DE1816439C3

DE1816439C3 - Leistungstransistor

Info

Publication number: DE1816439C3
Application number: DE19681816439
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. 7100 Heilbronn Eichler; Josef Dipl.-Phys. 7105 Grossgartach Wolf
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1968-12-21
Filing date: 1968-12-21
Publication date: 1978-04-20
Also published as: GB1275418A; FR2026782A7; DE1816439B2; DE1921597A1; DE1816439A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungstransistor mit einem als Kollektorzone dienenden Halbleiterkörper, einer in die Kollektorzone eingelassenen Basiszone und mehreren in die Basiszone eingelassenen streifenförmi gen, parallel zueinander verlaufenden Emitterzonen, bei dem sich alle im Halbleiterkörper vorhandenen pn-Übergänge zu einer mit einer Isolierschicht bedeckten Oberflächenseite des Halbleiterkörpers hin erstrekken, und bei dem auf der Isolierschicht mehrere parallel zueinander verlaufende Kontaktierungsleitbahnen angeordnet sind, die durch öffnungen in der Isolierschicht hindurch mit der Basiszone und mit den streifenförmigen Emitterzonen elektrisch leitend verbunden sind. Es sind aus der FR-PS 15 33 541 bereits derartige Leistungstransistoren bekannt geworden, die nach dem Planarprinzip aufgebaut sind. Bei diesen bekannten Transistoren ist in einen als Kollektorzone dienenden Halbleiterkörper eine als Basiszone wirkende Diffusionszone eingelassen, in der eine Reihe streifenförmi-

3S ger, parallel zueinander verlaufender diffundierter Emitterzonen angeordnet sind. Auf der Isolierschicht sind mehrere parallel zueinander verlaufende Kontaktierungsleitbahnen angeordnet, die durch Öffnungen in der isolierschicht mit der Basiszone bzw. in Längsrich tung mit den streifenförmigen Emittei zonen elektrisch leitend verbunden sind. Bei dem bekannten Leistungstransistor sind somit die Emitterzonen mit einer kammförmigen Leitbahnstruktur kontaktiert, wobei jeder einzelne Zinken der Kammstruktur zu jeweils einer Emitterzone führt und sich auf der Emitterzone in deren Längsrichtung erstreckt. Auch die Basiskontakte weisen bei den bekannten Leistungstransistoren eine Kammstruktur auf, wobei jeweils zwischen zwei Emitterzonen ein sireifenförmiger Basiskontakt an-

jo geordnet ist, der sich gleichfalls auf die Oxydschicht erstreckt und dort an einen breiten Metallsteg angeschlossen ist, der alle Basiskontaktstreifen elektrisch miteinander verbindet. Die Ausbildung streifenförmiger Emitterzonen wurde notwendig, um bei vorgegebener Größe der Kollektor-PN-Übergangsfläche einen möglichst großen Umfang der Emitterzonen zu erhalten. Bei hohen Frequenzen tritt die sogenannte Randverdrängung in Erscheinung, die bewirkt, daß die Emitterzonen nur noch in ihren Randgebieten Ladungsträger emittieren. Transistoren, an die bezüglich der Grenzfrequenz und der Leistungs= verstärkung hohe Anforderungen gestellt werden, weisen daher sehr schmale und langgestreckte Emitterzonen auf. Diese Emitterzonen müssen daher, wählt man die bekannte Leitbahnstruktur, mit sehr schmalen und langgestreckten Metallstegen kontaktiert werden, deren Dicke durch die technischen Möglichkeiten der Photolack- und Maskierungsverfahren begrenzt sind.

Die Metallstege bilden daher relativ große Zuleitungswiderstände, an denen sich ein unzulässig hoher Spannungsabfall einstellt Der Spannungsabfall an den einzelnen Emitterstegen bewirkt eine ungleichmäßige Belastung der einzelnen Emitterzonen. Ferner besteht die Gefahr, daß die sehr schmalen und dünnen Zuleitungsstege bei hohen Stromdichten zerstört werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aufbau für einen Leistungstransistor anzugeben, bei dem die einzelnen Emitterzonen aus sehr schmalen streifenförmigen Zonen bestehen, und bei dem die Bereiche der Basiszone an der Halbleiteroberfläche zwischen den stufenförmigen Emitterzonen und die Emitterzonen mit sehr niederohmigen Leitbahnen kontaktiert sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Leistungstransistor der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Kontaktierungsleitbahnen senkrecht zu der Längsrichtung der streifenförmigen Emitterzonen angeordnet sind.

Es sind zwar bereits Leistungstransistoren bekennt (DT-AS 11 94 500), bei denen die Kontaktierungsleitbahnen senkrecht zu den streifenförmigen Emitterzonen verlaufen. Hierbei handelt es sich jedoch um unmaskierte Transistoren, bei denen die Emitter- und Basiskontaktleitbahnen beide Zonen bedecken, wobei sich mit der einen Zone ohmsche Kontakte und mit der anderen Zone Schottkykontakte bilden. Solche auf die Planarbauweise verzichtende Transistoren haben sich als unbrauchbar erwiesen. Nachteilig sind auch die nicht vermeidbaren Schottky-Dioden zwischen einer Leitbahn und der durch sie nicht anzuschließenden Halbleiterzone. Bei den bekannten Transistoren spielt auch das Verhältnis von der Emitterzonenbreite zur Breite der Kontaktierungsleitbahnen keine Rolle.

Der Leistungstransistor nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die Kontaktierungsleitbahnen, die im rechten Winkel zu der Längsrichtung der streifenförmigen Emitterzonen angeordnet sind, wesentlich breiter als die streifenförmigen Emitterzonen sein können. Der Leistungstransistor weist daher eine sehr kleine Eingangskapazität, eine hohe Leistungsverstärkung, eine hohe Grenzfrequenz und einen Spannungsabfall in den Kontaktierungsleitbahnen auf, der minimal und ohne Bedeutung für die elektrischen Eigenschaften des Leistungstransistors ist Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Kontaktierungsleitbahnen für die Basis- und Emitterzonen ist es möglich, Leistungstransistoren aufzubauen, deren Emitterzonen weniger als 5 μπι breit und mehr als 200μΐτι lang sind. Diese Transistoren haben eine sehr große Emitterrandlänge bei vorgegebener Kollektor-PN-Übergangsfläche, wodurch sich gegenüber den bekannten Transistoren bei gleicher Grenzfrequenz heitere Leistungsverstärkungswerte erzielen lassen.

Der Leistungstransistor ist vorzugsweise so ausgebildet, daß die für die Aufnahme der Kontaktierungsleitbahnen vorgesehene Oberflächenseite des Halbleiterkörpers mit einer ersten Isolierschicht bedeckt ist die über den Emitterzonen und über zwischen den Emitterzonen liegenden Bereichen der Basiszone streifenförmige öffnungen aufweist in denen Metallkontaktschichten angeordnet sind, die die Emitterzonen und die freigelegten Bereiche der Basiszone bedecken. Die zwischen den Emitterzonen liegenden strtifenförmigen Basiskontaktschirhten haben vorzugsweise etwa die gleiche Länge wie die streifenförmigen Emitterzonen und die auf den Emitterzonen angebrachten streifenföpmigen Emitterkontaktschichten. Die streifenförmigen Emitter- und Basiskontaktschichten verlaufen parallel zueinander, \

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Leistungstransistors nach der Erfindung ist vorgesehen, daß die erste Isolierschicht und die Basis- und Emitterkontaktschichten mit einer zweiten Isolierschicht bedeckt sind, auf der im rechten Winkel zu den Emitter- bzw.

ίο Basiskantaktschichten parallel zueinander angeordnete Kontaktierungsleitbahnen verlaufen, die durch öffnungen in der zweiten Isolierschicht mit den Emitter- bzw. Basiskontaktschichten elektrisch leitend verbunden sind. Als Material für die Isolierschichten eignet sich besonders Siliziumoxid, Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid. Die Kontaktierungsleitbahnen sind vorzugsweise so ausgebildet daß zwischen jeweils, zwei Emitterkontaktierungsleitbahnen eine Basiskontaktierungsleitbahn angeordnet ist Alle Emitter- bzw. Basiskontaktierungsleitbahnen sind an einander abgew?ndten Enden der Halbleiteroberfläche mit je einem breiten Metallsteg zu jeweils einer Kammstruktur verbunden, wobei die Zinken der beiden Kammstrukturen ineinander eingreifen.

Der Leistungstransistor nach der Erfindung soll im weiteren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Hierzu werden die F i g. 1 bis 4 herangezogen, die, teils im Schnitt, teils in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines Leistungstransistors nach verschiedenen Herstellungsschnitten zeigen.

Die F i g. 1 zeigt einen Halbleiterkörper 1, beispielsweise aus Silizium, der im Ausgangszustand über seinen ganzen Querschnitt beispielsweise mit den n-Leitungstyp erzeugenden Störsteilen dotiert ist Der als Kollektorzone 2 dienende Halbleiterkörper 1 weist auf seiner einen Oberflächenseite eine Isolierschicht 3, beispielsweise aus Siliziumoxid oder Siiiziumdioxid auf, in die zur Eindiffusion der Basiszone 4 mit Hilfe eines bekannten Photolackmaskierungs- und Ätzverfahrens ein Basisdiffusionsfenster eingebracht wird. Durch dieses Fenster werden in den Halbleiterkörper 1 beispielsweise aus der Gasphase Störstellen eindiffundiert, die den p-Leitungstyp erzeugen und dadurch die Basiszone 4 bilden. Nach der erneuter, Vervollständigung der Oxidschicht 3 in einem bekannten Oxidationsprozeß werden in diese langgestreckte, parallel zueinander verlaufende, streifenförmige Diffusionsfenster 5 eingeätzt durch die in die Basiszone 4 streifenförmige Emitterzonen 6, die bei einer p-leitenden Basiszone 4 η-leitend sind, eindiffundiert werden.

Nachdem im Halbleiterkörper 1 alle, sich zu einer Oberflächenseite hin erstreckenden PN-Übergänge e/zeugt sind, werden dann, vergleiche F i g. 2, wiederum mit Hilfe eines bekannten Photolackmaskierungs- und Ätzverfahrens in die Oxidschicht 3 streifenförmige Kontaktierungsfenster für die Basiszone 4 eingebracht Die Kontaktierungsfenster für die Emitterzonen 6 liegen über den Emitterzonen und verlaufen in deren Längsrichtung, während parallel zu diesen Emitterkontakiiierungsfenstern zwischen den einzelnen Emitterzonen 6 streifenförmige Bereiche der Basiszone 4 für die Aufnahme der Basiskontaktschichten vorgesehen sind. Die Länge der Kontaktierungsfenster und damit die der in den Kontaktieru.gsfenstern untergebrachten Kontaktschichten 7 und 8 entsprechen etwa der Länge der Emitterzonen 6. Bei an der Halbleiteroberfläche 3 bis 4 um breiten Emitterzonen 6 sind die Emitterkontakt-

schichten 3 bis 4 μηι breit und etwa 200 μπι lang. Die Basiskontaktschichten 8 werden, wie auch die Emitterkontaktschichten 7, beispielsweise durch Aufdampfen von Aluminium hergestellt. Die Kontaktschichten 7, 8 sind beispielsweise 0,5 μπι dick. Nachdem die Emitter- und Basiskontaktschichten 7 und 8 fertiggestellt sind, wird - vergleiche F i g. 3 — auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 eine weitere Isolierschicht 9 aufgebracht, die die erste Isolierschicht 3 und die Kontaktschichten 7 und 8 überdeckt. Diese Isolierschicht 9, die beispielsweise aus einem 1 bis 2 μπι dicken Siliziurnoxid- oder Siliziumdioxidbelag besteht, wird auf den Halbleiterkörper 1 beispielsweise aufgedampft, aufgestäubt oder pyrolytisch abgeschieden. In diese zweite Isolierschicht 9 werden in einem weiteren Photolackmaskierungs- und Ätzprozeß über den Emitter- und Basiskontaktschichiten 7 und 8 öffnungen 10 bzw. U eingebracht. Über jeder Emitterkontaktschicht 7 befinden sich mehrere öffnungen 10, deren Abstand voneinander größer ist als die Länge jeder öffnung 10. Dies ist notwendig, weil zwischen je zwei Öffnungen 10 über einer Emitterkontaktschicht 7, versetzt von diesen, eine Öffnung 11 über der Basiskontaktschicht 8 vorgesehen ist. Diese öffnungen 10 und 11 in der Isolierschicht 9 sind beispielsweise 30 μηι lang und 3 bis 4 μιη breit. Alle in einer Reihe senkrecht zur Längsrichtung der Kontaktüchichten 7 und 8 liegenden öffnungen über den Emitterzonen 6 werden durch eine Kontaktierungsleitbahn 12, alle in einer Reihe liegenden öffnungen über der Basiszone 4 durch eine Kontaktierungsleitbahn 13 miteinander verbunden. Somit entstehen eine Vielzahl parallel! zueinander verlaufender Kontaktierungsleitbahnen 12 und 13, wobei jeweils eine Basiskontaktierungsleitbahn zwischen zwei Emitterkontaktierungsleitbahnen angeordnet ist. Diese Kon- taktierungsleitbahnen 12, 13 bestehen beispielsweise aus Aluminium, sind 30 μπι breit und 2 bis 3 μπι dick und dadurch extrem niederohmig. Alle Emitterkontaktierungsleitbahnen 12 sind am einen Rand des Halbleiterkörpers 1 durch einen breiten Metallsteg 14, der beispielsweise aus Aluminium besteht, elektrisch miteinander verbunden. An dem dem Metallsteg 14 gegen überliegenden Rand des Halbleiterkörpers 1 ist ein weiterer Metallsteg 15 angeordnet, der alle Basiskontaktierungsleitbahnen 13 parallel verbindet. Auf diese Weise bilden die Basis- und Emitterkontaktierungsleitbahnen Kammstrukturen mit ineinandergreifenden Zinken. Der Abstand zwischen einer Emitterkontaktierungsleitbahn 12 und einer Basiskontaktierungsleitbahn 13 ist beispielsweise 10 μηι groß. Auch die Aluminiumleitbahnen 12 und 13 und die Verbindungsstege 14 und 15 werden beispielsweise auf die Halbleiteroberfläche unter Verwendung von Photolackmasken aufgedampft, elektrolytisch oder chemisch abgeschieden. Dabei kann die Dicke dieser Kontaktierungsleitbahnen relativ groß gewählt werden, da bei dem erforderlichen Ätzprozeß, mit dem die nicht benötigten Teile des aufgedampften Metalls wieder abgetragen werden, nur verhältnismäßig grobe Strukturen hergestellt werden müssen.

Die Kontaktierungsleitbahnen 12 und 13 oder zumindest die Metallstege 14 und 15 lassen sich in vorteilhafter Weise leicht galvanisch so verstärken, daß die nach dem Zerteilen der Halbleiterscheibe, die eine Vielzahl der oben beschriebenen Leistungstransistoren enthält, über den Halbleiterkörper eines Leistungstransistors hinausragenden Teile der Metallstege 14 und 15 selbsttragend sind und als sogenannte »beam-lead«- Leitbahnen direkt als Kontaktelemente des Transistors herangezogen werden können. Eine derartige Ausbildung ist in der Fig.4 dargestellt. Die verdickten Metallstege 14 und 15 sind dann beispielsweise 20 bis 30 μπι dick uno oestehen aus gleich- oder verschiedenartigen Metallschichten. Dabei kann beispielsweise zur Verdickung der Aluminiummetallstege 14 und 15 galvanisch abgeschiedenes Gold verwendet werden. Die Kollektorzone 2 des Transistors wird beispielsweise auf der den Kontaktierungsleitbahnen 12, 13 gegenüberliegenden Oberflächenseite des Halbleiterkörpers 1 mit einem großflächigen Metallkontakt 16 kontaktiert. Selbstverständlich kann dieser Kontakt auch auf der mit den Emitter- und Basiskontaktierungsleitbahnen 12, 13 versehenen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers 1 untergebracht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leistungstransistor mit einem als Kollektorzone dienenden Halbleiterkörper, einer in die Kollektorzone eingelassenen Basiszone und mehreren in die Basiszone eingelassenen streifenförmigen, parallel zueinander verlaufenden Emitterzonen, bei dem sich alle im Halbleiterkörper vorhandenen pn-Obergänge zu einer mit einer Isolierschicht bedeckten Oberflächenseite des Halbleiterkörpers hin erstrekken, und bei dem auf der Isolierschicht mehrere parallel zueinander verlaufende Kontaktierungsleitbahnen angeordnet sind, die durch öffnungen in der Isolierschicht hindurch mit der Basiszone und mit den streifenförmigen Emitterzonen elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungsleitbahnen (12, 13) senkrecht zu der Längsrichtung der streifenförmigen Emitterzonen (6) angeordnet sind.

2. Leistungstransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Oberflächenseite des Halbleiterkörpern (1) bedeckende, erste Isolierschicht (3) über den streifenförmigen Emitterzonen (6) und über zwischen den streifenförmigen Emitterzonen (6) liegenden Bereichen der Basiszone (4) streifenförmige Offnungen aufweist, in denen die streifenförmigen Emitterzonen.{6) und die freigelegten Bereiche der Basiszone (4) mit streifenförmigen Metallkontaktschichten (7, 8) bedeckt sind, daß die erste Isolierschicht (3) und die Basis- und Emitterkontaktschichten (7, 8) mit einer zweiten Isolierschicht (9) beckckt sind, auf der im rechten Winkel zu der Längsrichtung der streifnförmigen Emitter- und Basiskontaktscbichten (7,8) parallel zueinander angeordnete Kontaktierungslei'bahnen (12, 13) verlaufen, die durch öffnungen (10, 11) in der zweiten Isolierschicht (9) hindurch mit den Emitterbzw. Basiskontaktschichten (7, 8) elektrisch leitend verbunden sind.

3. Leistungstransistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen, zwischen den streifenförmigen Emitterzonen (6) liegenden Basiskontaktschichten (8) etwa die gleiche Länge wie die streifenförmigen Emitterzonen (6) und die streifenförmigen Emitterkontaktschichten (7) aufweisen.

4. Leistungstransistor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen Emitter- und Basiskontaktschichten (7, 8) parallel zueinander verlaufen.

5. Leistungstransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschichten (3, 9) aus Siliziumoxid, Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid bestehen.

6. Leistungstransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeweils zwei Emitter-Kontaktierungsleitbahnen (12) eine Basis-Kontaktierungsleitbahn (13) angeordnet ist, und daß alle Emitter- bzw. Basis-Kontaktierungsleitbahnen (12, 13) an einander abgewandten Enden der Halbleiteroberflächenseite mit je einem breiten Metallsteg (14, 15) zu jeweils einer Kammstruktur verbunden sind.

7. Leistungstransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter- bzw. Basis-Kontaktierungsleitbahnen (12, 13) breiter als die streifenförmigen Emitterzonen (6) sind.

8. Leistungstransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungsleitbahnen derart mit Metallbelägen verstärkt sind, daß über den Halbleiterkörper (l) hinausragende Teile der Kontaktierungsleitbahnen selbsttragend und als Anschlußteüe verwendbar sind.

9. Leistungstransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungsleitbahnen (12, 13) und die Metall-Kontaktschichten (7,8) aus Aluminium bestehen.