SE512661C2 - Lateral bipolär hybridtransistor med fälteffektmod och förfarande vid densamma - Google Patents

Description

lO 15 20 25 512 661 tillverkas med väl tilltagen säkerhetsmarginal innebär det att den stora areavinsten kan gà förlorad.

I patentskrifterna US 4,642,666 och US 5,338,961 beskrivs en MOSFET som arbetar lateralt och har liknande egenskaper som en bipolär transistor, t.ex. låg on-resistans, och som ska kunna användas istället för en bipolär krets där en hög genombrottsspänning önskas. MOSFETen har två sourceomràden med en gemensam gate och ett drainomràde. Genom att lägga pá en lämplig spänning pà gaten bildas det tvá kanaler under gaten från sourceomràdet till ett centralt omrâde. En ström kan därefter flyta fràn sourceomràdet via en av kanalerna till drainomràdet.

I patentskrifterna US 5,264,719 och US 4,823,l73 beskrivs en teknik för att förbättra det laterala driftsomràdet för både bipolär- och MOS-kretsar där en ökning av genombrotts- spänningen. och. en sänkning av' on-resistansen, är önskvärd.

Detta àstadkommes genom att ett styre, dopat med samma dopämne som driftsomràdet, placeras över det laterala driftsomràdet.

I patentskrifterna US 4,409,606 och US 4,292,642 beskrivs olika metoder för att höja genombrottsspänningen för en och samtidigt undvika en lateral ström- (Kirk-effekt). halvledare koncentration Genom att göra driftsomràdet tunt och av låg dopkoncentration krävs det en lägre spänning att utarma driftsomràdet jämfört med vad det krävs för att få ett genombrott.

I tidskriften Microelectronic Engineering 22 (1993) sid 379- 382 med titeln “Very High Current Gain Enhancement by Substrate Biasing of Lateral Bipolar Transistors on Thin 10 15 20 25 512 661 SOI” av Bengt Edholm, Jörgen Olsson och Anders Söderbärg (Uppsala University) beskrivs en metod för att öka förstärkningen hos laterala bipolära transistorer genom att substratet förspänns vilket leder till ändrade laddnings- förhållanden i basen.

I tidskriften IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VO1.42, No 9, september 1995, sid 1628-1634 med titeln “High Current Gain Hybrid Lateral Bipolar Operation of DMOS Transistors” av Jörgen Olsson, Bengt Edholm, Anders Söderbärg och Kjell Bohlin beskrivs bland annat hur en hybridfunktion kan uppnås för en konventionell DMOS.

REnoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Problemet med en högspänd 'vertikal transistor är att det behövs ett relativt tjockt begravt oxidskikt, ca 3pm, under ett aktivt epi-skikt för att undertrycka beroendet av substratpotentialen. Detta ger i sin tur problem med värmeavledning fràn transistorn i. det epitaxiella skiktet.

Vidare krävs en mycket hög noggrannhet med avseende pá epi- skiktets tjocklek och resistivitet, vilket beror pà dopningen av epi-skiktet. Dessutom är det svàrt att få tag pà tillverkare som uppfyller ovanstående krav pà noggrannhet. Föreliggande uppfinning angriper bl.a. dessa problem.

Ytterligare ett problem är att få en förutbestämd hög förstärkning kopplad med spänningstàlighet samt att externt styra en bipolär komponents förstärkning.

Ett tidigare ej beaktat nytt problem är att göra en halvledaranordning som kan omställas att fungera i tvá 10 15 20 25 512 661 skilda moder, såsom skilda komponenter av traditionell typ, t.ex. från en lateral bipolär transistor till en MOS. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att ersätta den tidigare, översiktligt beskrivna, vertikala bipolära transistorn med en lateral bipolär transistor.

Ytterligare ett ändamål är att få den laterala bipolära transistorn att fungera med en förutbestämd hög förstärkning kopplad med spänningstålighet och en möjlighet att ändra transistorns arbetsmod.

Problemet med att tillverka en högspänd transistor utan en tjock begravd oxid löses genom att utnyttja två mot varandra vid det från stående emitter/bas-områden, vilka är placerade epitaxiella skiktets yta med ett sådant avstånd varandra att ett mellanliggande gemensamt kollektorområde kan bli totalt utarmat.

Vid en given spänning sker utarmningen, men till skillnad ifrån den vertikala transistorn sker den lateralt och den spänning transistorn tål bestäms litografiskt genom avståndet mellan de i komponenten ingående dopade områdena, t.ex. bas/emitter-anslutning och drainanslutning. med att blir De huvudsakliga fördelarna uppfinningen är utarmningsspänningen inte beroende av substrat- potentialen, dopningen av epi-skiktet eller av epi- tjockleken. Detta medför i sin tur att ett billigare SOI- substrat med tunnare oxid kan användas.

Ytterligare en fördel är att den areavinst som en vertikal bipolär transistor i teorin erhåller kan realiseras i praktiken med en lateral bipolär transistor. 10 15 20 25 512 661 Ännu en fördel med komponenten är att den laterala bipolära transistorn kan fungera med en förutbestämd hög förstärkning kopplad med spänningstàlighet och med en möjlighet att ändra transistorns arbetsmod.

Ytterligare ännu en fördel är att komponenten är relativt enkel att realisera som ett antal parallellkopplade celler för att därigenom få en önskad drivförmäga.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hjälp av föredragna utföringsformer och med hänvisning till bifogade ritningar.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar en tvärsektion av en vertikal bipolär transistor (VBIPI) och tvá fälteffekttransistorer (JFETl, IGFET1) enligt teknikens ståndpunkt.

Figur 2 visar ett schema med transistorerna i figur 1.

Figur 3 visar en toppvy av ett komponentomràde enligt uppfinningen med två laterala bipolära transistorer (LBIPl, LBIP2), tvà laterala fälteffekttransistorer LJFETl och LJFET2 och två parasitkretsar innefattande en vertikal bipolär transistor (VBIP2) och tvâ fälteffekttransistorer (VJFET2, IGFET2).

Figur 4 visar ett ekvivalent, något förenklat schema av transistorerna i figur 3.

Figur Sa-5c visar olika tvärsektioner av strukturen i figur 3. 10 15 20 25 512 661 Figur 6 visar en vy över utbredning av utarmningsomràdet mellan basomràdena hos en lateral bipolär transistor enligt figur 3.

Figur 7 visar en vy med en alternativ utföringsform enligt uppfinningen.

Figur 8 visar ytterligare en vy med en alternativ utföringsform enligt uppfinningen.

Figur 9a-9d visar tvärsektioner av olika tillverkningssteg för transistoranordningen i figur 3.

Figur 10 visar ett tvärsnitt av en lateral bipolär transistor enligt figur' 3 med. en. anordning för ökning' av förstärkningen och en möjlighet till att ändra transistorns arbetsmod.

Figur 11 visar ett tvärsnitt av en bipolär transistor som delvis arbetar i lateral utsträckning.

FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRMER Figur 1 visar en tvärsektion av en vertikal bipolär NPN- transistor VBIP1 seriekopplad med tvâ parallellkopplade fälteffekttransistorer JFET1 och IGFET1 enligt teknikens ståndpunkt. Ett halvledarsubstrat 1, av t.ex. kisel, har sin övre yta oxiderad till ett elektriskt isolerande skikt 2 av kiseldioxid. Monterad ovanpå skiktet 2 är en relativt tunn skiva 3 av monokristallint kisel, som är det aktiva skiktet för transistoranordningen VBIP1, JFETl och IGFET1. Detta aktiva skikt har en relativt låg koncentration av negativa laddningsbärare, vilket i. figuren har betecknats med n. I den monokristallina skivan 3 är ett komponentomräde 4 avgränsat mot omgivande delar 4a och 4b genom ett 10 15 20 25 30 512 661 separationsskikt 5, som kan erhållas av t.ex. kiseldioxid eller en backspänd PN-övergång. Separationskiktet 5 sträcker sig fràn den monokristallina skivans 3 yta ned till det isolerande skiktet 2 och omger helt transistorerna VBIP1, JFETI och IGFETl. Komponentomràdet 4 är härigenom helt elektriskt isolerat fràn underlaget l och de omgivande delarna 4a och 4b hos den monokristallina skivan 3.

Transistorn VBIPl har ett basomràde B som är dopat med positiva laddningsbärare, vilket betecknas med p i figuren.

Basen B har ett anslutningsomràde Bl för en yttre elektrisk anslutning och detta anslutningsomráde är kraftigt dopat p+ med positiva laddningsbärare. Transistorn VBIPl har i basomràdet B en emitter El som är* kraftigt dopad n+ med negativa laddningsbärare. I komponentomrádet 4 har transistorn VBIPl också sitt kollektoromráde Kl. Transistorn JFETl har sin gateanslutning Gl gemensam med basanslutningen Bl och dess sourceanslutning S1 är gemensam med kollektoromrádet Kl hos transistorn VBIPl. Ett kraftigt n+ dopat omrâde Dl utgör transistorns JFETl drainanslutning.

Transitorn IGFETl är kopplad till drainanslutningen Dl och sourceanslutningen S1 så att den parallellkopplas med transistorn JFETl och så att dessa är kaskadkopplade med den vertikala bipolära transistorn VBIPl. Gateanslutningen för transistorn IGFETl är halvledarsubstratet l.

Komponentomràdet 4 är täckt av ett isolerande skikt 6, t.ex. kiseldioxid, vilket är försett med öppningar 7 för' yttre elektriska anslutningar 8. Dessa är förbundna med respektive basens anslutningsomràde Bl, emittern El och drainomrádet Dl. Dessutom är halvledarsubstratet 1 förbundet till en yttre elektrisk anslutning 8. Hur dessa yttre elektriska 10 15 20 25 30 512 661 anslutningar är utformade är välkänt och anslutningarna visas inte i detalj i figur 1 för att inte i onödan komplicera figuren.

Figur 2 visar schematiskt de parallellkopplade fälteffekttransistorerna JFETl och IGFET1, vilka är kaskadkopplade med den vertikala bipolära NPN-transistorn.

Basanslutningen Bl är förbunden med gateanslutningen G1 för transistorn JFET1 och kollektorn Kl år förbunden med sourceomrádet S1 samt att gateanslutningen Gsub för transistorn IGFET1 är förbunden till halvledarsubstratet 1.

Basanslutningen Bl, emittern. El, drainanslutningen. D1 och halvledarsubstratet 1 har var sin av de yttre anslutningarna 8. Ovan beskrivna komponenter kan betraktas som en parasitgrupp ÉF med anslutningar A1-A4 till den föreslagna uppfinningen, se figur 4.

Transistorn VBIP1 i figur 1 och 2 har en PN-övergång 9 vid basomràdets B undre yta, vilken kan backspännas och utarmas pà laddningsbärare genom att spänningar V5, VE, VB och Vfim anslutes till de yttre anslutningarna 8. Ett område DP1, mellan PN-övergången 9 och det isolerande skiktet 2, har en relativt låg dopningskoncentration och området har även en relativt liten tjocklek. Hela området DP1 blir därför utarmat på laddningsbärare och en stor del av den elektriska spänningen mellan basomràdet B och drainomràdet D1 fördelas över en relativt stor sträcka L. Härigenom antar en elektrisk fältstyrka ED i utarmningsomrádet DP1 ett làgt värde, jämför resurf-teknik. Fältstyrkan i området kan hållas under kislets kritiska fältstyrka EQR som är omkring 3-105 V/cm och strömrusning hos en ström I i detta område förhindras. 10 15 20 25 30 512 661 Området DPl utarmas på laddningsbärare redan vid en drainspänning wg av några få volt. Fördelningen av den elektriska fältstyrkan i komponentområdet påverkas av halvledarsubstratets 1 potential Vüm, vilken kan orsaka ett lavingenombrott vid drainanslutningen vid för låg potential eller ett lavingenombrott mellan emittern och kollektorn vid en för hög potential.

Figur 3 visard en toppvy av en halvledaranordning enligt uppfinningen, innefattande ett komponentområde ll med två parallellkopplade laterala bipolära NPN-transistorer LBIP1 och. LBIP2 samt två parallellkopplade laterala fälteffekt- transistorer LJFETl och LJFET2. Två parasitkretsar innefattande en vertikal bipolär NPN-transistor' VBIP2 och två fälteffekttransistorer VJFET2 och IGFET2 uppstår också i anordningen. Det bör observeras att endast transistorerna LBIP1, LBIP2, LJFsri och LJFET2 visas i figur 3. övriga komponenter visas nedan i figur Sa. Komponentområdet ll är anordnat i en monokristallin skiva 12, där komponentområdet är avgränsat mot omgivande delar genom ett separationsskikt 13, som enligt exemplet utföres såsom t.ex. ett kiseldioxidskikt. Enligt ett alternativ utföres separations- skiktet såsom en backspänd PN-övergång.

Transistorerna LJFETI och LJFET2 har ett drainområde D2a som är kraftigt dopat med negativa laddningsbärare, vilka betecknas med n+ i figuren. Vidare har den ena bipolära transistorn LBIP1 ett första basområde l4a och den andra bipolära transistorn LBIP2 har ett andra basområde 14b separerat från det första, där varje basområde 14a, 14b har ett basanslutningsområde B2a respektive B2b för en yttre elektrisk anslutning 8 och varje anslutningsområde är lO 15 20 25 30 512 661 10 kraftigt dopat p+ med positiva laddningsbärare.

Transistorerna LBIP1 och LBIP2 har i vardera basomràdet 14a, 14b en emitter B2a respektive E2b som är kraftigt dopad n+ med negativa laddningsbärare. I varje basomràde l4a, 14b är emittern E2a, E2b anordnad bredvid basens anslutningsomráde B2a, B2b och basomràdena 14a, 14b är placerade sida vid sida i komponentomràdet 11 så att inget av basens anslutnings~ omràden B2a-B2b eller drainomràdet D2a är anordnat mellan respektive basomràdens emittrar E2a, B2b. Drainomràdet D2a är anordnat pà en sida om basomràdena 14a och l4b sà att basens anslutningsomráde B2a respektive B2b i 'varje basomràde är anordnat mellan respektive basomràdes emitter E2a, E2b och drainomràde D2a.

Basanslutningarna B2a och B2b, emittrarna E2a och E2b är var för sig sammankopplade och anslutna till var sin yttre anslutning 8. Drainanslutningen D2a är också ansluten till en yttre anslutning 8. Avståndet mellan basomràdena 14a och l4b är så stort att det bildas ett svagt n-dopat gemensamt kollektoromráde 15, men inte större än att det gemensamma kollektoromràdet kan utarmas helt då spänningar Vbm \k2- VE anslutes till de yttre anslutningarna 8.

Figur 4 visar schematiskt de parallellkopplade laterala bipolära transistorerna LBIP1 och LBIP2 och' parallell- kopplade laterala fälteffekttransistorerna LJFETl och LJFET2, där de bipolära transistorernas gemensamma kollektoromràde K2 sammanfaller med fälteffekt- transistorernas gemensamma sourceomràde S2, dessutom är samtliga transistorers gate- och basanslutningar samman- bundna. Parallellt med de laterala transistorerna LBIP1, LBIP2, LJFETI och LJFET2 finns ett antal parasitkomponenter 10 15 20 25 30 512 661 ll P anslutna. Dessa består av två parasitgrupper T, sammankopplade enligt figur 2, där samtliga grupper är anslutna så att varje grupps emitter A1, basanslutning A2 och drainanslutning A3 är sammanbunden med de laterala transistorernas respektive emitter E2a, E2b, basanslutning B2a, B2b och drainanslutning D2a. Dessutom är varje grupps substratanslutning AA förbunden till. ett halvledarsubstrat 16. Basanslutningen B2a, B2b, emittern E2a, E2b, drain- anslutningen D2a och halvledarsubstratet 16 har var sin av de yttre anslutningarna 8.

Figur Sa-5c visar olika tvärsektioner ur figur 3 vilka visar en halvledarkropp innefattande halvledarsubstratet 16, ett dielektriskt isolerande skikt 17 och den relativt tunna skivan 12 av monokristallint kisel. Halvledarsubstratet 16, av t. ex. kisel, har sin övre yta oxiderad till det elektriskt isolerande skiktet 17 av' kiseldioxid. Monterad ovanpå skiktet 17 är den monokristallina skivan 12 av kisel, som är det aktiva skiktet för transistoranordningen LBIP1, LBIP2, LJFETI, LJFET2, VBIP2, VJFET2 Och IGFET2. Detta aktiva skikt har en relativt låg koncentration av negativa laddningsbärare, vilket i figuren har betecknats med n. I den monokristallina skivan 12 är komponentomràdet 11 avgränsat mot omgivande delar lla och llb genom separationsskiktet 13. Separationskiktet 13 sträcker sig fràn den monokristallina skivans 12 yta ned till det isolerande skiktet 17 och omger helt transistorerna LBIP1, LBIP2, LJFETl, LJFET2, VBIP2, VJFET2 och IGFET2.

Komponentomrádet 11 är härigenom helt elektriskt isolerat fràn underlaget 16 och de omgivande delarna lla och 11b hos den monokristallina skivan 12. 10 15 20 25 30 512 661 12 Figur Sa visar en första tvärsektion genom ett av de två basomràdena 14a av den laterala transistorn LBIPl, snitt A-A fràn figur 3. Basomràdet 14a är dopat med positiva laddningsbärare, vilket betecknas med p i figuren.

Basomrádet 14a har som tidigare nämnts ett anslutningsområde B2a för en yttre elektrisk anslutning och detta område är kraftigt dopat p+ med positiva laddningsbärare. Transistorn LBIP1 har i basomràdet l4a emittern E2a som är kraftigt dopat n+ med negativa laddningsbärare. I komponentomrädet 11 har den laterala fälteffekttransistorn LJFET1 drainomràdet D2a och den laterala bipolära transistorns basanslutning B2a fungerar som en gateanslutning till fälteffekttransistorn LJFET1. De övriga transistorerna VBIP2, VJFET2 och IGFET2 är uppbyggda av en transistorkoppling enligt figur 1.

Komponentomrádet 11 är täckt av ett isolerande skikt 18 av t. ex. kiseldioxid, vilket är försett med öppningar 19 för yttre elektriska anslutningar 8. Dessa är förbundna med respektive basens anslutningsomráden B2a och B2b, emittern E2a och E2b och drainomràdet D2a. Dessutom är halvledarsubstratet 16 förbundet med en yttre elektrisk anslutning 8.

Transistorn VBIP2 i figur 5a har en PN-övergång 20 vid basomrádets l4a undre yta, vilken kan backspännas och utarmas på laddningsbärare genom att spänningar Xßz, V52, V¿2 och Vmm anslutes till de yttre anslutningarna 8. Ett område 21, mellan PN-övergången 20 och det isolerande skiktet 17, har en relativt låg dopningskoncentration och omrâdet har även en relativt liten tjocklek. Hela omrâdet 21 blir därför utarmat på laddningsbärare. Jämför med tidigare känd teknik i figur 1. 10 15 20 25 30 512 661 13 Figur 5b 'visar en andra tvärsektion. genonl det gemensamma kollektoromràdet 15 mellan basomràdena l4a och l4b av de laterala transistorerna, snitt B-B från figur 3. Det gemensamma kollektoromràdet 15 mellan basomràdena l4a och l4b utarmas vid en positiv potentialskillnad mellan drainanslutningen D2a och basanslutningarna B2a och B2b. I det gemensamma kollektoromrádet sammanfaller kollektorerna K2 från de laterala bipolära transistorerna LBIPl och LBIP2 med sourcerna S2 frán de laterala fälteffekttransistorerna LJFETl Och LJFET2.

Figur 5c visar en tredje tvärsektion genom båda basomràdena 14a och 14b och varje basomràdes emitter E2a respektive E2b, snitt C-C ur figur 3. Mellan basomràdena finns det gemensamma kollektoromràdet 15 och under respektive basomràde finns utarmningsomrádet 21 som tidigare beskrivits i figur Sa och 5b. Omràdena utarmas vid inkoppling av spänningar till de yttre elektriska anslutningarna. En viktig detalj vid dimensionering av basområdet 14a med tillhörande emitteromràde E2a är att en integrerad laddning över ett minsta avstånd dl mellan emittern och basomrádets begränsningsyta 22 in mot det gemensamma kollektorområdet är mindre än en integrerad laddning över ett minsta avstånd d2 mellan emittern och. basomrádets undre yta 20. Värdet på denna integrerade laddning kallas gummeltal och ett lågt gummeltal medför en hög förstärkning hos en bipolär komponent. Det laterala gummeltalet GH: över sträckan dl ska alltså. vara Inindre än det 'vertikala gummeltalet Gvai över sträckan d2.

Basomràdets undre yta 20 kan, utan att funktionen hos halvledaranordningen förändras, sammanfalla med det 10 15 20 25 30 512 661 14 isolerande skiktet 17, vilket medför att utarmningsomràdet 21 under respektive basomràde 14a och 14b elimineras. Ett annat alternativ är att ett avstånd mellan basomrádets undre yta 20 och det isolerande skiktet 17 är så stort att området där emellan inte kan utarmas, dvs. utarmningsomràdet 21 sträcker sig inte hela vägen ned till det isolerande skiktet 17. För att detta ska 'vara. möjligt måste området mellan basen och det isolerande skiktet vara så pass làgt dopat att inte ett för tidigt lavingenombrott i detta omrâde försämrar komponentens spänningstàligthet.

Figur~ 6 visar en lateral utbredning av utarmningsområdet mellan basomràdena l4a och 14b hos de laterala transistorerna, där utbredningen visas i tvà steg.

Utbredningen sker i ett första steg 23 i en riktning från respektive basområde in i. det gemensamma kollektorområdet en lateral 15. I ett andra steg 24 sker utbredningen i tvärriktning riktad mot drainanslutningen D2a.

Figur 7 visar en alternativ utföringsform enligt uppfinningen, där ytterligare ett basomràde 14c har adderats. I detta fall kommer det gemensamma kollektor- omràdet 15 att delas upp i två separata områden, vilka är gemensamma för närliggande basomràden. Ytterligare en parasitkrets, enligt figur' 1 ockx 2 tillförs fràn, det nya basomrádet 14c, men funktionen av halvledaranordningen ändras inte. Fördelen med att lägga till ett basomràde är att en större ström, och följaktligen en större effekt, kan flyta genom halvledaranordningen och. varje nytt basområde kan ses som en ny cell i ett modulbyggnadssätt.

Figur 8 visar ytterligare en alternativ utföringsform enligt uppfinningen med en symmetrisk variant av halvledar- 10 15 20 25 30 512 661 15 anordningen i figur 3, där varje basomrâde 25a och 25b har tvá basanslutningar B3a och B3b respektive B3c och B3d och en emitter E3a respektive E3b samt tvà drainanslutningar D2a och D2b. I varje basområde 25a, 25b är emittern E3a, E3b anordnad mellan basens anslutningsomráden B3a-B3d och basomràdena är placerade sida vid sida i komponentomràdet 11 sà att inget av basens anslutningsomràden eller drainomràden är anordnade mellan respektive basomràdens emittrar. Varje drainomràde D2a respektive D2b är anordnat på en sida av basomràdena 25a och 25b så att endast ett av basens anslutningsomràden B3a-B3d är anordnat mellan respektive basomràdes emitter E3a, E3b och varje drainomràde D2a, D2b.

Basanslutningarna, emittrarna och drainanslutningarna är var för sig sammankopplade och anslutna till var sin yttre anslutning 8. Avståndet mellan basomràdena är sà stort att det bildas ett gemensamt kollektoromràde 26, vilket kan utarmas helt dá spänningar' V52, \&2f V52 anslutes till de yttre anslutningarna 8.

Denna utföringsform av uppfinningen har en mycket kompakt struktur, vilket gör att utföringsformen är den mest användbara. Precis som tidigare beskrivits kan ytterligare basomràden kopplas pà anordningen för att öka den ström som kan flyta igenom anordningen och därmed öka effekten.

I anslutning till figurerna 9a-9d skall kort beskrivas hur de ovan angivna komponenterna tillverkas. Utgàngsmaterialet är en så kallad “bonded wafer”, omfattande underlaget 16 av kisel, det isolerande oxidskiktet 17 och den monokristallina skivan 12, sà som visas i figur 9a. En sådan “bonded wafer” kan framställas exempelvis så som beskrives i den ovan citerade europeiska ansökan EP 0 623 951 A1 och är 10 15 20 25 30 512 661 16 kommersiellt tillgänglig. Övre ytan av skivan 12 belägges med ett fotoresitivt skikt 31, vilket exponeras i ett förutbestämt mönster och framkallas så att öppningar 32 i skiktet uppstår. Genom öppningarna upptages djupa urtag 33 genom plasmaetsning ned till det isolerande skiktet 17.

Urtagens sidor oxideras till kiseldioxidskikt 34, återstoden av urtagen fylles med polykristallint kisel 35 och det fotoresistiva skiktet 31 avlägsnas, såsom visas i figur 9b.

Härigenom avgränsas komponentomrádet 11. Skivan 12 belägges med en ny fotoresistiv mask 36 med öppningar 37. Genom dessa öppningar utföres en dopning med positiva dopningsmaterial så att basområdena 14a-14c erhålles enligt figur 9c. Masken 36 avlägsnas och ytterligare en fotoresitiv mask 38 anbringas, vilken har öppningar 39 för en negativ dopning av emittern E2a-E2c i varje basområde och drainanslutningarna D2a-D2b. Masken 38 avlägsnas och med en ny fotoresitiv mask utföres den kraftiga positiva dopningen av basanslutningarna B2a-B2d. Detta tillverkningssteg visas inte i figuren. Den senare fotoresistiva masken avlägsnas och skivans 12 yta oxideras till det isolerande kiseldioxidskiktet 18 så som visas i figur 9d. Detta skikt 18 belägges med en mask 40 vilken har öppningar 41, genom vilka anslutningsöppningarna 19 etsas i skiktet 18. Masken 40 avlägsnas och komponenten förses med yttre anslutningar och skyddsskikt, vilket inte visas i figurerna.

Ovan har beskrivits den laterala bipolära transistor LBIP med tillhörande transistorer enligt figur 3. Ytterligare basområden 14 med tillhörande emitter E2 och basanslutningar B2 kan adderas till genom att lägga till öppningar i. ovan nämnda masklager 36, 38 och 40. 10 15 20 25 512 661 17 Figur 10 visar en alternativ utföringsform av uppfinningen med ett styre 41 anordnat ovanpå det isolerande kiseldioxidskiktetlâ och mellan basområdena l4a och 14b.

Styret 41 överlappar en del av båda basområdena så att styrets kant 42 ligger i linje med emitterns avgränsningsyta 43 närmast det gemensamma kollektorområdet 15. Styret är anslutet till en yttre elektrisk anslutning 8 eller är alternativt sammankopplad med halvledaranordningens basanslutningar B2a, B2b.

Genom att införa styret, av t.ex. polykristallint kisel, uppnås två funktioner. En första funktion är en möjlighet att modulera basen, mellan emittern E2a, E2b och det gemensamma kollektorområdet 15. En andra funktion är en möjlighet att modulera det gemensamma kollektoromràdets 15 laddning.

Den första funktionen ger upphov till bland annat två effekter, där en första effekt är en modulering av förstärkningen i ett område av 0-10 000 gångers förstärkning. En normal bipolär transistor arbetar vid ungefär 100 gångers förstärkning. En andra effekt är en ändring av halvledaranordningens arbetsmod, där den bipolära MOS-karakteristik. Denna karakteristiken övergår i en övergång bestäms av basens tröskelspänning i förhållande till en pålagd spänning på styret.

Den andra funktionen ger upphov till bland annat en effekt, där halvledaranordningen erhåller en låg on-resistans i bägge arbetsmoder.

Figur 11 visar en tvärsektion av ytterligare en alternativ utföringsform av en halvledaranordning som delvis arbetar i 10 15 20 25 30 512 661 18 lateral utsträckning. Den monokristallina skivan 12 utgör det aktiva skiktet hos halvledaranordningen. I den monokristallina skivan är komponentomrádet ll avgränsat mot omgivande delar lla och llb genom separationsskiktet 13, som beskrivits tidigare. Separationsskiktet sträcker sig från den monokristallina skivans yta ned till ett underliggande skikt 44. Det underliggande skiktet kan t.ex. utgöras av ett isolerande skikt eller ett halvledande material.

Halvledaranordningen innefattar två laterala bipolära transistorer LBIP3 och LBIP4 samt tvá vertikala fälteffekttransistorer VJFET3 och VJFET4. Dessutom finns det ett antal parasitkretsar, vilka inte visas i figuren.

Fälteffekttransistorena VJFET3 och VJFET4 har en drainanslutning D4 som är sammankopplad med ett begravt drainomràde 45, vilka är kraftigt dopade med negativa laddningsbärare n+. De laterala transistorerna har var sitt basomràde 46a och 46b, vilka är dopade med positiva laddningsbärare p. Varje basomràde har en basanslutning B4a respektive B4b med en sammankopplad begravd bas 47a och 47b, vilka är' kraftigt dopade med. positiva laddningsbärare p+.

Dessutom finns det i varje basomràde en emitter E4a respektive E4b, vilka är kraftigt dopade med negativa laddningsbärare n+.

Komponentomràdet är täckt av det isolerande skiktet 18 med öppningar 19 för de yttre elektriska anslutningarna 8.

Dessa är förbundna. med. respektive basanslutningar' B4a och B4b, emittrarna. E4a och E4b samt drainanslutningen D4. I varje basomràde 46a och 46b är den begravda basen 47a respektive 47b anordnad under den i basomràdet nedsänkta emittern. Basområdena är placerade sida vid sida i 10 15 20 25 512 661 19 komponentomrádet ll, där basanslutningarna B4a och B4b är sammankopplade med respektive begravda bas, så att det uppstår ett gemensamt kollektoromráde 48, där de laterala bipolära transistorernas kollektor K4 sammanfaller' med de vertikala fälteffekttransistorernas source S4. Emittrarna E4a och E4b är placerade i respektive basomráde så att inget av' basomràdenas basanslutningar B4a och B4b är anordnade mellan nämnda emittrar och det gemensamma kollektoromràdet 48.

Funktionen av denna halvledaranordning är i princip densamma son1 beskrivits i figur 5a-5c och figur 6. Även här sker utarmningen av det gemensamma kollektoromràdet i två steg.

Ett första steg 49 sker i en riktning från respektive basomràde in i det gemensamma kollektoromràdet 48. När dessa båda utarmningsområden möts sker en sammanslagning och rikt- ningen ändras och sker i ett andra steg 50 i riktning från det gemensamma kollektoromràdet 48 till drainomràdet 45.

Drainanslutningen D4 är inte nödvändig för att halvledaranordningen ska fungera, utan det begravda drainomràdet 45 kan sträcka sig hela vägen ut till separationsskiktet 13, som kan konstrueras med en negativt högdopad kant för kontaktering av den yttre anslutningen 8.

En annan möjlighet är att drainomràdet 45 kan kontakteras genom att en yttre elektrisk kontakt 8 anslutes till komponentomràdets ll yta. Funktionen blir dock något sämre pà grund av en högre resistans mellan anslutningen 8 och det drainomràdet 45. På sätt kan basanslut- begravda samma ningarna B4a och B4b elimineras. 10 512 661 20 Anordningen i figur 11 kan naturligtvis kombineras med den beskrivna funktionen i figur 10, där ett styre placeras ovanpå det isolerande skiktet 18 mellan basomràdenas emittrar. Den första funktionen, förstärkningsmodulering och ändring av arbetsmod, fungerar i det hänseendet precis likadant, men effekten av den andra funktionen, låg on-resistans blir något mindre eftersom utarmningsområdets andra sker i en utbredningsriktning i det steget tvärriktning till den laterala riktningen.

De beskrivna laterala bipolära transistorerna LBIP är NPN- transistorer men även PNP-transistorer ligger pà ett självklart sätt inom ramen för uppfinningen.

Claims (9)

10 15 20 25 30 512 661 21 PATENTKRAV

1. Halvledaranordning i ett aktivt skikt (12) med hög genombrottsspänning, vilken anordning har åtminstone ett utarmningsområde med reducerad fältstyrka och omfattar: - ett komponentområde (ll) av halvledarmaterial med en övre yta i det aktiva skiktet (12), vilket komponentområde har en relativt låg koncentration av dopningsmaterial av första typ (n) , - ett elektriskt avgränsande separationsskikt (13) som sträcker sig kring komponentområdet mot det omkringliggande aktiva skiktet (1la,11b), - i. komponentområdet (11) nedsänkta transistorområden för åtminstone en halvledarkomponent (LBIP1, LBIP2, LJFET1, LJFET2), - åtminstone tre elektriska anslutningar (8) i komponentområdet, k ä n n e t e c k n a d av - att anordningen omfattar minst två åtskilda i komponentområdet (ll) nedsänkta basomràden (l4a,14b) med en relativt låg koncentration av dopningsmaterial av en andra typ (p) motsatt den första typen (n) av dopningsmaterial, varvid de nedsänkta basområdena sträcker sig från komponentområdets nämnda övre yta, - att anordningen omfattar en PN-övergång (20,22) vid var och ett av de nedsänkta basområdenas (l4a,lab) begränsnings- yta mot en återstående del av komponentområdet, - att anordningen omfattar åtminstone en i den nämnda återstående delen av komponentområdet placerad drain- anslutning (D2a) med en kraftig koncentration av dopnings- material av den första typen (n+), vilken drainanslutning är förbunden med en första av de elektriska anslutningarna (8), li» HH \ HH IIH \í H (Iï V H1 M\HM (W WW (N M) 10 15 20 25 30 512 661 22 - att varje basomràde (l4a,14b) omger ett emitteromràde (E2a,E2b) som är kraftigt dopat (n+) med den första typen av dopningsmaterial och som är förbundet med en andra av de elektriska anslutningarna (8) och - att minst ett basanslutningsomràde (B2a,B2b) är anordnat i varje basomráde (14a,14b), vilket basanslutningsomràde är kraftigt dopat (p+) med den andra typen av dopningsmaterial och som är förbundet med en tredje av de elektriska anslutningarna (8), varvid åtminstone ett gemensamt kollektoromràde (15) sträcker sig mellan tvá närliggande basomràdens (14a,14b) PN-övergångar invid komponentområdets (11) övre yta, vilket kollektoromráde vid en förutbestämd potentialskillnad mellan drainanslutningen (D2a) och basanslutningarna (B2a,B2b) är helt utarmat åtminstone i lateral utsträckning (23).

2. Halvledaranordning med hög genombrottsspänning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att basomràdena (14a,14b) är så orienterade att ett område mellan emitterområdena (E2a,E2b) hos två varandra närliggande basomràden är fri från basanslutning (B2a, B2b) och drainanslutning (D2a) och att en integrerad laddning (Ght) över ett lateralt avstånd (dl) mellan ett av emitteromràdena och det gemensamma kollektoromrádet (15) är mindre än en integrerad laddning (Gwnt) över ett vertikalt avstånd (d2) frán det nämnda emitteromràdets undre yta till basomràdets undre yta (20).

3. Halvledaranordning med hög genombrottsspänning enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att det aktiva skiktet (12) har en undre yta vilken gränsar mot ett dielektriskt isolerande skikt (17) som avgränsar en undre 10 15 20 25 512 661 23 yta hos komponentomrádet (ll) fràn ett halvledarsubstrat (16) och att drainanslutningen (D2a) omfattar ett nedsänkt omrâde som sträcker sig frán komponentomràdets övre yta och är anordnat pà en sida om basomràdena, så att endast en av basanslutningarna (B2a,B2b) i respektive basområde (l4a,14b) emitteromràdet (E2a,E2b) och är placerad mellan drainanslutningen (D2a).

4. Halvledaranordning med hög genombrottsspänning enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att drainanslutningen (D4) omfattar ett begravt område (45) som är anordnat nära det aktiva skiktets (12) undre yta och ett underliggande skikt (44), vilket begravda område är anordnat under basomrádena (46a,46b), varvid basanslutningen (B4a,B4b) i respektive basomráde är anordnad under emittern (E4a,E4b) så att nämnda basanslutning är placerad. mellan emitteromràdet och det begravda omrâdet för varje basomràde.

5. Halvledaranordning med hög genombrottsspänning enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d av att det underliggande skiktet (44) är ett dielektriskt isolerande skikt.

6. Halvledaranordning med hög genombrottsspänning enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d av' att det underliggande skiktet (44) är ett halvledarsubstrat.

7. Förfarande vid halvledaranordning med hög genombrottsspänning enligt ”patentkravet l eller 2, k ä n n e t e c k n a t av följande förfarandesteg: - anslutning av spänningar till de yttre anslutningarna, - utarmande av det gemensamma kollektoromràdet (15) i ett första steg (23,49) i en utbredningsriktning fràn PN- ' VI III \ \ IHIH' (1) 10 15 512 661 24 Övergångarna mellan två varandra närliggande av basomràdena och vidare i lateral riktning i ett ytomràde vid komponentomràdets övre yta, och -utarmande av' det gemensamma, kollektoromràdet i. ett andra (24,50) i en första steg tvärriktning av den utbredningsriktningen (23,49), vilken tvärriktning sträcker sig mot drainanslutningen.

8. Förfarande vid halvledaranordning med hög genombrottsspänning enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a t av att utarmandet i det andra steget lateral riktning i ett (24) utföres i ytomràde vid komponentomràdets övre yta.

9. Förfarande vid halvledaranordning med hög genombrottsspänning enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a t av att utarmandet i det andra steget (50) utföres i veriktal riktning från komponentomràdets övre yta.