DE1803026C3 - Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ferner wird im Anspruch 7 ein Verfahren angegeben zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß dem Anspruch 1.

Es ist bekannt daß die Betriebsweise von Halbleiterbauelementen und besonders von Transistoren häufiger von Oberflächeneffekten als von Effekten, die sich im Inneren des Halbleiterkörpers abspielen, schädlich beeinflußt wird. Bei einem PNP-Planartransistor grenzen beispielsweise alle Zonen an die eine Scheibenfläche des Halbleiterkörpers, dessen Oberfläche daher zum Schutz gegen Oberflächeneffekte mit einer Isolierschicht überzogen ist Bei derartigen Transistoren wird das elektrische Verhalten der Oberfläche der Kollektorzone durch einen Effekt beeinträchtigt der je nach seiner Stärke als »Oberflächenverarmung« oder »Oberflächeninversion« bezeichnet wird. Man nimmt an, daß dieser Effekt auf positive Ionen in der Isolierschicht beispielsweise Natriumionen in der aufgebrachten Oxydschicht, zurückzuführen ist. Es ist jedoch auch möglich, daß positive Ionen in die Isolierschicht diffundieren, wenn bei der Herstellung eines Transistors die Basis- und Emitterelektroden mit elektrischen Zuleitungen versehen werden, die auf der Oberfläche der Isolierschicht aufliegen, wie es beispielsweise dann der Fall ist, wenn die PN P-Planartransistoren Teil eines integrierten Schaltkreises sind.

Bei solchen PNP-Planartransistoren ist gewöhnlich der Kollektor-PN-Übergang in Sperrichtung vorgespannt, d. h., die Kollektorzone befindet sich bezüglich der Basiszone auf negativem Potential. Aus diesem Grunde werden positve Ionen, die nahe dem Halbleiterkörper des PNP-Planartransistors in der Isolierschicht vorhanden sind, von der auf der Isolierschicht liegenden Basiselektrodenzuleitung abgestoßen, so daß sie in Richtung der Grenzfläche zwischen der Isolierschicht und dem Halbleiterkörper wandern und sich dort insbesondere im Bereich oberhalb der Kollektorzone ansammeln. Wegen dieser Ansammlung positiver Ladungen in den oberflächennahen Bereichen der Isolierschicht werden Elektronen in die oberflächennahen Bereiche der Kollektorzone gezogen, so daß diese Bereiche gleichzeitig an Löchern verarmen und eine Verarmungs- oder eine Inversionsschicht entsteht, die

zur Bildung eines N-leitenden Kanals an der Oberfläche der Kollektorzone führen kann. Durch diesen Kanal wird die Betriebsweise des PNP-Planartransitors empfindlich gestört, da längs der Oberfläche der Kollektorzone Leckströme fließen können, die bei einer hohen Kollektor-Basis-Spannung sogar eine »durch Raumladungen begrenzte« Strom-Spannungs-Kennlinie ergeben kann. Außerdem wächst die Kollektorkapazität, und es wird die Eingangsimpedanz des PNP-PIanartransistors ungünstig beeinflußt In ähnlicher Weise w können sich P-Ieitende Kanäle an den Grenzflächen zwischen N-leitenden Zonen und Isolierschichten bilden.

Um zu vermeiden, daß sich in der P-leitenden Kollektorzone eines PNP-Planartransitors derartige oberflächennahe, N-leitende Kanäle bilden, hat man, wie bekannt, versucht durch einen in der Kollektorzone angeordneten »Schutzring«, der die Basiszone mit Abstand konzentrisch umgibt, aus einem hochdotierten, P-leitenden Bereich besteht und der eir-;r Verarmung _>o und Inversion an der Oberfläche widersteht, den Kanal auf die innerhalb des Schutzrings befindliche Oberfläche der Kollektorzone zu begrenzen (vgl. »Electronic Industries« (Juli 1953), S. 28).

Die Verwendung eines Schutzrings für sich allein ist jedoch zur Vermeidung des schädlichen Einflusses der Oberflächeninversion unzureichend, denn bei sehr hohen Spannungen kann sogar der stark P-Ieitende Schutzring an der Oberfläche eine Inversion erfahren. Aber auch wenn man gemäß NL-AS 6510931 den Schutzring mit einer Feldelektrode verbindet, die im Bereich der Kollektorzone in der Isolierschicht angeordnet ist, läßt sich dieser Nachteil nicht ganz vermeiden.

Hierdurch sollte sichergestellt werden, daß das elektrische Potential auf der Ober- und Unterseite der Isolierschicht gleich groß ist und infolgedessen eine Ionenwanderung von der äußeren Oberfläche der Isolierschicht her in Richtung ihrer an den Halbleiterkörper angrenzenden Oberfläche vermieden wird. Obwohl diese Maßnahme einen geringen Fortschritt bringt, kann die Ionenansammlung im oberflächennahen Teil oberhalb der Kollektorzone eines PNP-Planartransistors nicht vollständig verhindert werden, denn die Kollektorzone wie auch der Schutzring und/oder die 4^Λ> Feldelektrode befinden sich immer auf dem Kollektorpotential. Aus diesem Grund wird durch den Schutzring, die Basiszone und die Basiselektrodenzuleitung eine Kapazität gebildet, die die Eingangsimpedanz des PNP-Planartransistors in schädlicher Weise beeinflußt. Außerdem ist es trotz der geschilderten Maßnahmen nicht möglich, einen in der Grenzfläche zwischen Isolierschicht und Halbleiterkörper schon vorhandenen Kanal zu verkleinern oder ganz zu beseitigen.

Es ist ferner nach der schweizerischen Patentschrift 4 24 995 bereits ein Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art bekannt, bei dem die über einer der durch die Isolierschicht ioslierten Zonen angeordnete Feldelektrode dazu dient, eine störende Randansicht, die durch Verarmung oder Inversion entsteht, zu vermeiden. Nach dieser Patentschrift wird beispielsweise bei einem PNP'Transistor eine störende Randschicht in der P-leitenden Kollektorzone unterhalb der Isolierschicht dadurch vermieden, daß die Feldelektrode auf der Isolierschicht direkt oberhalb der P-leitenden Kollektorzone vorgesehen wird. Die Feldelektrode ist dann bei diesem Transistor gegenüber der Kollektorelektrode konstant negativ vorgespannt. Durch diese Maßnahmen wird die Oberflächeninversion weitgehend unterdrückt Da es jedoch schwierig ist, die Feldelektrode genau gegenüber der zugehörigen Zone auszurichten, können insbesondere an den Rändern der Zone weiterhin Verarmungs- oder sogar Inversionsschichten auftreten, die das Betriebsverhatten nachteilig beeinflussen.

Das Betriebsverhalten dieser Halbleiterbauelemente ist ferner durch die sich zwischen der Feldelektrode und Masse ändernde Spannung gestört da durch diese sich ändernde Spannung störende Rückkopplungskapazitäten entstehen. Bei konstanter Spannung zwischen der Feldelektrode und der Kollektorelektrode ändert sich nämlich die Spannung zwischen der Feldelektrode und Masse mit dem Ausgangssignal, da durch dieses eine Änderung des Potentials der Kollektorelektrode erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Halbleiterbauelemente der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß die Entstehung von Inversionsschichten an der Grenzfläche zwischen einer der Halbleiterzonen des Halbleiterbauelements und der über ihr befindlichen Isolierschicht weitergehend als bekannt und ohne Nachteile durch unerwünschte Kapazitäten zwischen der Feldelektrode und einer der anderen Elektroden bzw. deren Zuleitungen verhindert werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements der angegebenen Art ist im Anspruch 7 gekennzeichnet.

Bei dem Halbleiterbauelement nach der Erfindung wird die Ausbildung von Inversionsschichten, die schon bei der Herstellung entstehen, weitestgehend unterdrückt Durch das Einbetten der Feldeleklrode lassen sich dabei nachteilige Einwirkungen auf das Potential der Feldelektrode von außen her vermeiden, was für eine vollständige Verhinderung der Ausbildung einer Inversionsschicht wichtig ist. Wenn die Feldelektrode auf ein festes Potential gelegt wird, treten weiterhin Rückkopplungskapazitäten zwischen der Kollektorzone und den Basiskontakten nicht auf. Das Halbleiterbauelement weist wegen der genannten Eigenschaft insgesamt ein wesentlich stabileres Betriebsverhalten als die bisher bekannten Halbleiterbauelemente auf, ohne daß dabei seine Kennlinien nachteilig beeinflußt sind.

Das Halbleiterbauelement weist den weiteren Vorteil auf, daß es sich in einfacher Weise nach einem Diffusionsverfahren, und zwar nach dem Verfahren gemäß Anspruch 7 herstellen läßt wobei dann seine Feldelektrode gegenüber der PN-Übergangslinie an der Oberfläche des Halbleiterkörpers zwischen einer unterhalb der Feldelektrode liegenden Zone und einer oder mehreren weiteren angrenzenden Zonen von selbst genau ausgerichtet wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß sich auch keine Inversionsschichten an den Rändern der Feldelektrode bilden, was sich auch positiv auf die Stabilität des Halbleiterbauelements auswirkt.

Es deckt sich also bei den nach diesem Verfahren hergestellten Halbleiterbauelementen der Rand der als Metallschicht ausgebildeten Feldelektrode mit dem Rand des an die Scheibenfläche tretenden PN-Übergangs zwischen der unterhalb der Feldelektrode liegenden Zone und einer oder mehreren benachbarten

Zonen. Handelt es sich bei dem Halbleiterbauelement beispielsweise um einen PNP-Transistor, dessen Basiszone in die Kollektorzone und dessen Emitterzone in die Basiszone eindiffundiert ist, dann wird die Feldelektrode über der Kollektorzone derart angeordnet, daß sich ihr innerer Rand mit dem an die Scheibenfläche tretenden Rand des PN-Übergangs zwischen der Kollektorzone und der Basiszone deckt. Beim Anlegen eines negativen Potentials an die Feldelektrode beim Betrieb des PNP-Transistors wird dann verhindert, daß der Leitungstyp der Kollektorzone in einem an die Scheibenfläche grenzenden Bereich einer Inversion unterliegt Die Kollektorkapazität und die Oberflächenleckströme des Kollektor-PN-Übergangs bleiben daher sehr gering, und man erhält eine sehr geringe Rückkopplungskapazität sowie eine mit dem Verstärkungsfaktor nur geringfügig zunehmende Eingangskapazität.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele von Halbleiterbauelementen nach der Erfindung und ihre Herstellung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert Dabei zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch einen PNP-Transistor nach der Erfindung, der nach einem Diffusionsverfahren hergestellt ist

F i g. 2 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Transistors nach der Erfindung,

F i g. 3 eine Ansicht des Transistors nach Fi g. 2 von oben und

F i g. 4 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Transistors nach der Erfindung.

Zur Herstellung eines durch Oberflächendiffusion gebildeten PNP-Transistors (Fig. 1} wird zunächst ein als Kollektorzone 11 verwendeter scheibenförmiger Halbleiterkörper tO vom P-Leitungstyp hergestellt, dessen eine Scheibenfläche mit 12 bezeichnet ist In diesem Halbleiterkörper 10 wird eine Basiszone 13 vom N-Lehungstyp ausgebildet indem von der Scheibenflache 12 her eine Donatorverunreinigung in einen obenflächennahen Bereich- des Halbleiterkörpers 10 eindiffundiert wird. Hierbei entsteht gleichzeitig ein Kollektor-PN-Übergang 14 zwischen der P-teitenden Koilektorzone 11 und der N-leitenden Basiszone 13. Durch Eindiffusion einer Akzeptorverunreinigung in einen oberflächennahen Teil der Basiszone 13 wird dann eine Emitterzone 15 mit P-Leitfähigkeh hergestellt Hierbei entsteht ein Emitter-PN-Übergang 16 zwischen der Emitterzone 15 und der Basiszone 13. Die Scheibenflache 12 des Halbleiterkörpers 10 ist mit einer Isolierschicht 17 überzogen. Eine mit ihrem ZuleitungsteiJ auf der isolierschicht 17 iiegerrfe Emitterelektrode 18 ist mit der Emitterzone 15, eine mit ihrem Zuleitungsteil auf der Isolierschicht 17 liegende Basiselektrode 19 ist mit der Basiszone 13 elektrisch verbunden. Der in der F i g. 1 dargestellte Transistor kann beispielsweise aus einem Silichimkörper 10 hergestellt werden, der eine epitaktisch gebildete P-leitende Kollektorzone 11 aufweist die beispielsweise mit 10¹⁶ Boratomen/cm³ dotiert ist Die Basiszone 13 kann durch Eindiffusion von Phosphor, Antimon oder Arsen bis zu einer Konzentration von etwa 5 ■ 10" Atomen/cm³ hergestellt werden, während die Emitterzone 15 beispielsweise dadurch gebildet wird, daß in einen Teil der Basiszone 13 bis zu 10¹" Boratome/cm³ eindiffundiert werden. Derartige Diffusionsverfahren zum Herstellen von PNP-Transistoren sind bekannt und können bei den üblichen Temperaturen und unter den üblichen Bedingungen durchgeführt werden.

Innerhalb der Isolierschicht 17 ist eine Feldelektrode aus einem leitenden Material, vorzugsweise einem > hochschmelzenden Metall wie Molybdän oder Wolfram, das mit dem Material der Isolierschicht 17 nicht reagiert, derart eingebettet, daß sie elektrisch von allen Zonen des Transistors isoliert ist. Der Innendurchmesser der ringförmigen Feldelektrode 24 ist im wesentlichen

ίο genau so groß wie der Außendurchmesser der

Basiszone 13, und der Innenrand der Feldelektrode 24

weist im wesentlichen die gleiche Geometrie wie der

Außenrand der Basiszone 13 auf. Die Isolierschicht 17 besteht im allgemeinen aus

nacheinander niedergeschlagenen Filmen. Sie kann insbesondere Siliciumdioxid enthalten, das sich zum Schutz der Oberfläche von Silicium ausgezeichnet eignet Außerdem kann die Isolierschicht 17 ganz oder teilweise aus einem oder mehreren Siüciumnitridfilmen oder Filmen aus einer amorphen Mischung von Silicium, Sauerstoff und Stickstoff, also Silkäumoxynitrid, bestehen. Außerdem kann sie einen oder mehrere, in beliebiger Reihenfolge aufgebrachte Filme enthalten. Zur Herstellung des in F i g. 1 gezeigten Transistors kann man beispielsweise von einem P-leitenden Siliciumkörper mit einer Borkonzentration von etwa 10'* Atomen/cm³ ausgehen.

Dieser Siliciumkörper wird dann in ein Reaktionsgefäß gebracht und in einer trockenen Sauerstoffatmo- Sphäre etwa vier Standen lang auf einer Temperatur von beispielsweise H)OO⁰C gehalten, damit sich, auf seiner Oberfläche eine beispielsweise 2000 A dicke Schicht aus thermisch gewachsenem Siliciumdioxid ergibt Nach der Bildung dieser SQiciumdioxidschicht

J5 wird diese mit einer 2000 A dicken Metallschicht aus beispielsweise Molybdän Oberzogen, die beispielsweise in einem TriodenentiadungsgemäB durch Zerstäubung aufgebracht wird, indem eine Molybdänkathode nahe der Silichimoxidoberfläche angeordnet wird. Dieser

Verfahrensschritt kann in einer Argonatmosphäre von OX)15Torr etwa IO Minuten lang durchgeführt werden. Nach der Bildung der als Feldelektrode 24 dienenden Metallschicht wird diese mit einer zweiten Isolierschicht

fiberzogen, die beispielsweise Sflttiumdioxid, Silichimni trid oder Siliciumoxynitrid enthält Sou eine Siliciumdi- oxidschkht aufgebracht werden, dann kann dies durch Pyrolyse aus efner Ober den Saicäimkörper streichenden Argonströmung erreicht werden. Hierfür werden trockene, reine Argonblasen not einer Geschwindigkeit

se von etwa W m³/Stunde durch Äthyiorthosilikat und von dort fiber den auf etwa 8OQ⁰C erhitzten Siliciumkörper geleitet Zur Herstellung einer etwa 2000 A dicken SOkhnn*oxidschicht wird die Argonströmung etwa 15 Minuten lang aufrechterhalten.

Nach der Bildung der zweiten Sifichirodioxidschicht wird auf dieser auf fotoHthografischem Wege eine Maske aufgebracht welche ein mittleres Fenster aufweist die der erwünschten Geometrie der Basiszone des Transistors entspricht Die Oxid- und Molybdän schichten werden dann weggeätzt, um die Oberfläche 12 des Silidumkörpers 10 freizulegen. Dies kann dadurch geschehen, daß man den Siliciumkörper 10 zunächst etwa 2 Minuten lang in ein aus gepufferter Flußsäure (HF) bestehendes Ätzmittel eintaucht um die obere Isolierschicht wegzuätzen, dann in destilliertem Wasser wäscht und etwa 15 Sekunden Fang in em Ferricyanid-Ätzmittel eintaucht um die Molybdänschicht wegzuätzen, und schließlich erneut in destilliertem Wasser

wäscht und ein zweites Mal etwa 2 Minuten lang in dem aus gepufferter Flußsäure (HF) bestehenden Ätzmittel ätzt, um das restliche Siliciumdioxid zu entfernen und die Siliciumoberfläche 12 freizulegen.

Die verbleibende Siliciumdioxidschicht mit der eingebetteten Metallschicht dient nun als Diffusionsmaske beim Herstellen der Basiszone 13. Hierdurch wird erreicht, daß die Metallschicht nach dem Herstellen der Basiszone genau auf diese ausgerichtet ist und die gleiche Geometrie wie der Rand des an die Oberfläche 12 tretenden Basis-Kollektor-Übergangs aufweist.

Die Reihenfolge der Schichtenbildung kann verändert werden. Beispielsweise kann vor oder nach der Bildung einer der beiden Siliciumdioxidschichten eine r> zusätzliche Siliciumnitridschicht vorgesehen werden, was einen weiteren Atzschritt zum Wegätzen des Siliciumnitrids in konzentrierter HF notwendig macht. In gleicher Weise kann auch eine Siliciumoxynitridschicht vorgesehen werden, für die dann ein Ätzschritt mit gepufferter HF notwendig wird. Um eine automatische Ausrichtung der Metallschicht-Feldelektrode 24 zu erhalten, muß jedoch das Fenster in ihr unter Verwendung der gleichen Schablone bzw. während derjenigen Ätzschritte ausgebildet werden, die auch _>-> zum Herstellen der Diffusionsmaske für die Basiszone notwendig sind.

In die freigelegte Oberfläche 12 des Siliciumkörpers 10 wird anschließend ein Aktivatormaterial wie beispielsweise Phosphor eindiffundiert. Dies kann wie κι üblich dadurch geschehen, daß der maskierte Siliciumkörper etwa 10 Minuten lang auf eine Temperatur von etwa 1100⁰C erhitzt wird, und zwar in einem Reaktionsgefäß, in welchem 50 g Phosphorpentoxid (Ρ:ΟΌ auf eine Temperatur von etwa 250⁰C gebracht π sind. Anschließend wird durch etwa 20 Sekunden langes Ätzen in gepufferter HF alles überschüssige, mit Phosphor dotierte Glas von der Oberfläche des Siliciumkörpers 10 beseitigt. Danach wird der Siliciumkörper 10 erhitzt, damit das Phosphor tiefer in die 4i> Kollektorzone 11 diffundiert. Bei einer Diffusionsdauer von etwa 16 Stunden bei 1100°C bildet sich eine etwa fünf Mikron tief in den Siliciumkörper 10 eingedrungene Basiszone 13.

Nach der Eindiffusion der Basiszone wird auf dem <r> gesamten Siliciumkörper eine 2000 Ä dicke Oxidschicht gebildet, indem der auf 800⁰C erhitzte Siliciumkörper 10 etwa 10 Minuten lang in eine mit Äthylorthosilikat angereicherte Gasströmung gehalten wird. Danach wird auf der Oberfläche auf fotolithografischem Wege eine w Maske gebildet, die die gesamte Oberfläche bedeckt, aber ein kleines, mittleres Fenster aufweist, das durch Eintauchen in gepufferte HF entsteht. Das aus gepufferter HF bestehende Ätzmittel enthält beispielsweise einen Teil konzentrierte HF auf zehn Teile einer ^r>s 4O°/oigen NH4F-Lösung. Nach dem Einätzen des Fensters wird ein Aktivatormaterial wie Bor in die freigelegte Basiszone eindiffundiert, um eine Emitterzone 15 auszubilden. Die Eindiffusion geschieht zweckmäßigerweise bis zu einer Tiefe von etwa 3 Mikron durch t>o halbstündiges Erhitzen des Siliciumkörpers 10 auf etwa 1100⁰C in einer BCb-haltigen Stickstoffatmosphäre. Nach dem Entfernen des überschüssigen Borglases durch einen etwa 15 Sekunden lang mit gepufferter HF durchgeführten Ätzschritt wird etwa 6 Stunden lang bei b5 1100⁰C nachdiffundiert.

Zum Kontaktieren der Emitter-, der Basis- und der Kollektorzone wird auf fotolithografischem Wege auf dem gesamten Siliciumkörper eine Maske gebildet. Durch die Maske hindurch werden in die Oxidschicht Fenster geätzt, und zwar ein bis zur eingebetteten Feldelektrode 24 verlaufendes Fenster, ein Fenster, welches im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Emitterzone freilegt, und ein einen Teil der Oberfläche der Basiszone freilegendes Fenster. Auf dem Siliciumkörper 10 wird dann beispielsweise eine etwa lOOOÄ dicke Aluminiumschicht aufgedampft. Nach dem Entfernen der nicht benötigten Bereiche der Aluminiumschicht durch Ätzen und Anwendung fotolithografischer Verfahren erhält man dann eine Emitterelektrode 18, eine Basiselektrode 19 und einen Anschlußteil 20 für die Feldeleklrode 24. Die Kollektorzone 11 wird dadurch kontaktiert, daß der Siliciumkörper 10 an ein Metallstück anlegiert wird, wobei ein Anschlußteil 21 entsteht.

in der Emitter-Basis-Sehaitung für den PNP-Transistor ist (vgl. Fig. 1) die Emitterzone 15 geerdet, während die Kollektorzone 11 über einen Widerstand 23 mit dem negativen Pol B- einer Batterie verbunden ist. An dem negativen Pol B~, d.h. auf einem festen negativen Potential von beispielsweise —20 V, liegt auch die eingebettete Feldelektrode 24. Das Eingangssignal liegt zwischen der Basiselektrode 19 und Erde. Das Ausgangssignal des Transistors wird am Widerstand 23 abgenommen.

Beim Betrieb des Transistors können die über die Zuleitung der Basiselektrode 19 oder der Emitterelektrode 18 an die äußere Oberfläche der Isolierschicht 17 gelegten Potentiale nicht zu einer Ionenwanderung innerhalb der Isolierschicht 17 und zu einer daraus resultierenden Inversion im oberflächennahen Bereich der Kollektorzone 11 führen.

Da nämlich durch die eingebettete, auf einem relativ stark negativen Potential liegende Feldelektrode 24 positiv geladene Ionen angezogen werden, wird verhindert, daß positive Ionen zur Grenzfläche der Isolierschicht 17 gegen den Halbleiterkörper 10 wandern und dadurch an der Oberfläche der Kollektorzone 11 eine Inversionsschicht gebildet wird. Durch das relativ stark negative Potential der eingebetteten Feldelektrode 24 wird außerdem dafür gesorgt, daß die Majoriläisladungsträger der Kollektorzone 11 in die Verarmungsschicht an ihrer Oberfläche gesaugt werden, wodurch die Ausbildung von Oberflächenkanälen verhindert wird. Da weiterhin das negative Potential festliegt und nicht dem Kollektorpotential folgt, wirkt es als elektrostatische Abschirmung, durch die das Entstehen einer Rückkopplungskapazität zwischen der Kollektorzone und der dariiberliegenden Basiszuleitung verhindert wird. Schließlich wird durch die Feldelektrode 24 auch verhindert, daß sich unter irgendwelchen auf positivem Potential liegenden Elektrodenzuleitungen induzierte Kanäle in der kollektorzone bilden.

In Fig.2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Transistors nach der Erfindung dargestellt, der beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein kann. In einer Kollektorzone 31 ist von einer Oberfläche her eine Basiszone 33 eindiffundiert, wodurch ein Kollektor-PN-Ubergang 34 gebildet ist In die Basiszone 33 ist eine Emitterzone 35 eindiffundiert, die mit der Basiszone einen Emitter-PN-Obergang 36 bildet Mit der Emitterzone 35 ist eine Emitterelektrode 38 und mit der Basiszone 33 eine Basiselektrode 39 verbunden. Außerdem sind zwei konzentrische, eingebettete, ringförmige, als Feldelektroden 43 und 44 dienende Metallschichten vorgesehen. Der Öffnungsquerschnitt der innenliegenden Feldelektrode 44 ist jedoch dem

äußeren Rand der Basiszone 33 angepaßt. Zwischen den beiden Feldelektroden 43 und 44 befindet sich ein Zwischenraum 45, der als Fenster einer Diffusionsmaske verwendet wird, durch die gleichzeitig mit der Herstellung der Emitterzone 35 ein Schutzring 32 gebildet wird, welcher dazu dient, eine Ausdehnung der Basiszone 35 an der Oberfläche des Halbleiterkörpers durch Oberflächeninversion der Kollektorzone 33 zu verhindern. Obgleich es, wie die F i g. 1 zeigt, für die Ausbildung eines Transistors nach der Erfindung nicht notwendig ist, in einem PNP-Transistor einen derartigen Schutzring vorzusehen, kann entsprechend F i g. 2 neben den erfindungsgemäß eingebetteten Feldelektroden 43 und 44 noch ein Schutzring verwendet werden. Durch Verwendung sowohl eines Schutzrings als auch der Feldelektroden erhält man einen ausgezeichneten Schutz gegen die Ausbildung von Oberflächenkanäien in der Kollektorzone und die damit verbundenen nachteiligen Eigenschaften.

Nach der F i g. 3, die eine Draufsicht auf den in F i g. 2 dargestellten Transistor zeigt, ist die Kollektorelektrode an der Kollektorzone 31 mit einem Kollektoranschlußteil 46, die Emitterelektrode 38 mit einem Emitteranschlußteil 47 und die Basiselektrode 39 mit einem Basisanschlußteil 48 versehen. Die Feldelektroden 43 und 44 sind mit Anschlußteilen 49 bzw. 50 versehen.

Auch andere durch Diffusion hergestellte Halbleiterbauelemente, außer PNP-Transistoren, beispielsweise N PN-Transistoren, bei denen die Entstehung eines N-leitenden Kanals auf der Oberfläche einer P-leitenden Zone, beispielsweise einer Basiszone, verhindert werden soll, lassen sich nach der Erfindung ausbilden. In dem Beispiel eines NPN-Transistors wird die eingebettete Feldelektrode über demjenigen Teil der Basiszone gebildet, der an die Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzt (bei dem Transistor nach F i g. 1 beispielsweise über demjenigen Bereich der Basiszone 13, der an die Oberfläche 12 angrenzt). Bei dieser Transistorausführung wird dazu die die Feldelektrode bildende Metallschicht nach dem Eindiffundieren der Basiszone aufgebracht, während das Fenster in ihr gleichzeitig mit der Herstellung des Diffusionsfensters für die Emitterzone ausgebildet wird, so daß der Rand des Fensters in der Metallschicht-Feldelektrode genau auf den an die Oberfläche tretenden Rand des Emitter-Basis-Übergangs ausgerichtet ist. Auch bei dem NPN-Transistor wird die Feldelektrode dazu verwendet, die Entstehung eines P-leitenden Kanals auf der Oberfläche der N-leitenden Kollektorzone zu verhindern. Der NPN-Transistor besitzt ebenfalls im wesentlichen die gleiche Geometrie wie die in den F i g. 1 und 2 gezeigten Transistoren, jedoch wird an die Feldelektrode 24 ein positives Potential geiegt, damit sich in der N-leitenden Kollektorzone 11 kein P-leitender Kanal ausbilden kann.

Als eine weitere mögliche Ausführungsform eines Halbleiterbauelementes nach der Erfindung ist in F i g. 4 ein NPN-Transistor mit in Querrichtung Abständen aufweisenden Zonen dargestellt Er enthält einen Halbleiterkörper 51 mit einer P-leitenden Basiszone 52, einer mittleren, in die Basiszone eindiffundierten, N-leitenden Emitterzone 53 und einer ringförmigen, in die Basiszone eindiffundierten, N-leitenden Kollektor

ίο

zone 54, die die Emitterzone 53 konzentrisch umgibt. Der Betrieb eines Transistors nach F i g. 4 wird insbesondere durch Oberflächenleckströme zwischen der Emitterzone und der Kollektorzone über einen N-leitenden, an der Grenzfläche 55 zwischen einer Isolierschicht 56 und der Basiszone 52 entstehenden Kanal empfindlich gestört. Um dies zu vermeiden, wird in eine Isolierschicht 58 eine ringförmige Feldelektrode 57 eingebettet, durch die bei entsprechender negativer Vorspannung positive Ionen angezogen und somit eine Oberflächeninversion infolge positiver Ionen in der Isolierschicht 56 in der Basiszone verhindert wird. Ebenso wird durch das beträchtlich negative Potential, wie es in Verbindung mit den F i g. 1 bis 3 erläutert wurde, die Entstehung von Kanälen in der Basiszone verhindert sowie eine elektrostatische Abschirmung zwischen der Basiszone und irgendwelchen darüberiiegenden Elektrodenzuleitungen geschaffen. Die an Hand der F i g. 1 oder 2 beschriebenen Ausführungsbeispiele von Transistoren können durch folgende Maßnahmen weiter verbessert werden. Zum zusätzlichen Schutz gegen die Ausbildung von Verarmungsschichten an der Oberfläche des Halbleiterkörpers und die damit verbundene Ausbildung von N-leitenden Kanälen längs der Grenzfläche zwischen der Kollektorzone und der Isolierschicht kann vorteilhaft die beispielsweise aus Molybdän bestehende eingebettete Feldelektrode derart dünn ausgebildet werden und bei der Eindiffusion einer Akzeptorverunreinigung wie Bor in den HaIbleiterkörper zur Herstellung der Emitterzone 15 die Dauer der Diffusion derart auf die Dicke der Molybdänschicht und der Oxidschicht abgestimmt werden, daß eine geringe Menge Bor die Molybdänschicht durchdringt und der unterhalb der eingebetteten Feldelektrode liegende oberflächennahe Bereich der Kollektorzone eine erhöhte P-Leitfähigkeit erhält. Hierdurch wird jegliche Ausbildung von N-leitenden Kanälen in diesem oberflächennahen Bereich unterdrückt Diese Maßnahme ist außerdem unabhängig davon, ob ein Schutzring 32 vorgesehen wird oder nicht. Die oben angegebenen Werte für die Dicke der Feldelektrode und die Diffusionszeiten sind so aufeinander abgestimmt daß der vorstehend beschriebene Effekt eintritt. Wenn die Kollektorzone einen spezifisehen Widerstand von beispielsweise 1 Ohm · cm und der Schutzring einen spezfischen Widerstand von beispielsweise 0,01 Ohm - cm aufweist, dann beträgt der spezifische Widerstand des oberflächennahen Bereichs bei dieser Ausführungsform beispielsweise 0,5 Ohm ■ cm. Es ist jedoch auch möglich, daß der sich endgültig ergebende spezifische Widerstand des Bereiches mit erhöhter P-Leitfähigkeit im wesentlichen nur

Kollektorzone ist Dies liegt daran, daß bei den üblichen bekannten oben beschriebenen Verfahrensschritten zum Oberflächenschutz mit einer Isolierschicht der oberflächennahe Bereich im allgemeinen an positiven Ladungsträgern verarmt und so N-leitende Kanäle entstehen. Die Eindiffusion eines Akzeptormaterials in den oberflächennahen Bereich einer P-Ieitenden Zone in der oben beschriebenen Weise dient dann dazu, die ursprüngliche P-Leitfähigkeit des oberflächennahen Bereiches der P-leitenden Zone wiederherzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper mit an die eine Scheibenfläche angrenzenden Zonen unterschiedlichen Leitungstyps, durch die unsymmetrisch verlaufende PN-Obergänge gebildet sind, mit einer Isolierschicht, die mindestens eine an diese Scheibenfläche angrenzende Zone überdeckt, und mit einer über einer dieser 1« durch die Isolierschicht isolierten Zonen angeordneten Feldelektrode, die gegenüber einer an einer der Zonen angebrachten Elektrode entsprechend dem Vorzeichen der Minoritätsträger in der unterhalb der Feldelektrode liegenden Zone vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldelektrode (24,43,44,57) in die Isolierschicht (17,45, 56,58) eingebettet ist und daß die Feldelektrode (24, 43, 44, 57) mit Hilfe einer Vorspannungsquelle gegenüber Masse auf ein festes Potential gelegt ist.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der schichtförmigen Feldelektrode (24,43,44,57) sich mit dem Rand des an die eine Scheibenfläche des Halbleiterkörpers (10, 51) tretenden PN-Übergangs zwischen dieser von der schichtförmigen Feldelektrode (24, 43, 44, 57) überdeckten Zone (11, 31, 52) und einer benachbarten Zone (13,33,53 bzw. 54) deckt

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldelektrode (24, jo 43,44,57) eine Metallschicht ist

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die von der Feldelektrode (24, 43, 44, 57) überdeckte Zone (U, 31, 52) P-leitend ist und daß der Rand der schichtförmigen Feldelektrode (24, 43, 44, 57) sich mit dem Rand des an die eine Scheibenfläche des Halbleiterkörpers tretenden PN-Übergangs zwischen dieser P-leitenden Zone (11,31,52) und einer oder mehreren benachbarten η-leitenden Zonen deckt

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Feldelektrode aus zwei einen Abstand aufweisenden, konzentrischen Teilen (43, 44) besteht und daß der unterhalb des Zwischenraums zwischen diesen beiden Teilen (43, 44) liegende, oberflächennahe Bereich (32) der P-leitenden Kollektorzone (31) als Schutzring mit stark vergrößerter Leitfähigkeit ausgebildet ist.

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 bis 5, so dadurch gekennzeichnet daß die Feldelektrode (24, 43, 44) eine so dünne Metallschicht ist, daß sie gegenüber Akzeptoratomen schwach durchlässig ist, und daß der unter der gesamten Feldelektrode (24, 43, 44) befindliche, an die eine Scheibenfläche des Halbletterkörpers grenzende Bereich der Kollektorzone (11, 31) eine erhöhte P-Leitfähigkeit aufweist.

7. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß Anspruch 1 mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper mit an die eine Scheibenfläehe angrenzenden Zonen unterschiedlichen Leitungstyps, durch die unsymmetrisch verlaufende PN-Übergänge gebildet sind, mit einer Isolierschicht, die mindestens eine an die eine Scheibenfläche angrenzende Zone überdeckt, und mit einer über einer dieser durch die Isolierschicht isolierten Zonen angeordneten Feldelektrode, die in die Isolierschicht eingebettet ist, wobei mittels einer Ätzmaske ein Diffusionsfenster in die Isolierschicht eingebracht wird, durch das ein Dotierstoff in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, dadurch gekennzeichnet daß eine erste Isolierteilschicht mit der als Metallschicht ausgebildeten Feldelektrode und diese schichtförmige Feldelektrode mit einer zweiten Isolierteilschicht überzogen wird, auf welcher anschließend die Ätzmaske ausgebildet wird, und daß ein Teil der Isolierschichten und der darin befindlichen schichtförmigen Feldelektrode zum Herstellen des Diffusionsfensters entfernt und durch dieses Diffusionsfenster eine den entgegengesetzten Leitungstyp ergebende Verunreinigung in die innerhalb dieses Fensters an die eine Scheibenfläche grenzende Zone diffundiert wird, so daß zwischen dieser Zone und der Diffusionszone ein unsymmetrisch verlaufender PN-Übergang entsteht dessen Rand genau über dem Rand des Düfusionsfensters an die eine Scheibenfläche des Halbleiterkörpers tritt