DE69622270T2

DE69622270T2 - Silizium auf isolator-bipolartransistor mit erhöhter durchbruchspannung

Info

Publication number: DE69622270T2
Application number: DE69622270T
Authority: DE
Inventors: Torkel Arnborg; Andrej Litwin
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1995-04-13
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2016-04-10
Also published as: CA2217049A1; SE9501385L; SE9501385D0; SE515867C2; WO1996032798A1; EP0820645B1; DE69622270D1; HK1010606A1; CN1083162C; EP0820645A1; AU5351696A; ES2179941T3; KR19980703869A; JP4102434B2; JPH11503573A; CN1181842A; KR100372035B1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Silizium auf Isolator- Bipolartransistor, der umfasst ein Substrat mit einer Hauptoberfläche, eine Oxidschicht auf der Hauptoberfläche, eine Siliziumschicht eines ersten Leitfähigkeittyps auf der Oxidschicht, eine Basiszone eines zweiten Leitfähigkeittyps, die sich in die Siliziumschicht erstreckt, eine Emitterzone des ersten Leitfähigkeittyps, die sich in die Basiszone erstreckt, und eine Kollektorzone des ersten Leitfähigkeittyps, die sich in die Siliziumschicht auf einem seitlichen Abstand von der Basiszone erstreckt.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Transistor ist z. B. aus der Veröffentlichung "Analysis of New High-Voltage Bipolar Silicon-on-Insulator Transistor with Fully Depleted Collector" von Torkel Arnborg und Andrej Litwin in IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 42, Nr. 1, 1. Januar 1995 ebenso wie aus US-A-4 843 448, US-A-4 766 482 und EP-A-0 311 419 bekannt.
In dem bekannten Transistor fällt die Durchbruchspannung sehr stark, während sich die Substratspannung im Vergleich zu der Emitterspannung erhöht für NPN-Transistoren und das Gegenteil für PNP-Transistoren. Das ist wegen der Tatsache, dass eine Akkumulationsschicht unter dem Emitter des Transistors geschaffen wird, wobei es die Akkumulationsschicht für einen bestimmten Wert der Substratspannung unmöglich macht, den Kollektor unter dem Emitter vollständig zu leeren und das Potenzial zu verriegeln. Die Durchbruchspannung ist somit die gleiche wie sie für einen vertikalen Transistor mit einer vergrabenen Schicht und einer Epitaxialschicht darüber sein würde mit ähnlicher Dicke der Epitaxialschicht und Dotieren wie die Silizium auf Isolator-Schicht, deren Durchbruch recht niedrig ist.
Mit den gleichen Anforderungen für die Durchbruchspannung für sowohl NPN- als auch PNP-Transistoren wird impliziert, dass die Substratspannung dicht bei der Mitte des Bereichs der angelegten Betriebsspannung sein muss. Dies setzt die höchstmögliche Durchbruchspannung für den Transistor weiter herab. Auch kann in manchen Fällen ein weicher Kollektordurchbruch oder ein Durchgriff beginnen, gerade bevor die Potenzialverriegelung für eine steigende Kollektorvorspannung auftritt.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Das Ziel dieser Erfindung ist es, diesen Typ von Durchbruch durch Ändern des elektrischen Feldes zu verhindern, um die Schaffung der Akkumulationsschicht an der Kollektor-Oxid- Schnittstelle unter dem Emitter zu reduzieren oder zu verhindern.
Dies wird in dem Transistor gemäß der Erfindung dadurch erreicht, dass sich eine Kontaktzone des zweiten Leitfähigkeittyps in die Siliziumschicht bis zu der Oxidschicht auf der entgegenliegenden Seite der Emitterzone bezüglich der Kollektorzone erstreckt, dass sich ein Teil der Kontaktzone seitlich entlang der Oberfläche der Oxidschicht unter mindestens einem Teil der Emitterzone in Richtung auf die Kollektorzone auf einem Abstand von der Basiszone erstreckt und dass die Kontaktzone elektrisch mit der Basiszone verbunden ist.
Hiermit wird der Spannungsbetriebsbereich wachsen bevor für den Transistor mit vollständig geleertem Kollektor ein Durchbruch auftritt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Diese Erfindung wird nachstehend detaillierter in Bezug auf die hinzugefügte Zeichnung beschrieben, in der:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Bipolartransistors mit einem Kontakt ist,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Transistors gemäß der Erfindung ist, und
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Bipolartransistors mit einem Kontakt ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt einen Silizium auf Isolator-(silicon-oninsulator, SOI)-Bipolar-NPN-Transistor mit einem Kontakt. Mit umgekehrten Dotierungspolaritäten trifft die Struktur ebenso auf PNP-Transistoren zu.
Der Transistor umfasst ein Siliziumsubstrat 1, auf einer Hauptoberfläche dessen eine Isolierschicht 2 aus Siliziumdioxid vorgesehen ist.
Eine Siliziumschicht 3, die mit Verunreinigungen des Leitfähigkeittyps N schwach dotiert ist, ist auf der isolierenden Oxidschicht 2 vorgesehen.
Eine Basiszone 4, die mit Verunreinigungen des Leitfähigkeittyps P dotiert ist, erstreckt sich in die Siliziumschicht 3 von ihrer freien Oberfläche.
Eine Emitterzone 5, die mit Verunreinigungen des Leitfähigkeittyps N stark dotiert ist, erstreckt sich in die Basiszone 4 von derer freien Oberfläche.
Auf einem seitlichen Abstand von der Basiszone 4 erstreckt sich eine Kollektorzone 6, die mit Verunreinigungen des Leitfähigkeittyps N stark dotiert ist, in die Siliziumschicht 3 von ihrer freien Oberfläche.
Um die Schaffung einer Akkumulationsschicht an der Schnittstelle zwischen der Siliziumschicht 3 und der Oxidschicht 2 unter der Emitterzone 5 zu reduzieren oder zu verhindern, erstreckt sich eine Kontaktzone 7, die mit Verunreinigungen des Leitfähigkeittyps P, d. h. des gleichen Leitfähigkeittyps wie die Basiszone, dotiert ist, in die Siliziumschicht 3 herunter bis zu der Oxidschicht 2 an der entgegenliegenden Seite der Emitterzone 5 bezogen auf die Kollektorzone 6.
In der Vorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt wird, erstreckt sich die Kontaktzone 7 vollständig durch die Basiszone 4 und ist in elektrischer Verbindung mit dieser Basiszone 4.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des SOI-Bipolartransistors gemäß der Erfindung.
Der allgemeine Entwurf des Transistors gemäß Fig. 2 ist der gleiche wie der des Transistors gemäß Fig. 1 und es sind identische Elemente mit identischen Bezugszeichen vorgesehen.
Der Entwurf der Kontaktzone 8 des Transistors gemäß Fig. 2 unterscheidet sich jedoch von dem des Transistors gemäß Fig. 1 darin, dass er einen Teil 8 umfasst, der sich seitlich entlang der Oberfläche der Oxidschicht 2 in Richtung auf die Kollektorzone 6 auf einem Abstand von der unteren Oberfläche der Basiszone 4 erstreckt.
Gemäß der Erfindung erstreckt sich der Teil 8' der Kontaktzone seitlich entlang der Oberfläche der Oxidschicht 2 unter zumindest einem Teil der Emitterzone 5. Der seitliche Teil 8' der Kontaktzone 8 sollte sich höchstens seitlich bis zu der Kante der Basiszone 5, die der Kollektorzone 6 gegenüberliegt, erstrecken.
Fig. 3 zeigt einen weiteren SOI-Bipolartransistor mit einem Kontakt.
Der allgemeine Entwurf des Transistors gemäß Fig. 3 unterscheidet sich nicht von dem des Transistors gemäß Fig. 1 und 2 und folglich sind identische Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie die Elemente der Transistoren gemäß Fig. 1 und 2 vorgesehen.
Der Transistor gemäß Fig. 3 umfasst eine Kontaktzone 9, die sich herab bis zu der Oxidschicht 2 auf einem seitlichen Abstand von der Basiszone 4 erstreckt.
Die Kontaktzone 9 und die Basiszone 4 sind jedoch elektrisch durch einen externen Leiter 10 miteinander verbunden.
Die Kontaktzone 9 gemäß Fig. 3 kann auch mit einem seitlichen Teil (nicht gezeigt) ähnlich dem seitlichen Teil 8' der Kontaktzone 8 in Fig. 2 versehen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) kann sich die Kontaktzone teilweise durch die Basiszone 4 und teilweise außerhalb der Basiszone 4 erstrecken.
Wenn in den Vorrichtungen gemäß Fig. 1, 2 und 3 eine Spannung zwischen dem Kollektor 6 und der Basis 4 angelegt wird, beginnt eine seitliche Leerung der Kollektorzone dicht zu der Kontaktzone, wodurch die Akkumulationsschicht an der Schnittstelle zwischen dem Kollektor und der Oxidschicht reduziert wird.
Wenn ein Durchbruch durch einen Basisdurchgriff bewirkt wird, wird das seitliche Feld von der Basiszone die Raumladeschicht zwischen der Basis und dem Kollektor vergrößern und somit den Durchgriff verzögern.
Auch wenn der Durchbruch durch eine Stoßionisation verursacht wird, wird die Feldumverteilung von der Basiszone zu einer geringeren Feldstärke und einer Verzögerung des Lawinendurchbruchs führen.
Die Verzögerung im Durchbruch bei steigender Kollektorspannung wird ausreichend sein für die später auftretende Potenzialverriegelung, um den Transistor zu schützen.
Die Kontaktzone 8, 8' gemäß Fig. 2 ist schwieriger herzustellen als die Kontaktzonen 7 und 9 gemäß Fig. 1 bzw. 3, aber alle Ausführungsformen der Kontaktzone tragen zum Erhöhen des Spannungsbetriebsbereichs vor einem Durchbruch für Transistoren mit vollständig geleertem Kollektor bei.

Claims

1. Silizium auf Isolator-Bipolartransistor, der umfasst:

- ein Substrat (1) mit einer Hauptoberfläche,

- eine Oxidschicht (2) auf der Hauptoberfläche,

- eine Siliziumschicht (3) eines ersten Leitfähigkeittyps auf der Oxidschicht (2),

- eine Basiszone (4) eines zweiten Leitfähigkeittyps, die sich in die Siliziumschicht (3) erstreckt,

- eine Emitterzone (5) des ersten Leitfähigkeittyps, die sich in die Basiszone (4) erstreckt, und

- eine Kollektorzone (6) des ersten Leitfähigkeittyps, die sich in die Siliziumschicht (3) auf einem seitlichen Abstand von der Basiszone (4) erstreckt, gekennzeichnet dadurch,

dass sich eine Kontaktzone (8) des zweiten Leitfähigkeittyps in die Siliziumschicht (3) bis zu der Oxidschicht (2) auf der entgegenliegenden Seite der Emitterzone (5) bezogen auf die Kollektorzone (6) erstreckt, dass sich ein Teil (8') der Kontaktzone (8) seitlich entlang der Oberfläche der Oxidschicht (2) unter zumindest einem Teil der Emitterzone (5) in Richtung der Kollektorzone (6) auf einem Abstand von der Basiszone (4) erstreckt und dass die Kontaktzone elektrisch mit der Basiszone (4) verbunden ist.

2. Transistor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass sich die Kontaktzone (8) zumindest teilweise durch die Basiszone (4) erstreckt.

3. Transistor nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass sich die Kontaktzone (8) vollständig durch die Basiszone (4) erstreckt.

4. Transistor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass sich die Kontaktzone auf einem seitlichen Abstand von der Basiszone (4) erstreckt.

5. Transistor nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Kontaktzone äußerlich mit der Basiszone (4) verbunden ist.

6. Transistor nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass sich der Teil (8') der Kontaktzone (8) seitlich bis zu der Kante der Basiszone (4) erstreckt.