DE3902839A1 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Halbleiteranordnung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung, insbesondere einen Transistor mit hoher Durchbruchspannung mit eingebauter Begrenzungsdiode, der als Schaltelement in einer Zündeinrich­ tung verwendet wird, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug.
Bei einem Leistungstransistor, der als Schaltelement in einer Transistorzündeinrichtung für ein Kraftfahrzeug verwendet wird, wird eine hohe Stoßspannung, die von der Sekundärseite einer Zündspule in deren Primärseite induziert wird, bei der Zündunterbrechung der Zündeinrichtung angelegt. Somit benötigt ein Transistor, der für solche Zwecke verwendet wird, eine Einrichtung, um ihn gegen einen Durchbruch zu schützen, der durch die hohe Stoßspannung hervorgerufen werden kann.
Einen Leistungstransistor, der vorstehend erwähnten Transis­ torzündeinrichtung hat man bisher beispielsweise mit zwei verschiedenen Mitteln geschützt: Einerseits durch gezieltes Verringern eines Kopplungskoeffizienten in der Zündspule, andererseits durch entsprechende Ausgestaltung der Struktur des Leistungstransistors, um eine Durchbruchspannung, die nachstehend auch als ES/B-Grenzwert bezeichnet ist, zu gewährleisten, die eine solche Stoßspannung aushält, welche bei der Zündunterbrechung der Zündeinrichtung erregt wird.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung der Struktur eines herkömmlichen npn-Darlington-Leistungstransis­ tors, nachstehend kurz als Leistungstransistor bezeich­ net, der in einer Zündeinrichtung für ein Kraftfahrzeug verwendet wird;
Fig. 2 zeigt ein Schaltungsdiagramm zur Erläuterung eines Er­ satzschaltbildes des Leistungstransistors gemäß Fig. 1.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist eine n⁺-Typ Diffusionsschicht 2 auf einer ersten Hauptfläche 101 eines n--Typ Substrates 1 aus Silicium ausgebildet, um einen Kollektor zu bilden, der gemeinsam für zwei Transistoren Q 1 und Q 2 vorgesehen ist, wie es Fig. 2 zeigt. Dieser Kollektor 2 ist mit einem Kollektor­ anschluß C über eine Aluminiumschicht 3 verbunden. Eine p-Typ Diffusionsschicht 4 ist in einem Teil der zweiten Hauptfläche 102 des n--Typ Substrates 1 ausgebildet, um Basen für die beiden Transistoren Q 1 und Q 2 zu bilden. Diese p-Typ Diffusi­ onsschicht 4 ist mit einer eingebauten n⁺-Typ Diffusions­ schicht 5 a, die einen Emitter für den Transistor Q 1 bildet, sowie einer n⁺-Typ Diffusionsschicht 5 b versehen, die einen Emitter für den Transistor Q 2 bildet.
Der Emitter 5 a des Transistors Q 1 ist mit der Basis des Transistors Q 2 über eine Aluminiumschicht 6 a verbunden, die über Oberflächen der n⁺-Typ Diffusionsschicht 5 a und einem mittleren Teil der p-Typ Diffusionsschicht 4 ausgebildet ist. Der Emitter 5 b des Transistors Q 2 ist mit einem Emitteran­ schluß E über eine Aluminiumschicht 6 b verbunden, die über Oberflächen der n⁺-Typ Diffusionsschicht 5 b und der p-Typ Diffusionsschicht 4 ausgebildet ist. Weiterhin ist die Basis 4 des Transistors Q 1 mit einem Basisanschluß B über eine Aluminiumschicht 6 c verbunden, die auf einer Oberfläche p-Typ Diffusionsschicht 4 ausgebildet ist.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, geben Widerstände R 1 und R 2, die zwischen den jeweiligen Basen und Emittern der Transistoren Q 1 und Q 2 dazwischengeschaltet sind, Widerstandswerte an, die in der p-Typ Diffusionsschicht 4 gemäß Fig. 1 ausgebildet werden. Eine p-n-Flächendiode Do, die gemäß Fig. 2 zwischen den Kol­ lektor und den Emitter des Transistors Q 2 dazwischengeschaltet ist, wird von der n⁺n-p-Struktur gemäß Fig. 1 gebildet. Ein Schutzring 7 wird von einem p-Typ Diffusionsbereich gebildet, der um einen den Leistungstransistor bildenden Bereich mit den Transistoren Q 1 und Q 2 herum vorgesehen ist, um die Feldstärke einer nicht dargestellten Inversionsschicht in dem n--Typ Substrat 1 zu mindern; ein Kanaltrennbereich 8, der von einem n⁺-Typ Diffusionsbereich gebildet wird, ist in Form eines Ringes um den Schutzring 7 herum vorgesehen.
Der Kanaltrennbereich 8 hat die Funktion, zu verhindern, daß die Inversionsschicht des n--Typ Substrats 1 sich in Quer­ richtung ausbreitet. Eine Feldplatte 9, die in bezug auf den Emitteranschluß E auf einem vorgegebenen Potential gehalten wird, ist auf einer Oberfläche des Kanaltrennbereiches 8 vorgesehen, um die Funktion des Kanaltrennbereiches zu verstärken. Eine Siliciumoxidschicht 10 ist über der zweiten Hauptfläche 102 ausgebildet, die nicht von den Aluminium­ schichten 6 a, 6 b und 6 c sowie der Feldplatte 9 bedeckt ist.
Der Leistungstransistor hat einen solchen n⁺pn-n⁺ Aufbau, daß auch dann, wenn eine hohe Spannung an einen in Sperrichtung vorgespannten Kollektor-Basis-Übergangsbereich angelegt wird, sich eine Verarmungsschicht in dem n--Typ Substrat 1 weit ausbreitet, um seine Feldstärke zu verringern. Infolgedessen wird die Durchbruchspannung V CBO des Kollektor-Basis-Über­ gangsbereiches auf einem hohen Wert gehalten.
Wenn weiterhin die Verarmungsschicht, die sich in dem n--Typ Substrat 1 ausbreitet, den Schutzring 7 erreicht, wird ein elektrisches Potential in dem Schutzring 7 induziert bzw. erregt, so daß die Verarmungsschicht sich von dem p-n-Über­ gangsbereich des Schutzringes 7 weiter zum n--Typ Substrat 1 ausbreitet, so daß die Durchbruchspannung V CBO durch den Schutzring 7 weiter erhöht wird.
In der strukturmäßigen Ausgestaltung dieses Leistungstransi­ stors wird der Bereich der hohen Stoßspannung, die zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Leistungstransistors angelegt wird, experimentell erhalten, um in optimaler Weise den spezi­ fischen Widerstand, die Dicke usw. des n--Typ Substrats 1 entsprechend dem Bereich der hohen Stoßspannung zu konzipie­ ren, um dadurch einen hohen ES/B-Grenzwert zu gewährleisten. Ein Experiment zur Feststellung des Bereiches der hohen Stoß­ spannung wird durchgeführt, indem man absichtlich die Sekun­ därseite einer Zündspule in einen Zündunterbrechungszustand bringt, um eine hohe Stoßspannung in der Primärseite zu induzieren bzw. zu erregen.
Eine Streuung des ES/B-Grenzwertes, die durch das Herstel­ lungsverfahren hervorgerufen wird, kann jedoch nicht vermieden werden, wenn ein hoher ES/B-Grenzwert dadurch gewährleistet werden soll, daß man in optimaler Weise numerische Werte hin­ sichtlich der physikalischen Eigenschaften des Siliciumhalb­ leiters steuert, wie es beim Leistungstransistor mit dem oben beschriebenen Aufbau der Fall ist. Somit sind im allgemeinen Aussonderungsversuche erforderlich, bei denen ein ES/B-Grenz­ werttest bei jedem hergestellten Leistungstransistor durchge­ führt wird, um diejenigen auszusondern, die unter dem Sollwert des ES/B-Grenzwertes liegen. Außerdem ist die oben beschrie­ bene Gegenmaßnahme nicht ausreichend, um einen Durchbruch des Leistungstransistors zu verhindern, da der Leistungstransistor unter den tatsächlichen Gegebenheiten, beispielsweise in der Zündeinrichtung eines Kraftfahrzeuges, so hohen Stoßspannungen ausgesetzt sein kann, die man durch eine Laborsimulation nicht vorhersehen kann.
Statt dessen hat man bereits an einen Leistungstransistor mit einer Begrenzungsdiode gedacht, die zwischen Kollektor und Basis eingesetzt ist, um eine hohe Stoßspannung zu begrenzen, die höher ist als eine vorgegebene Spannung und nachstehend als Begrenzungsspannung bezeichnet ist. In der Praxis hat man einen Leistungstransistor, der mit einer außen angebauten Begrenzungsdiode versehen ist, sowie einen Leistungstransistor mit einer eingebauten Begrenzungsdiode ausprobiert, was die Handhabung erleichtert.
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung eines her­ kömmlichen Leistungstransistors mit einer eingebauten Begren­ zungsdiode, wobei eine p-n-Flächendiode zwischen einem Kol­ lektor und einer Basis in integraler Weise als Begrenzungs­ diode dazwischengeschaltet ist. Fig. 4 zeigt die Schaltung gemäß einem Ersatzschaltbild des Leistungstransistors gemäß Fig. 3. Dieser Leistungstransistor gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dadurch, daß ein p⁺-Typ Diffusion­ bereich 11 in einem Teil eines n--Typ Substrats 1 ausgebildet ist, der unmittelbar unter einer Aluminiumschicht 6 c liegt, so daß eine p-n-Flächendiode Di gemäß Fig. 4 integral zwischen den Kollektor C und die Basis B dazwischengeschaltet ist, wobei ihre Kathode mit dem Kollektor C bzw. ihre Anode mit der Basis B verbunden ist.
Bei diesem Leistungstransistor wird die Durchbruchspannung VR in Sperrichtung der p-n-Flächendiode Di als Begrenzungs­ spannung verwendet, um die Stoßspannung zu begrenzen. Die Durchbruchspannung VR in Sperrichtung wird auf eine gewünschte Begrenzungsspannung gesetzt, so daß eine hohe Stoßspannung, die zwischen dem Kollektor C und dem Emitter E angelegt wird, auf die Begrenzungsspannung begrenzt wird. In dem Falle, wo die Durchbruchspannung VR der p-n-Flächendiode Di in Sperrichtung bei Raumtemperatur beispielsweise auf 400 Volt gesetzt wird, erfolgt ein Durchbruch der p-n-Flächen­ diode Di dann, wenn eine hohe Stoßspannung von mehr als 400 Volt zwischen dem Kollektor C und dem Emitter E des Lei­ stungstransistors angelegt wird.
Somit fließt ein Basisstrom längs einer Strecke vom Kollek­ tor C zur Basis B und weiter zum Emitter E , wie es mit einem Pfeil ª in Fig. 4 angedeutet ist, so daß der Leistungstran­ sistor in den EIN-Zustand geht. Somit wird die Spannung V CBO zwischen den Kollektor C und der Basis B des Leistungstran­ sistors auf die Durchbruchspannung VR in Sperrichtung der p-n-Flächendiode Di begrenzt, d. h. auf 400 Volt, wie es mit einer Kurve b in Fig. 5 angedeutet ist.
In dem Leistungstransistor mit einer eingebauten Begren­ zungsdiode hat die Durchbruchspannung VR in Sperrichtung der p-n-Flächendiode Di einen hohen Temperaturkoeffizienten, der nach Messung der Anmelderin bei etwa 1,25 V/°C liegt, so daß die Durchbruchspannung VR in Sperrichtung und damit die Begrenzungsspannung zu höheren Spannungen hin verschoben wird, wenn die Temperatur der Anordnung steigt, wie es mit einer Kurve c in Fig. 5 angedeutet ist.
Nimmt man an, daß eine Transistorzündeinrichtung in einem Kraftfahrzeug Temperaturen ausgesetzt ist, die beispiels­ weise in einem Bereich von -30°C bis +125°C liegen, so erreicht der Schwankungsbereich der Begrenzungsspannung - berechnet für eine Temperaturdifferenz von 155°C - einen Wert von etwa 200 Volt. Somit muß die Struktur eines Leistungstransistors unter Berücksichtigung des Schwankungs­ bereiches der Begrenzungsspannung konzipiert werden, wobei es schwierig ist, einen Leistungstransistor zu konzipieren, der in einem so großen Schwankungsbereich von 200 Volt arbeitet.
Zur Lösung dieses Problems kann die p-n-Flächendiode Di vom Punch-through-Typ sein, um die Temperaturabhängigkeit ihrer Durchbruchspannung VR in Sperrichtung zu verringern, wie es an sich bekannt ist. Wenn jedoch eine derartige p-n-Flächen­ diode vom Punch-through-Typ in einen Leistungstransistor, beispielsweise einen Darlington-Transistor eingebaut wird, muß beispielsweise der p⁺-Typ Diffusionsbereich 11 der p-n- Flächendiode Di um mindestens 1,5mal bis 2mal tiefer aus­ gebildet sein, als die p-Typ Diffusionsschicht 4 der Basis, um die Eigenschaften des Transistors auf einem vorgegebenen Niveau zu halten.
Dadurch wird aber die Produktivität verringert, da die Zeit zum Eindiffundieren von Verunreinigungen auf etwa den 2,3 fachen bis 4fachen Wert ansteigt, wenn man es mit dem Normalfall vergleicht. Außerdem treten andere Probleme im Hinblick auf die Kontrollierbarkeit von anderen Eigenschaf­ ten des Leistungstransistors und der Produktionsqualitäts­ kontrolle auf, so daß es schwierig ist, eine p-n-Flächen­ diode vom Punch-through-Typ als Begrenzungsdiode zu bauen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Halbleiteranordnung mit einer eingebauten Begrenzungsdiode anzugeben, die sich in einfacher Weise bei einem Herstellungsprozeß realisieren läßt und bei der die Temperaturabhängigkeit der Begrenzungs­ spannung reduziert werden kann.
Gemäß der Erfindung wird eine Halbleiteranordnung angegeben, die folgendes aufweist: Einen Halbleiterchip mit einer Kollektorschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, mit einer Basisschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, die in einem Teil einer ersten Oberfläche der Kollektorschicht ausgebildet ist, mit einer Emitterschicht vom ersten Leit­ fähigkeitstyp, die in einem Teil einer Oberfläche der Basis­ schicht ausgebildet ist, und mit einer Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die in einem anderen Bereich der ersten Oberfläche ausgebildet ist, wobei die Halbleiter­ schicht mit der Basisschicht in Kontakt steht und eine höhere Leitfähigkeit als die Basisschicht hat, wobei ein Übergang zwischen der Halbleiterschicht und der Kollektor­ schicht einen p-n-Diodenübergang bildet; eine Kollektor­ elektrodenschicht, die auf einer zweiten Oberfläche der Kollektorschicht ausgebildet ist; eine Emitterelektroden­ schicht, die auf einer Oberfläche der Emitterschicht aus­ gebildet ist; eine Basiselektrodenschicht, die auf einer Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet ist; eine Isolierschicht, die auf einem Teil der ersten Oberfläche ausgebildet ist, welche die Basisschicht umgibt; und eine Feldplattenelektrodenschicht, die auf einem Teil einer Oberfläche der Isolierschicht ausgebildet ist, wobei ein Teil der Isolierschicht sandwichartig zwischen der Feld­ plattenelektrodenschicht und der Kollektorschicht liegt.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Leistungs­ transistors;
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild des Leistungstransistors gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Transistors mit eingebauter Begrenzungsdiode;
Fig. 4 ein Ersatzschaltbild des Transistors mit Begrenzungs­ diode gemäß Fig. 3;
Fig. 5 eine Begrenzungsspannungscharakteristik des Transistors gemäß Fig. 3; und in
Fig. 6 eine Schnittansicht zur Erläuterung des Aufbaus einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung.
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung des Aufbaus eines Transistors mit eingebauter Begrenzungsdiode gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von dem herkömmlichen Leistungstransistor mit eingebauter Begrenzungsdiode gemäß Fig. 3 dadurch, daß eine Feldplatte 9 a aus Aluminium, die auf einem Kanaltrenn­ bereich 8 ausgebildet ist, sich auf einer Siliciumoxid­ schicht 10 a von einer Position, die der Innenkante des Kanaltrennbereiches 8 entspricht, zu einem Transistorbereich hin mit einer vorgegebenen Größe LB ausdehnt, wobei LB bei dieser Ausführungsform einen Wert von etwa 100 bis 200 µm hat.
Im übrigen ist der Aufbau der gleiche wie bei einem herkömm­ lichen Leistungstransistor. Das Ersatzschaltbild ist ähnlich wie in Fig. 4, mit der Abweichung, daß eine Begrenzungs­ spannung in der Einrichtung nicht nur durch die spezifische Durchbruchspannung der Diode Di gesteuert wird, sondern auch durch die Ausdehnung der Feldplatte 9 a.
Eine n⁺-Typ Diffusionsschicht 2 ist auf einer ersten Haupt­ fläche 101 eines n--Typ Substrats 1 aus Silicium ausgebildet und bildet einen gemeinsamen Kollektor für die beiden Tran­ sistoren Q 1 und Q 2. Eine Aluminiumschicht 3 ist auf einer Oberfläche der n⁺-Typ Diffusionsschicht 2 ausgebildet, und ein Kollektoranschluß C ist mit der Aluminiumschicht 3 verbunden.
Eine p-Typ Diffusionsschicht 4 ist in einem Teil einer zweiten Hauptfläche 102 des n--Typ Substrates 1 ausgebildet, um Basen für die beiden Transistoren Q 1 und Q 2 zu bilden. Es sind n⁺-Typ Diffusionsschichten 5 a und 5 b in einer Ober­ fläche 401 der p-Typ Diffusionsschicht 4 ausgebildet, um Emitter für die Transistoren Q 1 bzw. Q 2 zu bilden.
Ein p⁺-Typ Diffusionsbereich 11 ist in einem Teil der Ober­ fläche 401 ausgebildet, um einen p-Typ Bereich einer p-n- Flächendioe Di zu bilden, und ihre untere Oberfläche liegt dem n--Typ Substrat 1 gegenüber. Infolgedessen besteht die p-n-Flächendiode Di aus dem p⁺-Diffusionsbereich 11, dem n--Typ Substrat 1 und der n⁺-Typ Diffusionsschicht 2. Dieser p⁺-Typ Diffusionsbereich 11 steht mit der p⁺-Typ Diffusions­ schicht 4 in Kontakt und hat eine inselförmige Gestalt, die von der p-Typ Diffusionsschicht 4 umgeben ist.
Ein Schutzring 7 aus p-Typ Silicium ist in der zweiten Hauptfläche 102 in dem Bereich ausgebildet, der die p-Typ Diffusionsschicht 4 umgibt. Ferner ist ein Kanaltrennbereich 8 aus n⁺-Typ Silicium mit ringförmiger Gestalt in der zweiten Hauptfläche 102 im Umfangsbereich des Halbleiter­ chips ausgebildet, der die Schichten 1, 2, 4, 5 a, 5 b und 7 und 8 aufweist. Eine Siliciumoxidschicht 10 a ist als Isolierung über der zweiten Hauptfläche 102 und einer Oberfläche des Schutzringes 7 zwischen der p-Typ Diffusionsschicht 4 und dem Kanaltrennbereich 8 ausgebildet. Die Feldplattenelektro­ de 9 a überdeckt einen Teil der Siliciumoxidschicht 10 a, so daß dieser Teil der Siliciumoxidschicht 10 a sandwichartig zwischen der Feldplattenelektrode 9 a und dem n--Typ Substrat 1 liegt.
Eine Siliciumoxidschicht 10 b ist auf einem Teil der Ober­ fläche 401 der p-Typ Diffusionsschicht 4 zwischen dem p⁺-Typ Diffuionsbereich 11 und der n⁺-Typ Diffusionsschicht 5 a ausgebildet. Eine Siliciumoxidschicht 10 c ist über einer Grenze zwischen der n⁺-Typ Diffusionsschicht 5 a und einem p-Typ Zwischenbereich 4 a ausgebildet, der einem Teil der p-Typ Diffusionsschicht 4 entspricht und zwischen den Transistoren Q 1 und Q 2 liegt. Ferner ist eine Silicium­ oxidschicht 10 d über eine Grenze zwischen dem p-Typ Zwischenbereich 4 a und der n⁺-Typ Diffusionsschicht 5 b vorgesehen.
In dem Transistor Q 1 ist eine Aluminiumschicht 6 a auf den Oberflächen der n⁺-Typ Diffusionsschicht 5 a, der Silicium­ oxidschicht 10 c und dem p-Typ Zwischenbereich 4 a vorgesehen. Der Emitter 5 a des Transistors Q 1 ist nämlich mit der Basis 4 bzw. 4 a des Transistors Q 2 durch die Aluminiumschicht 6 a verbunden.
Beim Transistor Q 2 ist eine Aluminiumschicht 6 b auf den Oberflächen der n⁺-Typ Diffusionsschicht 5 b und der p-Typ Diffusionsschicht 4 vorgesehen, die mit einem Emitteran­ schluß E zu verbinden ist. Der Emitter 5 b des Transistors Q 2 ist nämlich mit dem Emitteranschluß E auf diese Weise ver­ bunden. Ferner ist eine Aluminiumschicht 6 c auf einer Ober­ fläche des p⁺-Typ Diffusionsbereiches 11 vorgesehen, die an den Basisanschluß B angeschlossen ist.
Bei einem derartigen Transistor erfolgt die Stoßspannungs­ begrenzung folgendermaßen:
Wenn eine Stoßspannung, die zwischen dem Kollektor C und dem Emitter E anliegt, anzusteigen beginnt, so sind ein Kollek­ tor-Basis-Übergang 20 sowie die p-n-Flächendiode Di in Sperrichtung vorgespannt. Wenn der Kollektor-Basis-Übergang 20 derart in Sperrichtung vorgespannt ist, so breitet sich eine Verarmungsschicht im wesentlichen in dem n---Typ Sub­ strat 1 aus, so daß nahezu die gesamte angelegte Spannung von dieser Verarmungsschicht ausgehalten wird.
Wenn die Verarmungsschicht sich weiter ausbreitet und den Schutzring 7 infolge der Erhöhung der Stoßspannung erreicht, wird ein elektrisches Potential in dem Schutzring 7 indu­ ziert, so daß die Verarmungsschicht sich von dem p-n-Über­ gang aus dem zum n--Typ Substrat 1 ausbreitet, so daß ein Teil der Stoßspannung von dem Schutzring 7 ausgehalten wird. Die Verarmungsschicht breitet sich infolge einer weiteren Zu­ nahme der Stoßspannung weiter aus. Wenn die Umgebungstempe­ ratur relativ niedrig ist, wird die Stoßspannung auf die Durchbruchspannung VR in Sperrichtung der p-n-Flächendiode Di begrenzt.
Wenn andererseits die Umgebungstemperatur so angestiegen ist, daß die Durchbruchspannung VR in Sperrichtung der p-n- Flächendiode in Abhängigkeit von ihrer Temperaturabhängig­ keit zugenommen hat, so breitet sich die Verarmungsschicht weiter aus, wie es mit einer gestrichelten Linie d in Fig. 6 angedeutet ist. Die Verarmungsschicht erreicht schließlich einen Endbereich der Feldplatte 9 a, wie es mit einer strichpunktierten Kettenlinie e angedeutet ist. Da ein positives Potential an die Feldplatte 9 a gegenüber dem Emitteranschluß E angelegt ist, über die Feldplatte 9 a einen Einfluß auf den Oberflächenbereich des n--Typ Substrats aus, der sich unmittelbar unter der Siliciumoxidschicht 10 a befindet, so daß die Ausbreitung der Verarmungsschicht blockiert wird.
Infolgedessen kann sich die Verarmungsschicht nicht ausreichend ausbreiten, auch wenn die Umgebungstemperatur weiter ansteigt, so daß die Durchbruchspannung VR der p-n- Flächendiode Di zunimmt. Somit wird die Feldstärke in einem Plattenkantenbereich 1 B des n--Typ Substrats 1 erhöht, der sich unmittelbar unter einem Endbereich der Feldplatte 9 a befindet, und der Durchbruch beginnt im Plattenkantenbereich 1 B aufzutreten, bevor er in der p-n-Flächendiode Di erfolgt. Wenn nämlich die Umgebungstemperatur weiter ansteigt, wird die Stoßspannung durch die Funktion der Feldplatte 9 a begrenzt, bevor die Stoßspannung die Durchbruchspannung VR in Sperrichtung der p-n-Flächendiode Di erreicht.
Da die Temperaturabhängigkeit der Durchbruchspannung auf­ grund der Funktion der Feldplatte 9 a etwa ein Drittel bis ein Viertel von der der p-n-Flächendiode Di ist, wird die Temperaturabhängigkeit der Begrenzungsspannung insgesamt auf etwa die Hälfte reduziert, verglichen mit dem Fall, wo die p-n-Flächendiode Di allein vorhanden ist.
Obwohl die obige Ausführungsform im Zusammenhang mit einem Darlington-Leistungstransistor beschrieben worden ist, ist die vorliegede Erfindung auch anwendbar auf andere Arten von Transistoren mit eingebauten Begrenzungsdioden.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung wird die Stoß­ spannung nicht nur durch eine p-n-Flächendiode begrenzt, die zwischen Kollektor und Basis eines Transistors dazwischen­ geschaltet sind, sondern auch durch eine Feldplatte, die sich von einem Kanaltrennbereich aus zu einem inneren Bereich hin erstreckt, wo der Transistor ausgebildet ist. Infolgedessen kann die Stoßspannung aufgrund der Funktion der Feldplatte auf einen relativ niedrigen Pegel begrenzt werden, bevor die Durchbruchspannung der Begrenzungsdiode in Sperrichtung erreicht wird, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt, um die Durchbruchspannung in Sperrichtung zu erhöhen. Somit kann in überraschend einfacher Weise ein Transistor mit eingebauter Begrenzungsdiode und geringer Temperaturabhängigkeit hinsichtlich der Begrenzungsspannung realisiert werden, ohne daß man eine p-n-Flächendiode vom Punch-through-Typ verwenden muß.

Claims (5)

1. Halbleiteranordnung, gekennzeichnet durch
  • a) einen Halbleiterchip mit
    • - einer Kollektorschicht (2) von einem ersten Leitfähig­ keitstyp,
    • - mit einer Basisschicht (4) von einem zweiten Leitfähig­ keitstyp, die in einem Teil einer ersten Oberfläche (102) der Kollektorschicht (2) ausgebildet ist,
    • - mit einer Emitterschicht (5 a, 5 b) vom ersten Leitfähig­ keitstyp, die in einem Teil einer Oberfläche der Basis­ schicht (4) ausgebildet ist, und
    • - mit einer Halbleiterschicht (11) vom zweiten Leitfähig­ keitstyp, die in einem anderen Teil der ersten Ober­ fläche (102) ausgebildet ist, wobei die Halbleiter­ schicht (11) mit der Basisschicht (4) in Kontakt steht und eine höhere Leitfähigkeit hat als die Basisschicht (4), wobei der Übergang zwischen der Halbleiterschicht (11) und der Kollektorschicht (4) eine p-n-Flächendiode bildet;
  • b) eine Kollektorelektrodenschicht (3), die auf einer zweiten Oberfläche (101) der Kollektorschicht ausgebildet ist,
  • c) eine Emitterelektrodenschicht (6 a, 6 b), die auf einer Oberfläche der Emitterschicht (5 a, 5 b) ausgebildet ist,
  • d) eine Basiselektrodenschicht (6 c), die auf einer Ober­ fläche der Halbleiterschicht (11) ausgebildet ist,
  • e) eine Isolierschicht (10 a, 10 b, 10 c, 10 d), die auf einem Teil der ersten Oberfläche (102) um die Basisschicht (4) herum ausgebildet ist, und
  • f) eine Feldplatten-Elektrodenschicht (9 a), die auf einem Teil der Oberfläche der Isolierschicht (10 a, 10 b, 10 c, 10 d) ausgebildet ist, wobei ein Teil (10 a) der Isolierschicht sandwichartig zwischen der Feldplatten-Elektrodenschicht (9 a) und der Kollektorschicht (2) ausgebildet ist.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorschicht (2) folgendes aufweist:
  • - eine erste Kollektorschicht (2), die sich unter der Kollektor- Elektrodenschicht (3) befindet, und
  • - eine zweite Kollektorschicht (1), die sich zwischen der ersten Kollektorschicht (2) und der Basisschicht (4) sowie zwischen der ersten Kollektorschicht (2) und der ersten Oberfläche (102) befindet, wobei die zweite Kollektorschicht eine geringere Leitfähigkeit hat als die erste Kollektor­ schicht (2).
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanaltrennbereich (8) vom ersten Leitfähigkeitstyp in einem Teil der ersten Oberfläche im Unfangsbereich der zweiten Kollektorschicht (1) ausgebildet ist, wobei der Kanaltrennbereich (8) eine höhere Leitfähigkeit hat als die zweite Halbleiterschicht (1), und daß die Feldplatten-Elektroden­ schicht (9 a) über den Oberflächen des Kanaltrennbereiches (8) und der Isolierschicht (10 a) ausgebildet ist.
4. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzring (7) vom zweiten Leitfähigkeitstyp unter der Isolierschicht (10 a) und in einem Zwischenbereich der zweiten Kollektorschicht (2) ausgebildet ist, der sich zwischen der Basisschicht (4) und dem Kanaltrennbereich (8) befindet.
5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Emitterunterschicht in einem Teil der Oberfläche der Basisschicht (4) vorgesehen und durch die Basisschicht (4) von der Emitterschicht (5 a, 5 b) getrennt ist,
daß eine interne Elektrodenschicht auf einer Oberfläche der Emitterunterschicht und einem Teil der Oberfläche der Basis­ schicht ausgebildet ist, so daß aus der Kollektorschicht (2), der Basisschicht (4), der Emitterschicht (5 a, 5 b), der Emitter­ unterschicht und der internen Elektrodenschicht eine Darlington­ schaltung gebildet wird.
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