DE2349938A1

DE2349938A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE2349938A1
Application number: DE19732349938
Authority: DE
Inventors: Satoru Ito; Sumio Nishida; Katsuro Sugawara; Kohei Yamada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-10-04
Filing date: 1973-10-04
Publication date: 1974-04-25
Also published as: FR2202367A1; JPS5218070B2; US4000507A; GB1444823A; NL7313366A; JPS4958769A; FR2202367B1

Description

Halbleitervorrichtung (Priorität: 4. Oktober 1972, Japan, Nr. 99060)

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen, insbesondere auf Mesa-Halbleitervorrichtungen.

Venn bei Halbleitervorrichtungen, beispielsweise Transistoren, Wasser oder Feuchtigkeit oder andere Verschmutzungen direkt an einer Halbleiter-Oberfläche anhaften, führt dies zu Verschlechterungen der Eigenschaften. Um derartige Verschlechterungen zu verhindern, wird bekanntermaßen auf der Halbleiteroberfläche ein Schutzfilm vorgesehen. Aber auch bei Halbleitervorrichtungen, die mit einem Schutzfilm versehen sind, treten Verschlechterungen der Eigenschaften auf. Beispielsweise steigt der Leckstrom und die Spannungsfestigkeit des pn-Überganges wird verschlechtert. Bei verschiedenen Untersuchungen wurde folgender Grund hierfür festgestellt, Wenn an dem Schutzfilm eine Verschmutzung anhaftet, wird er unter dem Einfluß eines im Betrieb der Halbleitervorrichtung anlißgenden elektrischen Randfeldes ionisiert. Die Ionen führen zur Bildung einer Verarmungsschicht oder einer Schicht mit entgegengesetztem

409817/0772

2349338

Leitfähigkeitstyp an der Oberfläche eines Halbleiterbereichs, an den ein Ende des pn-Überganges heranreicht. Die Verarmungsschicht oder Schicht mit umgekehrtem Leitfähigkeitstyp erreicht den Teil.-· 3; der Halbleiteroberfläche, die vom Schutzfilm nicht bedeckt ist und einen mit dem Basisanschluß in Berührung stehenden Teil, so daß ein hoher Leckstrom erzeugt wird·. .

Hohe Leckströme führen bei Halbleitervorrichtungen zu unerwünschten Eigenschaften. Beispielsweise zeigt sich beim Sperr-Hochspannungstest und beim Leistungstest ein hoher Kollektor-Bäsis Sperrstrom Iqbq des Transistors bei offenem Emitter.

Aufgabe der Erfindung ist esv^!eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, bei der kein Kanalstrom infolge übermäßiger Ausbreitung einer invertierten Schicht oder Verarmungsschicht auf den Oberflächen der Basis und des Kollektors entsteht. Die Halbleitervorrichtung soll stabile elektrische Eigenschaften haben.

Die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß ringförmige Schutzelektroden mit der Basisoberfläche und der Kollektoroberfläche auf einem Oxidfilm bei einer Halbleiteroberfläche vorgesehen und ein pn-übergang dazwi- · sehen angeordnet ist, wobei die Schutzelektroden jeweils auf dem gleichen Potential gehalten werden wie die Basis und der Kollektor. - .

Anhand des in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die z.T. aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer erfihdungsgemäßen Halbleitervorrichtung ; und

Fig. 2 den Vertikalschnitt eines Teils der Halbleitervorrichtung der Fig. 1.

409817/0772

• Fig. 1 zeigi/einen ~ npn-Mesa-Siliziunitransistor, der aus drei Bereichen aufgebaut ist, nämlich einem η-leitenden Kollektorbereieh 1, · einem p-leitenden Basisbereich 2 und einem n-leitenden Emitterbereich. 3· Er enthält ferner einen MesateiL-6. Der n-leitende Kollektorbereich 1 ist aus einem Siliziumsubstrat aufgebaut, das aus einem Kollektorbereich 11 mit niedrigem' spezifischem Widerstand und'einem η-leitenden Kollektorbereich 10 mit hohem spezifischem Widerstand besteht. Der p-leitende Basisbereich 2 ist auf dem einen hohen=spezifischen Widerstand aufweisenden Kollektorbereich 10 ausgebildet. Eine Basiselektrode 4 steht in nichtgleichrichtendem Kontakt mit dem Basisbereich 2* Der n-ieitende Kollektorbereich 10 und der p-leitende Basisbereich 2 bilden einen Kollektor-Basis-Übergang 7. Auf dem n-leitenden Emitterbereich 3» der im p-leitenden Basisbereich 2 ausgebildet ist, befindet sich ein Emitteranschlufl 5, der mit dent. Emitter bereich 3 in nichtgleichrichtendem Kontakt steht·. Der Me sat eil _Λβ ist aus einem Mesa—Seitenflächenteil 8 und dem η-leitenden Emitterbereich 3 ausgebildet, Der Teil

8 wird hergestellt, indem ein Teil des p-leitenden Basisbereichs

2 und des n-leitenden, einen hohen spezifischen Widerstand aufweisenden Kollektorbereichs 10 weggeätzt werden. Auf den Oberflächenstlicken des Mesateils- 6, die den Basisanschluß 4 und den Emitteranschluß 5 nicht berühren, wird ein Siliziumoxidfilm 9 ausgebildet. Auf einem freiliegenden Teil des Kollektorbereichs 10 wird eine Schutzelektrode 10a aus Aluminium ausgebildet. Die Schutzelektrode 10a erstreckt sich auf den Oxidfilm 9 und umgibt den Mesateil 6. Der Basisanschluß 4 oberhalb des Mesateils 6 ist auf den Oxidfilm

9 verlängert. Der verlängerte Teil bildet eine Schutzelektrode 4a aus Aluminium, die den Mesateil ringförmig umgibt^, Wenn bei· diesem Aufbau der Kollektor-Basis-Übergang 7 in Sperrichtung vorgespannt wird (Fig. 2--} »--so werden Wasser, Feuchtigkeit oder andere Verschmutzungen,· die auf dem Oxidfilm 9 anhaften, durch ein infolge dertSperr-Vorspannung entstehendes elektrisches Randfeld ionisiert.

40 98 17*/0-77 2

Hierdurch werden auf der Basisseite positive Ladungen und auf der Kollektorseite negative Ladungen erzeugt. Die Ladungen entstehen ferner durch die Verschlechterung des Oxidfilms. Die positiven und negativen Ladungen auf dem Oxidfilm 9 erweitern eine invertierte Schicht oder eine Verarmungsschicht auf die unter dem Oxidfilm des p-leitenden Basisbereichs 2 und des η-leitenden Kollektorbereichs 10 befindlichen Teile der Substratoberfläche. Wenn die invertierte Schicht und die Verarmungsschicht (Teile der schrägen Linien in Pig. 2) die Enden des Oxidfilms 9 (gestrichelte Linien in Pig. 2) erreichen, wird &±n übermäßiger Kanalstrom erzeugt. Durch die vorstehend beschriebenen Schutzelektroden 4a und 10a, die sich auf den Oxidfilm 9 erstrecken, erreichen die invertierte Schicht und die Verarmungsschicht nicht die Basis- und Kollektoroberflächenteile unter dem Oxidfilm 9» der mit den Schutzelektroden 4a und 10a bedeckt ist. Sie können daher auf diese Seiten, der Oberflächenteile begrenzt werden. Auf diese Weise kann der Einfluß der Ionen beseitigt werden, die durch das elektrische Randfeld erzeugt werden, so daß die Entstehung eines Kanalstroms verhindert wird.

Statt auf npn-Mesatransistoren ist die Erfindung auch anwendbar, wenn man p- und n-Leitfähigkeit gegeneinander vertauscht. Ähnliche Wirkungen werden erzielt, wenn die Erfindung auf Kesadioden, Planardioden oder -transistoren und andere Halbleitervorrichtungen angewendet wird, und zwar auf Einzelelemente, integrierte und in starkem Maße integrierte Schaltungen.

Bei der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung kann der Einfluß der elektrischen Ladungen auf die Oberfläche des Oxidfilms beseitigt und die Entstehung eines Kanalstroms verhindert werden. Ferner werden die elektrischen Eigenschaften der Halbleitervorrichtung in starkem Maße stabilisiert.

.Patentanspruch

09817/0772

Claims

PATEI TA FSPRUOH M-10822 ,

Halbleitervorrichtung, bei der auf eiriem vorherbestimmten Teil eines Kollektors eine Basis ausgebildet ist, wobei zwisehen Basis und Kollektor ein pn-übergang angeordnet ist, mit-einem auf der Oberfläche eines Halbleiters ausgebildeten Schutzfilm, auf der sich ein Ende des pn-Überganges befindet, gekennzeichnet durch zwei ringförmige leitende Schichten (4a, 10a), die auf dem Schutzfilm (9) angeordnet sind, wobei ein Ende des pn-Überganges zwischen ihnen liegt, und wobei eine der leitfähigen Schichten über der Basis auf, dem Baslspotential und die andere leitiahige Schicht über dem Kollektor auf dem Kollektorpotential gehalten wird.

409817/0772

Le e rs e rt.e