DE2500235C2

DE2500235C2 - Ein-PN-Übergang-Planartransistor

Info

Publication number: DE2500235C2
Application number: DE2500235A
Authority: DE
Inventors: Clifford Oakley Baldwinsville N.Y. Hull jun.; Leland Faraday Dewitt N.Y. Leinweber; William Herbert Syracuse N.Y. Sahm III; James Wesley Clay N.Y. Sprague
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1974-01-07
Filing date: 1975-01-04
Publication date: 1984-02-09
Also published as: FR2257149A1; GB1490881A; JPS5550392B2; CA1014276A; FR2257149B1; JPS50107874A; DE2500235A1; US3911463A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ein-PN-Übergang-Planartransistor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Ein-PN-Übergang-Planartransistor dieser Art ist aus der US-PS 36 17 828 bekannt. Wird ein solcher Ein-PN-Übergang-Planartransitor jedoch in großer Anzahl gleichzeitig gefertigt, so sind die jeweiligen Abstände zwischen dem Basis-1-Halbleiterbereich und der Emitterzone aufgrund von Fertigungstoleranzen geringfügig unterschiedlich, was indes erhebliche Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften der einzelnen Ein-PN-Übergang-Pianartransistoren zur Folge hat. Die Ausschußrate, d. h. die Anzahl derjenigen Ein-PN-Übergang-Planartransistoren, deren elektrische Eigenschaften außerhalb eines Toleranzbereiches liegen, ist daher bei einem derartigen Ein-PN-Übergang-Planartransistor bei großer Fertigungsanzahl sehr hoch. Weiterhin ist aus der US-PS 34 36 61/ schon ein Ein-PN-Übergang-Planartransistor mit einer Emitterzone und mehreren Basis-l-Halbleiterbereichen bekannt, bei dem ein oder mehrere dieser Halbleiterbereiehe als tatsächlich angesteuerte Basis-I -Halbleiterbereiche verwendet werden. Bei einem derartigen Ein-PN-Übergang-Planartransistor, bei dem die Basis-1-Halbleiterbereiche nicht von an sie grenzenden Halbleiterzonen des zu dem Leitfähigkeitstyp der Basis-1 -Halbleiterbereiche entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps umfaßt sind, kann jedoch während des Betriebs leicht eine erhebliche Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften aufgrund einer unkontrollierten wirkungsmäßigen Ausbreitung des verwendeten dotierten Basis-1-Halbleiterbereichs auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ein-PN-Übergang-Planartransistor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszugestalten, daß er sich unter Beibehaltung guter elektrischer Eigenschaften mit sehr geringer Ausschußrate herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Bei dem Ein-PN-Übergang-Planartransistor nach der Erfindung sind somit mehrere Emitterzonen mit unterschiedlichen Abständen zum Basis-1-Halbleiterbereich vorhanden, so daß auf einfache Weise diejenige Emitterzone ermittelt werden kann, mit der in Verbindung mit dem Basis-1-Halbleiterbereich und dem Basis-2-Halbleiterbereich die gewünschten elektrischer. Eigenschaften am besten erreicht werden. Darüber hinaus erniedrigt sich die Ausschußrate bei gleichzeitiger Herstellung sehr vieler solcher Ein-PN-Übergang-

feo Planartransistoren noch weiter, wenn Ein-PN-Übergang-Planartransistoren mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften gewünscht werden. Dann können die einzelnen Ein-PN-Übergang-Planartransistoren nämlich nach ihren tatsächlichen elektrischen Eigenes schäften in größerer Zahl einer der Bauelementegruppen zugeteilt werden, deren vorgegebenen Anforderungen sie am besten entsprechen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Ein-PN-Übergang-

Planartransistors nach der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Ein-PN-Übergang-PIanartransistor nach der Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen einen Ein-PN-Übergang-Planartransistor bildenden Halbleiterkörper nach der Eindiffusion von Halbleiterbereichen und -zonen,

F i g. 2 einen entlang der Linie 2-2 gemäß F i g. 1 verlaufenden seitlichen Schnitt des Halbleiterkörpers,

Fig.3 eine Draufsicht auf den Halbleiterkörper gemäß den F i g. 1 und 2 nach einer Metallisierung mit Elektroden und

Fig.4 einen entlang der Linie 4-4 gemäß Fig.3 verlaufenden seitlichen Schnitt des Halbleiterkörpers.

F i g. 1 und 2 zeigen einen plattenförmigen Halbleiterkörper 21 mit zwei im allgemeinen parallel verlaufenden Hauptoberflächen 22 und 2i. Der Halbleiterkörper 21 ist von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise vom N-Leitfähigkeitstyp, und kann z. B. aus mit Phosphor oder Arsen dotiertem Silicium bestehen. Der Halbleiterkörper 21 ist als einzelnes Plättchen ausgeführt, das einen Teil einer größeren Halbleiterscheibe bildet. Aufgrund des Aufbaus des Ein-PN-Übergang-PlanartransistcTS ist eine gleichzeitige Herstellung sehr vieler, z. B. von mehreren Tausenden solcher Transistoren in einer einzigen Halbleiterscheibe möglich; der größeren Übersichtlichkeit wegen ist jedoch nur ein einziges Halbleiterpfättchen mit einem Ein-PN-Übergang-Planartransistcr dargestellt.

Bei der Herstellung werden in dem Halbleiterkörper unter üblicher Verwendung einer maskierenden Oxidschicht durch Diffusion Halbleiterbereiche und -zonen mit dem in den F i g. 1 und 2 gezeigten Muster erzeugt. Die Lage der zur Bildung eines Basis-1-Halbleiterbereichs 24 und eines Kontaktbereichs 27 dienenden zwei öffnungen in der Oxidschicht auf der ersten Hauptoberfläche 22 ist in F i g. 1 gezeigt. Der Basis-1-Halbleiterbereich 24 und der Kontaktbereich 27 werden durch Eindiffusion eines Dotierungsstoffs in den Halbleiterkörper 21 in einer Weise gebildet, daß sie zwar den ersten Leitfähigkeitstyp, jedoch einen niedrigeren spezifischen Widerstand als der Halbleiterkörper 21 aufweisen. In einem N-leitenden Halbleiterkörper 21 können der Basis-1-Halbleiterbereich 24 und der Kontaktbereich 27 durch Eindiffusion von beispielsweise Phosphor gebildet werden, so daß sie N+-leitend sind.

Nach diesem Diffusionsschritt wird die erste Hauptoberfläche 22 einschließlich des Basis-1-Halbleiterbereichs 24 und des Kontaktbereichs 27 wieder mit einer Oxidschicht bedeckt.

Teile der neuen Oxidschicht werden zur Erzeugung einer Anzahl von Emitterzonen 25 entfernt, wobei die Abstände zwischen jeder Emitterzone 25 und dem Basis-1-Halbleiterbereich 24 unterschied'ich sind. Zusätzlich wird ein weiterer Teil der Oxidschicht in Form eines geschlossenen Rings zur Erzeugung einer Halbleiterzone 26 entfernt, die an den Basis-1-Halbleiterbereich 24 angrenzt. Anschließend wird ein Dotierungsstoff in den Halbleiterkörper 21 eindiffundiert, wodurch die Emitterzonen 25 und die Halbleiterzone 26 von dem zweiten Leitfähigkeitstyp, also beim gewählten Beispiel mit P-Leitfähigkeit entstehen. Als Dotierungsstoff kann dann beispielsweise Bor verwendet werden. Die Wirkungsweise der Halbleiterzone 26 ist bekannt und besteht darin, eine wirkungsmäßige Ausbreitung des Basis-i-Halbleiterbereichs über den dotierten Basis-l-Halbleiterbereieh hinaus zu verhindern. Die Halbleiterzone 26 muß dabei nicht unbedingt auch in dem Bereich zwischen dem Basis-1-Halbleiterbereich 24 und der Emitterzone 25 vorgesehen sein.

Anschließend wird der über dem Basis-1-Halbleiterbereich 24 und dem Kontaktbereich 27 nahe am Rand der ersten Hauptoberfläche 22 liegende Teil der Oxidschicht entfernt, womit der Halbleiterkörper 21 das

ίο in F i g. 1 gezeigte Aussehen mit dem Basis-1-Halbleiterbereich 24, den Emitterzonen 25, dem Kontaktbereich 27 und der den Basis-1-Halbleiterbereich 24 umgebenden Halbleiterzone 26 annimmt Eine dünne isolierende Oxidschicht 28 bedeckt somit die gesamte erste Hauptoberfläche 22 mit Ausnahme der den vorgenannten Bereichen entsprechenden Stellen.

Zum Anbringen der Elektroden am Halbleiterkörper werden die Oxidschicht 28 und die erste Hauptoberfläche 22 an ihren freiliegenden Stellen mit einem Kontaktmetall, z. B. Aluminium, bedeckt. Das Bedecken erfolgt nach einem üblichen bekannten Verfahren. Anschließend werden Teile der Metallschicht selektiv in einer bekannten Weise entfernt Nach dem selektiven Entfernen der Metallschicht verbleibt auf dem HaIbleiterkörper 21 eine Basis-1-Elektrode 31 und eine Anzahl von Emitterelektroden 32. Die Basis-1-Elektrode 31 schließt den PN-Übergang zwischen dem Basis-1-Halbleiterbereich 24 und der Halbleiterzone 26 an der ersten Hauptoberfläche 22 kurz. Auf der Oxidschicht 28 verbleibt weiterhin eine metallische Feldelektrodenschicht 33, die sich zwischen der Basis-1 -Elektrode 31 und den Emitterelektroden 32 erstreckt und in dem Kontaktbereich 27 in ohm'schen Kontakt mit dem Halbleiterkörper 21 steht.

Als Basis-2-Halbleiterbereich kann beispielsweise der Bereich des Halbleiterkörpers 21 nahe der zweiten Hauptoberfläche 23 dienen, wobei dann eine metallische Basis-2-Elektrode auf einem wesentlichen Teil der zweiten Hauptoberfläche 23 aufgebracht ist. Um einen guten ohm'schen Kontakt sicherzustellen, wird als Basis-2-Elektrode 35 vorzugsweise eine Goldschicht mit einem den ersten Leitfähigkeitstyp hervorrufenden Dotierungsstoff, wie etwa z. B. Phosphor oder Arsen, verwendet. Vor dem Aufbringen der Basis-2-Elektrode

■»5 werden vorzugsweise eventuell vorhandene Oxidschichten von der zweiten Hauptoberfläche 23 entfernt. Mit einer solchen dotierten Goldschicht kann der Halbleiterkörper 21 auf einem Träger befestigt werden, um sowohl eine mechanische Abstützung als auch einen

5<> elektrischen Kontakt zu schaffen.

Der Halbleiterkörper 21 wird anschließend durch vorübergehendes Verbinden elektrischer Zuleitungen mit jeder der verschiedenen Emitterelektroden untersucht. Nachdem festgestellt ist, mit welcher der verschiedenen Emitterzonen 25 die erwünschten elektrischen Eigenschaften am besten erreicht werden, wird sowohl eine Drahtzuleitung mit der ausgewählten Emitterelektrode 32 als auch eine mit der Basis-1-Elektrode 31 verbunden. Schließlich wird der Ein-PN-Übergang-Planartransistor in üblicher Weise eingekapselt.

Die — nicht unbedingt erforderliche — Feldelektrodenschicht 33 ist vorteilhaft, da in dem Oberflächenbereich an der Hauptoberfläche 22 des Halbleiterkörpers 21 beim Betrieb aufgrund der anliegenden Vorspannung eine Verarmung an Elektronen auftritt, was zu einem Überschuß an Defektelektronen in diesem Oberflächenbereich führt. Ist die Anzahl der überschüssigen Defektelektronen in dem Oberflächenbereich zwischen

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dem Basis-1 -Halbleiterbereich 24 und der beim Betrieb verwendeten Emitterzone 25 sehr groß, so kann dies dazu führen, daß der N-Ieitende Oberflächenbereich »invertiert«, d. h. sich verhält als wäre er P-Ieitend. Dies verändert jedoch den wirksamen Abstand zwischen dem Basis-1-Halbleiterbereich und der verwendeten Emitterzone unkontrolliert. Durch Anlegen eines solchen Potentials an die Feldelektrodenschicht 33, daß diese bezüglich der ersten Hauptoberfläche 22 positiv ist, werden Elektronen nahe der ersten Hauptoberfläche 22 zurückgehalten, so daß die beschriebene Störung nicht auftritt.

Mit der Feldelektrodenschicht 33 muß keine besondere Drahtzuleitung zum Anlegen einer Vorspannung verbunden sein, da, wie festgestellt wurde, das Potential

der Randbereiche an der ersten Hauptoberfläche 22, d. h. also auch das des Kontaktbereichs 27, ausreichend positiver ist als das der weiter innen gelegenen Bereiche an der ersten Hauptoberfläche 22. Dies rührt daher, daß der Kontaktbereich 27 elektrisch »näher« an der zweiten Hauptoberfläche 23 als an dem Basis-1-Halbleiterbereich 24 liegt. Durch die ohm'sche Kontaktierung der Feldelektrodenschicht 33 an dem Halbleiterkörper 21 im Kontaktbereich 27 ergibt sich daher eine leichte, aber ausreichend positive Vorspannung der Feldelektrodenschicht 33. Selbstverständlich kann trotzdem noch eine übliche Drahtzuleitung zum Anlegen einer Vorspannung an die Feldelektrodenschicht 33 vorgesehen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

25 OO 235 Patentansprüche:

1. Ein-PN-Obergang-Planartransistor mit einem Halbleiterkörper des einen, ersten Leitfähigkeitstyps, bei dem eine Basis-!-Elektrode den Halbleiterkörper an einem an die eine, erste Hauptoberfläche grenzenden Basis-1-Halbleiterbereich des ersten Leitfähigkeitstyps und eines niedrigeren spezifischen Widerstands als dem des Hauptteils des Halbleiterkörpers kontaktiert, eine Basis-2-Elektrode den Halbleiterkörper an einem Basis-2-Halbleiterbereich des ersten Leitfähigkeitstyps kontaktiert und eine an die erste Hauptoberfläche und an den Basis-1-Halbleiterbereich grenzende Halbleiterzone des zweiten, zum ersten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps den Basis-1-Halbleiterbereich umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Halbleiterkörper (21) des ersten Leitfähigkeitstyps (N) mehrere an die erste Hauptoberfläche (22) grenzende und von je einer Emitterelektrode (32) kontaktierte Emitterzonen (25) des zweiten Leitfähigkeitstyps (P) in verschiedenen Abständen von dem Basis-1-Halbleiterbereich (24) angeordnet sind, daß die den Basis-1-Halbleiterbereich (24) umfassende Halbleiterzone (26) des zweiten Leitfähigkeitstyps ^zwischen dem Basis-1-Halbleiterbereich (24) und allen Emitterzonen (25) angeordnet ist und daß die Basis-1-Elektrode (31), die Basis-2-Elektrode (35) und eine der Emitterelektroden (32) mit je einem elektrischen Anschluß verbunden sind.

2. Ein-PN-Übergang-Planartransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-2-Elektrode (35) den an die zweite Hauptoberfläche (23) grenzenden Basis-2-HaJbleiterbereich des ersten Leitfähigkeitstyps (N) bedeckt und kontaktiert und die Basis-1-Elektrode (31) sowohl den Basis-1-Halbleiterbereich (24) als auch die ihn umfassende Halbleiterzone (26) des zweiten Leitfähigkeitstyps (P) bedeckt und kontaktiert.

3. Ein-PN-Übergang-Planartransistcr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis-2-HalbIeiterbereich die ganze zweite Hauptoberfläche (23) des Halbleiterkörpers (21) einnimmt und daß die Basis-2-Elektrode (35) aus einer Goldschicht mit einem den ersten Leitfähigkeitstyp (N)bewirkenden Dotierungsstoffzusatz besteht.

4. Ein-PN-Übergang-Planartransistor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hauptoberfläche (22) des Halbleiterkörpers (21) mit einer Isolierschicht (28) bedeckt ist, ausgenommen die Kontaktflächen der Basis-1-Elektrode (31) und der Emitterelektrode (32), und daß eine Feldelektrodenschicht (33) auf der Isolierschicht (28) so angeordnet ist, daß sie die Teile der Isolierschicht (28) deckt, die sich zwischen dem Basis-1 -Halbleiterbereich (24) und den Emitterzonen (25) befinden.

5. Ein-PN-Übergang-Planartransistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (28) eine Schicht aus Halblciteroxid umfaßt, und daß die Feldelektrodenschicht (33) sich bis zu einer Stelle (27) nahe am Rand der ersten Hauptoberfläche (22) des Halbleiterkörpers (21) erstreckt und den Halbleiterkörper (21) an dieser Stelle (27) an der ersten Hauptoberfläche (22) kontaktiert.

6. Ein-PN-Übergang-Planartransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an die erste Hauptoberfläche (22) grenzende Halbleiterzone (26) des zweiten Leitfähigkeitstyps (P) einen Teil des Basis-1-lialbleiterbereiches (24) ringförmig umfaßt.