DE3142644C2

DE3142644C2 - Halbleiteranordnung mit in einem Halbleiterkörper angeordneten Bipolartransistor und Diode

Info

Publication number: DE3142644C2
Application number: DE3142644A
Authority: DE
Inventors: Henri Joseph Frédéric 6534 AE Nijmegen Kool van Langenberghe; Martinus Lambertus Johannus Adrianus Van De Wouw
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-11-03
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1986-09-11
Also published as: IT1139664B; GB2086655A; CA1173568A; AT386907B; FR2493603B1; FR2493603A1; GB2086655B; ATA468281A; SE8106377L; DE3142644A1; SE457395B; JPS57106075A; JPH0336132U; AU545211B2; NL8005995A; US4530000A; AU7699481A; IT8124803A0

Abstract

Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper mit einem Bipolartransistor mit einer Kollektorzone (2), die durch einen Teil eines Halbleitergebietes gebildet wird, einer Basiszone (5) und einer in die Basiszone (5) eingebetteten Emitterzone (11). Die Basiszone (5) ist mit einer Basismetallisierung (9) und die Emitterzone (11) mit einer Emittermetallisierung (14) verbunden, die eine Emitter-Anschlußelektrode (16) enthält. Zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors ist eine Diode eingeschaltet, deren erste Zone (19) einen Teil des Halbleitergebietes bildet und deren zweite Zone (20) völlig von der ersten Zone (19) umgeben ist und in Projektion völlig innerhalb der Emitter-Anschlußelektrode (16) liegt. Diese Emitter-Anschlußelektrode (16) ist mit der zweiten Zone (20) der Diode verbunden.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

c) die zweite Zone (20) der Diode völlig von der ersten Zone (19) umgeben ist und völlig unter der Emitter-Anschlußelektrode (16) liegt, wobei die Emitter-Anschlußelektrode (16) über ein Kontaktfenster (21) in der Isolierschicht (6) mit der zweiten Zone (20) verbunden ist, und

d) der Rand der zweiten Zone (20) der Diode in einem derart kleinen Abstand von der Basiszone (5) des Transistors liegt, daß im Betriebszustand die Erschöpfungszonen (24) des Kollektor/Basis-Übergangs (2, 5) des Transistors und des PN-Übergangs (19, 20) der Diode ineinander übergehen.

2. Halbleiteranordnung nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (20) der Diode sich bis zu der gleichen Tiefe wie die Basiszone (5) des Transistors erstreckt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung entsprechend dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1.

Eine solche Halbleiteranordnung kann z.B. als Schalttransistor in Horizontalablenkungsschaltungen in Fernsehempfängern dienen. Die zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors eingeschaltete Diode — auch als Spardiode bezeichnet — dient dabei insbesondere dazu, die Linearität der Schaltung zu vergrößern.

Aus der DE-OS 29 13 536 ist eine Halbleiteranordnung der oben genannten Art bekannt, bei der die an die Oberfläche grenzende zweite Zone der Diode neben dem Transistor im Halbleiterkörper liegt und sich einem gesonderten Zweig der Emittermetallisierung anschließt Die zweite Zone der Diode und die Basiszone des Transistors bilden einen Teil desselben Halbleitergebietes vom zweiten Leitungstyp. In diesem Gebiet ist zwischen der zweiten Zone der Diode und der Basiszone des Transistors ein Trennwiderstand angeordnet, der verhindert, daß über dieses Halbieitergebiet und über

ίο die Emittermetallisierung — die sowohl mit der zweiten Zone der Diode als auch mit der Emitterzone des Transistors verbunden ist — der Basis/Emitter-Obergang des Transistors wenigstens örtlich praktisch kurzgeschlossen wird.

Ein Nachteil der bekannten beschriebenen Halbleiteranordnung ist der, daß die Diode und ihr Trennwiderstand neben dem Transistor im Halbleiterkörper vorhanden sind. Dies beansprucht einen Teil der Oberfläche des Halbleiterkörpers, der nun nicht für die Bildung des Transistors benutzt werden kann, niedriger als wenn diese Oberfläche für die Bildung des Transistors benutzt worden wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art die Oberfläche des Halbleiterkörpers für die Bildung des Transistors und der Spardiode so effizient wie möglich zu nutzen, wobei die Durchschlagspannung der Anordnung so hoch wie möglich sein soll. Die genannte Aufgabe wird bei einer gattungsgemä ßen Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Die erfindungsgemäße Halbleiteranordnung hat den Vorteil, daß die Diode nun völlig unter der Emitter-Anschlußelektrode angebracht und damit in die Transistor- struktur aufgenommen ist Dies beansprucht keinen zusätzlichen Teil der Oberfläche des Halbleiterkörpers, die daher optimal für die Bildung des Transistors benutzt werden kann. Die erste Zone cter Diode ist zwischen der zweiten Zone der Diode und der Basiszone des Transistors vorgesehen. Dies bedeutet, daß zwischen der zweiten Zone der Diode und der Basiszone des Transistors im Betriebszustand ein gesperrter PN-Übergang vorhanden ist Dadurch ist ein Kurzschluß des Basis/Emitter-Obergangs des Transistors über den Halbleiterkörper und die Emittermetallisierung verhindert Die Trennung zwischen der zweiten Zone der Diode und der Basiszone des Transistors ist auf diese Weise sehr zweckmäßig und beansprucht außerdem derart '.venig Raum, daß die Diode zusammen mit dieser Tren nung völlig unter der Emitter-Anschlußelektrode ange bracht werden kann. Ein Trennwiderstand, wie er in der bekannten beschriebenen Halbleiteranordnung angebracht ist, ist durch die Maßnahme nach der Erfindung völlig überflüssig geworden.

Dadurch, daß der Rand der zweiten Zone der Diode in einem derart kleinen Abstand von der Basiszone des Transistors liegt, gehen im Betriebszustand die Erschöpfungszonen des Kollektor/Basis-Übergangs des Transistors und des PN-Übergangs der Diode ineinander über.

Dadurch ist erreicht, daß die Äquipotentialebenen im Halbleitergebiet vom ersten Leitungstyp durch das Vorhandensein der Diode praktisch nicht gestört werden. Dadurch wird die Durchschlagspannung der Halbleiteranordnung nicht beeinträchtigt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich die zweite Zone der Diode bis zu der gleichen Tiefe wie die Basiszone des Transistors. Die zweite Zone der Diode und die Basiszone des Transistors können nun

mit demselben Bearbeitungsschritt — ζ. B. durch Diffu- einer Breite von etwa 500 μιη. Dadurch ist eine Kontak-

sion — im Halbleiterkörper gebildet werden. Dadurch tierung auf einer verhältnismäßig großen Oberfläche

ist die Anzahl zusätzlicher Verfahrensschritte, die für möglich, so daß der Anschlußleiter 17 bei der Massen-

die Herstellung einer Spardiode in der Halbleiteranord- herstellung der Halbleiteranordnung maschinell ange-

nung mit Transistor erforderlich ist, verringert 5 bracht werden kann.

Eine Anordnung, die im wesentlichen die Merkmale Die Basiszone 5 und die Emitterzone 11 mit ihren

a) bis c) des Anspruchs 1 und das kennzeichnende Merk- Emitterfingern 12 bilden einen pn-Obergang, der an der

mal des Anspruchs 2 aufweist, ist aus der DE-AS Oberfläche 7 gemäß einer in F i g. 1 mit 18 bezeichneten

27 18 644 bekannt Diese Anordnung betrifft jedoch die Linie endet

Anti-Parallelschaltung zweier Dioden, deren Durch- io Zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transi-

schlagsfestigkeit offensichtlich nicht von Bedeutung ist stors, d.h. zwischen der Emittermetallisierung 14, 16

Erne Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeich- und der Elektrodenschicht 4, ist eine Diode eingeschal-

nung dargestellt und wird im folgenden näher beschrie- tet, deren erste Zone durch einen Teil 19 des Gebietes

ben. Es zeigt vom ersten Leitungstyp 2 gebildet wird und deren zwei-

F i g. 1 schematisch eine Draufsicht auf eine Halblei- 15 te Zone 20 vom zweiten Leitungstyp an die Oberfläche 7

teranordnung nach der Erfindung, grenzt und sich der Emittermetallisierung 14, 16 an-

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Halbleiteranord- schließt

nung längs der Linie H-II in F i g. 1, Die zweite Zone 20 der Diode ist völlig von der ersten

F i g. 3 einen Querschnitt durch die Halbleiteranord- Zone 19 umgehen und liegt in Projektion völlig inner-

nung längs der Linie IU-III in F ig. 1, und 20 halb der Emitter-Anschlußelektrode iß Die Emitter-

F i g. 4 einen Querschnitt durch die Halbleiteranord- Anschiußeiektrode 16 ist über ein Konakiferöter 21 in

nung längs der Linie IV-IV in F i g. 1. der Isolierschicht 6 an die zweite Zone 20 angeschlos-

Die Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich sen. Die Diode ist dadurch völlig unter der Emitter-An-

gezeichnet, wobei der Deutlichkeit halber in den Quer- schlußelektrode 16 angebracht Dies beansprucht kei-

schnitten insbesondere die Abmessungen in der Dicken- 25 nen zusätzlichen Teil der Oberfläche 7 des Halbteiter-

richtung übertrieben groß dargestellt sind. Halbleiter- körpers 1, die daher optimal für die Bildung des Transi-

zonen vom gleichen Leitungstyp sind in derselben Rieh- stors 11,12,5,2 benutzt werden kann. Die erste Zone 19

tung schraffiert; in den Figuren sind entsprechende Tei- der Diode ist zwischen der zweiten Zone 20 der Diode

Ie mit denselben Bezugsziffern bezeichnet und der Basiszone 5 des Transistors vorfanden. Dies

Die Halbleiteranordnung nach den Fig. 1 bis 4 ent- 30 bedeutet, daß zwischen der zweiten Zone 20 und der hält einen Halbleiterkörper 1 mit einem Bipolartransi- Basiszone 5 im Betriebszustand ein gesperrter pn-Oberstor. Der Halbleiterkörper 1 aus einem geeigneten gang vorhanden ist Dadurch ist ein Kurzschluß des Ba-Halbleitermaterial, wie Silicium, enthält ein Halbleiter- sis/Emitter-Obergangs des Transistors über den Halbgebiet 2 von einem ersten Leitungstyp, im vorliegenden leiterkörper und die Emittermetallisierung 14, 16 ver-Beispiel vom η-Typ, mit einer verhältnismäßig niedrigen 35 hindert Diese Trennung zwiichen der zweiten Zone 20 Dotierungskonzentration von etwa iO" Atomen/cm³ und der Basiszone 5 ist sehr zweckmäßig und beasi- und mit einer Dicke von z. B. 90 μιη. Das Halbleiterge- sprucht außerdem derart wenig Raum, daß die Diode biet 2 ist mittels einer η-leitenden Zone 3 mit einer 19, 20 zusammen mit dieser Trennung völlig unter <ier verhältnismäßif hohen Dotierungskonzentration von Emitter-Anschlußelektrode 16 angebracht werden z.B. 10²⁰ Atomen/cm³ und mit einer Dicke von z.B. 40 kann.
7 μιη mit einer Elsktrodenschicht 4 verbunden. Der Rand 22 der zweiten Zone 20 der Diode ist in

Der Bipolartransistor enthält eine Kollektorzone, die einem derart kleinen Abstand von dem Rand 23 der

durch denjenigen Teil des Halbleitergebietes 2 gebildet Basiszone 5 angeordnet, daß im Betriebszustand die

wird, der an eine Basiszone 5 vom zweiten entgegenge- schematisch mit gestrichelten Linien 24 angegebenen

setzten Leitungstyp — im vorliegenden Beispiel also 45 Erschöpfungszonen des Kollektor/Basis-Übergangs (2,

vom p-Typ — mit einer Dicke von z. B. 30 μιη grenzt 5) des Transistors und des pn-Übergangs (19, 20) der

Die Basiszone 5 grenzt ihrerseits wieder an eine Teil- Diode ineinander übergehen. Dadurch ist erreicht, daß

weise mit einer Isolierschicht 6 — aus z. B. Siliciumoxid beim Betrieb die Äquipotentialebenen im Halbleiterge-

— überzogene Oberfläche 7 des Halbleiterkörpers 1. biet 2 vom ersten Leitungstyp durch das Vorhandensein

Die Basiszone 5 ist durch ein Basiskontaktfenster 8 in 50 der Diode 19, 20 praktisch nicht gestört werden. Da-

einer Isolierschicht 6 an eine Basismetaliisierung 9 aus durch könnte die Durchschlagspannung der Halbleiter-

z. B. Aluminium angeschlossen, deren Ränder in F i g. 1 anordnung beeinträchtigt werden. Der Abstand zwi-

durch gestrichelte Linien 10 angegeben sind. In die Ba- scheiden Rändern 22 und 23 ist dabei etwa 80 μιη.

siszone 5 ist eine Emitterzone 11 vom ersten Leitungs- Die zweite Zone 20 der Diode erstreckt sich bis zu

typ — im vorliegenden Beispiel also vom n-Typ — mit 55 praktisch der gleichen Tiefe wie die Basiszone 5 des

einer Dicke von z. B. 7 μπι eingebettet, die eine Anzahl Transistors. Die beiden Zonen 20 und 5 können daher in

streifenförmiger Emittergebiete 12 — auch als Emitter- einer und derselben Bearbeitung, z. B. durch Diffusion,

finger bezeichnet — enthält Die Emiterzone 11 — mit gebildet werden. Dadurch ist die Anzahl zusätzlicher

den Emitterfingern 12 — ist über ein Emitterkontakt- Verfahrensschritte, die für die Herstellung der Diode

fenster 13 in der Isolierschicht 6 mit einer Emittermetal- 60 (19,20) in der Halbleiteranordnung erforderlich ist. be-

lisierung 14 verbunden, deren Ränder in Fig. 1 durch schränkt

die gestrichelte Linie 15 angegeben sind Die Emitter- Um Durchschlag an den Rändern des Halbleiterkörmetallisierung 14 enthält eine Emitter-Anschlußelektro- pers 1 entgegenzuwirken, ist dieser Körper auf übliche de 16, die hier mit einsm der Deutlichkeit halber nur in Weise mit einer mit Pissivierungsglas 25 ausgefüllten Fig.3 dargestellten Anschlußleiter 17 verbunden ist 65 Nut 26 und mit einer sogenannten Kanalunterbrecher-Die Emitter-AnschlußelekiTode 16 weist eine verhält- zone 27 vom ersten Leitungstyp mit einer der der Emitnismäßig große Oberfläche auf; im vorliegenden Bei- tergebiete 11 und 12 nahezu gleichen Tiefe versehen, spiel ist diese Oberfläche streifenförmig mit in der Mitte Diese Kanalunterbrecherzone 27 ist durch ein Kontakt-

fenster 28 mit einer Metallisierung 29 verbunden.

Die obenbeschriebene Halbleiteranordnung kann völlig mit Hilfe der in der Halbleitertechnik üblichen Verfahren hergestellt werden.

Die Erfindung kann auch bei Transistoren angewandt werden, die einen Teil einer integrierten Schaltung, wie z. B. einer Darlingtonschaltung, bilden. Im Ausführungsbeispiel können weiter die Leitungstypen aller Halbleiterzonen und -gebiete (zu gleicher Zeit) durch die entgegengesetzten Typen ersetzt werden. Statt Silicium kann ein anderes Halbleitermaterial, wie Germanium oder eine Ill-V-Verbindung, wie Galliumarsenid, verwendet werden. Statt Siliciumoxid kann eine andere z. B. aus organischem Lack hergestellte Isolierschicht Anwendung finden und statt Aluminium können andere Me- talle. wie Wolfram oder Chrom, für die Metallisierung verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 20

25

40

45

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiteranordnung mit

a) einem in einem Halbleiterkörper angeordneten Bipolartransistor, der

al. eine durch wenigstens einen Teil eines Halbleit.ergebietes von einem ersten Leitungstyp gebildete Kollektorzone (2),

a2. eine an die Kollektorzone (2) und an eine teilweise mit einer Isolierschicht (6) überzogene Oberfläche (7) des Halbleiterkörpers grenzende Basiszone (5) vom zweiten, engegengesetzten Leitungstyp, die über ein Basiskontaktfenster (8) in der Isolierschicht (6) mit einer Basismetallisierung (9) verbunden ist, und

a3. eine in die Basiszone (5) eingebettete Emitterzone (11) vom ersten Leitungstyp, die über ein Emitter^gntaktfenster (13) in der Isolierschicht (6) mittels einer Emittermetallisierung (14) mit einer mit einem Anschlußleiter (17) verbindbaren Emitter-Anschlußelektrode (16) verbunden ist, aufweist, und mit

b) einer zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors geschaltetem Diode, deren erste Zone (19) durch einen Teil des Halbleitergebietes vom ersten Leitungstyp gebildet wird und deren zweite Zone (20) vom zweiten Leitungstyp an die Oberfläche (7) grenzt und mit der Emittermecallisierung (14) verbunden ist,