DE2554612C3

DE2554612C3 - Leistungstransistor

Info

Publication number: DE2554612C3
Application number: DE2554612A
Authority: DE
Inventors: Kouichiro Fuchu Tokyo Satonaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-12-04
Filing date: 1975-12-04
Publication date: 1982-02-25
Also published as: US4012764A; JPS5165585A; DE2554612B2; DE2554612A1

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 erhebli· chen Ströme durch die beispielsweise in Maskentechnik aufgebrachten, grundsätzlich nur dünnen Leiterschichten derart zu führen, daß an keiner Stelle unzulässig hohe Slromdichten auftreten. Es ist daher erforderlich, die in die gemeinsame Kollektorschicht eingebetteten μ Kolliktoranschluß-. 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 Feld ein, das von den in der Koilektorzone ausgebildeten Leistungstransistoren beansprucht wird.

Bei dem aus der US'Palentschrift 34 65 214 bekannten Aufbau ergeben sich dabei folgende Schwierigkeiten. Die zwischen den Emitter- und den KoÜektoreiektrodenbereichen mäanderförmig verlaufende Basiselektröde 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 Kollektorelektrodenbereiche jeweils über großflächige Schichtteile miteinander verbunden, die auch solche Teile des Halblekersubstrats 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 zugrunJe, 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 wirt' die Kollektorelektrodenschicht in e ne weitere Ebene über einer dazwischen vorgesehenen zusätzlichen Isolierschicht angeordnet Daher ist die Busiselektrodenschicht 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 Kollektorelektroden zur Erzielung einer a-Msreicl·. jnd kleinen Stromdichte grundsätzlich besonders viel Fläche beansprucht.

Aus der US-Patentschrift 35 93 0o8 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 Haibleiteraufbaus zur Anbringung einer Elektrodenschicht zur Verfügung, die bei dieser bekannten Anordnung die Koliektor-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 »'erläuft, erstreckt sich bei dem Leistungstransistor nach der US-Patentschrift 35 93 068 die Hauptstromflußrichtung senkrecht zu den HaIbleiteroberflächen. 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 Ström versorgt werden müssen. Um Überkreuzungen zwischen den Zuführwegen Zu vermeiden, sind zur Kontaktierung der Emitter- und Basiszonen getrennte Samfnelschienen an einer Oberfläche des Halbleiteraufbaus angeordnet. Die sich daraus als Notwendigkeit ergebene zweite Leiterebehe,

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

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 den Aufbau eines ein Halbleitersubstrat integrierten U-ütungstransistors in einem Querschnitt gemäß der Linie ß-S'nach F i g. 2; und

Fig.2 eine Draufsicht auf den Aufbau nach Fig. 1, wobei mehrere von oben nicht zu sehende Schichten und Bereiche gestrichelt angedeutet sind.

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

An aer Oberfläche der Schicht 3 sind P-ieätende Zonen Sa und 56 als Basiszonen ausgebildet. In den Oberflächenbereichen dieser Basiszonen 5e 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 + -leitende Kollektoranschlußzonen 7 a, Tb und 7c.

Auf dem somit mit verschiedenen Störstellen-Zonen versehenen Halbleitersubstrat 1 ist eine Oxid-Isolierschicht 8 ausgebildet, die an den Störstellen-Zonen entsprechenden Stellen, nicht aber über den Sperrzonen 4, Aussparungen aufweist. An den Stellen dieser 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 sirh 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 ': den Isolierschichten, durch die hindurch die Kollektoiel^klrodenschichl 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 CEl und CE 2 bezeichnet.

Ferner ist in F i g. 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

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 (10,9,16) unterteilt ist, wöbe; diese Elektrodenbereiche über die 2) 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 2ί 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) ver- w bundene Ko'V.uorelektrodenschicht (15) umfaßt

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