DE1811389C3 - Flächenhaftes Halbleiterbauelement - Google Patents

Description

5. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Metallschicht aus verschiedenen Metallen aufgeschichtet ist.

6. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die andere rückwärtige Oberfläche des Halbleiterkörpers (103) mit einer Metallschicht (828) zum elektrischen Anschluß beschichtet ist.

7. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Kontakt aus einer Metallkugel (928) besteht, die mit leichler flüssigem Metall als das Metall der Kugel ummantelt ist und mit der dritten Metallschicht (824) verlötet ist.

8. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Metallschicht aus Aluminium bestehen.

9. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschichten (1103, 1106, 1204) aus Siliziumdioxyd bestehen.

10. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der zuäußerst gelegenen Metallschichten — die dritte Metallschicht (823, 824, 825) bzw. die auf die zweite Oberflächenseite gelegte Metallschicht (828) — aus drei Metalien besteht, von denen eines Chrom, ein zweites Nickel oder Kupfer and ein drittes Gold ist.

Die Erfindung betrifft ein flächenhaftes Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, dessen eine Oberfläche mehrere aktive Zonen mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp enthält und mit mehreren Metall- und Isolierschichten beschichtet ist, von denen Metallschichten über Durchbrüche in dazwischenliegenden Isolierschichten miteinander in leitender Verbindung stehen und eine leitende Verbindung zwischen einem äußeren elektrischen Anschluß und einer aktiven Oberflächenzone bilden. Bei Halbleiterbauelementen dieser Art, wie sie z. B. aus der USA.-Patentschrift 32 87 612 bekannt sind,

''^iin^irKeriinrtlSh ^S,^trom2uieitung könnten, zu vermeiden. Die in Verbindung damit

Aufbau angestreb- vorgesehene Isolierschichtenstruktur läßt sich span-

u ,,. . , nungsfrei aufbauen, so daß Risse und damit galva-

;.,ⁿ«o^ieA«™a;«lement der rüsche Korrosion vermeidbar ist. Die nach der Er-

- "-v^_n„„_D «tPhonri* rul ^rt"^r.?^{ie Str}? ^leitung 5 findung vorgesehene besondere Schichtenstruktur

_m Verfugung stehende Querschott, insbesondere macht noch weitere Vorteile erzielbar, die im ein-

_im Bereich der fur die Stromzuleitung vorgesehenen zelnen weiter unten an Hand der Zeichnung an-

Durchbruche der Isol «schichten und auch im Be- gegeben werden. Bemerkenswert ist noch, daß sich

reich derjenigen Metallschichten, die unmittelbar an ein Halbleiterbauelement nach der Erfindung mit be-

den aktiven Bezirken anliegen so gering, daß dort ίο kannten Aufschichttechniken herstellen läßt, die

bei hoher Strombelastung Schaden auftreten. Diese Herstellung also keine schwierigen Probleme oder

Schaden werden einerseits dadurch hervorgerufen, kostspieligen Maßnahmen mit sich bringt. Im einzel-

daß allem durch die hohe Stromdichte die Teile der nen wird ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung

Metallfolie ausbrennen, wodurch Unterbrechungen eines solchen Halbleiterbauelements an Hand der

in der Stromzuleitung auftreten, die unter Umständen i₅ Zeichnung erläutert

das ganze Halbleiterbauelement unbrauchbar machen. Aus »Scientia Electrica«, Bd. 10, 1964, Fase. 4, Die Isolierschichten bestehen bei dem bekannten S. 109 bis 113, ist ein Planartransistor bekannt, bei Halbleiterbauelement aus Glas. Der Aufbau bringt dem die Grenzschichtlinie zwischen Emitter und es mit sich, daß dabei innere Spannungen nicht ver- Basiszone an der Oberfläche des Halbleiterkörper meidbar sind. Diese haben zur Folge, daß die Isolier- ao durch schlangenlinienförmige Führung im Verhältnis schichten aufspringen, und dies in Verbindung mit zur Fläche dieser Zonen lang ausgebildet ist und bei den verschiedenen verwendeten Metallen führt zur dem diese Grenzschicht mit einer Isolierschicht beAusbildung galvanischer Elemente entlang solcher deckt ist, die nur wenig in die angrenzenden Zonen Sprünge und damit zu galvanischen Korrosionen der von Emitter und Basis hineinragt. Die von der Metallschichten, die wiederum höhere Stromdichten as Isolierschicht nicht bedeckten Teile der Emitter- und und Ausbrennschäden zur Folge haben. Basiszone sind jeweils von einer diese Zonen kon-

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterbau- taktierenden Metallschicht bedeckt, wobei diese beielement der eingangs genannten Art so auszugestal- den Metallschichten im Bereich entlang der Grenzten, daß auch bei hoher Belastung keine schädigen- schicht voneinander getrennt sind. Dieser bekannte den hohen Stromdichten auftreten und daß galva- 30 Transistor weist aber keine mehrschichtigen Kontaktnische Korrosionen u. dgl. auch bei Betrieb in un- Zuleitungen auf. Mit den danach bekannten Merkgünstiger Atmosphäre vermeidbar sind. malen allein ist deshalb die der Erfindung zugrunde

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die liegende Aufgabe nicht lösbar.

Grenzschichtlinie zweier Zonen verschiedenen Leit- Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist fähigkeitstyps an der Oberfläche durch schlangen- 35 dadurch gekennzeichnet, daß eine Zone eines ersten linienartige Führung im Verhältnis zur Fläche der Leitfähigkeitstyps streifenförmig ist, daß ihre Zonen lang ausgebildet ist, daß diese Grenzschicht Flächenform ein Mittelbalken mit von diesem nach mit einer nur wenig in die angrenzenden aktiven beiden Seiten nach Art von Kammzinken ausgehen-Zonen ragenden ersten Isolierschicht beschichtet ist, den Streifen ist, wobei die Lücken zwischen den während die von dieser ersten isolierschicht nicht 40 Streifen etwa so breit sind, wie die Streifen, und daß bedeckten Teile der aktiven Zonen von je einem Teil der aufgelegte Teil der ersten Metallschicht entlang einer ersten Metallschicht bedeckt sind, welche Teile des Mittelbalkens mit den zugehörigen Teilen der im Bereich entlang der Grenzschicht voneinander zweiten und dritten Metallschicht verbunden ist. getrennt sind, daß diese ersten Isolier- und Metall- Diese Ausgestaltung führt zu einer besonders langen schichten mit einer zweiten Isolierschicht beschichtet 45 Grenzschicht im Verhältnis zur Fläche des betreffensind, die ihrerseits mit Teilen einer zweiten Metall- den Bezirks und gestattet es dennoch, diesen Bezirk schicht belegt ist, deren gegeneinander getrennte mit Strom zu versorgen, ohne daß dabei Engpässe Teile etwa jeweils eine zugeordnete aktive Zone der- entstehen. Selbst wenn die Stromzuleitung an das art überdecken, daß die Randlinie dieser Teile gegen- freie Ende eines solchen Streifens durch den darüberüber der zugehörigen Grenzschichtlinie wesentlich 50 liegenden entsprechenden Metallstreifen durch Schadkürzer ist, und die über Durchbrüche in der zweiten haftwerden des Metallstreifens aussetzt, ist dies von Isolierschicht mit dem die zugeordnete aktive Zone außen kaum zu bemerken, weil es sich nur um eines bedeckenden Teil der ersten Metallschicht leitend von vielen Streifenelementen handelt, und außerdem verbunden sind, und daß diese zweiten Isolier- und bildet sich innerhalb der aktiven Halbleiterzone so-Metallschichten mit einer dritten Isolierschicht be- 55 fort ein Nebenanschluß für die Unterbrechung in dem schichtet sind, auf die eine dritte Metallschicht ge- betreffenden Stromleiter.

legt ist, die aus mehreren elektrisch getrennten Teilen In der französischen Patentschrift 13 48 736 ist ein besteht, welche Teile jeweils für sich über Durch- Planartransistor beschrieben, bei dem die erste brüche in der dritten Isolierschicht und über die da- Hauptfläche mit einer Oxydschicht bedeckt ist, die zwischen gelegenen Metallschichten mit einem der 60 über die Emitter- und Basiszone öffnungen enthält aktiven Zonen eines Leitfähigkeitstyps in leitender und auf der die. Kontaktelektroden für die Emitter-Verbindung stehen und sich weitgehend oberhalb und die Basiszone angeordnet sind. Diese Kontaktdieser Zone erstrecken und zum äußeren Anschluß elektroden bestehen aus Aluminium. Die zweite dienen. Hauptfläche ist mit einer Metallschicht zum elek-

Die nach der Erfindung vorgesehene Anordnung 65 trischen Anschluß versehen. Der elektrische Kontakt

der Metallschichten zur Stromzuleitung bietet überall zur Emitter- und Basiselektrode erfolgt über eine

großen Querschnitt und gestattet es, Querschnitts- mit diesen verlötete Metallkugel,

enonässe. an denen Ausbrennvorgänge entstehen Aus χ-Zeitschrift für Naturforschung«, Bd. 19 a,

1964, S. 1433 und 1434, ist es bei Planartransistoren bekannt, Isolierschichten aus Siliziumdioxyd zu verwenden und die Kontaktierungselektroden aus mehreren Metallschichten, von denen eine aus Chrom besteht, aufzubauen.

Den genannten bekannten Ausgestaltungen entsprechende Merkmale der Unteransprüche sind auch in Verbindung mit dem Halbleiterbauelement nach dem Anspruch 1 vorteilhaft.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 im Querschnitt ein Halbleiterbauelement nach dem Stande der Technik,

F i g. 2 in entsprechender Darstellung wie in F i g. 1 ein Halbleiterbauelement nach der Erfindung,

F i g. 3 bis 11 verschiedene Draufsichten auf ein und dasselbe Halbleiterbauelement nach der Erfindung in verschiedenen Herstellungsstadien, die in der Reihenfolge der Figurennumerierung aufeinander folgen,

Fig. 12 die Draufsichten aus Fig. 3 bis 11, gestrichelt übereinander gezeichnet, Fig. 13 den Teilschnitt 13-13 aus Fi g. 8 und Fig. 14 den Teilschnitt 14-14 aus Fig. 12.

Die Ausgestaltung eines Halbleiterbauelementes nach der Erfindung läßt sich am besten erläutern an Hand der Herstellung. Aus diesem Grunde sind in den Fig. 3 bis 11 die einzelnen Herstellungsschritte dargestellt. In den F i g. 4 bis 11 ist jeweils gestrichelt das Stadium des unmittelbar vorausgegangenen Herstellungsschrittes eingezeichnet, während ausgezogen der Zustand eingezeichnet ist, der im Anschluß an den dargestellten Schritt erreicht wird. In Fig. 12 sind die Fig. 3 bis 11 übereinander kombiniert gezeichnet. Die einzelnen Teile sind der Übersicht halber so mit Bezugsziffem versehen, daß jeweils die erste Ziffer die Ordnungszahl desjenigen Schrittes gemäß F i g. 3 bis 11 angibt, bei dem der betreffende Teil entstanden ist. Die Bezugsziffer 210 bezeichnet beispielsweise einen Teil, der während des zweiten Herstellungsschrittes entstanden ist.

Die Erfindung wird an Hand eines n-p-n-Transistors, der auf einer Siliziumunterlage aufgebaut ist, erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt, sie ist auch bei Dioden und auch bei Halbleiterbauelementen mit vielfachen Übergängen und anderen Halbleiterbauelementen anwendbar.

Fig. 3 zeigt ein Halbleitersubstrat 103, wie z.B. n-leitfähiges Silizium, auf das ©ine n-leitfähige epitaxische Schicht 100 aufgewachsen ist. Diese epitaxische Schicht 100 wird mit einer thermischen Oxydschicht beschichtet, die durch Ätzen in einem durch die Grenzlinien 101 begrenzten Bereich 102 freigelegt wird. Durch diesen freigelegten Bereich wird ein p-leitfähiger Basisbereich eindiffundiert. Als Dotierungssubstanz kann beispielsweise Bor in einer Konzentration von 10^ie bis 10¹· Atomen pro Kubikzentimeter eindiffundiert werden.

Mit dem nächsten Schritt wird die thermische Oxydschicht über dem p-leitfähigen, durch die Linien IiI begrenzten Bereich wieder aufgebaut. Gemäß Fi g. 4 wird nun die thermische Oxydschicht in einem Bereich 203, der durch die Linie 204 begrenzt ist, ausgeätzt. In entsprechender Weise wird auch ein durch die Linie 206 begrenzter Bereich 205 ausgeätzt

Nun wird ein n-leirfähiger Bereich in die p-leitfähige Basis eindiffundiert, beispielsweise durch Phosphor in einer Konzentration von 10^zl Atomen pro Kubikzentimeter. Es entsteht auf diese Weise ein Emitterbereich 203, der durch die Linie 204 begrenzt ist und innerhalb des Basisbereichs, der durch die Linie 101 begrenzt ist, liegt. Dieser Emitterbereich ist, wie dargestellt, vielstrebig gestaltet, so daß sich ein großes Verhältnis von Umfang zu Fläche ergibt. In entsprechender Weise wird eine n-leitfähige

ίο Zone in dem Bereich 205 der n-leitfähigen epitaxischen Schicht eindiffundiert. Während dieses Schrittes wird eine 400 bis 500A starke Goldschicht, die vorher auf der Rückseite des Substrates 103 aufgebracht war, in das Substrat eindiffundiert, um die

»5 Lebensdauer von Minoritätenträgern zu beeinflussen.

Der durch die Linie 206 begrenzte Bereich 205 ist

eine sperrende Ringdiffusion, die die Zuverlässigkeit des Halbleiterelemenes erhöht, weil sie verhindert, daß sich eine Inversionsschicht entlang der Substrat-

ao oberfläche ausbreitet. Die Wirkung eines solchen Schutzringes ist an sich bekannt, so daß sie hier nicht näher erläutert werden muß. Ein solcher Schutzring ist aber nicht unbedingt und in allen Fällen erforderlich, die Erfindung ist auch anwend-

»5 bar bei Halbleitervorrichtungen ohne einen solchen Schutzring.

Im nächsten Schritt wird das Halbleitersubstrat 103 erneut thermisch oxydiert. Wegen der eindiffundierten Phosphoratome kann die thermische Oxydschicht, die die gesamte epitaxische Schicht 100 abdeckt, Phosphorsilikatglas und Siliziumdioxyd aus der ersten thermischen Oxydation enthalten.

Nun wird eine erste Isolierschicht auf diejenige Seite des Halbleitersubstrates aufgebracht, auf der die epitaxische Schicht 100 gewachsen war. Diese Seite des Halbleitersubstrates wird auch als erste Seite bezeichnet. Die Isolierschicht kann aus verschiedenen Isoliermaterialien hergestellt werden, bevorzugt wird eine Siliziumdioxyd-Isolierschicht, die auf verschiedene Weisen, z. B. durch Aufsprühen, Aufdampfen od. dgl., in einer Stärke von etwa 1000 bis 1500A aufgebracht wird. Die Verwendung von Siliziumdioxydglas auf der zuvor thermisch aufgewachsenen Siliziumdioxydschicht ermöglicht es, die thermischen Expansionskoeffizienten dieser beiden Schichten hervorragend aneinander anzugleichen und erbringt auch eine vorzügliche Haftung zwischen den beiden Glasschichten, so daß die Phosphorsilikatglasschicht während der nachfolgenden Schritte gut geschützt ist.

F i g. 5 zeigt eine Zone 307, die durch die Linie 309 begrenzt ist und über der die erste Isolierschicht und die thermische Oxydschicht durchbrochen ist, so daß der Emitter freiliegt Entsprechend ist auf einer Zone 306, die durch die Linie 310 begrenzt ist, die Basis freigelegt, und schließlich ist in einer Zone 308 der Schutzring freigelegt.

Diese Freilegungen erfolgen beispielsweise durch Ausätzen der fraglichen Isolierschichten.

Gemäß Fig.6 wird eine stromleitende Metallen schicht, z. B. aus Aluminium, in dem Teil 411 auf den Emitterbereich und in dem Teil 410 auf den Basisbereich und in dem Teil 409 auf den Schutzring gelegt. Da die Emitterzone 307 und die Basiszone 306 freigelegt waren, hat diese Metallschicht elektrischen Kontakt zum Emitter bzw. zur Basis und überlappt die erste Isolierschicht Die Metallschicht über der Emitterzone ist jedoch von der über der Basiszone getrennt. Weitere Isolierschichten, die

Il 8 1 1 389

in den nachfolgenden Schritten aufgebracht werden, aufgetragen ist. F i g. 11 zeigt kreisrunde Bereiche

dienen zur Isolierung und als Wanderbarrieren zwi- 926, 927, 928, die von Nickel überzogen und mit

sehen aneinandergrenzenden metallischen Zonen. Kupfertröpfchen benetzt werden, wenn diese auf die

Diese metallische Schicht und die nachfolgenden dritte Metallschicht aufgelegt und dann noch einmal

metallischen Schichten können in bekannter Weise, 5 flüssig gemacht werden. Die so wieder verflüssigten

z. B. durch Aufsprühen, Aufdampfen usw., aufge- und dann erkalteten Tröpfchen bilden später die

bracht werden, und zwar so, daß sie sich über das äußeren Anschlüsse.

ganze Substrat erstrecken und anschließend in der In F i g. 12 sind die bei den Herstellungsschritten

gewünschten Konfiguration ausgeätzt werden. Sie gemäß F i g. 3 bis 11 nacheinander auftretenden Be-

können natürlich auch unter Zwischenschaltung einer io reiche u. dgl. übereinander gezeichnet und mit den

Maske von vornherein in der gewünschten Konfi- gleichen Bezugsziffern versehen wie in den F i g. 3

guration aufgebracht werden. Wenn man Aluminium bis 11.

als elektrisch leitende Metallschicht verwendet, dann Fig. 13 zeigt den Querschnitt 13-13 aus Fig. 8,

ist diese zweckmäßig 6000 A stark. Der Teil 410 wie er sich ergibt, nachdem die zweite Metallschicht

überlappt den Kollektor-Basis-Obergang, umgibt 15 aufgetragen wurde. Die Querschnittsdarstellung zeigt

vollständig den Basisbereich und bildet so eine »ver- den I-Balken und zwei Emitterstreifen des Emitters

größerte« Basiselektrode, durch die oberflächliche 203, die in die Basis 102 eindiffundiert sind. Die

Stromleitungsfehler vermieden werden. Der Teil 409 Metallschicht 411 steht, wie ersichtlich, mit diesem

überlappt nach innen den gesamten Schutzring und Emitterbereich 203 in elektrisch leitendem Kontakt,

bildet so eine »Hilfsfeldelektrode«. 20 Die Isolierschicht 1103 ist eine thermisch aufgewach-

Im Anschluß daran wird eine zweite Isolierschicht, sene Oxydschicht.

beispielsweise aus Siliziumdioxyd, in der Stärke von Die Metallschicht 618 steht in elektrisch leitendem ungefähr 1,5 Mikron aufgebracht, und zwar über die Kontakt mit der Metallschicht 411, und zwar durch gesamte erste Seite des Halbleitersubstrates. Gemäß eine öffnung in der zweiten Isolierschicht 1106, die Fig. 7 werden die Zonen 512, 513, 514, 515 und 25 zwischen diesen beiden Metallschichten liegt.
516 in dieser zweiten Isolierschicht durchbrochen, so Fig. 14 zeigt im Querschnitt einen Kontaktbereicn daß große Bereiche der emitterstromführenden _mjt einem Tröpfchenkontakt, geschnitten entlang der Metallschicht, nämlich die Bereiche 513 und515 und Linie 14-14 aus Fig. 12. Aus Fig. 14 ist das HaIbebenso Bereiche 512, 514, 516 der basisstromführen- leitersubstrat 103 mit der epitaxischen Schicht 100 den Metallschicht, freigelegt werden. Dann wird 30 ersichtlich, in die die Basis 102 eindiffundiert ist. In gemäß Fig. 8 eine zweite metallische Schicht 617, die Basis 102 ist wiederum der Emitter 203 eindiffun- 618, 619 auf die durchbrochenen Bereiche aufge- diert. Die Metallschichten 411 und 410 stehen in tragen, die mit den stromführenden Metallschichten leitendem Kontakt mit dem Emitter 203 und den Finin den Zonen 512, 513, 514, 515 und 516 in leiten- gern oder Streifen der Basis 102, und zwar über entdem Kontakt steht. Diese zweite metallische Schicht 35 sprechende Durchbrüche der Isolierschicht 1103, die kann beispielsweise aus Aluminium in der Stärke eine thermisch gewachsene Oxydschicht ist. Die von 10 000 bis 12 000 A bestehen. Da in der Zone zweite Metallschicht 619 steht mit der Metallschicht 513 und 515 Kontakt mit dem zentralen I-förmigen 411 durch eine öffnung in der zweiten Isolierschicht Balken der vielstreifigen Emitterkonfiguration be- 1106 in leitendem Kontakt. Die dritte Metallschicht steht, ist der elektrische Kontakt zur emitterstrom- 4° 824 steht mit der zweiten Metallschicht 619 durch führenden Metallschicht breitflächig. In entsprechen- öffnungen in der dritten Isolierschicht 1209 in leitender Weise ergibt sich auch ein breitflächiger Kontakt dem Kontakt. Die dritte Metallschicht 824 ist in dei zur basisstromführenden Metallschicht in den Zonen Zeichnung als eine einzige Schicht dargestellt, wie- 512, 514 und 516. wohl sie vorzugsweise aus drei Schichten der Metalle

Nun wird eine dritte Isolierschicht auf die erste 45 Chrom, Nickel oder Kupfer und Gold besteht. Mil Seite des Halbleitersubstrates geschichtet. Diese 1213 ist Lötmaterial, vorzugsweise eine Blei-Zinn-Schicht besteht vorzugsweise aus dem gleichen Legierung, bezeichnet, das an die dritte Metallschichi Isoliermaterial wie die anderen Isolierschichten, hier 824 anschließt. Ein nickelüberzogener Kupfertropfer also Siliziumdioxyd, und ist ungefähr 2 bis 2,2 Mikron oder eine derartige Kupferkugel 928 wird an die Lötdick. Dann werden gemäß F i g. 9 die Zonen 720, 50 materialschicht 1213 angeschmolzen. Auf der Unter 721, 722 in der zweiten Metallschicht 617, 618, 619 seite des Halbleitersubstrates ist eine Schicht 828 au; durch DurchbriJche in der dritten Isolierschicht frei- Chrom, Nickel oder Kupfer und Gold angebracht gelegt. Gemäß Fig. 10 wird eine dritte Metallschicht, und zwar vorzugsweise, bevor die öffnungen in di< die auch als äußerer Anschluß dient, in den Teilen dritte Isolierschicht 1209 eingeätzt werden.
823, 824, 825 aufgetragen, und zwar über die öff- 55 Gemäß F i g. 12 erfolgt der Basisanschluß übei nungen der dritten Isolierschicht, wodurch Kontakt eine Zone 926, die in einem sonst ungenutzten Be mit der zweiten Metallschicht entsteht. Diese dritte reich des Substrates liegt. Die Emitterbereiche wer Metallschicht muß mit einer äußeren Kontaktleitung den über die Zone 927 und 928 an den einen äußerer verbindbar sein, die an diesen Kontaktpunkten ange- Schaltkreis angeschlossen. Entsprechend kann mai schlossen wird. Wiewohl es vorzuziehen sein mag, 60 zwei äußere Kollektoranschlüsse an die auf di< aus Gründen der galvanischen Korrosion hier wieder- Unterseite des Substrates aufgetragene Schicht 821 um das gleiche Material zu verwenden, das auch anschließen.

für die voraufgegangenen Metallschichten verwendet Durch Vergleich der F i g. 1 und 2 soll nun ver

wurde, wird hier bei diesem Ausführungsbeispiel deutlicht werden, wie der Stromverlauf insbesonden

eine vielfach geschichtete Metallschicht verwendet, 65 hinsichtlich der Stromdichte durch den erfinderische!

die aus einer Chromschicht, gefolgt von einer Nickel- Aufbau begünstigt wird. F i g. 1 zeigt einen Aufbai

oder Kupferschicht, gefolgt von einer Goldschicht nach dem Stande der Technik, bei dem eine aktivi

besteht, auf die dann eine dünne Schicht Lötmittel Schicht 1402 innerhalb einer Schicht 1401 eines halb

leitenden Substrates 1400 vorgesehen ist. Die aktiven dichte in den Emitteranschlüssen von 2 · 10« Ampere Bereiche sind mit einer ersten Metallschicht 1403 pro Quadratzentimeter auf maximal 1 · 10'· Ampere belegt, die aus Aluminium besteht. Auf diese Metall- pro Quadratzentimeter reduziert werden konnte. Die schicht ist eine zweite Metallschicht 1404 gelegt, die Stromdichte von IO⁶ Ampere pro Quadratzentimeter ebenfalls aus Aluminium besteht und mit der ersten 5 führte auch zu einer sehr schnellen Zerstörung der Metallschicht in elektrischem Kontakt steht. Der end- Aluniiniumanschlüsse. Diese Versuche wurden bei gültige Anschluß erfolgt durch einen Kontakt 1405, einem Aufbau ähnlich dem in Fig. 3 bis 14 erläuterder mit der zweiten Metallschicht in leitendem Kon- ten durchgeführt, und zwar bei einem Gesamtemittertakt steht. Als besonders nachteilig hat es sich bei strom von 1,2 Ampere mit maximaler Stromdichte dem bekannten Aufbau nach Fig. 1 herausgestellt, io im Bereich der Emitterstreifen gemäß Fig. 13. Die daß die hohe Stromdichte in der zweiten Metall- zweite Metallschicht war 1 Mikron stark und die schicht elektrische Wanderungen des Aluminiums erste Metallschicht 0,6 Mikron,
bewirkt und damit schließlich Unterbrechung der Der Strom floß in der Hauptsache vertikal und elektrischen Verbindung. nicht horizontal in die meisten Streifen der Emitter-

F i g. 2 zeigt ein Halbleitersubstrat 1410 mit einem i₅ konfiguration.

Basisbereich 1411 und einem da hineindiffundierten Durch den endgültigen Aufbau gemäß Fig. 14 Emitterbereich 1412. Mit 1413 ist eine Metallschicht wird auch Korrosion verhindert. Die zweite Metallbezeichnet, die den Emitterbereich bedeckt und z. B. schicht und die drei Isolierschichten dienen als Puffer aus Aluminium bestehen kann. Diese Metallschicht gegen Spannungen, die durch Bruch u. dgl. in der erstreckt sich über einen großen Teil des Emitters io dritten Isolierschicht entstehen könnten. Die zweite 1412. In elektrischem Kontakt mit der Metallschicht Metallschicht ist stark genug gewählt, so daß keine 1413 steht eine zweite Metallschicht 1414, mit der galvanische Korrosion zwischen der eisschicht 410 wiederum eine dritte Metallschicht 1415, die an den und der dritten Metallschicht 824 entstehen kann, äußeren Lötanschluß 1416 angeschlossen ist, in Kon- wenn in einer dazwischenliegenden Isolierschicht takt steht. Bei dem erfinderischen Aufbau nach 25 ein Bruch entsteht. Die thermischen Oxydschichten F i g. 2 können nur hohe Stromdichten in der Metall- zwischen der Metallschicht auf dem Emitter und der schicht 1413 entstehen, die unmittelbar den Emitter gleichen Metallschicht auf der Basis, die an der ersten 1412 berührt. Sollte sich dadurch in der Metall- und zweiten Isolierschicht anliegen, verhindern schicht 1413 eine Unterbrechung ergeben, dann ist Wanderungen dieser Metalle

diese Unterbrechung von vornherein durch die hoch 30 Das Halbleiterbauelement gemäß Fi g 12 kann mit dotierte, gut leitende Emitterschicht 1412 kurz- hoher Leistung betrieben werden mit hoher Gegeschlossen, schwindigkeit und mit hoher Spannung bei Strom-

In den folgenden Ausfuhrungen wird auf die stärken von 1,2 Ampere und gestattet sehr schnelle Fig. 12 und 14 Bezug genommen. Mit den zwei Schaltvorgänge im Bereich von 10 Nanosekunden. zentral an die mehrstreifige I-Struktur des Emitter- 35 Dieses Bauelement wurde auch Feuchtigkeils- und bereichs angeschlossenen Kontakten wird die Strom- Temperaturprüfungen unterzogen Bei einem Verdichte auf verhältnismäßig niedrige Werte reduziert. such, der sich über 4500 Stunden erstreckte und bei Dieses mehrstreifige Emittermuster, das vollständig einer Temperatur von 15O⁰C mit einem Emitterinnerhalb des Basisbereichs liegt, führt auch zu einem strom von 1,2 Ampere durchgeführt wurde, bewährhohen Verhältnis von Umfang zu Fläche. Die n?-h- 40 ten sich die Halbleiterbauelemente nach der Erfrafolgenden Metallkontakte der Zonen 513, 720, 823 dung, wohingegen unter den gleichen Versuchsbeispielsweise bilden Kontakt Übergänge mit hohem bedingungen bekannte Halbleiterbauelemente nach Querschnitt und mithin hohem Stromleitvermögen. weniger als 1000 Betriebsstunden bereits ausfielen Die stromleitenden Metallschichten bedecken auch und zwar infolge von Elektrowandervng in dei einen großen Teil des Emitterbereichs und erstrecken 45 zweiter Aluminiumschicht

sich bis in die Bereiche der freien Streifenenden. Der Im folgenden wird die Herstellung eines Halb

Strom kann also über die ganze Breite der metai- leiterbauelementes nach der Erfindung beispielsweisf

lischen Schicht mit geringem Widerstand fließen. im Detail angegeben. Man geht zu diesem Zwecl

Wenn Teile dieser metallischen Schicht zerstört sind, von n+ Siliziumsubstratmaterial mit einer n-leit

z. B. im Beieich der Streifenenden, dann sucht der 50 fähigen epitaxisch aufgetragenen Sch^;cht aus Dicm

Strom über den n+ Bereich der Emitterdiftusion epitaxische Schicht ist auf deT sogenannten erstei

einen Umweg, so daß alle Unterbrechungen, die in Substratseite aufgetragen Das Substrat wird dam

dieser Aluminiumschicht, z. B. durch Elektrowande- thermisch oxydiert, indem man es nacheinander ii

rung, hervorgerufen werden können, sofort elektrisch einer Sauerstoff- und einer Dampf atmosphäre au

kurzgeschlossen sind. Das geringfügige dadurch be- 55 ungefähr 1000° C erhitzt. Die so geformte thermisch*

dingte Anwachsen des Widerstandes in einem Oxydschicht wird dann geätzt nach Maßgabe de

Streifenende kann von außen überhaupt nicht beob- Basisdiffusionsmusters. Dazu geht man von eine

achtet werden, weil so sehr viele Streifen insgesamt bekannten Fototechnik aus, im Rahmen derer mi

beteiligt sind. Die günstige Stromzuleitung über die einer gepufferten Fluorsäüre die entsprechende!

stromzuleitende Metallschicht, die einen großen Teil 60 Durchbrüche in die Oxydschicht eingeätzt werden

der Emitterfläche bedeckt, führt zu einer beträcht- Die Basis wird dann eindiffundiert indem man da

liehen Herabsetzung der Stromdichte. Substrat mit Bor-Silizium in eine' Glühkapsel ein

Man hat Vergleichsversuche gemacht mit einfachen schließt und auf 1100 bis 1500° C erhitzt, und zwa

Halbleiterbauelementen, bei denen äußere Kontakte für etwa 1 bis 2 Stunden. Die Bor-Atome werdei

außerhalb des aktiven Bereichs an die zweite Metall- 65 dann noch weiter in das Substrat hineindiffundierl

schicht angeschlossen waren und bei denen der während gleichzeitig die frei liegenden Oberflächen

Emitterstrom zunächst in die zweite Metallschicht teile der Basis durch Erhitzen in einem Oxydations

geleitet wurde. Dabei zeigte sich, daß die Strom- ofen auf ungefähr HfO⁰C reoxydiert werden. Die»

letztgenannte Erhitzung zur Reoxydierung benötigt etwa 30 Minuten bis 1 Stunde, je nach der Tiefe der angestrebten Diffusion. Nun kann man mit üblichen Foto- und Ätztechniken den Emitterbereich in der thermischen Oxydschicht ausätzen. Ist dies geschehen, dann wird das Substrat in einer Atmosphäre von Phosphoroxychlorid (POCl₃) für ungefähr 2 Stunden auf 970° C erhitzt, so daß Phosphor eindiflundiert und den Emitter bildet. Die Durchbrüche, durch die der Phosphor eindiffundieren kann, sind dabei nach dem in der Zeichnung angegebenen vielstreifigen I-Muster ausgeführt, so daß sich eine viclstreifige I-musterige Emitterkonfiguration ergibt.

Nun wird eine dünne Quarzschicht auf die erste Seite des Substrates aufgesprüht, wobei das Substrat auf einer Temperatur niedriger als 400° C, vorzugsweise 250° C, gehalten wird, bis eine Siliziumdioxydschicht von 1500 A Stärke aufgetragen ist. Durch ein dabei gleichzeitig angewendetes stark gebündeltes magnetisches Feld ist es möglich, das Siliziumdioxyd bei den angegebenen niedrigen Temperaturen niederzuschlagen. Es ergibt sich auf diese Weise ein Quarzfilm, der besonders geringe Spannungen hat. Es sei hier darauf hingewiesen, daß die inneren Spannungen in Filmen beim Ätzvorgang zu Fehlern in der Ätzung führen, weil die Bereiche mit inneren Spannungen schneller geätzt werden als die anderen, und deshalb ist es hier vorteilhaft, auf die angegebene Weise eine Siliziumdioxydschicht ohne oder mit geringen inneren Spannungen aufzubauen.

Nun wird die erste Seite des Substrates in der gleichen Weise wie bei der ersten Atzung geätzt, und dann wird die erste Metallschicht aufgetragc ■», und zwar durch Aufdampfen von Aluminium, wobei dieser Aufdampfvorgang so lange fortgesetzt wird, bis ein 6000 A starker Film entsteht. Dabei wird das Substrat auf einer Temperatur von ungefähr 25O^c C oder weniger gehalten, damit der so entstehende Aluminiumftlm in einem Stadium entsteht, in dem er leicht geätzt werden kann. Bei höheren Temperaluren bildet das Aluminium mit den darunterliegenden Schichten Verbindungen bzw. Legierungen, die dann Schwierigkeiten beim Ätzvorgang hervorrufen. Nun wird das Muster der Metallschicht in üblicher Weise aufgeätzt und das ganze Substrat bei ungefähr 450" C für 15 Minuten in einer trockenen Stickstoffatmosphäre gesintert. Dieser Sintervorgang führt zu einer besseren Haftung der Aluminiumschicht an der zuvor aufgetragenen Isolierschicht. Treibt man dabei die Temperaturen höher als 450° C, dann bilden sich mehr Legierungen zwischen dem Aluminiumfilm und den Quarzschichten als wünschenswert. Der Temperaturbereich zwischen 350 und 450° C hat sich als zweckmäßig erwiesen, weil in diesem Bereich eine hinreichende Haftung crzielbar ist.

Nun wird die zweite Isolierschicht, bestehend aus Siliziumdioxyd, genauso aufgetragen, wie die erste, mit der einzigen Ausnahme, daß der Auftrag so lange erfolgt, bis die Schichtstärke auf 1,6 Mikron angewachsen ist. Nun werden Öffnungen in diese zweite Isolierschicht in Verbindung mit bekannten fototechnischen und ätztechnischen Verfahren eingeätzt. Dann wird die zweite Metallschicht aus Aluminium aufgetragen, und zwar wiederum durch Aufdampfen in der zuvor beschriebenen Weise, bis auf eine Stärke von 12 000 A. Das Muster der zweiten Metallschicht wird dann ausgtatzt, und diese Metallschicht wird versintert, wie in Verbindung mit der ersten Metallschicht beschrieben.

ίο Nun wird die dritte Isolierschicht in der gleichen Weise wie die zweite aufgetiagen, und zwar in einer Stärke von ungefähr 2,2 Mikron. Danach wird auf der Rückseite, also der zweiten Seite des Substrats, eine metallische Schicht angelagert. Dies geschieht, indem man das Substrat in einem Vakuum mit einem Reinigungsmittel besprüht, um die Oberfläche zu reinigen. Dann wird eine Dreifachschicht aus Chrom, Kupfer und Gold aufgebracht, wobei das Substrat in einem Temperaturbereich von 200 bis 300° C, vorzugsweise auf 250° C, gehalten wird, um maximale Adhäsion und minimale Spannung dieser Schicht zu erzielen. Der Chrom- und Kupferaufdampfvorgang überlappt sich zeitlich. An der ersten Seite des Substrates werden dann Löcher eingeätzt, durch die elektrische Anschlüsse durch die dritte Isolierschicht hindurchgeführt werden. Die erste Seite des Substrates wird dann in einer Sprühtechnik gesäubert und mit einer dritten Metallschicht aus Chrom, Kupfer oder Nickel und Gold bedampft, und zwar

3c über eine Metallmaske. Dabei wird das Substrat auf einer Temperatur unterhalb von 250° C gehalten, und zwar aus den gleichen Gründen wie zuvor angegeben. Durch die Verwendung einer Metallmaske vermeidet man den Ätzvorgang. Anschließend wird ebenfalls über eine Maske die oberste Zinnschicht aufgetragen, wobei das Substrat auf einei Temperatur niedriger als 200 C gehalten wird. Dann werden die äußeren Kontakte mittels nickelplattierter Kupferkugeln oder Tropfen angebracht, wie zuvor an Hand der Figuren beschrieben.

Die oben beschriebene Stromzuführung mittels zweier zusätzlicher Metallschichten, zwischen denen Isolierschichten angeordnet sind, können auch in Verbindung mit Dioden. Transistoren und anderen Halbleiterbauelementen vorteilhaft Verwendung finden. Während der Anschluß an den Kollektor nact Fig. 12 von der Unterseite des Substrates her erfolgt, kann natürlich in Abänderung auch der KoI lektor in ähnlicher Weise angeschlossen werden wi der Emitter und die Basis, jedenfalls erweisen siel Halbleiterbauelemente, die nach den Grundzügen de Erfindung hergestellt sind, als wenig anfällig gege galvanische Korrosion, Brucherscheinungen und all nachteiligen Folgeerscheinungen, wie Elektrowande rangen, die durch hohe Stromdichte bedingt sind. Di erfinderischen Halbleiterbauelemente können nr einfachen Verfahrensschritten hergestellt werd Hervorstechend komplizierte Maßnahmen sind τ Herstellung dieser Halbleiterbauelemente jedenfal nicht erforderlich.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Flächenhaftes Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, dessen eine Oberfläche mehrere aktive Zonen mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp enthält und mit mehreren Metall- und Isolierschichten beschichtet ist, von denen Metallschichten über Durchbrüche in dazwischenliegenden Isolierschichten miteinander in leitender Verbindung stehen und eine leitende Verbindung zwischen einem äußeren elektrischen Anschluß und einer aktiven Oberflächenzone bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzschichtlinie zweier Zonen verschiedenen Leitfähigkeitstyps an der Oberfläche durch schlangenlinienartige Führung im Verhältnis zur Fläche der Zonen lang ausgebildet ist, daß diese Grenzschicht mit einer nur wenig in die angrenzenden aktiven Zonen ragenden ersten Isolierschicht (1103) beschichtet ist, während die von dieser ersten Isolierschicht nicht bedeckten Teile der aktiven Zonen von je einem Teil (410, 411) einer ersten Metallschicht bedeckt sind, welche Teile im Bereich entlang der Grenzschicht voneinander getrennt sind, daß diese ersten Isolier- und Metallschichten (1103, 410, 411) mit einer zweiten Isolierschicht (1106) beschichtet sind, die ihrerseits mit Teilen (617, 618, 619) einer zweiten Metallschicht belegt ist, deren gegeneinander getrennte Teile etwa jeweils eine zugeordnete aktive Zone derart überdecken, daß die Randlinie dieser Teile gegenüber der zugehörigen Grenzschichtlinie wesentlich kürzer ist, und die über Durchbrüche in der zweiten Isolierschicht mit dem die zugeordnete aktive Zone bedeckenden Teil der ersten Metallschicht leitend verbunden sind, und daß diese zweiten Isolier- und Metallschichten (617, 618, 619, 1106) mit einer dritten Isolierschicht (1209) beschichtet sind, auf die eine dritte Metallschicht gelegt ist, die aus mehreren elektrisch getrennten Teilen (823, 824, 825) besteht, welche Teile jeweils für sich über Durchbrüche in der dritten Isolierschicht und über die dazwischen gelegenen Metallschichten mit einem der aktiven Zonen eines Leitfähigkeitstyps in leitender Verbindung stehen und sich weitgehend oberhalb dieser Zone erstrecken und zum äußeren Anschluß dienen.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zone eines ersten Leitfähigkeitstyps streifenförmig ist, daß ihre Flächenform ein Mittelbalken mit von diesem nach beiden Seiten nach Art von Kammzinken ausgehenden Streifen ist, wobei die Lücken zwischen den Streifen etwa so breit sind, wie die Streifen und daß der aufgelegte Teil (411) der ersten Metallschicht entlang des Mittelbalkens mit den zugehörigen Teilen der zweiten und dritten Metallschicht (618, 619; 823, 824) verbunden ist.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenform der streifenförmigen Zone durch gleich lange und parallele Ausbildung der Streifen in ein Rechteck als kleinste einfache geometrische Figur einbeziehbar ist.

4. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei streifenförmige Zonen gleicher Bemessung und mit einem ersten Leitfähigkeitstyp nebeneinander innerhalb einer einzigen Zone eines zweiten Leitfähigkeitsivps angeordnet sind und daß für diese drei Zonen jeweils iesonderte Teile (410, 411, 617, 618, 619, 823 824, 825) aller drei Metallschichten und gesonderte äußere Kontakte (927, 926, 928), die an den jeweils zugehörigen Teilen (825, 823, 824) der dritten Metallschicht angeschlossen sind, vor-