DE1912931A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents
HalbleitervorrichtungInfo
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Description
verbindet. Durch eine solche Anordnung der Elektrode kann eine große Ausgangsenergie in einem Hochfrequenzband
erreicht werden.
Die Anforderungen an die Betriebsfrequenz und die Ausgangsleistung
eines Hochfrequenz-Transistors für hohe . Leistungen werden immer größer und es wird erforderlich,
™ Transistoren zu schaffen, die in der Lage sind, eine große Energie, z.B. 1OW, im UHF-Band abzugeben. Wenn
aber ein Transistor eine große elektrische Energie verarbeitet, wird im Basisbereich durch den Widerstand
des Basisbereiches und den Basisstrom verursacht und als folge davon tritt die Erscheinung auf, daß der
Emitterstrom am Umfangsteil des Emitters in der Nähe der Basiselektrode konzentriert fließt.
Diese Erscheinung wird als Emitterkanten-Zusammendrängungseffekt
bezeichnet und dieser Effekt wird vor allem bei einem Hochfrequenz-Transistor mit hoher
Leistung bemerkt, wenn dieser in einem Hochfrequenz- * band betrieben wird, in dem der Stromverstärkungsfaktor
des geerdeten Emitters sich 1 annähert.
Damit ein Transistor eine große elektrische Energie verarbeiten kann, ist es selbstverständlich notwendig, daß
ein großer Strom fließt, jedoch wird wegen des oben erwähnten Emitterkanten-Zusammendrängungseffekt, auch wenn
die Fläche des Emitters einfach vergrößert wird, nicht nur der Hittelteil des Emitterbereiches ein unwirksamer
Teil, der kaum zur Strominjektion beiträgt, sondern eine
+)ein Spannungsabfall
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große Emitterfläche verschlechtert, insbesondere
bei einem Hochfrequenz-Transistor für hohe Energie,
die Leistung des Transistors. Dies ist darauf zurückzuführen, daß eine größere Emitterfläche zu einer
größeren Kapazität des Emitterüberganges führt und dies führt zu einer größeren Fläche des Basisbereiches
und zu einer größeren Kapazität des Kollektorüberganges und all dies wirkt zusammen, um die
Frequenzcharakteristik des Transistors zu verschlechtern.
Deshalb ist bei einem bekannten Hochfrequenz-Transistor für hohe Leistung, um die Länge des Umfangsteiles des
Emitters, nachfolgend als Emitterumfangslänge bezeichnet,zu
vergrößern ohne die Kapazität der Grenzfläche zu viel zu erhöhen, der Emitterbereich in eine Mehrzahl von
Streifen oder eine Anzahl von kleinen Inseln aufgeteilt und diese Streifen oder Inseln werden verstreut auf dem
Basisbereich vorgesehen. Diese beiden Verfahren sind bekannt und das erstere wird als Art eines Ineinandergreif
ens und das letztere als Bedeckungsart bezeichnet. Des weiteren ist ein Hochfrequenz-Transistor für hohe
Energie vorgeschlagen worden, bei dem die Form des Emitterbereiches zu einer planaren Masche gemacht worden
ist.
Bei einer dieser Arten soll die -Abmessung des Emitterbereiches
so klein als möglich gemacht werden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß in einem Emitterbereich
mit einer großen Fläche, wie oben beschrieben, der Mittelteil unwirksam ist. Wenn aber dieser Emitterbereich
in eine Anzahl von Teilen unterteilt wird und diese Teile sind verstreut auf dem Basisbereich vorgesehen, kann die
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Emitterumfangslänge ohne Änderung der gesamten Piaehe
des Emitterbereiches wesentlich vergrößert werden. Selbstverständlich kann die Emitterumxangslänge desto
größer gemacht werden, je kleiner die Abmessung der unterteilten Teile gemacht wird.
Bei dem bekannten Verfahren werden aber beim Aufbringen der Elektroden auf die Basis- und Emitterbereiche der
verschiedenen Arten von Transistoren, wie oben beschrieben, Löcher im voraus in den erforderlichen Teilen eines
Schutzfilmes geöffnet, der die Fläche der Halbleiterscheibe abdeckt,und eine dünne Schicht aus einem Metall,
z.B. Aluminium, wird durch Vakuumverdampfung auf nahezu der gesamten Fläche des Schutzfilmes niedergeschlagen
und dann wird die dünne Schicht teilweise durch Fotoätzen entfernt und die Emitterelektrode wird von der Basiselektrode
getrennt. Die beiden Elektroden befinden sich deshalb in einer Ebene und die Isolation zwischen den
beiden Elektroden wird nur in dieser Ebene durchgeführt.
Bei einem solchen Elektrodenaufbau ist es unvermeidbar, daß die Breite der Elektroden in entsprechender Weise klein
wird, wie die Abmessung des Emitterbereiches klein wird, und daß die Formen der Elektroden auch kompliziert werden.
Demgemäß erfordert das Verfahren des Ätzens der Elektroden eine große Genauigkeit und wird schwierig und der Widerstand
der Elektroden wird auch ein nichijvernachlässigbarer
Wert.
Bei einem Transistor in der Art des Ineinandergreifen
wird, je langer die Form des Emitterbereiches wird, natürlich auch desto länger die Form der Emitterelektrode«,
TJm jedoch den durch den Widerstand des Basisbereiches, wie
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oben "beschrieben, verursachten Spannungsabfall zu
vermeiden, ist es notwendig, die Basiselektrode so nahe als möglich an dem Umfangsteil des Emitterbereiches
vorzusehen und entsprechend wird die Form der Basiselektrode auch lang. Die !Dicke dieser
Elektroden beträgt üblicherweise etwa 2/u, so daß, wenn deren Form lang wird, ein wesentlicher Widerstand
erzeugt wird und demgemäß durch diesen Widerstand ein Spannungsabfall verursacht wird.
Andererseits sind bei einem Transistor der tiberdeckungsart
mehrere unterteilte kleine Emitterbereiche,
wie Inseln, nachfolgend als kleine Emitterinseln bezeichnet, alle durch die Emitterelektrode parallel
geschaltet. Da aber die Basiselektrode und die Emitterelektrode in einer Ebene vorgesehen sind, wird die Form
der beiden Elektroden nicht sehr unterschiedlich von der Form der Elektroden bei dem Transistor der Art des
Ineinandergreifens, d.h. sie wird dünn und lang und
gegenseitig ineinandergreifend. Deshalb tritt dasselbe
Problem wie bei dem Transistor in der Art des Ineinandergreif ens bei dem Transistor der Überdeckungsart auf.
Abgesehen von den vorstehend angeführten !Problemen tritt bei dem Transistor der Überdeckungsart das folgende
Problem auf. Da die kleinen Emitterbereiche durch die Emitterelektrode parallel geschaltet sind, ist ein
wesentlicher Teil des Basisbereiches von der Emitterelektrode bedeckt. Deshalb kann eine metallische
Elektrode nicht an diesem Teil des Basisbereiches angebracht werden. Aus diesem Grunde ist bei einem Transistor
dieser Art eine eindiffundierte Schicht mit geringem
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spezifischen Widerstand (nachfolgend als leitfähige Matrix bezeichnet) desselben leitfähigkeitstyps
wie der Basisbereich zwischen diesen kleinen Emitterbereichen vorgesehen und diese Matrix wird als Basiselektrode verwendet. Da diese leitfähige Matrix aber
eine eindiffundierte Schicht ist, die aus einem Halbleiter besteht» ist ihr spezifischer Widerstand um
etwa drei Größenordnungen höher als der eines Metalls, z.B. Aluminiumι und deshalb besteht ein Nachteil darin,
daß der Basiswiderstand hoch wird. Wenn des weiteren diese leitfähige Matrix mit dem Emitterbereich in Verbindung
kommt, wird die Charakteristik des Transistors verschlechtert und deshalb muß die leitfähige Matrix
in einem bestimmten Abstand von den kleinen Emitter- . bereichen angeordnet werden. Aus diesem Grunde ist
in dem Basisbereich eine überschüssige Fläche erforderlich
und deshalb tritt der Nachteil auf, daß die Kapazität des Kollektorüberganges groß wird. Ale ein
weiterer Nachteil im Vergleich mit Transistoren anderer Arten erfordert dieser Transistor ein Überschuß-Diffusionsverfahren
für die Bildung der leitfähigen Matrix.
Bei einem Transistor mit maschenförmigem Emitterbereich ist die leitfähige Matrix, wie oben beschrieben,nicht
erforderlich, jedoch sind in diesem Falle die Teile des Basisbereiches, die sich in den Maschen des Emitters befinden,
durch die Basiselektrode parallel geschaltet und deshalb wird ein Teil des Emitterbereichs unter der
Basiselektrode verborgen und die Emitterelektrode kann
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nicht an diesem Seil des Emitterbereiches angebracht werden· Der spezifische ΐ/ideretand dee Emitterbereiches
ist kleiner als der des Basisbereiches, jedoch wird der durch den Emitterbereich erzeugte Widerstand, wenn
die Breite des Emitterbereiches sehr gering ist, nicht vernachlässigbar und aus diesem Grunde wird ein
Spannungsabfall durch den Widerstand und den Emitterstrom in dem Teil des Emitterbereiches erzeugt, der im
Abstand von der Emitterelektrode angeordnet ist, und eine ausreichende Strominjektion kann nicht ausgeführt
werden.
Gemäß der Erfindung wird ein Transistor geschaffen, mit
einer Halbleiterscheibe, mit einem Basisbereich, der auf einer Fläche der Scheibe gebildet wird und den entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyp der Scheibe hat, mit einem Emitterbereich, der in diesem Bereich gebildet
ist und denselben Leitfähigkeitstyp wie die Scheibe hat,
mit einem ersten Isolierfilm zum Bedecken und Schützen der Fläche, die auf dieser Fläche lamelliert ist, mit
einer ersten leitfähigen Schicht, die auf diesem Film lamelliert ist, mit einem zweiten Isolierfilm, der auf
der ersten leitfähigen Schicht lamelliert ist, und mit einer zweiten leitfähigen Schicht, die auf dem zweiten
Isolierfilm lamelliert ist. Die erste leitfähige Schicht hat ohmschen Kontakt mit einer der beiden Bereiche, z.B.
dem Basisbereich, auf der Fläche der Scheibe durch Löcher, die in dem ersten Isolierfilm vorgesehen sind,
und der zweite leitfähige Film hat ohmschen Kontakt mit dem anderen der beiden Bereiche, z.B. dem Emitterbereich,
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indem er durch die beiden Isolierfilme dringt. Der .erste Isolierfilm bedeckt und schützt die Fläche der
Scheibe und der zweite Isolierfilm ist zwischen den beiden leitfähigen Schichten vorgesehen und isoliert
diese beiden Schichten gegeneinander. Der Teil der zweiten leitfähigen Schicht, der durch den ersten
Isolierfilm dringt, ist von der ersten leitfähigen Schicht durch den ersten Isolierfilm isoliert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die erste leitende Schicht aus einem Metall und
die zweite leitende Schicht aus einem Material mit hohem spezifischen Widerstand. Die erste leitende
Schicht bildet selbst die Basiselektrode. Eine Metallschicht mit geringem spezifischen Widerstand wird des
weiteren auf der zweiten leitenden Schicht niedergeschlagen und diese Metallschicht mit geringem spezifischen
Widerstand bildet die Emitterelektrode. Der Teil der zweiten leitenden Schicht, die aus einem Halbleiter besteht,
addiert einen Reihenwiderstand zu dem Emitterbereich, wodurch eine örtliche Zusammendrängung des
Emitterstromes verhindert wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung bestehen die erste und die zweite leitende Schicht beide aus Metallen.
In diesem Falle ist keine leitende Matrix erforderlich, auch wenn der Emitterbereich in eine Anzahl von Inseln
aufgeteilt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, da es möglich ist, die Basiselektrode ausreichend nahe an den
insularen kleinen Emitterbereichen vorzusehen.
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert, und zwar sind
1 bis 7 Aufsichten auf die Halbleitervorrichtung, welche in der Reihenfolge das Verfahren
der Herstellung einer Ausführungeform der Erfindung zeigen,
Pig. 8 ein Schnitt längs der Linie A-A* in Fig. 7,
Pig. 9 bis 14 Aufsichten auf eine Halbleitervorrichtung, die das Verfahren der Herstellung einer
anderen Ausführungsform der Erfindung zeigen, und
Pig. 15 ein Schnitt längs der linie B-B* in Pig. H.
Sie Erfindung kann wirksam ausgeführt werden, indem als
Material ein beliebiger Halbleiter eines beliebigen Leitfähigkeitstyps verwendet wird. Nachfolgend wird ein
Verfahren zur Herstellung einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei dem eine Scheibe verwendet
wird, die aus η-Silizium besteht.
Pig. 1 zeigt den Zustand eines Hochfrequenz-Transistors für hohe Leistung, der einen gitterfurmigen Emitterbereich aufweist, und zwar unmittelbar vor dem Verfahren
der Anbringung der Elektrode. Gemäß der Zeichnung sind
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- ίο -
ein p-Basisbereich 2 und ein gitterförmiger n-Emitterbereich
3 auf einer Fläche einer n-Siliziumscheibe 1,
die nachfolgend als Unterlage bezeichnet wird, gebildet. Wenn der Leitfähigkeitstyp der Unterlage ρ ist, wird der
Leitfähigkeitstyp des Basisbereiches selbstverständlich η und der Leitfähigkeitstyp des Emitterbereiches wird p. Wie
die Zeichnung zeigt, ist die Anzahl der Gitterlöcher des Emitterbereiches 16, jedoch kann diese Anzahl in beliebiger
Weise variieren.
Der Teil der Fläche der Unterlage 1, auf dem die beiden
P Bereiche gebildet werden, ist vollständig mit einem Film bedeckt, der aus einem Isoliermaterial,z.B. Siliziumdioxyd
(SiOg),besteht, das in der Zeichnung nicht dargestellt
ist. Außer SiOp kann ein beliebiges Isoliermaterial für den Schutz des p-n-Übergangs bei der üblichen Planartechnik
verwendet werden. Als ein solcher Film kann auch z.B. Siliziumnitrid u.a. verwendet werden.
Diese Unterlage 1 enthält, wie sich später besser aus der Schnittdarstellung ergibt, obere und untere Schichten
mit verschiedenen spezifischen Widerständen, welche Ausbildung bei Hochfrequenz-Transistoren mit hoher Leistung
bekannt ist. Es kann aber auch eine homogene Halbleiterfc scheibe als Unterlage im Rahmen der Erfindung verwendet
werden.
Löcher für die Anbringung der Elektrodensind in den gewünschten Teilen des Isolierfilmes vorgesehen. Die
Kreise in Fig. 1 zeigen die Lagen der Löcher und 2a, 2b, 2c ... und 2p, 2q, ... sind Löcher zur Anbringung der
Basiselektrode und 3a, 3b, 3c, ... sind Löcher zum Anbringen der Emitterelektrode. Die Löcher sind bei der
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vorliegenden Ausfübrungsform kreisförmig, jedoch
können sie auch quadratisch oder rechteckig sein« Es ist erwünscht, daß die Anordnung und die Formen
der Löcher vorherbestimmt sind, so daß der Weg, über den der Strom fließt, so kurz als möglich werden kann,
damit der Elektrodenwiderstand so gering als möglich gemacht werden kann«
Aluminium wird, wie dies bei 4 in Mg. 2 gezeigt ist,
auf dem Isolierfilm auf der Unterlage durch Vakuumverdampfung aufgebracht und diese Aluminiumschicht 4 wird
veranlasst, ohmschen Kontakt mit den Teilen der Fläche der Unterlage zu machen, die an dem Boden der Löcher
freigelassen sind. Somit hat bei der vorliegenden Ausführungsform die Aluminiumschicht 4 ohmschen Eontakt
gleichzeitig sowohl mit dem Basisbereich 2 und dem Emi+terbereich 3» jedoch ist es auch möglich, ohmschen
Kontakt mit den beiden Bereichen getrennt voneinander zu bilden. Im letzteren Falle können verschiedene Arten
von Materialien verwendet werden.
Wie in Fig. 3 zu sehen ist, werden Teile dieser Aluminium« schicht 4» die unmittelbar oberhalb der Löcher 3a, 3b,
3c, ... für die Emitterelektrode liegen, durch Ätzen entfernt. Bei der vorliegenden AusführungBform wird hier,
wie die Zeichnung zeigt, die Fläche der entfernten Teile etwas breiter als die Fläche der Löcher gemacht und
Aluminium wird im Inneren der Löcher belassen, wie dies durch 5a, 5b, 5c, ... gezeigt ist. Es ist auch möglich,
das Aluminium im Inneren der Löcher vollständig zu entfernen, und es ist auch möglich, zuerst nur die Basiselektrode
zu bilden und dann die Emitterelektrode getrennt von der Basiselektrode zu bilden. Insbesondere wenn die
Abmessung äen Emitterbereiches sehr klein ist, ist es er-
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wünscht, ein Halbleitermaterial desselben Leitfähigkeitstyps
wie der Emitterbereich, auf dem Isolierfilm durch Vakuumverdampfung vor der Bildung der Emitterelektrode
niederzuschlagen und das Halbleitermaterial su veranlassen, ohmschen Kontakt mit dem Emitterbereich
über die Löcher für die Emitterelektrode zu erhalten. Diese Anordnung schließt die Möglichkeit der. Verschlechterung
der Wirkungsweise des Transistors aus, auch wenn der Emitterübergang durch den niederge™
schlagenen Halbleiter überprüft wird.
Wie Pig. 4 zeigt, wird ein Isolierfilm 6 auf der Aluminiumschicht 4 aufgebracht. Dieser Isolierfilm
kann aus z.B. Siliziummonoxyd SiO bestehen und iieeer
wird mittels Vakuumverdampfung aufgebracht» Außer SiO kann SiO2 oder Siliziumnitrid verwendet werden und es
isb auoh möglich, SiOo durch thermische Zersetzung einer
organischen Siliziumverbindung oder durch Zerstäuben niederzuschlagen. Der Isolierfilm 6 wird nachfolgend
als zweiter Isolierfilm bezeichnet, da er auf dem SiO2-FiIm lamelliert ist, der oben in Bezug auf Fig.
und die Aluminiumschicht 4 beschrieben worden ist. Andererseits wird der SiOg-Film unter der Aluminiumechiclit 4
nachfolgend als erster Isolierfilm bezeichnet. Wie sich aus Fig. 4 ergibt, sind die umfängsteile der
Aluminiumschicht 4 nicht mit Isoliermaterial überzogen, sondern freigelassen. Diese Seile werden als
Leitungsbefestigungsteile der Basiselektrode verwendet.
Als nächstes werden die Teile des zweiten Isolierfilmes 6, die unmittelbar oberhalb der Löcher 3a, 3b, 3c, ... in
Fig. 1 liegen, für die Anbringung der Emitterelektrode
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durch litzen entfernt und die ,
§fe, 5nf ... in Pig. 3 werden im Inneren ä@r Löeher
Ma sram Boden der asmerlicsb. geöffnetes, L8©h@r freigelegt.
Hierbei ist @@ erwünscht» da£ cI©e !Durchmesser
isr löcher Ta, 7fe9 7c, '·.· in dem swei1»@n Isolierfilm
aahesu glaieh d@m JDnrete®es©r der Löefe« Äir ti® B©»
fest igung d©r Gitter elektrode gemaeht
filmes 6 beendet worden 1st» wird ©is !©itfäfeigeo
-feterial mit &@taa sp©^iflgek@a Wld@j?staai snf
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©Is Ifeterial zum Biläexi ad® sstfieiten leitfähigen Schicht
verwendet wird® Bei der ^©rli©genden Imsfütemagsferm
t?ird als Material 2*B«>
a=»OilisiiMa mit ©ia@a
spezifischen Widerstand τοη 0,1 Obm «m v@rfe?©ai©to M©
aweite leitfähige SeMeht kasm iurcb Takui2mv@s?dampfung
oder durch Zerstäubung oder äms?@fe Qgi.tasialea Wachsen
aufgebracht werden.
Wie Pig. 7 zeigt, wird als näsfestes eine Metallschicht
auf nahezu der gesamten Fläche der weiten leitfähigen
9 09846/0920
8
Scliieht ans Silizium dureö. Teröaspitag gebildet.
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Bei der vorliegenden Am©£iife2?ung©£©sHi ist ©s Hiebt
notwendig, die Form dieser Metalls ©licht $ dureli
Itssen su regulieren, und deshalb kwsai ©Im Metall,
das sieht in einfacher Weise geätst werä©a
als IfeteBlal für diese -Metallschicht 9
wmü<&n unu. di© Dicke diese© Metellcss tem
groß ge-naelit werden.. Bel-cles· vorI£Qgend©a
wird Crold Au als Sie©©3 Material
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fast alle .Mete Ils verwendet
Platin j Ileksls Ifolybdän^ Sitaa
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lläela® der Unterlage mit im ti©£s®atlleis©is ä
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uoldsehickt 9 über den grölten feil übt Hieks
zweiten leitfähigen Schicht S v©3?g®äi@hen 1st»
Durch äen vorstehenden Totgang ^Iri das Yerfahren
Herstellung einer !DransistoEpastill© beendet und dan&
wird dia Pastille der Fig» 7 auf ©£aem FuB angeordnet
und daran befestigt und die Elektroden ^©räen mit dea
leitungen des Fußes verbunden und dieser wird hermetii
abgedichtet, wodurch die vollständige Halbleitervorriehtung
erhalten wird. Bei dieser Vorrichtung bildet die Goldschicht 9 die Emitterelektrode und die Aluminium»
schicht 4 bildet die Basiselektrode.
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Pig. 8 ist ein Schnitt Mags der Linie A-A' der
Pastille der Fig. 7 unä es ergibt sich, aus Pig. 8,
daß der zweite Isolierfilm 6 zwischen der ersten
leitfälligen Schicht, d.h. der■ Baeieelektrode 4» und
der zweiten leitfähigen Schicht 8 aus Silizium vorgesehen ist und der untere Teil der zweiten leitfähigen
Schicht von der Basiselektrode 4 durch den ersten Isolierfilm 10 getrennt ist» Obwohl die beiden leitfähigen
Schichten große fläehaa und die Porm von einfachen
Platten haben , sind di© "beiden Schichten vollständig
voneinander isoliert« Di© Unterlage 1 enthält zwei Schichten, unä war die obere Schicht 1a mit
hohem spezifischen Widerstand und die unter® Schicht 1b mit niedrigem spezifischen Widerstand, und der Basisbereich
2 und der Emitterbereich 3 werden in der oberen Schicht 1a gebildet.
Der Iransistor, bei dem die Erfindung angewendet wird,
hat die folgenden Vorteile, die auf dem Aufbau der Elektroden, wie vorstehend beschrieben, beruhen.
Bei der !Eransistorpasttlle nach den Pig. 7 und 8 haben
vertikale Teile 8a, 8b, 8e, ... der zweiten leitfähigen Schicht ohmsehen Kontakt mit dem Emitterbereich über die
Iiöctier 3a, 3bs 3c, «.., die einen, geringen Abstand voneinander
in dem swsiten Isolierfilm β haben. Dies bedeutet,
daß Widerstände zwischen den Kontaktpunkten des Emitterbereicb.es und der Emitterelektrode 9 eingeschaltet
sind. Durch diesen Widerstand wird eine negative Stromrückkopplung
an die Kontaktpunkte angelegt und demgemäß können eine Stromstabilisierung und eine Gleichförmigkeit
der Stromdichte zwischen den lokalen Punkten des Emitter-
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1912937
bereiches erhalten werden.
Der vorstehend erwähnte Effekt kann mehr oder weniger auch erreicht werden, falls ein Metall mit hohem
spezifischen Widerstand als Material für den eweiten leitfähigen Film verwendet wird, jedoch kann ein
besseres Ergebnis erhalten werden, falls ein Halbleiter, z.B. Silizium, Germanium oder Galliumarsenid, als
dieses Material verwendet wird. Dies wird als nächstes im einzelnen beschrieben·
Im allgemeinen ist ein in einem Halbleiter fließender Strom gesättigt, wenn das elektrische Feld in dem Halbleiter einen bestimmten Wert erreicht. Wenn B0B. das
elektrische Feld in Silizium etwa 1CrV/cm übersteigt,
wird der Strom nahezu konstant ohne Abhängigkeit von der angelegten Spannung« Wenn nun die Querschnitts^·
fläche der vertikalen Teile 8a, 8b, 8c, . · der zweiten
ρ
leitfähigen Schicht 10/U ist und deren länge zu der Emitterelektrode 1/U beträgt und die Teile durch Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 0,1 Ohm cm, wie oben beschrieben, gebildet sind, bedeutet dies, daß Widerstände von etwa 100 Ohm zwischen die Eontaktpunkte des Emitterbereiches und der Emitterelektrode eingeschaltet sind. Nachdem aber die Spannung zwischen der Emitterelektrode und dem Emitterbereich etwa 1 V erreicht hat, steigt der Strom kaum an, auch wenn die Spannung weiter ansteigt, und zwar wegen der oben erwähnten Stromsättigungserscheinung. Wenn der Sättigungsstrom aus den Widerstandswerten dieser vertikalen Teile berechnet wird, kann sich ergeben, daß der über die
leitfähigen Schicht 10/U ist und deren länge zu der Emitterelektrode 1/U beträgt und die Teile durch Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 0,1 Ohm cm, wie oben beschrieben, gebildet sind, bedeutet dies, daß Widerstände von etwa 100 Ohm zwischen die Eontaktpunkte des Emitterbereiches und der Emitterelektrode eingeschaltet sind. Nachdem aber die Spannung zwischen der Emitterelektrode und dem Emitterbereich etwa 1 V erreicht hat, steigt der Strom kaum an, auch wenn die Spannung weiter ansteigt, und zwar wegen der oben erwähnten Stromsättigungserscheinung. Wenn der Sättigungsstrom aus den Widerstandswerten dieser vertikalen Teile berechnet wird, kann sich ergeben, daß der über die
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vertikalen Seile gehende Strom bei etwa 10 niA begrenzt
wird, was bedeutet, daß der Strom nahezu
gleichförmig auf alle Teile des Emitterbereiches
verteilt ist.
Die Wirkung dar Strombegrenzung und der Gleichförmigkeit, wie oben beschrieben3 verhindert nicht nur eine
örtliche Überhitzung oder einen Bruch des Transistors,
sondern verbessert auch die Frequenz-Ausgangscharakteristik*
Wenn nämlich im allgemeinen ein großer Strom oberhalb eines bestimmten Wertes zu einem
Transistor fließt, wird die Frequenz f^, bei welcher
der Stromverstärkungsfaktor mit geerdetem Emitter 1 wird, sehr schnell verringert. Wenn eine örtliche Zusammendrängung
des E&itteratroms auftritt« wird t^
örtlich in dem Emitterbereich und somit übrigens auch fT des Transistors als Ganzen verringert. Aus diesem
Grunde kann die Gleichförmigkeit des Emitterstromes wirksam eine solche Verringerung von f^, verhindern.
Der Aufbau der Elektroden, durch den die oben beschriebenen Wirkungen erhalten werden können, ist nicÄf
auf die oben beschriebene Aiisführungsform beschränkt,
sondern es sind verschiedene Abwandlungen möglich. Einmal ist es offensichtlich, daß gemäß Fig. 8 im
wesentlichen dieselbe Wirkung erhalten werden kann, indem die Basiselektrode, d.h. die erste leitfähige Schicht
und die zweite leitfähige Schicht 3, umgekehrt werden. In diesem Falle wird die Basiselektrode 4 auf dem
zweiten Isolierfilm 6 angebracht und vertikale Solle
durchdringen die beiden Isolierfilme 10 und 6.
Des weiteren fließt bei dem in Fig. S dargestellten Transistoraufbau der Strom nicht gleichförmig über
die gesamte fläche des Teiles der zweiten leitfähigen Schicht 8, die parallel zur Fläche der Unterlage, d.h.
des horizontalen Teiles, ist, jedoch fließt der Strom meistens in vertikaler Richtung Über die Teile unmittelbar
oberhalb der vertikalen Teil®. Aus diesem Grunde wird die Arbeitsweise des Transistors kaum beeinflußt,
auch wenn das Stück des horizontalen Teiles entfernt wird, durch das kein Strom fließt. Wenn deshalb
auch nur vertikale Teile der zweiten leitfähigen Schicht durch ein Material mit hohem spezifischen Widerstand,
z.B. einem Halbleiter, gebildet werden und äer
plattenförmige horizontale Teil vollständig zu einer
Schicht aus einem Metall gemacht wird, kann im wesentlichen dieselbe Arbeitsweise wie bei dem in Fig. 8 gezeigten
Transistor erhalten werden.
Umgekehrt wird die Arbeitsweise des Transistors nicht
wesentlich geändert, auch wenn die vertikalen Teile alle durch ein Metall mit geringem speslflachen Widerstand
gebildet werden und wenn der horizontale Tail durch ein Material mit hohem spezifischen Widerstand
gebildet wird. In diesem Falle ist es jedoch wie im Falle der Fig. 8 erwünscht,"eine Metallschicht mit
geringem spezifischen Widerstand auf dem horizontalen Teil aufzubringen und dieses Metall als Emitterelektrode
zu verwenden. '
Bei der oben beschriebenen Ausführungsforai der Erfindung
enthält der Emitterbereioh Maschen und Reiben-»
wlderstände werden zu dem Emitterbereich addiert· Die
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Erfindung kann jedoch auch bei Transistoren mit irgendeiner Emitterform angewendet werden. Wenn
ein extrem großer Ausgang nicht gefordert wird, ist es auch möglich, den Reihenwider st and wegzulassen
und die zweite leitfähige Schicht vollständig aus einem Metall mit geringem spezifischen Widerstand
zu bilden und die zweite leitfähige Schicht selbst als Emitterelektrode zu verwenden. Insbesondere wenn
die Erfindung bei einem Tranaistor der Überdeckungsart
angewendet wird, bei dem der Emitterbereich in eine Anzahl von Inseln aufgeteilt ist, tritt der
Torteil auf, daß die leitfähige Matrix weggelassen werden kann.
Als nächstes wird eine Ausführungsform eines solchen Transistors beschrieben. In Fig. 9 bezeichnet 1 eine
Unterlage aus η-Silizium und 2 einen p-Basisbereich.
Der Emitterbereich 1st bei dieser Aueführungeform in einer Anzahl von Ineeln, z.B. 11a, 11b, 11c, ... aufgeteilt.
Eine solche Form und Anordnung des Emitterbereiches ist im wesentlichen dieselbe wie bei einem
Transistor der tiberdeckungsart· Dennoch kann, wenn die Erfindung angewendet wird, die Notwendigkeit der
Schaffung einer leitfähigen Matrix mit einer hohen Fremdstoffkonzentration in dem Basisbereich ausgeschaltet
werden. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zwischen dem Transistor der tiberdeckungsart und dem
Transistor, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird. Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist,
ist die Fläche der Unterlage wie im Fall der Ausführungsform der Fig. 1 mit dem ersten Isolierfilm aus
z.B. SlOg bedeckt.
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Der Teil dee ersten Isolierfilms, der sich unmittel-•
bar oberhalb des Basisbereiches 2 befindet, wird durch
Ätzen entfernt, um die Fläche des Basisbereiches 2 freizulegen. Zu diesem Zeitpunkt bleibt der erste
Isolierfilm oberhalb der kleinen Emitterbereiche und deshalb ist der leere Teil,von dem der erste Isolierfilm
entfernt worden ist, gitterförmig. Dies ist in Fig· 10 gezeigt. In der Zeichnung sind die Kantenlinien,
längs deren der erste Isolierfilm entfernt ™ worden ist, durch volle Linien dargestellt und die
Stellen der p-n-Übergänge sind durch gestrichelte Linien dargestellt.
Daraufhin wird ein Metall mit geringem spezifischen Widerstand, z.B. Aluminium, auf den ersten Isolier-.
film aufgebracht, so daß der größte Teil der Fläche der lameliierten Schichten bedeckt werden kann, und
die Aluminiumschicht 4 wird veranlaßt, mit dem freigelegten Teil des Basisbereiches ohmschen Kontakt
zu machen und daraufhin werden nur die Teile der Aluminiumschicht 4, die auf den kleinen Emitterbereichen
sind, durch Ätzen entfernt. Dies ist in Fig. 11 ge- * zeigt. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, ist der
Teil der Aluminiumschicht 4, der ungeätzt bleibt, gitterförmig. Diese gitterförmige Aluminiumschicht wird
von dem zweiten Isolierfilm 6 bedeckt, wie dies Fig. zeigt. Dieser zweite Isolierfilm 6 kann durch das oben
unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebene Verfahren gebildet werden. Als nächstes werden, wie in Fig. 13 gezeigt,
die Löcher 12a, 12b, 12c, ..., die durch den in der Zeichnung nicht dargestellten ersten Isolierfilm und
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den zweiten Isolierfilm 6 durchtreten, Über den kleinen Emitterbereichen geöffnet, um die Flächen
der kleinen Emitterbereiche am Boden der Löcher freizulegen. Daraufhin wird, wie fig. 14 zeigt,
ein Metall, z.B. Gold, stark auf dem zweiten Isolierfilm 6 durch Verdampfung niedergeschlagen
und diese Goldschicht 13 wird veranlaßt, ohmschen Kontakt mit den kleinen Emitterbereichen herzustellen.
Die Goldschicht 13 wird als Emitterelektrode verwendet. Damit wird die Herstellung der
Transistorpastille abgeschlossen und dann wird die Pastille, wie in der Zeichnung gezeigt, an oinem
Fuß befestigt und die Elektroden der Pastille werden mit den Leitungen des Fußes verbunden und der Fuß
wird hermetisch abgedichtet, wodurch eine vollständige Halbleitervorrichtung erhalten wird.
Fig. 15 zeigt einen Schnitt längs der Linie B-B1 der
in Fig. 14 gezeigten Transistorpastille. Wie sich aus Fig. 15 ergibt, werden die kleinen Emitterbereiche
11a, 11b, 11o, ... durch die Emitterelektrode 13 aus
Gold parallel geschaltet und die Emitterelektrode 13
wird von der Basiselektrode 4 durch den ersten Isolierfilm 14 und den zweiten Isolierfilm 6 getrennt und deshalb
ist die Isolation zwischen den beiden Elektroden vollständig. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist es deshalb
möglich, die Basiselektrode 4 aus einem Metall mit geringem spezifischen Widerstand über alle TeILe
des Basisbereiches anzubringen, die sich zwischen den kleinen Emitterbereichen befinden, und als Ergebnis verteilen
die Umfangsteile der kleinen Emitterbereich alle
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die Strominjektion wirksam. Aus diesem Grunde ist es bei dem in der Zeichnung dargestellten !Transistor
nicht notwendig, eine leitfähige Matrix vorzusehen, obwohl dieser denselben Emitteraufbau wie ein
Transistor der Überdeckungsart hat.
Bei dem Transistor, bei dem die vorliegende Erfindung
angewendet wird, kann der Widerstand der Basiselektrode darüber hinaus wesentlich kleiner
fc gemacht werden im Vergleich zu dem Widerstand eines Transistors der Überdeckungsart und deshalb kann der
Spannungsabfall, der auf dem Widerstand der Basiselektrode beruht, wesentlich verringert werden. Dies
ist darauf zurückzuführen, daß, wie sich aus den Fig· H und 15 ergibt, man sagen kann, daß bei dieser
Ausführungsform die leitfähige Matrix bei dem
Transistor der Überdeckungsart durch ein Metall mit einem spezifischen Widerstand ersetzt worden ist, der
wesentlich kleiner als der des Halbleiters ist.
Wie oben beschrieben, hat der Transistor, bei dem di«
. vorliegende Erfindung angewendet wird, aufgrund des * Aufbaues der Elektroden dadurch einen großen Torteil,
daß es auch möglich ist, negative Rückkopplungswiderstände den kleinen Emitterbereichen hinzuzufügen, wo
dieses Bedürfnis besteht. Wenn negative Rückkopplungswiderstände nicht erforderlich sind, können die Basis-
und Emitterelektroden ausreichend nabeaneinander vorgesehen werden und deshalb kann eine große Wirkung
erhalten werden, Insbesondere wenn die Erfindung bei einem Hochfrequenz-Transistor mit hoher Leistung ange-
909846/0920
wendet wird, der kompliziert geformte und kleine Emitterbereiche aufweist.
Darüber hinaus wird die planare Form der Emitterelektrode» wie sie von oberhalb der Unterlage
zu sehen ist, eine einzelne Schicht einer einfachen Platte mit großer Fläche. Deshalb kann beim Verbinden
der Emitterelektrode mit der Zuleitung des Fußes mittels einer Yerbindungsleitung der Anschluß
der Verbindungsleitung in einfacher Weise ausgeführt werden. Da eine ausreichend etarke Verbindungsleitung verwendet werden kann, können der Widerstand
und die Induktivität der Verbindungsleitung verringert werden. Als Ergebnis tritt der Vorteil auf, daß die
Frequenzcharakteristik und die Stromkapazität des vollständigen !Transistors noch besser werden·
Darüber hinaus kann die Traneistorpastille, bei welcher die Erfindung angewendet wird, auf einem Fuß in solcher
Weise angeordnet und befestigt werden, daß die Fläche der Emitterelektrode in Eontakt mit der oberen Fläche
der Basis des Fußes sein kann. Dadurch wird es möglich, die beim Betrieb des Iransistors erzeugte Wärme wirksam
abzustrahlen. Hit anderen Worten wird die beim Betrieb des Transistors erzeugte Wärme im wesentlichen
in dem Eollektorübergang erzeugt. Der Abstand von dem Eollektorübergang zur Fläche der Emitterelektrode liegt
üblicherweise unterhalb 10/U,jedoch ist der Abstand
von dem Eollektorübergang zur Fläche des Kollektors, d.h. der Bodenfläche der Pastille, üblicherweise etwa
100 bis 200/U. Deshalb ist es viel wirksamer, die erzeugte
Hitze von der Fläche der Emitterelektrode abzu-
903846/0920
strahlen, statt diese von der Fläche des Kollektors abzustrahlen. Bei den üblichen Transistoren der Art
des Ineinandergreifen und der Überdeckungsart ist es aber wegen der Form der Elektroden unmöglich, die
Fläche der Emitterelektrode der Pastille an dem Fuß zu befestigen. Aus diesem Grunde wird die Wärme unvermeidlich
hauptsächlich über die Fläche der Kollektorseite abgestrahlt. Bei dem !Transistor nach
der Erfindung ist die obere Elektrode (Emitterelektrode oder Basiselektrode) eine einfache Platte mit einer
großen Fläche und deshalb ist es möglich, die Fläche der Elektrode fest mit der Basis des Fußes zu verbinden.
Aus diesem Grunde kann die in dem Kollektor-Übergang erzeugte Wärme zu dem Fuß über diese Elektrode
übertragen und wirksam abgestrahlt werden.
Bei dem Transistor nach der Erfindung ist es auch möglich, die planare Form der Emitterelektrode und der
Basiselektrode kreisförmig zu machen und die beiden Elektroden so zu formen, daß sie konzentrische Kreise
bilden, wenn sie von oberhalb der Pastille in einem solchen Falle gesehen werden, indem der Transistor sehr
vorteilhaft mit einer Koaxialleitung verbunden werden kann. Die Erfindung kann auch abgesehen von den oben
beschriebenen Ausführungsformen bei Transistoren mit Emitterbereichen irgendeiner Form angewendet werden. Auch
können verschiedene unterschiedliche leitfähig· Materialien und Isoliermaterialien anstelle der in den
Ausführungsformen beschriebenen als Materialien für die
leitfähigen Schichten und die Isolierfilme verwendet werden.
909846/09 20
Claims (13)
- 6/79PatentansprücheΊ/. Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch eine Halbleiterscheibe mit einem Leitfähigkeitstyp, durch einen ersten auf einer Fläche der Unterlage gebildeten Bereich mit zu der Unterlage entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, durch einen zweiten auf dem ersten Bereich gebildeten Bereich mit demselben Leitfähigkeitstyp wie die Unterlage, durch einen ersten Isolierfilm zum Bedecken und Schützen der Teile der p-n-Übergänge, die zwischen den beiden Bereichen und zwischen dem ersten Bereich und der Unterlage gebildet und auf der Fläche der Unterlage freigelassen sind, durch eine erste leitfähige Schicht, die auf dem ersten Isolierfilm gebildet ist und ohmschen Kontakt mit einem der beiden Bereiche über Löcher macht, die in dem ersten Isolierfilm vorgesehen sind, durch einen zweiten Isolierfilm, der die obere Fläche der ersten leitfähigen Schicht bedeckt und wenigstens einen Seil der Umfangsteile der ersten leitfähigen Schicht unbedeckt läßt, und durch eine zweite leitfähige Schicht, die durch die beiden lamellierten Isolierfilme dringt und ohmschen Kontakt mit dem anderen der beiden Bereiche macht.
- 2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und die zweite leitfähige Schicht aus einem Metall mit geringem spezifischen Widerstand bestehen.9098 A6/0920- 2b-
- 3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil einer der beiden leitfähigen Schichten aus einem Material mit hohem spezifischen Widerstand besteht.
- 4· Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Stück der Seile der einen leitfähigen Schicht, die einen einzelnen oder eine Hehrzahl von Isolierfilmen durchdringen, aus einem Material mit hohem spezifischen Widerstand besteht und daß die Teile der einen leitfähigen Schicht, die parallel zu der fläche der Unterlage liegen, aus einem Metall bestehen.
- 5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der einen leitfähigen Schicht, die einen einzelnen oder eine Mehrzahl von Isolierfilmen durchdringen, aus einem Metall mit geringem spezifischen Widerstand bestehen und daß die Teile der einen leitfähigen Schicht, die parallel zur Fläche der Unterlage liegen, aus einem Material mit hohem spezifischen Widerstand bestehen und daß eine Metallschicht im wesentlichen auf der gesamten Fläche der Schicht aus einem Material mit hohem spezifischen Widerstand aufgebracht 1st.
- 6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine der leitfähigen Schichten vollständig aus einem Material mit hohem spezifischen Widerstand besteht und daß eine Metallschicht im wesentlichen auf die gesamte Fläche der Teile der leitfähigen Schicht aufgebracht ist , die parallel zur Fläche der Unterlage liegen.909846/0920
- 7. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich der Basisbereich 1st« daß der zweite Bereich der Emitterbereich 1st, daß die erste leitfähige Schicht die Basiselektrode ist und daß die zweite leitfähige Schicht die Emitter elektrode 1st.
- 8. Transistor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich der Basisbereich 1st, daß der zweite Bereich der Emitterbereich 1st, daß die erste leitfähige Schicht ohmschen Eontakt mit dem Basisbereich hat und daß die zweite leitfähige Schicht ohmschen Eontakt mit dem Emitterbereich hat.
- 9. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich der Basisbereich ist, daß der zweite Bereich der Emitterbereich ist, daß die erste leitfähige Schicht die Emitterelektrode 1st und daß die zweite leitfähige Schicht die Basiselektrode ist.
- 10. Transistor nach Anspruch 3» dadurch gel^rvri^ daß der erste Bereich der Basisbereich 1st, daö zweite Bereich der Emitterbereich ist, daß die erste leitfähige Schicht ohmschen Eontakt mit dem Emitterbereich hat und daß die zweite leitfähige Schicht ohmschen Eontakt mit dem Basisbereich hat.
- 11. Transistor nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die planaren formen der Basiselektrode und der Emitterelektrode beide nahezu scheibenförmig sind und daß die beiden Elektroden koaxial angeordnet sind.909846/0920
- 12. Transistor nach einem der Ansprüche 7 bie 11, dadurch gekennzeichnet» daß die Sransietoreoheibe zwei Schichten derselben Leitfähigkeit und mit voneinander verschiedenem spezifischen Widerstand aufweist und daß der Basisbereich und der Emitter· bereich im Inneren einer der beiden Schichten mit hohem spezifischen Widerstand vorgesehen sind.
- 13. Halbleiter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit hohem spezifischen Widerstand ein Halbleitermaterial ist.14· Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit hohem spezifischen Widerstand ein Metall ist.909846/0920
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |