DE1937853B2 - Integrierte Schaltung - Google Patents
Integrierte SchaltungInfo
- Publication number
- DE1937853B2 DE1937853B2 DE1937853A DE1937853A DE1937853B2 DE 1937853 B2 DE1937853 B2 DE 1937853B2 DE 1937853 A DE1937853 A DE 1937853A DE 1937853 A DE1937853 A DE 1937853A DE 1937853 B2 DE1937853 B2 DE 1937853B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- collector
- base
- transistor
- doped
- emitter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 12
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/74—Making of localized buried regions, e.g. buried collector layers, internal connections substrate contacts
- H01L21/743—Making of internal connections, substrate contacts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/07—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
- H01L27/0744—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common without components of the field effect type
- H01L27/075—Bipolar transistors in combination with diodes, or capacitors, or resistors, e.g. lateral bipolar transistor, and vertical bipolar transistor and resistor
- H01L27/0755—Vertical bipolar transistor in combination with diodes, or capacitors, or resistors
- H01L27/0772—Vertical bipolar transistor in combination with resistors only
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/0821—Collector regions of bipolar transistors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/037—Diffusion-deposition
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/04—Dopants, special
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/049—Equivalence and options
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/085—Isolated-integrated
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung aus einem P leitend dotierten Halbleitersubstrat, das mit
einer N-leitend dotierten Kollektorschicht beschichtet ist in die ein sich über die Ausdehnung einer stark
N-leitend dotierten, unmittelbar auf dem Substrat liegenden Zwischenschicht erstreckender Transistor
eingelassen ist dessen N-leitend dotierter oberflächlich ohmisch kontaktierter Emitter in die P-leitend dotierte
oberflächlich kontaktierte Basis eingelassen ist, die sich in der Kollektorschicht mit Abstand zwischen zwei
stark N-leitend dotierten, oberflächlich ohmisch kontaktie-ten, bis an die Enden der Zwischenschicht reichenden
Kollektorpfeilern erstreckt.
Bei einer aus der US-PS 33 80 153 bekannten Schaltung dieser Art ist die Basis vollständig von dem
niedrig N-Ieitenden Kollektormaterial umschlossen. Das hat bei hohen Stromstärken hohe Laufzeiten zur
Folge. Wenn man die Kollektordotierung erhöht, um die Laufzeiten zu verkürzen, dann ergeben sich jeaoch
unerwünschte Schaltungskapazitäten, unter anderem an den Übergängen, an denen P-leitend dotierte Bezirke
benachbart angeordneter Schaltungselemente oder Isolatoren an diese stark dotierte Kollektorschicht
angrenzen.
Aus der britischen Patentschrift 10 47 378 ist ein Planartransistor bekannt, bei dem die Basis schüsseiförmig
von einer schüsseiförmigen Kollektorschicht umgeben ist, die N-leitend stark dotiert ist. Die
letztgenannte Schicht ist in eine schwächer N-leitend dotierte Schicht eindiffundiert. Bei diesem Planartransistor
beeinflußt die im Interesse kurzer Laufzeiten bei großen Stromstärken wünschenswerte hohe Dotierung
des Kollektors nicht etwa umliegende Schaltungskapazitäten, weil die hoch dotierte Kollektorschicht durch
die niedrig dotierte Kollektorschicht umfaßt ist, aber die Kapazität am Basisemitterübergang ist bei kleinen
Stromdichten groß.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei der eingangs beschriebenen Schaltung die Laufzeit bei hohen
Stromstärken zu erniedrigen, ohne dabei die bei hohen Stromstärken unvermeidliche Erhöhung der Basis-Kollektor-Kapazität
auch bei niedrigen Stromstärken in Kauf nehmen zu müssen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß die Basis auf ihrer ganzen Unterfläche an die Zwischenschicht
angrenzt.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine weitere bekannte integrierte Schaltung,
Fig.2 bis 5 Diagramme zur Erläuterung der
Betriebsweise eines Transistors aus F i g. 1,
F i g. 6 eine integrierte Schaltung nach der Erfindung
in Draufsicht
F i g. 7 den Schnitt VII-VII aus F i g. 6 und
Fig.8 und 9 Diagramme zur Erläuterung der
ίο Betriebsweise eines Transistors aus der Schaltung nach
Fig 6und7.
F i g. 1 zeigt die weitere bekannte integrierte Schaltung 10 mit einem Transistor 12, einem äußeren
neben dem Transistor 12 angeordneten Widerstand 14 und einem Isolierbereich 16, der den Transistor 12 und
den Widerstand 14 umgibt Der Transistor ist ein NPN-Transistor. Die integrierte Schaltung weist ein
Substrat 18 auf, das aus verhältnismäßig gering dotiertem P-leite.idem Halbleitermaterial besteht. Über
diesem Substrat erstreckt sich eine verhältnismäßig dünne Schicht aus N-Ieitendem Halbleitermaterial, die
dort beispielsweise epitaktisch aufgewachsen sein kann
und den Kollektor 20 bildet. Der Kollektor 20 ist in F i g. 1 zur Verdeutlichung stark verstärkt gezeichnet.
Mit 21 ist eine als Sub-Kollektor wirkende Zwischenschicht
bezeichnet die aus verhältnismäßig stark dotiertem N-Ieitendem Halbleitermatei ial besteht und
zwischen dem Kollektor 20 und dem Substrat 18 angeordnet ist und in diese beiden Schichten hineinragt.
Die Basis 22 besteht aus P-leitendem Halbleitermaterial
und der Emitter 24 aus N-leitendem Halbleitermaterial. Die Basis 22 ist in den Kollektor 20 von der oberen
Außenseite 26 her eingelassen und bildet so einen Kollektor-Basis-Übergang 28 mit dem Kollektor 20.
3S Der Emitter 24 ist von der oberen Außenseite 30 der
Basis in die Basis 22 eingelassen und bildet einen Emitter-Basis-Übergang mit der Basis 22. Basis und
Emitter sind durch Diffusion erzeugt. Zum Transistor 12
gehört noch ein ohmscher Emitterkontakt 34, der an den Emitter 24 angeschlossen ist ein ohmscher Basiskontakt
36, der an die Basis 22 angeschlossen ist und ein ohmscher Kollektorkontakt 38. der an den Kollektor 20
angeschlossen ist. Mit 39 sind zwei relativ hoch dotierte N-leitende Kollektorpfeiler bezeichnet, die von der
oberen Außenseite des Kollektors in den Kollektor 20 eindiffundiert sind und zur Aufnahme der Kollektorkontakte
38 dienen. Die Kollektorpfeiler 39 sind im Zuge der gleichen Diffusion wie der Emitter 24 gebildet
worden. An den Emitterkontakt, den Basiskontakt und den Kollektorkontakt sind Leitungen 40, 42 und 44
angeschlossen, über die der Transistor 12 elektrisch betrieben werden kann. Der Basiskontakt 36 und der
Kollektorkontakt 38 sind zweiteilig und die beiden Teils können über eine nicht dargestellte kurze Leitung
miteinander verbunden werden. Zur Vorspannung de; Transistors 12 bei Betrieb sind zwei Widerstände 46,4t
zwischen den Leitungen 40, 42 einerseits und der Leitungen 42,44 andererseits vorgesehen. Der Emitter-Basis-Übergang
32 wird bei Betrieb vorwärts vorge spannt, während der Kollektor-Basis-Übergang 28 be
Betrieb rückwärts vorgespannt wird.
Je nach der speziellen, vorgesehenen Anwendung dei integrierten Schaltung 10 können noch weitere elektri
sehe Komponenten vorgesehen sein. Der Widerstan< 14, der innerhalb des Bereichs des Transistors V.
untergebracht ist, besteht aus einem P-leitendei Halbleiterelement 50, das in den Kollektor 20 von de
oberen Außenseite 26 her eingesetzt ist, jedoch ohni
Berührung mit anderen Teilen des Transistors 12 Mit 52 and zwei ohmsche Kontakte bezeichnet zum äußeren
Anschluß des Widerstandes 14.
Wenn in der integrierten Schaltung 10 weitere elektrische Elemente vorgesehen sind, dann empfiehlt
es sich, den Transistor 12 und den Widerstand 14 zu isolieren. Solche Isolierung kann man auf verschiedene
Weisen durchführen, z.B. durch einen rückwärts vorgespannten PN-Übergang, ^er die zu isolierenden
Elemente umgibt Beim vorliegenden Beispiel sind der Transistor 12 und der Widerstand 14 durch einen
Isolierbereich 16 isoliert, dessen Elemente oO, die aus
verhältnismäßig hoch dotiertem P-leitenden Halbleitermaterial bestehen und in den Kollektor 20 von der
oberen Außenseite dieses Kollektors her eingesetzt sind, sich bis an das Substrat 18 erstrecken und den
Widerstand 14 und den Transistor 12 umgeben. Die PN Übergänge 62, die durch die Elemente 60 und den
Kollektor gebildet werden, wirken als Isolierschichten für den Transistor 12 und den Widerstand 14 und ω
verhindern, daß Leckströme von anderen elektrischen Elementen der integrierten Schaltung den Betrieb des
Transistors 12 und des Widerstandes !4 stören und
umgekehrt. Der PN-Übergang zwischen dem Substrat 18 und dem Kollektor 20 kann auch rückwärts
vorgespannt sein und so einen Isolierschutz für den Transistor 12 und den Widerstand 14 bilden.
F i g. 2 zeigt ein typisches Verunreinigungsprofil des
Transistors 12. Auf der vertikalen Achse ist in F i g. 2 in
logarithmischem Maßstab das Dotierungsniveau und auf der horizontalen Achse ist nach Maßgabe des
vorgenommenen Schnittes der Emitter, die Basis und der Kollektor räumlich hintereinander aufgefagen. Der
linke Rand der F i g. 2 entspricht der oberen Außenfläche des Emitters 24, während der rechte Randbereich ,5
dem Inneren des Substrates 18 entspricht. Das durch die Kurve 70 in F i g. 2 aufgetragene Profil hat verschiedene
Übergänge unter der Voraussetzung, daß Emitter 24 und Basis 22 durch Diffusion aufgebaut sind. Das
Dotierun^sniveau des N-leitenden Emittermaterials
fällt auf Null ab und erreicht den ist. Null in dem Emitter-Basis-Übergang 32. Das Dotierungsniveau des
P-leitenden Basismaterials nimmt von Null ausgehend zunächst einen Maximalwert an und fällt dann wieder
ab, bis es den Wert Null in dem Kollektor-Basis-Übergang
28 erreicht. In der epitaktischen Schicht des Kollektors 20 steigt das Dotierungsniveau in N-Richtung
zunächst etwas an, behält dann las Niveau bei und steigt noch einmal im Bereich der stark dotierten
Einlage 2t an und fällt dann in P-Richtung ab auf den
verhältnismäßig geringen P-Wert des Substrates 18. Bedingt durch den Herstellungsprozeß ist der Dotierungsgradient
bzw. die Steilheit der Kurve 70 im Basisbereich in der Nähe des Kollektor-Basis-Überganges
28 größer als im Kollektorbereich in der Nähe ss
dieses Überganges 28.
Es ist bekannt, daß Löcher aus dem P-leitenden Material und Elektronen aus dem N-leitenden Material
im Bereich eines Überganges zwischen P- und N-leitendem Halbleitermaterial in den jeweils anderen
Bereich wandern und sich dort mit Ladungsträgern vereinigen. Positive und negative Ladungen bestehen
neben diesen Übergängen und es erstreckt sich ein statisches elektrisches Feld quer zu diesen Übergänger
zwischen den entgegengesetzten Grenzen der sich (^
ergebenden Raumladungszone. Solche Raumladungszonen existieren an dem Emitter-Basis-Übergang und dem
Kollektor- Basis-Übergang eines Transistors.
Fig.3 zeigt die Raumladungszone 72 an dem Kollektor-Basis-Übergang eines Transistors 12, wenn
dort kein oder nur geringer Strom fließt Die basisseitige Grenze der RaumladungSEone, die innerhalb der Basis
22 liegt ist mit 74 und die entsprechend gelegne
kollektorseitige Grenze mit 76 bezeichnet Innernalb der zwischen dem Kollektor-Basis-Übergang 28 und der
Grenze 74 bzw. 76 gelegenen Raumladungszonenteile befinden sich negative geladene Störstellen 78 bzw.
positive geladene Störstellen 80, die durch eingekreiste » — « oder » + «-Zeichen in der Zeichnung eingezeichnet
sind Die Lage der Grenzen 74 und 76 wird durch die Anzahl der negativen und positiven Ladungsträger 78
bzw. 80 bestimmt, die nötig sind, um Ladungsausgleich
zu erzielen. Wenn kein Strom durch den Transistor 12 fließt dann ist die Anzah! der negativen und positiven
Ladungsträger, die zum Ladungsausgleich erforderlich sind, gleich. Wie aus F i g, 3 ersichtlich, ist die
küllektorseitige Grenze 76 weiter von dem Kollektor-Basis-Übergang
28 entfernt als die basisseitige Grenze. Dies hat seine Ursache darin, daß der Dotierungsgradient
auf der Kollektorseite des Überganges 28 kleiner ist als auf der Basisseite.
Wenn der Emitter-Basis-Übergang oder der Kollektor-Basis-Übergang
vorwärts bzw. rückwärts vorgespannt ist, dann fließen Elektronen vom Emitter 24, die
durch die Basis 22 diffundieren und als Minoritätsträger zum Kollektor 20 gelangen. Durch diese Minoritätsträger
der Basis 22 wird in der Raumladungszone 72 die Anzahl der für den Ausgleich erforderlichen negativen
Ladungsträger 78 reduziert während die dafür erforderliche Anzahl positiver Ladungsträger 80 sich vergrößert.
Das Ergebnis ist, daß sich — wie in Fig.4 dargestellt — die Raumladungszone 72 verschiebt,
indem die Grenze 74 dichter an den Kollektor-Basis-Übergang 28 heranrückt, bedingt durch die geringe
Anzahl negativer Ladungsträger 78, während die kollektorseitige Grenze 76 sich von dem Kollektor-Basis-Übergang,
bedingt durch die größere Anzahl positiver Ladungsträger 80, entfernt. Bedingt durch den
geringeren Dotierungsgradienten auf der Kollektorseite entfernt sich die kollektorseitige Grenze 76 dabei
weiter von dem Kollektor-Basis-Übergang 28 als die basisseitige Grenze 74 an den Übergang 28 heranrückt.
Die Folge ist, daß sich die Raumladungszone 72 gleichzeitig mit der Verschiebung verbreitert.
In Fig. 5 ist die Verschiebung d>.r beiden Grenzen 74
und 76 in Abhängigkeit von der Stromdichte J aufgetragen. F i g. 5 zeigt, daß sich mit zunehmender
Stromdichte / die basisseitige Grenze 74 über den Kollektor-Basis-Übergang 28 hinaus in den Kollektor
20 verschiebt, während gleichzeitig die kollektorseitige Grenze 76 sich zunehmend und auch in zunehmendem
Maße von dem Kollektor-Basis-Übergang 28 entfernt.
Mit zunehmender Stromdichte müssen in zunehmendem Umfang Elektronen vom Emitter 24 als Minoritätsträger
durch die Basis und durch die Raumladungszone 72 zum Kollektor 20 strömen. Die Laufzeit dieser
Minoritätsträger ist im wesentlichen eine direkte Funktion der Breite der Raumladungszone 72 und eine
Funktion des Quadrats der elektrischen Basisbreite bzw des Abstandes zwischen dem Emitter-Basis-Übergang
32 und der basisseitigen Grenze 74 der Raumladungszo ne 72. In der Praxis wird die Stromverstärkungsband
breite des Transistors mit zunehmender Minoritäts trägerübergangszeit bei höherer Stromdichte kleiner
Bei relativ kleinen Stromdichten ist die Minoritäts trägerübergangszeit verhältnismäßig kurz und die
Bandbreite hat eine brauchbare Größe. Dagegen wird bei relativ hohen Stromdichten die Minoritätsträgerübergangszeit
verhältnismäßig lang und die Bandbreite wird dadurch verringert.
Zur Verbesserung der Stromverstärkungsbandbreite bei hohen Stromdichten macht man sich den Umstand
zunutze, daß die Verschiebung der Raumladungszone 72 in den Kollektor 20 bei einer vorgegebenen Stromdichte
im wesentlichen dem Niveau der Störstellen innerhalb des Kollektors 20 umgekehrt proportional ist.
Der gesamte Kollektorbereich des Transistors kann zwar stärker dotiert werden. Die dadurch erzielte starke
Dotierung in unmittelbarer Nähe des Kollektor-Basis-Überganges 28 bedingt dann eine hohe Konzentration
der geladenen Störstellen 80, wodurch wiederum die '5
Verschiebung der Raumladungszone 72 als Folge hoher Stromdichten verringert wird. Diese Verbesserung
erzielt man jedoch nur auf Kosten einer Erhöhung der Kapazität der gesamten integrierten Schaltung. Hochgradig
dotiertes Material in der Nähe eines Isolierelementes
60 begünstigt stark die Randkapazitäten, die in Fig. 1 mit Ο bezeichnet sind. Die Folge ist, daß in der
Praxis die Wirkung des Isolierelementes 60 abnimmt, außerdem wird durch hochgradig dotiertes Material in
der Nähe des Widerstands-lsolator-Überganges 54 die Kapazität Ci dieses Überganges vergrößert.
Der Wert der Kapazität Ci an dem Kollektor-Basis-Übergang
28 ist eine Funktion des Dotierungsnieveaus des Kollektors 20 in der Nähe dieses Überganges. Man
muß also einen hohen Wert von Cz in Kauf nehmen,
wenn man hohen Stromdurchsatz des Transistors erzielen will, jedoch soll dieser Kapazitätswert Ci so
niedrig wie möglich sein, insbesondere ist ein niedriger
Kapazitätswert wünschenswert, wenn kleine Stromdichten im Transistor fließen. Diese Bedingung ist aber
nicht erfüllbar, wenn der gesamte Kollektor 20 stark dotiert ist denn dann bleibt der Wert von Cl bei allen
Stromdichten, also auch bei kleinen Stromdichten, groß.
Nach der vorliegenden Erfindung ist die Stromverstärkungsbandbreite
des Transistors 12 auch bei hohen Stromdichten groß, ohne daß diese mit der gleichen
Zunahme der Kapazitätswerte Ci, Q und Cl, wie eben
beschrieben, erkauft werden muß. Gemäß F i g. 6 und 7 ist der Transistor 100 in einigen Teilen ähnlich aufgebaut
wie der aus F i g. 1. Bei der Herstellung der integrierten Schaltung 10 wird jedoch eine Zwischenschicht 102 aus
relativ hochdotiertem N leitendem Halbleitermaterial zwischen Substrat 18 und Kollektor 20 eingefügt. Die
Zwischenschicht 102 ist Teil des Kollektors 20 des Transistors 100. Der zweite Teil 104 des Kollektors 20
besteht aus verhältnismäßig schwach dotiertem N-leitenden Halbleitermaterial und ist vorzugsweise epitaktisch
aufgewachsen und umgibt die Zwischenschicht 102 und erstreckt sich über die restlichen Teile der oberen
Fläche des Substrats 18. Die relative Stärke der
epitaktischen Schicht 104 ist in F i g. 7 zur Verdeutlichung größer gezeichnet als in der Praxis. Die Basis 22,
der Emitter 24 und der Widerstand 50 sind in diese epitaktische Schicht 104 von der oberen Oberfläche 106
aus eingesetzt m entsprechender Weise, wie das auch im
Text zu Fig. I beschrieben wurde. Die Basis 22 erstreckt sich jedoch bis an die Zwischenschicht 102 und
bildet dort den Haoptteil des Kouektor-Basis-Überganges 28. Wenn die Zwischenschicht 102 nicht vorhanden
Ist, dann ist das Ekidiffundieren der Basis 22 schwierig,
weil der Hauptteil sich dann leicht weiter als beabsichtigt nach unten erstreckt und eine unerwünsch
te Stärke annimmt. Durch die Zwischenschicht 102 wird die abwärts gerichtete Diffusion der Störstellen für die
Basis begrenzt, damit ist es möglich, die Basis präziser in der gewünschten Stärke herzustellen.
Mit 108 sind zwei verhältnismäßig stark dotierte N-Ieitend dotierte Kollektorpfeiler bezeichnet, die
durch doppelte Diffusion gebildet sind. Diese beiden Kollektorpfeiler haben Abstand von der Basis 22 und
vom Emitter 24. Die Zwischenschicht 102 überragt an beiden Enden die Basis 22 und findet Kontakt mit den
Kollektorpfeilern 108. Die ohmschen Kollektorkontakte 38 sind an diese Kollektorpfeiler 108 artgeschlossen
und bilden zusammen mit den Kollektorpfeilern und der Zwischenschicht 102 einen gut leitenden Strompfad.
Der Hauptteil des Kollektor-Basis-Überganges 28 wird durch einen Übergang zwischen der Zwischenschicht
102 und der Basis 22 gebildet Die verbleibenden Seitenteile des Kollektor-Basis-Überganges werden
durch die Grenzen 112 zwischen den Basisseiten 22 und
der epitaktischen Schicht 104 gebildet.
F i g. 8 zeigt entsprechend wie F i g. 2 das Dotierungsprofil,
und zwar gegenüber den gleichen Koordinaten wie in Fig.2. Die Kurve 120 entspricht der
Kurve 70 aus Fig.2. Wie aus Fig.8 ersichtlich,
bedingen die Teile der Zwischenschicht 102, die in der Nähe des Kollektor-Basis-Überganges 28 liegen, eine
hohe Ladungsträgerkonzentration von Störstellen. Das Ausmaß der Verschiebung der Raumladungszone 72 in
den Kollektor ist dadurch begrenzt und die Übergangszeit der Minoritätsträger durch die Basis 22 wird
dadurch verringert.
In F i g. 9 ist im gleichen Diagramm wie in F i g. 5 die
Verschiebung der Raumladungszone in Abhängigkeit von der Stromdichte J aufgetragen, und zwar für einen
Transistor nach Fig.6 bzw. 7, wobei wieder davon
ausgegangen ist, daß die Zwischenschicht 102 durch Diffusion gebildet wurde und das Verunreinigungsprofil
der Kurve 120 gemäß F i g. 8 entspricht. Die basisseitige Grenze 74 verschiebt sich, wie aus F i g. 9 ersichtlich,
bei zunehmender Stromdichte gegen den Kollektor-Basis-Übergang 28 und sogar über diesen hinaus. Die
Verschiebung der basisseitigen Grenze 74 ist bei dem Transistor 100 etwas kleiner als bei dem Transistor 12
gemäß F i g. 5, bezogen auf gleiche Stromdichte. Die kollektorseitige Grenze 76 verschiebt sich bei zunehmenden
Stromdichten aber in erheblich geringerem Ausmaß als die Grenze 74, so daß die Breite der
Raumladungszone mit zunehmender Stromdichte abnimmt. Der Kapazitätswert Cz an dem Übergang
zwischen der Basis 22 und Zwischenschicht 102 nimmt zu. Der Anteil der Kapazität Ci, der durch die Seiten 112
bedingt ist, wird wegen der geringen Dotierung der epitaktischen Schicht 104 minimal gehalten. Durch die
geringere Dotierung des KoHektorbereiches in der Nähe des Isolierbereiches 10 und des Widerstandes 50
werden auch die Kapazitätswerte Ci und O gegenüber
den entsprechenden Werten bei Transistoren nach Fig. !nicht erhöht
Ein Transistor 100 nach Fig.6 und 7 bietet noch
weitere Vorzüge. Torschaltungskombinationen erfordern oft eine Vielzahl von Emgangstransistoren. Die
Kapazität G des Kollektor-Basis-Überganges des unbetriebenen Eingangstransistors begrenzt die Schalt
geschwindigkeiten durch die vorhandenen Ladungen Bei Transistoren nach F i g. 6 und 7 dagegen ist dieses
Effekt weitgehend vermieden, weil unbetriebene Transi
stören dieser Art praktisch keinen Koflektorstron haben und die in Frage stehenden Kapazitätsweit
verhältnismäßig klein sind.
Bei Transistoren mit einem verhältnismäßig kleinen Emitter und einer verhältnismäßig hohen Emitter-Stromdichte
ist der Hauptteil des gesamten Kollektorwiderstandes, bedingt durch den in der Nähe des
Kollektor-Basis-Überganges gelegenen Kollektorbereich. Bei dem Transistor 100 erstreckt sich die
Zwischenschicht 102 bis zum Kontakt mit der Basis 22, wodurch der Kollektorwideistand stark verringert wird.
Wenn die kollektors :itige Grenze 76 der Raumladungs-
zone 72 nur in kleinerem Ausmaß bei hohen Stromdichten in den Kollektorbereich hineingeschoben
wird, trifft sie dort auf eine hohe Dotierung, während die Diffusionsspannung des Kollektor-Basis-Überganges 28
angehoben wird. Durch eine hohe Diffusionsspannung wird die Tendenz des Transistors 100, bei hohen
Stromdichten sich zu sättigen, verringert, weil zur Minoritätsträgerinjektion eine größere Vorspannung an
dem Kollektor-Basis-Übergang 28 erforderlich ist.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
509 529/317
Claims (1)
- Patentanspruch -.Integrierte Schaltung auf einem P-leitend dotiertem Halbleitersubstrat das mit einer N-leitend dotierten Kollektorschicht beschichtet ist, in die ein sich über die Ausdehnung einer stark N-leitend dotierten, unmittelbar auf dem Substrat liegenden Zwischenschicht erstreckender Transistor eingelassen ist, dessen N-leitend dotierter oberflächlich ohmisch kontaktierter Emitter in die P-leitend dotierte oberflächlich kontaktierte Basis eingelassen ist, die sich in der Kollektorschicht mit Abstand zwischen zwei stark N-Ieitend dotierten, oberflächlich ohmisch kontaktierten, bis an die Enden der Zwischenschicht reichenden Kollektorpfeilern erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (22) auf ihrer ganzen Unterfläche an die Zwischenschicht (102) angrenzt
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US75220768A | 1968-08-13 | 1968-08-13 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1937853A1 DE1937853A1 (de) | 1970-02-19 |
DE1937853B2 true DE1937853B2 (de) | 1975-07-17 |
DE1937853C3 DE1937853C3 (de) | 1980-01-03 |
Family
ID=25025340
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1937853A Expired DE1937853C3 (de) | 1968-08-13 | 1969-07-25 | Integrierte Schaltung |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3638081A (de) |
DE (1) | DE1937853C3 (de) |
FR (1) | FR2015561A1 (de) |
GB (1) | GB1246864A (de) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4049478A (en) * | 1971-05-12 | 1977-09-20 | Ibm Corporation | Utilization of an arsenic diffused emitter in the fabrication of a high performance semiconductor device |
US3891480A (en) * | 1973-10-01 | 1975-06-24 | Honeywell Inc | Bipolar semiconductor device construction |
DE2431813C2 (de) * | 1974-07-02 | 1983-10-20 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zur Bildung einer diffusionshemmenden, vergrabenen Schicht bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements |
US4567500A (en) * | 1981-12-01 | 1986-01-28 | Rca Corporation | Semiconductor structure for protecting integrated circuit devices |
GB9013926D0 (en) * | 1990-06-22 | 1990-08-15 | Gen Electric Co Plc | A vertical pnp transistor |
US5182223A (en) * | 1990-12-19 | 1993-01-26 | Texas Instruments Incorporated | Method of making an integrated circuit with capacitor |
US5270223A (en) * | 1991-06-28 | 1993-12-14 | Texas Instruments Incorporated | Multiple layer wide bandgap collector structure for bipolar transistors |
US6894366B2 (en) * | 2000-10-10 | 2005-05-17 | Texas Instruments Incorporated | Bipolar junction transistor with a counterdoped collector region |
JP5048242B2 (ja) * | 2005-11-30 | 2012-10-17 | オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド | 半導体装置及びその製造方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3341755A (en) * | 1964-03-20 | 1967-09-12 | Westinghouse Electric Corp | Switching transistor structure and method of making the same |
US3473093A (en) * | 1965-08-18 | 1969-10-14 | Ibm | Semiconductor device having compensated barrier zones between n-p junctions |
US3460006A (en) * | 1966-02-28 | 1969-08-05 | Westinghouse Electric Corp | Semiconductor integrated circuits with improved isolation |
US3414783A (en) * | 1966-03-14 | 1968-12-03 | Westinghouse Electric Corp | Electronic apparatus for high speed transistor switching |
US3423650A (en) * | 1966-07-01 | 1969-01-21 | Rca Corp | Monolithic semiconductor microcircuits with improved means for connecting points of common potential |
US3453504A (en) * | 1966-08-11 | 1969-07-01 | Siliconix Inc | Unipolar transistor |
US3449643A (en) * | 1966-09-09 | 1969-06-10 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device |
US3506893A (en) * | 1968-06-27 | 1970-04-14 | Ibm | Integrated circuits with surface barrier diodes |
-
1968
- 1968-08-13 US US752207A patent/US3638081A/en not_active Expired - Lifetime
-
1969
- 1969-07-25 DE DE1937853A patent/DE1937853C3/de not_active Expired
- 1969-07-31 FR FR6925655A patent/FR2015561A1/fr not_active Withdrawn
- 1969-07-31 GB GB38469/69A patent/GB1246864A/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2015561A1 (de) | 1970-04-30 |
DE1937853C3 (de) | 1980-01-03 |
GB1246864A (en) | 1971-09-22 |
DE1937853A1 (de) | 1970-02-19 |
US3638081A (en) | 1972-01-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2262297C2 (de) | Monolithisch integrierbare, logisch verknüpfbare Halbleiterschaltungsanordnung mit I&uarr;2&uarr;L-Aufbau | |
DE69428894T2 (de) | Bipolartransistor mit isolierter Steuerelektrode | |
DE1944793C3 (de) | Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiteranordnung | |
DE1943302C3 (de) | Integrierte, sich selbst isolierende Transistoranordnung | |
DE202015105413U1 (de) | Integrierte, floatende Diodenstruktur | |
DE3785483T2 (de) | Halbleiteranordnung mit einem Bipolartransistor und Feldeffekttransistoren. | |
DE1937853C3 (de) | Integrierte Schaltung | |
DE2364752A1 (de) | Halbleitervorrichtung | |
DE2734997A1 (de) | Integrierte halbleiterschaltung | |
DE2657293B2 (de) | Elektrische Schaltungsanordnung in Transistor-Transistor-Logikschaltung (TTL) | |
DE2804500A1 (de) | Halbleitervorrichtung | |
DE2913536A1 (de) | Halbleiteranordnung | |
DE2403816C3 (de) | Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE2848576C2 (de) | ||
DE2428881A1 (de) | Halbleiterstruktur | |
DE3005367C2 (de) | ||
DE2444589A1 (de) | Integrierte halbleiterschaltung | |
DE2431011A1 (de) | Halbleitervorrichtung | |
DE2654816A1 (de) | Monolithische halbleiterstruktur | |
DE2263075A1 (de) | Monolithische integrierte halbleiteranordnung | |
DE3033731C2 (de) | Statische bipolare Speicherzelle und aus solchen Zellen aufgebauter Speicher | |
DE2820913C2 (de) | ||
DE2410721A1 (de) | Steuerbares halbleiter-gleichrichterelement | |
DE2742361A1 (de) | Bipolarer lateraler transistor | |
DE1965051C2 (de) | Halbleiterbauelement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |