DE2332144C3

DE2332144C3 - Transistor und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2332144C3
Application number: DE19732332144
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Josef 7105 Leingarten Wolf
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1973-06-25
Filing date: 1973-06-25
Publication date: 1981-06-25
Also published as: DE2332144B2; DE2332144A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Transistor mit einer Kollektorzone, einer Basiszone und einer in die Basiszone eingelassenen Emitterzone mit einem zu einer Oberflächenseite reichenden Basis-Emitter-PN-Übergang.

Zur Stromstabilisierung von Transistoren ist ein bestimmter Basisbahnwiderstand erforderlich. Aus der Zeitschrift »SCP and Solid State Technology«, Sept. 1967, S. 36/37 ist es bei einem Transistor der eingangs genannten Art bekannt, den Emitterelektroden Widerstände vorzuschalten, um auf diese Wejse eine unerwünschte Stromkonzentration in einem Emitterzonenteil zu vermeiden. Hierbei sind die Widerstände aus dünnen Schichten auf einer die Halbleiteroberfläche bedeckenden Isolierschicht angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen stromstabilisierten Transistor anzugeben, der bei einfacher Herstellbarkeit unter Verzicht auf ein gesondertes Widerstandsbauelement stromstabilisiert ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an der Halbleiteroberfläche in der Emitterzone an deren Rand im Abstand von Basis-Emitter-PN-Übergang ein Graben verläuft, der die Emitterelektrode umgibt.

Es wurde z.B. durch die FR-PS 12 00 738 bereits bekannt, in die Basiszone einen Graben einzubringen, der die Emitterzone umgibt. Doch wurde durch diese Gräben stets der seitliche Teil des Basis-Emitter-PN-

Übergangs angeschnitten. Dieser Graben diente zur Erhöhung der Durchbruchspannung und ist zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe noch nicht geeignet, da sich bei dieser Anordnung durch die 5 Oberflächenstörung unmittelbar am PN-Übergang eine zu große Oberflächenrekombination einstellt. Bei dem Transistor nach der Erfindung wird jedoch der unmittelbar am PN-Übergang liegende Bereich, in dem die meisten Ladungsträger rekombinieren, vom die

ίο Emitterelektrode umgebenden Graben nicht angeschnitten.

Bei dem Transistor nach der Erfindung besteht eier Vorteil darin, daß kein Schichtwiderstand gesondert hergestellt werden muß und die Widerstandsgröße durch die Wahl der Eindringtiefe des Grabens leicht in der erforderlichen Weise eingestellt werden kann.

Bei dem Transistor nach der Erfindung folgt der Graben an der Halbleiteroberfläche dem Verlauf des Emitterzonenrandes in gleichbleibendem Abstand von dem an die Halbleiteroberfläche tretenden Basis-Emitter-PN-Übergang. Der Graben ist in sich geschlossen und weist in einem Ausführungsbeispiel eine Tiefe auf, die etwa ¹Iz der Eindringtiefe der Emitterzone in der Basiszone beträgt Bei einem Transistor mit einem in die Emitterzone eingelassenen Graben in der Nähe des Basis-Emitter-PN-Übergangs kann der zum Emitterzonenrandgebiet fließande Emitterstrom nur unter dem Graben hindurchfließen. Durch diese Verengung der Emitterzone zwischen der Emitterelektrode 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

Ji auch örtliche Stromeinschnürungen vermieden.

Der Widerstand unterhalb des Grabens wird durch die Leitfähigkeit des dort vorhandenen Emittenonenteils und durch die Breite und die Tiefe des Grabens bestimmt Je tiefer oder bretter d'r Graben ist, desto größer wird der Emitterbahnwiderstand. Da der Graben die Emitterelektrode vollständig umgibt, wird der Emitterstrom im gekrümmten Randbereich des Basis-Emitter-PN-Überganges durch den gleichmäßig verteilten Emitterbahnwiderstand begrenzt.

■»■> Der Graben wird vorzugsweise unter Verwendung eines der bekannten Maskierungsverfahren eingeätzt. Transistoren mit einem Graben in der Emitterzone können entweder eine homogene Basiszonendotierung aufweisen, wie dies beispielsweise bei Epitaxialbasis-

<o transistoren der Fall ist, oder sie können eine Basiszone mit einem Störstellengradienten haben, wie ihn die Transistoren mit diffundierter Basiszone aufweisen.

Die Ladungsträgeremission im Randbereich des Basis-Emitter-PN-Übergangs kann noch zusätzlich dadurch begrenzt werden, daß auch in die Basiszone in der Nähe des an die Oberfläche tretenden Basis-Emitter-PN-Übergangs ein Graben eingeätzt wird. Die Basiselektrode befindet sich dann außerhalb des Grabens in der Basiszone und umgibt den Graben

M) vorzugsweise vollständig. Der Graben in der Basiszone umgibt seinerseits die Emitter/one vollständig. Durch diesen zusätzlichen Graben in der Basiszone wird ein zusätzlicher Basisbahnwiderstand erzeugt, durch den eine unkontrollierte Erhöhung der Emitteremission

h> verhindert wird.

Der Transistor nach der Erfindung wird im weiteren anhand der F i g. I und 2 näher erläutert.

In den Figuren ist jeweils ein Leistungstransistor mit

einem ebenen Basis-Kollektor-PN-Übergang dargestellt. Hierbei handelt es sich in der Regel um Transistoren mit einer epitaktisch aufgebrachten, homogen dotierten Basiszone. Aber in gleicher Weise ist auch ein Aufbau möglich, bei dem die Basiszone in den Kollektor-Halbleiterkörper derart eindiffundiert wird, daß sich der Basis-Kollektor-PN-Übergang zu einer allen Zonen gemeinsamen Oberflächenseite erstreckt

In der F i g. 1 ist ein Transistor 1 mit einer Kollektorzone 2 dargestellt Die Kollektorzone 2 ist beispielsweise N-Ieitend. Auf dem Kollektor-Halbleiterkörper befindet sich eine Basiszone 3, die bei einer N-leitenden Kollektorzone 2 P-leitend ist und beispielsweise durch epitaktische Abscheidung hergestellt wird. Von einer Oberflächenseite aus wird in die Basiszone 3 mit Hilfe eines bekannten Maskierungsverfahrens eine Emitterzone 4 eindiffundiert, deren PN-Übergang sich zur Oberfläche derart erstreckt, daß an dieser Oberfläche die Basis- und die Emitterzone zugänglich ist Die Basiszone 3 ist beispielsweise 25 Jim dick, während die Emitterzone 4 eine Eindringtieff- von etwa 10 um aufweist Die Emitterzone 4 ist ferner beispielsweise 200 μπι breit und weist eine Gesamtlänge von 5 cm auf. Dies ist beispielsweise bei einer kammförmigen Emitterzone der Fall. Der Schichtwiderstand der Basiszone 3 unterhalb der Emitterzone 4 beträgt beispielsweise 2,5XlO³ Ω/D . Die Emitterzone 4 ist mit einem Graben 5 versehen, dessen Tiefe etwa Vi der Eindringtiefe der Emitterzone 5 beträgt Der Graben 5 ist in der Nähe des äußeren Randes des Basis-Emitter-PN-Überganges angeordnet und umgibt die Emitterelektrode 7 voltständig. Er weist bei dem beschriebenen Transistor einen Abstand von etwa 10 bis 30 μίτι vom Emitter-Basis-PN-Übergang auf. Der von der Emitterelektrode ausgehende Strom muß auf seinem Weg zu dem Emitterzonenrandgebiet unter dem Graben 5 hindurchfließen. Dabei bewirkt die durch den Graben 5 hervorgerufene Einengung des Strompfades einen Emitterbahr widerstand, der die Ladungsträgeremission im Randbereich des Emiuer-Basis-PN-Übergangs begrenzt.

Bei dem Transistor nach der F i g. 2 ist in die Basiszone 3 ein zusätzlicher Graben 9 eingebracht, dessen Tiefe etwa der Eindringtiefe der Emitterzone entspricht. Dieser Graben 9 umgibt den Basis-Emitter-PN-Übergang an der Halbleiteroberfläche in einem Abstand von etwa 10 bis 30 μηι vollständig, ohne daß der PN-Übergang vom Graben 9 angeschnitten wird. Dieser Graben 9 bewirkt ein Basisbahnwiderstand, da die Basiselektrode 6 außerhalb des Grabens S an die Basiszone 3 angebracht ist und den Graben 9 vorzugsweise vollständig umgibt Die Tiefe und die Breite des Grabens 9 in der Basiszone 3 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-UBE') Ic max

Hierbei bedeutet B die Stromverstärkung bei fc_mal. UBEm_1x ist die höchstzulässige Basis-Emitter-Flußspannung bei fc_m3x. UBE' ist die Flußspannung der inneren Emitter-Basisdiode. /c_mar ist der maximal zulässige Kollektorstrom.

jo In beiden Figuren ist die Basiselektrode mit der Ziffer 6 und die Emitterelektrode mit 7 bezeichnet Der an die Oberfläche tretende Basis-Emitter-PN-Übergang ist vorzugsweise mit der Isolierschicht 8. beispielsweise aus SiO₂ abgedeckt

^3d Die Gräben 5 und 9 werden vorzugsweise durch Ätzen hergestellt, wobei die bei der Herstellung von Planarhalbleiterbauelementen bekannten Maskierungsverfahren verwendet werden. Als Halbleiterkörper wird vorzugsweise einkristallines Silizium verwendet.

Hierzu 1 Blatt Zcichnunuen

Claims

Patentansprüche:

1. Transistor mit einer Kollektorzone, einer Basiszone und einer in die Basiszone eingelassenen Emitterzone mit einem zu einer Oberflächenseite reichenden Basis-Emitter-PN-Übergang, d a durch gekennzeichnet, daß an der Halbleiteroberfläche in der Emitterzone (4) an deren Rand im Abstand vom Basis-Emitter-PN-Übergang ein Graben (5) verläuft, der die Emitterelektrode (7) umgibt.

2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Graben (5) in der Emitterzone (4) eine Tiefe aufweist, die etwa ¹Iz der Eindringtiefe der Emitterzone (4) beträgt.

3. Transistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Graben (5) in der Emitterzone (4) die Emitterelektrode (7) vollständig umgibt

4. Transistor nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Graben (5) an der Halbleiteroberfläche dem Verlauf des Emifterzonenrandes in gleichbleibendem Abstand vom an die Halbleiteroberfläche tretenden Emitter-Basis-PN-Übergang folgt und in sich geschlossen ist

5. Transistor nach einem der vorangehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet daß in die Basiszone (3) ein weiterer Graben (9) eingebracht ist der im Abstand den Emitter-Basis-PN-Übergang vollständig umgibt, und daß die Basiselektrode (6) außerhalb des vom Graben (9) umgebenen Gebiets an der Basiszone (3) angebracht ist.

6. Verfahren zum Herstellen eines Transistors nach einem der vorangehende!. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Graben (5, 9) in die Halbleiteroberfläche eingeätzt wird.