DE3119288A1

DE3119288A1 - Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE3119288A1
Application number: DE19813119288
Authority: DE
Inventors: Tatsuaki Takasaki Gunma Kunimitsu
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-05-19
Filing date: 1981-05-14
Publication date: 1982-06-09
Also published as: GB2077491A; IT8121781A0; IT1135846B; JPS56162864A

Description

-A- Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung, insbesondere eine Elektrodenstruktur eines Lateraltransistors. 5

Ganz allgemein ist ein Lateral-PNP-Transistor, wie in Fig. 1A und 1B dargestellt, so aufgebaut, daß ein P leitender Kollektor 3, der einen P -leitenden Emitter 2 umgibt, auf einem N-leitenden Siliciumsubstrat 1 ausgebildet ist, das als Basis dient, wobei Aluminiumelektroden C und E, die mit den entsprechenden Bereichen in Kontakt stehen, auf einem Oberflächen-Oxidfilm A, z.B. einem SiO₂-FiIm ausgebildet sind. Um den Kollektor-Sättigungswiderstand R einer derartigen Konstruktion zu

Co

verringern, muß der Kontaktbereich 51 des Kollektorbereiches 3, der einem Emitterbereich 52 gegenüberliegt, wie es in Fig. 1A dargestellt ist, sctLang wie möglich gemacht werden. Da jedoch die Kollektorelektrode und die Emitterelektrode beim Stande der Technik in derselben Ebene angeordnet sind, war es unmöglich, die Länge des Kollektorkontaktes maximal zu machen, die dem Emitter beim Leitungsdrahtteil der Emitterelektrode gegenüberliegt. Infolgedessen tritt beim Lateraltransistor gemäß dem Stande der Technik das Problem auf, daß der Kollektor-Sättigungsstrom entsprechend hoch ist. Dieses spezielle Problem bringt jedoch das unerwünschte Ergebnis mit sich, daß die Leistungsaufnahme einer integrierten monolithischen Halbleiterschaltung für einen Leistungsverstärker zunimmt, falls ein Lateral-PNP-Transistor mit hoher Leistung in die integrierte Halbleiterschaltung eingebaut wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Lateraltransistor anzugeben, der einen niedrigen Kollektor-Sättigungswiderstand besitzt. Dabei soll ein Hochleistungs-Lateral-Transistor geschaffen werden', der zur Verwendung in einer integrierten monolithischen Halbleiterschaltung für einen

Leistungsverstärker geeignet ist.

Gemäß der Erfindung wird ein siebförmiger oder gitterförmiger Kollektor-Halbleiterbereich ausgebildet, der eine Vielzahl von matrixförmigen Emitter-Halbleiterbereichen umgibt. Eine siebförmige Kollektorelektrode als erste Schicht wird längs des siebförmigen Kollektor-Halbleiterbereiches ausgebildet. Diese Kollektorelektrode ist so ausgebildet, daß sie die Vielzahl von Emitter-Halbleiterbereichen vollständig umgibt. Eine Emitterelektrode wird auf einem Isolierfilm ausgebildet, der die Kollektorelektrode in der Weise bedeckt, daß er die Kollektorelektrode kreuzt. Somit ist es möglich, einen Lateraltransistor zu schaffen, der einen niedrigen Kollektor-Sättigungswiderstand besitzt und eine kleine Fläche einnimmt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung vcn Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1A und 1B eine Draufsicht zur Erläuterung eines

herkömmlichen Lateraltransistors bzw. einen Schnitt längs der Linie IB-IB

der Draufsicht in Fig. 1A;

Fig. 2A und 2B eine Draufsicht zur Erläuterung eines

erfindungsgemäßen Lateraltransistors

^Q bzw. einen Schnitt längs der Linie HB -

HB der Draufsicht in Fig. 2A;

Fig. 3 eine Draufsicht zur Erläuterung einer

anderen Ausführungsform des erfindungs-^OJ gemäßen Lateraltransistors;

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV - IV

der Draufsicht in Figur 3;

Fig. 5 ein Ersatzschaltbild des Lateraltransistors in Fig. 3; und in

Fig. 6 ein Schaltbild zur Erläuterung eines Leitungsverstärkers, bei dem ein Lateraltransistor gemäß Fig. 3 bei einer integrierten Halbleiterschaltung für einen Höher

frequenz-Leistungsverstärker eingesetzt wird.

Figuren 2A und 2B zeigen einen Laterial-PNP-Transistor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Bei einer N-leitenden Silicium-Einkristall-Halbleiterschicht 6 wird die Oberfläche mit einem Diffusionsverfahren mit einem Emitterbereich 7, der einen P-leitenden Halbleiterbereich darstellt, und einem Kollektorbereich 8 ausgebildet, der aus einem anderen P-leitenden Halbleiterbereich besteht, welcher den Emitterbereich 7 umschließt. Ein Isolierfilm 9 aus Siliciumdioxid .(SiO₇) wird auf der Oberfläche der Halbleiterschicht 6 ausgebildet. Dieser Isolierfilm 9 wird z.B. mit einer Dicke von 0,8 μπι ausgebildet. Der so hergestellte Isolierfilm 9 wird mit einem Emitter-Kontaktloch 10 und einem Kollektor-Kontaktloch 11 ausgebildet. Eine Aluminium-Emitterelektrode 12 einer ersten Schicht und eine Aluminium-Kollektorelektrode 13 einer ersten Schicht werden ausgebildet, um diese Emitter- und Kollektor-Kontaktlöcher 10 und 11 auszufüllen. Diese beiden Elektroden bilden ohmsche Kontakte für die P-leitenden Bereiche 7 bzw. 8. Es darf insbesondere darauf hingewiesen werden, daß die Kollektorelektrode 13 den Emitterbereich 7 über den gesamten Umfang des Kollektorbereiches umgibt.

Ein Isolierfilm 14 einer zweiten Schicht aus Polyimidharz oder dgl. wird ausgebildet, um die Emitterelektrode

12 und die Kollektorelektrode 13 abzudecken. Dieser Isolierfilm 14 wird so ausgelegt, daß er eine Dicke von beispielsweise 1 μΐη besitzt. Auf diesem Isolierfilm 14 der zweiten Schicht wird eine Aluminiumelektrode 15 einer zweiten Schicht ausgebildet, die elektrisch mit der Emitterelektrode 12 verbunden ist. Die so ausgebildete Emitterelektrode 15 der zweiten Schicht wird zur Außenseite des das Element bildenden Bereichsteiles über die Kollektorelektrode 13 der ersten Schicht geleitet.

Bei dem Aufbau der hier beschriebenen Art kann die Länge des Kontaktteiles der Kollektroelektrode, welche den Emitterbereich umgibt, maximal gemacht werden, so daß der Kollektor-Sättigungswiderstand B.„„ verringert werden kann.

Fig. 3 und 4 zeigen eine Draufsicht bzw. einen Schnitt zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lateral-PNP-Transistors. Diese zweite Ausführungsform stellt einen Hochleistungstransistor dar. Dieser Transistor hat seinerseits einen Aufbau, der einen kleinen Flächenbereich einnimmt, so daß er zum Einbau in eine integrierte Halbleiterschaltung geeignet ist. Diese Konstruktion findet zum Beispiel einen geeigneten Anwendungszweck bei einer Gegentakt-Ausgangsschaltung eines Tonfrequenz-Leistungsverstärkers. In den Fig. 3 und 4 bezeichnet das Bezugszeichen 16 einen Silicium-Halbleiterkörper, der aus einem P-leitenden

™ Silicium-Einkristall-Halbleitersubstrat 17 und einer N-leitenden Silicium-Epitaxial-Halbleiterschicht 18, die auf dem Substrat 17 ausgebildet ist, aufgebaut ist. Eine Vielzahl von P -leitenden Halbleiterbereichen 19 sind matrixförmig in der Oberfläche der N-leitenden

Halbleiterschicht 18 ausgebildet. Diese Halbleiterbereiche 19 arbeiten als Emitter. Ein P -leitender Halb-

-δ-leiterbereich 20, der als Kollektor arbeitet, ist so ausgebildet, daß er die Vielzahl von Emitterbereichen 19 umgibt, welche matrixförmig angeordnet sind. Dieser Halbleiterbereich 20 ist so im Abstand von den Emitterbereichen 19 angeordnet, daß er eine vorgegebene Basisbreite bestimmt, und er ist in Form eines Siebes oder Gitters ausgebildet, das als gemeinsamer Halbleiterbereich für die Vielzahl von Emitterbereichen 19 verwendet werden kann. Die oben beschriebenen Halbleiterbereiche 19 und 20 können gleichzeitig mit einem an sich bekannten Diffusionsverfahren hergestellt werden.

Ein Isolierfilm 21, z.B. ein Siliciumoxidfilm, ist auf der Hauptoberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet.

Dieser Isolierfilm 21 ist so ausgelegt, daß er z.B. eine Dicke von 0,8 um besitzt. Eine Vielzahl von Emitter-Kontaktlöchern 22 werden jeweils in der Vielzahl von Emitterbereichen 19 ausgebildet, indem man den Isolierfilm 21 selektiv entfernt. Gleichzeitig wird ein siebförmiges Kollektor-Kontaktloch 23 in dem gemeinsamen Kollektorbereich 20 durch selektives Entfernen ausgebildet. Andererseits wird ein Basis—Kontaktloch 24 für die Halbleiterschicht 18 ausgebildet, welche als Basis arbeitet.

Die Emitterelektroden 25 der ersten Schicht werden auf der Vielzahl von jeweiligen Emitterbereichen 19 ausgebildet. Diese Emitterelektroden 25 werden z.B. aus Aluminium hergestellt. Die entsprechenden Emitterelektro-

den 25 stehen in ohmschem Kontakt mit den Emitterbereichen 19 in den Emitter-Kontaktlöchern 22.

Eine siebförmige Kollektorelektrode 26 der ersten Schicht aus Aluminium wird auf dem Kollektorbereich 20 ausgebil-"" det. Diese KoIlektorelektrode 26 steht in ohmschem Kontakt mit dem Kollektorbereich 20 in dem gitterförmigen Kontaktloch. Infolgedessen wird die Kollektorelektrode

26 ausgebildet, um die entsprechenden Emitterbereiche 19 vollständig zu umgeben.

Eine Basiselektrode 27 der ersten Schicht aus Aluminium wird auf der Halbleiterschicht 18 ausgebildet, die als Basis arbeitet. Diese Basiselektrode 27 steht auch in ohmschem Kontakt mit der Halbleiterschicht 18 im Basis-Kontaktloch 24.

^ Die Emitterelektroden 25, die Kollektorelektrode 26 und die Basiselektrode 27 können gleichzeitig hergestellt werden, indem man die Metallschicht aus Aluminium über der gesamten Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers 16 mit einem herkömmlichen Aluminium-Verdampfungsverfahren aufbringt und anschließend den Metallfilm zu dem vorgegebenen Muster ätzt. Die so hergestellten Elektroden werden z.B. mit einer Dicke von 1 μΐη ausgebildet.

Ein Isolierfilm 28 der zweiten Schicht wird so ausgebil-

det, daß er die entsprechenden Elektroden der ersten Schicht bedeckt. Dieser Isolierfilm 28 besteht aus PoIyimidharz und wird mit einer Dicke von beispielsweise 1 μπι ausgebildet. Dieser so hergestellte Isolierfilm wird mit einer Vielzahl von Kontaktlöchern 29, durch

welche die ersten Emitterelektroden 25 zur Außenseite hin freiliegen, und mit einem nicht dargestellten Kontaktloch versehen, durch welches die Kollektorelektrode der ersten Schicht teilweise nach außen hin freiliegt.

Außerdem legt der Isolierfilm 28 der zweiten Schicht 30

das Anschlußteil B der Basiselektrode 27 der ersten Schicht dadurch nach außen hin frei.

Der Isolierfilm 28 der zweiten Schicht wird darauf mit einer zur zweiten Schicht gehörenden Emitterelektrode

30 aus Aluminium versehen. Diese Emitterelektrode 30

ist elektrisch an die entsprechenden Emitterelektroden 25 der ersten Schicht in den Kontaktlöchern 29 ange-

-ιοί schlossen. Diese Emitterelektrode 30 der zweiten Schicht ist aus einer Vielzahl von Verzweigungsteilen 31, welche gemeinsam die in Zeilen angeordneten ersten Emitterelektroden 25 verbinden, und einem gemeinsamen Elektrodenteil 32 aufgebaut, das sich über diese Vielzahl von Verzweigungsteilen 31 erstreckt.

Eine Kollektorelektrode 33 aus Aluminium der zweiten Schicht ist auf dem übrigen Teil der Oberfläche des Isolierfilmes 28 der zweiten Schicht ausgebildet. Diese KoIlektorelektrode 33 ist elektrisch mit der Kollektorelektrode 26 der ersten Schicht durch ein nicht dargestelltes Kontaktloch verbunden, das im Isolierfilm 28 ausgebildet ist.

Die Emitterelektrode 30 und die Kollektorelektrode 33 der zweiten Schicht können gleichzeitig mit einem herkömmlichen Aluminium-Verdampfungsverfahren hergestellt werden, wobei man einen Metallfilm aus Aluminium auf dem gesamten Isolierfilm 28 der zweiten Schicht ausbildet und anschließend ein Muster in diesem Metallfilm herstellt. Diese Emitter- und Kollektorelektroden werden z.B. mit einer Dicke von 1 μπι ausgebildet.

Das Anschlußteil E der Emitterelektrode 30, das Anschlußteil C der Kollektorelektrode 33 und das Anschlußteil B der Basiselektrode 27 können als entsprechende Bonding-Anschlußstellen zur Verbindung von externen Teilen

verwendet werden.
30

Das Ersatzschaltbild der oben beschriebenen Ausführungsform ist in Figur 5 dargestellt. Bei diesem Aufbau umgibt die einzige Kollektorelektrode 26 vollständig die Vielzahl von Emitterbereichen 19, so daß der Kollektor-Sättigungswiderstand R^₀ des PNP-Transistors verringert werden kann.

Bei diesem Aufbau kann außerdem der Kollektor-Halbleiterbereich 20, der die entsprechenden Emitter-Halbleiterbereiche 19 umgibt, in Form eines Siebes oder Gitters ausgebildet werden, so daß der vom PNP-Transistör eingenommene Flächenbereich verringert werden kann.

Bei diesem Aufbau ist außerdem die Emitter-Leitungselektrode 30 der zweiten Schicht, die sich über den Basis-Halbleiterbereich 18 erstreckt, welcher zwischen den Emitter-Halbleiterbereichen 19 und dem Kollektor-Halbleiterbereich 20 angeordnet ist, auf dem Isolierfilm der zweiten Schicht ausgebildet, so daß sie in einer solchen Stellung angeordnet ist, daß sie sich in ausreichendem Abstand von der Oberfläche des Basis-Halbleiterbereiches 18 befindet. Infolgedessen ist die Intensität des elektrischen Feldes, das auf den Basis-Halbleiterbereich 18 von der Emitterelektrode 30 wirkt, die sich über einen Teil des Basis-Halbleiterbereiches zwischen den Emitterbereichen und dem Kollektorbereich erstreckt, schwächer als bei der herkömmlichen Bauart, wie sie in Fig. 1A und 1B dargestellt ist, so daß es ermöglicht wird, die Ausbildung eines Störungskanals oder einer Inversionsschicht im Basis-Halbleiterbereich unmittelbar unterhalb der Emitterelektrode zu verhindern. Dies verhindert schließlich, daß ein unerwünschter Leckstrom vom Emitter zum Kollektor des Lateraltransistors fließt.

3" Mit dem Aufbau gemäß der Erfindung, wie er vorstehend im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 erläutert worden ist, läßt sich ein ausgezeichneter Effekt insofern erreichen, als bei einer integrierten Halbleiterschaltung (IC) für eine Tonfrequenz-Leistungsschaltung, die keine

^OJ Bootstrap-Schaltung besitzt, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, die Leistung erhöht werden kann, indem man eine Ausführungsform gemäß der Erfindung verwendet. Genauer

-1Z-

gesagt, der in Fig. 6 mit einer strichpunktierten Linie angedeutete Bereich ist in ein einziges Stück eines Siliciumhalbleiterkörpers unter Verwendung einer Halbleiterintegrationstechnik integriert. Bei dieser integrierten Schaltung verwendet insbesondere ein PNP-Transistor Q₁-, der mit einer strichlierten Linie umgeben ist, in einer Ausgangsstufe einen Transistor mit einem Aufbau der oben beschriebenen Art. Dann wird der Kollektor-Sättigungswiderstand R_c_ des angegebenen Transi-

stors Q₁- verringert, so daß die Kollektor-Emitter-Spannung V , .,(d.h. die Restspannung) des PNP-Transistors Q₁- bei Sättigung entsprechend verringert werden kann. Infolgedessen kann die Kollektor-Emitter-Spannung V . , . , d.h. die Restspannung, eines NPN-Transistors Q- in der Endstufe bei Sättigung verringert werden, so daß die Leistung vergrößert werden kann. Andererseits kann ein Lateraltransistor mit einer kleinen Bauelementfläche hergestellt werden, so daß sich die Integrationsdichte der integrierten Schaltung verbessern läßt.

Gemäß der Erfindung, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsformen erläutert worden ist, kann der Kollektor-Sättigungswiderstand R im Falle eines diskreten PNP-Transistors um etwa 10 % gegen— ^ZD über einem herkömmlichen Wert verringert werden. Andererseits kann der Kollektor-Sättigungswiderstand R_n im Falle eines Lateraltransistors mit einer Vielzahl (ungefähr 50 Teilen) von PNP-Bereichen, die parallelgeschaltet sind, um etwa 50 % gegenüber einem herkömmlichen Wert

verringert werden. Außerdem kann der Element-Flächenbereich in letzterem Falle um ungefähr 10 % gegenüber einem herkömmlichen Wert verringert werden.

Leerseite

Claims

P L··. Λ.N TAN WALTE

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCH Ü BEL-HOPF-"" EBBINGH AUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2*3, MÖNCHEN SO POSTADRESSE: POSTFACH 95 0160, D-BOOO MÖNCHEN 95

HITACHI, LTD. 14. Mai 1981

DEA-25 469

Halbleiteranordnung

Patentansprüche

Halbleiteranordnung mit einem Lateraltransistor, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Emitter-Halbleiterbereichen vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die in Matrixform in einer Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet und im Abstand voneinander angeordnet sind; einen Kollektor-Halbleiterbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp, der in der Halbleiterschicht in einer solchen siebförmigen Gestalt ausgebildet ist, die sich zwischen zwei beliebigen benachbarten Emitter-Halbleiterbereichen erstreckt und im Abstand von der Vielzahl von Emitter-Halbleiterbereichen, diese umschließend, angeordnet ist; einen ersten Isolierfilm, der sich über die Hauptoberfläche der Halbleiterschicht erstreckt und sowohl eine Vielzähl von Emitter-Kontaktlöchern, durch welche die Vielzahl von

Emitterbereichen teilweise nach außen hin freiliegen, als auch ein Kollektor-Kontaktloch enthält, das in einer solchen siebförmigen Gestalt ausgebildet ist, daß ein Teil des siebförmigen Kollektor-Halbleiterbereiches freiliegt und die Emitter-Kontaktlöcher umgibt;

eine Vielzahl von Emitterelektroden, die sich über den ersten Isolierfilm auf der Vielzahl von Emitter-Kalbleiterbereichen erstrecken und jeweils an die entsprechenden Emitter-Halbleiterbereiche in den entsprechenden Emitter-Kontaktlöchern angeschlossen sind; eine siebförmige Kollektorelektrode, die sich über dem ersten Isolierfilm auf dem Kollektor-Halbleiterbereich erstreckt und an den Kollektor-Halbleiterbereich im siebförmigen Kollektor-Kontaktloch angeschlossen ist, um die entsprechenden ersten Emitterelektroden zu umgeben;

einen zweiten Isolierfilm, der sich über der Kollektorelektrode erstreckt und eine Vielzahl von Emitter-Kontaktlöchern enthält, durch welche die entsprechenden ersten Emitterelektroden der Vielzahl von Emitterelektroden teilweise freiliegen; und eine zweite Emitterelektrode, die auf dem zweiten Isolierfilm ausgebildet ist und elektrisch die ersten Emitterelektroden gemeinsam durch die Vielzahl von Emitter-Kontaktlöchern des zweiten Isolierfilmes verbindet.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die zweite Emitterelektrode eine Vielzahl von Verzweigungsteilen, welche die ersten Emitterelektroden/ die sich in entsprechenden Reihen befinden, elektrisch gemeinsam verbinden, und ein gemeinsames Verbindungsteil auf- ^*³ weist, das sich über die Vielzahl von Verzweigungsteile erstreckt und sie elektrisch verbindet.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Isolierfilm aus Polyimidharz besteht.