DE2554612B2 - Leistungstransistor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungstransistor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung, wie er aus der US-Patentschrift 34 65 214 bekannt ist.

Ein Problem bei der Fertigung von Leistungstransistoren in integrierter Schaltkreistechnik besteht darin, die zwischen Emitter und Kollektor fließenden erheblichen Ströme durch die beispielsweise in Maskentechnik aufgebrachten, grundsätzlich nur dünnen Leiterschichten derart zu führen, daß an keiner Stelle unzulässig hohe Stromdichten auftreten. Es ist daher erforderlich, die in die gemeinsame Kollektorschicht eingebetteten Kollektoranschluß-, Basis- und Emitterzonen derart mit Zuführungselektroden zu verbinden, daß die Kontaktierung im wesentlichen an der gesamten Oberfläche dieser Zonen stattfindet. Die Elektroden selbst nehmen daher praktisch das gesamte TeId ein, das von den in der Kollektorzone ausgebildeten Leistungstransistoren beansprucht wird.

Bei dem aus der US-Patentschrift 34 65 214 bekannten Aufbau ergeben sich dabei folgende Schwierigkeiten. Die zwischen den Emitter- und den Kollektorelektrodenbereichen mäanderförmig verlaufende Basiselektrode läßt sich nur von den Enden her mit Strom versorgen, so daß die über die Elektrodenlänge

auftretenden Verluste zu einer ungleichen Aussteuerung der Basiszone führt. Dieser Effekt wird um so stärker, je länger die Basiselektrode ist, d. h. je höher die Leistung ist, für die die Transistoranordnung ausgelegt werden soll. Ferner sind die einzelnen Emitterelektrodenbereiche und die einzelnen Koüektorelektrodenbereiche jeweils über großflächige Schichtteile miteinander verbunden, die auch solche Teile des Halbleitersubstrats bedecken, in denen sich keine wirksamen Bereiche des Leistungstransistors befinden. Diese Bereiche können wegen störender Koppeleffekte nicht zur Integration anderer Bauelemente herangezogen werden.

Würde man versuchen, die Fläche der Kollektor- und Emitterelektrodenschichten zu verkleinern, so würde der Querschnitt zur Bewältigung der den Leistungstransistor durchsetzenden Stromdichten nicht mehr ausreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau für einen im Halbleitersubstrat einer integrierten Schaltung ausgebildeten Leistungstransistor anzugeben, bei dem trotz verringertem Platzbedarf genügend Fläche für die Zuführungselektroden zur Verfügung steht und damit die Gefahr zu hoher Stromdichten vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Danach wird die Kollektorelektrodenschicht in eine weitere Ebene über einer dazwischen vorgesehenen zusätzlichen Isolierschicht angeordnet. Daher ist die Basiselektrodenschicht nicht auf die alleinigen Flächenbereiche der Basiszonen beschränkt, und eine Stromzuführung zu den Basiszonen ist an eine Vielzahl von Stellen möglich. Durch die Verlagerung der Kollektorelektrodenschicht in eine eigene Ebene läßt sich ferner insofern der Gesamtplatzbedarf des Leistungstransistors verringern, weil die durch die Kollektoren fließenden Ströme besonders groß sind und daher der gemeinsame Verbindungsbereich für die Kollektore'.ektroden zur Erzielung einer ausreichend kleinen Stromdichte grundsätzlich besonders viel Fläche beansprucht.

Aus der US-Patentschrift 35 93 068 ist ein Leistungstransistor bekannt, der nicht zur Integration in einer Halbleiterschaltung bestimmt, sondern als diskretes Bauelement auf einem eigenen Halbleiterplättchen aufgebaut ist. Bei einem derartigen nichtintegrierten Leistungstransistor steht auch die untere Oberfläche des Halbleiteraufbaus zur Anbringung einer Elektrodenschicht zur Verfügung, die bei dieser bekannten Anordnung die Kollektor-Kontaktschicht bildet.

Im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen integrierten Leistungstransistor, bei dem die Stromflußrichtung zwischen den Emitterzonen über die Basiszonen im wesentlichen parallel zur Halbleiteroberfläche zu den Kollektorzonen verläuft, erstreckt sich bei dem Leistungstransistor nach der US-Patentschrift 35 93 068 die Hauptstromflußrichtung senkrecht zu den Halbleiteroberflächen. Um bei dieser Stromflußrichtung das zur Verfügung stehende Halbleitermaterial möglichst gleichmäßig mit senkrechten »Stromfäden« zu durchziehen, ist die Emitterzone in eine Vielzahl schmaler Einzelzonen aufgeteilt, was bedeutet, daß diese einzelnen Emitterzonen und die dazwischenliegenden Teile der Basiszone einzeln mit Strom versorgt werden müssen. Um Überkreuzungen zwischen den Zuführwegen zu vermeiden, sind zur Kontaktierung der Emitter- und Basiszonen getrennte Sammelschienen an einer Oberfläche des Halbleiteraufbaus angeordnet. Die sich daraus als Notwendigkeit ergebene zweite Leiterebene,

die als solche auch in der US-Patentschrift 37 51 292 angewendet wird, vermag aber wegen der anderen zugrundeliegenden Aufgabe nicht zu der erfindungsger.iäßen Lösung zu führen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nächstehend anhand der Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 den Aufbau eines ein Halbleitersubstrat integrierten Leistungstransistors in einem Querschnitt gemäß der Linie S-ß'nach Fig. 2; und

Fig.2 eine Draufsicht auf den Aufbau nach Fig. :, wobei mehrere von oben nicht zu sehende Schichten und Bereiche gestrichelt angedeutet sind.

Gemäß Fi g. 1 ist in einem P-leitenden Halbleitersubstrat 1 eine N+-leitende Schicht 2 selektiv ausgebildet. Auf dem Halbleitersubstrat 1 und der Schicht 2 ist — beispielsweise durch Aufwachsen — eine N-Ieitende Schicht 3 geformt Zur Isolierung der Schicht 3 in seitlicher Richtung gegen weitere Teile der isolierten Schaltung dient eine P-leitende Sperrzone 4.

An der Oberfläche der Schicht 3 sind P-leitende Zonen 5a und Sb als Basiszonen ausgebildet. In den Oberflächenbereichen dieser Basiszonen 5a und 5b befinden sich jeweils N+-leitende Zonen 6a und 6b, die als Emitterzonen dienen. Außerhalb der Basiszonen 5a und 5b liegen an der Oberfläche der Schicht 3 ebenfalls N+-Ieitende Kollektoranschlußzonen 7a,76und Tc

Auf dem somit mit verschiedenen Störstellen-Zonen versehenen Halbleitersubstrat 1 ist eine Oxid-ls ilierschicht 8 ausgebildet, die an den Störstellen-Zonen entsprechenden Stellen, nicht aber über den Sperrzonen 4, Aussparungen aufweist. An den Stellen diese;-Aussparungen sind Basiselektrodenbereiche 9, Kollektorelektrodenbereiche 10 bzw. Emitter-Elektrodenbereiche 16 ausgebildet.

Auf diesen Elektrodenbereichen 9, 10 und 16 sowie auf den übrigen Teilen der Isolierschicht 8 befindet sich eine weitere Oxid-Isolierschicht 11, die an den Stellen der Emitterelektrodenbereiche 16 wiederum Aussparungen aufweist In diesen Aussparungen sind weitere Emitterelektrodenbereiche 12 angeordnet, die durch eine Emitterelektrodenschicht 13 miteinander verbunden sind.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, sind die Basiselektrodenbereiche 9 über eine Basiselektrodenschicht 14 miteinander verbunden und nach außen geführt Die Isolierschicht 11 verläuft auf dieser Basiselektrodenschicht 14. Die Emitterelektrodenschicht 13 liegt auf der Isolierschicht 11 und ist über die Aussparungen mit den Emitterelektrodenbereichen 16 und 12 verbunden. In ähnlicher Weise verläuft auf der Isolierschicht 11 eine Kollektorelektrodenschicht 15, die in entsprechender Weise über Aussparungen mit den Kollektorelektrodenbereichen 10 verbunden ist.

In F i g. 2 sind die Aussparungen in den Isolierschichten, durch die hindurch die Kollektorelektrodenschicht 15 mit den Kollektorelektrodenbereichen 10 in Verbindung steht, mit CCl, CC2 und CC3 bezeichnet. In ähnlicher Weise sind die Aussparungen in den Isolierschichten, durch die hindurch die Emitterelektrodenschicht 13 mit den Emitterelektrodenbereichen 16 verbunden ist, mit CEX und CE2 bezeichnet.

Ferner ist in Fig. 2 angedeutet, daß die Emitterelektrodenbereiche 16 anstelle oder auch zusätzlich zu der Emitterelektrodenschicht 13 über eine zwischen den beiden Isolierschichten 8 und 11 angeordnete Emitterelektrodenschicht 17 verbunden und nach außen geführt sein kann, ähnlich wie dies bei den mit der Basiselektrodenschicht 14 verbundenen Basiselektrodenbereichen 9 der Fall ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Leistungstransistor, ausgebildet im Halbleitersubstrat einer integrierten Schaltung, der wenigstens eine Kollektorschicht (3) eines ersten Leitungstyps, mehrere in der Kollektorschicht (3) ausgebildete Basiszonen (5) eines entgegengesetzten, zweiten Leitungstyps, in den Basiszonen (5) jeweils ausgebildete Emitterzonen (6) des ersten Leitungstyps, mehrere in der Kollektorschicht (3) ausgebildete Kollektoranschlußzonen (7) hoher Störstellenkonzentration des ersten Leitungstyps umfaßt, der ferner eine auf der Kollektorschicht (3) angeordnete erste Isolierschicht (8), die mit den Flächen der Basis-, Emitter- und Kollektoranschlußzonen (5,6,7) entsprechenden Aussparungen versehen ist, und eine auf der ersten Isolierschicht (8) angeordnete erste Leiterschicht aufweist, die in Kollektor-, Basis- und Emitter-Elektrodenbereiche (*0,9,16) unterteilt ist, wobei diese Elektrodenbereiche über die Aussparungen jeweils mit den Kollektoranschluß-, Basis- bzw. Emitterzonen (7, 5, 6) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Leiterschicht eine zweite Isolierschicht (11) angeordnet ist, die mit wesentlichen Flächenteilen der Kollektoranschlußzonen (7) entsprechenden Aussparungen versehen ist, und daß auf der zweiten Isolierschicht (11) eine zweite Leiterschicht angeordnet ist, die eine über die Aussparungen mit sämtlichen Kollektorelektrodenbereichen (10) verbundene Kollektorelektrodenschicht (15) umfaßt.

2. Leistungstransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Isolierschicht (11) ferner mit wesentlichen Flächenteilen der Emitterzonen (6) entsprechenden Aussparungen versehen ist und die zweite Leiterschicht eine über die Aussparungen mit sämtlichen Emitterelektrodenbereichen (16) verbundene Emitterelektrodenschicht (13) umfaßt.