SE516226C2 - Bipolära transistorer med extra bas-kollektor- och bas- emitterstrukturer - Google Patents

Description

516 226 2 Som ett resultat av uppfinningstanken med den extra halvledarstrukturen för bipolära transistorer erhålles följande fördelar: 0 förbättringar i anordningens strömförstärkning i framriktningen under stationära och normala arbetsförhållanden utan någon märkbar försämring i transientegenskaperna för anordningen i jämförelse med den existerande bipolära tekniken, 0 möjligheten med fabrikation i olika material och teknologier innefattande vanliga kommersiella kiselförfarande med lika förbindningar eller kiselbaserade olika förbindningar, 0 bättre motståndskraft mot en försämring av den ovannämnda strömförstärkningen i framriktningen vid krogena temperaturer.

Varje bipolär transistor innefattar normalt åtminstone ett kollektorområde, åtminstone ett basområde och åtminstone ett emitterområde. Alla kollektor- och emitterområdena har samma typ av konduktivitet under det att alla basområdena har de motsatta slagen av konduktivitet. De ovannämnda syftena kan uppnås genom att anordna bipolära transistorer som innefattar en extra bas-kollektor struktur eller en extra bas-emitter struktur.

Den extra bas-kollektor-strukturen innefattar: ett extra halvledande basområde med samma slag av konduktivitet som en konduktivitetstyp för ett av basområdena för transistorn som anordnas vid ett emitterområde för transistorn för att bilda en förbindning med emitterområdet; en första elektrisk förbindning åstadkommes i något lämpligt material och teknik och förbinder det extra basområdet och basområdet för att elektriskt kortsluta det extra basområdet och basområdet som därigenom bildar en sammansatt bas för transistorn; ett extra halvledande kollektorområde med samma slag av konduktivitet som en konduktivitetstyp för ett av kollektorområdena i transistorn som anordnas vid det nämnda extra basområdet för att forma en förbindning med det extra basområdet på ett sådant sätt att tjockleken för en kvasineutral del av det extra basområdet i riktning från det extra kollektorområdet till emitterområdet (eller i den motsatta riktningen) är mycket mindre än diffusionslängden för minoritetsladdningsbärarna i den nämnda extra basområdet; en andra elektrisk förbindning är anordnad i något lämpligt material och med lämplig teknik och förbinder det extra kollektorområdet och kollektorområdet för att elektriskt kortsluta det extra kollektorområdet och kollektorområdet som därigenom bildar en sammansatt kollektor för transistorn.

En extra bas-emitter-struktur för bipolära transistorer har samma beskrivning som ovan med den skillnaden att ordet ”emitter” utbytes mot ordet ”kollektor” och tvärt om.

Bipolära transistorer med den extra baskollektor- eller basemitterstrukturen har respektive till syfte att ge höga värden på strömförstärkningen framåt i konñgurationer med gemensam emitter eller gemensam kollektor.

Uppfinningen skall nedan beskrivas närmare i anslutning till de bifogade ritningarna, härvid visar figur 1 en bipolär transistorprototyp med extra bas-kollektor-struktur och åskådliggör den föreliggande uppfinningen på enklaste sätt. Figur 2 är en tvärsnittsvy av en bipolär transistor som är ett specifikt utförande av anordningen som visas i figur l och kombinerar den extra bas-kollektor-strukuren med den välkända kollektor-diffusions- isolationstransistorn som föreslagits av B. T. Murphy och V. J. Klinsky, ”transistor- 516 226 3 transistor logic with high-packing density and optimum performance at high inverse gain ISSCC: Digest of technical papers, pp 38-39, Feb. 1968.

Det bästa sättet att beskriva uppfinningstanken är att visa den uppfunna extra inkorporerad i en bipolär transistor i form av en prototypanordning eftersom prototypanordningar oftast används för att demonstrera de viktigaste konstruktiva egenskaperna för bipolära transistorer. En sådan prototypanordning är visad i figur 1.

Området 1 är ett av kollektorområdena för transistorn. Detta område har en första typ av konduktivitet och har kollektoranslutningar 11 som innefattar en kollektorkontakt 6. Det bör observeras att kontakten 6 och alla de andra kontakterna 7-10 (se nedan) är delar av de motsvarande ledningarna 11-15 och år visade som specifika delar uteslutande av praktiska skäl. Området 2 är ett av basområdena för transistorn. Detta område har en andra typ av konduktivitet som är motsatt typen av konduktivitet för kollektorområdet 1. Basområdet 2 har en basledning 12 som innefattar baskontakten 7. Området 3 är ett av transistorns emitterområden. Detta område är av en första konduktivitetstyp och har en emitterledning 13 som innefattar emitterkontakten 8.

Ornrådena 4 och 5 och elektriska förbindningar 14 och 15 (innefattande kontakterna 9, 10) är specifika för uppfinningen. Halvledarområdet 4 är ett extra basområde. Detta omrâde är av en andra typ av konduktivitet och har en extra baskontakt 9 som är en del av en elektrisk förbindning 14 förbindande det extra basområdet 4 med basledningen 12 (eller baskontakten 7 direkt). Beroende på förbindningen 14, är basledningen 12 gemensam för såväl bas- omrâde2 2 som det extra basområdet 4. Halvledarorrirådet 5 är ett extra kollektoromräde.

Detta område har en första typ av konduktivitet och har en extra kollektorkontakt 10 som är en del av den elektriska förbindningen 15 förbindande det extra kollektorområdet 5 med kollektorledningen 11 (eller kollektorkontakten 6 direkt). Beroende på förbindningen 15, är kollektorledningen 11 gemensam för både kollektorområdet 1 och det extra kollektor- området 5. Området 5 är utformat på ett sådan sätt att tjockleken för den kvasineutrala delen det extra basområdet 4 i riktning från området 3 till omrâdet 5 ( eller i den motsatta riktningen) är mycket mindre än diffusionslängden för minoritetsbäraren i området 4. Man bör även notera att vilken som helst av de elektriska förbindningarna 14 och 15 (innefattande kontakterna 9, 10) generellt sett kan implementeras medelst olika förfaranden och i olika material innefattande metaller, monokristallina eller polykristallina halvledare och andra.

Man kan visa, att under stationära och normala driftsbetingelser, ger transistorn i figur 1 alltid motinjektion av minoritetsbärare in i området 3 (se ovan), d v s den samtidiga injektionen av bärare från regionerna 2 och 4.

Om man i stället vill göra en bipolär halvledartransistorprototyp med extra bas-emitter- struktur så följer beskrivningen härför av vad som ovan sagts men med ersättandet av ”kollektor” med ”emitter” och tvärt om.

Bipolära halvledartransistorer med den uppfunna extra bas-kollektor- eller extra bas-emitter- strukturen som avbildas i figur 1 kan generellt implementeras som en vertikal, sido- anordnad, eller tunntilmsanordning, inom teknologierna för lika förbindningar eller olika förbindningar, medelst olika material och förfaranden. Ett av många möjliga utföranden är 516 226 ll visat i figur 2. Denna figur visar en tvärsnittsvy av en bipolär halvledartransistor som kombinerar ett specifikt utförande på den uppfunna extra bas-kollektor-strukturen med den välkända kollektor-diffusions-isolationsanordningen som föreslagits av B. T. Murphy och V. J. Klinsky, ”Transistor-transistorlogic with high-packing density and optimum performance at high invers gain ”, ISSCC: Digest of technical papers, pp 38-39, Feb. 1968.

I figur 2, har ett substrat med ett första slag av konduktivitet betecknats med 1. Området 2 är ett försänkt område med ett andra slag av konduktivitet som är motsatt konduktivitets- typen för underlaget 1. Området 2 är utformat genom selektiv diffusion eller jon- implantering med en lämplig förorening i substratet eller underlaget 1. Skiktet 3 (innefattande dels del 5 (se nedan)) med en första typ av konduktivitet är epitaxiellt påväxt på substratet 1. Området 4 är ett underkontaktkollektororriråde. Detta område har en andra typ av konduktivitet och har en kollektorförbinding 10 som innefattar en kollektorkontakt 7.

Det bör noteras att kontakten 7 och alla andra kontakter 8, 9, 15, 16 (se nedan) är delar av de motsvarande ledningarna 10-12, 17, 18 och är visade som specifika delar endast av praktiska skäl. Området 4 är utformat genom selektiv diffusion eller jonimplantering med en lämplig förorening in i det epitaxiella skiktet 3 längs periferin av det nedsänkta området 2 för att omge delen 5 i det skikt som ligger ovanför området 2 för att därigenom isolera området 5 från övriga delar av skiktet. Subkontaktkollektorområdet 4 och det försänkta området 2 utgör ett kollektorområde. Området 5 är ett basområde. Detta område har en basledning 11 som innefattar baskontakten 8. Området 6 är ett emitterområde. Detta område formas genom selektiv diffusion eller jonimplantering med en förorening för en andra typ av konduktivitet in i området 5 och har en emitterledning 5 som innefattar emitterkontakten 9.

Den ovan beskrivna delen av transistorn i figur 2 har uppfunnits av B. T. Murphy och V. J. Klinsky och beskrivits i ovan angivna referensen. Områdena 13 och 14 och de elektriska förbindningarna 17 och 18 (innefattande kontakterna 15, 16) är i enlighet med föreliggande uppfinning. De är specifika utföranden av områdena 4, 5 och elektriska för- bindningarna 14, 15 (med kontakten 9, 10) i figur 1. I figur 2 är halvledarområdet 13 ett extra basområde. Detta område är av en första typ av konduktivitet och har en extra bas- kontakt 15 som är en del av en elektrisk förbindning 17 förbindande det extra basområdet 13 med basledningen 11 (eller direkt med baskontakten 8). Beroende på förbindningen 17 är basledningen 11 gemensam för både basområdet 5 och det extra basonirådet 13. Det extra basområdet 13 är utformat som en ”ö”-liknande del av ett epitaxiellt påvåxt halvledarskikt.

Denna ”ö” kan framställas av samma operation som det epitaxiella skiktet 3 (innefattande dess basdel 5) med efterföljande selektivt etsande av det resulterande epitaxiella skiktet.

Halvledarområdet 14 är ett extra kollektorområde. Detta område formas genom selektiv diffusion eller jonimplantering av en förorening av en andra typ av konduktivitet in i det extra basområdet 13 och har en extra kollektorkontakt 16 som är en del av en elektrisk för- bindning 18 förbindande det extra kollektorområdet 14 med kollektorledningen 10 (eller direkt med kollektorkontakten 7). Beroende på förbindningen 18, är kollektorledningen 10 gemensam för båda kollektorområdena 4, 2 och det extra kollektororrirådet 14. Området 14 är utformat på ett sådant sätt att tjockleken för den kvasineutrala delen av det extra bas- området 13 i riktningen från området 6 till området 14 (eller i den motsatta riktningen) är mycket mindre än diffusionslängden för minoritetsbärarna i området 13. Man bör även notera att vilken som helst av de elektriska förbindningarna 17 och 18 (innefattande mot- OIUOOO 516 2126 5 svarande kontakterna 15 och 16) kan generellt sett implanteras medelst olika förfaranden och i olika material innefattande metaller, monokristallina eller polykristallina halvledare eller andra.

Den bipolära halvledartransistorn med extra bas-kollektor-strtiktur som visas i figur 2 kan innefatta ytterligare detaljer och bidragande modifieringar. Exempelvis föreslog B. T. Murphy och V. J. Klinsky i den ovannämnda referensen påläggandet av icke selektiv diffusion av föroreningar av det första slaget av konduktivitet in i det epitaxiella skiktet 3 innefattande dess område 5 före formandet av emitterorrrrådet 6 för att skapa ett grunt underytsskikt. Syftet med detta grunda skikt är att åstadkomma ett inbyggt elektriskt fält som inhiberar flödet av minoritetsbärare i basområdet 5 mot ytan och också för att under- trycka sidoinjiceringar från emitterområdet 6. Bägge faktorerna bidrar till en ökning av strömförstärkningen framåt för anordningen. Eftersom i enlighet med B. T. Murphy och V.

J. Klinsky den ovannämnda ickeselektiva diffusionen inte alltid är nödvändig, har det resulterande grunda skiktet ej indikerats i figur 2. En annan modifiering innefattar selektiv diffusion eller jonimplantering av en förorening med det första slaget av konduktivitet i både basområdet 5 och det extra basområdet 13 för att bilda de motsvarande underkontakt- områdena med lågt motstånd för att reducera serieresistensen i områdena 5 och 13.

Emellertid är dessa speciella subkontaktområden ej visade i figur 2 heller eftersom de endast är meningsfulla om områdena 5 och 13 är lågt eller mediumdopade.

Inom kiselteknologin, jämfört med en konventionell polysilikon-emitter-kontaktanordning, innefattar den bipolära transistorn i figur 2 en ytterligare halvledarstruktur, nämligen den extra bas-kollektor-strukturen 13-18. Icke desto mindre leder den föreslagna konstruktionen ej till en försämring i förutsägbarhet och reproducerbarhet för anordningens parametrar eftersom den är baserad på de gemensamma tekniska funktionerna (se ovan).Den uppfunna transistorn utnyttjar den ovan beskrivna motinjektionseffekten som ges av den extra bas- kollektor-strukturen och bör följaktligen påläggandet av polysilikon i stället för metall som material för emitterkontakt 12 onödigt för funktionen med hög strömförstärkning framåt.

Tvärt om har påförandet av metallkontakt fördelen att det möjliggör undvikandet av polysilikon-kontakt-framstâllningen som inte alltid är lätt att kontrollera och optimera (se ovan). Således kan i metall-emitter-kontaktfallet, förutsägbarheten och reproducerbarheten förväntas vara bättre än i fallet med emitterkontakt genom polysilikon. Figur 2 visar ett speciellt utförande med den uppfunna extra halvledar-strukturen i endast en av de föreliggande halvledande bipolära transistorerna. Uppenbarligen kan denna struktur innefattas i andra existerande bipolära anordningar eller kan utgöra ett användbart element i framtida anordningar inom ramen för uppfinningstanken.

Claims (2)

1. )

2. ) 516 226 PATENTKRAV Bipolär transistor innefattande emitter, bas och kollektor, kännetecknad av att den inne- fattar: ett extra bashalvledarområde med samma slag av konduktivitet som en konduktivitetstyp för ett av basomrädena för transistom arrangerat vid ett av emitterområdena förtransis- :om rar aa bara en inramning med emmefomräaa; en ram elektrisk fsfbmdning mamma-am inagm lämpligt matefin och med nmpfig teknik och som förbinder det extra basområdet och basområdet för att elektriskt kort- sluta det extra basområdet och basonirâdet som därigenom bildar en sammansatt bas för transistom; i ' ett extra halvledande kollektorområde med samma slag av konduktivitet som en kon- duktivitetstyp för ett av kollektorområdena för transistom anordnat vid det extra bas- området för att bilda en iörbindnmg med det extra basområdet på ett sådant sätt att tjockleken för “den kvasineutrala delen av det extra basområdet i riktningen från det extra kollektorområdet till emitterområdet, eller imotsatt riktning, är mycket mindre än diflir- sionslängden för minoritetsladdningsbärama i det extra basområdet; en andra elektrisk förbindning som är anordnad inâgot lämpligt material och med lämplig teknik förbindande det extra kollektorområdet och kollektorområdet för att elektriskt kortsluta det extra kollektorområdet och kollektorområdet som därigenom bildar en sammansatt kollektor för transistom. Bipolär transistor innefattande emitter, bas och kollektor, kännetecknad av att den inne- . ' I fattar: ett extra bashalvledaromrâde med samma slag av konduktivitet som en konduktivitetstyp ' för ett av basområdena för transistom arrangerat vid ett av kollektorområdena för tran- sistom för att bilda en förbindning med kollektorområdet; CÅDATMFIÄSMM-IWAT-KRAVDOC 516226 7 en fiirsta elektrisk förbindning implementerad i något lämpligt material och med lämplig teknik och som förbinder det extra basområdet och basornrådet för att elektriskt kort- sluta det extra basområdet och basområdet som därigenom bildar en sammansatt bas för transistom; ' i ett extra halvledande emitterområde med samma slag av konduktivitet som en konduk- tivitetstyp för ett av emitteromrâdena för transistom anordnat vid det extra basområdet för att bilda en fórbindning med det extra basonirådet på ett sådant sätt att tjockleken för den kvasineutrala delen av det evdzra basområdet i riktningen fiån det extra emitterom- 'rådet till kollektorområdet, _eller i motsatt är mycket mindre än diflïusionsläng- aen fisf minofaefsnadnmgsbafmaiaa exm basomraaer; " en andra elektrisk fórbindning som är anordnad inågot lämpligt material och med lämplig teknik iörbindande det extraemitterområdet och emitteromrâdet för att elektriskt kort- sluta det' extra emitterområdet och emitterornrådet som därigenom bildar en sammansatt emitter för transistom. mni-raimmnnvar-rruvnoc