DE1614397B2 - Transistor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Transistor mit einem kristallinen scheibenförmigen Halbleiterkörper, an dessen eine Hauptfläche die Emitterzone angrenzt, die von bis an die Hauptfläche reichenden Teilen der unter der Emitterzone befindlichen Basiszone durchbrochen ist, und mit einer ersten, die Emitterzone und einer zweiten, die Durchbrechungsteile der Basiszone kontaktierenden Elektrode.

Ein bekannter-HF-Leistungstransistor, der hohe Ausgangsleistungen mit Frequenzen oberhalb 250 MHz liefert, ist der sogenannte »Overlay«-Transistor. Man hat »Overlay«-Transistoren hergestellt, die Ausgangsleistungen von nicht weniger als 15 Watt bei Frequen- zen von nicht weniger als 500 MHz aufweisen. Während derartige Transistoren für den Betrieb bei Frequenzen oberhalb von 250 MHz zufriedenstellend arbeiten, ist es für manche Zwecke erwünscht, Transistoren zur Verfügung zu haben, die sehr hohe Ausgangsleistungen in der Größenordnung von 20 bis 200 Watt bei Frequenzen bis zu mehreren 100 MHz zu liefern vermögen. Es ist schwierig, solche Transistoren nach den üblichen Herstellungsmethoden in wirtschaftlicher Weise zu fertigen. Wenn man solche HF-Leistungstransistoren in der üblichen Weise durch entsprechendes Vergrößern der Abmessungen eines kleineren Transistors gewinnen will, benötigt man verhältnismäßig große Emitter- und Basisgebiete und folglich eine verhältnismäßig große Halbleiterplatte. 6c Da Transistoren am wirtschaftlichsten in Massenfertigung aus einer großen Platte aus Halbleitermaterial, die zunächst bearbeitet und dann in eine Vielzahl von einzelnen Transistoren zerteilt wird, hergestellt werden, ist es erwünscht, daß die für die 6s einzelnen Transistoren erforderliche Größe der Halbleiterscheibe möglichst gering ist, so daß möglichst viele solcher Halbleiterscheiben aus einer einzigen Halbleiterplatte kostensparend hergestellt werden können.

Ein älterer Vorschlag (deutsche Auslegeschrift 1 281 036) sieht einen Transistor mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper vor, bei dem sich die zwischen der Kollektorzone und der Emitterzone befindliche Basiszone mit durch die Emitterzone hindurchragenden Durchbrechungsteilen bis an die Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckt und dort unter Isolierung gegen die Emitterzonenoberflächen kontaktiert ist. Auf diese Weise wird ein großes Verhältnis von Emitterumfang zu Emitterfläche erreicht, welches bei Hochfrequenztransistoren mit hoher Emitterstromdichte angestrebt wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem solchen Transistor dieses Verhältnis hinsichtlich der Verringerung der Emitterstromdichte und der Vergleichmäßigung der Emitterstromdichte zu optimieren, um die Ausgangsleistung weiter zu erhöhen, ohne daß die Gefahr des sogenannten zweiten Durchbruchs infolge lokaler Überhitzung von Emitterbereichen vergrößert würde.

Diese Aufgabe wird bei einemTransistor mit einem kristallinen scheibenförmigen Halbleiterkörper, an dessen eine Hauptfläche die Emitterzone angrenzt, die von bis an die Hauptfläche reichenden Teilen der unter der Emitterzone befindlichen Basiszone durchbrochen ist, und mit einer ersten, die Emitterzone und einer zweiten, die Durchbrechungsteile der Basiszone kontaktierenden Elektrode erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abstand zwischen zwei diagonal benachbarten Durchbrechungsteilen der regelmäßig angeordneten Durchbrechungsteile der Basiszone gleich der effektiven Emitterbreite des Transistors ist.

Der Transistor nach der Erfindung ist in den folgenden Ausführungsbeispielen an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. la bis lh isometrische schematische Darstellungen einer Halbleiterscheibe nach aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten der Herstellung des Transistors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei in den Fig. Id bis lh die Halbleiterscheibe teilweise weggeschnitten und im Schnitt dargestellt ist, und die F i g. Ig und lh einen Teil der Halbleiterscheibe in Vergrößerung zeigen;

F i g. 2 und 3 Grundrisse der Halbleiterscheibe nach F i g. 1 nach aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten der Herstellung des Transistors,

F i g. 4 eine teilweise weggeschnittene und im Schnitt dargestellte isometrische Ansicht einer Halbleiterscheibe nach einem Verfahrensschritt der Herstellung eines Transistors gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel,

F i g. 5 einen Grundriß eines Transistors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und

Fig. 6a und 6b Querschnittsdarstellungen der Halbleiterscheibe nach aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten der Herstellung eines Transistors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Um die Beschreibung und die Darstellung in der Zeichnung übersichtlicher zu gestalten, wird die Herstellung des Transistors an Hand eines einzelnen Transistors aus einer verhältnismäßig kleinen HaIb^ leiterscheibe erläutert. In der Praxis ist jedoch der verwendete Halbleiterkörper eine dünne kristalline Halbleiterplatte von ungefähr 2,5 bis 5 cm Durchmesser. Auf diese Weise können gleichzeitig hunder

oder mehr Transistoren kostensparend auf der Halbleiterplatte gefertigt werden, die dann in einzelne Transistoren mit gleichen und reproduzierbaren elektrischen Eigenschaften zerteilt wird.

Der folgenden Erläuterung wird der allen Ausführungsbeispielen von Transistoren gemeinsame Teil der Verfahren zu ihrer Herstellung vorangestellt.

Ein scheibenförmiger Halbleiterkörper 10 (F i g. 1 a), beispielsweise aus kristallinem Germanium, Silicium, einer Germanium/Silicium-Legierung, Galliumarsenid oder Indiumphosphid mit zwei Hauptflächen 11 und 12 wird zuerst hergestellt. Die genaue Größe und Form sowie der Leitungstyp und die Zusammensetzung der Halbleiterscheibe 10 sind nicht kritisch. Die Halbleiterscheibe 10 hat zwei Hauptflächen von ungefähr 2,79 · 2,79 mm² und 0,18 mm Dicke und besteht aus monokristallinem Silicium, das mit einem Donator wie Phosphor dotiert ist, so daß die Halbleiterscheibe den n-Leitungstyp aufweist. Sein spezifischer Wider-, stand beträgt dabei zweckmäßigerweise ungefähr 50 bis 100 Ohm-cm.

Auf die eine Hauptfläche 12 der Halbleiterscheibe 10 wird eine Maske 13 (Fig. Ib) nach irgendeinem Verfahren, beispielsweise durch Aufdampfen oder anderweitiges Niederschlagen aus der Dampfphase aufgebracht. Die Maske 13 besteht zweckmäßigerweise aus elektrisch isolierendem Material wie Siliciumoxid, Siliciumnitrid oder Siliciumoxynitrid. Die anderen Flächen der Halbleiterscheibe 10 können während dieses Verfahrensschrittes abgedeckt werden, damit sich auf diesen Flächen der Maskenbelag nicht ausbilden kann. Im vorliegenden Falle, wo die Halbleiterscheibe 10 aus Silicium besteht, wird ein Siliciumoxidbelag zweckmäßigerweise durch thermische Oxydation der Halbleiterscheibe 10 gebildet, der ungefähr 20 Minuten lang bei ungefähr 1200⁰C in Wasserdampf erhitzt wird, so daß sich auf der Hauptfläche 12 der Siliciumoxidbelag 13 bildet. Der Siliciumoxidbelag 13 bedeckt die gesamte Oberfläche der Halbleiterscheibe 10 und wird anschließend mittels bekannter, üblicher Maskier- und Ätzmethoden stellenweise entfernt.

Im Maskenbelag 13 (F i g. Ic) wird eine Öffnung 14, ein sogenanntes Fenster, gebildet, so daß ein bestimmter Teil der Hauptfläche 12 der Halbleiterscheibe 10 freigelegt wird. Die genaue Größe und Form des so freigelegten Bereichs der Hauptfläche 12 sind nicht kritisch und betragen zweckmäßigerweise ungefähr 2,23 · 2,23 mm². Für die Herstellung des Fensters 14 kann man sich bekannte, üblicher photolithographischer Maskier- und Ätzmethoden bedienen.

Als nächstes wird die Halbleiterscheibe 10 ungefähr 30 Minuten lang auf ungefähr 1000° C in einer Atmosphäre erhitzt, die Stickstoff und ein Akzeptormaterial wie Boroxiddampf (B₂O₃) enthält. Die Halbleiterscheibe 10 wird sodann in einer inerten Atmosphäre 17 Stunden lang auf 1215° C erhitzt, um das Bor in den freiliegenden Teil der Hauptfläche 12 einzudiffundieren. Dadurch wird in der Halbleiterscheibe 10 unmittelbar an der Oberseite der Hauptfläche 12 eine bordiffundierte Basiszone 15 (F i g. 1 b) von ungefähr 0,018 mm Dicke gebildet. Die Dicke der verschiedenen diffundierten Zonen ist in der Zeichnung nicht maßstabgerecht, sondern übertrieben groß dargestellt. Die Basiszone 15 entspricht in Größe und Form dem durch das Fenster 14 freigelegten Teil der Hauptfläche 12 und ist durch das eindiffundierte Bor in den p-Leitungstyp umgewandelt. An der Grenzfläche zwischen der bordiffundierten p-leitenden Basiszone 15 lind dem η-leitenden Hauptteil der Halbleiterscheibe 10 besteht ein pn-übergang 16, der im fertigen Transistor den Basis-Kollektor-Übergang bildet.
Über dem freiliegenden Teil der Hauptfläche 12 innerhalb des Fensters 14 wird nun ein zweiter Maskenbelag 17 (Fig. Ie) gebildet. Im vorliegenden Fall, wo die Halbleiterscheibe 10 aus Silicium besteht, wird der zweite Maskenbelag 17 zweckmäßigerweise

ίο dadurch hergestellt, daß man die Halbleiterscheibe ungefähr 45 Minuten lang bei ungefähr 1100⁰C in einer oxydierenden Atmosphäre wie Wasserdampf erhitzt. Der zweite Maskenbelag 17 ist dünner als der erste Maskenbelag 13, dessen Dicke während dieses Verfahrensschrittes sich vergrößert.

Mittels der obenerwähnten Maskier- und Ätzmethoden wird der zweite Maskenbelag 17 stellenweise weggeätzt, so daß eine Anordnung von sich kreuzenden Kanälen 18 entsteht (F i g. If). Die genaue Form und Anzahl der Kanäle 18 sind nicht kritisch. Auf diese Weise werden Teile der bordiffundierenden Basiszone 15 durch die Kanäle 18 freigelegt. Zwischen den Kanälen 18 verbleiben auf der Hauptfläche 12 eine Anzahl von Inseln 17' des zweiten Maskenbelages 17. F i g. 2 zeigt im Grundriß die Halbleiterscheibe 10 in diesem Stadium des Verfahrens mit den Kanälen 18 und den Inseln 17' des zweiten Maskenbelages 17.

Die Halbleiterscheibe 10 wird jetzt in einer ein Donatormaterial in Dampfform enthaltenden Atmosphäre erhitzt, so daß die freiliegenden Teile der bordiffundierten Basiszone 15 in den entgegengesetzten Leitungstyp übergeführt werden. Im vorliegenden Falle wird die Halbleiterscheibe 10 in einer Phosphorpentoxid enthaltenden Atmosphäre ungefähr 35 Minuten lang bei ungefähr 1200⁰C erhitzt. Anschließend wird die Halbleiterscheibe 10 35 Minuten lang bei 1215⁰C in einer inerten Atmosphäre erhitzt, um das Phosphor in die freiliegenden Teile der Hauptfläche 12 einzudiffundieren. Dadurch wird ein Teil 19 (F i g. Ig) der bordiffundierten p-Basiszone 15 in den n-Leitungstyp umdotiert. Dieses die Emitterzone 19 bildende Gebiet hat im vorliegenden Falle eine Dicke von ungefähr 0,01 mm. An der Grenzfläche zwischen der phosphordiffundierten η-leitenden Emitterzone 19 und der bordiffundierten p-leitenden Basiszone 15 entsteht ein pn-Übergang 20, der im fertigen Transistor den Emitter-Basis-Übergang bildet.

Da der verwendete Donatorstoff (im vorliegenden Fall Phosphor) nur in die freiliegenden Teile der Hauptfläche 12 eindiffundiert und nicht durch die Inseln 17' des zweiten Maskenbelages hindurchdiffundiert, wird die so gebildete Emitterzone 19 von einer Anzahl von Durchbrechungsteilen 21 der Basiszone 15 durchbrachen, die wie Röhren von der Basiszone 15 durch die Dicke der Emitterzone 19 zur Hauptfläche 12 der Halbleiterscheibe 10 vorstehen. Die Größe und Form sowie der Abstand der röhrenförmigen Durchbrechungsteile 21 entsprechen der Größe und Form sowie dem Abstand der Inseln 17'. Die Emitterzone 19, obwohl von den Durchbrechungsteilen 21 durchbrochen, bildet ein einziges zusammenhängendes Gebiet.
Vorteilhafterweise wird die Halbleiterscheibe 10 jetzt mit einem Ätzmittel wie Fluorwasserstoffsäure behandelt, um sämtliche verbliebene Teile des ersten Maskenbelages 13 und des zweiten Maskenbelages 17 zu entfernen. Dieser Schritt dient dazu, etwaige Ver-

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unreinigungen wie Metallionen zu entfernen, die sich Transistors wird am Emitterkontakt 26 ein Emitti

an der Grenzfläche zwischen den Masken und der anschlußdraht 28 (F i g. 3) und am Basiskontakt:

Halbleiterscheibe 10 ansammeln. ein Basisanschlußdraht 29 nach irgendeinem Vs

Ein dritter Maskenbelag 22 (F i g. lh) wird auf der fahren, beispielsweise durch Thermokompression od Hauptfläche 12 der Halbleiterscheibe 10 gebildet. 5 Löten, angebracht. Die Halbleiterscheibe 10 wi

Hierzu wird die Halbleiterscheibe 10 ungefähr 2 Stun- dann in einem Metallgehäuse gekapselt, wobei c

den lang auf ungefähr 1000° C in Wasserdampf nach- Hauptfläche 11 mit dem Boden des Gehäuses, d

erhitzt, um den dritten Maskenbelag 22 aus frischem, dann als Kollektoranschluß dient, verbunden wii

sauberen Siliciumoxid zu bilden. Mittels bekannter, Das Abkapseln und Anbringen des Gehäuses erfolg

üblicher Maskier- und Ätzmethoden wird in dem io nach bekannten Methoden.

dritten Maskenbelag 22 ein erster Satz von Fenstern 23, Bei den nach den vorstehend ausgeführten V<

durch die Teile der Emitterzone 19 freigelegt werden, fahrenschritten hergestellten Transistoren wird, ν

, sowie ein zweiter Satz von Fenstern 24, z. B. je eines bei den Transistoren nach dem oben angegeben

j für jedes Durchbrechungsteil 21 zu deren Freilegung älteren Vorschlag, die Fläche der Halbleiterschei

gebildet. Anschließend werden die Emitterzone 19 15 wirksam ausgenutzt, um mit einer Halbleiterschei

und die Basiszone 15 mit je einem niederohmigen verhältnismäßig kleiner Abmessungen eine hohe Ai

elektrischen Kontakt kontaktiert. Dies kann z. B. gangsleistung zu erhalten. Ein derartiger Transisti

durch Aufbringen eines Metallfilmes auf den dritten der gemäß den vorstehend angegebenen Verfahrei

Maskenbelag 22 geschehen. Hierzu wird auf die ge- schritten aus einer Halbleiterscheibe von 2,79 mm

samte Maskenschicht sowie auf diejenigen Teile der 20 Quadrat (mit einer Fläche von 7,78 mm²) gefert

Hauptfläche 12, die durch den ersten Fenstersatz 23 wurde, liefert beim Schaltbetrieb eine Spitzenausganj

und den zweiten Fenstersatz 24 freigelegt sind, ein leistung von 4 kW bei 15 kHz. Im Gegensatz da

Film 25 aus Aluminium aufgedampft. Die genaue wird für einen bekannten Transistor üblicher Bau;

Dicke des Filmes 25 ist nicht kritisch und beträgt mit dem gleichen Leistungsvermögen eine Halbleit

zweckmäßigerweise ungefähr 0,004 mm. Obwohl Alu- 25 scheibe von 3,94 mm im Quadrat, d. h. mit eir

minium in Silicium als Akzeptor wirkt, wurde gefun- Fläche von 15,52 mm² benötigt. Das Größenverhä

den, daß Aluminium einen niederohmigen Kontakt nis dieser beiden Flächen beträgt fast genau 1:2,

mit sowohl der bordiffundierten p-leitenden Basis- daß also aus einer Halbleiterplatte gegebener Grö

zone 15 als auch der phosphordiffundierten η-leitenden doppelt soviel Leistungstransistoren nach der Erf

Emitterzone 19 bildet. 30 dung und nach dem älteren Vorschlag wie bekann

Da der Aluminiumfilm 25 beim ersten Aufbringen übliche Leistungstransistoren der gleichen Leistung

' einen einzigen Kontakt mit sowohl der Basiszone 15 fähigkeit gefertigt werden können. Dadurch verringe

als auch der Emitterzone 19 bildet, wird der Alumi- sich die Herstellungskosten der einzelnen Transistor

niumfilm 25 in zwei getrennte Teile zerteilt, deren erheblich.

, einer nur die Basiszone 15 und deren anderer nur die 35 Der Vorteil der verkleinerten Fläche der Halbleit

Emitterzone 19 kontaktiert. Dies geschieht zweck- scheibe wird dabei ohne Beeinträchtigung ande

* mäßigerweise durch Aufbringen einer Photoätzschicht wichtiger Eigenschaften des nach den oben anj

(nicht gezeigt) auf den Aluminiumfilm 25, ihr bild- gebenen Verfahrensschritten hergestellten Transisi

mäßiges Belichten und anschließendes Entwickeln erhalten. Der Transistor zeigt eine Basis-Kollekt<

und Wegätzen der unmaskierten Teile des Aluminium- 40 Durchbruchsspannung in Sperrichtung von ül

filmes 25. Im vorliegenden Falle, wo der Metallfilm 25 800 Volt, eine Kollektor-Emitter-Durchbruchsspi

aus Aluminium besteht, erfolgt das Entfernen der nung in Sperrichtung von über 500 Volt und ei

unmaskierten Teile des Aluminiumfilmes 25 zweck- Abschaltzeit von 0,6 Mikrosekunden. Diese Werte si

mäßigerweise durch Ätzen in einem Bad aus wäßriger im Vergleich zu denen bekannter, üblicher Ho<

Natriumhydroxydlösung. Vorteilhafterweise erfolgt 45 frequenz-Leistungstransistoren gleicher Leistungsfäh

das Unterteilen des Aluminiumfilmes 25 so, daß er keit sehr günstig.

die Form zweier ineinander verzahnter Kämme Ein weiterer Vorteil des nach den oben angegeber

erhält, wie es F i g. 3 zeigt. Der eine Teil 26 kontak- Verfahrensschritten hergestellten Transistors und <

tiert lediglich die Emitterzone 19 und bildet die Transistors nach dem älteren Vorschlag besteht

Emitterelektrode 26. Der andere Teil 27 kontaktiert 5° seiner verringerten Kollektor-Basis-Kapazität, wodui

lediglich die Basiszone 15 und dient als Basiselektrode die Leistungsverstärkung des Transistors yerbess

27. Die Basiselektrode 27 kontaktiert lediglich die wird.

Durchbrechungsteile 21, d. h. diejenigen Teile der Ferner ist es bei diesen Transistoren vorteilt

Basiszone 15, die durch die Emitterzone 19 hindurch daß sich der Widerstand zwischen den einzeh:

zur Hauptfläche 12 der Halbleiterscheibe 10 reichen, 55 Durchbrechungsteilen und der Emitterzone verte

an die sowohl die Emitterzone 19 als auch die Basis- dieser Widerstand verhindert, daß örtliche Bereit

zone 15 angrenzt. Die Basiselektrode 27 überlagert der Emitterzone ungleich große Ströme in die Ba;

somit Teile der Emitterzone 19, ist jedoch von diesem zone injizieren und dadurch lokale Überhitzungen

durch den isolierenden Maskenbelag 22 getrennt. Die dem Emitter-Basis-Übergang entstehen, die un

Elektroden 26 und 27 sind voneinander durch den 60 wünscht sind, weil ihr Widerstand mit ansteigen!

dazwischen befindlichen freiliegenden Teil des iso- Temperatur abfällt, so daß der Emitterstrom sich

lierenden Maskenbelages 22 isoliert. Jede der beiden ihnen konzentriert und die Temperatur an die:

Elektroden 26 und 27 hat vorzugsweise eine kamm- Stellen fortgesetzt ansteigt, bis der Transistor zerst

artige Form mit mehreren an einem »Rücken« an- wird. Dieser Vorgang, der als »zweiter Durchbrui

setzenden »Zähnen«, wobei die Zähne der beiden 65 bekannt ist, wirkt sich besonders bei Hochfreque

Elektroden 26 und 27 ineinandergreifen. Leistungstransistoren aus. Bei dem Transistor ι

Der η-leitende Hauptteil der Halbleiterscheibe 10 bei dem Transistor nach dem älteren Vorsch

bildet die Kollektorzone. Zur Vervollständigung des werden durch den Ausbreitungswiderstand der ein;

nen Durchbrechungsteile die Ausbildung solcher lokaler Überhitzungen weitgehend unterbunden, so daß der zweite Durchbruch sehr viel seltener auftritt als bei vergleichbaren vorbekannten Transistoren.

Bei einem Ausführungsbeispiel des Transistors nach der Erfindung ist der Basiskontaktwiderstand r_bb, des Transistors dadurch verringert, daß bei seiner Herstellung durch einen zweiten Basisdiffusionsschritt die Leitfähigkeit der die Emitterzone durchbrechenden, zur Oberfläche des Halbleiterkörpers reichenden Durchbrechungsteile erhöht wird.

Der Transistor wird aus einer kristallinen Halbleiterscheibe 10 (Fi g. la) mit zwei Hauptflächen 11 und 12 gefertigt. Die Verfahrensschritte des Maskierens der einen Hauptfläche 12 der Halbleiterscheibe 10 mit dem Belag 13, der Bildung der Basiszone 15 an der Hauptfläche 12 durch Eindiffundieren eines Dotierungsstoffes in den unmaskierten Teil der Hauptfläche 12, des Maskierens der Hauptfläche 12 mit dem Belag 17 und des Eindiffundierens der Emitterzone 19 innerhalb der Basiszone 15 und unmittelbar an der Hauptfläche 12, so daß die Emitterzone 19 von Durchbrechungsteilen 21 der Basiszone 15 durchbrochen wird, erfolgen in der schon oben ausgeführten Weise (Fig. Ib bis Ig).

Anschließend werden (F i g. 4) die verbliebenen Teile der Maskenbeläge 13 und 17 entfernt und wird auf der Hauptfläche 12 der Halbleiterscheibe 10 ein neuer Maskenbelag 22' gebildet. In diesem Maskenbelag 22' wird ein Satz von Fenstern 24 gebildet, wodurch Teile der Hauptfläche 12 innerhalb der Durchbrechungsteile 21 freigelegt werden.

Die so maskierte Halbleiterscheibe 10 wird jetzt in Dämpfen eines Dotierungsstoffes erhitzt, die in der Halbleiterscheibe 10 den der Basiszone 15 entsprechenden Leitungstyp hervorruft. Dadurch werden eine Anzahl von hochleitenden Gebieten 30 innerhalb der Durchbrechungsteile 21 unmittelbar an der Hauptfläche 12 gebildet. Die Gebiete 30 haben eine geringere seitliche Ausdehnung als die Durchbrechungsteile 21, so daß sie vom Emitter-Basis-Übergang 20 einen Abstand haben. Die Dauer und Temperatur dieses Diffusionsschrittes werden so gewählt, daß die hochleitenden diffundierten Gebiete 30 eine geringere Tiefe haben als die Basiszone 15.

Anschließend wird in dem Maskenbelag 22' ein weiterer Satz von Fenstern an den gleichen Stellen wie die Fenster 23 in F i g. 1 h gebildet, so daß jedes Fenster 23 jeweils einen Teil der Emitterzone 19 freilegt. Die übrigen Verfahrensschritte des Aufbringens eines Metallfilms 25 auf dem Maskenbelag und den freiliegenden Teilen der Hauptfläche 12, des Unterteilens dieses Metallfilmes 25 in zwei verzahnte Elektroden 26 und 27, des Anbringens von elektrischen Anschlußdrähten 28 und 29 an den Elektroden 26 bzw. 27 und des Kapseins des Transistors erfolgen in der schon oben ausgeführten Weise (Fig. lh und 3).

Bei diesem Ausführungsbeispiel kontaktiert die Basiselektrode 27 direkt die hochleitenden Gebiete 30 innerhalb der einzelnen Durchbrechungsteile 21. Dadurch wird der Basiskontaktwiderstand rbb* verringert und die ohmsche Charakteristik des Kontakts zwischen der Basiselektrode 27 und der Basiszone 15 verbessert.

Die Oberflächen der die Emitterzone durchbrechenden Durchbrechungsteile 21 können wie in der F i g. 1 f bis lh und 2 dargestellt von quadratischer Form sein. Durch entsprechendes Maskieren der Oberfläche der Halbleiterscheibe während der Bildung der Emitterzone 19 sind auch andere Formen der Oberflächen der Durchbrechungsteile 21 möglich. F i g. 5 zeigt im Grundriß einen Teil der einen Hauptfläche 12' einer Halbleiterscheibe 10' während der Herstellung eines Transistors. In diesem Falle haben die Oberflächen der Durchbrechungsteile 21' die Form von Kreisflächen.

ίο Wenn die Durchbrechungsteile 21' an der Hauptfläche 12 der Halbleiterscheibe 10 die Form einer regelmäßigen Anordnung haben, wie in Fig. 5, dann soll der Abstand zwischen jeweils zwei diagonal benachbarten Durchbrechungsteilen 21' einen optimalen Wert haben, der sich ergibt, wenn man das Phänomen der Emitterstromzusammendrängung betrachtet.

Bekanntlich ist für einen Leistungstransistor eine hohe mittlere Emitterstromdichte erforderlich. Wenn jedoch ein Transistor auf hohe mittlere Emitterstromdichte ausgesteuert wird, können die Injektionsstromdichten am Rand der Emitterzone erheblich größer sein als in der Mitte der Emitterzone. Da die höchsten Stromdichten am Emitterzonenrand auftreten, bezeichnet man dieses Phänomen als »Stromzusammendrängung«. Eine solche Stromzusammendrängung ist unerwünscht, da sie eine niedrigere Gesamtstromverstärkung sowie einen erhöhten Sättigungswiderstand zur Folge hat und eine größere Emitterzonenfläche und folglich eine größere Halbleiterscheibenfläche erforderlich macht.

Der herkömmliche bekannte Weg, Stromzusammendrängungseffekte zu vermeiden, besteht darin, daß man die Emitterzone mit einer großen Anzahl von schmalen Emitterteilen, in Form von parallelgeschalteten »Fingern« ausbildet. Dies ergibt in den einzelnen Emitterfingern einen beschränkten Abstand zwischen der Mitte und dem Rand der Emitterzone. Obwohl es somit den Anschein hat, als könnte man die Emitterfinger so schmal wie möglich machen, wurde gefunden, daß sehr schmale Emitterfinger infolge eines übermäßigen Spannungsabfalls längs der dünnen zur Kontaktierung metallisch überzogenen Emitterfinger die Leistung des Transistors verschlechtern. Durch diese Spannungsabfälle wird die Stromdichte längs der Emitterfinger verringert.

Es wurde eine mathematische Untersuchung für einen Transistor mit stromzusammendrängungsfreier Emitterzone vorgenommen. Durch eine solche Untersuchung läßt sich eine effektive Emitterbreite ableiten, für welche die Emitterstromdichte im wesentlichen gleichmäßig ist. Als Resultat dieser Analyse ergibt sich für die effektive Emitterbreite X die folgende Beziehung:

,

W-V₀

(1 — ix) Qi) J_e (ave)

worin

W die Basisbreite,

V₀ gleich 0,26 Volt bei Zimmertemperatur,
Je(ave) die mittlere Emitterstromdichte,
(x der Stromverstärkungsfaktor und

Q_b der spezifische Widerstand der Basiszone unterhalb der Emitterzone sind.

309 509/347

Gleichung (1) läßt sich wie folgt umschreiben:
X=I

JB Qs

(2)

worin

V₀ gleich 0,26 Volt bei Zimmertemperatur,
Jb die Basisstromdichte und

Qs der spezifische Basisflächenwiderstand unterhalb der Emitterzone sind.

In Fig. 5, wo die Durchbrechungsteile 21' in orthogonaler Gruppierung angeordnet sind, sollte, um optimale Resultate zu erzielen, der Abstand d zwischen den Oberflächen zweier diagonal benachbarter Durchbrechungsteile 21' den Wert haben:

d=X,

worin X die effektive Emitterbreite, wie in Gleichungen (1) oder (2) definiert, bedeutet.

Auch ein Mesatransistor läßt sich nach der Erfindung ausbilden. Zu diesem Zweck wird (Fig. 6a) eine monokristalline Halbleiterscheibe 60 eines gegebenen Leitungstyps mit zwei Hauptflächen 61 und 62 hergestellt. In diesem Beispiel ist die Halbleiterscheibe 60 η-leitend. In die eine Hauptfläche 61 wird ein Dotierungsstoff eindiffundiert, um eine Zone 63 unmittelbar an der Hauptfläche 61 in den entgegengesetzten Leitungstyp, in diesem Fall den p-Typ, überzuführen. In die andere Hauptfläche 62 wird ein anderer Dotierungsstoff eindiffundiert, um die Leitfähigkeit einer Schicht 64 unmittelbar an der Hauptfläche 62 zu erhöhen. In diesem Fall, wo die Halbleiterscheibe η-leitend ist, erhält dadurch die Schicht 64

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den Leitungstyp n⁺. An der Grenzfläche zwischen der p-leitenden Zone 63 und dem η-leitenden Hauptteil der Halbleiterscheibe 60 wird ein pn-übergang 65 gebildet. Die Grenzfläche 66 zwischen der n+-leitenden Schicht 64 und dem η-leitenden Hauptteil der Halbleiterscheibe 60 bildet einen nn+-Übergang. Man kann aber auch eine ähnliche Schichten- bzw. Zonenanordnung mit einer p-leitenden Zone über einer η-leitenden Schicht auf einer n+-leitenden Schicht

ίο dadurch herstellen, daß man von einer n+-leitenden Halbleiterscheibe ausgeht, auf der einen Fläche der Halbleiterscheibe eine η-leitende epitaktische Schicht anbringt und auf der η-leitenden epitaktischen Schicht eine p-leitende epitaktische Schicht anbringt.

Anschließend werden Teile der Hauptfläche 61 wie oben einleitend ausgeführt maskiert, und es wird in die unmaskierten Teile der Hauptfläche 61 ein entsprechender Dotierungsstoff eindiffundiert, um innerhalb der p-leitenden Zone 63 eine n+-leitende Emitterzone 67 zu bilden. Die Grenzfläche zwischen der Emitterzone 67 und der Basiszone 63 ist der Emitter-Basis-Übergang 68. Die Durchbrechungsteile 69 der p-leitenden Basiszone 63 reichen unter Durchbrechen der Emitterzone 67 bis zur Hauptfläche 61.

Die Halbleiterscheibe 60 wird dann maskiert und in einem Ätzmittel behandelt, um eine Mesaform zu bilden (Fig. 6 b). Auf die Hauptfläche 61 wird ein Isolierbelag 70 aus Siliciumnitrid oder Siliciumoxid aufgebracht. Der Isolierbelag 70 wird maskiert und geätzt, um Teile der Emitterzone 67 und der Durchbrechungsteile 69 freizulegen. Auf der Hauptfläche 61 werden zwei verzahnte Metallelektroden als Emitterelektrode 71 und Basiselektrode 72 gebildet.

Auch steuerbare Halbleitergleichrichter und Zweiwegtransistoren können wie Transistoren nach der Erfindung ausgebildet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Transistor mit einem kristallinen scheibenförmigen Halbleiterkörper, an dessen eine Hauptfläche die Emitterzone angrenzt, die von bis an die Hauptfläche reichenden Teilen der unter der Emitterzone befindlichen Basiszone durchbrochen ist, und mit einer ersten, die Emitterzone und einer zweiten, die Durchbrechungsteile der Basiszone kontaktierenden Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei diagonal benachbarten Durchbrechungsteilen (21) der regelmäßig angeordneten Durchbrechungsteile (21) der Basiszone (15) gleich der effektiven Emitterbreite des Transistors ist.

2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Emitterzone (19) und die Basiszone (15) kontaktierenden Elektroden (26, 27), an denen elektrische Anschlußdrähte (28, 29) angebracht sind, die Form zweier verzahnter Kämme haben.

3. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungsteile (21) der Basiszone (15) einen niedrigeren spezifischen Widerstand als der übrige Teil der Basiszone (15) aufweisen.