DE1912931B2 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Description

Die Anforderungen an die Betriebsfrequenz und die Ausgangsleistung eines Hochfrequenz-Transistors für hohe Leistungen werden immer größer und es wird erforderlich, Transistoren zu schaffen, die in der Lage sind, eine große Energie, z.B. 1OW, im UHF-Band abzugeben. Wenn aber ein Transistor eine große elektrische Energie verarbeitet, wird im Basisbereich durch den Widerstand des Basisbereiches und den Basisstrom ein Spannungsabfall verursacht und als Folge davon tritt die Erscheinung auf, daß der Emitterstrom am Umfangsteil des Emitterbereiches in der Nähe der Basiselektrode konzentriert 'ließt.

Diese bekannte Erscheinung wird als Emitterkanten-Zusammendrängungseffekt bezeichnet und dieser Effekt wird vor allem bei einem Hochfrequenz-Transistor mit hoher Leistung bemerkt, wenn dieser in einem Hochfrequenzband betrieben wird, in dem der Stromverstärkungsfaktor des geerdeten Emitters sich 1 annähen.

Damit ein Transistor eine große elektrische Energie verarbeiten kann, ist es selbstverständlich notwendig, daß ein großer Strom fließt, jedoch wird wegen des Emitterkanten-Zusammendrängungseffektes, auch

J5 wenn die Fläche des Emitterbereiches einfach vergrößert wird, nicht nur der Mittelteil des Emitterbereiches ein unwirksamer Teil, der kaum zur Strominjektion beiträgt, sondern eine große Fläche des Emitterbereiches verschlechtert, insbesondere bei einem Hochfrequenz-Transistor für hohe Energie, die Leistung des Transistors. Dies ist darauf zurückzuführen, daß eine größere Emitterfläche zu einer größeren Kapazität des Emitter-PN-Überganges führt und dies führt zu einer größeren Fläche des Basisbereiches und zu einer größeren Kapazität des Kollektor-PN-Überganges und all dies wirkt zusammen, um die Frequenzcharakteristik des Transistors zu verschlechtern.

Deshalb ist bei einem bekannten Hochfreauenz-Tran-

iistor für hohe Leistung, um die Länge des Umfangsteies des Emitterbereiches, nachfolgend al;» Emitterum-[angslänge bezeichnet, zu vergrößern ohne die Kapazität der Grenzfläche zu viel zu erhöhen, der Emitierbereich in eine Mehrzahl von Streifen oder eine Anzahl 5 von kleinen Inseln aufgeteilt und diese Sfeifen "xler Inseln sind auf dem Basisbereich verteilt angeordnet. Diese beide;: Transistorausbildungen sind bekannt und die erstere wird als Art des Ineinandergrcifens und die letztere als Art der Überdeckung bezeichnet.

Bei einer dieser Arten soll die Abmessung des Emitterbereiches so klein als möglich gemacht werden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß in einem Emitterbereich mit einer großen Fläche, wie oben beschrieben, der Mittelteil unwirksam ist Wenn aber dieser Emitterbereich in eine Anzahl von Teilen unterteilt wird und diese Teile sind auf dem Basisbereich verteilt vorgesehen, kann die Emitterumfangslänge ohne Änderung der gesamten Fläche des Emitterbereiches wesentlich vergrößert werden. Selbstverständlich kann die Emitterumfangslänge desto größer gemacht werden, je kleiner die Abmessung der unterteilten Teile gemacht wird.

Bei den bekannten Transistorenarten werden aber beim Aufbringen der Elektroden auf die Basis- oder Emitterbereiche Löcher im voraus in den erforderlichen Teilen eines Schutzfilmes geöffnet, der die Fläche der Halbleiterscheibe abdeckt, und eine dünne Schicht aus einem Metall, z. B. Aluminium, wird durch Vakuumverdampfung auf nahezu der gesamten Fläche des Schutzfilmes niedergeschlagen und dann wird die dünne Metallschicht teilweise durch hotoätzen entfernt und dadurch die Emitterelektrode von der Basiselektrode getrennt. Die beiden Elektroden befinden sich deshalb in einer Ebene und die Isolation zwischen den beiden Elektroden wird nur in dieser Ebene durchgeführt.

Bei einem solchen Elektrodenaufbau ist es unvermeidbar, daß die Breite der Elektroden in entsprechender Weise klein wird, wie die Abmessung des Emitterbereiches klein wird, und daß die Formen der Elektroden auch kompliziert werden. Demgemäß erfordert das Verfahren des Ätzens der Elektroden eine große Genauigkeit und wird schwierig und der Widerstand der Elektroden wird aucn ein nicht vernachlässigbarer WerL

Bei einem Transistor von der Art des Ineinandergreifens wird, je langer gestreckt die Form des Emitterbereiches wird, natürlich auch desto langer gestreckt die Form der Emitterelektrode. Um jedoch den durch den Widerstand des Basisbereiches verursachten Spannungsabfall zu vermeiden, ist es notwendig, die Basiselektrode so nahe als möglich an den Umfangsteil des Emitterbereiches vorzusehen und entsprechend wird die Form der Basiselektrode auch lang gestreckt. Die Dicke dieser Elektroden beträgt üblicherweise etwa 2 μιη so daß, wenn sie lang werden, ein wesentlicher Widerstand erzeugt wird und demgemäß durch diesen Widerstand ein Spannungsabfall verursacht wird.

Andererseits sind bei einem Transistor der Überdekkungsart mehrere unterteilte kleine Emitterbereiche, wie Inseln, nachfolgend als kleine Emitterinseln bezeichnet, alle durch die Emitterelektrode parallel geschaltet. Da aber die Basiselektrode und die Emitterelektrode in einer Ebene vorgesehen sind, wird die Form der beiden Elektroden nicht sehr unterschiedlieh von der Form der Elektroden bei dem Transistor der Art des Ineinandergreifen, d. h. sie wird dünn und lang und gegenseitig ineinandergreifend. Deshalb tritt dasselbe Problem wie bei dem Transistor von der Art des lneinandergreifens bei dem Transistor der Überdekkungsart auf.

Abgesehen von den vorstehend angeführten Problemen tritt bei dem Transistor der Überdeckungsart das folgende Problem auf. Da die kleinen Emitterbereiche durch die Emitterelektrode parallel geschaltet sind, ist ein wesentlicher Teil des Basisbereiches von der Emitterelektrode bedeckt Deshalb kann eine metallische Elektrode nicht an diesem Teil des Basisbereiches angebracht werden. Aus diesem Grunde ist bei einem Transistor dieser Art ein Raster von eindiffundierten Leitbahnen mit geringem spezifischen Widerstand desselben Leitfähigkeitstyps wie der Basisbereich zwischen diesen kleinen Emitterbereichen vorgesehen und dieses Raster wird als Basiselektrode verwendet. Da dieses leitfähige Raster aber eindiffundierte Bahnen sind, die aus Halbleitermaterial bestehen, ist ihr spezifischer Widerstand um etwa drei Größenordnungen höher als der eines Metalles, z. B. Aluminium, und deshalb besteht ein Nachteil darin, daß der Basiswiderstand hoch wird. Wenn des weiteren dieses leitfähige Raster mi* dem Emitterbereich in Verbindung kommt, wird die Charakteristik des Transistors verschlechtert und deshalb muß dieses leitfähige Raster in einem bestimmten Abstand von den kleinen Emitterbereichen angeordnet werden. Aus diesem Grunde ist in dem Basisbereich eine überschüssige Fläche erforderlich und deshalb tritt der Nachteil auf, daß die Kapazität des Kollektor-PN-Überganges groß wird. Als ein weiterer Nachteil im Vergleich mit Transistoren anderer Arten erfordert dieser Transistor einen weiteren Schnitt beim Diffusionsverfahren für die Bildung des leitfähigen Rasters.

Demnach ist ein Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 bekannt (Zeitschrift »Electronics«, Band 38, 1965, Nr. 17, vom 23. August, S. 70 bis 77).

Schließlich ist ein Transistor mit einer Halbleiterscheibe mi·, zwei Leitungsschichten bekannt, wobei zur Stromstabilisierung die Emitterleitungsschicht teilweise aus einem Material mit hohem spezifischen Widerstand besteht (FR-PS 13 58 189, Fig. 2). Hierbei ist die Widerstandsschicht auf dem gesamten schmalen Emitterbereich aufgebracht, was für einen Hochfrequenztransistor mit hoher Leistung nachteilig ist. An dem schmalen Emitterbereich tritt nämlich ein nicht zu vernachlässigender Spannungsabfall in Längsrichtung des Emitterbereiches auf, so daß eine ungleichmäßige Potentialverteilung innerhalb des Emitterbereiches erhalten wird. Auch wenn auf die Widerstandsschicht eine Metallschicht aufgebracht wird, kann bei Verringerung der Emitterbreite der durch die Metallschicht gebildete Widerstand nicht vernachlässigt werden, so daß in diesem Falle ebenfalls eine ungleichmäßige Potentialverteilung innerhalb des Emitterbereiches auftritt. Bei einer Abänderung dieses bekannten Transistors (FR-PS 13 58 189, Fig. 5) sind auf einer t].Tiilterteilzonen bedeckenden Isolierschicht streifenförmige Widerstände vorgesehen, deren eine Enden mit einem senkrecht liegenden Emitteranschluß Kontakt machen und deren andere Enden über Fenstern in der Isolierschicht liegen. Diese Ausbildung ist für einen Transistor hoher Leistung im Hochfrequenzbereich auch nicht geeignet, da an dem bandförmigen Emitteranschluß auch ein wesentlicher Spannungsabfall auftritt und deshalb der gesamte Emitterbereich auch nicht auf gleiches Potential gebracht werden kann.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement mit hoher Leistung und sehr kleinem Widerstand der Basiselektrode zu schaffen, das gute Eigenschaften im Hochfrequenzbetrieb aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein s Halbleiterbauelement nach den im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen ausgebildet. Weitere Ausführungsformen des Halbleiterbauelementes nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei einem Transistor nach der Erfindung wird somit die Leitungsschicht, die die Emitterelektrode bildet, mit dem Emitterbereich an mehreren Punkten einzeln kontaktiert und alle Kontaktierungspunkte sind auf dem ersten Isolierfilm zueinander parallel geschaltet. Damit wird eine gleichmäßige Potentialverteilung über den gesamten Emitterbereich erhalten.

Ausführungsbeispiele des Halbleiterbauelementes nach der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, und zwar sind

F i g. 1 bis 7 Aufsichten auf ein Halbleiterbauelement, welches in der Reihenfolge der Verfahrenschritte der Herstellung eine Ausführungsform des Halbleiterbauelement nach der Erfindung zeigen,

F i g. 8 ein Schnitt längs der Linie A-A 'in F i g. 7,

Fig. 9 bis 14 Aufsichten auf ein Halbleiterbauelement, die in der Reihenfolge der Verfahrensschritte der Herstellung eine andere Ausführungsform des Halbleiterbauelementes nach der Erfindung zeigen, und

Fig. 15 ein Schnitt längs der Linie B-B in F i g. 14.

Für das Halbleiterbauelement kann eine Halbleiterscheibe aus einem beliebigen Halbleitermaterial eines beliebigen Leitfähigkeitstyps verwendet werden. Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Ausführungsform des Halbleiterbauelementes beschrieben, bei dem eine Halbleiterscheibe verwendet wird, die aus η-Silizium besteht.

F i g. 1 zeigt den Zustand eines Hochfrequenz-Transistors für hohe Leistung, der einen gitterförmigen Emitterbereich aufweist, und zwar unmittelbar vor dem Anbringen der Elektrode.

Ein p-Basisbereich 2 und ein gitterförmiger n-Emitterbereich 3 sind auf einer Fläche einer n-Siliziumscheibe 1 gebildet. Wenn der Leitfähigkeitstyp der Halbleiterscheibe ρ ist, wird der Leitfähigkeitstyp des Basisbereiches selbstverständlich η und der Leitfähigkeitstyp des Emitterbereiches wird p. Wie die Zeichnung zeigt, ist die Anzahl der Gitterlöcher des Emitterbereiches 16, jedoch kann diese Anzahl in beliebiger Weise variieren.

Der Teil der Fläche der Halbleiterscheibe 1, auf dem die beiden Bereiche gebildet sind, ist vollständig mit einem Film bedeckt der aus einem Isoliermaterial, z. B. Siliziumdioxyd (SiO₂), besteht Der Isolierfilm ist in der Zeichnung nicht dargestellt Außer SiO₂ kann auch jedes andere den p-n-Übergang schützende Isoliermaterial verwendet werden. Für einen solchen Film kann z. B. auch Siliziumnitrid verwendet werden.

Diese Halbleiterscheibe 1 enthält wie die Schnittdarstellung in Fig.8 zeigt eine obere und eine untere Schicht mit verschiedenem spezifischen Widerstand. Eine solche Ausbildung ist bei Hochfrequenz-Transistoren mit hoher Leistung bekannt Es kann aber auch eine homogene Halbleiterscheibe verwendet werden.

Löcher für die Anbringung der Elektroden sind in den gewünschten Teilen des Isolierfilmes vorgesehen. Die Kreise in F i g. 1 zeigen die Lagen der Löcher 2a, 2b, 2c... und 2p, 2q... sind Löcher zur Anbringung der Basiselektrode und 3a, 3b. 3c... sind Löcher zum Anbringen der Emitterelektrode. Die Löcher sind bei der vorliegenden Ausführungsform kreisförmig, jedoch können sie auch quadratisch oder rechteckig sein. Es ist eine solche Anordnung und Form der Löcher erwünsrht, daß der Weg, über den der Strom fließt, so kurz als möglich wird, damit der Elektrodenwiderstand so gering als möglich gemacht werden kann.

Aluminium wird, wie dies bei 4 in Fig. 2 gezeigt ist, auf dem Isolierfilm auf der Halbleiterscheibe 1 durch Vakuumverdampfung aufgebracht, wobei diese Aluminiumschicht 4 ohmsche Kontakte mit den Teilen der Fläche der Halbleiterscheibe 1 bildet, die an dem Boden der Löcher freigelassen sind. Somit hat die Alumiumschicht 4 ohmschen Kontakt gleichzeitig sowohl mit dem Basisbereich 2 und dem Emitterbereich 3. Jedoch ist es auch möglich, ohmschen Kontakt mit den beiden Bereichen getrennt voneinander zu bilden. Im letzteren Falle können verschiedene Arten von Materialien für die Elektrodenschichten verwendet werden.

Wie in Fig. 3 zu sehen ist, werden Teile dieser Aluminiumschicht 4, die unmittelbar oberhalb der Löcher 3a, 3b, 3c... für die Emitterelektrode liegen, durch Ätzen entfernt. Wie die Zeichnung zeigt, wird die Fläche der entfernten Teile etwas breiter als die Fläche der Löcher gemacht und Aluminium wird im Inneren der Löcher belassen, wie dies durch 5a, 5b, 5c... gezeigt ist. Es ist auch möglich, das Aluminium im Inneren der Löcher vollständig zu entfernen. Ferner ist es auch möglich, zuerst nur die Basiselektrode zu bilden und dann die Emitterelektrode getrennt von der Basiselektrode zu bilden. Insbesondere wenn die Abmessung des Emitterbereiches sehr klein ist, ist es erwünscht, ein Halbleitermaterial desselben Leitfähigkeitstyps wie der des Emitterbereiches auf dem Isolierfilm durch Vakuumverdampfung von der Bildung der Emitterelektrode niederzuschlagen, wobei das Halbleitermaterial ohmsche Kontakte mit dem Emitterbereich über die Löcher für die Emitterelektrode bildet. Diese Anordnung schließt die Möglichkeit der Verschlechterung der Wirkungsweise des Transistors aus, auch wenn der Emitter-PN-Übergang durch das niedergeschlagene Halbleitermaterial überbrückt wird.

Wie Fig.4 zeigt, wird ein Isolierfilm 6 auf der Aluminiumschicht 4 aufgebracht. Dieser Isolierfilm kann aus z. B. Siliziummonoxyd SiO bestehen und wird mittels Vakuumverdampfung aufgebracht. Außer SiO kann SiO₂ oder Siliziumnitrid verwendet werden. Es ist auch möglich, SiO₂ durch thermische Zersetzung einer organischen Siliziumverbindung oder durch Zerstäuben niederzuschlagen. Der Isolierfilm 6 wird nachfolgend als zweiter Isolierfilm bezeichnet da er auf dem SiO₂-FiIm angebracht ist der oben in Bezug auf Fig.] beschrieben worden ist. Dieser SiO₂-FiEm unter der Aluminiumschicht 4 wird nachfolgend als erster Isolierfilm bezeichnet Wie die Fi g. 4 zeigt sind die Umfangsteile der Aluminiumschicht 4 nicht mit Isoliermaterial überzogen, sondern freigelassen. Diese Teile werden zur Befestigung der Zuleitung zu der Basiselektrode verwendet

Als nächstes werden die Teile des zweiten Isolierfilmes 6, die unmittelbar oberhalb der Löcher 3& 3b, 3c... in Fi g. 1 liegen, für die Anbringung der Emitterelektrode durch Atzen entfernt und die Aluminiumschichten 5a, 5b, 5c... in Fig.3 werden im Inneren der Löcher bis zum Boden der neuerlich geöffneten Löcher freigelegt. Hierbei ist es erwünscht daß der Durchmesser der Löcher 7a, 7b, 7c... in dem zweiten Isolierfilm 6 nahezu

gleich dem Durchmesser der Alumiuniumschichten 5a, 5b, 5c... gemacht wird.

Nachdem das Ätzen des zweiten Isolierfilmes 6 beendet worden ist, wird eine leitfähige Schicht 8 aus einem leitfähigen Material mit hohem spezifischen Widerstand auf den Isolierfilm 6 aufgebracht; vgl. Fig. 6. Die zuerst aufgebrachte Aluminiumschicht 4 wird nachfolgend als die erste Leitungsschicht und die vorstehend erwähnte leitfähige Schicht 8 aus einem Material mit hohem spezifischen Widerstand, einschließlich etwa vorhandenen Aluminiumschichten 5a, 5b, 5c, wird als zweite Leitungsschicht bezeichnet. Diese zweite Leitungsschicht 8 ist zu dem Zwecke vorgesehen, einen Serienwiderstand zu dem Emitterbereich zu bilden. Deshalb ist es erforderlich, daß ein Material mit einem spezifischen Widerstand von mehr als etwa 10⁴Ohmcm zur Bildung der zweiten Leitungsschicht verwendet wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird z. B. η-Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 0,1 Ohm cm verwendet. Die zweite Leitungsschicht kann durch Vakuumverdampfung oder durch Zerstäubung oder durch Epitaxie aufgebracht werden.

Wie F i g. 7 zeigt, wird als nächstes eine Metallschicht 9 auf nahezu der gesamten Fläche der zweiten l.citungsschicht 8 aus Silizium durch Verdampfung gebildet. Es ist nicht notwendig, die Form dieser Metallschicht 9 durch Ätzen zu regulieren, und deshalb kann ein Metall das nicht in einfacher Weise geätzt werden kann, als Material für diese Metallschicht 9 verwendet werden, und die Dicke dieses Metalles kann verhältnismäßig groß gemacht werden. Zum Beispiel wird Gold (Au) für die Metallschicht 9 verwendet und die Dicke dieser Schicht, die durch Verdampfung niedergeschlagen ist, wird etwas oberhalb 5 μπι gewählt. Anstatt Gold kann auch Aluminium verwendet werden und außer diesen beiden Metallen können fast alle Metalle verwendet werden, /.. B. Silber, Platin, Nickel. Molybdän. Titan und Tantal.

Dit^e Goldschichi 9 wird zu dem Zwecke vorgesehen, die gesamte Fläche der zweiten Leitungsschicht 8 parallel zur Fläche der Halbleiterscheibe 1 auf im wesentlichen demselben Potential zu halten. Deshalb ist es erwünscht, daß die Goldschicht 9 den größten Teil der Fläche der zweiten Leitungsschicht 8 überdeckt.

Durch den vorstehenden Vorgang wird das Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe des Transistors beendet. Dann wird die Halbleiterscheibe 1 nach der Fig. 7 auf einem Sockel befestigt und die Elektroden werden mit den Leitungen des Sockels verbunden und dieser wird hermetisch abgedichtet, wodurch das vollständige Halbleiterbauelement erhalten wird. Bei diesem Bauelement bildet die Goldschicht 9 die Emitterelektrode und die Aluminiumschicht 4 bildet die Basiselektrode.

F i g. 8 zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A' der Halbleiterscheibe der Fig. 7. Wie in der Fig.8 dargestellt, ist der zweite Isolierfilm 6 zwischen der ersten Leitungsschicht, d. h. der Basiselektrode 4, und der zweiten Leitungsschicht 8 aus Silizium von dem unteren Teil der zweiten Leitungsschicht 8, d. h. von der Basiselektrode 4, durch den ersten Isolierfilm 10 getrennt Obwohl die beiden Leitungsschichten große Flächen und die Form von einfachen Platten haben, sind die beiden Schichten vollständig voneinander isoliert. Die Siliziumscheibe 1 enthält zwei Schichten, und zwar die obere Schicht la mit hohem spezifischen Widerstand und die untere Schicht Ib mit niedrigem spezifischen Widerstand, und der Basisbereich 2 und der Emitterbereich 3 werden in der oberen Schicht la gebildet.

Der Transistor, nach diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung, hat die folgenden Vorteile, die auf dem

s Aufbau der Elektroden, wie vorstehend beschrieben, beruhen.

Bei der Halbleiterscheibe des Transistors nach den F i g. 7 und 8 bilden die vertikalen Teile 8a, Sb, 8c... der zweiten Leitungsschicht 8 ohmsche Kontakte mit dem

ίο Emitterbereich 3 über die Löcher 3a, 3b, 3c. ... die einen geringen Abstand voneinander in dem zweiten Isolierfilm 6 haben. Dies bedeutet, daß Widerstände zwischen den Kontaktpunkten des Emitterbereiches 3 und der Emitterelektrode 9 eingeschaltet sind. Durch diese

is Widerstände wird eine negative Stromrückkopplung erhalten und demgemäß können eine Stromstabilisierung und eine Gleichförmigkeit der Stromdichte in den lokalen Punkten des Emitterbereiches 3 erhalten werden.

Der vorstehend erwähnte Effekt kann mehr oder weniger auch erreicht werden, falls ein Metall mit hohem spezifischen Widerstand als Material für die zweite Leitungsschicht verwendet wird, jedoch kann ein besseres Ergebnis erhalten werden, falls ein Halbleiter, /.. B. Silizium, Germanium oder Galliumarsenid, hierfür verwendet wird. Dies wird als nächstes im einzelnen beschrieben.

Im allgemeinen ist ein in einem Halbleiter fließender Strom gesättigt, wenn das elektrische Feld in dem Halbleiter einen bestimmten Wert erreicht. Wenn z. B. das elektrische Feld in Silizium etwa 10⁴V/cm übersteigt, wird der Strom nahezu konstant unabhängig von der angelegten Spannung. Wenn nun die Querschnitssfläche der vertikalen Teile 8a, Sb. Sc. der zweiten Leitungsschicht 10 μηι² ist und deren Länge zu der Emitterelektrode 1 μηι beträgt und die Teile durch Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 0,1 ohm cm gebildet sind, bedeutet dies, daß Widerstände von etwa 100 Ohm zwischen die Kontaktpunkte des Emitterbereiches und der Emitterelektrode eingeschaltet sind. Nachdem aber die Spannung zwischen der Emitterelektrode und dem Emitterbereich etwa 1 V erreicht hat, steigt der Strom kaum an, auch wenn die Spannung weiter ansteigt, und zwar wegen der oben erwähnten Stromsättigungserscheinung. Wenn der Sättigungsstrom aus den Widerstandswerten dieser vertikalen Teile berechnet wird, kann sich ergeben, daß der über die vertikalen Teile gehende Strom bei etwa 10 mA begrenzt wird, was bedeutet, daß der Strom nahezu gleichförmig auf alle Teile des Emitterbereiches verteilt ist.

Die Wirkung der Strombegrenzung und der Gleichförmigkeit, wie oben beschrieben, verhindert nicht nui eine örtliche Überhitzung oder einen Bruch dei Halbleiterscheibe, sondern verbessert auch die Frequenz-Ausgangscharakteristik. Wenn nämlich im allgemeinen ein großer Strom oberhalb eines bestimmter Wertes in einem Transistor fließt, wird die Frequenz h bei welcher der Stromverstärkungsfaktor mit geerde tem Emitter 1 wird, sehr schnell verringert Wenn eine örtliche Zusammendrängung des Emitterstromes auf tritt wird die Frequenz fr örtlich in dem Emitterbereicl und somit übrigens auch die Frequenz fr des Transistor ais Ganzes verringert Aus diesem Grunde kann di< Gleichförmigkeit des Emitterstromes wirksam eini solche Verringerung von der Frequenz fr verhindern.

Für den Aufbau der Elektroden, durch den die obei beschriebenen Wirkungen erhalten werden könner

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sind verschiedene Abwandlungen möglieh. Einmal ist es offensichtlich, daß im wesentlichen dieselbe Wirkung erhalten werden kann, indem die Basiselektrode, d. h. die erste Leitungsschicht 4 und die Emitterelektrode, d. h. die zweite Leitungsschicht 8, in der Anordnung nach F i g. 8 vertauscht werden. In diesem Falle wird die Basiselektrode 4 auf dem zweiten Isolierfilm 6 angebracht und ihre vertikalen Teile durchdringen die beiden Isolierfilme 10 und 6.

Wenn auch bei dem in F i g. 8 dargestellten Transislonuifbau der Strom nicht gleichförmig über die gesamte fläche des Teiles der /weiten Leitungsschicht 8 fließt, die parallel zur Fläche der Halbleiterseheibe 1. ei. h. des horizontalen Teiles ist. so fließt der Strom jedoch meistens in vertikaler Richtung über die Teile der zweiten Leimngsschicht 8 unmittelbar oberhalb der vertikalen Teile. Aus diesem Grunde wird die Arbeitsweise des Transistors kaum beeinflußt, auch wenn das Stück des horizontalen Teiles entfernt wird, durch das kein Strom fließt. Wenn deshalb auch nur vertikale Teile der zweiten Leitungsschicht 8 durch ein Material mit hohem spezifischen Widerstand, /.. B. einem Halbleiter, gebildet werden und der plattenfönni ge horizontale Teil vollständig aus einer Metallschicht gebildet wird, kann im wesentlichen dieselbe Arbeitsweise wie bei dem in 1 ι g. 8 gezeigten Transistor erhallen werden.

Umgekehrt wird die Arbeitsweise des Transistor nicht wesentlich geändert, auch wenn alle vertikalen "!ViIe durch ein Metall mit geringem spezifischen Widerstand gebildet werden und wenn der horizontale Feil durch ein Material mit hohem spezifischen Widerstand gebildet wird. In diesem Falle ist es jedoch u ie im Falle des 1 ransistors nach der Fi g. H erwünscht, eine Metallschicht mit geringem spezifischen Widerstund auf dem horizontalen Teil aufzubringen und dieses Metall als Emitterelektrode zu verwenden.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform eines Transistors nach der Erfindung ist der Emiuerbereieh gitierförmig und Reihenwiderstände werden zu dem Lmitterbcreich hinzugefügt. Bei Transistoren nach der Erfindung kann jedoch auch irgendeine andere Emitterform angewendet werden. Wenn eine extrem große Ausgangsleistung nicht gefordert wird, ist es auch möglich, die Reihenwiderständc wegzulassen und die /weite Leitungsschicht vollständig aus einem Metall mit geringem spezifischen Widerstand zu bilden und die zweite Leitungsschicht selbst als Emitterelektrode zu verwenden. Insbesondere der erfindungsgemäßen Ausbildung eines Trans^:stors der Oberdecklingsart, bei dem der Emiuerbereieh in eine Anzahl von Inseln aufgeteilt ist. tritt der Vorteil auf. daß das Leitfähigkeitsraster in dem Basisbereich weggelassen werden kann.

Als nächstes wird eine Ausführungsform eines solchen Transistors beschrieben. In F i g. 9 bezeichnet 1 eine Halbleiterscheibe aus η-Silizium und 2 einen p-Basisbereich. Der Emitterbereich ist bei dieser Ausführungsform in eine Anzahl von Inseln 11a, Wb. 11 c... aufgeteilt. Eine solche Form und Anordnung des Emitterbereiches ist im wesentlichen dieselbe wie bei einem bekannten Transistor der Überdeckungsart. Dennoch kann das Leitfähigkeisraster mit einer hohen Fremdstoffkonzentration in dem Basisbereich vermie den werden. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zwischen dem bekannten Transistorder Überdeckungs art und dem Transistor nach der Erfindung. Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist die Fläche der Halbleiterscheibe 1 wie im Fall der Ausführungsform des Transistors nach der Fig. 1 mit dem erstet Isolierfilm aus z. B. S1O2 bedeckt.

Der Teil des ersten Isolierfilmes, der sich unmittelbai oberhalb des Basisbereiches 2 befindet, wird durch

s Ätzen entfernt, um die Fläche des Basisbereiches 7 freizulegen. Zu diesem Zeitpunkt bleibt der erste Isolierfilm oberhalb der kleinen Emitterberciche Ua Wb, Hc... und deshalb ist der leere Teil, von dem der erste Isolierfilm entfernt worden ist, giuerförmig. Dies ist in Fig. 10 gezeigt. In der Zeichnung sind die Kanlenlinien, längs deren der erste Isolierfilm entfernt worden ist, durch volle Linien dargestellt und die Stellen, an denen p-n-Übergänge an die Oberfläche der Halbleiterscheibe 1 treten, sind durch gestrichelte

ι«, Linien dargestellt.

Draufhin wird ein Metall mit geringem spezifischen Widerstand, z. B. Aluminium, auf den ersten Isolierfilm aufgebracht, so daß der größte Teil der Fläche des Isolierfilmes bedeckt wird und die Aluminiiimschicht 4 mit dem freigelegten Teil des Basisbereiches einen ohmschcn Kontakt bildet. Dann werden nur die Teile der Aluminiumschiclu 4. die auf dem ersten Isolierfilm über den kleinen Emitierbereichen 11,7. Wb. Hc... vorhanden sind, durch Ätzen entfernt. Dies ist in F i g. 11

.-.<, gezeigt. Wie diese Figur zeigt, ist der Teil der Aluminiumschicht 4, der ungeätzi bleibt, gitterlörmig. Diese gitterförmige Aluminiumschicht 4 wird von dem zweiten Isolierfilm b bedeckt, wie dies Fig. 12 zeigt. Dieser zweite Isolierfilm 6 kann durch das oben unter

V) Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebene Verfahren gebildet werden. Als nächstes werden, wie in F i g. I 3 gezeigt, die Löcher 12a. \2b. 12c..., die durch den in der F i g. I 3 nicht dargestellten ersten Isolierfilm und den zweiten Isolierfilm 6 durchtreten, über den kleinen Emitterbereichcn Wa, Wb. lic... geöffnet, um die Flächen der kleinen Emitterbereiche am Boden der Löcher freizulegen. Draufhin wird, wie Fig. i4 zeigt, ein Metall, z. B. Gold, stark auf dem zweiten Isolierfilm 6 durch Verdampfung niedergeschlagen, wobei diese GoIdschicht 13 ohmsche Kontakte mit den kleinen Emitterbereichen Wa. l\b. lic... bildet. Die GoIdschichl 13 wird als Emitterelektrode verwendet. Damit ist die Herstellung der Halbleiterscheibe des Transistors allgeschlossen. Die Halbleiterscheibe 1 wird an einem Sockel befestigt, die Elektroden werden mit den Leitungen des Sockels verbunden und der Sockel wird hermetisch abgedichtet, wodurch ein vollständiges Halbleiterbauelement erhalten wird.

Fig. 15 zeigt einen Schnitt längs der Linie B-B der in Fig. 14 gezeigten Halbleiterscheibe. Wie Fig. 15 zeigt, werden die kleinen Emitterbereiche lla. Wb. Wc... durch die Emitterelektrode 13 aus Gold parallel geschaltet und die Emitterelektrode 13 wird von der Basiselektrode 4 durch den ersten Isolierfilm 14 und den zweiten Isolierfilm 6 getrennt und deshalb ist die isolation zwischen den beiden Elektroden vollständig. Wie in der Fig. 15 gezeigt, ist es deshalb möglich, die Basiselektrode 4 aus einem Metall mit geringem spezifischen Widerstand über allen Teilen des Basisbe reiches 2 anzubringen, die sich zwischen den kleinen Emitterbereichen 11a. 11.6. lic... befinden. Dadurch wird die Strominjektion über alle Umfangsteile der kleineren Emitterbereiche wirksam verteilt, ohne daß es notwendig wäre, ein Leitfähigkeitsraster vorzusehen.

obwohl derselbe Emitteraufbau wie bei einem Transistor der Überdeckungsart vorhanden ist.

Bei dem Transistor nach der Erfindung, kann der Widerstand der Basiselektrode darüber hinaus wesent-

lieh kleiner gemacht werden im Vergleich /ti dem Widersland eines Transistors der Überdeckungsart und deshalb kann der Spannungsabfall, der auf dem Widersland der Basiselektrode beruh), wesentlich verringert werden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß, wie sich aus den l·' ig. 14 und 15 ergibt, man sagen kann, daß bei dieser Aiisführungsform das Leitungsfähigkeitsraster bei dem Transistor der Ubcrdeckungsart durch ein Metall mit einem spezifischen Widerstand ersetzt worden ist. der wesentlich kleiner als der des I lalblciters ist.

Wie oben beschrieben, hat ein Transistor nach der Erfindung aiilgruncl des Aufbaues der Elektroden dadurch einen großen Vorteil, daß es auch möglich ist. negative Rückkopphingswiderstände den kleinen Emitterbereichen hinzuzufügen, wo dieses Bedürfnis besteht. Wenn negative Rückkoppliingswiderstände nicht erfor derlieh sind, können die Basis- und Emitterelektroden nahe aneinander angeordnet werden, was bei einem Hochfrequenz-Transistor mit hoher Leistung von Vorteil ist. der kompliziert geformte und kleine Kmitt erber eiche aufweist.

Darüber hinaus ist die Form der Emittcrclektrotle. wie sie von oberhalb der Halbleiterscheibe /u sehen im. eine einfache Platte mit großer Fläche. Deshalb kann beim Verbinden eier Emitterelektrode mit der Zuleitung des Sockels mittels einer Verbindnngsleitting tier Anschluß eier Verbindungsleitung in einfache!' Weise ausgeführt werden. Da eine ausreichend starke Verbindung'-k'itiinj! verwendet werden kann, können Ά·:ι Widerstand und die Induktivität der Verbindungsleitung vei ringen werden. Als F.rgebnis intl der Vorteil auf, da!', die Frequenzcharakteristik und die Slromkapazirit de·. \ olKtäiuligcn Transistors noch besser werden.

Darüber hinaus kann die I lalhleitersch.'ilie di·- Tiansistors nach der Frfindiing auf einer,! Sockel in solcher Weise befestigt werden, daß die Fläche dei Fmilterelektrode in Kontakt mit der oberen Fläche de; Sockels sein kann. Dadurch wird es möglich, die bein" Betrieb des Transistors erzeugte Wärme wirksair abzuleiten. Die beim Betrieb des Transistors erzeugte Wärme wird nämlich im wesentlichen in dem Kollektot PN-Übergang ei zeugt. Der Abstand von dem Kollektor· PN-Übergang zur Fläche der Emitterelektrode liegi üblichei weise unterhalb 10 μιη. jedoch ist der Abstaue von dem Kollcktor-PN-Übcrgang zur Oberfläche des Kolleklorberciches, d. h. der Bodenfläche der Halbleiterscheibe, üblicherweise etwa KK) bis 200 um Deshalb ist es viel wirksamer, die erzeugte Hitze vor der Fläche der Emitterelektrode statt von dei Oberfläche des Kollektorbereiches abzuleiten. Bei der üblichen bekannten Transistoren der Art des lneinan· dcrgreifens und der Überdeckungsart ist es aber weger der Form der Elektroden unmöglich,.die Fläche det Emitterelektrode an dem Sockel zu befestigen. Air diesem Cirunde wird die Wärme unvermeidlich hauptsächlich über die Oberfläche des Kollektorbereiche« abgeleitet. Bei eiern Transistor nach der Erfindung ist dk obere Elektrode (Emitterelektrode oder Basiselektrode eine einfache Platte mit einer großen Fläche line deshalb ist es möglich, die Oberfläche der Elektrode l'cs' mit dem Sockel zu verbinden. Aus diesem Grunde kam die in dem Kollektor-PN-l Miergang erzeugte Wärme zi dem Sockel über diese Elektrode übertragen tint wirksam abgeführt werden.

Bei dem Transistor nach licr Erfindung ist es auef möglich, die Emitterelektrode und die Basiselektrode kreisscheiberiförmig zu machen und die beiden Elektro den s·. /Li formen, daß sie konzentrische Kreisscheibei bilden, wenn sie vor -.'the, HvJb der Halhleiterscheibf geseher \ν:.Ί u.:i. Dei Transistor kann dann vorieilhal mit einer Koaxialleitung verbunden werden.

Hierzu 7 Biati Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit einer Halbleiterscheibe mit einem Leitungstyp, mit einem ersten an der einen Seitenfläche der Halbleuerscheibe gebildeten Bereich mit zu der Halbleiterscheibe entgegengesetztem Leitungstyp, mit einem zweiten in dem ersten Bereich gebildeten Bereich mit demselben Leitijngstyp wie die Halbleiterscheibe, mit einem ersten Isolierfilm zum Bedecken der Teile der pn-Übergänge, die zwischen den beiden Bereichen und zwischen dem ersten Bereich und der Halbleiterscheibe gebildet sind und an dieser einen Seitenfläche der Halbleiterscheibe an die Oberfläche treten, und mit einer ersten Leitungsschicht, die auf dem ersten Isolierfilm gebildet ist und ohmschen Kontakt mit einem der beiden Bereiche über Löcher macht, die in dem ersten Isolierfilm vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Isolierfilm (6) die Oberfläche der ersten Leitungsschicht (4) bedeckt und wenigstens einen Teil der ersten Leitungsschicht (4) in ihrem Umfang unbedeckt läßt, und daß eine zweite Leitungsschicht (8), die auf dem zweiten Isolierfilm (6) gebildet ist, ebenso wie die erste Leitungsschicht (4) plattenförmig ausgebildet ist und über Löcher durch die beiden Isolierfilme (10, 6) und, von dem ersten Isolierfilm (10) isoliert, durch die zwischen diesen Isolierfilmen (10, 6) liegende erste Leitungsschicht (4) dringt und ohmschen Kontakt mit dem anderen der beiden Bereiche (2, 3) macht, und daß die eine der beiden Leitungsschichten (4, 8) mindestens teilweise aus einem Material mit hohem spezifischen Widerstand besteht.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Stück der Teile der ersten Leitungsschicht (4), die den ersten Isolierfilm (10) durchdringen, aus einem Material mit hohem spezifischen Widerstand besteht und daß die Teile der ersten Leitungsschicht (4), die parallel zu der Fläche der Halbleiterscheibe (1) liegen, aus einem Metall bestehen.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der ersten Leitungsschicht (4), die den ersten Isolierfilm (10) durchdringen, aus einem Metall mit geringem spezifischen Widerstand bestehen, daß die Teile der zweiten Leitungsschicht (8), die parallel zur Fläche der Halbleiterscheibe (1) liegen, aus einem Material mit hohem spezifischen Widerstand bestehen und daß eine Metallschicht (9) im wesentlichen auf der gesamten Fläche der zweiten Leitungsschicht (8) aufgebracht ist.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitungs-Schicht (8) vollständig aus einem Material mit hohem Spezifischen Widerstand besteht und daß eine Metallschicht (9) im wesentlichen auf die gesamte Fläche der Teile der zweiten Leitungsschicht (8) aufgebracht ist, die parallel zur Fläche der Halbleiterscheibe (1) liegen.

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (2) der Basisbereich eines Transistors ist, daß der zweite Bereich (3) der Emitterbereich ist, daß die erste Leitungsschicht (4) ohmschen Kontakt mit dem Basisbereich macht und daß die zweite Leitungsschicht (8) ohmschen Kontakt mit dem Emitterbe reich macht.

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (2) der Basisbereich eines Transistors ist, daß der zweite Bereich (3) der Emitterbereich ist, daß die erste Leitungsschicht (4) ohmschen Kontakt mit dem Emitterbereich macht und daß die zweite Leitungsschicht (8) ohmschen Kontakt mit dem Basisbereich macht.

7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsschichten (4, 8) die Form von konzentrischen Kreisscheiben aufweisen.

8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüehe 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe (1) zwei Schichten (la, Xb) desselben Leitfähigkeitstyps und mit voneinander verschiedenem spezifischen Widerstand aufweist und daß der Basisbereich (2) und der Emitterbereich (3) in der Schicht (la) mit hohem spezifischen Widerstand vorgesehen sind.

9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit hohem spezifischen Widerstand ein Halbleitermaterial ist.

10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit hohem spezifischen Widerstand ein Metall ist.