DE2554612A1

DE2554612A1 - Integrierte halbleiterschaltung

Info

Publication number: DE2554612A1
Application number: DE19752554612
Authority: DE
Inventors: Kouichiro Satonaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-12-04
Filing date: 1975-12-04
Publication date: 1976-06-10
Also published as: JPS5165585A; DE2554612B2; US4012764A; DE2554612C3

Description

Integrierte Halbleiterschaltung Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltung.

Üblicherweise fliesst durch einen Leistungstransistor in einer integrierten Halbleiterschaltung ein hoher Strom. Wie in Fig. 1 anhand einer äquivalenten Schaltung dargestellt ist, werden im Halbleitersubstrat wenigstens zwei Transistoren ausgebildet, wobei jeweils die Emitterelektroden, die Basiselektroden und die Kollektorelektroden über Verbindungsschichten miteinander verbunden sind. Diese Transistoren werden so verwendet, als ob sie ein einziger Leistungstransistor sind.

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Bekanntlich ist ein Leistungstransistor ein Transistor, der hohen Belastungen ausgesetzt werden kann, so dass der Transistoraufbau notwendigerweise grosse Abmessungen aufweist. Die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildete Verbindungsschicht ist daher relativ breit.

Bei einem Leistungstransistor sollten die Elektroden möglichst viel von einer Emitterschicht, einer Basisschicht und einer Kollektorschicht umfassen und die Länge der den entsprechenden Elektroden in seiner Leitfähigkeit entgegengesetzte Bereich sollte gross sein, um eine Stromeinschnürung, bzw. ein Stromzusammendrängen zwischen den jeweils benachbarten Emitter schichten, Basisschichten und Kollektorschichten zu verhindern, so dass der Leistungstransistor grosse Stromstärken verträgt. Die Stromeinschnürung bzw. die Stromzusammendrängung führt zu dem Sekundärdurchschlag, der zu der Zerstörung des Leistungstransistors führt.

Bei Verwendung eines Verfahrens, bei der als Elektrodenverbindung nur eine einzige Schicht verwendet wird, wie dies zuvor beschrieben wurde, ist daher der Bereich, der von den Verbindurigsschichten eingenommen wird, in der integrierten Halbleiterschaltung, in der der Leistungstransistor ausgebildet ist, gross.

Tatsächlich ist der von den Verbindungsschichten eingenommene Bereich etwa zweimal so gross, wie die Bereiche, in denen die Emitter schicht, die Basisschicht und die Kollektorschicht ausgebildet sind.

Abgesehen von dem grossen Bereich, den der Leistungstransistor

- wie beschrieben - selbst einnimmt, ist es im Hinblick auf eine Erhöhung der Integrationsdichte integrierter Halbleiterschaltungen von grossem Nachteil, solche Verb indungsschichten auszubilden, da die Bereiche noch grosser werden.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe ziigrunde, die beschriebenen Nachteile bekannter integrierter Halbleiterschaltungen zu Vermeiden und integrierte Halbleiterschaltung zu schaffen, die eine höhere Integrationsdichte aufweist,und eine verbesserte Ausbildung für die Verbindung der Emitter-Basis- und Kollektorelektroden zu schaffen, wobei diese Ausbildung oder der Aufbau bei der Herstellung eines Leistungstransistors in einer integrierten Halbleiterschaltung verhindert, dass Stromeinschnürung bzw. Strojnzusammendrängung auftritt, was zu · einem sekundären Durchbruch und damit zur Zerstörung des Leistungstransistors führt,.

Diese Aufgabe wird erfindunsgemäss gelöst durch eine erste Lage einer auf der Hauptfläche des Halbleitersubstrats ausgebildeten Isolierschicht, wobei in der ersten Lage der Isolierschicht .mehrere Emitter-Kontaktlöcher zum freilegen von grösseren Oberflächenteilen der Emitterbereiche auf der Hauptfläche des Halbleitersubstrats, mehrere Basiskontaktlöcher zum !Freilegen von grösseren Oberflächenteilen der Basisbereiche und mehrere Kollektor-Kontaktlöcher zum Freilegen von grösseren Oberflächenteilen des einzigen Kollektorbereichs ausgebildet sind, durch eine erste Elektrodenverbindungsschicht, die mehrere Emitter-Erstelektrodenschichten oder eine einzige solche Schicht, die jeweils oder gemeinsam mit den Emitterbereichen über die Emitter-Kontaktlöcher in der ersten Lage in ohm'schem Kontakt stehen, eine einzige Basis-Esstelektroden-Yerbindungsschicht, die mit den Basisbereichen über die Basiskontaktlöcher in der ersten Lage in ohm¹sehen Kontakt steht, und mehrere Kollektor-Erstelektrodenschichten bildet, die jeweils mit den Kollektorbereich durch die Kollektor-Kontaktlöcher im ohm¹sehen Kontakt stehen, durch eine zweite Lage der Isolierschicht, wobei die zweite Lage auf der ersten Lage der Isolierschicht und der ersten Elektroden-Verbindungsschicht liegt und wenigstens mit mehreren Kollektor-Kontaktlöchern ausgebildet ist, zum Freilegen von wenigstens Teilen der Oberfläche

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der Kollektor-Erstelektrodenschichten, und durch eine zweite Elektroden-Verbindungsschicht, die wenigstens eine .einzige Kollektor-Zweitelektrodenverbindungsschicht bildet, welche mit den Kollektor-Erstelektrodenschichten über die Kollektor-Kontaktlööher in der zweiten ■ Lage gemeinsam elektrisch verbunden ist* . . - ■■

Die vorliegende Erfindung schafft also eine integrierte Halbleiterschaltung mit wenigstens einem im Halbleitersubstrat ausgebildeten Transistor, der wenigstens einen einzigen Kollektorbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps, mehrere, im Kollektorbereich ausgebildete Basisbereiche eines zweiten Leit- ^c fähigk'eitstyps und in den Basisbereichen· vom zweiten Leitfähigkeit styp jeweils ausgebildete Emitterbereiche vom ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei die Basisbereiche vom zweiten Leitfähigkeitstyp miteinander elektrisch in Verbindung, stehen, und die Emitterbereiche vom ersten Leitfähigkeitstyp ebenfalls miteinander elektrisch verbunden sind.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird also eine Mehrschichten-•Ausbildung für die Elektrodenverbindungen verwendet, so dass die.Integrationsdichte der integrierten Halbleiterschaltung sehr hoch ist. .

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ersatzschaltung eines Leistungstransistors, wie er in einer integrierten Halbleiterschaltung ausgebildet ist,

Fig. 2 und 3 im Querschnitt bzw. in Aufsicht wichtige Teile eines Halbleiterkörpers während des Herstellungsvorgangs einer integrierten Halbleiterschaltung gemäss der Erfindung,

Fig. 4 und 5 im Querschnitt bzw. in Aufsicht wichtige Teile eines fertiggestellten Halbleiterbauelements mit der

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integrierten Halbleiterschaltung gemäss der Erfindung.

Fig. 4 gibt einen Querschnitt durch wichtige Teile einer fertigen, integrierten Halbleiter-Schaltungsbauteils gemäss der Erfindung wieder. Eine IT⁺-leitende Schicht 2 wird selektiv aus einem P-leitenden Halbleitersubstrat 1 ausgebildet. Auf dem P-leitenden Halbleitersubstrat 1 und der N^H~-leitenden Schicht 2 ist eine IT-leitende Schicht 3 beispielsweise durch Aufwachsen ausgebildet. Um die über der N⁺-leitenden Schicht 2 liegende N-leitende Schicht elektrisch zu isolieren, ist um die N⁺- leitende Schicht 2 eine als Isolierschicht dienende P-leitende Schicht 4- ausgebildet. Die P-leitenden Schichten 5a und- 5b, die als Basisschichten der Leistungstransistoren dienen, sind auf der Oberfläche der N-leitenden Schicht 3 ausgebildet, die von einer P-leitenden Schicht 4- umgeben ist. Auf den Oberflächenbereichen der P-leitenden Schichten 5a und 5b befinden sich jeweils N⁺-leitende Schichten 6a und 6b als EmitterSchichten. Auf Oberflächenbereichen der N-leitenden Schicht 3 ausserhalb der P-leitenden Schichten 5a und 5t> sind ebenfalls N⁺-leitende Schichten 7a, 7b und 7c ausgebildet. Sie sind Kontaktschichten 'der IT-leitenden Schicht 3 und dienen als Kollektorschicht. Auf dem·auf diese Weise mit verschiedenen Störstellen-Schichten versehenen Halbleitersubstrat 1 ist eine Oxidschicht 8 als Isolierschicht ausgebildet. Die Oxidschicht 8 weist an den Bereichen, die auf den Störstellen-Schichten liegen, Durchgänge auf, jedoch nicht an den Bereichen, die über der als Isolierschicht dienenden P-leitenden Schicht 4 liegen, und es werden die Basiselektroden 9 und die Kollektorelektroden 10 ausgebildet. Auf den Basiselektroden 9 sowie auf den Kollektorelektroden 10 und weiterhin auf dem Oxidfilm 8 befindet sich ein Oxidfilm 11. Die Bereiche des Oxidfilms 11, die über den als Emitterschichten liegenden N -leitenden Schichten 6a und 6b liegen, besitzen Löcher, in denen die Emitterelektroden 12 ausgebildet sind. Die Emitterelektroden 12 sind durch eine Verbindungsschicht 13 miteinander verbunden.

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In Fig. 5 ist die Anordnung und Lage der Verbindungsschicht auf dem Halbleitersubstrat in Aufsicht dargestellt. Die Basiselektroden 9 werden als Verbindungsschicht 14- gemeinsam nach aussen geführt. Die Oxidschicht 11 ist auf der Verbindungsschicht 14- aufgebracht. Auf der Oxidschicht 11 verläuft die Verbindungsschicht 13, die über Löcher mit den Emitterelektroden 12 verbunden ist, in einen den Leistungstransistor bildenden Bereich. Weiterhin läuft die Verbindungsschicht 15, die in entsprechender Veise über Löcher mit den Kollektorelektroden 10 verbunden ist, in den den Leistungstransistor bildenden Bereich.

Die Fig. 2-und 3 zeigen einen Querschnitt bzw. eine Aufsicht der wichtigen Teile eines Halbleiterkörperaufbaus im Verlauf des Fertigungsverfahrens bei einer erfindungsgemässen, integrierten Halbleiterschaltung. Anhand dieser Fig. 2 und 3 soll der Aufbau einer ersten Lage der Isolierungsschicht und einer ersten Elektroden-Verbindungslage bei einem erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel erläutert werden. Wie in Fig. 2 darge-r stellt, ist die erste Lage der Isolierungsschicht 8 auf der Hauptfläche eines Halbleitersubstrates ausgebildet. Die erste Lage 8 der Isolierungsschicht besitzt mehrere Emitter-Kontaktlöcher C^, und C ρ in der ersten Lage 8, die die grösseren Oberflächenteile mehrerer Emitterbereiche 6a und 6b auf der Hauptfläche des Substrates freilegen, mehrere Basis-Kontaktlöcher C^/| und C^₂ in eier ersten Lage 8, die grössere Oberflächenteile mehrerer Baisbereiche 5a und 5b freilegen, und mehrere Kollektor-Kontaktlöcher C^, G^ und C₇. in der ersten Lage 8, die die Oberflächenteile mehrerer, eine hohe Störstellen-Konzentration aufweisenden Bereiche 7a, 7b und 7c freilegen, die in einer einzigen Kollektorschicht 3 ausgebildet sind. Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, wird durch die erste Elektrodenverbindungslage eine einzige Emitter-Erstelektrodenlage 16, eine einzige Basis-Erstelektrodenlage 9 und mehrere Kollektor-Erstelektrodenlagen 10 gebildet. Die einzige Emitter-Erstelektrodenlage 16 steht gemeinsam mit den Emitterbereichen 6a und 6b über die jeweiligen Emitter-Kontaktlöcher C ,, und Cp i^Q eier

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ersten Lage in ohm'schein Kontakt. Die einzige Basis-Ei"stelektrodenlage 9 steht gemeinsam mit den Basis-Bereichen 5a und 5b über die entsprechenden Basis-Kontaktlöcher C^ und C_b2 der ersten Lage in ohm'schem Kontakt. Die mehreren Kollektor-Erstelektrodenlagen 10 stehen mit den, hohe Störstellen-Konzentrat ionen aufweisenden Bereichen 7a, 7b und 7c über die Kollektor-Kontaktlöcher C^, C_c2 und C_c7 der ersten Lage in Verbindung.

In den Fig. 2 und 3 ist ein Emitter-Basis-(P-N)-Ubergang J^, ein Basis-Kollektor-(P-IT)-Üb er gang, J_b'_c, ein Übergang J_ßc zwischen dem Kollektor und dem Bereich mit hoher Störstellen-Konzentration, sowie ein Übergang J . zwischen dem Kollektor- und dem Isolationsbereich dargestellt.

Wie aus Fig. 3 weiterhin zu entnehmen ist, sind die grösseren Oberflächenteile der jeweiligen Emitterbereiche 6a und 6b ohm'sch mit der Emitter-Erste'lektrodenslage 16 über die Emitter-Kontaktlöcher C >j und Cp der ersten Lage verbunden, während die grösseren Cberflächenteile der jeweiligen Basis-Bereiche 5a und 5b über die Basis-Kontaktlöcher C^ und C^p ^e*" ersten Lage galvanisch mit der Basis-Erstelektrodenlage 9 in Verbindung stehen. Daher sind die Stromdichten der Ströme, die über die Emitter-Basis-(P-N)-Übergänge J , fliessen, im wesentlichen gleich den in den entsprechenden Emitter-Basis-(Ρ^-Ν,)-übergangen auftretenden Stromdichten. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Strom-Zusammendräng-Phänoraen auftritt, es wird also verhindert, dass die Stromdichte in einzelnen Halbleiterbereichen sehr gross ist, was zur Zerstörung eines Transistors auf Grund des sekundären Durchschlags führen würde.

In den Fig. 4- und 5 wird die zweite Lage 11 der Isolierschicht auf der ersten Lage 8 der Isolierschicht um den ersten Elektrodenverbindungsschichten 9, 10, 16, 17, 14 ausgebildet. Die erste Lage 11 der Isolierschicht weist Kollektorkontaktlöcher CC₁, CC₂ und CC₂ in der zweiten Lage 11 auf, die wenigstens

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Teile von Oberflädienbereiclien mehrerer Kollektor-Erstelektrodenschichten 10 freilegen. Die zweite Lage 11 besitzt weiterhin Emitter-Kontaktlöcher CE^ und CEg in der zweiten Lage 11, die wenigstens Teile der Oberfläche der Emitter-Erstelektrodenschicht 16 freilegen. Durch eine zweite Elektrodenverbxndungslage wird die erste Kollektor-Zweitelektroden-Verbindungslage 15 und die Emitter-Zweitelektrodenverbindungslage 13 ausgebildet. Die einzige Kollektor-Zweitelektrodenverbxndungslage 15 ist über die jeweiligen Kollektor-Kontaktlöcher CC^, CCo und CC^. der zweiten Lage gemeinsam elektrisch mit den mehreren Kollektor-Erstelektrodenschichten verbunden. Die Emitter-Zweitelektrodenverbindüngslage 13 ist mit der Emitter-Erstelektrodenlage 16 elektrisch über die Emitter-Kontaktlöcher CE,, und CEp der zweiten Lage verbunden.

Auf diese Weise werden um die Basisbereiche 5a und 5b herum Bereiche 7a, 7b und 7c mit hoher Störstellen-Konzentration gebildet, wobei die Kollektorelektroden 10 mit diesen Bereichen 7a, 7t> und 7c verbunden sind, so dass der Widerstandswert r__ des Kollektor-Reihenwiderstandes verringert wird.

Gemäss dem zuvor beschriebenen Äusführungsbeispiel der Erfindung werden mehrere Emitter-Erstelektro'denlagen 16 durch die Emitter-Erstverbindungslagen 17 und die Emitter-Zweitverbindungslagen 13 miteinander elektrisch verbunden, während mehrere Basis-Erstelektrodenlagen' 9 durch die Basis-Erstverbindungslage elektrisch miteinander verbunden v/erden. Es ist daher möglich, einen Leistungstransistor zu erhalten, wobei die Emitter, Basen und Kollektoren entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Schaltung miteinander verbunden sind.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die gemeinsame Verbindung der Emitterelektroden durch die erste Elektrodenverbindungsschicht und die zweite Elektrodenverbindungsschicht gebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die gemeinsame Verbindung der Emitterelek-

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troden kann auch entweder äarch die erste Elektrodenverbindungsschicht oder die zweite Elektrodenverbindungsschicht vorgenommen werden.

Bei dem Halbleiteraufbau mit MehrSchichten-Verbindung kann die Verbindungsschicht, die für ausserhalb des dem Leistungstransistor bildenden Bereichsausgebildet war, in dem dem Leistungstransistor bildenden Bereich liegen und daher kann auch eine höhere Integrationsdichte erreicht werden.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die integrierte Halbleisterschaltung auf der Oberfläche des P-leitenden Halbleitersubstrats ausgebildet. Die integrierte Schaltung kann aber auch auf der Fläche eines N-leitenden Halbleitersubstrats ausgebildet sein. In diesem Falle müssen natürlich die Leitungstypen der Störstellen-Schichten entgegengesetzt leitend sein.

Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfindung besteht die Isolierschicht zwischen den Verbindungsschichten aus einer Siliciumdioxidschicht. Statt der Siliciumdioxidschicht kann für die Isolierungsschicht auch ein isolierender Kunststoff, PSG (Phosphor-Silikat-Glas), BSG (Bor-Silikat-Glas) oder dergleichen verwendet werden.

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Claims

- ίο -

Patentanspruch

Integrierte Halbleiterschaltung mit wenigstens einem im Halbleitersubstrat ausgebildeten Transistor, der wenigstens einen einzigen Kollektorbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps, mehrere, im Kollektorbereich ausgebildete Basisbereiche eines zweiten Leitfähigkeitstyps und in den Basisbereichen vom zweiten Leitfähigkeitstyp jeweils ausgebildete Emitterbereiche vom ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei die Basisbereiche von zweiten Leitfähigkeitstyp miteinander elektrisch in Verbindung stehen, und die Emitterberedche vom ersten Leitfähigkeitstyp ebenfalls miteinander elektrisch verbunden sind, gekennzeichnet durch eine erste Lage (8) einer auf der Hauptfläche des Halbleitersubstrats (1) ausgebildeten Isolierschicht, wobei in der ersten Lage (8) der Isolierschicht mehrere Emitter-Kontaktlöcher (C_e1, ^c _e2^ ^ZUTfl ^^re:i-l^eS^{en von} grösseren Oberflächenteilen der Emitterbereiche. (6a, 6b) auf der Hauptfläche des Halbleitersubstrats (1), mehrere Basiskontaktlöcher (Ci^, Ο, p) zum Freilegen von grösseren Oberflächenteilen der Basisbereiche (5a? 5t>) und mehrere Kollektor-Kontaktlöcher (C_cx|, C_cO) zum Ereilegen von grösseren Oberflächenteilen des einzigen Kollektorbereichs ausgebildet sind, durch eine erste Elektrodenverbindungsschicht, die mehrere Emitter-Erstelektrodenschichten (16) oder eine einzige solche Schicht, die jeweils oder gemeinsam mit den Emitterbereichen (6a, 6b) über die Emitter-Kontaktlöcher (C ,, ^t-'e2^ ^"ⁿ der ersten Lage (8) in ohm'schem Kontakt stehen, eine einzige Basis-Erstelektroden-Verbindungsschicht (9)» die mit den Basisbereichen (5a, 5b) über die Basiskontaktlöcher (C·^.,. Cvp) in der ersten Lage (8) in ohm'sehen Kontakt steht, und mehrere Kollektor-Erstelektrodenschichten (10) bildet, die jeweils mit den Kollektorbereichen(7a, 7b, 7c) durch die Kollektor-Kontaktlöcher (Cy,, C_co) i-ⁿ ohm'schem Kontakt stehen, durch eine zweite Lage (11) der Isolierschicht, wobei die zweite .Lage (11) auf der ersten Lage (8) der Isolierschicht und der

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ersten Elektroden-Verbindungsschicht liegt und wenigstens mit mehreren Kollektor-Kontaktlöchern (CC^, CC₂, öC*) ausgebildet ist, zum Freilegen von wenigstens Teilen der Oberfläche der Kollektor-Erstelektrodenschichten (10), und durch ein*e zweite: Elektroden-Verbindungsschicht, die wenigstens eine einzige Kollektor-Zweitelektrodenverbindungsschicht (15) bildet, welche mit den Kollektor-Erstelektrodenschichten (10) über die Kollektor-Kontaktlöcher (CC., CCp, CC₇) in der zweiten Lage (11) gemeinsam elektrisch verbunden ist.

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