DE1489247B1 - Halbleiterbauelement mit einem scheibenfoermigen Halbleiterkoerper - Google Patents
Halbleiterbauelement mit einem scheibenfoermigen HalbleiterkoerperInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement Ein anderes ernstes Problem bei den bekannten
mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper eines Bauelementen dieser Axt mit pn-Übergängen besteht
ersten Leitungstyps, der angrenzend an eine der bei- darin, daß eine Ansammlung von Ladungen in der
den Hauptflächen mindestens eine Zone zweiten, ent- Nähe der Oberfläche der Halbleiterscheibe wie eine
gegengesetzten Leitungstyps enthält, die von einem 5 Erhöhung der Elektronen- oder Defektelektronennach
oben zu dieser Hauptfläche verlaufenden und dichte wirkt, also wie eine Vergrößerung des Dotiedort
endenden pn-übergang begrenzt ist, mit einer rungspegels des Halbleiters, was die Sperr-Durchisolierenden
Oxydschicht auf dem das Ende des Schlagsspannung des pn-Überganges des Bauelemenpn-Überganges
enthaltenden Teil der Hauptfläche des tes herabsetzt.
Halbleiterkörpers, einer auf der Oxydschicht ange- io Alle diese unerwünschten Effekte setzen die
ordneten und den ganzen in der Hauptfläche liegen- Lebensdauer des Bauelementes, seine Fähigkeit,
den Teil des pn-Überganges in nahem Abstand über- hohen Sperrspannungen standzuhalten, und die
deckenden Metallelektrode und einer direkt auf der Gleichförmigkeit der elektrischen Eigenschaften
das Ende des pn-Übergangs enthaltenden Haupt- herab.
fläche des Haltleiterkörpers angeordneten metalli- 15 Aus der französischen Patentschrift 1 316 061 ist
sehen Kontaktelektrode. ein Bauelement der eingangs genannten Art bekannt,
Es sind Halbleiterbauelemente mit einer kristalli- nämlich ein Transistor mit einer Halbleiterscheibe,
nen Halbleiterscheibe bekannt, deren Oberfläche min- unter deren oberen Hauptfläche sich zwei n-leitende
destens teilweise eine Schicht aus einem elektrisch Zonen befinden, die eine p-leitende Zone einschlieisolierenden
Material trägt. Die isolierende Schicht 20 ßen. Die pn-Übergänge zwischen den drei Zonen liekann
aus einem dielektrischen Material, z. B. Silicium- gen größtenteils parallel zur Oberfläche, verlaufen
monoxyd, Siliciumdioxyd, Magnesiumfluorid oder aber an der Peripherie nach oben und schneiden die
Magnesiumoxyd, bestehen, sie kann durch Aufdamp- Hauptfläche etwa rechtwinklig. Eine dünne Oxydfen,
durch Behandlung der Scheibe in einem oxydie- schicht bedeckt Teile der Scheibe und insbesondere
renden Bad, durch anodische Oxydation, durch ther- 25 die Bereiche, wo die Übergänge die Scheibenobermische
Zersetzung einer Siloxanverbindung sowie, fläche schneiden. Im Bereich der beiden mittleren
wenn die Scheibe aus Silicium besteht, durch Er- Zonen befinden sich Ausnehmungen in der Oxydhitzen
der Scheibe in einer oxydierenden Atmosphäre, schicht, in welchen auf diese Zonen Kontaktelekdie
Wasserdampf enthält, hergestellt werden. troden aufgebracht sind. Zwischen diesen beiden
Die isolierende Schicht wird normalerweise auf 30 Kontaktelektroden befindet sich über dem einen
diejenigen Teile der Scheibenoberfläche aufgebracht, pn-übergang auf der Oxydschicht eine zusätzliche
die einen gleichrichtenden Übergang, z.B. einen Elektrode, an die eine Spannungsquelle angeschlossen
pn-übergang, schneiden. Die an der Oberfläche einer werden soll. Die oben geschilderten Probleme der
Halbleiterscheibe freiliegenden Ränder von Sperr- bekannten Bauelemente werden durch diese zusätz-
schichten und gleichrichtenden Übergängen sind ge- 35 liehe Elektrode nicht behoben,
gen die Einflüsse von Feuchtigkeit, Temperatur, Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese
atmosphärischen Verunreinigungen und elektrischen Probleme zu überwinden und ein Bauelement an-
Oberflächenfeldern empfindlich, und die Isolier- zugeben, das den bekannten Bauelementen hinsicht-
schicht soll daher die Sperrschichten gegen diese un- Hch der Lebensdauer, der Sperrspannung und/oder
erwünschten Einflüsse abdichten und schützen. 40 der Gleichförmigkeit der elektrischen Eigenschaften
Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich während des überlegen ist.
Betriebes solcher Einrichtungen Streuionen vom In- Erfindungsgemäß ist bei einem Halbleiterbauneren
der dielektrischen Schicht und von ihrer Ober- element der eingangs genannten Art die auf der
fläche in der Nähe des Bereiches, wo der pn-Über- Oxydschicht angeordnete und den in der Hauptgang
zur Oberfläche durchstößt, sammeln können, 45 fläche liegenden Teil des pn-Übergangs überdeckende
wodurch dann eine Änderung des Oberflächen- Metallelektrode durch einen über die Oxydschicht
potentials und der Oberflächenrekombinations- reichenden Teil der Kontaktelektrode gebildet,
geschwindigkeit eintreten können. Solche Änderun- Der Fortschritt der Erfindung gegenüber den begen der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit kannten Bauelementen, wie z. B. einem aus der erkönnen den über den pn-übergang fließenden Sperr- 50 wähnten französischen Patentschrift 1 316 061 besättigungsstrom beeinflussen und ergeben dadurch kannten Transistor, also insbesondere die größere unerwünschte Änderungen der elektrischen Parameter Lebensdauer, höhere Sperrspannung, und geringeren des Bauelementes. Abweichungen der elektrischen Eigenschaften und
geschwindigkeit eintreten können. Solche Änderun- Der Fortschritt der Erfindung gegenüber den begen der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit kannten Bauelementen, wie z. B. einem aus der erkönnen den über den pn-übergang fließenden Sperr- 50 wähnten französischen Patentschrift 1 316 061 besättigungsstrom beeinflussen und ergeben dadurch kannten Transistor, also insbesondere die größere unerwünschte Änderungen der elektrischen Parameter Lebensdauer, höhere Sperrspannung, und geringeren des Bauelementes. Abweichungen der elektrischen Eigenschaften und
Bei manchen Bauelementen dieser Art, bei denen außerdem geringere Rauschkomponenten bei nied-
die an der Oberfläche liegenden Ränder von 55 rigen Signalfrequenzen, beruht vor allem darauf, daß
pn-Übergängen von einer dielektrischen Schicht be- es gelungen ist, den erwähnten »Kanalbildungseffekt«
deckt sind, wurde außerdem festgestellt, daß sich der weitgehend zu vermeiden.
Leitfähigkeitstyp eines dünnen Oberflächenbereiches Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung
der Halbleiterscheibe während des Betriebs der Bau- näher erläutert, deren F i g. 1 bis 7 Querschnittselemente ändern kann. Infolgedessen erstreckt sich 60 ansichten verschiedener Ausführungsformen der Erein
pn-übergang von der schützenden dielektrischen findung zeigen. In allen Figuren sind für entSchicht
zu dem ungeschützten Rand der Halbleiter- sprechende Teile gleiche Bezugszeichen verwendet
scheibe, wo der Übergang dann Verunreinigungen worden, soweit nicht besonders darauf hingewiesen
ausgesetzt ist. Dieser Oberflächenschicht-Inversions- wird.
effekt ist als »Kanalbildung« (channeling) bekannt. 65 Das in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Halbleiter-
Er führt zu einer Vergrößerung des Isolationsstromes bauelement enthält eine Scheibe 10 aus einem kristal-
über den pn-übergang und verschlechtert dadurch linen Halbleitermaterial. Bei diesem und den folgen-
die elektrischen Eigenschaften des Bauelementes. den Beispielen kann das Halbleitermaterial aus SiIi-
cium, Silicium-Germanium-Legierungen, Germa- Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß in der
nium, Galliumarsenid, Indiumphosphid u. dgl. be- oben beschriebenen Weise hergestellte planare Halbstehen.
Hier soll angenommen werden, daß die leiterbauelemente mit einer Metallelektrode, die sich
Scheibe 10 ein η-leitender Siliciumeinkristall ist. Ab- in direktem Kontakt mit dem Bauelement befindet,
messungen und Form der Halbleiterscheibe 10 sind 5 und einer Metallschicht, die sich auf die dielektrische
nicht wesentlich. Die Scheibe 10 weist zwei gegen- Schicht auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe derüberliegende
Hauptflächen 11,12 auf. Ein Bereich art erstreckt, daß sie den ganzen Oberflächenbereich
13 der Scheibe, der unmittelbar an die eine Haupt- der Sperrschichten in der Scheibe bedeckt, wesentfläche
11 angrenzt, hat den entgegengesetzten Leit- lieh gleichförmigere und stabilere elektrische Eigenfähigkeitstyp
wie die Masse der Scheibe 10, er ist io schäften, höhere Sperrspannungen und längere
also bei dem vorliegenden Beispiel p-leitend. Zwi- Lebensdauer aufweisen. So ließen sich beispielsweise
sehen dem p-Bereich 13 und dem η-leitenden Rest Siliciumdioden gemäß dem beschriebenen Beispiel
der Scheibe 10 befindet sich daher eine gleichrich- herstellen, deren mittlere Durchschlagsspannung bei
tende Sperrschicht 14 in Form eines pn-Uberganges. Polung der Sperrschicht in Sperrichtung mindestens
Die Sperrschicht 14 schneidet die Hauptfläche 11 der 15 30 % größer war als die Sperrspannung vergleich-Scheibe.
barer bekannter Einrichtungen. Vermutlich verhin-
Die Umkehrung des Leitfähigkeitstyps des Be- dert die Verlängerung der Metallelektrode 19 über
reiches 13 der Scheibe kann durch Abdecken der dem Teil der dielektrischen Schicht 18, der den gan-Scheibenfläche
11 mit einer Maske und anschließen- zen an der Oberfläche des Halbleiterkörpers liegendes
Erhitzen der Scheibe in einer Boroxyddämpfe 20 den Rand des Überganges 13 bedeckt, weitgehend die
enthaltenden Umgebung erfolgen. Die Abdeckung Ansammlung von Streuionen am Außenrand des
kann unter Verwendung photoempfindlicher Schich- Überganges, so daß keine Kanalbildung auftreten
ten, wie Albumin-Bichromat, Gelatine-Bichromat, kann.
Gummiarabikum-Bichromat u. dgl., erfolgen, die an F i g. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung auf
sich bekannt sind. 25 einen Transistor, der wieder eine kristallische HaIb-
Nach der Herstellung des p-leitenden Bereiches 13 leiterscheibe 10 mit zwei gegenüberliegenden Hauptwird
auf die Scheibenfläche 11 eine dielektrische flächen 11,12 enthält. Die Scheibe 10 soll bei diesem
Schicht 18 aus Siliciumoxyd aufgebracht. Wenn die Beispiel jedoch aus einem Einkristall einer Germa-Scheibe
nicht aus Silicium besteht, sondern beispiels- nium-Silicium-Legierung bestehen. Die Scheibe 10
weise aus Germanium, Galliumarsenid u. dgl., kann 30 enthält einen Bereich 23 eines bestimmten Leitfähigdie
Siliciumoxydschicht 18 dadurch hergestellt wer- keitstyps, der zwischen zwei Bereichen, nämlich einem
den, daß eine Siloxanverbindung thermisch zersetzt Bereich 25 und dem Rest der Scheibe 10 entgegen-
und die dampfförmigen Zersetzungsprodukte der gesetzten Leitfähigkeitstyps liegt. An den Grenzen
Verbindung über die Oberfläche der Scheibe geleitet zwischen dem Bereich 23 und den Bereichen entwerden.
Wenn die Scheibe 10 aus Silicium besteht, 35 gegengesetzten Leitfähigkeitstyps werden daher zwei
wie bei diesem Beispiel angenommen ist, kann die gleichrichtende Sperrschichten oder pn-Übergänge
Siliciumoxydschicht 18 dadurch hergestellt werden, 24, 26 gebildet. Die verschiedenen Zonen der Scheibe
daß man die Scheibe 10 in Dampf etwa 30 Minuten und die beiden Sperrschichten reichen alle zu der
auf 1100° C erhitzt. Hierbei bildet sich auf der gan- Oberfläche 11 der Scheibe. Die Fläche 11 ist mit einer
zen freiliegenden Oberfläche der Scheibe eine SiIi- 40 dielektrischen Schicht 18 bedeckt, die beispielsweise
ciumoxydschicht. Anschließend wird dann ein Teil aus Magnesiumfluorid, Magnesiumchlorid, Siliciumder
Schicht 18 entfernt, um den Teil der Fläche 11 oxyd u. dgl. bestehen kann. Ein Teil der dielekder
Scheibe freizulegen, an dem ein elektrischer An- trischen Schicht 18 ist entfernt, um einen Bereich der
Schluß anzubringen ist. Die unerwünschten Teile der Fläche 11 innerhalb der Zone 25 freizulegen, ein
dielektrischen Schicht 18 lassen sich leicht durch 45 anderer Bereich der Schicht 18 ist entfernt, um einen
Schleifen oder Ätzen u. dgl. entfernen. ringförmigen Teil der Fläche 11 innerhalb der Zone
Der freigelegte Teil der Fläche 11 der Scheibe wird 23 freizulegen. Auf den freigelegten Bereichen der
dann mit einer Metallelektrode 19 versehen. Eine Scheibe sind eine die Zone 25 kontaktierende Elekmetallische
Abdeckung oder Schicht 19 α in Form trode 27 und eine die Zone 23 kontaktierende ringeiner
ringförmigen Verlängerung der Elektrode 19 5° förmige Elektrode 29 durch Aufdampfen einer Meliegt
auf den angrenzenden Teilen der dielektrischen tallschicht aufgebracht. Bei diesem Beispiel bestehen
Schicht 18. Die Elektrode 19 steht also in direktem die Elektroden 27, 29 aus Aluminium. Das AufKontakt
mit der Scheibenfläche 11, und ihre ring- dampfen der Elektroden kann durch eine Maske erförmige
Peripherie 19 α reicht auch über denjenigen folgen. Man kann jedoch auch auf die ganze Scheibe
Teil der dielektrischen Schicht 18, der den gesamten 55 eine durchgehende Metallschicht aufbringen, z. B.
Bereich, an dem die Sperrschicht 14 die Oberfläche durch Aufdampfen, Elektroplattieren u. dgl., und anschneidet,
bedeckt. Die Metallelektrode 19 kann eine schließend die unerwünschten Teile der Metallschicht
Schicht aus einem reinen Metall, wie Aluminium, entfernen, z. B. durch Schleifen, Läppen oder Ätzen.
Gold, Chrom, Rhodium od. dgl., oder eine Legierung Bei dem vorliegenden Beispiel liegt die die Zone 25
oder Mischung verschiedener Metalle sein und eine 60 kontaktierende Elektrode 27 vollständig innerhalb
Substanz enthalten, die den Leitfähigkeitstyp zu be- des Bereiches der Zone 25 und überlappt daher
einflussen vermag und in dem verwendeten Halb- keinen an der Oberfläche der Scheibe liegenden
leitermaterial als Dotierungsstoff wirkt. Bei diesem Sperrschichtrand. Die Elektrode 29 kontaktiert da-Beispiel
soll die Metallelektrode 19 aus einer mit Bor gegen nicht nur die Zone 23 der Scheibe 10, sondern
dotierten Goldschicht bestehen und durch Aufdamp- 65 sie enthält auch Teile 29 a, die auf einem Teil der
fen aufgebracht sein. Die Metallelektrode 19 und die dielektrischen Schicht 18 aufliegen und die an der
Scheibe 10 sind mit Anschlußdrähten 15 bzw. 16 ver- Oberfläche der Scheibe liegenden Ränder der beiden
sehen. pn-Übergänge 23, 24 vollständig überdecken.
5 6
An den Elektroden 27, 29 sind Anschlußdrähte 15 Die durch die Erfindung erzielten Verbesserungen
bzw. 30 angebracht, und die Scheibenfläche 12 wird hinsichtlich der elektrischen Parameter von HaIbmit
einem nicht dargestellten Kollektoranschluß ver- leiterbauelementen können etwa folgendermaßen ersehen.
Das Bauelement wird schließlich in üblicher klärt werden: Wenn es sich beispielsweise um einen
Weise in ein Gehäuse eingeschlossen. Im Betrieb 5 npn-Transistor handelt und die Elektrode 19 ein
können die Leitung 15 als Emitterleitung, die Elek- negatives Potential bezüglich der Emitterzone 25 hat,
trode 27 als Emitterelektrode, die Zone 25 als Emit- neigt dieses negative Potential dazu, Defektelektronen
terzone, die Leitung 30 als Basisanschluß, die Elek- an die Oberfläche 11 der Halbleiterscheibe 10 zu
trode 29 als Basiselektrode, der Bereich 23 als Basis- ziehen und damit eine p-leitende Schicht längs der
zone, der Übergang 26 als Emitter-Basis-Übergang io Scheibenoberfläche zu induzieren. Hat die Elektrode
und der Übergang 24 als Basis-Kollektor-Übergang 19 ein positives Potential bezüglich der Emitterzone
verwendet werden. 25, so neigt sie dazu, Elektronen an die Oberfläche
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel hergestellte 11 der Scheibe zu ziehen und dementsprechend eine
Elektroden mit einer Metallelektrode, die sich in n-Ieitende Schicht an der Scheibenoberfläche zu erdirektem
Kontakt mit der Oberfläche der Halbleiter- 15 zeugen. Durch Experimente wurde festgestellt, daß
scheibe befindet und über die dielektrische Schicht die Abhängigkeit der Oberflächenrekombinationsauf
der Halbleiteroberfläche derart erstreckt, daß die geschwindigkeit vom Oberflächenpotential einer
Bereiche überdeckt werden, an denen die Oberfläche Glockenkurve entspricht. Aus der Theorie ergibt sich,
des Halbleiterkörpers von den Sperrschichten ge- daß die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit
schnitten wird, zeichnen sich durch vergleichsweise 20 für große positive oder negative Werte des Oberhöhere Sperrspannungen der Übergänge und eine flächenpotentials klein ist, für kleine Werte des Oberbessere Stabilität der elektrischen Parameter aus. So flächenpotentials jedoch groß werden kann. Wenn
betrug beispielsweise die mittlere Sperr-Durchschlags- also an die Metallschicht eine ausreichende positive
spannung der Übergänge bei einer Serie von npn-Sili- oder negative Vorspannung gelegt wird, nimmt das
ciumtransistoren, die entsprechend diesem Beispiel 25 Oberflächenpotential der Scheibe einen positiven oder
hergestellt wurden, etwa 225 Volt. Im Gegensatz da- negativen Extremwert bezüglich der darunterliegenzu
betrug die mittlere Sperr-Durchschlagsspannung den Zone der Scheibe an. In beiden Fällen werden
der Übergänge bei einer Serie von npn-Siliciumtran- die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit und
sistoren, die gemäß dem Stand der Technik hergestellt damit der Sättigungsstrom in Sperrichtung, der geworden
waren, nur etwa 150 Volt. 30 wohnlich hauptsächlich von Oberflächenrekombi-
Das in F i g. 3 dargestellte Bauelement ist eben- nationseffekten abhängt, auf kleine Werte herab-
falls ein Transistor, der dem Transistor der F i g. 2 gesetzt.
mit folgenden Ausnahmen entspricht: Die Scheibe 10 Bauelemente mit großem positivem oder negativem
besteht aus kristallischem Germanium, und die dielek- Oberflächenpotential haben außerdem stabilere Ober-
trische Schicht 18 besteht aus Siliciumoxyd und 35 flächen als Bauelemente mit mittleren Oberflächen-
wurde dadurch hergestellt, daß eine Siloxanverbin- potentialen, da bei letzteren eine kleine Änderung des
dung thermisch zersetzt wurde und die Zersetzungs- Oberflächenpotentials relativ große Änderungen der
produkte auf die Scheibenfläche 11 geleitet wurden. Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit und da-
Die Elektrode 19 ist so aufgebracht, daß sie sich mit des Rückwärts-Isolations- oder Sättigungsstroms
in direktem Kontakt mit der Zone 25 der Scheibe 40 am Übergang zur Folge haben,
befindet und außerdem so weit über die dielektrische Es ist bekannt, daß Verunreinigungsmetallionen Isolierschicht 18 reicht, daß der gesamte Bereich der praktisch immer in kleinen Mengen an der Ober-Scheibe überdeckt wird, indem der die Zone 25 um- fläche und im Inneren der auf der Scheibenoberfläche gebende pn-übergang 26 die Scheibenoberfläche befindlichen Oxydschicht vorhanden sind. Die elekschneidet. Die Elektrode 39 steht in direktem Kon- 45 irischen Felder an einem pn-Ubergang und dessen an takt mit der Zone 23 und bedeckt einen Teil der iso- der Oberfläche freiliegenden Rändern lassen diese lierenden Schicht 18, wobei sie über den Bereich Metallionen auf der Scheibenoberfläche herumwanreicht, an dem der die äußere Peripherie der Zone 23 dem, wodurch das Oberflächenpotential verändert umgebende pn-übergang 24 die Scheibenoberfläche und Schwankungen im Sperr-Sättigungsstrom verurschneidet. 50 sacht werden. Da sich über dem ganzen Bereich, in
befindet und außerdem so weit über die dielektrische Es ist bekannt, daß Verunreinigungsmetallionen Isolierschicht 18 reicht, daß der gesamte Bereich der praktisch immer in kleinen Mengen an der Ober-Scheibe überdeckt wird, indem der die Zone 25 um- fläche und im Inneren der auf der Scheibenoberfläche gebende pn-übergang 26 die Scheibenoberfläche befindlichen Oxydschicht vorhanden sind. Die elekschneidet. Die Elektrode 39 steht in direktem Kon- 45 irischen Felder an einem pn-Ubergang und dessen an takt mit der Zone 23 und bedeckt einen Teil der iso- der Oberfläche freiliegenden Rändern lassen diese lierenden Schicht 18, wobei sie über den Bereich Metallionen auf der Scheibenoberfläche herumwanreicht, an dem der die äußere Peripherie der Zone 23 dem, wodurch das Oberflächenpotential verändert umgebende pn-übergang 24 die Scheibenoberfläche und Schwankungen im Sperr-Sättigungsstrom verurschneidet. 50 sacht werden. Da sich über dem ganzen Bereich, in
Gemäß diesem Beispiel hergestellte Transistoren dem eine Sperrschicht an die Oberfläche durchstößt,
mit einer Metallekektrode 19, die in direktem Kon- eine Metallschicht befindet, wird die Scheibenober-
takt mit der Zone 25 der Scheibe steht und so über fläche gegen die elektrischen Felder am Übergang
einen Teil der dielektrischen Schicht 18 reicht, daß abgeschirmt, und die erwähnten Ionendrifteffekte
sie den ganzen an der Oberfläche liegenden Rand des 55 werden weitgehend ausgeschaltet.
pn-Überganges 26 an der äußeren Peripherie der Die Erhöhung der Sperrspannung läßt sich da-
Zone 25 überdeckt, und mit einer weiteren Metall- durch erklären, daß eine induzierte p- oder n-leitende
elektrode 39, die in direktem Kontakt mit einer Zone Oberflächenschicht in einem Halbleiter wie eine Er-
23 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps der Scheibe höhung der Akzeptor- bzw. Donatordotierung der
steht und derart einen Teil der dielektrischen Schicht 60 Scheibe wirkt. Es ist bekannt, daß eine starke Dotie-
18 bedeckt, daß sie über den gesamten an der Ober- rung auf beiden Seiten eines pn-Überganges zu nied-
fläche liegenden Rand des pn-Uberganges 24 reicht, rigen Sperrspannungen führt, während sich mit einer
welcher die äußere Peripherie der Zone 23 bildet, schwachen Dotierung auf beiden Seiten eines
zeichnen sich durch eine gegenüber bekannten ver- pn-Überganges hohe Sperrspannungen erreichen
gleichbaren Transistoren geringere Streuung der elek- 65 lassen. So neigt beispielsweise bei einem Transistor
irischen Parameter, höhere Durchschlagsspannungen mit einer stark dotierten p-leitenden Basiszone und
der Sperrschichten, geringeren Sperrstrom und eine einer schwach dotierten η-leitenden Kollektorzone
geringere Anfälligkeit gegen Kanalbildung aus. eine Erhöhung der effektiven η-Dotierung der Schei-
benoberfläche, wie sie aus dem Anlegen eines bezüglich der Kollektorzone positiven Potentials an die
Metallschicht auf der Oxydschicht über der Sperrschichtgrenze resultiert, die Sperrspannung des Basis-Kollektor-Überganges
herabzusetzen, während ein an die Schicht angelegtes negatives Potential in Richtung
einer Verringerung der effektiven η-Dotierung und damit einer Erhöhung der Sperrspannung des Überganges
wirkt.
Die in F i g. 4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung ähnelt der in F i g. 3 dargestellten mit der
Ausnahme, daß sich die Emitterelektrode 47 nicht auf die dielektrische Schicht 18 erstreckt. Der Emitter-Basis-Übergang
26 wird bei dieser Ausführungsform durch keine Elektrode überdeckt.
Auch die in F i g. 5 dargestellte Einrichtung entspricht im wesentlichen der der F i g. 3. Wie bei
F i g. 4 erstreckt sich die Emitterelektrode 47 jedoch nicht auf die dielektrische Schicht 18. Die Basiselektrode
49 greift derart über die dielektrische Schicht 18, daß der ganze Oberflächenbereich des Emitter-Basis-Überganges
26 überdeckt wird. Bei dieser Ausführungsform reicht keine Elektrode über den Basis-Kollektor-Übergang
24.
F i g. 6 zeigt eine Ausführungsform, die ebenfalls F i g. 3 ähnelt. Im Gegensatz zu F i g. 3 reicht hier
jedoch die Basiselektrode 59 nicht auf die dielektrische Schicht 18. Die Emitterelektrode 19 erstreckt
sich über die dielektrische Schicht 18 und überdeckt den ganzen Oberflächenbereich des Emitter-Basis-Überganges
26. Der Basis-Kollektor-Übergang 24 wird bei dieser Ausführungsform durch keine Elektrode
überdeckt.
Bei den oben beschriebenen Beispielen erfolgte der Anschluß an die Kollektorzone des Transistors an
der Hauptfläche der Scheibe, die der den Emitter- und den Basisanschluß tragenden Hauptfläche gegenüberliegt.
Bei dem in F i g. 7 dargestellten Bauelement befinden sich die elektrischen Anschlüsse an die
Emitter-Basis- und Kollektorzone alle auf der gleichen
Seite der Scheibe.
Das Bauelement der F i g. 7 entspricht F i g. 6 mit der Ausnahme, daß auf der Scheibenfläche 11 zusätzlich
zu den Metallelektroden 19, 59 noch eine dritte Metallelektrode 60 gebildet ist, beispielsweise durch
Verfahren, wie sie in Verbindung mit F i g. 3 erwähnt wurden. Die Elektrode 60 macht direkten Kontakt
mit dem Körper der Scheibe 10, also mit der Kollektorzone, und ist mit einer Kollektoranschlußleitung
16 versehen. Bei diesem Beispiel erstreckt sich die Basiselektrode 59 nicht auf die dielektrische Schicht
18. Die Emitterelektrode 19 reicht so weit über die dielektrische Schicht 18, daß der gesamte Oberflächenbereich
des Emitter-Basis-Überganges 26 überdeckt wird. Die Kollektorelektrode 60 erstreckt sich
ebenfalls über die Schicht 18 und bedeckt den ganzen Oberflächenbereich des Basis-Kollektor-Überganges
24.
Bei Transistoren, die ähnlich hergestellt sind wie das zuletzt erwähnte Ausführungsbeispiel und bei
denen sich die elektrischen Anschlüsse für alle drei Zonen auf derselben Seite der Scheibe befinden, kann
sich in Abweichung von F i g. 7 auch statt der Emitterelektrode die Basiselektrode 59 bis über die dielektrische
Schicht 18 erstrecken und den ganzen Oberflächenbereich des Emitter-Basis-Überganges bedecken.
Bei einer solchen Anordnung kann die Emitterelektrode gegebenenfalls überhaupt nicht über die
dielektrische Schicht übergreifen. Andererseits kann bei einem Transistor mit allen drei Elektroden auf
der gleichen Seite auch die Kollektorelektrode über die dielektrische Schicht reichen und den Oberflächenbereich
des Basis-Kollektor-Überganges überdecken, während die Emitterelektrode und die Basiselektrode
nicht über die dielektrische Schicht greifen.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Halbleiterbauelemente besteht darin, daß die der Signalfrequenz
F umgekehrt proportionale Rauschkomponente, die als Flackern oder !//-Rauschen bekannt
ist, kleiner ist als bei den bekannten Bauelementen dieser Art. Die den ganzen Oberflächenbereich der
Sperrschicht eines Halbleiterbauelements überdekkende Metallschicht verringert also insgesamt das
Rauschen der Einrichtung, vor allem bei niedrigen Signalfrequenzen, bei denen das !.//-Rauschen vorherrscht.
Die beispielsweise beschriebenen Halbleiterbauelemente können mit gleichen Erfolg auch mit umgekehrten
Leitfähigkeitstypen, also als pnp-Transistoren hergestellt werden.
Die beschriebenen Halbleiterbauelemente sind auch unempfindlicher gegen Strahlungseinflüsse.
Halbleiterbauelemente, wie Transistoren, die im Betrieb einer starken Strahlungsbelastung ausgesetzt
sind, neigen zu sporadischen und unvorhersehbaren Ausfällen, die auf eine durch die Strahlung hervorgerufene
Ionisation im Gehäuse der Einrichtung zurückzuführen sind. Durch die Ionisierung entstehen
elektrische Ladungen in den freiliegenden Oxydoberflächen des Bauelements und Schwankungen von
Eigenschaften, die von Oberflächeneffekten abhängen, wie z. B. Rauschen, Sperrstrom und Durchschlagsspannung.
Der Metallfilm auf der Oxydschicht, der den ganzen Oberflächenbereich der Sperrschicht
eines Halbleiterbauelements überdeckt, schirmt die Oxydoberfläche ab und verhindert weitgehend die
schädlichen Einflüsse einer Umgebung mit hohen Strahlungspegeln.
Claims (3)
1. Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper eines ersten Leitungstyps, der angrenzend an eine der beiden Hauptflächen
mindestens eine Zone zweiten, entgegengesetzten Leitungstyps enthält, die von einem
nach oben zu dieser Hauptfläche verlaufenden und dort endenden pn-übergang begrenzt ist, mit
einer isolierenden Oxydschicht auf dem das Ende des pn-Uberganges enthaltenden Teil der Hauptfläche
des Halbleiterkörpers, einer auf der Oxydschicht angeordneten und den ganzen in der
Hauptfläche liegenden Teil des pn-Überganges in nahem Abstand überdeckenden Metallelektrode
und einer direkt auf der das Ende des pn-Ubergangs enthaltenden Hauptfläche des Halbleiterkörpers
angeordneten metallischen Kontaktelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Oxydschicht angeordnete und den in der
Hauptfläche liegenden Teil des pn-Uberganges überdeckende Metallelektrode durch einen über
die Oxydschicht (18) reichenden Teil (19 a) der Kontaktelektrode (19) gebildet ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (10) eine
Zone (23) eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist,
009 530/178
die zwischen zwei Zonen (25,10) des entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyps liegt; daß diese drei Zonen zu einer (11) der Hauptflächen der Scheibe
reichen; daß zwischen den drei Zonen zwei pn-Übergänge (24, 26) gebildet sind, die die Oberfläche
der Scheibe in der genannten Hauptfläche schneiden; daß sich auf Teilen dieser Hauptfläche
eine dielektrische Schicht (18) befindet, welche die Bereiche bedeckt, in denen die beiden Übergänge
(24, 26) die Oberfläche schneiden; und daß ίο sich die Metallelektrode (19, 29, 39) in direktem
Kontakt mit einer (23 oder 25) der Zonen der Scheibe befindet und sich mindestens über den
ganzen Bereich der dielektrischen Schicht (18) erstreckt, welcher den Bereich bedeckt, wo ein diese
Zone (23 oder 25) begrenzender pn-übergang (24 oder 26) die Scheibenoberfläche schneidet.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Metallelektrode
(19) in direktem Kontakt mit einer (25) der Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps befindet
und sich mindestens über den Teil der dielektrischen Schicht (18) erstreckt, der über dem
ganzen an der Oberfläche liegenden Bereich desjenigen pn-Ubergangs (26) liegt, welcher die
äußere Peripherie dieser Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bildet, und daß eine zweite
Metallelektrode (39) mit der Zone (23) des ersten Leitfähigkeitstyps direkt Kontakt macht und über
mindestens den Teil der dielektrischen Schicht reicht, der den Schnittbereich des die äußere
Peripherie der Zone (23) des ersten Leitfähigkeitstyps bildenden pn-Übergangs (24) mit der Scheibenoberfläche
ganz überdeckt (F i g. 3).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US29340663A | 1963-07-08 | 1963-07-08 |
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DE19641489247 Pending DE1489247B1 (de) | 1963-07-08 | 1964-07-07 | Halbleiterbauelement mit einem scheibenfoermigen Halbleiterkoerper |
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BR (1) | BR6460534D0 (de) |
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ES (1) | ES301778A1 (de) |
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