DE1937853C3 - Integrierte Schaltung - Google Patents
Integrierte SchaltungInfo
- Publication number
- DE1937853C3 DE1937853C3 DE1937853A DE1937853A DE1937853C3 DE 1937853 C3 DE1937853 C3 DE 1937853C3 DE 1937853 A DE1937853 A DE 1937853A DE 1937853 A DE1937853 A DE 1937853A DE 1937853 C3 DE1937853 C3 DE 1937853C3
- 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.)
- Expired
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 11
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims 4
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 8
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 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
- 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)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung auf einem P-Ieitend dotierten Halbleitersubstrat, das mit
einer N-Ieitend dotierten Kollektorschicht beschichtet ist, in die ein sich Ober die Ausdehnung einer stark
N-Ieitend dotierten, unmittelbar auf dem Substrat liegenden Zwischenschicht erstreckender Transistor
eingelassen ist, dessen N-Ieitend dotierter oberflächlich ohmisch kontaktierter Emitter in die P-Ieitend dotierte
oberflächlich kontaktierte Basis eingelassen ist, die sich in der KoUektorschictit mit Abstand zwischen zwei
stark N-Ieitend dotierten, oherflächlich ohmisch kontaktieren, 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 jedoch unerwünschte Schaltungskapazitäten, unter anderem an
den Obergängen, 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-Ieitend stark dotiert ist. Die letztgenannte Schicht ist in eine schwächer N-Ieitend
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.
Aufgäbe 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-KoI-lektor-Kapa/ität 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 ί g, 1 eine weitere bekannte integrierte Schaltung,
Fig,2 bis 5 Diagramme zur Erläuterung der
s Betriebsweise eines Transistors aus F i g, 1,
F ΐ g. 6 eine integrierte Schaltung nach der Erfindung
in Draufsicht,
ίο Betriebsweise eines Transistors aus der Schaltung nach
Fig,6und7.
• 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-Ieitendem Halbleitermaterial besteht Ober
diesem Substrat erstreckt sich eine verhältnismäßig dünne Schicht aus N-leitendem Halbleitermaterial, die
dort beispielsweise epitaktisch aufgewachsen sein kann und den Kollektor 20 bildet Der Kollektor 20 ist in
Fig. I zur Verdeutlichung stark verstärkt gezeichnet
Mit 21 ist eine als Sub-Kollektor wirkende Zwischenschicht bezeichnet, die aus verhältnismäßig stark
dotiertem N-leitendem Halbleitermaterial besteht und zwischen dem Kollektor 20 und dem Substrat 18
angeordnet ist und in diese beiden Schichten hineinragt
Die Basis 22 besteht aus P-Ieitendem 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.
Der Emitter 24 ist von der oberen Außenseite 30 der Basis in die Basis 22 eingelassen und bildet einen
Emitter-Basis-Obergang mit der Basis 22. Basis und Emitter sind durch Diffusion erze-igt. Zum Transistor 12
gehört noch ein ohmscher Emitterkontakt 34, der an den
Emitter 24 engeschlossen 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-Ieitende 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
so den Kollektorkontakt sind Leitungen 40, 42 und 44
angeschlossen, Ober die der Transistor 12 elektrisch betrieben werden kann. Der Basiskontakt 36 und der
Kollektorkontakt 38 sind zweiteilig und die beiden Teile können Ober eine nicht dargestellte kurze Leitung
miteinander verbunden werden. Zur Vorspannung des Transistors 12 bei Betrieb sind zwei Widerstände 46,48
zwischen den Leitungen 40, 42 einerseits und den Leitungen 42,44 andererseits vorgesehen. Der Emitler-Basis-Öbergang 32 wird bei Betrieb vorwärts vorge-
spannt, während der Kollekior-Basis-Übergang 28 bei
Betrieb rückwärts vorgespannt wird.
Je nach der speziellen, vorgesehenen Anwendung der integrierten Schallung IO können noch weitere elektrische Komponenten vorgesehen sein. Der Widerstand
f>5 14, der innerhalb des Bereichs des Transistors 12
untergebracht ist, besteht aus einem P-Ieitenden Halbleiterelement 50, das in den Kollektor 20 von der
oberen Außenseite 26 her eingesetzt ist, jedoch ohne
Berührung mit anderen Teilen des Transistors 12, Mit 52
sind 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, der die zu isolierenden Elemente umgibt Beim vorliegenden Beispiel sind der
Transistor 12 und der Widerstand 14 durch einen Isolierbereich 16 isoliert, dessen Elemente 60, die aus
verhältnismäßig hoch dotiertem P-Ieitenden 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
Wider-stand 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
verhindern, daß Leckströme von anderen elektrischen Elementen der integrierten Schaltung den Betrieb des
Transistors 12 und des Widerstandes 14 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 aufgetragen. Der
linke Rand der Fig. 2 entspricht der oberen Außenfläche
des Emitters 24, während der rechte Randbereich dem Inneren des Substrates 18 entspricht Das durch die
Kurve 70 in Fig.2aufgetragene Profil hat verschiedene
Übergänge unter der Voraussetzung, daß Emitter 24 und Basis 22 durch Diffusion aufgebaut sind. Das
Dotierungsniveau des N-Ieitenden Emittermaterials fällt auf Null ab und erreicht den ist. Null in dem
Emitter-Basis-Übergang 32. Das Dotierungsniveau des P-Ieitenden Basismaterials nimmt von Null ausgehend
zunächst einen Maximalwert an und fällt dann wieder ab, bis es den Wert Null in dem Mollektor-Basis-Übergang
28 erreicht In der epitaktischen Schicht des Kollektors 20 steigt das Dotierungsniveau in N-Richtung
zunächst etwas an, behält dann das Niveau bei und steigt noch einmal im Bereich der stark dotierten
Einlage 21 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 dieses Überganges 28.
Es ist bekannt, daß Löcher aus dem P-Ieitenden Material und Elektronen aus dem N-Üeitenden 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 Übergängen
zwischen den entgegengesetzten Grenzen der sich ergebenden Raumlartengszone. Solche Raumladungszonen
existieren an dem Emitter-Basis-Übergang und dem Kollektor-Basis-Übergang eines Transistors.
Fig,3 zeigt die Raumladungszcne 72 an dem
Kollektor-Basis-Obergang eines Transistors 12, wenn dort kein oder nur geringer Strom fließt Die basisseitige
Grenze der Raumladungszone, die innerhalb der Basis 22 liegt, ist mit 74 und die entsprechend gelegene
kollektorseitige Grenze mit 76 bezeichnet Innerhalb der zwischen dem Kollektor-Basts-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 Anzahl der negativen und positiven
Ladungsträger, die zum Ladungsausgleich erforderlich sind, gleich. Wie aus Fig.3 ersichtlich, ist die
kollektorseitige Grenze 76 weiter von dem Kollektor-Basis-Übergang 28 entfernt als dk 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-Ubergang 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 F i g. 5 ist die Verschiebung der beiden Grenzen 74
und 76 in Abhängigkeit von der Stromdichte / 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 Punktion der Breite der KäürnlädungSzöne 72 und eine
Funktion des Quadrats der elektrischen Basisdreite bzw. des Abstandes zwischen dem Emitter-Basis-Übergang
32 und der basisseitigen Grenze 74 der Raumladungszone 72. In der Praxis wird die Stromverstärkungsbandbreite
des Transistors mit zunehmender Minoritätsträgerübergangszeit bei höherer Stromdichte kleiner.
Bei relativ kleinen Stromdichten ist die Minoritätsträgerübergangszeit 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 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 Isolierele- Jo
monies 60 begünstigt stark die Randkapazitäten, die in F i g. I mit G 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-Isolator-Überganges 34 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 Ci 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 Ci bei allen
Stromdichten, also auch bei kleinen Stromdichten, groß.
Nach der vorliegenden Erfindung ist die Stromverstärkungsbandbreite
des Transistors 12 auch bei hohen
ch"C ds2 ■*'■—■- —■·
Zunahme der Kapazitätswerte Ci, Ci und Ci, 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 Fig. !.Beider Herstellung der integrierten
Schaltung 10 wird jedoch eine Zwischenschicht 102 aus relativ hochdotiertem N-Ieitendem 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 so
besteht aus verhältnismäßig schwach dotiertem N-Ieitenden Halbleitermaterial und ist vorzugsweise epitaktisch
aufgewachsen und umgibt die Zwischenschicht 102 und erstreckt sich ober die restlichen Teile der oberen
Fläche des Substrats 18. Die relative Stärke der epitaktischen Schicht 104 ist in Fig.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 in entsprechender Weise, wie das auch im
Text zu Fig.l beschrieben wurde. Die Basis 22
erstreckt sich jedoch bis an die Zwischenschicht 102 und bildet dort den Hauptteil des Kollektor-Basis-Überganges
28. Wenn die Zwischenschicht 102 nicht vorhanden ist, dann ist das Eindiffundieren der Basis 22 schwierig,
weil der Hauptteil sich dann leicht weiter als beabsichtigt nach unten erstreckt und eine unerwünschte
Stärke annimmL 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 angeschlossen
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.
Fig.8 zeigt entsprechend wie Fig.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 / 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 YerichiebüH" d?r ba?'???'?'"?" G<*en7? 74 ίο Κρϊ dem
Transistor 100 etwas kleiner als bei dem Transistor 12 gemäß Fig.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 CS an dem Übergang zwischen der Basis 22 und Zwischenschicht 102 nimmt
zu. Der Anteil der Kapazität CS, der durch die Seiten 112
bedingt ist wird wegen der geringen Dotierung der epitaktischen Schicht 104 minimal gehalten. Durch die
geringere Dotierung des Kollektorbereiches in der Nähe des Isolierbereiches 10 und des Widerstandes 50
werden auch die Kapazitätswerte Cx und Ci gegenüber
den entsprechenden Werten bei Transistoren nach Fig.l nicht erhöht
Ein Transistor 100 nach Fig.6 und 7 bietet noch
weitere Vorzüge. Torschaltungskombinationen erfordern oft eine Vielzahl von Eingangstransistoren. Die
Kapazität Ci des Kollektor-Basis-Oberganges des unbetriebenen Eingangstransistors begrenzt die Schaltgeschwindigkeiten
durch die vorhandenen Ladungen. Bei Transistoren nach Fig.6 und 7 dagegen ist dieser
Effekt weitgehend vermieden, weil unbetriebene Transistoren dieser Art praktisch keinen Kollektorstrom
haben und die in Frage stehenden Kapazitätswerte verhältnismäßig klein sind.
Bei Transistoren mit einem verhältnismäßig kleinen Emitter und einer verhältnismäßig hohen Emitter-Stromdichte
ist der Hauptteil des gesamten Kollektorwidefstandes.
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 Kollektorwiderstand stark verringert wird. Wenn die kollektorseitige 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
Claims (1)
- Patentanspruch;Integrierte Schaltung auf einem P-Ieitend dotierten Halbleitersubstrat, das mit einer N-Ieitend dotierten Kollektorschicht beschichtet ist, in die ein sich Ober die Ausdehnung einer stark N-Ieitend dotierten, unmittelbar auf dem Substrat liegenden Zwischenschicht erstreckender Transistor eingelassen ist, dessen N-Ieitend dotierter oberflächlich ohmisch kontaktierter Emitter in die P-Ieitend dotierte oberflächlich kontaktierte Basis eingelassen ist, die sich in der Kollektorschicht mit Abstand zwischen zwei stark N-leitend 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 DE1937853B2 (de) | 1975-07-17 |
DE1937853C3 true 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 GB GB38469/69A patent/GB1246864A/en not_active Expired
- 1969-07-31 FR FR6925655A patent/FR2015561A1/fr not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1937853A1 (de) | 1970-02-19 |
US3638081A (en) | 1972-01-25 |
DE1937853B2 (de) | 1975-07-17 |
GB1246864A (en) | 1971-09-22 |
FR2015561A1 (de) | 1970-04-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE1944793C3 (de) | Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiteranordnung | |
DE69017348T2 (de) | Thyristor und Verfahren zu dessen Herstellung. | |
DE102014110366A1 (de) | Mos-leistungstransistor mit integriertem gatewiderstand | |
DE202015105413U1 (de) | Integrierte, floatende Diodenstruktur | |
DE1943302A1 (de) | Integrierte Schaltungsanordnung | |
DE1937853C3 (de) | Integrierte Schaltung | |
DE69122902T2 (de) | Halbleiteranordnung mit einem Thyristor | |
DE2734997A1 (de) | Integrierte halbleiterschaltung | |
DE2804500A1 (de) | Halbleitervorrichtung | |
DE2913536A1 (de) | Halbleiteranordnung | |
DE2657293B2 (de) | Elektrische Schaltungsanordnung in Transistor-Transistor-Logikschaltung (TTL) | |
DE3787763T2 (de) | Zusammengesetzte Halbleiteranordnung. | |
DE2904254A1 (de) | Halbleiteranordnung | |
DE2403816C3 (de) | Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE2848576C2 (de) | ||
DE69310559T2 (de) | Schaltungs-Halbleiterbauteil mit Gate | |
DE2431011A1 (de) | Halbleitervorrichtung | |
DE2444589A1 (de) | Integrierte halbleiterschaltung | |
DE2654816A1 (de) | Monolithische halbleiterstruktur | |
DE2410721A1 (de) | Steuerbares halbleiter-gleichrichterelement | |
DE2820913C2 (de) | ||
DE2456635C3 (de) | Integrierte Halbleiterschaltung mit negativem Widerstand | |
DE2128868C3 (de) | Halbleiteranordnung | |
DE2001584A1 (de) | Feldeffekttransistor | |
DE3632642A1 (de) | Halbleiter-leistungs-bauelement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |