DE1197549B - Halbleiterbauelement mit mindestens einem pn-UEbergang und mindestens einer Kontakt-elektrode auf einer Isolierschicht - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g -11/02

Nummer: 1197 549

Aktenzeichen: F 31758 VIII c/21 g

Anmeldetag: 25. Juli 1960

Auslegetag: 29. Juli 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit mindestens einem pn-übergang, dessen Randzone die eine Oberfläche des Halbleiterkörpers erreicht, bei dem Teile der Oberfläche der beiden Zonen mit einer Isolierschicht bedeckt sind, und bei 5 dem mindestens eine ohmsche Kontaktelektrode an einer Zone und über der Isolierschicht angebracht ist.

Die Erfindung bezweckt, Halbleiterbauelemente dieser Art und insbesondere ihre Kontaktverbindungen bzw. ihre Zuleitungen zu verbessern, wobei vor allem die elektrischen Kontaktverbindungen zu den verschiedenen Halbleiterzonen in zweckmäßiger und vorteilhafter Weise ausgebildet werden sollen. Ferner bezweckt die Erfindung, einheitlich und zweckmäßig aufgebaute Schaltelemente zu schaffen, die kräftig und verhältnismäßig unempfindlich sind und trotz kleiner Abmessungen mit geringerem Arbeitsaufwand hergestellt werden können, als es bisher erreichbar war; außerdem bezweckt die Erfindung eine vorteilhafte Lösung des Problems des Einbaues zahlreicher Halbleiterbauelemente innerhalb eines einzigen Materialteiles.

Bekannt ist ein pnp-Transistor, welcher einen Grundkörper aus Germanium aufweist, in dessen Mitte sich innerhalb einer herausgeätzten Erhöhung ein pn-übergang befindet, über dem ein n-Gebiet liegt. Auf der rechten Seite dieses Gebietes liegt über einer p-Rekristallisationsschicht der aus Aluminium bestehende Emitterkontakt. Getrennt durch eine mittlere Ätzgrundierung, die als Schutzschicht diem, liegt auf der linken Seite des η-Gebietes als Basiskontakt ein ohmscher Goldkontakt. Kontaktverbindungen zu den erwähnten oberen Zonen sind seitlich herausgeführt, und sie sind gegenüber dem Transistor durch Ätzgrundschichten getrennt.

Die Verwendung von Ätzgrundmaterial als Isolierung hat den Nachteil, daß es bei höheren Temperaturen, z. B. 200° C, unstabil wird, und dies ist besonders unerwünscht, da bei den heutigen Anwendungen Transistoren in vielen Fällen bei Temperaturen über 200° C gebraucht werden. Auch hat Ätzgrundmaterial den Nachteil, daß es nicht sehr fest auf der Oberfläche z. B. von Siliziumtransistoren haftet, da es durch Reibung, beispielsweise mit Baumwollgewebe, leicht entfernt werden kann. Ein weiterer Nachteil der Verwendung von Ätzgrundmaterial als Isolierung für die Kontaktanschlüsse ist, daß dieses Material feine Poren aufweist, die von anschließend aufgebrachten Metallschichten durchdrungen werden können, so daß das Metall zu der Siliziumoberfläche des Halbleiterbauelementes kurzgeschlossen wird. Auch haftet Metall nicht besonders gut auf Halbleiterbauelement mit mindestens einem
pn-übergang und mindestens einer Kontaktelektrode auf einer Isolierschicht

Anmelder:

Fairchild Camera and Instrument Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. B. Fischer, Patentanwalt,

Köln-Sülz, Remigiusstr. 41/43

Als Erfinder benannt:

Robert N. Noyce, Los Altos, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 30. Juli 1959 (830 507) - -

Ätzgrundschichten. Ein weiterer Nachteil der bekannten Ausführungsform ist, daß es sich um einen Transistor der Mesabauart handelt. Die Oberfläche des Ätzgrundmaterials ist nicht flach, sondern sehr uneben, so daß bei der Ausbildung von Öffnungen die fotografische Aufbringung der vorgesehenen Bemusterungen zu Verzerrungen und Ungenauigkeiten führen kann.

Die Erfindung bezweckt, die erwähnten Nachteile zu beheben, und sie bezweckt insbesondere, ein Halbleiterbauelement zu schaffen, bei dem die Oberfläche gegenüber den Kontaktverbindungen zuverlässig isoliert ist und bei dem die in der Oberfläche liegenden Übergänge sicher und dauerhaft isoliert sind.

Gegenstand der Erfindung ist ein Halbleiterbauelement mit mindestens einem pn-übergang, dessen Randzone die eine Oberfläche des Halbleiterkörpers erreicht, bei dem Teile der Oberflächen der beiden Zonen mit einer Isolierschicht bedeckt sind, und bei dem mindestens eine ohmsche Kontaktelektrode an einer Zone und über der Isolierschicht angebracht ist. Ein solches Halbleiterbauelement ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die Oberfläche des Halbleiterkörpers eben ist, daß die Isolierschicht aus oxydiertem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers besteht, daß die Isolierschicht mindestens einen Teil des Randes eines die die Oberfläche des Halbleiter-

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körpers erreichenden pn-Übergangs überdeckt, und eine feinbearbeitete Oberfläche 2 aufweist, die ent-

daß die ohmsche Kontaktelektrode mit ihrem über sprechend den in der Technik der Transistoren be-

der Isolierschicht angebrachten Teil an der Isolier- kannten Verfahren ausgebildet ist. Innerhalb des

schicht haftet. Körpers 1 befinden sich Bereiche / hohen spezifischen

Vorzugsweise umgibt die Kontaktelektrode der 5 Widerstandes, welche entweder aus hochgereinigtem

zweiten Zone einen größeren Teil des Übergangs, Silizium bestehen, das so wenig Donatoren- und

und sie erstreckt sich im wesentlichen nach der der Akzeptorenverunreinigungen aufweist, daß es bei

Kontaktverbindung der ersteren Kontaktelektrode normalen Temperaturen ein guter Isolator und bei

gegenüberliegenden Seite. Ein weiteres vorteilhaftes höheren Temperaturen ein Eigenhalbleiter ist, oder Merkmal der Erfindung ist, daß der Übergang io aber aus einem Silizium etwas geringerer Reinheit,

schalenförmig ausgebildet ist und an der Oberfläche das eine Spur eines Stoffes enthält, z. B. Gold, wel-

des Halbleiterkörpers einen im wesentlichen kreis- eher die Wirkung von Donatoren- und Akzeptoren-

förmigen Rand bildet, daß die erste Kontaktelektrode verunreinigungen durch starke Herabsetzung der

als zu dem Rand im wesentlichen konzentrische Trägerkonzentrationen vermindert.
Metallscheibe und die andere Kontaktelektrode als 15 An anderen Stellen innerhalb des Körpers 1 be-

etwa C-förmiger Metallstreifen ausgebildet ist, der finden sich als Störstellenhalbleiter wirkende n- und

zu der Scheibe im wesentlichen konzentrisch Hegt, p-Bereiche N bzw. P, die in bekannter Weise da-

wobei eine Kontaktverbindung über der Isolier- durch hergestellt sind, daß n- und p-Dotierungen

schicht durch die Lücke zwischen den Enden des durch die Oberfläche 2 in den Kristall eindiffundiert C-fönnigen Streifens hindurchgeführt und diesem so sind, wobei das Eindringen der Dotierung auf die

gegenüber isoliert ist. gewünschten Flächenbereiche durch eine geeignete

Auch kann es besonders vorteilhaft sein, daß der Abdeckung oder Maskierung begrenzt ist. Der Halbleiterkörper ein Gebiet verhältnismäßig hohen oberste, kleinste η-Bereich stellt eine Emitterschicht spezifischen Widerstandes im Vergleich zu den p- des Transistors dar. Diese Emitterschicht liegt über und η-Gebieten aufweist und dieses Gebiet hohen as einem etwas größerem p-Bereich, welcher die Basis- Widerstands unterhalb eines wesentlichen Teiles schicht des Transistors ist. Die Basisschicht liegt einer Kontaktverbindung angeordnet ist, so daß es wiederum über einem noch größeren η-Bereich, wel- die Nebenschlußkapazität zwischen der Kontakt- eher die Kollektorschicht des Transistors ist. Zwi- verbindung und dem Halbleiterkörper herabsetzt. sehen Emitter- und Basisschicht liegt eine schalen-

Nach einer weiteren bevorzugten Ausbildung der 30 förmige pn-Sperrschicht 3, deren kreisförmiger Rand Erfindung ist vorgesehen, daß eine Kontaktverbin- bis zu der Oberfläche 2 hochgezogen ist und den dung vollständig auf der isolierenden Oxydschicht Emitter vollständig umgibt. Zwischen Basis- und angeordnet ist. Auch kann es zweckmäßig sein, daß Kollektorschicht liegt eine schalenförmige pn-Sperr- eine Kontaktverbindung im Bereich der Hinüber- schicht 4, deren kreisförmiger Rand zur Oberfläche 2 führung über den Rand des Überganges schmaler als 35 hochgezogen ist und dort die Basis vollständig um- in dem außerhalb liegenden, zum Anschluß der Ver- gibt. Die Stärke der Emitterschicht und der Basis bindungsleitung dienenden Bereich ist. Schließlich schicht ist in den Zeichnungen übertrieben groß kann es zweckmäßig sein, daß innerhalb des Halb- dargestellt; praktisch hat jede dieser Schichten nur leiterkörpers mehrere in einer Oberfläche endende eine Stärke von wenigen Mikron. Die Kollektor- Übergänge vorhanden sind, und eine Kontaktverbin- 40 schicht ist im allgemeinen erheblich stärker, und sie dung über einen weiteren Übergang hinübergeführt erstreckt sich bei dem dargestellten Ausführungsund mit der innerhalb dieses Überganges befind- beispiel vollständig über den Transistorkörper 1, so liehen Kontaktelektrode verbunden ist. daß der Anschluß zum Kollektor an der Rückseite

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an angebracht werden kann. Die drei beschriebenen

Hand der Zeichnungen näher beschrieben. 45 Störstellenhalbleiterschichten bilden einen Transistor,

Fig. 1 zeigt in stark vergrößertem Maßstab eine wie er den bekannten, durch doppelte Diffusion her-

Draufsicht auf eine mit Anschlüssen versehene, er- gestellten Flächentransistoren entspricht.

findungsgemäß ausgebildete Transistoranordnung; Während der Eindiffundierung der Donatoren-

F i g. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 der und Akzeptorenverunreinigungen in den Halbleiter

Fig. 1; 50 bei erhöhter Temperatur in oxydierender Atmo-

Fig. 3 zeigt in stark vergrößertem Maßstab eine sphäre wird die Oberfläche des Siliziums oxydiert,

Draufsicht auf eine erfindungsgemäß ausgebildete und es wird eine Oxydschicht 5 ausgebildet, die

Halbleiter-Vielfachanordnung mit Anschlüssen; vielfach eine Dicke von 1 Mikron und mehr hat und

F i g. 4 ist ein Schnitt nach der Linie 4-4 der auf Grund dieser Art der Herstellung sehr fest mit

Fig. 3; 55 der Oberfläche 2 verbunden ist und sie abdeckt.

F i g. 5 zeigt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild der Diese abdeckende Schicht besteht hauptsächlich aus Halbleiteranordnung nach den F i g. 3 und 4, wobei Siliziumdioxyd oder aus Siliziumoxydul, dessen Zu zusätzlich äußere Schaltelemente gestrichelt an- sammensetzung von der Temperatur und den songedeutet sind; stigen Bedingungen bei der Ausbildung dieser

F i g. 6 zeigt in stark vergrößertem Maßstab eine 60 Schicht abhängig ist. Auf jeden Fall ist die Oxyd- Draufsicht auf eine weitere erfindungsgemäß aus- schicht sehr haltbar und widerstandsfähig, und sie gebildete Transistoranordnung mit Anschlüssen; ist fest mit dem Halbleiterkörper verbunden; außer-

Fig. 7 ist ein Schnitt nach der Linie 7-7 der dem ist sie ein guter elektrischer Isolator.

Fig. 6. Entsprechend der herkömmlichen Praxis bei der

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungs- 65 Herstellung von diffundierten Flächentransistoren

form eines erfindungsgemäß ausgebildeten Halb- wurde der Halbleiterkörper dadurch entoxydiert,

leiterelements besteht im wesentlichen aus einem daß eine chemische Ätzung vor der Auftragung der

Einkristallkörper 1 aus Halbleitersilizium, welcher Metallkontakte auf die Halbleiteroberfläche vor-

genommen wurde. Gemäß der Erfindung werden demgegenüber nur vorbestimmte Teile der Oxydschicht entfernt, wie beispielsweise in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, während andere Teile der Oxydschicht bestehen bleiben, um als Isolation für aufgebrachte elektrische Leiter zu dienen, welche als Elektroden und Verbindungen zu den und zwischen den verschiedenen Halbleiterbereichen dienen.

Insbesondere liegen Teile des verbleibenden Oxydfilms über den Rändern der pn-Schichten an der Oberfläche des Transistorkörpers, um die Herstellung elektrischer Verbindungen von einer Seite einer Schicht zur anderen zu erleichtern, ohne daß ein Kurzschluß auftritt. Wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, bildet die verbleibende Oxydschicht eine Art Zunge 5', die den Rand der Sperrschicht 4 überlappt, und es ist eine weitere Zunge S" gebildet, welche über den Rändern der beiden Sperrschichten 3 und 4 liegt. Andererseits muß wenigstens ein Teil der Fläche über der Emitter- und der Basisschicht freigelegt werden, um die Ausbildung von Basis- und Emitterkontakten zu ermöglichen.

Ein vorteilhaftes und sehr genaues Verfahren zur Entfernung vorbestimmter Teile der Oxydschicht besteht in der Anwendung der Fotograviertechnik. Das zur Fotogravierung verwendete Mittel wird auf die mit der Oxydschicht versehene Fläche aufgebracht, und es erfolgt dann eine Belichtung durch eine fotografische Musterplatte, welche undurchsichtige Stellen aufweist, die den Flächenbereichen entsprechen, von denen die Oxydschicht entfernt werden soll. Bei der üblichen fotografischen Entwicklung wird das nicht belichtete Mittel entfernt; anschließend kann eine chemische Ätzung erfolgen, um die Oxydschicht von den nicht belichteten Bereichen zu entfernen, während das belichtete und entwickelte Mittel als Maske dient, um eine chemische Ätzung derjenigen Oxydbereiche zu vermeiden, die auf der Halbleiterfläche zurückbleiben sollen.

Ein scheibenförmiger metallischer Emitterkontakt 6, der mit der Fläche 2 verbunden ist, liegt vollständig innerhalb des Randes der Schicht 3 und ist elektrisch mit dem Emitterbereich des Transistors verbunden und auf ihm zentriert. Die elektrische Verbindung zu diesem Emitterkontakt wird durch einen Metallstreifen 7 gebildet, welcher auf der Oxydschicht S angeordnet und mit ihr verbunden ist. Der Streifen 7 erstreckt sich über die Zunge 5" der isolierenden Oxydschicht, welche auf den Schichten 3 und 4 liegt. Auf diese Weise ist eine elektrische Verbindung geschaffen, welche von einer Seite der zusammengesetzten Anordnung nach innen zu dem zentralen Emitterkontakt reicht, ohne daß eine der Transistorsperrschichten kurzgeschlossen wird.

Der Basiskontakt ist ein etwa C-förmig ausgebildeter Metallstreifen 8, welcher mit der Fläche 2 verbunden ist und vollständig zwischen den Rändern der Sperrschichten 3 und 4 liegt, im wesentlichen konzentrisch mit dem Emitterkontakt 6, wobei die Schicht 3 im wesentlichen entsprechend einer Kreisform umgeben ist. Die Zunge 5" und die Verbindung 7 liegen zwischen den beiden Enden des C-förmigen Kontaktes 8, so daß Verbindung 7 und der Emitterkontakt gegenüber dem Basiskontakt wirksam isoliert sind, obwohl der Basiskontakt die Emitterschicht im wesentlichen umgibt. Eine elektrische Verbindung zu dem Kontakt 8 ist durch einen Metallstreifen 9 gebildet, welcher auf der isolierenden Oxydschicht 5 liegt und mit ihr verbunden ist. Der Streifen 9 liegt auf der Zunge 5' über der Kollektorsperrschicht 4, und er bildet daher eine elektrische Verbindung von einer Seite der zusammengesetzten Anordnung zu der Basisschicht, welche bei dieser Ausführungsform an der Oberfläche 2 vollständig von der Kollektorschicht umgeben ist, ohne daß die Kollektorsperrschicht 4 kurzgeschlossen wird.

Für die Ausbildung der Kontakte und Leitungen der Basis und des Emitters stehen mehrere Verfahren zur Verfügung. Beispielsweise können die Kontakte und Verbindungen in der dargestellten Anordnung durch unmittelbare Vakuumaufdampfung von Aluminium oder einem anderen geeigneten Kontaktmetall aufgetragen werden, und zwar zweckmäßig durch eine Maske von geeigneter Größe und Form. Es besteht auch die Möglichkeit, einen Metallbelag auf die gesamte obere Fläche der zusammengesetzten Anordnung aufzutragen und das Metall an den nicht gewünschten Stellen durch Anwendung der bekannten Fotogravierung zu entfernen, so daß nur die dargestellte Anordnung der Kontakte und Leitungen zurückbleibt. Nach dem Auftragen der Kontakte auf die Fläche 2 des Halbleiterkörpers wird das Ganze in üblicher Weise erhitzt, um eine Legierung an der Metall-Silizium-Berührungsfläche auszubilden, so daß man einen guten ohmschen Kontakt zwischen dem Metall und dem Silizium erhält.

In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß Bereiche von Silizium hohen spezifischen Widerstands vorgesehen sein können, um Teile der Verbindungen 7 und 9 zu unterlegen. Der Hauptzweck dieser Maßnahme ist, die Nebenschlußkapazität zwischen den Verbindungen und dem Halbleiterkörper herabzusetzen. Anderenfalls würde in manchen Fällen eine unerwünscht hohe Nebenschlußkapazität auftreten, da die Störstellenhalbleiterbereiche eine verhältnismäßig gute Leitfähigkeit haben und die Isolierschicht 5 nur eine Stärke von etwa 1 bis 2 Mikron hat. Die vorgesehenen Bereiche hohen spezifischen Widerstands werden mehr als Isolatoren als als Leiter wirksam, und sie vermindern daher die Wirkung nah beieinanderliegender Leiter, welche hohe Nebenschlußkapazitäten bedingen. In Fällen, bei denen die Nebenschlußkapazität für den gewünschten Zweck nicht unerträglich hoch ist, ist es naturgemäß nicht notwendig, Bereiche hohen spezifischen Widerstands in der beschriebenen Weise vorzusehen.

Der Aufbau des Transistors wird durch die Anordnung eines elektrischen Kontaktes zur Kollektorschicht abgeschlossen, welcher als Metallbelag 10 ausgebildet sein kann, der auf die gesamte Rückseite des Siliziumkörpers aufgebracht ist.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Ausbildung der Halbleiteranordnung und ihrer Anschlüsse hat bereits bei einem Einzeltransistor, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, erhebliche Vorteile. Nach der bisherigen Praxis wurden elektrische Verbindungen zu den Basis- und Emitterkontakten dadurch hergestellt, daß Drähte unmittelbar an den Kontaktstellen befestigt wurden. Dieses Vorgehen führte zu erheblichen Fertigungsschwierigkeiten, insbesondere bei kleinen Anordnungen, bei denen beispielsweise die Emitterbereiche nur einen Durch-

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messer von wenigen hundertstel Millimetern und eine außerdem ist er auf dem η-Bereich im wesentlichen Stärke von wenigen Mikron haben können. Allein zentrisch angeordnet. Der elektrische Kontakt zu das Aufbringen des Emitteranschlusses auf den den beiden Bereichen zwischen den Sperrschichten Emitterkontakt erfordert bei so kleinen Anordnun- 14 und 15 ist durch einen C-förmigen Metallkontakt gen die Verwendung von Mikroskopen und Mikro- 5 17 hergestellt, welcher mit der Fläche 12 verbunden manipulatoren; die Anwendung von nennenswerten ist und vollständig zwischen den Rändern der Schich- Drücken oder Temperaturen bei der Herstellung der ten 14 und 15 liegt, und zwar konzentrisch zu Kon- Dauerverbindung kann zu Beschädigungen und sogar takt 16, wobei er den Rand der Schicht 14, der sich zur vollständigen Zerstörung des Transistors führen. bis zu der Fläche 12 erstreckt, im wesentlichen

Bei Anwendung der Erfindung können die Ver- io kreisförmig umgibt.

bindungen 7 und 9 zur gleichen Zeit und in der Weiter rechts in der in den Fig. 3 und 4 dargleichen Art wie die Kontakte selbst aufgebracht gestellten Anordnung befindet sich ein anderer n-Be- werden. Ein besonderer Vorteil ist ferner, daß die reich, welcher von dem darunterliegenden geerdeten Verbindungen 7 und 9 an denjenigen Stellen, an p-Bereich durch eine schalenförmige Sperrschicht 18 denen Drähte oder andere äußere Schaltungs- 15 getrennt ist. Die elektrische Verbindung zu dem elemente anzubringen sind, so groß ausgebildet wer- η-Bereich ist durch einen scheibenförmigen Metall- den können, wie es erforderlich ist; auch können kontakt 19 hergestellt, welcher mit der Fläche 12 diese äußeren Anschlüsse in einer solchen Ent- verbunden ist; er ist im wesentlichen zentrisch inner- fernung von den aktiven Elementen des eigentlichen halb des Randes der Schicht 18 angeordnet, welche Transistors angeordnet werden, daß die Möglichkeit 20 bis zu der Oberfläche des Halbleiters reicht.
einer Beschädigung des Transistors erheblich herab- Auf der rechten Seite der in den F i g. 3 und 4 gesetzt ist. dargestellten Anordnung befindet sich ein kleiner

Weitere wesentliche Vorteile ergeben sich, wenn η-Bereich, welcher auf einem p-Bereich liegt und mehr als ein Schaltelement in einem einzigen Halb- von diesem durch eine schalenförmige Sperrschicht leiterkörper unterzubringen ist. Auf diese Weise 25 20 getrennt ist. Der erwähnte p-Bereich liegt seinerkönnen außergewöhnlich widerstandsfähige und un- seits auf einem größeren η-Bereich und ist von die- empfindliche Schaltungen aufgebaut werden. Ein sem durch eine schalenförmige Sperrschicht 21 ge- Ausführungsbeispiel einer solchen Mehrfachanord- trennt. Der η-Bereich unterhalb der Schicht 21 liegt nung ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. schließlich über dem geerdeten p-Bereich und ist

Ein Einkristallkörper 11 aus Silizium, der groß- 30 von diesem durch eine schalenförmige Schicht 22 ge- tenteils aus p-Material besteht, hat eine fein- trennt. In diesem Fall ist die Stärke des p-Bereiches bearbeitete Oberfläche 12, die entsprechend den be- zwischen den Schichten 20 und 21 geringer als eine kannten Transistorherstellungsverfahren ausgebildet Diffusionslänge, so daß ein beträchtlicher Anteil der ist. Die andere Seite des Körpers 11 ist mit einem Elektronen, die durch die Schicht 20 hindurchwan- Metallbelag 13 versehen, welcher als elektrischer 35 dem, von der Schicht 21 aufgenommen werden. Es Kontakt zu dem p-Bereich und gleichzeitig als ergibt sich also ein npn-Flächentransistor, bei dem Grundfläche für die elektrische Schaltung dient. In der kleine η-Bereich oberhalb der Schicht 20 als und auf diesem Siliziumkörper können verschiedene Emitter wirkt, der p-Bereich zwischen den Schichten Schaltelemente ausgebildet sein. Es werden n- und 20 und 21 als Basis, und der η-Bereich zwischen p-Dotierungen, die durch die bekannte Abdeckungs- 40 den Schichten 21 und 22 als Kollektor. Die Stärke technik auf bestimmte Bereiche beschränkt sind, des letztgenannten η-Bereiches ist größer als eine durch die Fläche 12 eindiffundiert, so daß eine An- Diffusionslänge, so daß nur eine geringe gegenseitige zahl von n- und p-Störstellenhalbleiter-Bereichen Beeinflussung zwischen den Schichten 21 und 22 ausgebildet wird, welche von dem darunterliegenden auftritt. Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, p-Bereich und untereinander durch eine Anzahl 45 erhält die Schicht 22 normalerweise eine Gegenvor- schalenförmiger pn-Schichten verschiedener Durch- spannung und arbeitet weitgehend als Kapazität in messer und Tiefen getrennt sind; die Schichten be- der Gesamtschaltung. Sie erfüllt die wesentliche sitzen bei dem vorliegenden Beispiel durchweg Funktion der Isolierung des Kollektors des Tran- kreisförmige Ränder, die sich bis zur Oberfläche 12 sistors gegenüber dem geerdeten darunterliegenden erstrecken und die über ihnen liegenden Halbleiter- 50 p-Bereich.
bereiche umgeben. Die elektrischen Verbindungen zu den drei akti-

Auf der linken Seite der in den Fig. 3 und 4 ven Bereichen des Transistors sind in folgender

dargestellten Anordnung befindet sich ein η-Bereich, Weise hergestellt: Ein scheibenförmiger Metallkon-

welcher über einem kleinen p-Bereich liegt und von takt 23 ist mit der Fläche 12 verbunden und liegt

diesem durch eine schalenförmige Sperrschicht 14 55 vollständig innerhalb des Randes der Sperrschicht 20;

getrennt ist. Der kleine p-Bereich ist über einem er steht mit der Emitterschicht des Transistors in

weiteren η-Bereich angeordnet; der η-Bereich liegt elektrischer Verbindung und ist auf ihr zentriert. Ein

seinerseits über dem großen geerdeten p-Bereich und im wesentlichen C-förmiger, als Metallstreifen ausge-

ist von diesem durch eine schalenförmige Sperr- bildeter Kontakt 24 ist zwischen den Schichten 20

schicht 15 getrennt. Die Sperrschicht zwischen den 60 und 21 mit der Oberfläche 12 verbunden, und er

beiden Zwischenschichten ist durch einen Kontakt umgibt den kreisförmigen Rand der Sperrschicht 20,

17 kurzgeschlossen. Diese Anordnung enthält daher welche bis zur Oberfläche des Halbleiterkörpers

zwei in Serie geschaltete Gleichrichterschichten, die reicht. Dieser Kontakt liegt auf der Basisschicht des

jeweils einer Kristalldiode äquivalent sind. Transistors und ist mit ihr elektrisch verbunden. Ein

Die elektrische Verbindung zu dem oberen n-Be- 65 anderer, im wesentlichen C-förmiger und größerer

reich ist durch einen scheibenförmigen Metallkontakt Kontakt 25, welcher auf der Kollektorschicht liegt

16 hergestellt, der mit der Fläche 12 verbunden ist und mit ihr elektrisch verbunden ist, ist in gleicher

und vollständig innerhalb der Sperrschicht 14 liegt; Weise als Metallstreifen ausgebildet, welcher mit der

Fläche 12 zwischen den Schichten 21 und 22 verbunden ist und den kreisförmigen Rand der Kollektorschicht 21 umgibt, welche bis zu der Oberfläche hochgezogen ist.

Ferner ist noch ein weiterer Kontakt auf der Oberfläche 21 vorgesehen und mit ihr verbunden. Er ist als scheibenförmiger Metallkontakt 26 ausgebildet, welcher unmittelbar auf der geerdeten p-Schicht liegt und mit ihr in elektrischer Verbindung steht, so daß er einen geerdeten Anschluß auf der oberen Fläche der zusammengesetzten Anordnung bildet.

Außer bei den erwähnten Kontakten ist die gesamte Oberfläche 12 mit einer Isolierschicht 27 aus oxydiertem Silizium versehen, die im allgemeinen eine Stärke von ungefähr 1 Mikron hat. Diese Isolierschicht kann auf der freiliegenden Oberfläche des Siliziums während der Eindiffundierung der n- und p-Dotierungen in das Silizium ausgebildet werden, die bei erhöhten Temperaturen und in oxydierender Atmosphäre vorgenommen wird. Die Anwesenheit von Wasserdampf verstärkt die Oxydierung des Siliziums. Gemäß der Erfindung wird vorzugsweise im Gegensatz zu der bisherigen Praxis die Oxydschicht nach Abschluß der Diffusion nicht von dem Silizium entfernt, außer an denjenigen Stellen, die durch die erwähnten Kontakte zu bedecken sind. Die Kontaktbereiche werden durch Fotogravierung freigelegt, und anschließend kann das Kontaktmetall durch verschiedene bekannte Verfahren aufgebracht werden, z.B. durch Vakuumauftrag eines Aluminiumfilms, der sowohl die freigelegten als auch die mit Oxyd versehenen Flächen bedeckt. Anschließend können unerwünschte Metallauftragungen von den mit dem Oxyd bedeckten Flächen durch Fotogravierung entfernt werden. Die Aluminiumkontakte können mit dem Silizium durch Legierung verbunden werden, um in bekannter Weise ohmsche Kontakte zu bilden.

Die Herstellung des Schaltelementes wird durch Aufbringen von Metallstreifen abgeschlossen, welche sich über der isolierenden Oxydschicht 27 befinden und mit ihr verbunden sind, und es werden elektrische Verbindungen zu den und zwischen den verschiedenen erwähnten Kontakten hergestellt. Diese Metallstreifen können durch Vakuumverdampfung und Auftragung hergestellt werden, und sie können vorzugsweise Teile des aufgetragenen Films sein, aus dem die Kontakte hergestellt werden. Die Verbindungsleitungen, die aus Teilen der auf den Oxydfilm aufgetragenen Schicht bestehen, sind auf diese Weise gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert. Wie bereits erwähnt, kann unerwünschtes Metall durch Fotogravierung entfernt werden, so daß nur die Verbindungsleitungen und Kontakte erhalten bleiben.

Bei der dargestellten Anordnung ist eine Eingangleitung 28 mit Kontakt 17 elektrisch verbunden, und eine Ausgangsleitung 29 ist mit Kontakt 25 verbunden. Eine Verbindungsleitung 30 verbindet die Kontakte 16 und 19; falls erforderlich, kann die Verbindungsleitung 30 so dünn und schmal ausgebildet werden, daß sie einen beträchtlichen ohmschen Widerstand erhält und in der Schaltungsanordnung ein Widerstandselement darstellt. Eine entsprechende Verbindungsleitung 31 verbindet die Kontakte 19 und 24, und eine weitere Verbindungsleitung 32, die ebenfalls so ausgebildet sein kann, daß sie erforderlichenfalls einen erheblichen ohmschen Widerstand darstellt, verbindet die Kontakte 23 und 26.

Die voll ausgezeichneten Linien in Fig. 5 zeigen das vereinfachte Ersatzschaltbild für die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Anordnung, während die gestrichelten Linien typische äußere Schaltelemente darstellen, die zur Vervollständigung der Beschreibung hinzugefügt sind. Die durch voll ausgezeichnete Linien dargestellten Teile in Fig. 5 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie die entsprechenden Teile in der Anordnung nach den Fig. 3

ίο und 4, wobei die entsprechenden Bezugszeichen in Fi g. 5 mit einem hochgestellten Strich versehen sind. Die in F i g. 5 dargestellte Anordnung enthält eine beliebige Wechselstromquelle 34, die ein amplitudenmoduliertes Wechselstromsignal liefert. Das Wechsel-Stromsignal wird an Eingangsleitung 28' und Erdleitung 13' angelegt, entsprechend der Eingangsleitung 28 und der Grundfläche 13 der in den Fig. 3 und 4 räumlich dargestellten Anordnung. Über Leitung 28 gelangt das Signal durch den Kontakt 17 in

ao die beiden Schichten zwischen den Sperrschichten 14 und 15. Wie bereits erwähnt, erfüllt jede der Sperrschichten 14 und 15 im wesentlichen die Funktion eines Kristalldiodengleichrichters, wie sie unter den Bezugszeichen 14' und 15' in F i g. 5 schematisch dargestellt sind.

Wie aus dem Ersatzschaltbild weiter hervorgeht, wird das Eingangssignal durch die Sperrschichten 14 und 15 gleichgerichtet (Detektorwirkung), so daß man am Kontakt 16 ein Signal enthält, das im wesentlichen der Modulationshüllkurve des Eingangssignals entspricht. Wegen ihres hohen Widerstandes wirkt die Verbindungsleitung 30 in dem Stromkreis als Widerstand, der in Fig. 5 als Widerstand 30' schematisch dargestellt ist. Es sei dabei erwähnt, daß die Polarität der Gleichrichterschichten 14 und 15 so beschaffen ist, daß das dem Kontakt 19 zugeführte Signal eine Gleichstromkomponente mit einer solchen Polarität hat, daß eine Gegenvorspannung bei der Schicht 18 auftritt. Die Spannung über der Schicht 18 ist daher stets so gerichtet, daß sie in der Richtung des höheren Widerstandes der Sperrschicht liegt und kein nennenswerter Strom durch diese Schicht fließt. Es liegen jedoch Ladungsschichten auf beiden Seiten der Sperrschicht, welche in bekannter Weise eine Kapazität bilden, so daß die Schicht 18 innerhalb des Stromkreises entsprechend der Darstellung der F i g. 5 als Kapazität 18' wirkt. Der Wert dieser Kapazität kann durch Vergrößerung oder Verkleinerung der Fläche der Schicht 18 nach Belieben erhöht oder herabgesetzt werden.

Die Verbindungsleitung 31 hat einen verhältnismäßig hohen Widerstand und ist daher entsprechend ihrer Funktion als Widerstand in dem Stromkreis in F i g. 5 als Widerstand 31' dargestellt. Diese Leitung führt zu dem Basiskontakt 24 des Transistors, der in Fig. 5 unter dem Bezugszeichen24' dargestellt ist. Der Emitterkontakt 23 des Transistors ist über Leitung 32 und Kontakt 26 mit dem geerdeten p-Bereich des Halbleiters verbunden. In Fig. 5 ist dementsprechend die Emitterklemme 23' über Widerstand 32' mit der Erdleitung 13' verbunden. Der Wert des Widerstandes 32' ist gebildet durch die Summe der Widerstände der Kontakte 23 und 26, der Leitung 32 und der Stromverbindung durch die p-Schicht zwischen dem Kontakt 26 und der Grundfläche 13.

Im Normalbetrieb des npn-Transistors ist es erforderlich, daß der η-Kollektor mit einer verhältnis-

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mäßig positiven Spannung gespeist wird, und dies ist im Ersatzschaltbild der F i g. 5 dadurch angedeutet, daß eine äußere Spannungsquelle 36 mit der Kol lektorklemme 25' über einen geeigneten Belastungswiderstand 35 verbunden ist. Diese Spannungsquelle legt eine Gegenvorspannung an die Schicht 22, so daß die Schicht 22 aus den bereits erwähnten Gründen im wesentlichen als Kapazität wirkt, die als Kapazität 22' des in F i g. 5 dargestellten Ersatzschaltbildes gezeichnet ist.

Es zeigt sich also, daß die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Anordnung in einer einzigen, in sich ge schlossenen, kräftigen und widerstandsfähigen Anordnung Detektor-, Filter- und Transistorverstärker stufen aufweist. Die Erfindung ermöglicht demzu- folge die Ausbildung einer unbegrenzten Zahl von Schaltkombinationen, und zwar auch erheblich um fangreicherer und komplizierterer Kombinationen, als bei der einfachen Schaltung, die zum Zweck der Erläuterung in den Zeichnungen dargestellt ist; alle ao diese Kombinationen können in einem kräftigen, ge drungenen, widerstandsfähigen und einheitlichen Grundkörper angeordnet werden.

In den Fig. 6 und 7 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Emitter- und Basiskontakte als parallele Streifen ausgebildet sind. Ein Einkristall körper 37 aus Silizium enthält eine p-Emitterschicht, die über einer n-Basisschicht liegt und von ihr durch eine schalenförmige Sperrschicht 38 getrennt ist, welche bis zur oberen Fläche des Halbleiters reicht und dort die p-Emitterschicht umgibt. In diesem Fall bildet der Rand der Schicht 38 auf der Ober fläche nicht eine Kreisform, sondern eine längliche, in sich geschlossene Figur. Die n-Basisschicht liegt über einer p-Kollektorschicht und ist von ihr durch eine ebene Sperrschicht 39 getrennt.

Der Emitterkontakt 40 ist als gerader Metallstreifen ausgebildet, der durch Vakuumauftragung oder in anderer geeigneter Weise auf die obere Fläche des Siliziums aufgebracht ist und mit dieser zwecks Ausbildung eines ohmschen Kontaktes vorzugsweise legiert ist. Der Basiskontakt 41 ist ein ähnlich ausgebildeter Metallstreifen, der zu dem Kontakt 40 par allel verläuft. Der Rand der Schicht 38 liegt zwischen den beiden Kontakten und umgibt Kontakt 40 in der dargestellten Weise. Der Kollektorkontakt 42 kann als Metallschicht ausgebildet sein, welche auf die untere Fläche des Siliziums in geeigneter Weise aufgetragen ist.

Außer den Flächenteilen, die durch die Kontakte 40 und 41 bedeckt sind, ist die obere Fläche des Siliziums mit einer isolierenden Oxydschicht über zogen, die auf Grund der Art ihrer Herstellung mit dem Silizium verbunden ist und zweckmäßig da durch ausgebildet wird, daß das Silizium in oxydie- render Atmosphäre erhitzt wird. Die Oxydschicht bedeckt den Rand der Schicht 38 vollständig, und sie schützt die Schicht gegen ungewollte Kurzschlüsse zusätzlich zu der vorgesehenen Isolation zwischen den elektrischen Verbindungsleitungen und dem Silizium.

Die elektrische Verbindung zu dem Kontakt 40 wird durch einen Metallstreifen 43 hergestellt, der über der Oxydschicht angeordnet und fest mit ihr verbunden ist. Die elektrische Verbindung zum Kon- takt 41 wird durch einen Metallstreifen 44 hergestellt, der in ähnlicher Weise auf der Oxydschicht angeord net und fest mit ihr verbunden ist. Diese Metallstreifen können durch Vakuumauftragung durch eine Abdeckung oder Maske ausgebildet sein, oder aber durch Plattierung der gesamten Oberfläche und anschließendes Entfernen unerwünschten Metalls durch Fotogravierung; es können jedoch auch andere geeignete Verfahren angewendet werden, um die Metallstreifen so aufzubringen, daß sie fest mit der Oxydschicht verbunden sind.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es können im Rahmen fachmännischen Handelns, insbesondere im Hinblick auf die Schaltung und die räumliche Ausbildung der Halbleiteranordnungen geeignete Abänderungen vorgenommen werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit mindestens einem pn-übergang, dessen Randzone die eine Oberfläche des Halbleiterkörpers erreicht, bei dem Teile der Oberflächen der beiden Zonen mit einer Isolierschicht bedeckt sind, und bei dem mindestens eine ohmsche Kontaktelektrode an einer Zone und über der Isolierschicht angebracht ist, dadurchgekennzeichnet, daß die Oberfläche des Halbleiterkörpers eben ist, daß die Isolierschicht aus oxydiertem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers besteht, daß die Isolierschicht mindestens einen Teil des Randes eines die Oberfläche des Halbleiterkörpers erreichenden pn-Übergangs überdeckt, und daß die ohmsche Kontaktelektrode mit ihrem über der Isolierschicht angebrachten Teil an der Isolierschicht haftet.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kontaktelektrode einen größeren Teil der ersten Kontaktelektrode und des diese Elektrode umgebenden Übergangs umgibt und sich im wesentlichen nach der dem auf der Isolierschicht angebrachten Teil der ersten Kontaktelektrode gegenüberliegenden Seite erstreckt.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang schalenförmig ausgebildet ist und an der Oberfläche des Halbleiterkörpers einen im wesentlichen kreisförmigen Rand bildet, daß die erste Kontaktelektrode als zu dem Rand im wesentlichen konzentrische Metallscheibe und die andere Kontaktelektrode als etwa C-förmiger Metallstreifen ausgebildet ist, der zu der Scheibe im wesentlichen konzentrisch liegt, und daß der über der Isolierschicht angebrachte bandförmige Teil der ersten Kontaktelektrode durch die Lücke zwischen den Enden des C-förmigen Streifens der zweiten Kontaktelektrode hindurchgeführt und diesem gegenüber isoliert ist.

4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper ein Gebiet verhältnismäßig hohen spezifischen Widerstands im Vergleich zu den p- und η-Gebieten aufweist, und dieses Gebiet hohen Widerstands unterhalb eines wesentlichen Teiles der bandförmigen Teile der Kontaktelektroden auf den Isolierschichten angeordnet ist, so daß die Nebenschlußkapazitäten herabgesetzt sind.

5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bandförmige Teil einer Kontaktelektrode vollständig auf der isolierenden Oxydschicht angeordnet ist.

6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bandförmige Teil einer Kontaktelektrode im Bereich der Hinüberführung über den Rand des Übergangs schmaler als in dem außerhalb liegenden Bereich ist.

7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Halbleiterkörpers mehrere eine Oberfläche erreichende Übergänge vorhanden sind, und der bandförmige Teil einer Kontaktelektrode über einen weiteren Übergang hinübergeführt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1037 016;
USA.-Patentschrift Nr. 2890395.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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