DE1789119B2 - Halbleiterbauelement. Ausscheidung aus: 1514855 - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit mindestens einem an die Oberfläche eines Halbleiterkörper mündenden pn-übergang, bei dem (diese Oberfläche des Halbleiterkörpers zumindest teilweise von einer Oxidschicht überdeckt ist und bei dem eine mit dem Halbleiterkörper in Kontakt stehende und teilweise oberhalb der Oxidschicht liegende Abschirmelektrode vorgesehen ist.

Ein in der Halbleitertechnologie seit langem vorliegendes Problem ist der Abbau von in Sperrichtung vorgespannten pn-Übergängen in Bauelementen, 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 I eitungstyp in den entgegengesetzten Leitungstyp umzuwandeln. Dieser Effekt herrscht insbesondere in p-Silizium mit aufgebrachter Siliziumoxidschicht vor, wobei die Oberfläche dazu neigt, sich in η-Silizium zu verwandeln. Da ferner der Kollektor-Basis-Übergang eines Transistors stark in Sperrichtung vorgespannt ist und die Kollektorzone gewöhnlich schwächer als Basis uiid 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-Durchbruchspannungen. Zu einer teilweisen Lösung des Inversionsproblems führt die Verwendung eines einen hohen Widerstand besitzenden p-Malerials für den Kollektor uiid die anschließende Bildung einer stark dotierten p-Zone in der Nähe der Grundkörperoberfläche in der Kollektorzone, die die Basiszone umgibt, jedoch im Abstand von dieser liegt (vgl. zum Beispiel kanadische Patentschrift 667 423 und die Zeitschrift »Internationale Elektronische Rundscnau«, 1964, Heft 8, S. 423 bis 426). bei diesem Aufbau wird die ρ4--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 Oberfläcbeninversion beruhenden Abbau des pn-Überganges und ermöglicht trotzdem, daß die Kollektorzone einen hohen Widerstand besitzt, so daß die Durchbruchspannung in Sperrichiung 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 Siliziumoxidschicht aufgebracht werden, die die Oberfläche des Halbleiterkörpers 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 1262176 bekannt ist. Der Leitungsstreifen begünstigt die Bildung einer Inversionsschicht an der Oberfläche des Halbleiterkörpers, 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 η+ -Zone und dort, wo diese an d^n ρ -f -Sicherheitsringbereich angrenzt, ergibt sich ein ρ +'11 +-Übergang. Ein solcher Übergang zeigt von Natur aus eine sehr niedrige Durchbruchspannung in Sperrichtung und wirkt praktisc' als Kurzschluß. Der durch die Felder der über der. Halbleitermaterial laufenden Verbindungsleitungt bzw. Elektroden bewirkte Effekt ist dabei so stark. daß er bei einem bekannten Halbleiterbauelement 7u dessen Steuerung verwendet wurde (britische Pateni schrift 954 947).

Ferner beschreibt die französische Patentschrift 1 361 215 bereits ein Halbleiterbauelement der eingangs beschriebenen Art, und zwar eine Diode, bei der ein Kontaktbereich derart ausgedehnt ist, daß er über pn-übergang an der Oberfläche des Halblnk-rkörpers hinausgreift. Das von dem Kontaktbereich ausgehende elektrische Feld soll dabei schädliche Einflüsse und Inversionsschichten an der Oberfläche des Halbleitermaterials unterhalb des Kontaktbereichs unterdrücken, so daß dieser bei der bekannten Diode außer der Kontaktierung auch noch als Abschirmelektrode dienen soll.

Es hat sich nun gezeigt, daß die Ausbildung von Kontakten als Abschirmelektroden gemäß der zitierten französischen Patentschrift nicht zu dem gewünschten Erfolg führt, da das Entstehen von schädlichen Inversionsschichten bei derartigen Abschirmelektroden nicht nur nicht unterdrückt wird, sondern je nach Polarität der angelegten Spannung sogar gefördert wird.

Ausgehend von obigem Stand der Technik wurde versucht, die Einflüsse der Oberflächeninversion bei Halbleiterbauelementen zu reduzieren, wobei für Halbleiterbauelemente mit einem Halbleitergrundkörper, in dem mindestens ein elektronisches Bauelement vorgesehen ist und die mit metallischen Verbindungsleitungen versehen sind, die verschiedene Teile des Bauelements bzw. der Bauelemente miteinander verbinden und die von der Oberfläche des Grundkörpers durch eine nichtleitende Schicht isoliert sind, der Vorschlag gemacht wurde (vgl. deutsche Patentschrift 1 514 855), dieses Problem dadurch zu lösen, daß jeweils zwischen den Verbindungsleitungen und der Oberfläche des Grundkörpers ein elektrisch lei-

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tendes Abschirmelement angeordnet wird, das mit bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Halbieiter-

einem Oberflächenbereich des Grundkörpers, der im bauelementes zeigt. <„,,«.c™»iit«i Anifi h

Abstand vom elektronsichen Bauelement bzw. einer Bei dem in der Zeichnung,*"7"M» ^

Grenzfläche desselben angeordnet -st, elektrisch lei- rungsbeispiel eines Halbleiterbauelementes handelt

tend verbunden ist. 5 es sich um einen pnp-Transistor _in emem H^bkUe

Bei der Entwicklung und Prüfung dieser Halb- körper 100 aus p-leitendem Silmum der

leiterbauelemenie stellte es sich heraus, daß auch bei den Kollektor des Transistors ^det. Der

Halbleiterbauelementen mit üblichen Kontakten des weist ferner einen Bassbereuu 101 aus ™^e,

nicht expandierten Typs, d.h. ohne Leitungsstreifen, Material auf sowie ^e»^nen _n^™"^e'fJe_S Halbleiter

die obeAalb von übergängen der Halbleiterbauele- i. p-leitendem Material, ^e Oberflache des Halbleiter

mente an der Oberseite einer Oxidbeschichtung ver- körpers ist von einer O^ctehU03b»deck t Der

laufen, eine Oberflächeninversion auftreten kann. Basiskontakt 104 und der Em tterkon^tlüa beste

Die Versuchsergebnisse legten den Schluß nahe, daß hen aus Metall, welches auJ *r OterUacne^aes

auch bei diesen Halbleiterbauelementen die Oberfl*- Halbleiterkörpers 100 m den durch die Otfnun e_n m

cheninversion auf Grund eines elektrischen Feldef- *₃ der Oxidschicht hindurch frei liegenden£««cheaab-

fektes auftritt, da sich ein elektrisches Feld selbst geschieden wurde. Auf der Ructa^e des^«γ

dann senkrecht zu der Oxidschicht aufzubauen körpers 100 ist e.n ebenfalls aus Metoll

schemt, wenn sich keine Metallstreifen über das Oxid ^^^^^JS^ $

Ohne daß es möglich gewesen wäre, die Vorgänge »o Sperrichtung angelegt wird,

im einzelnen genau aufzuklären, war doch anzuneh- 104 in bzug auf den ^^^^SS men, daß dieser Effekt auf eine Ionisierung der Dabei scheint sich wie berets eingangs eriautert Oberseite der Oxidschicht zurückgeht, welche die ein elektrisches Feld aufzubauen welches senkrech^ Bildung einer positiven Ladung ermöglicht, wenn die zu der Oxidschicht 103 genchet ist und zwar trotz Elektronen zum positiven Kontakt eines Halbleiter- ₂₅ der Tatsache daß keine Metallstreifen auf de MJber bauelements fließen. Die Oberfläche des unter dem seite des Ox.desangebracht^indEs^St ™>%™™?^ Oxid liegenden p-leitenden Siliziums kann dann na- daß dieser Effekt auf ^d« Ionisierung der Oberseite ,türlich bei einer entsprechenden Konzentration von der Oxidschicht »"^^^^,^KnS Elektronen auf der Oberseite der Oxidschicht inver- positiven Ladung ermöglicht wenn ^d»5 «ektr.onen tiert werden. Es wurde beobachtet, daß dieser Effekt 30 zu dem auf dnem positiveren Poten.al hegen den Ba^ mit steigender Temperatur zunimmt. siskontakt 104 fließen. Obwohl di■ P^h^^is^^en_

Die Oxidschicht kann, vielleicht durch Ionenwan- Ursachen fur die beobachteten Effekte nicht voll derung, einen polarisierten Zustand einnehmen, so ständig geklärt sind, wurde festgestellt' ^daJ ^d™_ daß das Feld und die Inversionsschicht auch dann bildung eines elektrischen Feldes und die h«raus^re erhalten bleiben, wenn die Vorspannung in Sperrich- 35 sultierende Inversion durch Anbringeη einer AD tung entfernt und die Temperatur abgesenkt wird. schirmelektrode 107 verhütet werden kan_n welche

Ausgehend von dem eingangs geschilderten Stand die Basiszone umgibt, jedoch«m,Abstand χ on ihr an der Technik lag der vorliegenden Erfindung auf geordnet ist Die Abschirmelektrode 107 ^ ^w Grund der vorstehend geschilderten Beobachtungen aus der Zeichnung ersichtlich 1st, .mλΧ to nun die Aufgabe zugrunde, auch für Halbleiterbau- 40 p-le.tenden S.hziums ™ KoHA^^rbJ^ J elemente der eingangs beschriebenen Art, d. h. auch ghnisto Kon^t jmd« rla uft von da _{u ch} für Halbleiterbauelemente, bei denen keine expan- Oxidschicht 103 hindurch zu deren "^™ diertcn Leitungen oberhalb von pn-übergängen an auf der Oberseite der ^'^'f^/^^Seder Oberseite einer Oxidschicht verlaufen, Maßnah- d. h. in Richtung auf den J^" ™^d. ^"^"^ der men vorzuschlagen, die geeignet sind, bei diesen 45 reich Die Gegenwart,der Abschirmel^trod^ju der Halbleiterbauelementen das Auftreten einer Oberflä- Ox.dflache verhütet die Ausb[^dun| cheninversion zu verhindern bzw. die ungünstigen bzw. d.e ^A.^u*''dungei^^ EinHüsse einer so.chen Oberflächeninversion _Zu re- ^tSSo^J^^SSi^^ Diese" Aufgabe wird nun durch ein Halbleiterbau- ₅o kurzgeschossen ist. Auf *« We*| Jjn" em Kanal element der "eingangs beschriebenen Art gelöst, wel- der die Basis ^^.^^^^^ chcs gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet der erläuterten Effekte kurzschließt, nicht ent eh« . ist daß dx Abschirmelektrode mit einem Bereich Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die Her-

Sser Oberfläche des Halbleiterkörper in Kontakt stellung eines Halbleiterbauelementes ,wenn -η steht der den pn-übergang bzw. die pn-Übergänge 55 der Notwendigkeit des Anbringender Abschirme ni Abstand umgibt und daß die Abschirmelektrode iektrode einmal absieht, in der dem Fachmann gelaud«Ä PÖÄ aufweist wie der mit ihr in Kon- figcn Weise erfolgt. Einzelheiten eine^ derart,^ takt stehende Oberflächenbereich des Halbleiterkör- Herstellungsverfahrens lassen s.d, b^»dsweise der

bereits erwähnten deutschen Patentscnritt 1314ö.o

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer 60 entnehmen, die ebenfalls auf eine Anmeldung der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur ein Anmeldern! zurückgeht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Halbleiterbauelement mit mindestens einem an die Oberfläche eines Halbleiterkörpers mündenden pn-übergang, bei dem diese Oberfläche des Halbleiterkörpers zumindest teilweise von einer Oxidschicht überdeckt ist und bei dem eine mit dem Halbleiterkörper in Kontakt stehende und teilweise oberhalb der Oxidschicht liegende Abschirmelektrode vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektrode (107) mit einem Bereich dieser Oberfläche des Halbleiterkörpers (100) in Kontakt steht, der den pn-übergang bzw. die pn-Übergänge im Abstand umgibt, und daß die Abschirmelektrode (107) das gleiche Potential aufweist wie der mit ihr in Kontakt stehende Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers (100).

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