DE1514855C3

DE1514855C3 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE1514855C3
Application number: DE1514855A
Authority: DE
Inventors: Roy William Dallas Tex. Stiegler Jun. (V.St.A.)
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1964-08-20
Filing date: 1965-08-20
Publication date: 1974-01-24
Also published as: NL6510931A; DE1514855B2; DE1789119A1; DE1789119C3; MY6900229A; DE1514855A1; DE1789119B2; US3491273A; CA956038A; GB1113344A

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitergrundkörper, in dem mindestens ein elektronisches Bauelement vorgesehen ist, mit metallischen Verbindungsleitungen, die verschiedene Teile des Bauelements bzw. der Bauelemente miteinander verbinden und die von der Oberfläche des Grundkörpers durch eine nichtleitende Schicht isoliert sind.

. Ein in der Halbleitertechnologie seit langem vorliegendes Problem ist der Abbau von in Sperrichtung vorgespannten pn-Übergängen in Vorrichtungen, welche hohen Betriebstemperaturen unterliegen. Der zu diesem Abbau am meisten beitragende Faktor ist die Oberflächeninversion, nämlich die Tendenz des Halbleitermaterials, an der Oberfläche sich von einem Leitungstyp in den entgegengesetzten Leitungstyp umzuwandeln. Dieser Effekt herrscht insbesondere in p-Silizium mit aufgebrachter Siliziumoxydschicht vor, wobei die Oberfläche dazu neigt, sich in n-Süizium zu verwandeln. Da ferner der Kollektor-Basis-Übergang eines Transistors stark in Sperrichtung vorgespannt ist und die Kollektorzone gewöhnlich schwächer als Basis und Emitter dotiert ist, tritt der schädliche Effekt der Oberflächeninversion am stärksten in der Kollektor-Basis-Kennlinie von pnp-Silizium-Planar-Transistoren in Erscheinung. Die Inversion wird durch stärkere Dotierung der p-Kollektorzone reduziert, jedoch beschränkt dies den Transistor auf niedere Kollektor-Basis-Durchbruchsspannungen. Zu einer teilweisen Lösung des Inversionsproblems führt die Verwendung eines einen hohen Widerstand besitzenden p-Materials für den Kollektor und die anschließende Bildung einer stark dotierten ρ+ -Zone in der Nähe der Grundkörperoberfläche in der Kollektorzone, die die Basiszone umgibt, jedoch im Abstand von dieser liegt (vgl. z. B. kanadische Patentschrift 667 423 und die Zeitschrift »Internationale Elektronische Rundschau«, 1964, Heft 8, S. 423 bis 426). Bei diesem Aufbau wird die ρ+ -Zone als »Schutzring« (guard ring) bezeichnet, obwohl in manchen Fällen dieser Bereich nicht ring- oder kreisförmig, sondern vielmehr quadratisch oder rechteckig ist. In jedem Falle liegt jedoch eine in sich geschlossene Konfiguration vor. Der Schutzring verlangsamt den auf der Oberflächeninversion beruhenden Abbau des pn-Übergangs und ermöglicht trotzdem, daß die Kollektorzone einen hohen Widerstand besitzt, so daß die Durchbruchsspannung in Sperrichtung hoch sein kann.

Obwohl der Schutz- oder Sicherheitsring sich bei konventionellen Transistoren als sehr wirksam erwiesen hat, verliert er seine Wirksamkeit, wenn metallische Streifen auf die Siliziumoxydschicht aufgebracht werden, die die Oberfläche der Halbleitervorrichtung bedeckt, wie dies bei integrierten Schaltungen für die Zwischenverbindungen und bei Transistoren mit breiten Kontakten (expanded contacts) notwendig und beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 2 972 092 und der französischen Patentschrift 1 262 176 bekannt ist. Der Leitungsstreifen begünstigt die Bildung einer Inversionsschicht an der Grundkörperoberfläche, wenn er in bezug auf das darunterliegende Halbleitermaterial stark positiv vorgespannt ist. Dabei wird eine starke Konzentration an Elektronen (η-Typ Ladungsträger) im Silizium dicht unter dem Streifen erzeugt. Es entsteht also in Wirklichkeit eine n + -Zone und dort, wo diese an den ρ+ -Sicherheitsringbereich angrenzt, ergibt sich ein ρ+ /η+ -Übergang. Ein solcher Übergang zeigt von Natur aus eine sehr niedrige Durchbruchsspannung in Sperrichtung und wirkt praktisch als Kurzschluß. Der durch die Felder der über dem Halbleitermaterial laufenden Verbindungsleitungen bzw. Elektroden bewirkte Effekt ist dabei so stark, daß er bei einer, bekannten Halbleiteranordnung zu deren Steuerung verwendet wurde (britische Patentschrift 954 947). Es ist bereits vorgeschlagen worden (deutsche

ίο Offenlegungsschrift 1 539 070), zur Vermeidung von Oberflächenströmen auf der Isolierschicht im Bereich des pn-Übergangs eine elektrisch leitende Schicht anzuordnen, die mit dem als Elektrodenanschluß dienenden Kontakt zu einem oder an den pn-übergang angrenzenden Bereiche in elektrisch leitender Verbindung steht.

Aufgäbe der Erfindung ist es, die Einflüsse der Oberflächeninversion bei Halbleitervorrichtungen zu reduzieren.

Dies wird bei einer Halbleitervorrichtung der einleitend beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jeweils zwischen den Verbihdungsleitungen und der Oberfläche des Grundkörpers ein elektrisch leitendes Abschirmelement liegt, das mit einem Oberflächenbereich des Grundkörpers, der im Abstand vom elektronischen Bauelement bzw. einer Grenzfläche desselben angeordnet ist, elektrisch leitend verbunden ist.

Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Abschirmelement aus einem Kontaktteil, der mit einem das Bauelement bzw. einen durch Grenzflächen abgegrenzten Bereich desselben längs einer geschlossenen Kurve umgebenden Oberflächenbereich des Grundkörpers elektrisch leitend verbunden ist und sich längs dieser geschlossenen Kurve erstreckt und aus einem Abschirmteil, der auf der gesamten Länge des Kontaktteils quer zu diesem verläuft und im Abstand von der Grundkörperoberfläche angeordnet ist, besteht.

Bei einer Halbleitervorrichtung dieser Art mit einem in einem Grundkörper aus monokristallinem Silizium erzeugten pnp-Planar-Transistor als Bauelement, dessen Kollektor-, Basis- und Emitterzone über- und ineinanderliegend an eine Oberfläche des Grundkörpers angrenzen, die ,mit Ausnahme von Kontaktbereichen von einer Siliziumoxydschicht abgedeckt ist, hat es sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Abschirmelement mit seinem Kontaktteil mit einem die Basiszone im Abstand umgebenden, geschlossenen, zur Kollektorzone gehörigen Oberflächenbereich elektrisch leitend verbunden ist, daß der Abschirmteil oberhalb der Siliziumoxydschicht liegt, daß die letztere und der Abschirmteil von einer zweiten isolierenden Schicht bedeckt sind und daß elektrische Verbindungsleitungen zur Basis- und zur Emitterzone vorgesehen sind, die auf der Oberseite der zweiten isolierenden Schicht verlaufen. Besonders günstig ist dabei eine Ausführungsform, bei der das Abschirmelement oberhalb mit seinem Kontaktteil mit einem gegenüber dem darunterliegenden Material höher dotierten Bereich elektrisch leitend verbunden ist.

Als besonders vorteilhaft hat sich ferner ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen HaIbleitervorrichtungen erwiesen, bei dem unter Benutzung einer Siliziumoxydschicht als Maske Dotierungsmaterial in einen Halbleiterkörper eindiffundiert wird, um mindestens eine Zone von gegenüber dem dar-

unterliegenden Material entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp zu erzeugen, und bei dem die Siliziumoxydschicht in einem geschlossenen, die Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps im Abstand umschließenden Bereich entfernt wird, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem geschlossenen Bereich und längs dessen gesamtem Umfang in einem sich daran anschließenden Bereich oberhalb der Siliziumoxydschicht ein als Abschirmelement dienender Metallfilm aufgebracht wird, der in dem geschlossenen Bereich an der Grundkörperoberfläche elektrisch leitend verbunden ist, daß zumindest oberhalb des Metallfilms eine zweite Siliziumoxydschicht abgeschieden wird, daß ein Kontaktbereich der Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps von dem Siliziumoxyd befreit wird und daß dann eine den Kontaktbereich bedeckende und außerhalb desselben oberhalb der zweiten Siliziumoxydschicht verlaufende, streifenförmige, elektrisch leitende Zuleitung erzeugt wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen bekannter und erfindungsgemäßer Halbleitervorrichtungen sowie einer Vorrichtung zur Herstellung derselben näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines Schnitts durch einen bekannten Transistor,

F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt eines Teils des Transistors gemäß Fig. 1,

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung eines Schnitts durch einen Transistor mit erfindungsgemäßem Abschirmelement,

F i g. 4 einen vergrößerten Schnitt eines Teils des Transistors gemäß F i g. 3,

F i g. 5 bis 8 Schnitte des Transistors gemäß F i g. 3 während aufeinanderfolgender Fertigungsstufen,

F i g. 9 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung des Transistors gemäß Fig. 3 teilweise im Schnitt und

Fig. 10 bis 12 perspektivische Darstellungen von Schnitten durch weitere Ausführungsformen von Halbleitervorrichtungen gemäß der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein bekannter, epitaxial gewachsener pnp-Planar-Transistor mit einem Sicherheitsring dargestellt, der den Einflüssen der Oberflächeninversion entgegenwirkt. Der Transistor umfaßt einen Siliziumgrundkörper 10 mit einem stark p-dotierten Träger 11 und einer leicht p-dotierten epitaxialen Schicht 12. Im Mittelteil der Schicht 12 ist ein n-leitender Basisbereich 13 ausgebildet. Ein kleiner kreisförmiger Emitterbereich 14 des p-Typs ist im Basisbereich exzentrisch ausgebildet und läßt Raum für einen Basiskontakt. Basis- und Emitterbereich werden gewöhnlich durch aufeinanderfolgende Diffusionsvorgänge gebildet, wobei eine Siliziumoxydmaskierung Anwendung findet, wie sie in der USA.-Patentschrift 3 122 817 beschrieben ist. Das zum Zwecke der Maskierung gebildete Siliziumoxyd, das auch während der Eindiffundierung der Verunreinigungen vorhanden ist, bleibt auf der Oberfläche des Grundkörpers 10 als Siliziumoxydbelag 15 erhalten, der, wie dargestellt, eine abgestufte Konfiguration unterschiedlicher Dicke besitzt, was auf das sukzessive Entfernen des Oxydes bei der Ausbildung der verschiedenen Bereiche zurückgeht. Verschiedene Oberflächeneffekte, einschließlich der Gegenwart dieses Oxydbelages 15, haben die Neigung, die darunterliegende Fläche des p-Bereiches 12 zu veranlassen, sich in einen n-Leitfähigkeitsbereich zu verwandeln, d. h. eine dünne, der Oberfläche benachbarte Schicht im Silizium zu bilden, die einen Überschuß an freien Ladungsträgem in Form von Elektronen enthält. Aus diesem Grunde wird in bei dem bekannten Transistor ein stark dotierter, ringförmiger ρ+-Bereich 16 in der oberen Fläche der Platte gebildet. Dieser Bereich 16, der als Schutzring bezeichnet wird, kann gleichzeitig mit dem Emitter durch Diffusion hergestellt werden. Die

ίο Basis- und Emitterkontakte am Transistor werden durch Metallstreifen 17 und 18 gebildet, die durch in den Oxydbelag 15 eingeätzte Öffnungen hindurchgreifen und eine ohmsche Verbindung zu den entsprechenden Bereichen herstellen. Die Streifen enden weiterhin in vergrößerten Anschlußstücken 19 und 20. Diese breiten oder expandierten Kontakte sind bei Hochfrequenzvorrichtungen notwendig, da die aktiven Bereiche extrem klein sind. So hat in manchen Fällen der Emitter eine Fläche von lediglich einigen hundertstel Millimetern. Wenn die Kontakte in solchen Fällen nicht größer als die aktiven Bereiche sind, ist es praktisch unmöglich, an ihnen Drahtzuleitungen zu befestigen. Aus diesem Grunde werden die breiten Kontakte mit den vergrößerten Anschlußstücken benötigt. Der Transistor der F i g. 1 wird dadurch vervollständigt, daß der Träger 11 auf einer Metallplatte 21, nämlich einer Grundplatte, befestigt wird, die gleichzeitig die Kollektorelektrode bildet, und daß Zuleitungsdrähte mit den Anschlußstücken 19 und 20 verbunden werden.

Im Betrieb des Transistors gemäß F i g. 1 werden zwischen Basis und Kollektor und zwischen Emitter und Kollektor Vorspannungen angelegt, und zwar häufig bei hohen Temperaturen. Dies führt zu einem Durchbrach oder Kurzschluß der Vorrichtung, so daß diese unbrauchbar wird, ausgenommen bei niederen Betriebsvorspannungen und/oder niederen Betriebstemperaturen. Dieser Durchbruch wird durch einen Vorgang veranlaßt, welcher im Bereich dicht an der ringförmigen Zone 16 auftritt, was nun im einzelnen erörtert werden soll.

F i g. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils der F i g. 1 unterhalb des breiten Basiskontaktes 17. Man erkennt, daß ein flacher Kanal 23 unterhalb der Oxydschicht 15 ausgebildet ist. Dieser Kanal, auch Inversionsschicht genannt, besitzt eine ziemlich hohe Ladungsträgerkonzentration, nämlich Elektronen im vorliegenden Fall, so daß er η-Leitfähigkeit besitzt. Stark dotiertes p-Silizium läßt sich nicht leicht in η-Silizium verwandeln. Deshalb verhütet der ringförmige Bereich 16 Fehler, da der Kanal 23 von der Basis zum Kollektor nicht kontinuierlich ist. Dieser Aufbau ist so lange wirksam, als breite oder expandierte Kontakte nicht zur Anwendung kommen.

Der Metallstreifen 17, welcher von der Basis 13 quer über den Kollektorbereich verläuft, verursacht ein elektrisches Feld E im Dielektrikum und an der Siliziumoberfläche, was auf die Kollektor-Basis-Vorspannung zurückgeht. Dieses Feld steigert die Konzentration der freien Ladungsträger im Kanal 23, so daß in Wirklichkeit eine η+ -Zone entsteht. Der Übergang zwischen dem Ringbereich 16 und dem Kanal 23, insbesondere der Übergang 24, welcher in Sperrichtung vorgespannt ist, bricht nun sehr leicht durch, da er an beiden Seiten eine hohe Ladungsträgerkonzentration aufweist. Diese nachteiligen Einflüsse der expandierten Kontakte werden bei Anwesenheit von Wärme noch gesteigert, wobei die

Wärme nicht nur das Bestreben hat, die Inversion an der Sihziumoberfläche zu erhöhen, sondern auch ein permanentes elektrisches Feld im Dielektrikum erzeugen kann, welches auf den Elektret-Effekt zurückgeht.

Bei einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung wird ein Durchbruch im Sperrbereich auf Grund der oben diskutierten Effekte dadurch verhütet, daß der kritische Bereich in der Nähe der Ringzone gegen das elektrische Feld abgeschirmt wird. Wie aus F i g. 3 hervorgeht, wird diese Abschirmung durch ein zusätzliches Abschirmelement verwirklicht, das unterhalb der expandierten oder breiten Zuleitungen angeordnet ist.

F i g. 3 zeigt einen ebenen, epitaxial gewachsenen pnp-Transistor ähnlich F i g. 1. Wie oben umfaßt auch hier der Transistor einen Grundkörper 30 mit einem stark dotierten Träger 31 und einer leicht dotierten, epitaxialen Schicht 32 des p-Typs. In der epitaxialen Schicht ist eine diffundierte Basiszone 33 des n-Typs und ein diffundierter Emitter-Bereich 34 des p-Typs ausgebildet. Ein stark dotierter ρ+-Bereich 36 umgibt die Basiszone an der Oberfläche des Grundkörpers, um auf diese Weise die unerwünschten Einflüsse der Oberflächeninversion zu reduzieren. Zwei verschiedene isolierende Schichten aus Siliziumoxyd liegen auf der Oberfläche des Grundkörpers. Die erste dieser Schichten stellt eine Schicht 37 aus thermischem Oxyd dar, welche bei Ausbildung der Basis-Emitter-Zone und der ringförmigen Zone als Diffusionsmaske benutzt wird. Diese Schicht 37 besitzt eine abgestufte Konfiguration, was auf die Oxydbildung und dessen Entfernung, sowie auf die Abscheidung der Verunreinigungen während aufeinanderfolgender Fertigungsstufen zurückgeht. Neben dem thermischen Oxyd ist eine Schicht 38 aus pyrolytisch abgeschiedenem Siliziumoxyd auf der Oberfläche der Platte vorgesehen. Diese Schicht 38 dient dazu, die expandierten Kontakte von dem Abschirmelement zu isolieren. Elektrische Verbindungen für die Basis- und Emitter-Zone werden durch Metallstreifen 39 und 40 vermittelt, welche an der Siliziumfläche in Öffnungen anliegen, die durch die Oxydlagen hindurchgeätzt sind. Von da verlaufen die Streifen über das Oxyd heraus zu Anschlußstücken 41 und 42. Den inneren Rand des stark dotierten Bereiches 36 umgibt ein Abschirmelement 43. Das Abschirmelement liegt mit seinem Kontaktteil über eine Öffnung, die in die Oxydschicht 37 eingeätzt ist, am Bereich 36 an, wobei diese Verbindung als ohmscher Kontakt ausgebildet ist. Der Abschirmteil des Abschirmelementes liegt über der Oberseite des thermischen Oxydbelages 37 und ist nach innen, d. h. auf die Emitterzone zu, ausgerichtet. Das Abschirmelement 43 ist von den verbreiterten Zuleitungen 39 und 40 durch die pyrolytisch abgeschiedene Oxydschicht 38 elektrisch isoliert. Wie am besten aus der vergrößerten Darstellung gemäß F i g. 4 ersichtlich, wird der kritische Bereich 44 genau innerhalb des innersten Teils der Zone 36 gegen das elektrische Feld E abgeschirmt, welches dann entsteht, wenn der Kollektor-Basis-Übergang in Sperrichtung vorgespannt ist, d. h., wenn zwischen dem Streifen 39 und dem Kollektorbereich 31, 32 eine positive Spannung angelegt ist. Obgleich eine gewisse Inversion wegen der Anwesenheit des Siliziumoxydes auftreten kann, ist doch der Einfluß des elektrischen Feldes eliminiert. Dementsprechend vermittelt das erfindungsgemäße Abschirmelement insbesondere zusammen mit den Vorteilen des Sicherheitsringes 36 eine markante Verbesserung der Durchbruchsspannung bei erhöhter Temperatur.

Ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 3 wird nachstehend angegeben. Wie aus F i g. 5 ersichtlich, ist das Ausgangsmaterial für den Träger 31 eine quadratische Platte von etwa 762 mm Seitenlänge, welche in diesem Stadium lediglich ein

ίο noch nicht abgetrenntes Segment einer großen Scheibe aus monokristallinem Silizium des p-Typs ist, deren Durchmesser etwa 2,5 cm und deren Dicke etwa 254 mm beträgt. Eine Schicht 32 aus p-Material mit höherem Widerstand wird epitaxial auf die Oberfläche des Trägers aufgebracht. Hierauf wird eine erste Oxydschicht 37 über der epitaxialen Schicht 32 ausgebildet, und in der Oxydschicht 37 wird eine Öffnung 46 angebracht, was durch Fotoresist-Maskierung und Ätzung erfolgen kann. Der Grundkörper 30 mit dem Träger 31 und der epitaxialen Schicht 32 wird hierauf einem n-Diffusionsvorgang unterworfen, wobei eine Donatorverunreinigung, beispielsweise Phosphor, in die Oberseite des epitaxialen Bereiches 32 eindiffundiert wird, um auf diese Weise die Basiszone 33 zu bilden. Gleichzeitig bildet sich über der Öffnung 46 wieder Siliziumoxyd aus. Wie aus F i g. 6 hervorgeht, wird in dem wieder gewachsenen Teil der Oxydschicht 37 ein kleineres Loch 47 angebracht; außerdem wird eine periphere Öffnung 48 hergestellt. Beide Öffnungen werden mit Hilfe der gleichen Fotoresist-Maskierung und der gleichen Ätzoperation gewonnen. Die Scheibe wird hierauf einem Diffusionsvorgang des p-Typs unterworfen, während dessen Bor oder eine andere Akzeptor-Verunreinigung durch die Öffnungen in die Oberfläche hineindiffundieren. Gleichzeitig bildet sich das Oxyd wieder aus. Auf diese Weise entstehen die Emitterzone 34 und der Bereich 36 des peripheren Sicherheitsringes, wie dies in F i g. 7 dargestellt ist.

Die Vorrichtung ist nunmehr bereit zur Ausbildung des Abschirmelements. Zu diesem Zweck wird eine periphere Öffnung 49 in der Oxydschicht 37 ausgebildet. Ein Film aus leitendem Metall, beispielsweise Molybdän oder Chrom, wird über die gesamte Oberfläche der Platte oder der Scheibe abgeschieden. In der Öffnung 49 haftet dann Metall an der Siliziumfläche und bildet mit dieser einen ohmschen Kontakt. Das für das Abschirmelement verwendete Metall soll mit Silizium oder Siliziumoxyd bei den Temperatüren der anschließenden Oxydabscheidung möglichst nicht reagieren. Der Metallfilm wird in den Bereichen, wo er nicht benötigt wird, durch einen Fotoresist-Vorgang entfernt, so daß lediglich das Abschirmelement 43 verbleibt, das die Transistorbasiszone an der Oberfläche der Platte umgibt. Nunmehr müssen die expandierten Kontakte an die Basis- und Emitter-Bereiche angebracht werden. Da diese Kontakte über dem Abschirmelement 43 verlaufen, müssen entsprechende Isolierungsvorkehrungen getroffen werden. Dementsprechend wird die Schicht 38 aus Siliziumoxyd aufgebracht, vorzugsweise durch Abscheidung bei niedriger Temperatur aus dem Dampf einer Oxysilan-Verbindung in Gegenwart von Sauerstoff. Eine Vorrichtung für die Durchführung dieses bevorzugten Verfahrens der Oxydabscheidung ist in F i g. 9 dargestellt. Ein Rohrofen SO ist mit einem Heizelement 51 für die Aufrechterhaltung einer Temperatur von etwa 500° C im Innern des Ofens

versehen. Mehrere Scheiben werden in einem Schiffchen 52 in den Ofen eingebracht, wobei jede Siliziumscheibe zählreiche Grundkörper 30 in unterteilter Form enthält. Die Reaktionsgase werden in den Ofen durch eine Anordnung eingebracht, die eine Leitung 53 einschließt. Durch diese Leitung wird: mit einer Förderrate von etwa 0,03 m³ pro Minute Sauerstoff gedrückt. Das Gas perlt durch eine bestimmte Menge von flüssigem Tetraäthylorthosilikat 54 in einen Kolben 55,. in welchem ein Dampf des Oxysilans mitgenommen wird. Hierauf gelangt die Gasmischung über eine Leitung 56 in den Ofen. Weiterer Sauerstoff wird durch eine Leitung 57 in den Strom eingebracht, und zwar mit einer Förderrate von etwa 0,03 m^s pro Minute. Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann die Siliziumoxydschicht 38 mit einer Geschwindigkeit von 2000 AE pro Stunde abgeschieden werden, wobei eine Dicke von etwa 4000 AE für die vorliegenden Isolierungszwecke adäquat ist. Im Anschluß an die Abscheidung der Oxydschicht 38 werden Öffnungen 58 und 59 im Oxyd über den Basis- und Emitterzonen ausgebildet, um die Siliziumfläche zum Zwecke der Herstellung ohmscher Verbindungen mit diesen Transistorbereichen freizulegen. Ein Film aus Kontaktmetall wird anschließend über die gesamte Oberfläche in der Weise aufgedampft, daß das Metall haftet und einen nicht gleichrichtenden Kontakt mit der Siliziumoberfläche in den Öffnungen 58 und 59 herstellt. Hierauf wird nicht benötigtes Metall entfernt, so daß die erwünschten Kontakte, das verbreiterte Zuleitungsmuster, einschließlich der Streifen 39 und 40 sowie die Anschlußstücke 41 und 42 gemäß Fig. 3 verbleiben. Die Siliziumscheibe, in der eine große Anzahl von Vorrichtungen gemäß Fig. 3 ausgebildet sind, wird nunmehr angerissen und in einzelne Einheiten zerlegt, die anschließend auf Transistorgrundplatten 60 in üblicher Weise befestigt werden können. In diesem Stadium wird ein Kollektorkontakt erzeugt, der entweder durch die Lötung gebildet wird, die zur Befestigung des Grundkörpers 30 auf der Grundplatte benutzt wird, oder von der Grundplatte selbst oder von einem metallisierten Bereich einer keramischen Transistorpackung. Schließlich werden zu den Basis- und Emitteranschlußstückeii 41 und 42 Verbindungen durch kleine Golddrähte hergestellt, die zu geeigneten Haltern oder Elektroden in der Grundplatte verlaufen. Schließlich wird die Einkapselung dadurch vervollständigt, daß. an der Grundplatte eine Dose oder ein anderer Verschlußkolben befestigt wird.

Das Abschirnielement gemäß der Erfindung kann bei einer integrierten Halbleiterschaltung der in Fig. 10 gezeigten Art Anwendung finden. Die in Fig. 10 gezeigte Halbleitervorrichtung umfaßt einen Grundkörper 64 aus monokristallinem η-Silizium mit einem in dem Grundkörper ausgebildeten Transistor und einem Widerstand, wobei der Transistor einen Kollektorbereich 65. des p-Typs, einen Basisbereich 66 des η-Typs und einen Emitterbereich 67 des p-Typs einschließt, während der Widerstand eine isolierende Zone 68 des p-Typs und einen Bereich 69 des η-Typs umfaßt, wobei der letztere Bereich den eigentlichen Widerstand bildet. Selbstverständlich kann der gleiche Grundkörper sehr viel mehr Transistoren und Widerstände, wie auch andere Schaltkomponenten, beispielsweise Dioden und Kondensatoren, aufweisen. Zur Darstellung des Prinzips sind im vorliegenden Fall lediglich zwei Komponenten gezeichnet. Der Transistor ist vom Widerstand elektrisch durch einen pn-übergang in dem Grundkörper isoliert; der Kollektorbereich 65 ist vom Widerstand 69 durch drei derartige Übergänge zwischen den Bereichen 65, 64, 68 und 69 getrennt. Jedoch kann die Isolierung zwischen den Komponenten, wie auch die Isolation zwischen einer Komponente und dem Grundkörper 64, welcher gewöhnlich geerdet ist, durch die Bildung einer Oberflächeninversionsschicht

ίο verlorengehen, wie dies oben für einen Transistor bereits erörtert wurde. Um die Inversion zu reduzieren, enthalten die p-Bereiche ringförmige, stark dotierte ρ+-Bereiche 70 und 71. Dies allein kann sich jedoch als unzureichend erweisen, und zwar wegen der expandierten Kontakte und Verbindungen, wie dies untenstehend noch erörtert wird. Der Grundkörper 64 besitzt eine Siliziumoxydschicht 72, die die Oberfläche mit Ausnahme der Stellen bedeckt, wo ohmsche Kontakte hergestellt werden. Die Schicht 72 liegt in verschiedenen Dicken vor, was auf das benutzte Verfahren zur Herstellung der Transistor- und Widerstands-Bereiche zurückgeht, nämlich auf die aufeinanderfolgenden Abscheidungen und Diffusionen im Zusammenhang mit der Oxydmaskierung.

In der Oxydschicht72 werden.über den ρ+-Bereichen 70 und 71 ringförmige Öffnungen erzeugt. Kontaktmetall wird selektiv aufgebracht, so daß die Abschirmelemente 73 und 74 entstehen. Eine Oxydschicht 75 wird über den Abschirmelementen 73 und 74 abgeschieden, so daß diese von den sie überquerenden Zuleitungen isoliert sind. Die Schicht 75 wird bei relativ niederer Temperatur durch die oben im Zusammenhang mit Fig. 9 erläuterte Oxydabscheidetechnik gebildet. Öffnungen werden durch beide Oxydschichten 72 und 75 in den Bereichen erzeugt, wo Kontakte hergestellt werden müssen. Anschließend wird Metall selektiv über das Oxyd und in die Öffnungen eingebracht, um einen leitenden Streifen 76 für eine Verbindung zum Emitter herzustellen. Ein weiterer eingebrachter Streifen 77 dient der Kollektorverbindung, ein Streifen 78 der Verbindung zwischen der Transistorbasis und dem einen Ende des Widerstandes 69 und ein Streifen 79 der Verbindung mit dem anderen Ende des Widerstandes.

Im Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 10 können verschiedene Vorspannungsbedingungen herrschen, welche z. B. die Tendenz haben, die Isolierung zwischen den Komponenten auf Grund eines Kurzschlusses durch eine Inversionsschicht zu zerstören.

Wenn beispielsweise der Streifen 78 mit Bezug auf den Grundkörper 64 positiv ist, könnte für das linke Ende des Widerstands 69 die Neigung bestehen, einen Kurzschluß mit dem Grundkörper zu bilden, und zwar durch Inversion unterhalb des Streifens, falls das Abschirmelement 74 nicht zugegen ist. In gleicher Weise könnte unter diesen Bedingungen die Basis des Transistors mit dem Grundkörper einen Kurzschluß bilden. Wenn ferner die Leitung 78 in bezug auf den Kollektorbereich 65 positiv jedoch mit Bezug auf den Grundkörper negativ ist, könnte ein Kurzschluß in der anderen Richtung stattfinden, nämlich ausgehend vom Grundkörper zum Basisbereich 66. Aus diesem Grunde erstrecken sich die Abschirmelemente 73 und 74 in beiden Richtungen, ausgehend von dem Kontaktpunkt mit der Siliziumfläche.

Bei einer integrierten Schaltung unter Verwendung eines p-Trägers 80 und npn-Transistoren gemäß

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Fig. 11 umgibt ein Abschirmelement 81 den Kollektorbereich 82 über einer stark dotierten, ringförmigen Zone 83; dasselbe Abschirmelement kann andere benachbarte Komponenten, beispielsweise einen Widerstand 84 umgeben. Wie oben stellen Leitungsstreifen über pyrolytisch abgeschiedenem Oxyd Verbindungen zu den Bereichen des Transistors und Widerstandes her. Außerdem bilden diese Leitungsstreifen die Zwischenverbindungen zwischen den Komponenten. .

Zahlreiche Halbleitervorrichtungen des epitaxialen Typs verwenden einen p-Träger mit einer epitaxialen η-Schicht, in welcher die einzelnen Komponenten durch Diffusion ausgebildet werden. In einer integrierten Schaltung dieser Art, von der ein Beispiel in Fig. 12 dargestellt ist, arbeitet eine epitaxiale n-Schicht91 als Kollektor der npn-Transistoren 92 und 93, wobei die Basis und der Emitter in diese eindiffundiert ist. Zur Isolierung der Kollektorbereiche dieser Transistoren 92 und 93 bildet eine ρ+-Isolierungsdiffusion ein Netz von stark dotierten Bereichen. Selbst wenn diese Bereiche eine hohe Akzeptorkonzentration besitzen, besteht die Möglichkeit, daß die Oberfläche unter extremen Betriebsbedingungen zum n-Leitfähigkeitstyp invertiert, wo- as durch die Isolation zwischen den Komponenten zerstört wird. Deshalb umgibt ein Abschirmelement 95 jede Komponente über die stark dotierte Zone 94 hinweg. Das Abschirmelement 95 liegt an der Siliziumoberfläche in den Isolationsbereichen 94 an, verläuft von da über die thermische Oxydbeschichtung in beiden Richtungen und liegt über einem Teil des n-Bereiches 91, so daß auch die Inversion des η-Materials verhindert ist. Das gleiche Inversionsproblem würde in anderen epitaxialen Vorrichtungen mit expandierten Kontakten auftreten, beispielsweise in einem epitaxialen Basistransistor und einem epitaxialen Kanal-Feldeffekt-Transistor. In jedem Fall wird ein Abschirmelement über der ρ+-Isolierungsdiffusion angefügt, um einen auf Oberflächeninversiori zurückgehenden Kurzschluß zu verhüten.

Das erfindungsgemäße Abschirmelement bewirkt eine Reduzierung der auf elektrischen Feldern beruhenden Oberflächeninversion. In manchen Fallen kann ein solches Abschirmelement ohne stark dotierten Sicherheitsring Anwendung finden. In diesem Fall enthält der Transistor gemäß F i g. 3 keine starke Dotierung des Bereiches 36 sondern lediglich ein Abschirmelement 43. Der Bereich unter dem »Sicherheitsring« wird in diesem Fall von dem elektrischen Feld abgeschirmt und eine Oberflächeninversion ist merklich herabgesetzt.

Das Abschirmelement gemäß der Erfindung kann auch in anderen Halbleitervorrichtungen verwendet werden, als in den oben erläuterten Transistoren usw. So werden beispielsweise die Kenndaten im Sperrbereich einer Diode merklich durch die Anwendung eines erfindungsgemäßen Abschirmelements verbessert. Die Basis-Kollektor-Übergänge des hier beschriebenen Transistors können als Dioden betrachtet werden, wenn man die Emitter und Emitterkontakte ignoriert.

Vorstehend wurde in erster Linie die Verwendung eines Abschirmelements zur Vermeidung einer Verschlechterung der Halbleitereigenschaften auf Grund einer Inversion von p-Silizium herausgestellt, da dies das Material zu sein scheint, bei welchem der behandelte Effekt am meisten stört. Es tritt jedoch auch die Inversion von η-Silizium auf, und es ist selbstverständlich, daß die Prinzipien der Erfindung sich in gleicher Weise auch auf npn-Transistoren od. dgl. anwenden lassen, die in Aufbau und Wirkungsweise den erörterten pnp-Elementen entsprechen. Schwach dotiertes η-Silizium zeigt den Inversionseffekt ziemlich merklich; in mäßig dotiertem Silizium des n-Typs wird Inversion gewöhnlich nicht beobachtet. Bei dem Transistor gemäß F i g. 3 könnten die Kollektorbereiche 31 und 32 und der Emitterbereich 34 η-leitend und der Basisbereich 33 p-leitend sein. Der Sicherheitsring 36 würde dann n+ — anstatt p+ — leitend sein. Eine bezüglich des Kollektors negative Vorspannung der Basis würde unterhalb des Streifens ein Feld erzeugen, welches bestrebt wäre, eine positive Ladung in die Nähe der Siliziumöberfläche zu bringen. Auf diese Weise bestünde die Tendenz, die Oberfläche des η-Kollektors in eine Fläche des p-Typs zu verwandeln. Das Abschirmelement 43 würde dies verhindern, da es das Feld ebenso wie' in der pnp-Anordnung eliminieren würde.

Vorrichtungen, die aus anderen Halbleitermaterialien als Silizium bestehen, beispielsweise aus Germanium oder Ill-V-Verbindungen, können ebenfalls mit Vorteil durch Abschirmelemente gemäß der Erfindung verbessert werden. Silizium würde, lediglich als Beispiel gewählt, da der Inversionseffekt in diesem Material besonders stark auftritt.

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiter-. grundkörper, in dem mindestens ein elektronisches Bauelement vorgesehen ist, mit metallischen Verbindungsleitungen, die verschiedene Teile des Bauelements bzw. der Bauelemente miteinander verbinden und die von der Oberfläche des Grundkörpers durch eine nichtleitende Schicht isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen den Verbindungsleitungen (39, 40; 76 bis 79) und der Oberfläche des Grundkörpers (32; 64) ein elektrisch leitendes Abschirmelement (43; 73, 74) liegt, das mit einem Oberflächenbereich (36; 70, 71) des Grundkörpers (32; 64), der im Abstand vom elektronischen Bauelement bzw. einer Grenzfläche desselben angeordnet ist, elektrisch leitend verbunden ist.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmelement (43; 73, 74) aus einem Kontaktteil, der mit einem das Bauelement bzw. einem durch Grenzflächen abgegrenzten Bereich (33) desselben längs einer geschlossenen Kurve umgebenden Oberflächenbereich (36; 70, 71) des Grundkörpers (32; 64) elektrisch leitend verbunden ist und sich längs dieser geschlossenen Kurve erstreckt und aus einem Abschirmten, der auf der gesamten Länge des Kontaktteils quer zu diesem verläuft und im Abstand von der Grundkörperoberfläche angeordnet ist, besteht.

3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 und 2 mit einem in einem Grundkörper aus monokristallinem Silizium erzeugten pnp-Planar-Transistor als Bauelement, dessen Kollektor-, Basis- und Emitterzone über- und ineinanderliegend an eine Oberfläche des Grundkörpers angrenzen, die mit Ausnahme von Kontaktbereicheri

^; von einer Siliziumoxydschicht abgedeckt ist, da-

durch gekennzeichnet, daß das Abschirmelement (73) mit seinem Kontaktteil mit einem die Basiszone (66) im Abstand umgebenden, geschlossenen, zur Kollektorzone (65) gehörigen Oberflächenbereich (70) elektrisch leitend verbunden ist, daß der Abschirmten¹ oberhalb der Siliziumoxydschicht (72) liegt, daß die letztere und der Abschirmteil von einer zweiten isolierenden Schicht (75) bedeckt sind und daß elektrische Verbindungsleitungen (76, 78) zur Basis- (66) und zur Emitterzone (64) vorgesehen sind, die auf der Oberseite der zweiten isolierenden Schicht (75) verlaufen (Fig. 10).

4. Halbleitervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmelement (43; 73, 74) mit seinem Kontaktteil mit einem gegenüber dem darunterliegenden Material höher dotierten Bereich (36; 70, 71) elektrisch leitend verbunden ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, bei dem unter Benutzung einer Siliziumoxydschicht als Maske Dotie-

rungsmaterial in einen Halbleiterkörper eindiffundiert wird, um mindestens eine Zone von gegenüber dem darunterliegenden Material entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp zu erzeugen, und bei dem die Siliziumoxydschicht in einem geschlossenen, die Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps im Abstand umschließenden Bereich entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem geschlossenen Bereich und längs dessen gesamten Umfangs in einem sich daran anschließenden Bereich oberhalb der Siliziumoxydschicht ein als Abschirmelement dienender Metallfilm aufgebracht wird, der in dem geschlossenen Bereich mit der Grundkörperoberfläche elektrisch leitend verbunden ist, daß zumindest oberhalb des Metallfilms eine zweite Siliziumoxydschicht abgeschieden wird, daß ein Kontaktbereich der Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps von dem Siliziumoxyd befreit wird und daß dann eine den Kontaktbereich bedeckende und außerhalb desselben oberhalb der zweiten Siliziumoxydschicht verlaufende, streifenförmige, elektrisch leitende Zuleitung erzeugt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen