DE2607202B2 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Halbleiterbauelement

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement, bestehend aus einem Halbleiterkörper, einem ersten Bereich eines Leitfähigkeitstyps in diesem Halbleiterkörper, einer Anschlußleitung und einer Elektrode, die Strom zwischen dem ersten Bereich und der Anschlußleitung führt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf solche Halbleiterbauelemente mit einem oder mehreren länglichen Metallbahnen auf mindestens einer Oberfläche des Halbleiterkörpers.
Bei bestimmten Halbleiterbauelementen, insbesondere Leistungstransistoren, besitzt mindestens einer der Bereiche des Halbleiterkörpers, im allgemeinen der Basisbereich, eine etwas gewundene, verlängerte Form, um die Länge des Übergangs zwischen Basis- und Emitterbereichen maximal zu gestalten. Wie bekannt, werden dadurch höhere Stromleistungen der Bauelemente erreicht
Der verlängerte Basisbereich wird über seine gesamte Länge mit einer Metallschicht belegt und kontaktiert, die dazu dient, Strom von den verschiedenen Teilen des Basisbereichs zu einer Basis-Anschlußleitung zu führen (vgl. z.B. DE-AS 12 91418). Um unerwünscht hohe Spannungsabfälle entlang dieses Metallschicht-Leiters zu vermeiden, ist dieser vorzugsweise relativ hochleitend, d. h., er hat eine relativ große Querschnittsfläche. Damit ist jedoch das Problem verbunden, daß es bei bestimmten Bauelementtypen ausgesprochen schwierig ist, relativ dicke Metallschichten vorzusehen; darüber hinaus erfordern breite Metallschichten größere Halbleiterkörperflächen, wodurch die Kosten für diese Bauelemente steigen.
Es ist ferner bekannt (DE-OS 16 14 250) bei Halbleiterbauelementen mit auf der Oberfläche eines Halbieiterkörpers angeordneten, sich kreuzenden Stromleitungen aus Metall parallel zu einer Gruppe dieser Stromleitungen im Halbleiterkörper Bereiche hoher Leitfähigkeit mit gegenüber dem Halbleiterkörper entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp anzuordnen, die sich zur Oberfläche des Halbleiterkörpers erstrekken und dort außerhalb der Kreuzungsstellen mit den Stromleitungen kontaktiert sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauelement der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, den Leitwert der Strompfade zu erhöhen, ohne daß die Querschnittsflächen der stromführenden Metallschichten vergrößert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Bildung eines parallelen Strompfades im Halbleiterkörper ein zweiter Bereich zwischen der Anschlußleitung und dem ersten Bereich angeordnet ist, der höhere Leitfähigkeit als der erste Bereich und diesem gegenüber entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp besitzt, und daß die Elektrode ohmschen Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich schafft.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Draufsicht auf das Halbleiterbauelement nach dem Ausführungsbeispiel und
F i g. 2 einen Querschnitt durch das in F i g. 1 dargestellte Bauelement, entlang Linie 2-2 geschnitten.
Gemäß F i g. 1 und 2 besteht ein Transistor 10 aus einem Halbleiterkörper 12, aus z. B. Silizium, mit einem Kollektorbereich 14, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel N-Ieitend ist, einem P-Basis-Bereich 16 und einem N-leitenden Emitterbereich 18, der in F i g. 1 zur besseren Übersicht punktiert dargestellt ist. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, erstrecken sich Emitter- 18 und Basisbereich 16 bis zu einer Oberfläche des Halbleiterkörpers, wobei, wie F i g. 1 zu entnehmen ist, der Basisbereich 16 den Emitterbereich 18 an der Oberfläche 20 vollkommen umgibt. Aus allgemein bekannten Gründen wird der Basisbereich 16 relativ lang und schmal gemacht, d. h. ziemlich verlängert.
Verschiedene Metallschichten werden auf Oberflächen des Halbleiterkörpers vorgesehen, die als Elektroden des Bauelements dienen. So ist auf der unteren Oberfläche 28 (F i g. 2) eine Metallschicht 26 direkt mit dem Kollektorbereich 14 verbunden, die die Kollektor-Elektrode darstellt. Eine Emitterelektrode besteht aus
so einer Metallschicht 30, die auf dem Emitterbereich 18 liegt, während eine Basiselektrode, bestehend aus einer Metallschicht 32, auf dem Basisbereich 16 liegt und mit diesem in direktem Kontakt steht.
Dort, wo die Oberfläche 20 des Körpers 12 nicht direkt von einer Metallschicht kontaktiert wird, wird sie mit einer Schutzschicht 34, z. B. aus Siliziumdioxid, bedeckt.
Eine Basisanschlußleitung 36 ist, beispielsweise durch Löten, an der Basisbereichs-Metallschicht 32 befestigt.
während eine Emitteranschlußleitung 40 in ähnlicher Weise mit der Emitterbereichs-Metallschicht 30 verbunden ist. Aus den Darstellungen geht hervor, daß nahe der Anschlußleitung 36 ein Spalt 50 vorgesehen ist, der sich durch die Schicht 32 erstreckt. Der Zweck dieses Spaltes wird unten näher beschrieben.
Strompfade von den verschiedenen Teilen des gestreckten Basisbereichs 16 zur Basisanschlußleitung 36 verlaufen durch den Basisbereich 16 selbst und durch
die Metallschicht 32, die auf dem Basisbereich 16 liegt und diesen kontaktiert. Für einen wirkungsvollen Betrieb des Transistors 10 wird, wie allgemein bekannt ist, für den Spannungsäbfall, der durch den Stromfluß von der Basis zum Basisanschluß 36 hervorgerufen wird, ein möglichst niedriger Wert angestrebt, vorzugsweise unterhalb 50 Millivolt.
Der Widerstand für den zur Anschlußleitung 36 fließenden Basisstrom wird dadurch reduziert, daß im Basisbereich 16 ein Kanal 44 aus Material mit gegenüber dem umgebenden Basisbereichsmaterial höherer Leitfähigkeit vorgesehen wird. Der Leitfähigkeitstyp des Kanals 44 ist dem des Basisbereichs 16 entgegengesetzt; der Kanal 44 ist mit Abstand vom Emitterbereich 18 angeordnet, liegt im allgemeinen unter der Metallschicht 32 und ist mit dem Basisbereich 16 durch die Metallschicht 32 kurzgeschlossen. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel, das einen P-leitenden Basisbereich 16 besitzt, ist der Kanal 44 N-leitend.
Der Kanal 44, der eine höhere Leitfähigkeit als der Rest des Basisbereichs 16 besitzt, stellt einen zusätzlichen Weg für Strom des Basisbereichs zur Anschlußleitung 36 dar, so daß eine Metallschicht 32 mit geringerer Querschnittsfläche eingesetzt werden kann. Tatsächlich sorgt der Kanal 44 für einen Strompfad parallel zu dem der Metallschicht 32. Da der Kanal 44 eine gegenüber dem Basisbereich 16 entgegengesetzte Leitfähigkeit aufweist, wird er vom Basisbereich 16 durch einen PN-Übergang 46 getrennt. Der PN-Übergang 46 ist jedoch elektrisch kurzgeschlossen, so daß ein ohmscher Weg mit niedrigem Widerstand für den Basisstrom vym Basisbereich 16 in den Kanal 44 durch die Metallschicht 32 geschaffen wird, die die gesamte Länge des PN-Übergangs 46 vollständig bedeckt, wo dieser die Oberfläche 20 schneidet.
Der Kanal 44 wird vorzugsweise im wesentlichen direkt unterhalb der Metallschicht 32 vorgesehen. Diese Anordnung führt im Gegensatz zu einer solchen, bei der beispielsweise der Kanal 44 sich in nicht unerheblichem Umfang unter der Metallschicht 32 hervorerstreckt, d. h. nach einer Seite davon, zu einem Minimum der Körperoberfläche, die für die Stromwege zur Basisanschlußleitung 36 benötigt werden, und ist aus diesem Grunde im allgemeinen bevorzugt.
Der Grund, daß der Kanal 44 gegenüber dem Basisbereich 16 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp besitzt, liegt in folgendem. Bei Halbleiterbauelementen mit Emitter- und Basisbereichen werden die limitterbereiche gewöhnlich mit erheblich höherer Leitfähigkeit hergestellt als sie die Basisbereiche besitzen, was aus Gründen der wirksameren Emitterinjektion geschieht.
Somit kann dadurch, daß der Kanal 44 gleichzeitig mit dem Emitterbereich 18 und mit identischen Leitfähigkeitseigenschaften hergestellt wird, ein Kanal 44 mit angemessen hoher Leitfähigkeit geschaffen werden, 5 ohne daß dazu gesonderte Herstellungsschritte oder zusätzliche Kosten im Vergleich mit der Herstellung desselben Bauelements ohne den Kanal anfallen. Bekannte fotolithografische und Diffusions-Techniken können angewandt werden.
IQ Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel besteht der Basicbereich 16 aus einer epitaktisch aufgebrachten Schicht mit gleichförmigem Widerstand von lOOhm-cm und einer Dicke (zwischen dem Kollektorbereich 14 und der Oberfläche 20 des Körpers 12) von ungefähr 20 μΐη.
is Der Emitterbereich 18 wird durch Diffusion von Phosphor bei einer Oberflächenkonzentration von ungefähr 10l0/cm3 bis zu einer Tiefe von 10 μπι hergestellt und besitzt einen spezifischen Flächenwiderstand von ungefähr 0,5 Ohm pro Quadrat.
Der Kanal 44, der dieselbe Tiefe und Leitfähigkeitseigenschaften besitzt wie der Emitterbereich 18, hat eine Breite von 175 μπι und eine Länge von ungefähr 5 mm. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Schicht 32 aus einem dünnen Nickelfilm, z. B. ungefähr 0,02 μπι dick, in direktem Kontakt mit der Oberfläche 20 des Körpers 12, wobei der Nickelfilm von Lot, z. B.
95 Gew.-% Blei — 5 Gew.-% Zinn, in einer Dicke von ungefähr 5 μτη bedeckt ist.
Wie aus F i g. 1 hervorgeht, erstreckt sich der Kanal
JO 44 kontinuierlich entlang der Kante des Körpers 12 und liegt unter der Anschlußleitung 36. Die Metallschicht 32 besitzt, wie bereits erwähnt, einen sich durch diese erstreckenden Spalt 50 nahe der Anschlußleitung 36. Der Spalt 50 verhindert während des Anlötens der Anschlußieitung an den Körper 12 das Abfließen von Lot von dem Teil der Schicht 32 zur Anschlußleitung 36, der von der Anschlußleitung 36 durch den Spalt 50 getrennt ist.
Würde solch ein Fließen des Lotes nicht verhindert, dann würde die Dicke der Schicht 32 (durch Abfließen des Lotes zur Leitung 36) reduziert werden, was zu einem entsprechenden Ansteigen des Widerstandes der Schicht führen würde. Wenngleich nicht dargestellt, so kann gleichwohl ein ähnlicher Spalt vorgesehen werden, um die Emitteranschlußleitung 40 von der Metallschicht 30 zu trennen, die auf dem Emitterbereich 18 liegt.
Die Erfindung ist keineswegs auf Transistoren beschränkt, vielmehr kann sie auch bei anderen Halbleiterbauelementen verwendet werden, z. B. bei Thyristoren.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Halbleiterbauelement, bestehend aus einem Halbleiterkörper, einem ersten Bereich eines Leitfähigkeitstyps in diesem Halbleiterkörper, einer Anschlußleitung und einer Elektrode, die Strom zwischen dem ersten Bereich und der Anschlußleitung führt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines parallelen Strompfades im Halbleiterkörper (12) ein zweiter Bereich (44) zwischen der Anschlußleitung (36) und dem ersten Bereich (16) angeordnet ist, der höhere Leitfähigkeit als der erste Bereich (16) und diesem (16) gegenüber entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp besitzt, und daß die Elektrode (32) ohmschen Kontakt zwischen dem ersten (16) und dem zweiten (44) Bereich schafft
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (16) den Basisbereich eines Transistors bildet, dessen Emitterbereich (18) die gleiche Leitfähigkeit und den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Bereich (44) hat.
3. Bauelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (32) und der zweite Bereich (44) über die gesamte Länge des zweiten Bereichs (44) sich überlappend bzw. übereinanderliegend ausgebildet sind.
4. Bauelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (32) auf einer Oberfläche (20) des Halbleiterkörpers (12) angeordnet ist und daß der zweite Bereich (44) sich bis zu dieser Oberfläche (20) erstreckt und dort die Elektrode (32) kontaktiert.
DE2607202A 1975-02-26 1976-02-23 Halbleiterbauelement Withdrawn DE2607202B2 (de)

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