DE2332144A1

DE2332144A1 - Transistor

Info

Publication number: DE2332144A1
Application number: DE19732332144
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Mroczek; Josef Dipl Phys Wolf
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1973-06-25
Filing date: 1973-06-25
Publication date: 1975-01-16
Also published as: DE2332144C3; DE2332144B2

Description

Li cent i a F^ttat-Verwa.¹ ^

6 Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

Heilbronn, den 15. Juni 1973 PT-Ma/sr - HN 73/22

"Transistor¹,¹

Die Erfindung betrifft einen Transistor mit einer Kollektorzone, einer Basiszone und einer in die Basiszone eingelassenen Emitterzone mit einem zu einer Überflächenseite reichenden Basis-Emit t er- pn-Üb ergang..

Zur Strorastabilisierung von Transistoren ist ein bestimmter Basisbahriwiderstand erforderlich. Es wurde bereits vorgeschlagen, den Emitterkontakten Widerstände vorzuschalten, um auf diese Weise eine unerwünschte Stromkonzentration in einem Emitterteilbereich zu vermeiden. Ferner wurde vorgeschlagen, die Emitterzone an der Halbleiteroberfläche mit einer in die Basiszone eingelassenen zusätzlichen Zone vom Leitungstyp der Emitterzone zu umgeben.

Ler vorliegenden Erfindung liegt gleichfalls die Aufgabe zugrunde, einen stronistabilisierteii Transistor anzugeben, der

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sich auf einfache Weise herstellen läßt. Diese Aufgabe wird erf indungsgernäß dadurch gelöst, daß an der Halbleiteroberfläche in der Emitterzone an deren Rand im Abstand vom Basis-Emitter-pn-Übergang ein Graben verläuft, der den Emitteranschlußkontakt umgibt.

Es wurde zwar bereits vorgeschlagen, in die Basiszone einen Graben einzubringen, der die Emitterzone umgibt. Doch wurde durch diese Gräben stets der seitliche Teil des Basis-Emitterpn-Überganges angeschnitten. Dieser Graben diente zur Erhöhung der Durchbruchsspannung und ist zur Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe nicht völlig geeignet, da sich bei dieser Anordnung eine zu große Oberflächenrekorabination einstellt.

Bei der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung folgt der Graben an der Halbleiteroberfläche der Emitterrandstruktur in gleichbleibendem Abstand von dem an die Halbleiteroberfläche tretenden Basis-Emitter-pn-Übergang. Der Graben ist insich geschlossen und weist in einem Ausführungsbeispiel eine Tiefe auf, die etwa 2/3 der Eindringtiefe der Emitterzone in der Basiszone entspricht. Bei einem Transistor mit einem in die Emitterzone

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eingelassenen Graben in der Nähe des Basis-Emitter-pn-Übergangs kann der zum Emitterrandgebiet fließende Emitterstrom nur unter dem Graben hindurchgelangen. Durch diese Verengung der Emitterzone zwischen dem Emitteranschlußkontakt und dem Randbereich des Basis-Emitter-pn-Überganges erhält man für diesen Randbereich einen erhöhten Emitterbahnwiderstand,^: der einer unkontrollierten Erhöhung der Emitteremission in dem besonders gefährdeten Randbereich entgegenwirkt. Auf diese Weise werden auch örtliche Stromeinschnürungen vermieden.

Der Widerstand unterhalb des Grabens wird durch die Leitfähigkeit des dort vorhandenen Emittergebietes und durch die Breite und die Tiefe des Grabens bestimmt. Je tiefer oder breiter der Graben ist, desto größer wird der Emittervorwiderstand. Da der Graben den Emitteranschlußkontakt vollständig umgibt, wird der Emitterstrom im gekrümmten Randbereich des Basis-Emitter-pn-Überganges durch den gleichmäßig verteilten Emittervorwiderstand begrenzt.

Der tiraben wird vorzugsweise unter Verwendung der bekannten Maskierungstechnik eingeätzt. Transistoren mit einem Graben in der Emitterzone können entweder eine homogene Basiszonendotierung aufweisen, wie dies beispielsweise bei Epitaxial-Basistransistoren der Fall ist. oder sie können eine Basiszone

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mit einem Störstellengradienten haben, wie ihn die Transistoren mit diffundierter Basiszone aufweisen.

Die Ladungsträgeremissxon im Randbereich des Basis-Emitterpn-Übergangs kann noch zusätzlich dadurch begrenzt werden, daß auch in die Basiszone in der Näheres an die Oberfläche tretenden pn-Übergangs ein Graben eingeätzt wird. Der Basisanschlußkontakt befindet sich dann außerhalb des Grabens in der Basiszone und umgibt den Graben vorzugsweise vollständig. Der Graben in der Basiszone umgibt seinerseits die Emitterzone vollständig. Durch diesen zusätzlichen Graben in der Basiszone wird ein zusätzlicher Basis-Bahnwidex-stand erzeugt, durch den eine unkontrollierte Erhöhung der Emittereinission verhindert wird.

Der erfindungsgemäße Transistor soll noch im weiteren anhand der Figuren 1 und 2 näher beschrieben werden.

In den Figuren ist jeweils ein Leistungstransistor mit einem ebenen Bnsis-Kollektor-pn-Ubergang dargestellt. Hierbei handelt es sich in der Regel um Transistoren mit einer epitaktisch aufgebrachten, homogen dotierten Basiszone. Es soll aber darauf hingewiesen werden, daß in gleicher Weise auch ein .ufbau möglich ist, bei dem die Basiszone in den Kollektorkörper derart ein-

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diffundiert wird, daß sich der Basis-Kollektor-pn-Ubergong zu einer allen Zonen gemeinsamen Oberflächenseite erstreckt.

In der Figur 1 ist ein Transistor 1 mit einer Kollektorzone dargestellt. Die Kollektorzone ist beispielsweise n~leitend. Auf dem Kollektorkörper befindet sich eine Basiszone 31 die bei einem η-leitenden Kollektorkörper p-leitend ist und beispielsweise durch epitaktische Abscheidung hergestellt wird. Von einer Oberflächenseite aus wird in die , Basiszone mit Hilfe der bekannten Maskierungstechnik eine Emitterzone k eindiffundiert, deren pn-Übergang sich zur Oberfläche derart erstreckt, daß an dieser Oberfläche die Basis- und die Emitterzone zugänglich ist. Die Basiszone ist beispielsweise 25 /Um dick, während die Emitterzone eine Eindringtiefe von ca. 10 /Um aufweist. Die Emitterzone ist ferner bei einem Ausführungsbeispiel 200 /um breit und weist eine Gesamtlänge von 5 cm auf. Dies ist beispielsweise bei einer Emitterzone mit kammförmiger Struktur der Fall. Der Schichtwiderstand der Basiszone unterhalb des Emitters beträgt beispielsweise 2,5 x 10 Ohm/0· Die Emitterzone h ist mi': einem Graben 5 versehen, dessen Tiefe etwa 2/3 der Eindringtiefe der Emitterzone 5 entspricht. Der Graben 5 ist in der Nähe des äußeren Randes des Basis-Emitterpn-rÜberganges angeordnet und umgibt den Emitteranschlußkontakt vollständig. Er weist bei dem beschriebenen Transistor einen

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Abstand von etwa IO - 30 /um vom Emitter-Basis-pn-Üborgang auf. Der vom Emitterkontakt ausgehende Strom muß auf seinem Weg zu dem Emitterrandgebiet unter dem Graben 5 hindurchfließen. Dabei bewirkt die durch den Graben hervorgerufene Abschnürung des Strompfades einen Emittervorwiderstand, der die Ladungsträgeremission i:n Randbereich des Emitters begrenzt.

Bei dem Transistor nach der Figur 2 ist in die Basiszone ein zusätzlicher Graben 9 eingebracht, dessen Tiefe etwa der Eindringtiefe der Emitterzone entspricht. Dieser Graben umgibt den Basis-Eiaitter-pn-Übergang an der Halbleiteroberfläche in einem Abstand von etwa 10 - 30 /um vollständig, ohne daß der pn-Übergang vom Graben 9 angeschnitten wird. Dieser Graben bewirkt ein Basisbehmriderstand, da. der Basisanschlußkontakt außerhalb des Grabens an die Basiszone angebracht ist und den Graben vorzugsweise vollständig umgibt. Die Grabentiefe und die Grabenbreite im.Basisbereich werden so gewählt, daß der zusätzliche Basisbahnwiderstand möglichst groß wird. Er darf aber folgenden Wert, der sich aus den Datenblattforderungen ergibt, nicht überschreiten. Es gilt:

_R<- B(UBE max - VTiE ' )
Icmax

Hierbei bedeutet B die Stromverstärkung bei Icmax. UBEmax

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ist die höchstzulässige Basis-Emitterflußspannung bei Icmax. UBE¹ ist die Flußspannung der inneren Emitter-Basisdiode. Icmax ist der maximal zulässige Kollektorstrom.

In beiden Figuren ist der Basisanschlußkontakt mit der Ziffer und der Emitteranschlußkontakt mit 7 bezeichnet. Der an die Oberfläche tretende Basis-Emitter-pn-Übergang ist vorzugsweise mit der Isolierschicht 8, beispielsweise aus SiO , aufgedeckt.

Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß die Tiefe der Gräben variiert werden kann, wenn dies zur Dimensionierung des Basisbahnwiderstandes bzw. des Emittervorwiderstandes erforderlich ist. Beide Gräben werden vorzugsweise durch Ätzen hergestellt, wobei die durch die Planartechnik bekannte Maskierungstechnik verwendet wird. Für den Halbleiterkörper wird vorzugsweise einkristallines Silizium verwendet.

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Claims

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Patentansprüche

l)J Transistor mit einer Kollektorzone, einer Basiszone und einer in die Basiszone eingelassenen Emitterzone mit einem zu einer Oberflächenseite reichenden Basis-Emitter-pn-Übergang, dadurch gekennzeichnet, daß an der Halbleiteroberfläche in der Emitterzone an deren Rand im Abstand vom Basis-Emitterpn-Übergang ein Graben verläuft, der den Emitteranschlußkontakt umgibt.
2) Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Graben im Emitter eine Tiefe aufweist, die etwa 2/3 eier· Eindringtiefe der Emitterzone entspricht.
3) Transistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Graben in der Emitterzone den Emitteranschlußkontakt vollständig umgibt.
4) Transistor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Graben an der Halbleiteroberflache der Emitterrandstruktur in gleichbleibendem Abstand vom an die Halbleiteroberfläche tretenden Emitter-Basis-pn-Übergang folgt und in sich geschlossen ist.

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5) Transistor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Graben in die Halbleiteroberfläche eingeätzt ist.
6) Transistor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Basiszone ein weiterer Graben eingebracht ist, der im Abstand den Emitter-Basis-pn-Übergang vollständig umgibt und daß der Basisanschlußkontakt außerhalb des vom Graben umgebenen Gebiets an die Basiszone angebracht ist.

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