DE1966847A1 - Transistor - Google Patents
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Description
H ,1. Philips1 Glc>eII&Kpeni abriefen j Eindhoven/Hiederlande
Transistor
Die Erfindung besieht sieh auf einen Transistor mit einem
Halbleiterkörper, einer an einen Teil der Oberfläche des Halbleiterkörpei*s grenzenden Basiszone, einer als Oberflächenzone
des Halbleiterkörpers ausgebildete Emitterzone, die im Halbleiterkörper von der Basiszone umgeben ist, und
einem Kollektorbereich, der nur einen oder mehrere Anschlußleiter aufweist, die nur mit dem Kollektorbereich Kontakt
machen.
Derartige Transistoren sind z.B. in Planar- oder Mesaausführung
allgemein bekannt, und sie körnen sowohl als einzelne Halbleiterbauelemente oder auch als Schaltungselemente in
integrierten Schaltungen vertirendet v/erden. In diesem Zusammenhang
sei deutlichkeitshalber bemerkt, daß mit "Anschlußleitern, die nur mit diesem Kollektor Kontakt machen", nur
gemeint ist, daß die Anschlußleiter nicht mit anderen Zonen des Transistors verbunden sind. Natürlich kann der Kollektor
PHN 3145 A. 409838/0386
des Transistors aber 2.B, in Integrierten Schaltungen mittels
der erwärmten Anschlußleiter mit anderen Schaltungselementen verbunden sein«
Bei dieses, üblichen Transistoren wird in Schaltungen öfters
ein Kondensator dein Basis-Kcllektor-trcergäng parallel geschaltet« Diese Parallelschaltung kanr. z.E« als Millerintegrator oder in slnem Kapazitiven Speicher? wie sie in der
FR-PS 1 557 70? beschrieben worden sind, banutst werden»
Die Erfindung bezweckt f einen Transistor- besonderer Bauart
zu schaffen, der sich besonders für Anwendung in den obenerwähnten
Fällen eignet, und sie beruht auf der Erkenntnis, daß der parallel geschaltate Kondensator weggelassen werden
kann, wenn nur die Kollektor-Basis-Kapazität des Transistors genügend groß ist, und daß außerdem die Kollektor-Basis-Kapazität
eines Transistors \rorteilhaft vergrößert werden
kann durch Anwendung einer zusätzlichen Halbleiterzone.
Erfindungsgemäß ist der Transistor der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorbereich eine
an die Basiszone angrenzende Kollektorzone umfaßt und der Halbleiterkörper eine zusätzliche Oberflächenzone besitzt,
welche entweder mit der Basiszone oder mit der Kollektorzone sperrschichtfrei verbunden ist und die andere dieser beiden
Zonen mit der zusätzlichen Oberflächenzone einen PN-Übergang bildet.
Ausführtmgsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf einen Teil eines kapazitiven Speichers mit einem erfindungsgemäßen
Transistor in einer ersten Ausführungsform,
- 3 409838/0386
BAD ORIGINAL
Fig. 2 schematisch einen Querschnitt durch den Transistor der Fig. 1 gemäß der Linie H-II der
Fig. 1,
Fig. 3 schematisch einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transistors,
Fig. 4 schematisch einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transistors,
Fig. 5 schematisch eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform,
eines in einem anderen kapazitiven Speicher verwendbaren Transistors nach der Erfin- ä
dung,
Fig. 6 schematisch einen Querschnitt durch den Transistor der Fig. 5 gemäß der Linie VI-VI der Fig. 5.
Der integrierte Kondensatorspeicher, von dem die Fig. 1 einen Teil zeigt, enthält eine Folge von Kapazitäten, bei der mit
Hilfe von Steuersignalen Ladung aus einer Kapazität der Folge über einen Transistor zur nächsten Kapazität der Folge verschoben
werden kann, zu welchem Zweck zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Kapazitäten ein solcher Transistor vorgesehen
ist, wobei diese Transistoren ebenfalls eine Folge bilden, während der Kollektor eines solchen Transistors an der (
Stelle eines Kontaktfensters 17 mit einer Metalleiterbahn 18 Kontakt macht, die diesen Kollektor für die Verschiebung von
Ladung an der Stelle eines Kontaktfensters 15 mit dem Emitter 52-des nächstfolgenden Transistors verbindet, wobei der integrierte
Speicher ein Substrat 50 aufweist, das in üblicher Weise mit durch Isolierzonen 63 isolierten Halbleiterinseln
versehen ist und in denen sich die Transistoren befinden.
Die Speicherkapazitäten bestehen aus der vergrößerten Kollektor-Basis-Kapazität
der Transistoren, während die Basiselektroden 51 der Transistoren je durch ein Fenster 16 mit einer
der Metalleiterbahnen 20 Kontakt machen zur Zuführung der Steuersignale.
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BAD ORIGINAL
Dieser Kondensatorspeicher hat eine kompakte einfache Struktur, bei der die Je Speicherelement erforderliche
Fläche klein ist, weil jedes Speicherelement aus nur einem Transistor besteht. Dabei sind die Verluste infolge
eines elektrischen Übersprechens durch kapazitive Kupplung praktisch vernachlässigbar und die Dämpfung wird
nahezu völlig durch das "Ausmaß bestimmt, in dem der Stromverstärkungsfaktor
der Transistoren vom Wert 1 verschieden ist.
Ein Ausführungsbeispiel des in der Anordnung der Fig. 1 vorgesehenen Transistors mit vergrößerter Basis-Kollektor-Kapazität
ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kollektorzone des Transistors besteht aus der Insel 4. Die Basiszone ist eine
Oberflächenzone 51. Sin erster Oberflächenteil dieser Oberflächenzone
wird durch die Emitterzone 52, ein zweiter durch eine zusätzliche Zone 53 eingenommen, wobei die zusätzliche
Zone 53 vom gleichen Leitungstyp wie die Emitterzone 52 ist
und galvanisch mit der an die Basiszone 51 grenzenden Kollektorzone 4 dadurch verbunden ist, daß der Randteil 54 der
Zone 53 einen Oberflächenteil der Kollektorzone einnimmt.
Der PN-Übergang 55 erstreckt sich zwischen der Basiszone 51 einerseits und der Kollektorzone 4 und der zusätzlichen Zone
53 andererseits. Dabei ist der Flächeninhalt dieses PN-Überganges 55 und somit auch die Kollektor-Basis-Kapazität erheblich
größer als beim Fehlen der Zone 53. Ferner kann die Dotierung der Zone 53 höher als die der Kollektorzone 4 und
z.B. gleich der der Emitterzone 52 sein. Dies hängt mit der Tatsache zusammen, daß die Dotierung der Kollektorzone verhältnismäßig
niedrig gewählt werden muß, wenn in der Insel 4 mit Hilfe der üblichen Photoätz- und Diffusionsverfahren eine
Basiszone 51 und eine Emitterzone 52 angebracht werden müssen. Durch den Unterschied in Dotierung zwischen der Kollektorzone
4 und der zusätzlichen Zone 53 ist die Kapazität je Flächeneinheit
des Teiles des PN-Überganges, der sich zwischen der
Zone 53 und der Basiszone 51 befindet, erheblich größer als die des übrigen Teiles dieses Überganges 55·
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BAD ORIGINAL
Vorzugsweise nisst die zusätzliche Zone 53 mindestens ein
Drittel der Oberfläche eier Basiszone 51 eine Bsi Anwendung
von für Planartransistoren üblichen Dstierangskbnsentrationen
und ZcK.encliol:®n ist die Kollekt^r-Basis-Kapazltät
sodann \sm ein®!;; Faktor iroa mindestens 2 grSBer als Tbei
einer* Basiszone gleiches5 GrOBe5 ^©dooh ohne zusätzliche
Die Stelle ά®£ Essis'^ont&ktfensters 16 wird g
s© gewähltf, Saß e'ieses Fenster bm£ 3iner möglichst langen
Strecke sc-welil as. di® Süittey-soae 52 als assh an die zusätzliche Zone 33 graust.- wodurch sowohl der- Basiswiaer™
stand des aktiires Teils des Transistors als auch der Serienwiderstand
des f^apasitiveren feile der Basiszone 51 möglichst
beschränkt werden. Der- üjisohlußleitssr- 20 macht deshalb Kontakt
mit der Basiszcae 51 an einer Stelle» die durch das
Kontaktfenster* 16 bestimmt wird, das zwischen der Emitterzone 52 und der susätslichen Zone 53 liegt«
Der beschriebene Transistor nach Pig« 1 und 2 ist völlig auf
eine in der Haibleitertechnik übliche Weise herstellbar. Das
Substrat 50 besteht z.B. aus P-leitendem Siliziwa. Auf dem
Substrat kann eine epitaktische Schicht aus H-leitendem Silizium
mit einer Dicke von s.B, 10 um angebracht sein.
Mittels üblicher Photoätz- und Diffusionsverfahren können
dann die P-leitenden Isolierzonen 63 angebracht werden, wodurch sich die isolierten Inseln ergeben. Die Abmessungen
der diffundierten Basiszonen 51 können 85 um χ 95 um betragen.
Die Emitterzone 52 ist 2.B0 1 pm dick und nimmt einen
Oberflächenteil von 20 pm χ 50 μΐη der Basiszone 51 ein. Die
Dicke der zusätzlichen Zone 53 beträgt gleichfalls Ium, wenn
sie gleichseitig mit der Emitterzone hergestellt worden ist. Die Breite der Zone 33 ist z.B* 35 PiB8 während der- Randteil
54 z.B. 5 IAm aus der ursprünglichen Eegrensung der" Basiszone
51 herausragte
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BAD ORIGINAL
Die Oberfläche des Halbleiterkörpers ist mit einer Isolierschicht 56, ZcE, aus Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid,
überzogen. Auf dieser Isolierschicht können auf übliche Weise Metalleitbahnen 16 und 20 angebracht werdens
die durcb in der Schicht 55 hergestellte Fenster 1.5r 16*
17 mit d-fri. darunterliegenden Halbleiterzonen Kontakt
machen.
Ein anderes Aus'führungsbei spiel eines Transistors mit erhöhter
Kollektor-Basis-Kapazität, der auch in einem Kondensatospeicher
Anwendung finden kann, wird nunmehr anhand der Fig» 3 beschrieben, Fig.. 3 zeigt einer, dem Querschnitt
der Fig. 2 entsprechenden Querschnitt durch einen Transistor mit erhöhter Köllektor-Ba.sis«Kapazität, wobei in den beiden
Figuren entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Beim Tx^ansistor nach Fig. 3 besteht die
zusätzliche Zone aus mehreren Teilen, die in der Figur mit 60 und 61 bezeichnet sind« Diese Teile 60 und 61 können
Teile einer zusammenhängenden zusätzlichen Zone sein und/ oder z.B. durch Fenster und eine Metalleitbahn galvanisch
miteinander verbunden sein. Ferner kann auch eine zusätzliche Zone Anwendung finden, die im Halbleiterkörper völlig
durch die Basiszone umgeben und z.B. durch eine Metalleitbahn mit der Kollektcrzone verbunden ist*
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zwar der Oberflächenteil der Basiszone, der durch die zusätzliche Zone eingenommen
wird, kleiner als beim Transistor nach Fig. 2, aber dem steht gegenüber, daß die Randlänge der zweiten
Zone an der Oberfläche des Halbleiterkörpers größer ist. Bei einer diffundierten Basiszone ist die Konzentration der
Dotierung an der Oberfläche am höchsten.. Infolgedessen ist
die Kapazität je Flächeneinheit des PN-Überganges zwischen
der zusätzlichen"Zone und der Basiszone gerade am Rande» in
der Nähe der Oberfläche des Halbleiterkörpers, am größten. Im allgemeinen hängt es von den Dotierungskonzentrationen
und den Dicken der Basiszone und der zusätzlichen Zone ab, welche Geometrie die größte Kapazitätserhöhung ergibt. Das
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Vorstehende ermöglicht es dem Fachmann, von Fall zu Fall zu bestimmen, ob ein möglichst großer Flächeninhalt, eine
möglichst große Randlänge oder eine zwischen diesen beiden Extremen liegende Zwfechenf orm mit Rücksicht auf die
Möglichkeiten und die Beschränkungen der zur Verfügung stehenden Herstellungsverfahren zu bevorzugen ist.
Ferner kann die Kollektorzone 4, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, außer einem hochohmigen Teil einen niederohmigen
Teil 4a umfassen, wodurch der Kollektorserienwiderstand herabgesetzt wird. Dieser niederohmj-ge Teil 4a kann z.B.
auf die dargestellte, übliche Weise die Form einer vergrabenen Schicht haben. ä
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine weitere wichtige Ausführungsform
eines Transistors mit erhöhter Kollektor-Basis-Kapazität. Dabei weist die Basiszone einen dicken Teil 51a
und einen dünnen Teil 51b auf, während die zweite Zone 53 wenigstens einen Oberflächenteil des dicken Teils 51a einnimmt.
Durch Verwendung einer Basiszone mit einem dicken und einem dünnen Teil wird der Basiswiderstand, insbesondere
der des kapazitiveren Teiles der Basiszonep erniedrigt. Dabei
kann jedoch der Serienwiderstand zwischen dem Teil der Kollektorzone 4, der unter der Emitterzone 52 liegt, und der
zusätzlichen Zone 53 infolge der geringeren Dicke der Kollektorzone
4 unter dem dicken Teil 51a der Basiszone größer sein. ( Es ist deshalb bei Anwendung einer Basiszone mit einem dicken
und einem dünnen Teil gewünscht, daß die Kollektorzone außer einem hochohmigen Teil einen niederohmigen Teil 4a enthält,
der sich wenigstens teilweise unter dem dicken Teil 51a der Basiszone erstreckt.
Außer einer Erniedrigung des Basisserienwiderstandes gibt die Anwendung einer Basiszone mit einem dicken Teil den weiteren
Vorteil eines Beitrags zur erhöhten Kollektor-Basis-Kapazität, weil der Flächeninhalt des PN-Überganges zwischen
der Kollektorzone 4 und der Basiszone 51 vergrößert ist. Dieser Beitrag wird dann noch etwas weiter vergrößert, wenn der dicke
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BAD ORIGINAL
Teil 51a der Basiszone an den niederohmigen Teil 4a der Kollektorzone grenzt. Die letztere Ausführungsform hat
außerdem den Vorteil, daß der dicke Reil 51a der Basiszone bei der Herstellung des Transistors gleichzeitig
mit den Isolierzonen 63 angebracht werden kann. Während sich die Isolierzonen 63 bis in das Substrat 50 erstrecken,
stößt der dicke Teil 51a der Basiszone auf den niederohmigen
Teil 4a der Kollektorzone, wodurch kein Kurzschluß zwischen der Basiszone 51 und dem Substrat 50 auftritt.
Auf diese Weise erfordert weder die Anwendung einer zusätzlichen Zone noch die einer Basiszone mit einem dicken und
einem dünnen Teil einen zusätzlichen Diffusionsvorgang bei der Herstellung. Die zusätzliche Zone kann gleichzeitig mit
der Emitterzone, der dicke Teil der Basiszone gleichzeitig mit den Isolierzonen hergestellt werden.
Fig. 5 und 6 zeigen einen weiteren Transistor T„q mit vergrößerter
Kollektor-Basis-Kapazität. Der Transistor T7Q
enthält einen Halbleiterkörper, der durch ein Substrat 100 aus z.B. P-leitendem Silizium und eine auf diesem angebrachte
epitaktische Schicht 85 aus N-leitendem Silizium gebildet wird, wobei eine Emitterzone 83 und eine Kollektorzone
80, die beide aus P-leitendem Silizium bestehen, sich von der gleichen Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper hinein
erstrecken, wobei sie innerhalb des Halbleiterkörpers durch eine Basiszone 85 umgeben sind. Gemäß der Erfindung wird ein
Teil der Oberfläche der Kollektorzone durch eine weitere Oberflächenzone 92 eingenommen, die vom gleichen Leitungstyp ist wie die Basiszone 85 und galvanisch mit dieser verbunden
ist.
Die Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers ist mit einer Isolierschicht
102 überzogen, in der die Fenster 81, 84 und 91 angebracht sind, in denen Metalleitbahnen 82, 95 und 88 mit
der Kollektorzone 80, der Emitterzone 83 bzw. der Basiszone 85 Kontakt geben. Ferner kann zur Verringerung von Serienviderstand
in der Basiszone 85 ein niederohmiger Teil 103» der
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ORIGINAL JNSPECTED
in Fig. 6 als gestrichelt gezeichnete Schicht dargestellt ist und vom gleichen Leitungstyp ist wie die Basiszone 85»
jedoch einen niedrigeren spezifischen Widerstand hat, vorgesehen sein.
Beim dargestellten Transistor erstrecken sich Leiterbahnen 82, welche die Emitterzonen 83 des Transistors mit der Kollektorzone
80 eines nächstfolgenden Transistors z.B. in einem kapazitiven Speicher verbinden, nur auf einer sehr kurzen
Strecke unmittelbar über der Kollektorzone 80 dieses einen Transistors, wodurch die parasitäre Emitter-Kollektor-Kapazität
en, über die ein elektrisches Übersprechen stattfinden kann, sehr klein sind.
• . . i
Auch tritt die parasitäre Substratkapazität bei dieser Ausführungsform
zwischen den Basiselektroden der Transistoren und dem Substrat auf, was schaltungstechnisch günstiger ist,
als wenn sie zwischen den Kollektorelektroden und dem Substrat auftritt, wie dies beim Transistor der Fig.1 und 2 der
Fall ist. Außerdem ist beim Transistor der Fig. 1 und 2 die
majBgebencT Emitter-Basis-Durchbruchspannung/für
die höchstzulässige Spannung über den Speicherkapazitäten, wobei diese Durchbruchspannung
bei doppeltdiffundierten Transistoren mit gutem Emitterwirkungsgrad nur wenige Volt beträgt. Dagegen ist
beim Transistor gemäß Fig. 5 und 6 die Basis-Kollektor-Durchbruchspannung
maßgebend, weil sie die niedrigste Durchbruchspannung ist, wobei diese Durchbruchspannung leicht höher
als bei einem doppeltdiffundierten Transistor sein kann.
Es können als Eingangssignale nicht nur elektrische, sondern
auch andersartige, z.B. elektromagnetische, Signale verwendet werden. Es kann z.B. die Photoempfindlichkeit des Kollektor-Basis-Übergangs
ausgenutzt werden, wobei es wichtig ist, daß die Photoempfindlichkeit dieses PN-Übergangs bei
einem Transistor mit erhöhter Kollektor-Basis-Kapazität infolge des Vorhandenseins der zusätzlichen Zone bzw. der weiteren
Oberflächenzone gesteigert ist. Diese gesteigerte Photoempfindlichkeit hängt nicht nur mit dem größeren Flä-
_ in 409838/0386
cheninhalt des PN-Übergangs, sondern aucn mit der Tatsache
zusammen, daß ein Teil dieses PN-Übergangs, d.h. der Teil zwischen der zusätzlichen Zone und der Basiszone bzw.
zwischen der weiteren Oberflächenzone und der Kollektorzone, sich in einem geringeren Abstand von der Halbleiteroberfläche
befindet, als beim Fehlen einer derartigen zusätzlichen Zone bzw. weiteren Oberflächenzone der Fall
wäre.
Die Transistoren können sowohl NPN- als auch PNP-Transistoren sein, während auch andere übliche Geometrien, Isolierverfahren
und Materialien benutzt werden können. Auch können Transistoren mit erhöhter Kollektor-Basis-Kapazität in
einem üblichen Gehäuse untergebracht werden und als Bauelemente, z.B. in kapazitiven Speichern, oder als Millerintegrator
verwendet werden. Dabei können die Isolierzonen entfallen und es kann z.B. ein niederohmiges Halbleitersubstrat
vom gleichen Leitungstyp wie die Kollektorzone Anwendung finden.
Patentansprüche:
AO9838/0388
Claims (8)
- -■ 11 -Patentansprüche:' 1. ./Transistor mit einem Halbleiterkörper, einer an einen Teil der Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzenden Basiszone, einer als Oberflächenzone des Halbleiterkörpers ausgebildete Emitter.zone, die im Halbleiterkörper von der Basiszone umgeben ist, und einem Kollektorbereich, der nur einen oder mehrere Anschlußleiter aufweist, die nur mit dem Kollektorbereich Kontakt machen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorbereich eine an die Basiszone angrenzende Kollektorzone umfaßt und der Halbleiterkörper eine zusätzliche Oberflächenzone besitzt, welche entweder mit der Basiszone oder mit der KoI-lektorzone sperrschichtfrei verbunden ist und die andere dieser beiden Zonen mit der zusätzlichen Oberflächenzone einen PN-Übergang bildet.
- 2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone die zusätzliche Oberflächenzone mindestens teilweise umgibt, wobei die zusätzliche Oberflächenzone vom gleichen Leitungstyp wie die Emitterzone ist und galvanisch und sperrschichtfrei mit der Kollektorzone verbunden ist.
- 3. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone mit einem Anschlußleiter versehen ist, der an einer zwischen der Emitterzone und der zusätzlichen Oberflächenzone liegenden Stelle mit der Basiszone verbunden ist.
- 4. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Oberflächenzone sich über wenigstens ein Drittel der Basiszone erstreckt.
- 5. Transistor nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Basiszone einen dicken und einen dünnen Teil aufweist, wobei sich die zusätzliche Oberflächenzone wenigstens über einen Teil des dicken Teils erstreckt.409838/0386 -12-
- 6. Transistor nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorzone außer einem hochohmigen Teil einen niederohmigen Teil enthält, der wenigstens teilweise unter dem dicken Teil der Basiszone liegt.
- 7. Transistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der niederohmige Teil der Kollektorzone an den dicken Teil der Basiszone grenzt.
- 8. Transistor nach Anspruch 1, bei dem sich die Emitterzone und die Kollektorzone von der gleichen Oberfläche her in den Halbleiterkörper hinein erstrecken und innerhalb des Halbleiterkörper durch die Basiszone umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zuästzliche Oberflächenzone sich über einen Teil der Kollektorzone erstreckt, vom gleichen Leitungstyp wie die Basiszone ist und sperrschichtfrei mit der Basiszone verbunden ist.409838/0386
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