DE1789119B2 - Halbleiterbauelement. Ausscheidung aus: 1514855 - Google Patents
Halbleiterbauelement. Ausscheidung aus: 1514855Info
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Description
25
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit mindestens einem an die Oberfläche eines Halbleiterkörper
mündenden pn-übergang, bei dem (diese Oberfläche des Halbleiterkörpers zumindest
teilweise von einer Oxidschicht überdeckt ist und bei dem eine mit dem Halbleiterkörper in Kontakt stehende
und teilweise oberhalb der Oxidschicht liegende Abschirmelektrode vorgesehen ist.
Ein in der Halbleitertechnologie seit langem vorliegendes Problem ist der Abbau von in Sperrichtung
vorgespannten pn-Übergängen in Bauelementen, welche hohen Betriebstemperaturen unterliegen. Der
zu diesem Abbau am meisten beitragende Faktor ist die Oberflächeninversion, nämlich die Tendenz des
Halbleitermaterials, an der Oberfläche sich von einem I eitungstyp in den entgegengesetzten Leitungstyp
umzuwandeln. Dieser Effekt herrscht insbesondere in p-Silizium mit aufgebrachter Siliziumoxidschicht
vor, wobei die Oberfläche dazu neigt, sich in η-Silizium zu verwandeln. Da ferner der Kollektor-Basis-Übergang
eines Transistors stark in Sperrichtung vorgespannt ist und die Kollektorzone gewöhnlich
schwächer als Basis uiid Emitter dotiert ist, tritt der schädliche Effekt der Oberflächeninversion am
stärksten in der Kollektor-Basis-Kennlinie von pnp-Silizium-Planar-Transistoren
in Erscheinung. Die Inversion wird durch stärkere Dotierung der p-Kollektorzone
reduziert, jedoch beschränkt dies den Transistor auf niedere Kollektor-Basis-Durchbruchspannungen.
Zu einer teilweisen Lösung des Inversionsproblems führt die Verwendung eines einen hohen
Widerstand besitzenden p-Malerials für den Kollektor
uiid die anschließende Bildung einer stark dotierten
p-Zone in der Nähe der Grundkörperoberfläche in der Kollektorzone, die die Basiszone umgibt, jedoch
im Abstand von dieser liegt (vgl. zum Beispiel kanadische Patentschrift 667 423 und die Zeitschrift
»Internationale Elektronische Rundscnau«, 1964, Heft 8, S. 423 bis 426). bei diesem Aufbau wird die
ρ4--Zone als »Schutzring« (guard ring) bezeichnet,
obwohl in manchen Fällen dieser Bereich nicht ring- oder kreisförmig, sondern vielmehr quadratisch oder
rechteckig ist. In jedem Falle liegt jedoch eine in sich geschlossene Konfiguration vor. Der Schutzring verlangsamt
den auf der Oberfläcbeninversion beruhenden
Abbau des pn-Überganges und ermöglicht trotzdem, daß die Kollektorzone einen hohen Widerstand
besitzt, so daß die Durchbruchspannung in Sperrichiung
hoch sein kann.
Obwohl der Schutz- oder Sicherheitsring sich bei konventionellen Transistoren als sehr wirksam erwiesen
hat, verliert er seine Wirksamkeit, wenn metallische Streifen auf die Siliziumoxidschicht aufgebracht
werden, die die Oberfläche des Halbleiterkörpers bedeckt, wie dies bei integrierten Schaltungen für die
Zwischenverbindungen und bei Transistoren mit breiten Kontakten (expanded contacts) notwendig
und beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 2 972 092 und der französischen Patentschrift
1262176 bekannt ist. Der Leitungsstreifen begünstigt
die Bildung einer Inversionsschicht an der Oberfläche des Halbleiterkörpers, wenn er in bezug auf
das darunterliegende Halbleitermaterial stark positiv vorgespannt ist. Dabei wird eine starke Konzentration
an Elektronen (η-Typ Ladungsträger) im Silizium dicht unter dem Streifen erzeugt. Es entsteht
also in Wirklichkeit eine η+ -Zone und dort, wo diese an d^n ρ -f -Sicherheitsringbereich angrenzt, ergibt
sich ein ρ +'11 +-Übergang. Ein solcher Übergang zeigt von Natur aus eine sehr niedrige Durchbruchspannung
in Sperrichtung und wirkt praktisc' als Kurzschluß. Der durch die Felder der über der.
Halbleitermaterial laufenden Verbindungsleitungt bzw. Elektroden bewirkte Effekt ist dabei so stark.
daß er bei einem bekannten Halbleiterbauelement 7u dessen Steuerung verwendet wurde (britische Pateni
schrift 954 947).
Ferner beschreibt die französische Patentschrift 1 361 215 bereits ein Halbleiterbauelement der eingangs
beschriebenen Art, und zwar eine Diode, bei der ein Kontaktbereich derart ausgedehnt ist, daß er
über pn-übergang an der Oberfläche des Halblnk-rkörpers
hinausgreift. Das von dem Kontaktbereich ausgehende elektrische Feld soll dabei schädliche
Einflüsse und Inversionsschichten an der Oberfläche des Halbleitermaterials unterhalb des Kontaktbereichs
unterdrücken, so daß dieser bei der bekannten Diode außer der Kontaktierung auch noch als Abschirmelektrode
dienen soll.
Es hat sich nun gezeigt, daß die Ausbildung von Kontakten als Abschirmelektroden gemäß der zitierten
französischen Patentschrift nicht zu dem gewünschten Erfolg führt, da das Entstehen von schädlichen
Inversionsschichten bei derartigen Abschirmelektroden nicht nur nicht unterdrückt wird, sondern
je nach Polarität der angelegten Spannung sogar gefördert wird.
Ausgehend von obigem Stand der Technik wurde versucht, die Einflüsse der Oberflächeninversion bei
Halbleiterbauelementen zu reduzieren, wobei für Halbleiterbauelemente mit einem Halbleitergrundkörper,
in dem mindestens ein elektronisches Bauelement vorgesehen ist und die mit metallischen Verbindungsleitungen
versehen sind, die verschiedene Teile des Bauelements bzw. der Bauelemente miteinander
verbinden und die von der Oberfläche des Grundkörpers durch eine nichtleitende Schicht isoliert sind,
der Vorschlag gemacht wurde (vgl. deutsche Patentschrift 1 514 855), dieses Problem dadurch zu lösen,
daß jeweils zwischen den Verbindungsleitungen und der Oberfläche des Grundkörpers ein elektrisch lei-
3 4
tendes Abschirmelement angeordnet wird, das mit bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Halbieiter-
einem Oberflächenbereich des Grundkörpers, der im bauelementes zeigt.
<„,,«.c™»iit«i Anifi h
Abstand vom elektronsichen Bauelement bzw. einer Bei dem in der Zeichnung,*"7"M» ^
Grenzfläche desselben angeordnet -st, elektrisch lei- rungsbeispiel eines Halbleiterbauelementes handelt
tend verbunden ist. 5 es sich um einen pnp-Transistor _in emem H^bkUe
Bei der Entwicklung und Prüfung dieser Halb- körper 100 aus p-leitendem Silmum der
leiterbauelemenie stellte es sich heraus, daß auch bei den Kollektor des Transistors ^det. Der
Halbleiterbauelementen mit üblichen Kontakten des weist ferner einen Bassbereuu 101 aus ™e,
nicht expandierten Typs, d.h. ohne Leitungsstreifen, Material auf sowie e»nen n^™"e'fJeS Halbleiter
die obeAalb von übergängen der Halbleiterbauele- i. p-leitendem Material, ^e Oberflache des Halbleiter
mente an der Oberseite einer Oxidbeschichtung ver- körpers ist von einer O^ctehU03b»deck t Der
laufen, eine Oberflächeninversion auftreten kann. Basiskontakt 104 und der Em tterkon^tlüa beste
Die Versuchsergebnisse legten den Schluß nahe, daß hen aus Metall, welches auJ *r OterUacne^aes
auch bei diesen Halbleiterbauelementen die Oberfl*- Halbleiterkörpers 100 m den durch die Otfnun en m
cheninversion auf Grund eines elektrischen Feldef- *3 der Oxidschicht hindurch frei liegenden£««cheaab-
fektes auftritt, da sich ein elektrisches Feld selbst geschieden wurde. Auf der Ructa^e des^«γ
dann senkrecht zu der Oxidschicht aufzubauen körpers 100 ist e.n ebenfalls aus Metoll
schemt, wenn sich keine Metallstreifen über das Oxid ^^^^^JS^ $
Ohne daß es möglich gewesen wäre, die Vorgänge »o Sperrichtung angelegt wird,
im einzelnen genau aufzuklären, war doch anzuneh- 104 in bzug auf den ^^^^SS
men, daß dieser Effekt auf eine Ionisierung der Dabei scheint sich wie berets eingangs eriautert
Oberseite der Oxidschicht zurückgeht, welche die ein elektrisches Feld aufzubauen welches senkrech^
Bildung einer positiven Ladung ermöglicht, wenn die zu der Oxidschicht 103 genchet ist und zwar trotz
Elektronen zum positiven Kontakt eines Halbleiter- 25 der Tatsache daß keine Metallstreifen auf de MJber
bauelements fließen. Die Oberfläche des unter dem seite des Ox.desangebracht^indEs^St ™>%™™?^
Oxid liegenden p-leitenden Siliziums kann dann na- daß dieser Effekt auf d« Ionisierung der Oberseite
,türlich bei einer entsprechenden Konzentration von der Oxidschicht »"^^^^,^KnS
Elektronen auf der Oberseite der Oxidschicht inver- positiven Ladung ermöglicht wenn d»5 «ektr.onen
tiert werden. Es wurde beobachtet, daß dieser Effekt 30 zu dem auf dnem positiveren Poten.al hegen den Ba^
mit steigender Temperatur zunimmt. siskontakt 104 fließen. Obwohl di■ Ph^is^en_
Die Oxidschicht kann, vielleicht durch Ionenwan- Ursachen fur die beobachteten Effekte nicht voll
derung, einen polarisierten Zustand einnehmen, so ständig geklärt sind, wurde festgestellt' daJ d™_
daß das Feld und die Inversionsschicht auch dann bildung eines elektrischen Feldes und die h«raus^re
erhalten bleiben, wenn die Vorspannung in Sperrich- 35 sultierende Inversion durch Anbringeη einer AD
tung entfernt und die Temperatur abgesenkt wird. schirmelektrode 107 verhütet werden kann welche
Ausgehend von dem eingangs geschilderten Stand die Basiszone umgibt, jedoch«m,Abstand χ on ihr an
der Technik lag der vorliegenden Erfindung auf geordnet ist Die Abschirmelektrode 107 ^ w
Grund der vorstehend geschilderten Beobachtungen aus der Zeichnung ersichtlich 1st, .mλΧ to
nun die Aufgabe zugrunde, auch für Halbleiterbau- 40 p-le.tenden S.hziums ™ KoHA^rbJ^ J
elemente der eingangs beschriebenen Art, d. h. auch ghnisto Kon^t jmd« rla uft von da u ch
für Halbleiterbauelemente, bei denen keine expan- Oxidschicht 103 hindurch zu deren "^™
diertcn Leitungen oberhalb von pn-übergängen an auf der Oberseite der ^'^'f^/^^Seder
Oberseite einer Oxidschicht verlaufen, Maßnah- d. h. in Richtung auf den J^" ™d. ^"^"^ der
men vorzuschlagen, die geeignet sind, bei diesen 45 reich Die Gegenwart,der Abschirmel^trod^ju der
Halbleiterbauelementen das Auftreten einer Oberflä- Ox.dflache verhütet die Ausb[dun|
cheninversion zu verhindern bzw. die ungünstigen bzw. d.e A.u*''dungei^^
EinHüsse einer so.chen Oberflächeninversion Zu re- ^tSSo^J^^SSi^^
Diese" Aufgabe wird nun durch ein Halbleiterbau- 5o kurzgeschossen ist. Auf *« We*| Jjn" em Kanal
element der "eingangs beschriebenen Art gelöst, wel- der die Basis ^^.^^^^^
chcs gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet der erläuterten Effekte kurzschließt, nicht ent eh« .
ist daß dx Abschirmelektrode mit einem Bereich Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die Her-
Sser Oberfläche des Halbleiterkörper in Kontakt stellung eines Halbleiterbauelementes ,wenn -η
steht der den pn-übergang bzw. die pn-Übergänge 55 der Notwendigkeit des Anbringender Abschirme
ni Abstand umgibt und daß die Abschirmelektrode iektrode einmal absieht, in der dem Fachmann gelaud«Ä
PÖÄ aufweist wie der mit ihr in Kon- figcn Weise erfolgt. Einzelheiten eine^ derart,^
takt stehende Oberflächenbereich des Halbleiterkör- Herstellungsverfahrens lassen s.d, b^»dsweise der
bereits erwähnten deutschen Patentscnritt 1314ö.o
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer 60 entnehmen, die ebenfalls auf eine Anmeldung der
Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur ein Anmeldern! zurückgeht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Halbleiterbauelement mit mindestens einem an die Oberfläche eines Halbleiterkörpers mündenden pn-übergang, bei dem diese Oberfläche des Halbleiterkörpers zumindest teilweise von einer Oxidschicht überdeckt ist und bei dem eine mit dem Halbleiterkörper in Kontakt stehende und teilweise oberhalb der Oxidschicht liegende Abschirmelektrode vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektrode (107) mit einem Bereich dieser Oberfläche des Halbleiterkörpers (100) in Kontakt steht, der den pn-übergang bzw. die pn-Übergänge im Abstand umgibt, und daß die Abschirmelektrode (107) das gleiche Potential aufweist wie der mit ihr in Kontakt stehende Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers (100).20
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1969
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