DE3142644A1 - Halbleiteranordnung - Google Patents
HalbleiteranordnungInfo
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Description
;\". Philips' -Slccilampsniabrieken, Eindhoven .:!.:..: * .:.:..:":..: -=-3 1426
PHN 9877 >" 0-4-1
•3·
"Halbleiteranordnung".
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper mit einem Bipolartransistor,
der eine durch wenigstens einen Teil eines Halbleitergebietes von einem ersten Leitungstyp gebildete
^ Kollektorzone, eine an die Kollektorzone und an eine teilweise
mit einer Isolierschicht überzogene Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzende Basiszone vom zweiten entgegengesetzten
Leitungstyp, die sich über ein Basiskontaktfenster
in der Isolierschicht einer Basisine tal. Lisierung anschliesst,
und eine in die Basiszone eingebettete Emitterzone vom ersten Leitungstyp enthält, die sich über ein Emitterkontaktfenster
in der Isolierschicht einer Emittermetallisierung
mit einer mit einem Anschlussleiter verbindbaren Emitter-Anschlusselektrode anschliesst, wobei zwischen dem
Emitter und dem Kollektor des Transistors eine Diode ein*
geschaltet ist, deren erste Zone durch einen Teil des Gebietes vom ersten Leitungstyp gebildet wird und deren zweite
Zone vom zweiten Leitungstyp an die Oberfläche grenzt und sich der Emittermetallisierung anschliesst.
Eine derartige Halbleiteranordnung kann z.B. als
Schalttransistor in HorizontaLab1enkungsschaltungen in
Fernsehempfängern dienen. Die zwischen dem Emitter und dem
KolLektor des Transistors eingeschaltete Diode - auch als
Spardiode bezeichnet - dient dabei insbesondere dazu, die
Linearität der Schaltung zu vergrössern.
Aus der DE-OS 29 13 536 ist eine Halbleiteranordnung
der eingangs genannten Art bekannt, bei der die an die Oberfläche grenzende zweite Zone der Diode neben dem
Transistor im Halbleiterkörper liegt und sich einem geson-
derten Zweig der Emittermetallisierung anschliesst. Die
zweite Zone der Diode und die Basiszone des Transistors bi' den einen Teil desselben Halbleitex'gebie tes vom zweiten
Leitungstyp. In diesem Gebiet ist zwischen der zweiten
9877 Sf Q_4-1')81
Zone der Diode tand der Basiszone des Transistors ein. Trennwiderstand
angeordnet, der verhindert, dass über dieses Halbleitergebiet und über die Emittermetallisierung - die
sowohl mit der zweiten Zone der Diode als auch mit der Emitterzone des Transistors verbunden ist — der Basis/Emitter-Ubergang
des Transistors wenigstens örtlich, praktisch kurzgeschlossen wird.
Ein Nachteil der bekannten beschriebenen Halbleiteranordnung
ist der, dass die Diode und ihr Trennwiderstand neben dem Transistor im Halbleiterkörper vorhanden
sind. Dies beansprucht einen Teil der Oberfläche des Halbleiterkörpers, der nun nicht für die Bildung des Transistors
benutzt werden kann. Dadurch ist die Leistung*, die von dem Transistor geschaltet werden kann, niedriger als
wenn diese Oberfläche für die Bildung des Transistors benutzt
worden wäre.
Die Erfindung hat u.a. die Aufgabe, eine Halbleiteranordnung
mit einem Bipolartransistor und einer Spax-diode der beschriebenen Art zu schaffen, bei der der genannte
Nachteil behoben ist.
Dar Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann, dass die
Diode in die Transistorstruktur aufgenommen wird.
Eine Halbleiteranordnung der eingangs beschriebenen
Art ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Zone der Diode völlig von der ersten Zone umgeben ist und in Projektion völlig innerhalb der Emitter-Anschlüsse
Lektrode liegt, wobei die Emitter-Anschlusselektrode sich über ein Koiitakfcfens ter in der Isolierschicht
der zweiten Zone anschliesst. Die Diode ist nun völlig unter der Ernitter-Anschlusselektrode angebracht und daniic in
die Transistorstruktur aufgenommen. Dies beansprucht keinen
zusätzlichen Teil der Oberfläche des Halbieiterkörpers,
die daher optimal für die Bildung des Transistors benutzt werden kann. Die erste Zone der Diode ist zwischen der
zweiten Zone der Diode und der Basiszone des Transistors vorgesehen. Dies bedeutet, dass zwischen der zweiten Zone
der Diode und der Basiszone des Transistors im Betriebs-
PHN 9877 # 9_4-
zustand ein gesperrter pn—Übergang vorhanden ist. Dadurch
ist ein Kurzschluss des Basis/Einitter-Ubergangs des Transistors
über den Halbleiterkörper und die Emitterrne fcallisierung
verhindert. Die Trennung zwischen der zweiten Zone der Diode und der Basiszone des Transistors ist auf diese
Weise sehr zweckmässig und beansprucht ausserdem derart
wenig Raum, dass die Diode zusammen mit dieser Trennung völlig unter dem Emitter-Anschlusselektrode angebracht werden
kann. Ein Trennwiderstand, wie er in der bekannten beschriebenen Halbleiteranordnung angebracht ist, ist durch
die Massnahme nach der Erfindung völlig überflüssig geworden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Halbleiteranordnung
nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rand der zweiten Zone der Diode in einem derart
kleinen Abstand von der Basiszone des Transistors liegt, dass im Betriebszustand die Erschöpfungszonen des Kollektor/Basis-Ubergangs
des Transistors und des pn-Ubergangs der Diode ineinander übergehen. Dadurch ist erreicht, dass
die Äquipotentialebenen im Halbleitergebiet vom ersten Leitungstyp
durch das Vorhandensein der Diode praktisch nicht gestört werden. Dadurch könnte die Durchschlagspannung der
Halbleiteranordnung beeinträchtigt werden.
Eine einfach herstellbare Halbleiteranordnung der eingangs beschriebenen Art ist nach der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, dass die zweite Zone der Diode sich bis zu praktisch der gleichen Tiefe wie die Basiszone des
Transistors erstreckt. Die zweite Zone der Diode und die Basiszone des Transistors können nun in derselben Bearbeitung
- z.B. durch Diffusion - im Halbleiterkörper gebildet werden. Dadurch ist die Anzahl zusätzlicher Verfahrensschritte, die für die Herstellung einer Spardiode in der
Halbleiteranordnung mit Transistor erforderlich ist, beschränkt.
Eine AusfUhrungsform der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 2 schematisch eine Draufsicht auf eine Halb-
-:142644
PHN 9877 ■ ^ 9-^-19^1
- e.
leiteranordnung nach der Erfindung-,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Halbleiteranordnung
längs der Linie H-II in Fig. 1 ,
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Halbleiteranordnung
längs der Linie III—III in Fig. 1, und
Fig. h einen Querschnitt durch die Halbleiteranordnung
längs der Linie IV-IV in Fig. 1.
Die Figuren sind schematisch und nicht massstäblich
gezeichnet, wobei der Deutlichkeit halber in den Querschnitten insbesondere die Abmessungen in der Dicken—
richtung übertrieben gross dargestellt sind. Halbleiterzonen·
vom gleichen Leitungstyp sind in derselben Richtung schraffiert; in den Figuren sind entsprechende Teile mit
denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Die Halbleiteranordnung nach den Fig. 1 bis 4
enthält einen Halbleiterkörper .1 mit einem Bipolartransistor. Der Halbleiterkörper 1 aus einem geeigneten Halbleitermaterial,
wie Silicium, enthält ein Halbleitergebiet 2 von einem ersten Leitungstyp, im vorliegenden Beispiel vom n-Typ,
mit einer verhältnismässig niedrigen Dotierungskonzentration von etwa 10 Atomen/cm und mit einer Dicke von
z.B. 90 μπι. Das Halbleitergebiet 2 ist mittels einer nleitenden
Zone 3 mit einer verhältnismässig hohen Dotie-
20 T
rungskonzentration von z.B. 10 Atomen/cm und mit einer
Dicke von z.B. 7 um mit einer Elektrodenschicht h- verbunden.
Der Bipolartransistor enthält eine Kollektorzone, die durch denjenigen Teil des Halbleitergebietes 2 gebildet
wird, der an eine Basiszone 5 vom zweiten entgegengesetzten
Leitungstyp - im vorliegenden Beispiel also vom p-Typ - mit einer Dicke von z.B. 30 um grenzt. Die Basiszone
5 grenzt ihrerseits wieder an eine Teilweise mit einer Isolierschicht 6 - aus z.B. Siliciumoxid - Überzogene Oberfläche
7 des Halbleiterkörpers 1. Die Basiszone 5 ist durch
ein Basislcontaktf enster 8 in einer Isolierschicht 6 an eine Basismetallisierung 9 aus z.B. Aluminium angeschlossen,
deren Ränder in Fig. 1 durch gestrichelte Linien 10 angegeben sind. In die Basiszone 5 ist eine Emitterzone 11
PHN 9877 *" 9-4-1981
• T ·
vom ersten Leitungstyp - im vorliegenden Beispiel also vom
n-Typ - mit einer Dicke von z.B. 7 um eingebettet, die eine
Anzahl streifenförmiger Emittergebiete 12 - auch als Emitterfinger
bezeichnet — enthält. Die Emitterzone 11 — mit
den Emitter fingern 12 - ist über ein Emitterkontaktl'enster
13 in der Isolierschicht 6 mit einer Eniltternietallisierung
14 verbunden, deren Ränder in Fig. 1 durch die gestrichelte
Linie 15 angegeben sind. Die Emittermetallisierung \k enthält
eine Emitter-Anschlusselektrode 16, die hier mit einem der Deutlichkeit halber nur in Fig. 3 dargestellten Anschlussleiter
17 verbunden ist. Die Emitter-Ansehlusselektrode
16 weist eine verhältnismässig grosse Oberfläche auf; im vorliegenden Beispiel ist diese Oberfläche streifenförmig
mit in der Mitte einer Breite von etwa 5OO μπι. Dadurch
ist eine Kontaktierung auf einer verhältnismässig grossen Oberfläche möglich, so dass der Anschlussleiter 17
bei dar Massenherstellung der Halbleiteranordnung maschinell
angebracht werden kann.
Die Basiszone 5 und die Emitterzone 11 mi:t ihren Emitterfingern 12 bilden einen pn-Ubergang, der an der Oberfläche
7 gemäss einer in Fig. 1 mit 18 bezeichneten Linie endet.
Zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors, d.h. zwischen der Emittermetallisierung 14, 16
und der Elektrodenschicht h, ist eine Diode eingeschaltet,
deren erste Zone durch einen Teil I9 des Gebietes vom ersten
Leitungstyp 2 gebildet wird und deren zweite Zone 20 vom zweiten Leitungstyp an die Oberfläche 7 grenzt und sich der
Emittermetallisierung lh, 16 anschliesst.
Nach der Erfindung ist die zweite Zone 20 der Diode völlig von der ersten Zone I9 umgeben und liegt in
Proj 3 ktion völlig innerhalb der Emitter-Anschlusselektrode
16. Die Emitter-Anschlusselektrode 16 ist über ein Kontaktfenster
21 in der Isolierschicht 6 an die zweite Zone 2Ö
angeschlossen. Die Diode ist dadurch völlig unter der Emitter-Anschlusselektrode
16 angebracht. Dies beansprucht keinen zusätzlichen Teil der Oberfläche 7 des Halbleiterkörpers
1, die daher optimal für die Bildung des Transis-
.. -■;■·■ . --'.:■ ? H2G44
PHN 9877 fr r—4-1981
tors 11, 12, 5,
der Diode ist zwischen der zweiten Zone 20 der Diode und der Basiszone 5 des Transistors vorhanden. Dies bedeutet, d„ss zwischen der zweiten Zone 20 und der Basiszone ~> im
der Diode ist zwischen der zweiten Zone 20 der Diode und der Basiszone 5 des Transistors vorhanden. Dies bedeutet, d„ss zwischen der zweiten Zone 20 und der Basiszone ~> im
Betriebszustand ein gesperrter pn-übergang vorhanden ist.
Dadurch ist ein Kurzschluss des Basis/Emitter-Ubergangs des Transistors über den Halbleiterkörper und die Emirtermetallisierung
14, 16 verhindert. Diese Trennung zwischen
der zweiten Zone 20 und der Basiszone 5 ist sehr zweckmassig
und beansprucht ausserdem derart wenig Raum, dass die Diode 19>
20 zusammen mit dieser Trennung völlig unter der Emitter-Anschlusselektrode i6 angebracht werden kann.
Der Rand 22 der zweiten Zone 20 der Diode ist in einem derart kleinen Abstand von dem Rand 23 der Basiszone
5 angeordnet, dass im Betriebszustand die schematisch
mit gestrichelten Linien 24 angegebenen Erschöpfungszonen des Kollektor/Basis-TJbergangs (2, 5) des Transistors und
des pn-Ubergangs (19» 20) der Diode ineinander übergehen.
Dadurch ist erreicht, dass beim Betrieb die Äquipotentialebenen im Halbleifcer^ebiet 2 vom ersten Leitungstyp durch
das Vorhandensein der Diode I9, 20 praktisch niclic gestört
werden. Dadurch könnte die Durchschlagspannung der HgLoleire
anordnung beeinträchtigt werden. Der Abstand zwischen den Rändern 22 und 23 ist dabei etwa 80 μπι.
Die zweite Zone 20 der Diode erstreckt sich bis zu praktisch der gleichen Tiefe wie die Basiszone 5 des
Transistors. Die beiden Zonen 20 und 5 können daher in einer und derselben Bearbeitung, z.B. durch Diffusion, gebildet
werden. Dadurch ist die Anzahl zusätzlicher Verfnhrensschritte,
die für die Herstellung der Diode (.19» ~θ)
in der Halbleiteranordnung erforderlich ist, beschränke.
Um Durchschlag an den Rändern des Halbleiterkörpers 1 entgegenzuwirken, ist dieser Körper auf übliche
Weise mit einer mit Pas sivierungs gl as 25 ausgefüllten Xu t
26 und mit einer sogenannten Kanalunterbrecherzone 27 vom
ersten Leitungstyp mit einer der der Einittergebiete 1 1 und
12 nahezu gleichen Tiefe versehen. Diese Kanaluncerbrecherzone
27 ist durch ein Kontaktfenster 28 mit einer Metalli-
■: ;■■"" 3H2644
PHN .9877 if 0-^-1981
J.
sierung 29 verbunden.
Die obenbeschriebene Halbleiteranordnung kann
völlig mit Hilfe der in der Halbleitertechnik üblichen Verfahren hergestellt werden.
§ Es dürfte weiter einleuchten, dass die Erfindung
nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel eines einzigen Transistors auf einem Halbleiterkörper beschränkt ist,
sondern dass im Rahmen der Erfindung für den Fachmann viele Abwandlungen möglich sind. So kann die Erfindung bei Tran—
sistoren angewandt werden, die einen Teil einer integrierten Schaltung, wie z.B. einer Darlingtonschaltung, bilden.
Im Ausführungsbeispiel können weiter die Leitungstypen aller Halbleiterzonen und -gebiete (zu gleicher Zeit) durch die
entgegengesetzten Typen ersetzt werden. Statt Silicium kann ein anderes Halbleitermaterial, wie Germanium oder eine
III-V-Verbindung, wie Galliumarsenid, verwendet werden.
Statt Siliciumoxid kann eine andere z.B. aus organischem Lack hergestellte Isolierschicht Anwendung finden und statt
Alumiunium können andere Metalle, wie Wolfram oder Chrom, für die Metallisierung verwendet werden.
Claims (2)
- ■" :· " 3 ι 426A4PHN 9877 9-^-1981PATENTANSPRÜCHE:1 J Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper mit einem Bipolartransistor, der eine durch, wenigstens einen Teil eines Halbleitergebietes von einem ersten Leitung·» typ gebildete Kollektorzone (2), eine an die Kollektorzone ('I) und an eine teilweise mit einer Isolierschicht (6) überzogene Oberfläche (7) des Halbleiterkörpers grenzende Basiszone (5) vom zweiten entgegengesetzten Leitungstyp, die sich über ein Basiskontaktfenster (8) in der Isolierschicht (6) einer Basismetallisierung (9) anschliesst, und eine in die Basiszone (5) eingebettete Emitterzone (11) vom ersten Leitungstyp enthält, die sich über ein Emitterkontaktfenster (13) in der Isolierschicht (6) einer Emittermetallisierung (i4) mit einer mit einem Anschlussleiter (17) verbindbaren Emitter-Anschlusselektrode (16) anschliesst, wobei zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors eine Diode eingeschaltet ist, deren erste Zone (19) durch einen Teil des G bietes vom ersten Leitungstyp gebildet wird und deren zweite Zone (20) vom zweiten Leitungstyp an die Oberfläche (7) grenzt und sich an die Emittermetallisierung (i4) anschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zone (20) der Diode völlig von der ersten Zone (19) umgeben ist und in Projektion völlig innerhalb der Emitter-Anschlusselektrode (16) liegt, wobei sich die Emitter-Anschlusselektrode (16) über ein Kontaktfenster (21) in der Isolierschicht (6) der zweiten Zone (2θ) anschliesst.
- 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand der zweiten Zone (2θ) der Diode in einem derart kleinen Abstand von der Basiszone (5) des Transistors liegt, dass im B triebszustand die Erschöpfungszonen (2k) des Kollektor/Basis-Ubergangs (2,5) des Transistors und des pn-Ubergangs (19> 20) der Diode ineinander übergehen.
3· Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, da-PHN 9877 m 3 9-^-1981durch gekennzexclinet, dass die zweite Zone (20) der Diode sich bis zu praktisch der gleichen Tiefe -wie die Basiszone (5) des Transistors erstreckt.
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