 darge-

Fig. 18 einen Schnitt durch einen Planartransistor stellt. Dieser Planartransistor enthält wiederum eine

nach der Erfindung, Kollektorzone 41, eine Basiszone 42 und eine Emit-

F i g. 19 und 20 Schaltungen, in denen ein Planar- 65 terzone 43. Die Zonen werden auf der Oberseite des

transistor nach der Erfindung betrieben wird. Halbleiterkörpers durch die Oberfläche 44, auf der

Sämtliche Figuren sind schematische und stark ver- sich eine Isolierschicht 45 befindet, begrenzt. Die pn-

größerte Darstellungen. Übergänge 46 und 47 zwischen den Zonen schneiden

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diese Oberfläche gemäß den geschlossenen Kurven 48 nach werden die verbleibenden Teile der Maske 63

und 49, die in F i g. 6 gestrichelt dargestellt sind. Über entfernt.

der Emitterzone 43 ist in der Isolierschicht 45 ein Die Basiszone wird nun in drei Schritten herge-

Fenster 50 angebracht, durch das hindurch eine lei- stellt. Zunächst wird bei 900° C 30 min. lang in

tende Metallschicht 51 diese Zone kontaktiert. Diese 5 trocknem Sauerstoff eine Schicht Boroxid (B2O3) auf-

Metallschicht 51 erstreckt sich neben dem Fenster 50 gedampft. Danach erfolgt eine erste Diffusion in

über die Isolierschicht 45 und ist dort mit einem Zu- feuchtem Sauerstoff während zwei Stunden bei

führungsleiter 52 verbunden. Auf entsprechende 1200° C mit nachfolgender Nachdiffusion in trocknem

Weise ist über der Basiszone 42 ein Fenster 53 mit Stickstoff während 24 Stunden bei 128O⁰C. Es hat

einer leitenden Metallschicht 54 und einem Zufüh- 10 sich nun eine p-leitende Basiszone 65 gebildet und

rungsleiter 55 angebracht. Bei diesem Planartransistor das Fenster in der Isolierschicht 62 ist wieder durch

erstreckt sich die Basiszone 42 so weit auf beiden Sei- eine glasartige, Bor enthaltende Oxidschicht 66 ge-

ten neben der Emitterzone43, daß die leitenden Me- schlossen (Fig. 11).

tallschichten 51 und 54 völlig über der Basiszone 42 Auf entsprechende Weise wie oben beschrieben

liegen, also innerhalb der von der Schnittlinie 48 15 wird wieder mit Hilfe einer lichtempfindlichen mas-

(F i g. 6) bestimmten Begrenzung. kierenden Schicht, Belichtung, Entwicklung und Lö-

In diesem Fall wird die Durchbruchspannung zwi- sung ein Fenster von der Größe der zu bildenden

sehen den leitenden Metallschichten51 und 54 einer- Emitterzone in der Isolierschicht66 geätzt (Fig. 12).

seits und der Kollektorzone 41 andererseits nicht nur Die Siliziumscheibe 61 wird danach 2 Stunden bei

durch die Eigenschaften der Isolierschicht 45, son- 20 1070⁰C in Phosphordampf erhitzt, wodurch die aus

dem auch und zwar hauptsächlich durch den pn- η-leitendem Silizium bestehende Emitterzone 67 ge-

Übergang 46 zwischen der Kollektor- und Basiszone bildet wird.

bestimmt. Abermals werden, auf die obenstehend bereits be-Bei Verwendung des Planartransistors in einer schriebene Weise, mittels einer lichtempfindlichen Schaltung nach Fig. 19 tritt die eine Rückkopplung 25 maskierenden Schicht Fenster in der Isolierschicht66 verursachende Kapazität C\ nicht auf. An Stelle der angebracht, wonach auf die ganze Oberseite der SiIi-KapazitätCi tritt unter anderem die Kapazität C2 ziumscheibe eine Aluminiumschicht 68 aufgedampft auf (siehe Fig. 20). Dies ist die Kapazität zwischen wird (Fig. 14). Zum Schluß werden, wiederum mit der Metallschicht 51 und der Basiszone 42. Weiter Hilfe einer Photomaske, die nicht gewünschten Teile tritt eine zusätzliche, durch Vergrößerung der Basis- 30 der Aluminiumschicht 68 weggenommen, so daß Aluzone 42 verursachte Basis-Kollektorkapazität C3 auf. miniumschichten 69 und 70 übrigbleiben, die die Ba-Es läßt sich also sagen, daß die Kapazität Ci durch siszone 65 und die Emitterzone 67 kontaktieren. Auf die Kapazitäten C% und C$, die in vielen Fällen bedeu- diesen leitenden Metallschichten 69 und 70 lassen tend weniger störend sind als die Kapazität Ci, er- sich durch das sogenannte Thermokompressionsversetzt sind. 35 fahren die Stromzuführungsleiter 71 und 72 befesti-

Der Anschluß an die Kollektorzone41 ist mittels gen (Fig. 15).

eines Fensters 56 in der Isolierschicht 45, einer leiten- Die maximale zwischen den leitenden Metallden Metallschicht 57, die innerhalb des Fensters 56 schichten 69 und 70 einerseits und der Kollektorzone die Kollektorzone 41 kontaktiert, und eines Zufüh- 61 andererseits erlaubte Spannung wird wieder hauptrungsleiters 58 erhalten. 4° sächlich durch die Eigenschaften des pn-Übergangs 75 Ein solcher Planartransistor kann beispielsweise zwischen der Basis- und Emitterzone bestimmt, und wie folgt hergestellt werden: Eine η-leitende Silizium- kann ein Vielfaches der maximal an eine Oxidscheibe 61 mit einem spezifischen Widerstand von schicht anzulegenden Spannung sein.
100 Ohm cm, einem Durchmesser von 25 mm und Es sei bemerkt, daß im vorliegenden Fall das Feneiner Dicke von 250 ^m (F i g. 7) wird durch 2stün- 45 ster über der Basiszone 65 bedenkenlos viel größer dige Erhitzung bei 1200⁰C in feuchtem Sauerstoff gemacht werden kann, so daß die die Basiszone 65 mit einer Isolierschicht 62 aus Siliziumdioxid versehen kontaktierende leitende Metallschicht ausschließlich (F i g. 8). Aus der Siliziumscheibe 61 werden, auf üb- in diesem Fenster und nicht auf der Isolierschicht 66 liehe Weise, eine Vielzahl von Planartransistoren zu- zu liegen kommt. In F i g. 16 ist diese leitende Metallgleich und auf gleiche Weise hergestellt; im folgenden 50 schicht mit 76 bezeichnet.

wird die Herstellung eines dieser Planartransistoren Der Kollektorzonenanschluß läßt sich auf übliche beschrieben. Weise entweder neben dem Emitter- und dem Basis-Die Oberseite der Siliziumscheibe 61 wird mit einer anschluß in einem Fenster, oder auf der Unterseite lichtempfindlichen, maskierenden Schicht 63 bedeckt, der Siliziumscheibe 61 anbringen,
die nach einem bestimmten Muster, das die Umrisse 55 Eine mehr auf die Praxis gerichtete Ausführungsder zu bildenden Basiszone darstellt, belichtet, ent- form eines erfindungsgemäßen Transistors enthält, wickelt und teilweise gelöst wird, so daß Öffnungen wie Fig. 17 zeigt, ein Emitterfenster 81, das zwischen 64 in der Schicht63 entstehen (Fig. 9). Danach wird zwei Basisfenstern82 liegt. Die leitenden Metalldie Siliziumscheibe 61 in ein Ätzbad gebracht, das schichten 83 und 84 sind innerhalb dieser Fenster 81 aus einer Lösung von 40 g Ammoniumfluorid (NH4F) 60 und 82 mit der Emitterzone 85 und der Basiszone 86 in 60 ml Wasser, dem konzentrierter Fluorwasser- in Kontakt. Die Schnittlinien, in denen die pn-Überstoff (HF) zugesetzt ist, besteht. In diesem Bad wird gänge zwischen den unterschiedlichen Zonen die das Siliziumdioxid, sofern es nicht mit der maskie- Oberfläche des Halbleiterkörpers schneiden, sind in renden Schicht63 bedeckt ist, gelöst (Fig. 10). Da- Fig. 18 mit den Ziffern87 und 88 bezeichnet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 über ein Fenster in der Isolierschicht die Emitterzone Patentansprüche: kontaktiert und sich seitlich des Fensters über die Isolierschicht erstreckt und dort eine über der Kollek-

1. Planartransistor, dessen Halbleiterkörper torzone liegende Kontaktfläche zum Anschluß eines eine erste Zone, die Kollektorzone, eines ersten 5 Zuführungsleiters bildet. Ein derartiger Transistor ist Leitungstyps, eine zweite Zone, die Basiszone, eine bestimmte Ausführungsform eines Planartranentgegengesetzten, zweiten Leitungstyps und eine sistors.

dritte Zone, die Emitterzone, des ersten Leitungs- Bei einer in der USA.-Patentschrift 3 025 589 be-

typs enthält, wobei die dritte Zone von der zwei- schriebenen Ausführungsform sind Zuführungsdrähte

ten und diese von der ersten umgeben ist, jeweils io in Fenstern der Isolierschicht befestigt, die über den

mit Ausnahme eines Teils, der von einer Ober- Stellen, an denen die Emitter- und die Basiszone von

fläche des Halbleiterkörpers bestimmt wird, wobei der erwähnten Oberfläche des Halbleiterkörpers be-

zwischen den Zonen pn-Übergänge vorhanden grenzt werden, liegen. Da diese Fenster, insbesondere

sind, die in geschlossenen Linien von dieser Ober- das Fenster für die Emitterzone, bei praktischen Aus-

fläche geschnitten werden und wobei sich auf die- 15 führungsformen dieser Transistoren sehr klein sind,

ser Oberfläche eine dünne Isolierschicht befindet, wurde in der USA.-Patentschrift 2 981 877 vorge-

die die Schnittlinien der pn-Übergänge mit der schlagen, auf die Isolierschicht leitende Metallschich-

Oberfläche bedeckt und die eine leitende Metall- ten aufzutragen, die über Fenster die Emitterzone und

schicht trägt, die über ein Fenster in der Isolier- die Basiszone kontaktieren und sich seitlich der Fen-

schicht die Emitterzone kontaktiert und sich seit- 20 ster über die Kollektorzone, aber mittels der Isolier-

lich des Fensters über die Isolierschicht erstreckt schicht dagegen isoliert, erstrecken, wodurch eine viel

und dort eine über der Kollektorzone liegende größere Oberfläche zum Anschluß von Zuführungs-

Kontaktfläche zum Anschluß eines Zuführungs- leitern zur Verfügung steht.

leiters bildet, dadurch gekennzeichnet, Es hat sich herausgestellt, daß bei derartigen Trandaß sich die Basiszone so weit neben der Emitter- 25 sistoren die Spannung zwischen der Kollektorzone zone erstreckt, daß sich die Kontaktfläche der die einerseits und der Ermitter- oder der Basiszone anEmitterzone kontaktierenden leitenden Metall- dererseits unter einer relativ niedrigen Grenze gehalten schicht ganz über der Basiszone befindet. werden muß, einer Grenze, die viel niedriger sein kann

2. Planartransistor nach Anspruch 1, dadurch als die Durchbruchspannung des pn-Überganges zwigekennzeichnet, daß eine weitere leitende Metall- 30 sehen der Kollektor- und der Basiszone. Beim Überschicht vorhanden ist, die über ein Fenster in der schreiten dieser Grenze tritt ein Durchbruch der IsoIsolierschicht die Basiszone kontaktiert und eine lierschicht auf.

ganz über der Basiszone befindliche Kontakt- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Piafläche zum Anschluß eines weiteren Zuführungs- nartransistor zu schaffen, bei dem vor allem die maxileiters bildet. 35 male Spannung zwischen der Kollektorzone einerseits

3. Planartransistor nach Anspruch 2, dadurch und der Basis- oder Emitterzone andererseits nicht gekennzeichnet, daß sich die mit der Basiszone oder kaum von Eigenschaften der Isolierschicht, sonverbundene leitende Metallschicht ganz in einem dem vom pn-übergang zwischen der Kollektor- und Fenster der Isolierschicht befindet. Basiszone begrenzt wird, während es dennoch mög-

4. Schaltung zur Verstärkung elektrischer 4° lieh ist, der die Emitterzone kontaktierenden leiten-Signale mit einem Planartransistor nach einem der den Metallschicht eine genügende Ausdehnung zur vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- Befestigung des Zuführungsleiters zu geben.

net, daß die Basiselektrode für den Eingangs-und Bei Planartransistoren der eingangs angegebenen

den Ausgangskreis gemeinsam ist, die zu verstär- Art, bei denen auf die Isolierschicht eine leitende kenden Signale der Emitterelektrode zugeführt 45 Metallschicht aufgebracht ist, die über ein Fenster in und die verstärkten Signale an der Kollektorelek- der Isolierschicht die Emitterzone kontaktiert und trode abgenommen werden. sich über die Kollektorzone erstreckt, tritt eine Ka

pazität zwischen der leitenden Metallschicht und der Kollektorzone auf. Diese Kapazität verursacht eine

50 Rückkopplung z. B. bei Verwendung des Planartransistors in der Basisschaltung zur Verstärkung elektrischer Signale. Diese Rückkopplung kann bei hohen Frequenzen besonders störend werden. In der Basis-Die Erfindung bezieht sich auf einen Planartran- schaltung ist die Basiselektrode des Planartransistors sistor, dessen Halbleiterkörper eine erste Zone, die 55 für den Eingangskreis und den Ausgangskreis gemein-Kollektorzone, eines ersten Leitungstyps, eine zweite sam und die zu verstärkenden Signale werden der Zone, die Basiszone, entgegengesetzten, zweiten Lei- Emitterelektrode zugeführt und die verstärkten tungstyps und eine dritte Zone, die Emitterzone, des Signale werden an der Kollektorelektrode abgenomersten Leitungstyps enthält, wobei die dritte Zone von men.

der zweiten und diese von der ersten umgeben ist, je- 60 Durch die Ausbildung des Planartransistors nach weils mit Ausnahme eines Teils, der von einer Ober- der Erfindung wird weiter die erwähnte Rückkoppfläche des Halbleiterkörpers bestimmt wird, wobei lung verursachende Kapazität vermieden,
zwischen den Zonen pn-Ubergänge vorhanden sind, Nach der Erfindung erstreckt sich die Basiszone so

die in geschlossenen Linien von dieser Oberfläche weit neben der Emitterzone, daß sich die Kontaktgeschnitten werden und wobei sich auf dieser Ober- 65 fläche der die Emitterzone kontaktierenden leitenden fläche eine dünne Isolierschicht befindet, die die Metallschicht ganz über der Basiszone befindet. Schnittlinien der pn-Übergänge mit der Oberfläche Diese Kontaktfläche ist dann, außer durch die Isolierbedeckt und die eine leitende Metallschicht trägt, die schicht, durch die Basiszone und den pn-Ubergang