DE1789119C3 - Halbleiterbauelement. Ausscheidung aus: 1514855 - Google Patents

Halbleiterbauelement. Ausscheidung aus: 1514855

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Description

20 das darunterliegende Halbleitermaterial stark positiv vorgespannt ist. Dabei wird eine starke Konzentra-
tion an Elektronen (η-Typ Ladungsträger) im Silizium dicht unter dem Streifen erzeugt. Es entsteht also in Wirklichkeit eine η+ -Zone und dort, wo 25 diese an den ρ +-Sicherheitsringbereich angrenzt, er-
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement g'bt sich ein ρ +/r. 4-Übergang. Ein solcher Übermit mindestens einem an die Oberfläche eines Halb- gang zeigt von Natur aus eine sehr niedrige Durchleiterkörpers mündenden pn-übergang, bei dem bruchspannung in Sperrichtung und wirkt praktisch diese Oberfläche des Halbleiterkörpers zumindest als Kurzschluß. Der durch die Felder der über dem teilweise von einer Oxidschicht überdeckt ist und bei 30 Halbleitermaterial laufenden Verbindungsleitungen dem eine mit dem HalbleHerkör~sr in Kontakt ste- bzw. Elektroden bewirkte Effekt ist dabei so stark, hende und teilweise oberhalb der Oxidschicht lie- daß er bei einem bekannten Halbleiterbauelement zu gende Abschinnelektrode vorgesehen ist. dessen Steuerung verwendet wurde (britische Patent-
Ein in der Halbleitertechnologie seit langem vor- schrift 954 947).
liegendes Problem ist der Abbau von in Sperrichtung 35 Ferner beschreibt die französische Patentschrift vorgespannten pn-Ubergängen in Bauelementen, ' 361 215 bereits ein Halbleiterbauelement der einweiche hohen Betriebstemperaturen unterliegen. Der gangs beschriebenen Art, und zwar eine Diode, bei zu diesem Abbau am meisten beitragende Faktor ist der ein Kontaktbereich derart ausgedehnt ist, daß er die Oberflächeninversion, nämlich die Tendenz des über pn-übergang an der Obcifläche des Halbleiter-Halbleitermaterials, an der Oberfläche sich von *° körpers hinausgreift. Das von dem Kontaktbereich einem Leitungstyp in den entgegengesetzten Lei- ausgehende elektrische Feld soll dabei schädliche tungstyp umzuwandeln. Dieser Effekt herrscht insbe- Einflüsse und Inversionsschichten an der Oberfläche sondere in p-Silizium mit aufgebrachter Siliziumoxid- des Halbleitermaterials unterhalb des Kontaktbcschicht vor, wobei die Oberfläche dazu neigt, sich in reichs unterdrücken, so daß dieser bei der bekannten η-Silizium zu verwandeln. Da ferner der Kollektor- 45 Diode außer der Kontaktierung auch noch als AbBasis-Übergang eines Transistors stark in Sperrich- schirmelektrode dienen soll.
tung vorgespannt ist und die Kollektorzone gewöhn- Es hat sich nun gezeigt, daß die Ausbildung von lieh schwächer als Basis und Emitter dotiert ist, tritt Kontakten als Abschirmelektroden gemäß der zitierder schädliche Effekt der Oberflächeninversion am ten französischen Patentschrift nicht zu dem gestärksten in der Kollektor-Basis-Kennlinie von pnp- 5° wünschten Erfolg führt, da das Entstehen von schäd-Silizium-Planar-Transistoren in Erscheinung. Die In- liehen Inversionsschichten bei derartigen Abschirmversion wird durch stärkere Dotierung der p-Kollek- elektroden nicht nur nicht unterdrückt wird, sondern torzora reduziert, jedoch beschränkt dies den Transi- je nach Polarität der angelegten Spannung sogar gestor auf niedere Kollektor-Basis-Durchbruchspan- fördert wird.
nungen. Zu einer teilweisen Lösung des Inversions- 55 Ausgehend von obigem Stand der Technik wurde
problems führt die Verwendung eines einen hohen versucht, die Einflüsse der Oberflächeninversion bei
Widerstand besitzenden p-Materials für den Kollek- Halbleiterbauelementen zu reduzieren, wobei für
tor und die anschließende Bildung einer stark dotier- Halbleiterbauelemente mit einem Halbleitergrund-
ten p-Zone in der Nähe der Grundkörperoberfläche körper, in dem mindestens ein elektronisches Bauelein der Kollektorzone, die die Basiszone umgibt, je- 60 ment vorgesehen ist und die mit metallischen Verbin-
doch im Abstand von dieser liegt (vgl. zum Beispiel dungsleitungen versehen sind, die verschiedene Teile
kanadische Patentschrift 667 423 und die Zeitschrift des Bauelements bzw. der Bauelemente miteinander
»Internationale Elektronische Rundschau«, 1964, verbinden und die von der Oberfläche des Grundkör-
Heft 8, S. 423 bis 426). Bei diesem Aufbau wird die pers durch eine nichtleitende Schicht isoliert sind, ρ-(--Zone als »Schutzring« (guard ring) bezeichnet, 6s der Vorschlag gemacht wurde (vgl. deutsche Patent-
obwohl in manchen Fällen dieser Bereich nicht ring- schrift 1 514 855), dieses Problem dadurch zu lösen,
oder kreisförmig, sondern vielmehr quadratisch oder daß jeweils zwischen den Verbindungsleitungen und
rechteckig ist. In jedem Falle liegt jedoch eine in sich der Oberfläche des Grundkörpers ein elektrisch let-
i 789
tendes Abschirmelement angeordnet wird, das mit einem OberflSchenbereich des Grundkörpers, der im Abstand vom elektronsichen Bauelement bzw. einer Grenzfläche desselben angeordnet ist, elektrisch leitend verbunden ist.
Bei der Entwicklung und Prüfung dieser Halbleiterbauelemente stellte es sich heraus, daß auch bei Halbleiterbauelementen mit üblichen Kontakten des nicht expandierten Typs, d. h. ohne Le'itungsstreifen, die oberhalb von Übergängen der Halbleiterbauelemente an der Oberseite einer Oxidbeschichtung verlaufen, eine Oberflächeninversion auftreten kann. Die Versuchsergebnisse legten den Schluß nahe, daß auch bei diesen Halbleiterbauelementen die Oberflächeninversion auf Grund eines elektrischen Feldeffektes auftritt, da sich ein elektrisches Feld selbst dann senkrecht zu der Oxidschicht aufzubauen scheint, wenn sich keine Metallstreifen über das Oxid erstrecken.
Ohne daß es möglich gewesen wäre, die Vorgänge ao im einzelnen genau aufzuklären, war doch anzunehmen, daß dieser Effekt auf eine Ionisierung der Oberseite der Oxidschicht zurückgeht, welche die Bildung einer positiven Ladung ermöglicht, wenn die Elektronen zum positiven Kontakt eines Halbleiter- aa bauelements fließen. Die Oberfläche des unter dem Oxid liegenden p-leitenden Siliziums kann dann natürlich bei einer entsprechenden Konzentration von Elektronen auf der Oberseite der Oxidschicht invertiert werden. Es wurde beobachtet, daß dieser Effekt mit steigender Temperatur zunimmt.
Die Oxidschicht kann, vielleicht durch Ionenwanderung, einen polarisierten Zustand einnehmen, so daß das Feld und die Inversionsschicht auch dann erhalten bleiben, wenn die Vorspannung in Sperrichtung entfernt und die Temperatur abgesenkt wird.
Ausgehend von dem eingangs geschilderten Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung auf Grund der vorstehend geschilderten Beobachtungen nun die Aufgabe zugrunde, auch für Halbleiterbauelemente der eingangs beschriebenen Art, d. h. auch für Halbleiterbauelemente, bei denen keine expandierten Leitungen oberhalb von pn-Ubergängen an der Oberseite einer Oxidschicht verlaufen, Maßnahmen vorzuschlagen, die geeignet sind, bei diesen Halbleiterbauelementen das Auftreten einer Oberflächeninversion zu verhindern bzw. die ungünstigen Einflüsse einer solchen Oberflächeninversion zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird nun durch ein Halbleiterbauelement der eingangs beschriebenen Art gelöst, welches gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß dl*; Abschirmelektrode mit einem Bereich dieser Oberfläche des Halbleiterkörpers in Kontakt steht, der den pn-übergang bzw. die pn-Ubergänge im Abstand umgibt, und daß die Abschirmelektrode das gleiche Potential aufweist wie der mit ihr in Kontakt stehende Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelementes zeigt.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausfübrungsbeispiel eines Halbleiterbauelementes bandelt es sich um einen pnp-Transistor in einem Halbleiterkörper 100 aus p-leUendem Silizium, der gleichzeitig den Kollektor des Transistors bildet. Der Transistor weist ferner einen Basisbereich 101 aus n-leUendem Material auf sowie einen Emitterbereich 1§2 aus p-leitendem Material. Die Oberfläche des Halbleiterkörpers ist von einer Oxidschicht 103 bedeckt. Der Basiskontakt 104 und der Emitterkontakt 105 bestehen aus Metall, welches auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 100 in den durch die öffnungen in der Oxidschicht hindurch frei liegenden Bereichen abgeschieden wurde. Auf der Rückseite des Halbleiterkörpers 100 ist ein ebenfalls aus Metall bestehender Kollektorkontakt 106 angeordnet. Wenn zwischen der Basis und dem Kollektor eine Vorspannung in Sperrichtung angelegt v,ird, wird der Basiskontakt 104 in bzug auf den Kc. iektorkontakt 106 positiv. Dabei scheint sich, wie betoits eingangs erläutert, ein elektrisches Feld aufzubauen, welches senkrecht zu der Oxidschicht 103 gerichtet ist, und zwar trotz der Tatsache, daß keine Metallstreifen auf der Oberseite des Oxides angebracht sind. Es ist anzunehmen, daß dieser Effekt auf die Ionisierung der Oberseite der Oxidschicht zurückgeht, welche die Bildung einer positiven Ladung ermöglicht, wenn die Elektronen zu dem auf einem positiveren Potential liegenden Basiskontakt 104 fließen. Obwohl die physikalischen Ursachen für die beobachteten Effekte nicht vollständig geklärt sind, wurde festgestellt, daß die Ausbildung eines elektrischen Feldes und die hieraus resultierende Inversion durch Anbringen einer Abschirmelektrode 107 verhütet werden kann, welche die Basiszone umgibt, jedoch im Abstand von ihr angeordnet ist. Die Abschirmelektrod*. 107 bildet, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, mit der Fläche des p-leitenden Siliziums im Kollektrorbereich einen Ohmschen Kontakt und verläuft von da durch die Oxidschicht 103 hindurch zu deren Oberseite und auf der Oberseite der Oxidschicht 103 nach einwärts, d. h. in Richtung auf den Basis- und den Emitterbere.ch. Die Gegenwart der Abschirmelektrode auf der Oxidfläche verhütet die Ausbildung von Ladungen bzw. die Ausbildung eines elektrischen Feldes zumindest unterhalb des Metalls, da dieser Teil der Oberfläche des Oxids mit dem darunterliegenden Silizium kurzgeschossen ist. Auf diese Weise kann ein Kanal, der die Basis gegenüber dem Kollektor auf Grund der erläuterten Effekte kurzschließt, nicht entstehen.
Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die Herstellung eines Halbleiterbaueiem-jntes, wenn man von der Notwendigkeit des Anbringens der Abschirmelektrode einmal absieht, in der dem Fachmann geläufigen Weise erfolgt. Einzelheiten eines derartigen Herstellungsverfahrens lassen sich beispielsweise der bereits erwähnten deutschen Patentschrift 1514 855 entnehmen, die ebenfalls Ruf eine Anmeldung der Anmelderin zurückgeht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. geschlossene Konfiguration vor. Der Schutzring verPatentanspruch: lanßsamt den auf der OberflScbeninversion beruhenden Abbau des pn»Überganges und ermöglicht trotz-
    HalbJeUerbauelement mit mindestens einem an dem, daß die Kollektorzone einen hohen Widerstand
    die Oberfläche eines Halbleiterkörpers munden- 5 besitzt, so daß die Durcnbruchspannung in Sperrich-
    den pn-übergang, bei dem diese Oberfläche des tung hoch sein kann.
    Halbleiterkörpers zumindest teilweise von einer Obwohl der Schutz- oder Sicherheitsring sich bei Oxidschicht überdeckt ist und bei dem eine mit konventionellen Transistoren als sehr wirksam erwiedem Halbleiterkörper in Kontakt stehende und sen bat, verliert er seine Wirksamkeit, wenr metalliteilweise oberhalb der Oxidschicht liegende Ab- io sehe Streifen auf die Siliziumoxidschicht aufgebracht schirmelektrode vorgesehen ist, dadurch ge- werden, die die Oberfläche des Halbleiterkörpers bekennzeichnet, daß die Abschinnelektrode deckt, wie dies bei integrierten Schaltungen für die (107) mit einem Bereich dieser Oberfläche des Zwbchenverbinduugers und bei Transistoren mit Halbleiterkörpers (100) in Kontakt steht, der den Veiten Kontakten (expanded contacts) notwendig pn-übergang bzw. die pn-Übergänge im Abstand 15 und beispielsweise aus der USA.-Patentschrift umgibt, und daß die Abschinnelektrode (107) 2972092 und der französischen Patentschrift das gleiche Potential aufweist wie der mit ihr in 1 262176 bekannt ist. Der Leitungsstreifen begün-Kontakt stehende Oberflächenbereich des Halb- stfgt die Bildung einer Inversionsschicht an der Oberleiterkörpers (TOO). fläche des Halbleiterkörpers, wenn er in bezug auf
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