DE1955954A1

DE1955954A1 - Kontaktanordnung

Info

Publication number: DE1955954A1
Application number: DE19691955954
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl-Phys Arlt; Joachim Dipl-Phys Dathe; Helmut Dipl-Phys Gueckel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-11-06
Filing date: 1969-11-06
Publication date: 1971-05-13
Also published as: AT305380B; GB1282970A; CH515612A; US3694708A; FR2067007A1; NL7014928A; FR2067007B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kontakt für die Emitterzone eines Halbleiterbauelements, vorzugsweise eines Transistors mit einem ihre Oberfläche begrenzenden und den Emitterrand bildenden pn-übergang zwischen Basis

und Emitter.

Bei verschiedenen Transistorstrukturen begrenzt eine ungleichmäßige Stromverteilung deren Leistungsfähigkeit. So kann eine dadurch entstehende ungleichmäßige Erwärmung zum vorzeitigen Eintreten des thermischen Durchschlags führen und dadurch die Zerstörung des Transistors bewirken.

Es ist bekannt, daß eine große Emitterrandlänge bei Hochfrequenz-Leistungstransistoren von Bedeutung ist, weil bei sehr hohen spezifischen Strombelastungen des Emitters die Injektion der Ladungsträger über der Emitterfläche inhomogen wird und vorwiegend der Emitterrand Strom führt. Deshalb wird die aktive Emitterfläche in mehrere Einzelemitter aufgeteilt. Um eine unterschiedliche Strombelastung dann weitgehend veriaeiden zu können, und um die Sicherheit gegen den thermischen Durchschlag zu erhöhen, werden den Einzelemittern geeignete ohmsche Widerstände vorgeschaltet. Eine gleichmäßige Stromverteilung über eine größere Emitterfläche wird dann durch die stabilisierende Wirkung der ohmschen Vorwiderstände erreicht. Dieses Verfahren wurde bisher vor allem bei Leistungstransistoren mit hoher Grenzfrequenz angewendet.

Das bekannte Verfahren ist bei Niederfrequenz-Kleinleiatungs-

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transistoren in Planartechnologie besonders aufwendig, da es schwierig ist, "bei Transistoren der genannten Art die Emitterfläche in einzelne Emitterbereiche aufzuteilen, und jeden einzelnen Bereich für sich zu kontaktieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung anzugeben, bei der über der gesamten Emitterfläche die Stromdichte möglichst gleichmäßig verteilt ist, um dadurch zu erreichen, daß der Emitterkontakt nicht mehr in so viele Einzelkontakte aufgeteilt zu werden braucht, und daß die Gefahr des thermischen Durchschlags verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß lediglich ein Teil der Oberfläche der Emitterzone mit Kontaktmaterial versehen ist, derart, daß der dem Emitterrand benachbarte Bereich der Oberfläche der Emitterzone frei von Kontaktmaterial ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Emitterkontaktes wird erreicht, daß der Basisbahnv/iderstand, der die unerwünschte Randverdrängung des Emitterstromes bewirkt, zu einer stabilen und gleichmäßigen Stromverteilung beiträgt.

Die nicht mit Kontaktmaterial bedeckten Bereiche der Oberfläche der Emitterzone können durch eine Isolatorsehicht abgedeckt sein. Das Kontaktmaterial kann sich dann auch über Teile der Oberfläche dieser Isolatorsehicht erstrecken.

Bei einer rotationssymmetrischen Transistorgeometrie nimmt · die Stromdichte als Polge des Spannungsabfalles am Basisbahnwiderstand unter dem Emitter zum Emitterrand hin zu. Bei großen Emitterdurchmesser ist deshalb nur ein schmaler Bereich am Smitterrand wirksam. Eine bessere Ausnutzung der Emitterfläche könnte also dadurch erreicht v/erden, daß die Handbereiche über einen um so höheren Vorwiderstand an den Kontakt angeschlossen werden, je weiter außen sie liegen.

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Eine Weiterbildung der Erfindung besteht somit darin, daß konzentrisch zum kreisförmigen Emitterrand ein kreisförmiger Teil der Oberfläche der Emitterzone mit Kontaktmaterial versehen ist, wobei der Hadius des kreisförmigen Teils kleiner ist als der des Emitterrandes. Der nicht kontaktierte, aber diffundierte Emitterbereich zwischen dem mit Kontaktmaterial versehenen Teil und dem Emitterrand wirkt dabei als^j^- v/iderstand.

Eine andere vorteilhafte Aüsführungsform der Erfindung besteht darin, daß der mit Kontaktmaterial versehene kreisförmige Teil der Oberfläche der Emitterzone von weiteren ^ kreisringförmigen mit Kontaktmaterial versehenen Teilen der ™ Oberfläche der Emitterzone innerhalb des Emitterrandes umgeben ist, derart, daß die Breiten der mit Kontaktmaterial versehenen kreisringförmigen Teile der Oberfläche der Emitterzone mit zunehmendem Abstand vom Mittelpunkt des kreisförmigen Emitterrandes zum Emitterrand hin abnehmen, daß die nicht mit Kontaktmaterial versehenen Bereiche der Oberfläche der Emitterzone mit der Isolatorschicht abgedeckt sind, und daß das Kontaktmaterial des kreisförmigen Teils und der kreisringförmigen Teile auf der Oberfläche der Emitterzone zusammenhängt. Bei dieser Anordnung wird der Übergangswiderstand zwischen Kontaktmetall und Halbleitermaterial ausgenutzt. Da der spezifische Übergangswiderstand bei einer vorgegebenen Tp«ae-istor- ί technologie festliegt, wird der gewünschte Widerstandsverlauf durch die erfindungsgemäße Ausführung des Emitterkontaktes in der Art erreicht, daß kontaktierte und nicht kontaktierte Bereiche abwechseln, wobei der kontaktierte Anteil zum Emitterrand hin abnimmt.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Emitter durch Streifen fingerförmig ausgebildet ist, und daß das Kontaktmaterial in zusammenhängenden schmäleren Streifen auf einen Teil der Oberfläche der Emitterzone aufgebracht let, derart, daß das Metall eine auf der nicht mit metallbedeckten Oberfläche des Emitters

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vorgesehenen Isolatorschicht bis nahe zum Emitterrand hin bedeckt. Die fingerförmigen Emitterstreifen werden also so kontaktiert, daß längs des Emitterrandes ein möglichst breites diffundiertes Gebiet übrig bleibt, während das Kontaktmetall auch auf der Isolatorschicht bis nahe an den Emitterrand vorgesehen ist. Dadurch wird einmal erreicht, daß der Spannungsabfall entlang des Kontaktmetalls so klein wie möglich ist, so daß damit der Hauptanteil des Bmitterstromes nicht nur in der Nähe der Anschlußstelle fließt. Weiterhin v/irken der Übergangswiderstand als·. Folge des schmalen Kontaktfensters cowie der Widerstand des diffundierten Gebietes als die erwünschten Vörwiederstände.

Schließlich besteht eine Fortbildung der Erfindung darin, daß die Breite der zusammenhängenden schmäleren Streifen zu deren freien Ende hin zunimmt. Dadurch wird erreicht, daß jeder Bereich des Emitterrandes über einen gleich gsßen Yorividerstand mit dem Emitteranschluß verbunden ist, da der Spannungsabfall längs eines Streifens durch dessen zunehmende Breite ausgeglichen wird.

Der erfindungsgemäße Kontakt kann bevorzugt bei Niederfrequenz-Kleinleistungstransistoren angewendet werden. Die Erfindung läßt sich aber auch bei anderen Halbleiterbauelementen» wie beispielsweise ^Thyristoren dann in vorteilhafter Weise ausführen, wenn eine gleichmäßige Stromverteilung in der kontaktierten Zone angestrebt wird.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Es zeigen;

Figur 1s Eine Draufsicht auf eine erste Ausftihrungsform der

Erfindung in Kreisgeometrie, Figur 2s Einen Querschnitt H-II durch den Gegenstand der

Figur 1,

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Figur 3: Eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform

der Erfindung in Kreisgeometrie, Figur 4; Einen Querschnitt IV-IV durch den Gegenstand der

Figur 3,
Figur 5t Eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform

der Erfindung in Streifengeometrie, Figur 6: Einen Querschnitt VI-VI durch den Gegenstand der

Figur 5,
Figur 7: Eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform der Erfindung in Streifengeometrie.

In den Figuren 1, 3, 5 und 7 sind die Kontakte zur "besseren Anschaulichkeit schraffiert dargestellt. ^j

In den Figuren 1 und 2 ist mit 1 ein diffundierter Emitterbereich und mit 2 ein Emitterrand "bezeichnet. Der Emitterrand 2 stellt gleichzeitig einen an die Oberfläche tretenden pn-übergang zwischen der Basiszone 3 und Emitterzone 1 dar. Konzentrisch zum Emitterrand 2 ist auf der Emitterzone eine kreisförmiger Kontakt 4 vorgesehen, dessen Radius etwa 50 - 150/u, insbesondere 70/U, kleiner ist als der Radius des Emitterrandes und der vorzugsweise aus Aluminium besteht. Auf der Baöis 3 ist eine Basiskontaktzone 8 vorgesehen. Die Basiszone 3 ist von einer Kollektorzone 5 umgeben, die einen Kontakt 16 aufweist. Der Kollektorkontakt kann auch auf der gleichen Seite wie der Emitter- und Basiskontakt liegen. Er ist in den Figuren mit 6 bezeichnet, und zur besonderen Anschaulichkeit strichpunktiert dargestellt. Die nicht mit dem Kontakt 4 bedeckten Bereiche der Emitterzone sind durch eine Isolatorschicht 10 abgedeckt.

In den Figuren 3 bis 7 v/erden sich entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in der Figur 1.

Die in der Figur 3 dargestellte Anordnung weist zwei aufeinanderfolgende kreisringförmige Kontakte 7 auf, die den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Kontakt 4 innerhalb des

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Emitterrandes 2 kreisringförmig umgeben. Die Breiten der verschiedenen Kontakte 7 nehmen dabei mit zunehmendem Radius ab. Es ist auch möglich, beispielsweise nur einen kreisringförmigen Kontakt 7» oder auch mehrere, vorzusehen. Die kreisförmigen und kreisringformxgen Kontakte Viä^gen auf der Oberfläche der Isolatorschicht zusammen (Figur 4). In der Figur 3 wurde diese den elektrischen Zusammenhang herstellende Schicht der besseren Anschaulichkeit wegen weggelassen.

Es ist auch möglich, in einer einfacheren Ausführungsform der Erfindung auf den kreisförmigen Kontakt 4 ganz zu verzichten, und lediglich einen oder mehrere Kreisringe 7 vorzusehen.

In den Figuren 5 und 6 ist mit 9 ein Emitterkontaktfenster bezeichnet, durch welches das Kontaktmetall in Berührung mit dem Halbleitermaterial der Emitterzone 1 steht. Das Kontaktmetall überdeckt dabei auch einen Teil der Oberfläche einer auf der Emitterzone 1 außerhalb des Kontaktfensters 9 vorgesehenen Isolatorschicht 10 bis nahe zum Emitterrand 2.

Es ist auch möglich mehrere, nicht zusammenhängende Emitterkontaktfenster vorzusehen. Das Kontaktmetall überdeckt dann, wie in der Figur 4 dargestellt, auch einen Teil der Isolatorschicht, so daß es insgesamt zusammenhängt.

In der Figur 7 sind die freien Enden 11 , der den Emitterkontakt bildenden Streifen mit einer größeren Breite versehene Da der äußere elektrische Anschluß des Emitterkontaktc/ an dem zusammenhängenden Ende der Streifen erfolgt, wird dadurch der Spannungsabfall längs der Streifen zn deren freien Enden hin ausgeglichen.

In den Figuren 1 bis 7 sind lediglich einige besonders . vorteilhafte Ausführungsformon der Erfindung dargestellt. Die Kontakte können natürlich auch die Form von Ellipsen,

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Rechtecken, Quadraten oder sonstigen Formen haben. Wesentlich dabei ist, daß die dem Eraitterrand benachbarten Bereiche frei von Kontaktmaterial bleiben.

10 Patentansprüche
7 !Figuren

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Claims

Ρ a t e

j i.jKontakt für die Emitterzone eines Halbleiterbauelements, —' vorzugsweise eineo Transistors mit einem ihre Oberfläche begrenzenden und den Emitterrand bildenden pn-übergang zwischen Basis und Emitter, dadurch gekennzeichnet , daß lediglich ein Teil der Oberfläche der Emitterzone mit Kontaktraaterial versehen ist, derart, daß der dem Emitterrand benachbarte Bereich der Oberfläche der Emitterzone frei von Kontaktmaterial ist.
2. Kontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die nicht mit Kontaktmaterial versehenen Teile der Oberfläche der Emitterzone durch eine Isolatorschicht abgedeckt sind, und daß das Kontaktmaterial die auf der Oberfläche der Emitterzone angeordnete Isolatorschicht ganz oder teilweise überdeckt.
3. Kontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Emitterrand kreisförmig ausgebildet ist, und daß konzentrisch zum Emitterrand ein kreisförmiger Teil der Oberfläche der Emitterzone mit Kontaktmaterial versehen ist, v/obei der Radius des kreisförmigen Teils kleiner ist als der des Emitterrandes.
4. Kontakt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der mit Kontaktmaterial versehene kreisförmige Teil der Oberfläche der Emitterzone von weiteren kreisringförmigen mit Kontaktmaterial versehenen Teilen der Oberfläche der Emitterzone innerhalb des Emitterrandes umgeben ist, derart, daß die Breiten der mit Kontaktmaterial versehenen kreisringförmigen Teile der Oberfläche der Emitterzone mit zunehmendem Abstand vom Mittelpunkt des kreisförmigen Emitterrandes zum Emitterrand hin abnehmen, daß die nicht mit Kontaktmaterial versehenen Bereiche der Oberfläche der Emitterzone mit der Isolatorschicht abgedeckt sind, und daß

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das Kontaktmaterial des kreisförmigen Teils und der kreisringförmigen Teile auf der Oberfläche der Emitterzone zusammenhängt.
5. Kontakt nach Anspruch 4? dadurch gekennzeichnet , daß der mit Kontaktmaterial versehene kreisförmige Teil der Oberfläche der Emitterzone in seiner Mitte eine auf der Oberfläche der Emitterzone angeordnete Isolatorschicht aufv/eist.
6. Kontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e ken nzeichnet , daß der Emitterrand durch Streifen fingerförmig ausgebildet ist, und daß das Kontaktmaterial in zusammenhängenden schmäleren Streifen auf einen Teil der Oberfläche der Emitterzone aufgebracht ist, derart, daß das Metall eine auf der nicht mit Metall bedeckten Oberfläche der Emitterzone vorgesehene Isolatorschicht bis nahe zum Emitterrand hin bedeckt.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Breite der zusammenhängenden schmäleren Streifen zu deren freien Ende hin zunimmt.
8. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Kontaktmaterial Aluminium ist.
9. Kontakt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Emitterrand und dem mit Kontaktmaterial versehenen Teil der Oberfläche der Emitterzone 50 bis 150/u beträgt.
10. Kontakt nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand 70/u beträgt.

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