DE2361171A1

DE2361171A1 - halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE2361171A1
Application number: DE19732361171
Authority: DE
Inventors: Eiichi Yamada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-12-08
Filing date: 1973-12-07
Publication date: 1974-06-27
Also published as: JPS4979782A

Description

Halbleitervorrichtung Die BrSindung bezieht sich auf Ralbleitervorrichtungen, insbesondere auf Halbleitervorrichtungen mit hoher Steh- oder Durchbruchspannung.
Die Durchbruchspannung des pn-Überganges einer Halbleitervorrichtung, beispielsweise einer Diode oder eines Transistors ist abhängig vom spezifischen Widerstand sowie von der Diffusionstiefe des Halbleiters, dem Oberflächenpotential des pn-Überganges usw. Bei Halbleitervorrichtungen mit einer bestimmten Diffusionstiefe mit festem spezifischem Widerstand wird die Durchbruchspannung einzig durch das Oberflächenpotential des pn-Überganges bestimmt. Ist die Oberfläche des pn-Uber#anges durch einen Isolierfilm geschützt, um dieselbe zu stabilisieren, so wird die Durchbruchspannung hauptsächlich durch die Zahl NFB (Donatorenzustand) des Isolatipnsfilms bestimmt. Allgemein liegt die Zahl NFB des Isolierfilms in der Größenordnung von 1011 bis iO12,. so daß die Verarmungsschicht auf der n Beite des pn-Überganges komprimiert oder verkuerzt wird. Aus diesem Grunde wird die Durchbruchspannung durch die Zusanimendruckung oder Verkürzung der Verarmungsschicht der Oberfläche bestimmt.
Um eine (theoretisch) hohe Durchbruchspannung zu erreichen, sollte die Verarmungsschicht auf der n-Seite des Übergangs erweitert werden, d. h., NFB # 0.
BB sind folgende Planar-Halbleitervorrichtungen mit hoher Durchbruchspannung bekannt: 1. In der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 15 139/1965 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Basiselektrode zur Außen seite des Kollektoru#berganges ausgedehnt oder verlängert wird, um in der Kollektoroberfläche einen p-Kanal zu bilden. Hierdurch wird die Verarmungsschicht ausreichend weit ausgebreitet, um die Stehspannung des Kollektors zu erhöhen.
2. In der veröffentlichten japanischen Patentschrift 449/1965 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem eine nicht mit einer Elektrode verbundene Metallschicht auf dein Kollektorübergang vorgesehen wira? um eine Polarisation auf einem Oxidfilm zu verhindern oder zumindest zu erschweren, wodurch die Kompression oder Verkürzung der Vero armungsschicht vermindert wird.
3. Aus der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 2773/1972 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Widerstandsschicht im n-Bereich nahe am pn-Übergang vorgesehen wird, so daß ein Leckstrom aus dem Bereich in die Widerstandsschicht fließt und die Verarmungsschicht ausgeweitet wird.
Bei dem unter 1) beschriebenen Verfahren besteht die Schwierigkeit, daß, da die elektrostatische Kapazität zwischen Kollektor und Basis infolge der Verlängerung der Basiselektrodé zum Kollektor steigt, die Hochfrequenzeigenschaften der Halbleitervorrichtung verschlechtert werden. Bei dem unter 2) beschrien benen Verfahren wird keine befriedigende Stehspannung erreicht, während bei dem unter 3) beschriebenen Verfahren die Streuung der Durchbruchspannung in Abhängigkeit vom Material des Widerstands und der angelegten Spannung groß ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile bekannter Halbleitervorrichtungen zu vermeiden und eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, deren hohe Stehspannung stabil und insbesondere unabhängig von den Herstellungsbedingungen, der Wärmebehandlung usw. eines Oberflächen-Schutzfilms ist. Die Halbleitervorrichtung soll ferner gute Hochfrequenzeigenschaften aufweisen.
Die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung, die einen pn-Übergang aufweist und deren Oberfläche mit einem Isolierfilm abgedeckt ist; zeichnet sich dadurch aus, daß über der Oberfläche eines Ealbleitersubstrats in der Nachbarschaft des pn-Überganges und durch den ersten Isolierfilm ein zweiter Isolierfilm oder halbleitenderlsolierfilm in einer vollen Umfangsfläche nahe der Substratoberfläche ausgebildet ist, zu der der pn-Übergang freiliegt, so daß negative Ionen an der Trennfläche zwischen dem ersten Isolierfilm und dem zweiten Isolierfilm oder im zweiten Isolierfilm eingeschlossen werden.
Die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung enthält also einen pn-Übergang. Ihre Oberfläche ist mit einem (ersten) Schutz-Isolierfilm abgedeckt. Ein zweiter isolierender-oder halbleitender Film ist in der gesamten Umfangsfläche in der Imråhe des pn-Uber- -ganges ausgebildet, wobei der erste Film zwischen dem zweiten Film und der Oberfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet ist.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten 'Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher#erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Querschnitt eines Teils in der Nähe eines pn-Überganges bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Halbleitervorrichtung; Fig. 2 einen Fig. 1 ähnlichen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels; und Fig. 3 die Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung der Fig. 1.
Fig. 1 zeigt den Querschnitt in der Nähe des pn-Überganges einer erfindungsgemäßen Haibleitervorrichtung mit hoher Stehspannung. In einem n-leitenden Siliziumsubstrat 1 ist durch herkömmliche Verunreinigungsdiffusion ein p+-leitender Bereich 2 gebildet, zwischen denen ein pn-Übergang besteht. Die Oberfläche des Halbleitersubstrats mit dem pn-Übergang ist über den gesamten Umfang des pn-Überganges durch einen dünnen, thermisch hergestellten Siliziumdioxidfilm (Si02) 5 geschützt, dessen Stärke etwa 50 bis 1 500 i beträgt (s Naß 7). Auf dem Isolierfilm 5 befindet sich eine n-leitende polykristalline Siliziumschicht 6, die durch chemische Aufdampfung oder Verdampfung hergestellt ist.
Die Schicht 6 reicht auf dem gesamten Umfang des pn-Überganges bis in dessen Nähe, so daß sie in einem Bereich 8 einer Verarmungsschicht liegen kann, die sich ausbreitet, wenn an den pn-Übergang in Sperrichtung eines Spannung angelegt wird.
Auf die polykristalline Siliziumschicht 6 ist ferner eine Isolierschicht 5' aus Si02, PLSG (Phosphorsilikatglas), BSG (Borsilikatglas) oder dergleichen aufgedampft. Für den p tenden Bereich 2 ist eine Elektrode 3 vorgesehen, während auf dem äußeren Umfang der Isolierschicht 5' eine Netallschicht 4 ausgebildet ist.
Fig. 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Transistor mit der polykristallinen Siliziumschicht 6, der Metallschicht 4 und dem p+-leitenden Bereich 2. Im p+-leitenden Bereich 2 (Basis) befindet sich ein Emitterbereich 9.
Wenn bei dem Aufbau der Fig. 1 an den pn-Übergang eine in Sperrichtung gerichtete Spannung angelegt und bis zum Durchbruch erhöht wird, erfolgt der Durchbruch zunächst in der Nähe der Oberfläche des pn-Überganges, da die Verarmungsschicht in der pn-Übergangsfläche durch den Donatorenzustand des isolierenden Schutzfilms auf der pn Ütergangs-Oberfläche komprimiert wird Zu dieser Zeit werden die Elektronen durch ein starkes elektrisches Feld innerhalb der Verarmungsschicht in der pn-Übergangs-Oberfläche beschleunigt und schlagen in den isolierenden Schutzfilm. Ist der isolierende Schutzfilm verhältnismäßig däun, so treten die Elektronen durch den isolierenden Oxid-Schutzfilm hindurch. Damit werden die meisten Elektronen an der Trennfläche zwischen dem Isoliert film und dem polykristallinen Silizium gespeichertp an der die Dichte der eingefangenen Elektronen sehr hoch ist. Beispielsweise steigt die Menge der gespeicherten Elektronen innerhalb von 19./us auf 3,5 x 1012 cm 2, wenn das polykristalline Silizium der Schicht 6 n-leitend.ist und eine Verunreinigungsdichte von: 8 x 1014 Atomen pro cm2 (5 bis 8 OhmFcm), die Stärke des darunterliegenden isolierenden Schutzfilms 1 200 i und die an den pn-Übergang angelegte Spannung in Sperrichtung 50 Volt beträgt. Die genannte Elektronenmenge reicht aus, um die Oberfläche des n-leitenden Substrats in die Verarmungeschicht zu bringen. Weiter ist die Speicherzeit so hoch, daß etwa 10 % der gespeicherten Menge bei einer hohen lemperatur von etwa 800 C in 10 Tagen verschwindet. Dies bietet praktisch kaum Schwierigkeiten.
Ferner ist es bei dem erfindungsgemäßen Aufbau nicht notwendig, den pn-Übergang mit einem Metall abzudecken. Daher steigt im Gegensatz zu dem unter 1) beschriebenen bekannten Verfahren die elektrostatische Kapazität der Kollektor-Basis-Strecke nicht an, d. h., die Kapazität des Oxidfilms braucht nicht berucksichtigt zu werden. Damit ergibt sich eine Halbleitervorrichtung mit -hoher Stehepannung und guten Eigenschaften bei Hochfrequenz. Die längs des äußeren Umfangs vorgesehene Metallschicht wirkt als Sperre für die Verarmungsschicht, so daß das Ende derselben in der Substratoberfläche stabil gehalten wird.
Die n-leitende polykristalline Siliziumschicht 6 kann durch p-leitendes polykristallines Silizium, durch Aluminiumoxid (Al203) oder Siliziumnitrid (Si3N4) ersetzt werden. Werner kann gemäß Fig. 2 eine einkristalline Siliziumschicht 6 an einem Ende bis zur Basis~elektrode 3 und am anderen bis zur Metallschicht 4 reichen. Bei diesem Aufbau werden ebenfalls Funktion und Vorteiler des auaführwg sbeispiels der Fig. 1 erreicht.
Die Erfindung ist hauptsächlich auf Transistoren und Dioden mit hoher Stehspannung anwendbar.
Patentanspruch

Claims

P A t E N T A N S P R U C H DA-10872 Halbleitervorrichtung mit einem pn-Übergang, deren Oberfläche mit einem. Isolierfilm abgedeckt ist, g e k e n n -z e i c h n e t durch einen zweiten Film (6) aus einem Isolator oder einem Halbleiter, der über der Oberfläche eines Halbleitersubstrats (1) in der Nähe des pn-Überganges ausgebildet ist, wobei der erste Isolierfilm (5) zwischen der Oberfläche des Substrats und dem zweiten Film und auf einer geschlossenen Umfangsfläche nahe zur Substratoberfläche angeordnet ist, zu der der pn-Übergang freiliegt, so daß zwischen dem ersten und zweiten oder im zweiten Film Ionen eingeschlossen werden. Leerseite