DE2130457A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents
HalbleiterbauelementInfo
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Description
5039 Weiss, Kreis Köln JohannisstraBe 4
Fairchild Camera & Instrument F 7152
Corporation 91 ? Γ) Λ R 7 F/Wi
464 Ellis Street
Mountain View, California 94040
Mountain View, California 94040
Halbleiterbauelement
Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterbauelemente, insbesondere
auf ein Halbleiterbauelement, das verhältnismäßig hohe Rückwärts-Spannungen aufnehmen kann·
Die Bezeichnung "Planar" wird in der Halbleitertechnik im allgemeinen
verwendet, um ein Halbleiterbauelement zu beschreiben, dessen pn-übergang eine ebene Fläche des Halbleitermaterials
schneidet. Ein solcher Typ eines Halbleiterbauelements unterscheidet sich von einem Halbleiterbauelement der "Mesa"-Bauart
vor allem dadurch, daß bei der Mesa-Bauart ein pn-übergang eine zylindrische oder nicht-ebene Fläche des Halbleitermaterials
schneidet. Bei einem typischen Bauelement der "Mesa"-Bauart ist der pn-übergang vollständig eben; er liegt also in einer Ebene·
Bei einem Halbleiterbauelement der "Planar"-Bauart sind Teile des
pn-Übergangs demgegenüber gekrümmt·
Die Durchbruchsspannung eines pn-Übergangs ist definiert als diejenige Rückwärts-Spannung, bei der ein Rückwärts-Strom zu fließen
beginnt, dessen Stärke über einem vorgegebenen Wert liegt.
Im allgemeinen definiert man bei Transistoren zwei Durchbruchsspannungen:
BVggQ bezeichnet die Anfangs-Durchbruchsspannung
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eines an Rückwärts-Spannung liegenden Kollektor-Basis-Übergangs
bei offenem Emitterstromkreis, während LV«jjq die niedrigste bei
einem Transistor erreichte Rückwärts-Spannung bezeichnet, die bei
Beginn des Durchbruchs bei offenem Basis-Anschluß vorhanden ist.
Bin besonderes Problem ist in der Halbleitertechnik, sowohl bei
Pinar-Halbleiterbauelementen als auch bei Mesa-Halbleiterbauelementen
die Durchbruchsspannungen der pn-Übergänge zu erhöhen, und es sind bereits zahlreiche Vorschläge dieser Art gemacht worden.
Beispielsweise ist in der USA-Patentschrift 3 405 329 (Loro et al, ausgegeben am 8.10*1968) vorgesehen, die Durchbruchsspannung
eines pn-Übergangs dadurch zu erhöhen, daß ein Schild als "Feldplatte"
auf einer Isolation über der gesamten Schnittlinie des pn-Übergangs mit der Oberfläche des Halbleiterbauelements angeordnet
wird. Der Schild, welcher mit dem dem Übergang benachbarten höher dotierten Gebiet elektrisch verbunden ist, erstreckt
sich auf der Isolation über dem dem Übergang benachbarten schwächer dortierten Gebiet wenigstens eine kurze Strecke über dem
Schnittbereiche In der genannten Patentschrift ist dabei angegeben, daß die Feldplatte die Raumladungszone (Verarmungsschicht)
des Übergangs veranlaßt, ihre Form im Bereich des Schnittes des Übergangs mit der Oberfläche des Bauelements derart zu ändern,
daß die Durchbruchsspannung des Übergangs heraufgesetzt wird.
In der USA-Patentschrift 3 463 977 (Grove et al, ausgegeben am 26.8.1969) ist eine verbesserte Bauart eines Planar-Halbleiterbauelements
angegeben. Gemäß dieser Patentschrift wird die Stärke der Isolation zwischen einer Feldplatte, welche nicht mit dem
Basis-Gebiet verbunden ist, und dem darunter befindlichen Halbleitermaterial
so gewählt, daß die Durchbruchsspannung des metallurgischen pn-Übergangs und die Durchbruchsspannung des von
der Feldplatte induzierten pn-Übergangs gleich werden. Auf diese Weise soll ein Maximalwert für die Durchbruchsspannung des Bauelements
erreicht werden.
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Durch die beschriebenen Maßnahmen konnte zwar die Durchbruchsspannung
von pn-Übergängen heraifgesetzt werden, Insbesondere bei
Übergängen von Planar-Halbleiterbauelementen, jedoch lagen die erreichbaren Durchbruchsspannungen durchweg Immer noch unter dem
Wert von etwa 1000 V) in den meisten Fällen konnten bestenfalls Durchbruchsspannungen von etwa 600 - 800 V erreicht werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Durchbruchsspannung
eines pn-Ubergangs erheblich heraufzusetzen, und zwar über die Werte, wie sie bisher erreicht werden konnten.
Gemäß der Erfindung wird die Durchbruchsspannung eines pn-Ubergangs
dadurch erhöht, daß Widerstandsmaterial auf einem Teil einer isolierenden Schicht, welche über dem Übergang liegt, angeordnet
wird. Das Widerstandsmaterial verbindet eine Feldplatte, welche mit einem Gebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps auf einer Seite
des Übergangs verbunden ist, mit einem Kollektor für geladene Teilchen oder einer anderen Elektrode, welche mit einem leichter
dotierten Halbleitergebiet des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps auf der anderen Seite des pn-übergangs elektrisch verbunden
ist.
Bei Anlegen einer Vorspannung fließt ein schwacher Strom durch das Widerstandsmaterial von der Feldplatte zur Elektrode. Die
Stärke dieses Stromes hängt von dem spezifischen Widerstand des Materials ab. Der Spannungsabfall, der durch den Stromfluß durch
das Widerstandsmaterial hervorgerufen wird, ist in erster Näherung
eine im wesentlichen lineare Funktion des Abstände. Dies hat zur Folge, daß die Raumladungszone (das Verarmungsgebiet), welche dem
metallurgischen pn-übergang zugeordnet ist, in vorteilhafter Weise eine solche Form erhält, daß die elektrische Feldstärke
Innerhalb der Raumladungszone verringert wird. Das Ergebnis ist,
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daß die Durchbruchsspannung des Übergangs im Vergleich zu den bisher bekannten Übergängen erheblich höher iste
Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung erhält die
dem pn-übergang zugeordnete Raumladungszone in dem leichter dotierten Halbleitermaterial eine Form, welche im wesentlichen aus
einem gradlinigen Teil, einem komplex gekrümmten Teil und anschließend einem gekrümmten Teil besteht. Der komplex gekrümmte
Teil der Raumladungszone kann angenähert durch eine gerade Linie dargestellt werden·
Vorzugsweise besitzt das Widerstandsmaterial einen spezifischen Schichtwiderstand in der Größenordnung von ungefähr 20.10 ° Ohm/
cm (3.10 Ohm/sq). Ein solcher spezifischer Schichtwiderstand
kann beispielsweise durch polykristallines Silizium erreicht werden, das eine Schichtstärke von etwa 7.000 Angström besitzt.
Halbleiterbauelemente der Planar-Bauart, welche mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Schichtwiderstand \a?sehen sind, erreichten
eine Durchbruchsspannung des Übergangs von mehr als 2.000 V, wobei
die gesamten Leckströme weniger als 2 Mikroampere betrugen.
Die Verwendung von polykristallinem Silizium als Widerstandsmaterial
ermöglicht, die gemäß den früheren Vorschlägen verwendete Feldplatte zu ersetzen durch einen selektiv dotierten Teil aus
polykristallinem Silizium, welcher sich in den Schnittbereich des pn-übergangs mit der Oberfläche des Bauelements erstreckt
oder noch über diesen Bereich hinausgeführt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Figur 1 zeigt einen gemäß älteren Vorschlägen ausgebildeten pnübergang
ohne Feldplatte.
Figur 2 zeigt einen gemäß älteren Vorschlägen ausgebildeten pnübergang
mit einer Feldplatte, welche über dem Schnittbereich des metallurgischen pn-übergangs mit der Oberfläche
des Bauelements angeordnet, jedoch dagegen isoliert ist.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der Widerstandsmaterial auf einer Isolation zwischen der
Feldplatte und einer Elektrode angeordnet ist, welche durch ein Degenerationsgebiet mit demfpn-Ubergang benachbarten
leichter dotierten Gebiet verbunden ist.
Figuren 4a und 4b zeigen im Schnitt am Beispiel eines Transistors zwei bevorzugte Ausf Uhrungsformen der Erfindung·
Die Erfindung wird im Zusammenhang mit nur einem einzigen pnübergang
bzw. in Figur 4 einem einzigen Transistor beschrieben, jedoch kann der Erfindungsgedanke auch zur Beeinflussung und Verbesserung
der Durchbruchsspannungen bei pn-Übergängen angewandt werden, welche in weiten Anwendungsgebieten der Halbleitertechnik
auftreten, wobei insbesondere das von den Dioden bis zu den Thyristoren reichende Gebiet der Halbleiterbauelemente zu erwähnen
ist. Die In den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten AusfUhrungebeispiele
sind einander sehr ähnlich} sie unterscheiden sich aber insbesondere hinsichtlich derjenigen Komponenten, die für die
Formgebung der dem pn-übegang zugeordneten Raumladungezone (Verarmungsgebiet) verwendet werden. Dementsprechend werden identische
und bekannte Teile bei diesen Ausführungsbeispielen lediglich in Figur 1 alt den entsprechenden Bezugsziffern versehen,
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- β - L
während in den Figuren 2 und 3 nur hiervon abweichende oder neue
Merkmale mit den entsprechenden Ziffern versehen sind.
Figur 1 zeigt einen pn-übergang, wie er nach dem Stande der Technik
bekannt ist und häufig benutzt wird. Ein Halbleiterplättchen 10 enthält eine Grundlage 11 aus Halbleitermaterial, auf dem sich
eine Isolierschicht 14 befindet. Vorzugsweise enthält die Halbleiter-Grundlage 11 ein selektiv dotiertes n-Gebiet 12, in dem
ein stärker dotiertes p+-Gebiet 13 ausgebildet ist. Für die Ausbildung
des p+.-Gebiets 13 steht ein weiter Spielraum von Möglichkeiten
zur Verfügung, der von der Diffusionstechnik bis zur Ionenimplantation reicht. Ein metallurgischer pn-übergang 18, der
als gestrichelte Linie dargestellt ist, trennt das p+-Gebiet 13
von dem n-Gebiet 12.
Die Isolierschicht 14 wird über der Oberfläche 15 des Halbleitermaterials
11 während der Bearbeitung des Halbleiterplättchens 10 erzeugt. Vorzugsweise besteht die Isolierschicht 14 aus thermisch
aufgewachsenem Siliziumoxid, welches vor und während der Diffusion des p+-Gebiets 13 ausgebildet wird.
Dem pn-übergang 18 ist ein Raumladungsgebiet bzw. Verarmungsgebiet
19 zugeordnet, dessen Grenzen durch die Linien 18a und 18b angedeutet sind. Das Raumladungsgebiet 19 besteht aus einem von
beweglichen Minoritäts- und Majoritätsträgern verarmten Gebiet, und es enthält ein elektrisches Feld, welches durch die in diesem
Gebiet verbleibenden festen Ladungen induziert ist. Diese Ladungen sind positiv in dem zum Verarmungsgebiet gehörenden Teil des
n-Gebiets 12, und sie sind negativ in dem zum Verarmungsgebiet
gehörenden Teil des p-Gebiets 13. Die Stärke dieses elektrischen Feldes nimmt zu, wenn die Rückwärts-Spannung über dem übergang
wächst. Das Verarmungsgebiet 19 enthält einen geklimmten Teil 17,
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in dem das elektrische Feld, das durch Feldlinien 16 angedeutet
ist, besonders stark wird, wenn die Rückwärts-Spannung ansteigt· Ein Durchbruch des Übergangs erfolgt durchweg zuerst in diesem
gekrümmten Teil, und die Durchbruchsspannung BVCB0 des Übergangs
ist daher diejenige Rückwärts-Spannung, bei der in dem gekrümmten Teil des Verarmungsgebiets der Durchbruch erfolgt.
Zu dem p+-Gebiet 13 und dem n-Gebiet 12 werden elektrische Verbindungen
in bekannter Weise dadurch hergestellt, daß (nicht dargestellte) leitfähige Schichten an bestimmten Oberflächenbereichen
dieser beiden Gebiete angebracht werden. Der Kontakt zum Gebiet 13 wird durch ein Fenster 14a in der Schicht 14 hergestellt,
während der Kontakt zu dem Gebiet 12 entweder von der unteren Seite oder durch eine weitere Öffnung in der Schicht 14 gebildet
wird· Durch Veränderung des elektrischen Potentials, das an diese leitfähigen Schichten angelegt wird, kann man die Spannung über
dem pn-übergang steuern.
Figur 2 zeigt eine ältere Bauart, bei welcher eine Feld-Hilfselektrode
29 verwendet wird, um das Verarmungsgebiet 19 zu beeinflussen und zu formen. Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform
ist der Wert der Durchbruchsspannung BVCBq des Übergangs
höher.
Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die Feld-Hilfselektrode 29 von der leitfähigen Schicht 29a, welche
mit dem p+-Gebiet 13 in Verbindung steht, über der Isolation
14 bis über den Schnittbereich des metallurgischen pn-Übergangs 18 mit der Oberfläche des Halbleitermaterials 11. Teil 29b der
Feld-Hilfselektrode 29 erstreckt sich demgemäß über das n-Gebiet 11 und formt die Gebiete27 und 28 des Verarmungsgebiets derart,
daß die Stärke des elektrischen Feldes über diesen Gebieten
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herabgesetzt wird. Obwohl daher bei dem Übergang 18 ein Durchbruch
im Gebiet 27 erfolgen kann, ist die Rückwärts-Spannung,
welche erforderlich ist, um diesen Durchbruch zu induzieren, erheblich höher als die Rückwärts-Spannung, welche für einen Durchbruch
bei dem pn-übergang gemäß Figur 1 erforderlich wäre. Im besten Fall wird man bei dem in Figur 2 dargestellten, für verhältnismäßig
hohe Spannungen vorgesehenen übergang eine Durchbruchs-Spannung BVCB0 von etwa 600 - 800 V erhalten.
Figur 3 zejgb demgegenüber ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
bei dem die Durchbruchspannung BVCB0 des pn-Übergangs 18 gegenüber
der in Figur 2 dargestellten Bauart erheblich höher ist. Zusätzlich zu der Feld-Hilfselektrode 29 weist das in Figur 3 dargestellte
Ausführungsbeispiel einen Kollektor 39 für Ladungsteilchen auf, der auch als Äquipotentialring oder nEQRtt-Ring bezeichnet
wird j der Äquipotentialring 29 ist mit einem hoch dotierten n+-Gebiet 36 verbunden, welches innerhalb des n-Gebietes 12 gebildet
ist. Zu dem n-Material 12 kann der ohmsche Kontakt durch
das Gebiet 36 hergestellt werden. Zwischen dem Äquipotentialring 39 und der Feldplatte 29 befindet sich eine Schicht aus Widerstandsmaterial
38. Obwohl sich bei dieser Figur das Widerstandsmaterial 38 von dem Ende der Feldplatte 29 bis zu dem Ende des
Äquipotentialrings 39 erstreckt, ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 vorgesehen, daß das Material 38 als Schicht über
der gesamten darunter befindlichen Isolationsschicht 14 ausgebildet ist und mit dieser flächenmäßig im wesentlichen zusammenfällt.
Das Widerstandsmaterial 38 heb eine gleichbleibende Stärke.
Durch eine an das p+-Gebiet 13 angelegte negative Spannung und
eine über Elektrode 39 und n+-Gebiet 36 an das n-Gebiet 12 angelegte
positive Spannung erhält der Übergang 18 eine Rückwärts-
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Spannung. Der pn-übergang 18 kann z.B. der Basis-Kollektor-Übergang
eines Transistors oder der pn-übergang einer Diode sein. Ein geringer Leckstrom fließt durch das Widerstandsmaterial 38 von
dem p+-Gebiet 13 zum n-Gebiet 12. Dieser Leckstrom erzeugt einen
Spannungsabfall über dem Material 38, welcher von der Entfernung im wesentlichen linear abhängig ist. Durch entsprechende Ausbildung
der Stärke des Materials 38 kann Jedoch der Spannungsabfall in Abhängigkeit von der Entfernung in geeigneter Weise so beeinflußt
werden, daß das darunter befindliche Verarmungsgebiet 19 die gewünschte Form erhält. Vorzugsweise können zu diesem Zweck
geeignete Schwächungen oder Abstufungen in der Stärke des Materials 38 verwendet werden.
Der Leckstrom durch das Widerstandsmaterial 38 ist abhängig von dem spezifischen Widerstand dieses Materials. Der spezifische
Widerstand muß niedrig genug sein, um zu ermöglichen, daß das Widerstandsmaterial geladen wird (das Widerstandsmaterial 38 kann
zusammen mit der darunter befindlichen Isolation 14 als ein symmetrisches RC-Netzwerk für die Analyse der Zeitkonstante angesehen
werden), jedoch so hoch, daß es nicht wesentlich zur Entstehung von Leckstrom beiträgt. Wenn das Material 38 einen Widerstand in
der Größenordnung von 10 Ohm hat, <
Größenordnung\on etwa 1 Mikroampere,
Größenordnung\on etwa 1 Mikroampere,
der Größenordnung von 10 Ohm hat, entstehen Leckströme in der
Durch die Wirkung des Widerstandsmaterials 38 wird der Teil 37 des Verarmungsgebiets 19 so ausgebildet, daß in der dargestellten
Weise eine flach-konkav nach oben gekrümmte Form erreicht wird· Die elektrischen Feldlinien innerhalb des Verarmungsgebiets 19
sind im wesentlichen parallel, und dadurch ist in vorteilhafter Weise erreicht, daß kein Gebiet des pn-Übergangs 18 einer elektrischen
Feldstärke ausgesetzt ist, die über derjenigen liegt,
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bei der ein Durchbruch erfolgen würde. Bei üblicher Ausbildung
der Feldplatte erfolgt der Durchbruch des Übergangs an der Spitze der Feldplatte oder an der Stelle des Einlaufens des pn-Übergangs
in die Oberfläche. Bei der Bauart gemäß der Erfindung ist jedoch die Feldstärke unterhalb der Feldplatte und des Widerstandsmaterials
unter den Wert der Feldstärke herabgesetzt, welcher in dem entsprechenden Gebiet bei einer Feldplatte der bisher üblichen
Bauart auftrat. Der Durchbruch des Übergangs erfolgt daher bei einer Bauart gemäß der Erfindung bei einem wesentlich höheren
Wert der Rückwärts-Spannung, als es bisher erreicht werden konnte»
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestand die Feldplatte 38 aus polykristallinem Silizium mit einem spezifisehen
Schichtwiderstand von ungefähr 20.10 Ohm/cm (3.10 0hm/
sq). Die Schicht 38 hatte eine Stärke von etwa 7.000 Angström, und die Durchbruchsspannung des Übergangs zwischen dem ρ -Gebiet
13 und dem n-Gebiet 12 lag höher als 2.000 V, wobei Übergangsleckströme von weniger als 2 Mikroampere auftraten. Die Stärke
der Isolation 14, einer Siliziumoxidschicht, betrug etwa 1,3
Mikrometer. Die Tiefe des Basisübergangs, also die Tiefe des p+-Gebiets 13* betrug etwa 10 Mikrometer. Der Abstand, um den die
Feldplatte 29 die Schnittlinie des Übergangs 18 mit der Oberfläche 15 überragte, betrug etwa 7,5 x 10"^ cm (3 mil). Die Schicht
38 erstreckte sich um etwa 26,7 x 10"^ cm (10,5 mil) von dem
Ende der Feldplatte 29 zu dem Äquipotentialring 39. Das n-Gebiet 12 bestand aus phosphordotiertem Einkristallsilizium, welches
einen spezifischen Widerstand von ungefähr 55 Ohm.cm besaß ent-
17S sprechend einer Dotierungskonzentration von etwa 8 - 9.10 J
Atomen/cm .
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Außer den bereits beschriebenen Vorteilen der Erfindung 1st als weiterer Vorteil von Bedeutung, daß über dem Planar-Übergang nur
ein verhältnismäßig geringer Leckstrom auftritt· Das Widerstandsmaterial
verhindert Überschläge an der Oberfläche zwischen der Feldplatte und der Kollektorelektrode, und es ist nicht erforderlich,
eine Schutzschicht für den Übergang vorzusehen. Ein Auftreten von Überschlägen würde sichere Voraussagen hinsichtlich der
Durchbruchs-Spannung des Übergangs unmöglich machen und die Betriebssicherheit
des Bauelements herabsetzen; das Anbringen einer Schutzschicht am Übergang wäre eine Möglichkeit, diese Überschläge
zu vermeiden. Die verbesserte Durchbruchsspannung wird gemäß der Erfindung erreicht, ohne daß zusätzliche Bauelement-Fläche
zur Verfügung gestellt werden muß, und das Bauelement kann auf das Durchbruchsverhalten untersucht werden, ohne daß Zerstörungen
in dem Halbleiterplättchen auftreten· Die Toleranzen in dem spezifischen
Widerstand des Polysilizlums und seiner Stärke betragen etwa eine Größenordnung, und die Bauart gemäß der Erfindung kann
sogar der Verwendung bei Mesa-Halbleiterbauelementen angepaßt
werden. Erforderlichenfalls kann zur Passivierung Siliziumnitrid über der den Übergang bedeckenden Isolation 14 verwendet werden.
Figur 4 zeigt eine isometrische Schnittdarstellung eines Transistors,
der unter der Verwendung des erfindungsgemäß vorgesehenen Dünnschicht-Oberflächenwiderstands ausgebildet ist. Zur Erleichterung
der Darstellung sind die in der ZfeLchnung verwendeten
Abmessungen nicht maßstabsgerecht. Der dargestellte Halbleiterkörper 41 enthält eine Grundlage (Substrat) aus Einkristall-Halbleitermaterial,
in dem ein n-Kollektorgebiet 53 gebildet ist) In
das n-Kollektorgebiet 53 ist ein p-Basisgebiet 42 und ein n-Emittergebiet
43 eindiffundiert· Falls zweckmäßig oder erforderlich, können alternativ die Leitfähigkeit stypen der genannten Gebiete
auch umgekehrt sein. Zwischen Basisgebiet und Emittergebiet ist
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ein pn-übergang 49 und zwischen Basisgebiet und Kollektorgebiet
ein pn-übergang 50 gebildet. Das dem pn-übergang 50 zugeordnete Verarmungsgebiet 54 erstreckt sich primär in das n-Kollektorgebiet
53, welches leichter dotiert ist als das p-Basisgebiet. Auf der Oberfläche des Bauelements 1st eine Isolierschicht 44 angeordnet,
welche vorzugsweise aus einem thermisch aufgewachsenen Oxid des Siliziums besteht. Über der Isolierschicht 44 ist eine
Schicht aus polykristallinem Silizium 45 ausgebildet, deren spe-
10 zifischer Flächenwiderstand in der Größenordnung von 20.10 0hm/
cm (3.10 0hm/sq) liegt. Durch die Polysiliziumschicht 45 und
die Oxidschicht 44 sind Fenster geätzt, um Kontaktgebiete zu den darunter befindlichen Emitter-, Basis- und Kollektorgebieten zu
erhalten. Zu dem Kollektorgebiet 53 wird Kontakt durch ein n+-
Degenerationsgebiet 52 gebildet, welches auf einer Fläche des Kollektorgebiets 53 angeordnet ist. Ein Äquipotentialring 46 aus
leitfähigem Material bildet Kontakt mit dem n+-Gebiet 52 und erstreckt
sich über die polykristalline Siliziumschicht 45 in Richtung auf die Feldplatte 47, welche mit dem Basisgebiet 42 Kontakt
bildet. Falls zweckmäßig oder erforderlich, könnte der Ring 46 auch ein Fortsatz des Widerstandsmaterials 45 sein» Feldplatte
47» welche eine Fortsetzung des Kontakts zum Basisgebiet 42 ist, erstreckt sich auf der polykristallinen Siliziumschicht 45 weiter
über das Schnittgebiet des pn-Übergangs 50 mit der Oberfläche
des Elnkristallsiliziums 41. Kontakt 48 zum Emittergebiet 43 erstreckt
sich geringfügig über die Oxidschicht 44. Auf dem Oxid
44, welches über dem Schnittgebiet des pn-Übergangs 49 mit der
Oberfläche des Halbleiterkörpers 41 angeordnet ist, befindet sich kein Widerstandsmaterial 45, da dieser Übergang während der normalen
Arbeitsweise des Transistors an Vorwärts-Spannung liegt. Erforderlichenfalls kann jedoch das polykristalline Silizium auf
dem Oxid 44 über dem Basis-Emitterübergang verbleiben, well hierdurch
die Bearbeitungsschritte vereinfacht werden und der Emitter-
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Basis-Leckstrom nicht nennenswert erhöht wird. Teil 51 des Verarmungsgebiets 54 ist im wesentlichen linear, jedoch in der dargestellten
Weise geringfügig nach oben konkav gekrümmt, und dies entspricht der Spannungsverteilung, die durch den durch die .Widerstandsschicht
45 fließenden Strom bedingt ist. Gemäß der Erfindung aufgebaute Transistoren erreichten Durchbruchsspannungen
von mehr als 2.000 V, wobei hFE gleich oder größer 12 ist,
LVCE0 lag über 1.300 V.
In Figur 4b ist eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung
dargestellt, bei der die Feldplatte 47 sich nicht mehr über das Schnittgebiet des Übergangs 50 mit der Oberfläche des
Bauelements erstreckt, sondern am Ende der Widerstandsschicht abschließt. Die Platte 47 steht im Kontakt mit dem p-Basisgebiet
42 und bildet ebenfalls Kontakt mit dem Material 45, und zwar entweder am Ende des Materials 45, wie es bei dem Teil des Kontakts
47 erkennbar ist, der als durchgehende Linie gezeichnet ist, oder aber am Ende und oben auf dem Gebiet 45a des Materials
45, wie es durch den Teil 47a des Kontakts 47 dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Gebiet 45a zur Erhöhung
der Leitfähigkeit selektiv dotiert. Das Gebiet 45a wirkt daher als Feldplatte und formt das darunter liegende, dem pn-übergang
50 zugeordnete Verarmungsgebiet in der gewünschten Weise. Es ist nicht erforderlich, daß das Gebiet 45a das Schnittgebiet des Übergangs 50 mit der Halbleiteroberfläche überlagert, aber es sollte
an dieses Schnittgebiet nahe herangeführt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen AusfUhrungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist es möglich, daß
in allen dargestellten Ausfuhrungsbeispielen erforderlichenfalls die Polarität der Halbleitergebiete umgekehrt wird« Auch können
im Rahmen des Erfindungsgedankens geeignete andere Widerstandsmaterialien verwendet werden, insbesondere Chalkogenid-Gläser,
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die z.B. durch Aufdampfen oder Spratzen aufgebracht werden können·
Wie erwähnt, sind die Figuren nicht maßstabsgerecht, und ihre Abmessungen sind zur klareren Darstellung gegenüber den tatsächlichen
Verhältnissen stark vergrößert. Insbesondere ist die Abmessung der Verarmungsschicht gegenüber der Abmessung des Kollektorgebiets
stark erhöht worden, um die Darstellung und Beschreibung zu erleichtern.
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Claims (12)
1./Halbleiterbauelement aus Einkristall-Halbleitermaterial eines
ersten Leitfähigkeitstyps, in dem ein Gebiet entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps angeordnet und ein pn-übergang zwischen dem
Einkristall-Halbleitermaterial und dem Gebiet entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, welcher sich zu einer Oberfläche
des Halbleitermaterials erstreckt, bei dem über dem Schnittgebiet des pn-Übergangs mit der Oberfläche eine Isolation vorhanden ist,
und bei dem eine Feldplatte über dem Schnittgebiet des pn-übergangs
mit der Oberfläche angeordnet, jedoch dieser gegenüber isoliert ist, und eine Elektrode mit dem Einkristall-Halbleitermaterial
Kontakt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß über der Isolation Widerstandsmaterial ausgebildet ist und an der Isolation
haftet, und daß sich das Widerstandsmaterial von der Feldplatte zu der Elektrode erstreckt.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial als dünne Schicht von Im wesentlichen
gleichbleibender Stärke ausgebildet 1st.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Widerstandsmaterial polykristallines Silizium enthält.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das polykristalline Silizium im wesentlichen die gleiche Ausdehnung
hat wie die darunter befindliche Isolation, so daß die Feldplatte über dem polykristallinen Silizium liegt und mit ihr
einen leitenden Kontakt bildet.
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5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial als dünne Schicht ausgebildet ist und einen Schichtwiderstand in der Größenordnung
von 20.1010 Ohm/cm2 (3.1010 Ohm/sq) hat.
6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch
gekennzeichnet, daß das Gebiet entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps eine höhere Dotierungskonzentration als das Einkristall-Halbleitermaterial
aufweist und der pn-übergang schüsseiförmig ausgebildet ist.
7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Halbleitermaterials planar ist.
8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Feldplatte mit dem Gebiet entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps Kontakt bildet.
9· Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial Silizium ist.
10. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial auf dem Teil der Isolationsschicht
angeordnet ist, welcher über dem Schnittgebiet des pn-Übergangs mit der Fläche liegt, und etwa die gleiche Ausdehnung
hat.
11. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial eine Schicht aus polykristallinem Silizium enthält, welche selektiv eine solche
Form hat, daß ihr Widerstand sich mit dem Abstand zwischen der Feldplatte und der Elektrode ändert.
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12. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial polykristallines Silizium
enthält, und daß der Teil des polykristallinen Siliziums, welcher auf der Isolation über dem Schnittgebiet des pn-übergangs
liegt, mit einem vorgegebenen Störstoff derart dotiert ist, daß er die Feldplatte bildet.
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|---|---|---|---|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition |