DE1965051C2 - Semiconductor component - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement aus einem Epltaxlalplanartranslstor und aus einer In den Transistoraufbau Integrierten, Im Betrieb den Übergang des Epltaxlalplanartranslstors In den SättigungszustandThe invention relates to a semiconductor component from an Epltaxlalplanartranslstor and from an In den Transistor construction integrated, in operation the transition of the Epltaxlalplanartranslstors in the saturation state
65 verhindernden Metall-Halbleiterdiode, bei dem eine epi- * taktische Halblelterschlcht mit geringer Leitfähigkeit die Kollektorzone bildet, in der eine an die Oberfläche der epitaktischen Halbleiterschicht grenzende Basiszone eingebettet ist. Innerhalb der sich die ebenfalls an die Oberfläche der epitaktischen Halblelterschlcht grenzende Emitterzone befindet, und bei dem eine die gleichrichtende Elektrode der Metall-Halbleiterdiode sowie die Basiselektrode ergebende Metallschicht auf der Oberfläche der epitaktischen Halblelterschlcht angebracht ist, die einen gleichrichtenden Kontakt mit einem an den Kollektor-Basisübergang angrenzenden Teil der Kollektorzone und einen ohmischen Kontakt mit einem an den so kontaktierten Kollektorzonenteil angrenzenden Teil der Basiszone bildet. 65 preventing metal semiconductor diode, in which an epitaxial half-conductor layer with low conductivity forms the collector zone in which a base zone adjoining the surface of the epitaxial semiconductor layer is embedded. Inside which the emitter zone, which is also adjacent to the surface of the epitaxial half-layer layer, is located, and in which a metal layer, which provides the rectifying electrode of the metal-semiconductor diode and the base electrode, is attached to the surface of the epitaxial half-layer layer, which makes a rectifying contact with one of the collector layers. Base junction adjoining part of the collector zone and forms an ohmic contact with a part of the base zone adjoining the collector zone part contacted in this way.
Ein solches Halbleiterbauelement ist aus »Proceedings of the IEEE«, Bd. 56 (1968), Febr., S. 232 und 233, bekannt.Such a semiconductor component is from "Proceedings of the IEEE", Vol. 56 (1968), Feb., pp. 232 and 233, known.
Bei Schaltkreisen mit Transistoren sind zwei statische Betriebszustände von besonderer Bedeutung, der Zustand »Ein« und der Zustand »Aus«. Die Zeitdauer für die Zustandsänderung eines Transistors vom Zustand »Aus« in den Zustand »Ein«, die »Anstiegszeit« genannt werden kann, kann dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, daß der Transistor über die Basiselektrode mit verhältnismäßig großen elektrischen Signalen ausgesteuert wird. Dies führt aber dazu, daß der Transistor in den Sättigungszustand getrieben wird, zum Nachteil eines weiteren Zeitfaktors für die Schaltgeschwindigkeit, nämlich der »Speicherzeit«.In circuits with transistors, two are static Operating states of particular importance, the »On« state and the »Off« state. The length of time for the change of state of a transistor from the state »off« to the state »on«, called the »rise time« can be minimized in that the transistor via the base electrode is controlled with relatively large electrical signals. But this leads to the transistor is driven into the saturation state, to the detriment of another time factor for the switching speed, namely the "storage time".
Beim Sättigungszustand von Transistoren Ist der Zustand »Ein« durch eine sehr niedrige Kollektorspannung und einen verhältnismäßig großen Kollektorstrom gekennzeichnet. Der Zustand »Aus« Ist durch eine verhältnismäßig hohe Kollektorspannung und einen sehr kleinen Kollektorstrom gekennzeichnet. Wenn der Transistor gesättigt ist, ist der Kollektor-Basis-Übergang in der Durchlaßrichtung vorgespannt, und die Basiszone spreichert eine große Konzentrat«™ an Minoritätsladungsträgern. Bevor der Transistor als ausgeschaltet angesehen werden kann, muß der Kollektor-Basis-Übergang In den Sperrzustand zurückgebracht werden. Die Zelt, die zur Rückführung des Kollektor-Basls-Übergangs In den Sperrzustand erforderlich ist und »Speicherzelt« genannt wird, ist oft der die Schaltgeschwindigkeit hauptsächlich begrenzende Faktor.In the saturation state of transistors, the state is »on« due to a very low collector voltage and a relatively large collector current. The "off" state is proportionate through a high collector voltage and a very small collector current. When the transistor is saturated, the collector-base junction is forward-biased, and the base region Stores a large concentrate «™ of minority charge carriers. Before the transistor can be considered turned off, the collector-base junction must be Returned to the locked state. The tent that leads to the return of the collector-Basls transition In the locked state is required and "storage tent" is often the main limiting factor for the switching speed.
Um die Schallgeschwindigkeit von Transistoren zu erhöhen, Ist es bekannt. Im Nebenschluß zum Kollektor-Basls-Übergang eme Schottky-Sperrschlchtdlode zu schalten, die In der Lage Ist, einen Strom In der Durchlaßrichtung bei einer geringfügig niedrigeren Spannung als der des Kollektor-Basls-Übergangs zu führen, damit eine Sättigung des Transistors verhindert wird. Dadurch wird verhindert, daß der Kollektor-Basis-Übergang In der Durchlaßrichtung vorgespannt wird, was eine für die Sättigung notwendige Bedlndung list, und dadurch wird eine Speicherung einer hohen Konzentration von Ladungsträgern In der Basiszone vermieden. Diese Maßnahme Ist In der eingangs genannten Literaturstelle beschrieben. Bei dem darauf bekannten Halbleiterbauelement 1st die Metall-Halbleiterdiode (Schottky-Diode), die dem Bäsls-Kollektor-Übergang des Transistors parallelgeschaltet Ist, von einem großflächigen Übergang gebildet. Die Sperrschicht dieser Schottky-Diode, liegt parallel zur Sperrschicht des Basls-Kollektor-Übergangs des Transistors, so daß sie eine parallel zur Basls-Kollektor-Kapazität liegende weitere Kapazität bildet. Diese Kapazitätserhöhung führt zu einer starken Beeinträchtigung des Hochfre-To increase the speed of sound from transistors, it is known. In the shunt to the collector-Basls transition To switch eme Schottky blocking diode, which is able to carry a current in the forward direction at a slightly lower voltage than that of the collector-basls junction, so saturation of the transistor is prevented. This prevents the collector-base junction In the Forward bias is what one for saturation necessary condition, and thereby a storage of a high concentration of charge carriers Avoided in the base zone. This measure is in the literature mentioned at the beginning. In the semiconductor component known on it, the Metal semiconductor diode (Schottky diode), which is the Bäsls collector junction of the transistor is connected in parallel, formed by a large-area transition. The barrier layer this Schottky diode, lies parallel to the junction of the basls-collector junction of the transistor, so that it has a capacitance that is parallel to the Basls collector forms further capacity. This increase in capacity leads to a severe impairment of the high frequency
quenzverhaltens des Transistors, die sich durch eine Erhöhung der Ansteigszelt und eine Verlängerung der Abfallzeit bei impulsförmiger Ansteuerung des Transistors nachweisen läßt.frequency behavior of the transistor, which is characterized by a Increase in the rise tent and an extension of the fall time with pulsed control of the transistor can be proven.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement der eingangs genahnten Art zu schaffen, bei dem eine schädliche Kapazitätserhöhung durch die Metall-Halbleiterdiode vermieden wird.The invention is based on the object of a semiconductor component of the type mentioned at the outset, in which a harmful increase in capacity due to the Metal semiconductor diode is avoided.
Diese Aufgabe wird bei dein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein an die Oberfläche der epitaktischen Halbleiterschicht grenzender Teil der Kollektorzone von der Basiszone In Richtung der Schichtebene längs seines Umfangs vollständig umschlossen ist und die die gleichrichtende Elektrode der Metall-Halbleiterdiode sowie die Basiselektrode ergebende Metallschicht mit diesem Teil der Kollektorzone den gleichrichtenden Kontakt bildet, und daß die Emitter- und die Kollektorzone an der Oberfläche der epitaktischen Halbleiterschicht von je einer Metallschicht ohmisch kontaktiert sind.This task is carried out with your semiconductor component initially mentioned type achieved according to the invention in that an on the surface of the epitaxial semiconductor layer bordering part of the collector zone from the base zone in the direction of the layer plane along its The circumference is completely enclosed and the rectifying electrode of the metal semiconductor diode as well as the The metal layer forming the base electrode forms the rectifying contact with this part of the collector zone, and that the emitter and the collector zone on the surface of the epitaxial semiconductor layer of one each Metal layer are ohmically contacted.
Bei dem Halbleiterbauelement nach der Erfindung Hegt die Zone des Halbleiterkörpers, an der der gleichrichtende Metallkontakt, also die Schottky-Sperrschicht gebildet ist, an der Oberfläche des Halbleiterkörpers vollständig innerhalb des Bereichs, der die Basiszone des Transistors bildet. Aufgrund dieser besonderen Geometrie des Aufbaus des Halbleiterbauelements tritt keine schädliche Kapazitätserhöhung ein, die die Schaltgeschwindigkeit des Transistors nachteilig beeinflussen könnte. Dadurch wird eine beträchtliche Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit erreicht. Aufgrund des von der Basiszone gebildeten Schutzrings wird außerdem eine Entlastung von Punkten hoher Feldbeanspruchung am Außenumfang der Melall-Halbleiterdiode erzielt.In the semiconductor component according to the invention, the zone of the semiconductor body at which the rectifying Metal contact, so the Schottky barrier layer is formed, completely on the surface of the semiconductor body within the area which forms the base region of the transistor. Because of this particular geometry of the structure of the semiconductor component, there is no detrimental increase in capacitance, which would affect the switching speed of the transistor could adversely affect. This will result in a significant increase in Switching speed reached. Due to the protective ring formed by the base zone, a Relief of points of high field stress on the outer circumference of the Melall semiconductor diode achieved.
Vorteilhafte Ausbildungen des Halbleiterbauelements nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous designs of the semiconductor component according to the invention are specified in the subclaims.
Das Halbleiterbauelement nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung durch Beispiele näher erläutert. Es zeigtThe semiconductor component according to the invention is explained in more detail with reference to the drawing by means of examples. It shows
Fig. 1 das Ersatzschaltbild eines Halbleiterbauelements aus einem Transistor und einer integrierten Metall-Halbleiterdiode, die zwischen der Basiselektrode und der Kollektorelektrode angeordnet ist,1 shows the equivalent circuit diagram of a semiconductor component from a transistor and an integrated metal semiconductor diode, which is between the base electrode and the collector electrode is arranged,
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Transistorzonenaufbaus ohne integrierte Metall-Halbleiterdiode,2 shows a sectional view of a transistor zone structure without an integrated metal semiconductor diode,
Flg. 3 ein Diagramm des DurchlaE- und des Sperrstroms In Abhängigkeit von der Spannung bei einer PN-Übergangs-Diode und einer Metall-Halbleiterdiode,Flg. 3 shows a diagram of the forward and reverse currents Depending on the voltage of a PN junction diode and a metal semiconductor diode,
Fig. 4 eine Oberansicht eines Epitaxlalplanartranslstors mit einer integrierter. Metall-Halbleiterdiode zwischen der Basiselektrode und der Kollektorelektrode nach der Erfindung,Figure 4 is a top view of an epitaxial / planar translator with an integrated. Metal semiconductor diode between the base electrode and the collector electrode according to the invention,
Flg. 5 eine Schnittansicht des Transistors von Flg. 4 nach der Schnittlinie 5-5.Flg. 5 is a sectional view of the transistor of FIG. 4 after cutting line 5-5.
In der Fig. 1 bezeichnet 10 eine Metall-Halbleiterdiode und eine Stromquelle, die bei eingeschaltetem Transistor einen Strom von einer Kollektorelektrode 14 zu einer Emitterelektrode 16 fließen läßt. Ein Verbindungspunkt 18 stellt den Kollektorknotenpunkt des Transistors dar, und der Verbindungspunkt 20 bezeichnet den Basisknotenpunkt. Die Widerstände 22 und 24 stehen für den Kollektor-Basis-Widerstand bzw. den Emitter-Basls-Wlderstand. In der üblichen Weise Ist angenommen, daß der Transistor einen Kollektor-Basis-Übergang hat, der durch die Diode 26 dargestellt ist, und einen Emitter-Basis-Übergang, der durch die Diode 28 dargestellt Ist.In Fig. 1, 10 denotes a metal semiconductor diode and a current source, when the transistor is turned on, a current from a collector electrode 14 to a Emitter electrode 16 can flow. A connection point 18 represents the collector node of the transistor, and the connection point 20 denotes the base node. The resistors 22 and 24 stand for Collector-base resistance or the emitter-Basls resistance. In the usual way it is assumed that the transistor has a collector-base junction represented by diode 26 and an emitter-base junction, which is represented by the diode 28.
Fig. 2 zeigt einen veri'kalen Schnitt durch einen bekannten Epitaxialplanaitransistor ohne die sogenannte Klemmdiode 10. Der Kollektorknotenpunkt 118 liegt In der Kollektorzone mit einer vergrabenen Schicht 30, deren Dottei-ungskonzentration den Widerstand 22 bestimmt. Zusätzlich bestimmt die Dotierungskonzentration der Kollektorzone mit der vergrabenen Schicht 30 den Wert eines Widerstans 32 zwischen dem Knotenpunkt 18 und der Kollektorelektrode 14. Der PN-Übergang zwischen der Kollektorzone mit der vergrabenen Schicht 30 und der Basiszone 34 ergibt den PN-Übergang 26, und ei-a PN-Übergang 28 wird von den Halbleiterzonen 34 und 36 gebildet. Um den Vergleich zwischen dem Ersatzschaltbild von Fig. 1 und dem wirklichen Transistor von Flg. 2 zu vervollständigen, ist anzugeben, daß die Dotierungskonzentration der Halbleiterzone 34 den Wert des Widerstands 24 ergibt, und daß eine Basiselektrode 38 vorhanden ist.Fig. 2 shows a vertical section through a known epitaxial planar transistor without the so-called Clamping diode 10. The collector node 118 is located in the collector zone with a buried layer 30, whose dotty concentration increases the resistance 22 certainly. In addition, the doping concentration of the collector zone with the buried layer 30 is determined the value of a resistor 32 between node 18 and collector electrode 14. The PN junction between the collector zone with the buried layer 30 and the base zone 34 results in the PN junction 26, and ei-a PN junction 28 is formed by the semiconductor zones 34 and 36. To make the comparison between the Equivalent circuit diagram of Fig. 1 and the real transistor from Flg. 2 to complete, it is to be stated that the doping concentration of the semiconductor zone 34 den Value of the resistor 24 results, and that a base electrode 38 is present.
Wenn eine an die Basiselektrode 38 angelegte Spannung den Schwellenwert übersteigt, wird der Basls-Emitter-Übergang 28 in der Durchlaßrichtung vorgespannt, wodurch der Transistor eingeschaltet wird und ein Strom aus der Stromquelle 12 fließt. Eine ckn Schwellenwert übersteigende Spannung ergibt auch eine Durchlaß-Vorspannung an dem Kollektor-Basis-Übergang 26. Der Transistor arbeitet dann im Sättigungszustand. Im S5ttigungszustand speichert die Basiszone eine große Konzentration voii Minoritätsladungsträgern, die zunächst beseitigt werden müssen, bevor der Transistor wieder abgeschaltet werden kann. Die Sättigung des Transistors kann dadurch verhindert werden, daß die Kollektorelektrode auf einem Potential gehalten wird, das eine. Durchlaß-Vorspannung an dem Kollektor-Basis-Übergang verhindert, d. h. auf einem Potential, das über der Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung VC£.$ liegt. Wie bei dem bekannten Halbleiterbauelement aus einem Transistor und aus einer sogenannter» Klemmdiode führt die Klemmdiode 10 einen Strom, wenn die dem Transistor zugeführte Basissteuerspannung einen vorbestimmten Wert übersteigt. Infolge ihres kleineren Spannungsabfalls in der Durchlaßrichtung bildet die Klemmdiode 10 ansteile der Kollektordiode 26 einen Nebenschluß for den überschüssigen Basissteuerstrom zum Kollektorknotenpunkt 18. Die beim hier zu beschreibenden Halbleiterbauelement angewendete Maßnähme, die Klemmdiode 10 Im Inneren des Koliektor-Basis-Gebiets vorzusehen, ergibt somit den wesentlichen bekannten Vorteil, daß die Schaltzeit des Transistors verringert wird, so daß ein Betrieb mit größeren Geschwindigkeiten ermöglicht wird. Diese Verringerung der Schaltzelt beruht auf der Beseitigung der Mimoritätsladungsträgerspeicherung in der Basiszone 34 des Transistors. Als Folge davon kann die Basiselektrode 38 mit einem größeren Signal gesteuert werden, wodurch die Verzögerungszeil und die Anstiegszelt herabgesetzt werden können. Dennoch kann der Transistor nicht gesättigt werden, weil an den Kollektor-Basis-Überganp 26 keine volle Durchlaßspannung angelegt wird, denn die Klemmdiode 10 führt bereits bei niedrigerer Spannung Strom. Die Klemmdiode 10 hat praktisch keine Erholungszeit, da sie eine Majoritä'sladungsträgeranordnung ist. Die Anordnung der Klemmdiode 10 Im Inneren des Koilektor-Basis-Geblets bei dem hier zu beschreibenden Halbleiterbauelement ergibt den weiteren wichtiger* Vorteil, daß Punkte großer Feldbeanspruchung am äußeren DIodenumfang vermieden werden, die bei Im Sperrbetrieb arbeitenden Dioden ohi.e Schutzring auftreten.When a voltage applied to the base electrode 38 exceeds the threshold, the basl-emitter junction 28 is forward biased, turning the transistor on and a current from the current source 12 flowing. A voltage exceeding ckn threshold also results in a forward bias at the collector-base junction 26. The transistor then operates in the saturation state. In the saturation state, the base zone stores a large concentration of minority charge carriers, which must first be removed before the transistor can be switched off again. The saturation of the transistor can be prevented by keeping the collector electrode at a potential that is one. Forward bias is prevented at the collector-base junction, ie at a potential which is above the collector-emitter saturation voltage V C £ . $ lies. As in the case of the known semiconductor component comprising a transistor and a so-called »clamping diode, the clamping diode 10 conducts a current when the base control voltage supplied to the transistor exceeds a predetermined value. As a result of its smaller voltage drop in the forward direction, the clamping diode 10 forms a shunt for the excess base control current to the collector node 18 instead of the collector diode 26 essential known advantage that the switching time of the transistor is reduced, so that operation at higher speeds is made possible. This reduction in the switching tent is based on the elimination of the minority charge carrier storage in the base zone 34 of the transistor. As a result, the base electrode 38 can be controlled with a larger signal, whereby the delay line and rise time can be decreased. Nevertheless, the transistor cannot be saturated because a full forward voltage is not applied to the collector-base junction 26, because the clamping diode 10 already carries current at a lower voltage. The clamp diode 10 has virtually no recovery time since it is a majority carrier arrangement. The arrangement of the clamping diode 10 inside the coil-base fan in the semiconductor component to be described here results in the further important advantage that points of great field stress on the outer diameter of the diode, which occur with diodes without a protective ring in reverse operation, are avoided.
Der Betrieb der bekannten Klemmdiode 10 läßt sich leichter anhand von Fig. 3 verstehen, die ein DiagrammThe operation of the known clamp diode 10 can be more easily understood with reference to Fig. 3 which is a diagram
der Durchlaß- und Sperrkennlinien eine3 PN-Übergangs, etwa der Kollektordiode 26, und einer Metall-Halbleiterdiode, auch Schottky-Diode genannt, zeigt. Wenn nur die DurchlaBkennlinien betrachtet werden, beginnt die Stromführung bei der Schottky-Diode bei einer etwas niedrigeren Spannung als bei der PN-Übergangsdiode. Bei einer Durchlaßspannung, die kleiner als die Spannung des Kreuzungspunktes Ist, führt die Schottky-Diode Strom, während die PN-Übergangsdiode keinen Strom röhrt. Durch die Parallelschaltung der Schottky-Diode zu dem Kollektor-PN-Übergang eines Transistors kann also eine Sättigung des Transistors verhindert werden. the transmission and blocking characteristics have a 3 PN junction, about the collector diode 26, and a metal semiconductor diode, also called Schottky diode, shows. If only If the flow characteristics are considered, the current flow in the Schottky diode begins with a little lower voltage than the PN junction diode. At a forward voltage that is less than the voltage If the crossing point is, the Schottky diode carries current, while the PN junction diode does not Electricity roars. By connecting the Schottky diode in parallel to the collector PN junction of a transistor saturation of the transistor can thus be prevented.
Flg. 4 und S zeigen ein Halbleiterbauelement mit einem Epitaxialplanartranslstor vom NPN-Typ nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Transistor enthält eine Metall-Halbleierdiode, die in einer zur Kollektorzone 40, 48, 54, 56 führenden Öffnung In einem Fenster 68 der Basiszone 42 gebildet ist und einen Nebenschluß ?" der Kollektor- und der Basiselektrode in der Im Ersatzschaltbild von Fig. 1 gezeigten Weise darstellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Halbleiterbauelement ein Silizlumplättchen 44 mit einem Siliziumsubstrat 46, das mil Akzeptorstoffen leicht dotert ist, und mit einer epitaktisch aufgewachsenen, leicht N-IeI-tend dotierten Siliziumschicht 48 auf. Vor der Bildung der epitaktisch aufgewachsenen Schicht 48 ist in bekannter Welse eine vergrabene N*-Ieitende Schicht 40 durch ein Diffusionsverfahren hergestellt worden. Die Basiszone 42 wird in der epitaktischen Schicht durch örtliche Eindiffusion von Akzeptorstoffen gebildet, und die Emitterzonen 50 und 52 sind in der Basiszone 42 durch örtliche Diffusion eines Donatorstoffes gebildet. Die leitende Verbindung zur vergrabenen Schicht 40 der Kollektorzone wird durch die N*-leitenden Leitbereiche 54 und 56 hergestellt. Ein SiliziumdioxidOberzug 58 bedeckt die Oberfläche des Siliziumplättchens 44 mit Ausnahme der Stellen, an denen Kontaktelektroden gebildet werden. Die Emitterkontakte 60 und 62 werden an dem Siiiziumnlättchen 44 durch Metallisieren angebracht; sie bilden nichtgleichrichtende Kontakte an der Silizlumoberfiäche der Emitterzonen 50 und 52. In gleicher Weise stehen Kollektorkontaktelektroden 64 und 66 in nichtgleichrlchtendem Kontakt mit den Leitbereichen 54 und 56 der Kollektorzone in Öffnungen, die in dem Siliziumdioxidüberzug 58 gebildet sind.Flg. 4 and 5 show a semiconductor device with an epitaxial planar transistor of the NPN type according to FIG an embodiment of the invention. The transistor contains a metal semiconductor diode that is used in a Collector zone 40, 48, 54, 56 leading opening in a window 68 of the base zone 42 is formed and one Shunt? "Of the collector and base electrodes in the manner shown in the equivalent circuit diagram of FIG. In this exemplary embodiment, the semiconductor component comprises a silicon wafer 44 with a silicon substrate 46, which is lightly doped with acceptor substances and has a slightly negative tendency that is grown epitaxially doped silicon layer 48. Prior to the formation of the epitaxially grown layer 48, it is known in FIG Welse a buried N * -conductive layer 40 through a diffusion process has been established. The base zone 42 is in the epitaxial layer by local Inward diffusion of acceptor substances formed, and the emitter zones 50 and 52 are in the base zone 42 by local Diffusion of a donor substance formed. The conductive connection to the buried layer 40 of the collector zone is produced by the N * conducting regions 54 and 56. A silica coating 58 covers the Surface of the silicon wafer 44 with the exception of the locations where contact electrodes are formed. The emitter contacts 60 and 62 are attached to the silicon wafer 44 by plating; they form non-rectifying contacts on the silicon surface of the emitter zones 50 and 52. Stand in the same way Collector contact electrodes 64 and 66 in non-uniform contact with conductive regions 54 and 56 of FIG Collector zone in openings formed in the silicon dioxide coating 58.
Zur Bildung der Basiszone 42 wurde ein rechteckiger Abschnitt des Siliziumdioxidüberzugs oberhalb der Basiszone 42 nicht entfernt. Dies ergab ein Fenster 68 In der Basiszone 42. durch das ein Teil der Kollektorzone 40, 48, 54, 56 sich an die Oberfläche des Siliziumplättchens 44 erstreckt. Eic; Metall-Halbleiterdiode ist an dem durch das Fenster 68 an die Oberfläche tretenden Teil der Kollektorzone durch eine Metallschicht 72 gebildet worden, die dort die Oberfläche der Kollektorzone kontaktiert und durch die in dem Siliziumdioxidüberzug 58 gebildete Öffnung, die sich auch über einen Abschnitt der Basiszone 42 erstreckt, ebenfalls die Oberfläche der Basiszone 42 kontaktiert. Dieser über der Basiszone 42 liegende Abschnitt der Metallschicht 72 steht in ohmischem Kontakt mit dieser, so da3 die an der Grenzfläche zwischen der Metallschicht 72 und der Kollektorzone gebildete Metall-Halbleiterdiode einen Nebenschluß zwischen der Basis- und Kollektorelektrode des Transistors ergibt. ·A rectangular section of the silica coating was placed above the base zone to form the base zone 42 42 not removed. This resulted in a window 68 in the base zone 42 through which part of the collector zone 40, 48, 54, 56 extends to the surface of the silicon wafer 44. Eic; Metal semiconductor diode is on that through the window 68 to the surface of the Collector zone has been formed by a metal layer 72 which contacts the surface of the collector zone there and through the opening formed in the silica coating 58, which also extends over a portion of the base zone 42 also contacts the surface of the base zone 42. This one above the base zone 42 The lying section of the metal layer 72 is in ohmic contact with it, so that the one at the interface Metal-semiconductor diode formed between the metal layer 72 and the collector region is shunted between of the base and collector electrodes of the transistor. ·
Eine wichtige Gestaltung des hier zu beschreibenden Haibleiterbaulements besteht darin, daß die Sperrschicht des Metall-Halbleiterkontakts der Metallschicht 72 der Klemmdiode 10 von der Basiszone 42 umgeben ist, so daß diese einen Schutzring bildet, der Punkte hoher Feldbeanspruchung am Dlodenumfang beseitigt.An important design of the semiconductor element to be described here is that the barrier layer of the metal-semiconductor contact of the metal layer 72 of the clamping diode 10 is surrounded by the base zone 42, so that this forms a protective ring that eliminates points of high field stress on the circumference of the diode.
Es Ist wichtig zu bemerken, daß eine Schicht aus dem gleichen Metall die ohmschen Kontakte 60, 62, 64 und 66 und auch einen ohmschen Kontakt mit der Basiszone 42 ergibt, jedoch einen gleichrichtenden Kontakt mit der Kollektorzone durch das Fenster 68 bildet. Dies ist beispielsweise möglich, wenn die Kontakte aus Aluminium to oder Molybdän gebildet werden.It is important to note that there is a layer out of the the same metal, the ohmic contacts 60, 62, 64 and 66 and also an ohmic contact with the base zone 42 results, but forms a rectifying contact with the collector zone through the window 68. This is for example possible if the contacts are made of aluminum or molybdenum.
Elektrische Kontakte an der Emitter-, der Basis und der Kollektorzone können durch Aufbringen einer Aluminiumschicht auf die Siliziumdioxidschicht 58 gebildet werden. Es wurde festgestellt, daß bei Slllziumbauelementen Aluminium als Kontaktmetall vorzuziehen ist. Um einen guten ohmschen Kontakt zu gewährleisten, ist es erwünscht, an der Oberfläche unter den Alumlnlumkontaktelektroden eine Dotierungskonzentration von mehr als 2 · 1020 Atomen/cm' zu haben. Bor und Phosphor sind Beispiele für Dotierungsstoffe, die In die Basiszone 42 bzw. in die Emitterzonen 50 und 52 in solchen Konzentrationen eindiffundiert werden können. Die Kollektorzonenbereiche 54 und 56, welche den gleichen Leitungstyp wie die Emitterzonen 50 und 52 haben und später für einen ohmschen Kontakt verwendet werden, können In bekannter Weise gleichzeitig mit der Emitterdiffusion dotiert werden. Dagegen besteht der Teil der Kollektorzone Im Gebiet des Fensters 68 aus einem Teil der epitaktisclvMi Siliziumschicht 48 mit niedriger Dotierungskonzentration. Daher wird durch das Aluminium In diesem Teil der Kollektorzone ein gleichrichtender Kontakt gebildet.Electrical contacts at the emitter, base and collector zones can be formed by applying an aluminum layer to the silicon dioxide layer 58. It has been found that aluminum is the preferred contact metal for silicon components. In order to ensure good ohmic contact, it is desirable to have a doping concentration of more than 2 · 10 20 atoms / cm 'on the surface under the aluminum contact electrodes. Boron and phosphorus are examples of dopants which can be diffused into the base zone 42 or into the emitter zones 50 and 52 in such concentrations. The collector zone regions 54 and 56, which have the same conductivity type as the emitter zones 50 and 52 and are later used for an ohmic contact, can be doped in a known manner at the same time as the emitter diffusion. In contrast, the part of the collector zone in the area of the window 68 consists of a part of the epitaxial silicon layer 48 with a low doping concentration. Therefore, a rectifying contact is formed by the aluminum in this part of the collector zone.
Das Halbleiterbauelement nach den Fig. 4 und 5 soll im folgenden auch anhand eines Beispiels seiner Herstellung erläutert werden. Das Ausgangsmaterial ist eine Siliziumscheibe, von der das Slllziumplättchen 44 in diesem Verfahrensstand lediglich ein sehr kleiner, nicht abgetrennter Teil ist. Die Siliziumscheibe besteht aus einem Substrat 46 aus hochohmigen r-ieiiendcm Silizium mit niedriger Dotierungskonzentration, auf dem die epitaktische Siliziumschicht 48 mit einem spezifischen Widerstand von etwa 0,2 Ohm · cm gebildet ist. Der spezifische Widerstand der epitaktischen Siliziumschicht 48 ist wichtig, weil es notwendig ist, daß die Dotierungskonzentration so niedrig ist, daß Aluminium oder Molybdän damit einen gleichrichtenden Kontakt und keinen ohmischen Kontakt bildet, so daß eine Metall-Halbleiterdiode entsteht. Andererseits darf der spezifische Widerstand nicht zu hoch sein, weil sonst der Serienwiderstand zwischen dem Halbleiterteil der Metall-Halbleiterdiode und dem als Kollektor des Transistors wirkenden Halbleitergebiet zu groß wäre. Somit ist der spezifische Widersta-d der epitaktischen Siliziumschtcht ein Kompromiß zwischen diesen Faktoren.The semiconductor component according to FIGS. 4 and 5 is intended are also explained below using an example of its production. The starting material is a silicon wafer, of which the silicon plate 44 in this state of the process is only a very small one that has not been separated Part is. The silicon wafer consists of a substrate 46 made of high-resistance silicon low doping concentration on which the epitaxial silicon layer 48 with a resistivity of about 0.2 ohm · cm. The resistivity of the epitaxial silicon layer 48 is important because it is necessary that the doping concentration be so low that aluminum or molybdenum is with it forms a rectifying contact and not an ohmic contact, so that a metal semiconductor diode is formed. On the other hand, the specific resistance must not be too high, because otherwise the series resistance between the semiconductor part of the metal semiconductor diode and the semiconductor region acting as the collector of the transistor would be too big. Thus, the specific resistance of the silicon epitaxial layer is a compromise between these factors.
Auf der epitaktischen Siliziumschicht wird ein Siliziumdioxidüberzug entweder durch thermisches Aufwachsen von Oxid bei hohen Temperaturen oder durch Zersetzen von Äthy!-o-Silan oder Silan in einem mit niedriger Temperatur arbeitenden Abschetdungsverfahren aufgebracht. A silicon dioxide coating is placed on the epitaxial silicon layer either by thermal growth of oxide at high temperatures or by decomposition of ethy! -o-silane or silane in one with lower Temperature working deposition process applied.
Nach dem Diffundieren eines Isolierringes und der Leitbereiche 54 und 56 wird in bekannter Weise eine Öffnung in dem Siliziumdioxidüberzug 58 gebildet und Bor als Dotierungsstoff zur Erzeugung der P-leitenden Basiszone 42 eindiffundiert. Eine dünne Schicht aus thermisch gebildetem Silizimoxid entsteht über der Basiszone 42 während des Borauftrags für diese Basisdiffusion. Eine weitere Öffnung wird in dem Siliziumdioxidüberzug 58After diffusing an insulating ring and the guide areas 54 and 56, an opening is made in a known manner formed in the silicon dioxide coating 58 and boron as a dopant to produce the P-type base zone 42 diffused. A thin layer of thermally formed silicon oxide is created over the base zone 42 during the boron application for this basic diffusion. Another opening is made in the silicon dioxide coating 58
hergestellt, und dann werden die N-Ieltenden Emitterzonen 50 und 52 eindlffundiert. Nun werden in dem Siliziumdlxodlüberzug 58 Öffnungen an den Stellen gebildet, an denen die Emitter- und die Kollektorkontaktelektrode als ohmische Kontakte angebracht werden, während gleichzeitig die Öffnung 6«o über der leichtdotierten epitaktischen Siliziumschichl 48 für die Herstellung der Metall-Halbleiterdiode erzeugt wird. Nach einer OberflächeniTiilgung wird eine dünne Schicht aus Aluminium oder Molybdän mit elneir Dicke von etwa 10 bis 20 pm auf die gesamte Oberfläche aufgedampft. Falls Molybdänand then the neutral emitter regions 50 and 52 are diffused in. Now 58 openings are formed in the silicon oxide coating at the points where the emitter and collector contact electrodes are attached as ohmic contacts, while at the same time the opening 6 «o over the lightly doped epitaxial silicon layer 48 for the production of the Metal semiconductor diode is generated. After a surface purging, a thin layer of aluminum is created or molybdenum with an average thickness of about 10 to 20 µm vapor-deposited on the entire surface. If molybdenum
verwendet wird, wird darüber noch ein Goldfilm aufgebracht.is used, a gold film is applied over it.
Die gewünschte Form der Metallkontakle wird in bekannter Weise durch die Form der Masken bestimmt, und das nicht abgedeckte Metall wird durch Ätzen entfernt, so daß die Metallflächen übrig bleiben, welche die verschiedenen Kontaktelektroden ergeben.The desired shape of the metal contacts is determined in a known manner by the shape of the masks, and the uncovered metal is removed by etching, leaving the metal surfaces which the different contact electrodes.
Das Halbleiterbauelement, das in dem Ausführungsbeispiel als ein Teil einer Integrierten Halbleiterschaltung vorgesehen ist, kann für andere Anwendungen auch als Einzelbauelement ausgeführt werden.The semiconductor component, which in the exemplary embodiment is part of a semiconductor integrated circuit is provided, can also be designed as a single component for other applications.
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