DE1789195C2

DE1789195C2 - Planartransistor

Info

Publication number: DE1789195C2
Application number: DE1789195A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. Dr. 7000 Stuttgart Linstedt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1967-06-19
Filing date: 1967-06-19
Publication date: 1983-03-17

Description

(Unterseite des Plättebens) ganzflächig mit der Kollektorelektrode 14 versehen ist. Von der zweiten Hauptoberfläche (Oberseite) des Halbleiierplätichens U aus ist in das Hulbleiierplättchen Il eine erste P-Ieiiende Diffijsionszone 12 eindifiundiert, die als Basiszone dient und mit der nicht dargestellten Basiselektrode des Transistors versehen ist. Die Kollektorzone 11 und die als Basiszone dienende erste P-Ieitende Diffusionszone 12 bilden zwischen sich einen ersten PN-Übergang, der sich an die zweite Haupioberfliäche (Oberseite) des Halbleiterplältchens 11 erstreckt. Von der zweiten Hauptoberfläche (Oberseite) des Halbleiierplättchens 11 aus sind in dieses zweite P-Ieitende Diffusionszonen 1, 2, 3 eindiffundieri. welche ringförmig ausgebildet sind, den ersten PN-Übergang umschließen und zwischen sich und der Kollektorzone 11 den ersten PN-Übergang umschließende zweite PN-ÜbergSnge bilden.

Die von der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterplattchens 11 in dieses eindiffundierten P-leitenden Diffusionszonen 12. 1, 2, 3 stimmen in ihrer Diffusionstiefe, in ihrem Diffusionsprufii und in ihrer Obcrflächcnkorszentration überein, da sie in einem einzigen Diifusionsvorgang mit Hilfe einer entsprechend ausgebildeten Diffusionsmaske gleichzeitig hergestellt werden. Diese Maske enthält außer der für die erste Diffusionszone 12 vorgesehenen runden Öffnung noch jeweils eine ringförmige Öffnung für die zweiten Diffusionszonen 1.2 und 3.

Von der zweiten Hauptoberfläche (Oberseite) des HaIbleiterpläiichens 11 aus ist schließlich in die als Basiszone dienende erste Diffusionszone 12 eine als Emitterzone dienende N*-leitende Diffusionszone 13 eindiffundiert, die mit der nicht dargestellten Emitterelektrode versehen

Die ringförmigen zweiten Diffusionszonen 1, 2, 3 sind dagegen nicht mit Elektroden versehen und haben - wie bei dem bekannten Planartransistor - von der als Basiszone dienenden ersten Diffusionszone 12 und voneinander einen solchen Abstand, daß bei steigender Sperrspannung die sich in die Kollektorzone 11 ausdehnende Sperrschicht, uei der innersten ringförmigen Diffusionszone 1 beginnend, jeweils auf eine der aufeinanderfolgenden ringförmigen Diffusionszonen 1, 2, 3 überspringt, bevor die Sperrspannung die von der Krümmung der Grenze der Raumladungsschicht des PN-Übergangs bestimmte Durchbruchspannung ereicht und einen Durchbruch verursacht.

Der Planartransistor nach der Erfindung unterscheidet sich nun dadurch von dem bekannten Planartransistor, daß bei ihm von der zweiten Hauptoberfläche des HaIbleiterplättchens 11 aus in die P-leitenden ringförmigen Diffusionszonen 1. 2. 3 jeweils eine N'-Ieitende ringförmige Diffusionszone Ic, la. 3a gleichzeitig, also in einem Diffusionsvorgang, mit Hilfe einer entsprechend ausgebildeten Diffusionsmaske eindiffundiert ist.

Wie Fig. 2 zeigt, ist in gleicher Weise wie bei dem bekannten Planartransistor an der zweiten Hauptoberfläche des llalblejierpiattchens 11 eine Oxidschicht 15 angebracht, welcne die ringförmigen Diffusionszonen 1, 2, 5 und la, 2a, 3a abdeckt.

Mit gestrichelten Linien ist in Fig. 2 zur Erläuterung der bei dem bekannten und bei dem Planartransistor nach der Erfindung erreichbaren Spannungsfestigkeit die jeweilige Grenze der Raumladungsschicht in der Kollektorzone 11 für verschiedene Sperrspannungen V eingezeichnet, die zwischen der Kollektorelektrode 14 und der mit der als Basiszone dienenden ersten Diffusionszone 12 verbundenen, in der Zeichnung nicht dargestellten Basiselektrode angelegt sind.

Betrachtet man die bei steigender Sperrspannung sich von der Diffusionszone 12 aus in die Koliektorzone 11 ausbreitende Raumladungsschicht bei der Spannung von K, = 200 V, so sieht man aus F i g. 2, dnß bei dieser Spannung die Raumladungsschicht die Diffusionszone 1, die bei niedrigerer Sperrspannung von der Diffunsionszone 12 noch durch einen raumladungsfreie-· Streifen der Koliektorzone getrennt war, gerade berühr¹ Bei weiter steigender Sperrspannung dehnt sich nun nicht nur die Raumladungsschicht um die Diffusionszone 12 weiter aus, sondern um die Diffusionszone 1 bildet sich ebenfalls eine solche. Dadurch wird das restliche Gebiet der Kollektorzone zwischen der Diffusionszone 12 und der Diffusionszone 1 sehr schnell durch die Raumladungsschicht ausgefüllt, d. h. die Krümmung der Grenze der Raumladungsschicht des Kollektor-Basis-Übergangs an dieser Stelle abgeflacht.

Bei der Sperrspannung von 250 V, bei der die Diffusionszone 12 allein infolge der Krümmung der Grenze der Raumladungsschicht des PN-Übergangs bereits in die Nähe des Durchbruchs kommen würde, hat sich um die Diffusionszone 1 schon eine relativ dicke Raumladungsschicht gebildet, obwohl dafür nur 50 V zur Verfügung stehen. Der Übergang vom gekrümmten zum ebenen Teil der Grenze der Raumladungsschicht des Kollektor-Basis-Übergangs verläuft allmählich, d. h. unter steigendem Krümmungsradius.

N-:hdem die Grenze der Raumladungsschicht innerhalb der Kollektorzone 11 die Diffusionszone 1 übersprungen hat, ist für die Durchbruchspannunc die Krümmung der Grenze der Raumladungsschicht des PN-Übergangs der Diffusionszone 1 an der der Dlffusions-zone 2 zugewandten Seite maßgebend. Aber an diesem PN-Übergang liegt bei der Gesamtsperrspannung I' nur die Sperrspannung 1-I₁. Wenn diese den Wert I', erreicht, wird die Diffusionszone 2 berührt usw. Auf diese Weise wird die Gesamtsperrspannung Γ in mehrere kleinere Spannungen Γ, unteneilt, die jeweils zwischen den P-leitenden Diffusionszonen 12, I, 2, 3 liegen und gerade bei der du^rch die Tiefe dieser Diffusionszonen gegebenen Krümmung noch keinen Durchbruch erzeugen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Planartransistor mit einem die Kollekiorzone bildenden Halblelierpiatichen vom einen Leiifähigkeiistyp. dessen erste Hauptoberfläche mit der Kollektorelektrode versehen ist, mit einer als Basiszone dienenden, mit der Basiselektrode versehenen ersten Diffusionzone vom entgegengesetzten Leitfähigkeltslyp, die von der zweiten Hauptoberflüche des Halbleiterplättchens aus in das Halbleiterplättchen eindiffundiert ist, so daß die Kollektor- und die erste, als Basiszone dienende Diffusionszone zwischen sich einen sich an die zweite Hauptoberfläche des Halbleiterpläitchens erstreckenden ersten PN-Übergang bilden, mit einer oder mehreren zweiten, den ersten PN-Übergang umschließenden, ringförmigen Diffusionszonen vom l.eitfahigkeitstyp der ersten, als Basiszone dienenden Diffusionszone, die von der zweiten Haupioberfldche des Halbleiter jlättchens aus in das Halbleiterplatich.cn eindiffup.diert sind und zwischen sich und der Kolleklorzone zweite, den ersten PN-Übergang umschließende, ringförmige PN-Übergänge bilden, wobei die erste und die zweiten Diffusionszonen in ihrer Diffusionstiefe, in ihrem Diffusionsprofil und in ihrer Oberflächenkonzentration übereinstimmen, mit einer weiteren, als Emitterzone dienenden, mit der Emitterelektrode versehenen Diffusionszone vom Leitfähigkeitstyp der Kollektorzone, die in die erste, als Basiszone dienende Diffusionszone von der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterplättchens aus eindiffundiert ist, bei dem die zweiten ringförmigen Diffusionszonen nicht mit Elektroden versehen sind und die innerste der zweiten ringförmigen Γ/iffusionszonen von der ersten, als Basiszone dienenden Lrffusionszone einen solchen Abstand hat und alle zweiten ringförmigen Diffusicnszonen voneinander solche Abstände haben, daß bei steigender Sperrspannung die sich in die Kollektorzone ausdehnende Raumladungsschicht, bei der innersten ringförmigen Diffusionszone beginnend, jeweils auf eine der aufeinanderfolgenden ringförmigen Diffusionszonen überspringt, bevor die Sperrspannung die von der Krümmungsgrenze der Raumladungsschicht des PN-Übergangs bestimmte Durchbruchspannung erreicht und einen Durchbruch verursacht, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten ringförmigen Diffusionszonen (1, 2, 3) jeweils eine dritte ringförmige Diffusionszone (la, la, 3σ) vom Leitfähigkeitstyp der als Emitterzone dienenden Diffusionszone (13) aufweisen, die von der zweiten Hauptoberflüche des Halbleiterplättchens (11) aus in die zweite ringförmige Diffusionszone (1, 2, 3) eindiffundiert und nicht mit einer Elektrode versehen ist. wobei die dritten ringförmigen Diffusionszonen (la, la, 3a) und die als Emitterzone dienende Dlffusionszone (13) in ihrer Diffusionstiefe, in Ihrem Diffusionsprofil und in ihrer Oberflächenkonzentration übereinstimmen.

Die Erfindung betrifft einen Planartransistor mit einem die Kollcktnrionc bildenden llalblcltcrplüttchcn vom einen l.eitfiihlgkeltstyp, dessen erste llauptobcrllächc mit der Kollektorelektrode versehen ist. mit einer als Basis /one dienenden, mit der Basiselektrode versehenen ersten Diffusions/one vom entgegengesetzten l.eltfiihigkeltstyp, die von der zweiten Hauptoberflilche des Halbleiterplättchens aus in das HalbleiterpISttchen eindiffundien ist, so daß die Kollektor- und die erste, als Basiszone dienende Diffusionszone zwischen sich einen sich an die zweite Hauptoberfläche des Halbleiterplättchens erstreckenden ersten PN-Übergang bilden, mit einer oder mehreren zweiten, den ersten PN-Übergang umschließenden, ringförmigen Diffusionszonen vom Leitfähigkeitstyp der ersten, als Basiszone dienenden Di.Tusionszone, die von der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterplättchens aus in das Halbleiterplätichen eindiffundiert sind und zwischen sich und der Kollektorzone zweite, den ersten PN-Übergang umschließende, ringförmige PN-Übergänge bilden, wobei die erste und die zwei- ^-en Diffusionszonen in ihrer Diffusionstiefe, in ihrem Diffusionsprofil und in ihrer Oberflächenkonzentration übereinstimmen, mit einer weiteren, als Emitterzone dienenden, mit der Emitterelektrode versehenen Diffusionszone vom Leitfähigkeitstyp der Kollektorzone, die in die erste, als Basiszone dienende Diffusionszone von der zweiten Hauptoberfläche des HalbleiterpläMchens aus eindiffundiert ist, bei dem die zweiten ringförmigen Diffusionszonen nicht mit Elektroden versehen sind und die innerste der zweiten ringförmigen Diffusionszonen von der ersten, als Basiszone dienenden Diffusionszone einen solchen Abstand hat und alle zweiten ringförmigen Diffusionszonen voneinander solche Abstände haben, daß bei steigender Sperrspannung die sich in die Kollektorzone ausdehnende Raumladungsschicht, bei der innersten ringförmigen Diffusionszone beginnend, jeweils auf eine der aufeinanderfolgenden ringförmigen Diffusionszonen überspringt, bevor die Sperrspannung die von der Krümmungsgrenze der Raumladungsschicht des PN-Übergangs bestimmte Durchbruchspannung erreicht und einen Durchbruch verursacht.

Ein Planartransistor dieser Art ist aus der FR-PS 14 21 136 bekannt. Derartige Planartransistoren zeichnen sich infolge der zweiten ringförmigen Diffusionszonen durch eine hohe Kollektor-Basis-Spe."^rspannung aus. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Planartransistor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß beim Überschreiten der Durchbruchspannung der entstehende Sperrstrom einen hohen Widerstand zu überwinden hat.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zweiten ringförmigen Diffunsionszonen jeweils eine dritte ringförmige Diffusionszone vom Leitfähigkeitstyp der als Emitterzone dienenden Diffusionszone aufweisen, die von der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterplättchens aus in die zweite ringförmige Diffusionszone eindiffundiert und nicht mit einer Elektrode versehen ist, wobei die dritten ringförmigen Diffusionszonen und die als Emitterzone dienende Diffusionszone in Ihrer Diffusionstiefe, in ihrem Diffusionsprofil und in ihrer Oberflächenkonzentration übereinstimmen.

Anhand der Zeichnung wird der Planartransistor nach der Erfindung in einem Beispiel näher erläutert. Es zeigt: Fig. I eine nicht maßstäbliche Draufsicht auf einen Planartransistor nach der Erfindung; Flg. 2 einen vergrößerten, etwa maßstäblichen Schnitt entlang der linie Ii-Il der I-'Iu. 1. wobei nur die eine Hälfte des llalbleiterpliUtchens vom Mittelpunkt ab n.ich links dargestellt ist.

Der in den F-"ig. 1 und 2 dargestellte Planartransistor ist - ebenso wie der aus der IR-PS 14 21 136 bekannte Planartransistor in einem N-Ieitenden llalbleiterplättchen Il untergebracht, das die Kollektor/one des Transistors bildet und an seiner ersten llauptuhcrflilche