DE1764048C3 - Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung und ihre Verwendung als ein mit einem Basisableitwiderstand verbundener Transistor - Google Patents

Description

so

Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung aus einem Halbleiterkörper, der an einer Oberflächenseite einkristalline Halbleiterbereiche eines ersten Leitungstyps enthält, in die Schaltungselemente eingelassen sind und die durch Separationszonen des entgegengesetzten Leiiungstyps voneinander getrennt und elektrisch isoliert sind, wobei zumindest ein Halbleiterbereich vom ersten Leitungstyp als Kollektorzone eines Transistors dient und in diese Kollektorzone und in die Basiszone eine Emitterzone eingelassen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung einen Transistor in einfacher Weise mit einem Basisableitwiderstand zu versehen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Basiszone des Transistors so groß ausgebildet ist, daß ein Teil ihres Randes an der Halbleiteroberfläche in die den Transistor umgebende Separationszone reicht.

Durch die Zeitschrift »SCP and Solid State Technology«, März 1964, S. 32 bis 42 ist es bekannt, bei integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen die einzelnen Halbleiterbauelemente, wie z. B. einen Transistor und einen Widerstand, durch Separationsdiffusionszonen voneinander elektrisch zu trennen. Außerdem ist es durch diese Zeitschrift bekannt, bei einer gleichfalls einen Transistor mit einem Basisableitwiderstand aufweisenden Schaltungsanordnung an Stelle von vier Dioden einen weiteren Transistor mit vier Emittern zu verwenden und zur Isolation der einzelnen Bereiche vier Isolationszonen vorzusehen.

Bei der integrierten Halbleiterschaltungsanordnung nach der Erfindung ist ein Transistor mit einem Basisableitv/iderstand kombiniert, ohne daß für die Herstellung des Widerstandes ein gesonderter einkristalliner Halbleiterbereich vom ersten Leitungstyp erforderlich wäre.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erwies sich besonders dann als vorteilhaft, wenn in die Basiszone eine ringförmige, durch Diffusion gebildete Emitterzone eingelassen ist und die Basiszone innerhalb dieses Emitterdiffusionsringes ohmisch kontaktiert wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die wirtschaftliche Fertigung integrierter Halbleiterschaltungen durch Verkleinerung der benötigten Halbleiterfläche, durch Vereinfachung des Herstellungsverfahrens und durch Senkung der Schaltungselementenzahl pro integrierte Schaltung bei gleichbleibender Leistung der Schaltung erheblich gesteigert werden kann. In F i g. 1 ist beispielsweise eine Schaltung aus Dioden, Widerständen und einem Transistor dargestellt, die in integrierter Form auf einem einzelnen Halbleiterpläuchen unterzubringen ist. Dabei geht man so vor, daß zur Kostensenkung bei der Herstellung der Schaltung eine Vielzahl gleichartiger Schaltungen gleichzeitig auf einer Halbleiterscheibe gefertigt werden. Durch Zerteilen der Halbleiterscheibe werden anschließend die Schaltungen vereinzelt. Die einzelnen Schaltelemente werden durch Sperrschichten voneinander separiert und mit Hilfe der bekannten Diffusionstechnik in elektrisch voneinander isolierten Halbleiterbereichen untergebracht. Die Widerstände Rt, R2, Ri und /?4 bestehen aus in den Halbleiterkörper eindiffundierten kanaiartigen Zonen, die an ihren beiden Enden jeweils mit einem elektrischen Anschluß versehen sind. Vielfach ist man auch gezwungen, die Widerstandszonen zur Erzielung eines gewünschten Widerstandswertes mäanderförmig auszubilden. In jedem Fall nehmen die Widerstände auf der Halbleiteroberfläche viel Platz an aktiver Halbleiterfläche in Anspruch. Für einen Widerstand wird bisher die gleiche aktive Fläche wie für einen Transistor benötigt. Die einzelnen Schaltungselemente werden, gemäß dem Schahungsaufbau nach Fi g. 1. an der Halbleiteroberfläche mittels Leitbahnen elektrisch miteinander verknüpft. Ferner befinden sich auf der Halbleiteroberfläche, die meist zum Schutz der Schaltungselemente mit einer isolierenden Schicht, beispielsweise mit einer Siliziumdioxydschicht, bedeckt ist, Metallkontakte zum Anschluß der Zuleitungselemente an die Schaltung. Der Basisableitwiderstand Ri, der die

Basiselektrode mit dem tiefsten, in der Schaltung vor-Kommenden Potential verbindet, dien» vielfach zur Herabsetzung der Ausschaltzeit des Tranristors.

Es ist bereits eine integrierte Halbleiterschaltung vorgeschlagen worden (DT-OS 16 14 799), bei der der Sasisabieitwiderstand dadurch gebildet wird, daß die Basis- und die Emitterelektrode auf einer Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers angeordnet sind und die Emitterzone auf der der Basiselektrode abgewandten Seite mit der Basiszone kurzgeschlossen ist. Bei einer derartigen Anordnung ist somit die Basiselektrode über einen durch die Basiszone gebildeten Widerstand mit der Emitterelektrode verbunden. Vielfach wird jedoch neben dem Basisableitwiderstand ein Emitterwiderstand Ra (Fig. 1) benötigt, der in vielen Anwendungsfällen an ein höheres Potential wie der Basisableitwiderstand /?2 angelegt wird. Durch die erfindungsgemäße integrierte Halbleiterschaltungsanordnung kann auch diese Schaltung realisiert werden, ohne daß die Herstellung des Basisableitwiderstandes durch einen Diffusionsprozeß in einem gesonderten Halbleiterbereich erforderlich ist.

Durch den Einbau des Basisableitwiderstandes R2 (Fig. 1) in den Transistor wird ein relativ großer Bereich an aktiver Halbleiteroberfläche eingespart, so daß die Ausdehnung der integrierten Schaltung verkleinert und die Zahl der gefertigten Schaltungen aus einer Halbleiterscheibe vergrößert werden kann. Dies gilt vor allem für logische Schaltungen, bei denen die eingeschalteten, stromführenden Transistoren übersteuert werden, beispielsweise für Transistor-Transistor-Logiken. Dioden-Transistor-Logiken und Widerstands-Transistor-Logiken. Der Abstand zwischen der Basiselektrode und der Kurzschlußstelle zwischen der Basiszone und der Separationsdiffusionszone muß bei einem Transistor einei· integrierten, logischen Halbleiterschaltung derart gewählt sein, daß der Widerstand der Basis/one zwischen diesen beiden Stellen dem geforderten Widerstand R2 in der integrierten Halbleiterschaltung entspricht. Eine Variation des Widerstandswertes kann auch durch die größenmäßige Veränderung des Bereiches, in dem sich die Basiszone und die Separationsdif/usionszone überlappen, vorgenommen werden. Der Widerstand der Basiszone zwischen der Basiselektrode und der Klurzschlußstelle zwischen der Separationsdiffusionszone und der Basiszone beträgt bei Dio den-Transistor-Logiken vorteilhafterweise etwa 2 Kiloohm. Die Erfindung soll im weiteren <m Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

F i g. 2 zeigt in der Draufsicht und F i js. 3 in einer aufgeschnittenen, perspektivischen Ansicht den Teil einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung, in oem nach F i g. 1 der Transistor 7" untergebracht ist. Zur Herstellung des Halbleiterplättchens wird zunächst auf einer beispielsweise p-leitenden Halbleiterscheibe t aus Silizium epitaktisch eine η-leitende Schicht 2 abgeschieden. Diese η-leitende Schicht wird durch eine sogenannte Sepavationsdiffusion in voneinander getrennte Halbleiterbereiche 3 aufgeteilt, in die die Halbleiterschaltungselemente der integrierten Schaltung einge- &° bracht werden. Die einzelnen Halbleilerbereiche 3 sind somit durch die Diffusionszonen 4 voneinander getrennt, die p ⁺ -leiterid sind und in das p-leitende Grundmaterial 1 übergehen. Der in den F i g. 2 und 3 dargestellte η-leitende Halbleiterbereich 3 wird somit von einem zur Halbleiteroberfläche führenden pn-Übergang 12 begrenzt, dessen Geometrie an der Halbleiteroberfläche beispielsweise rechteckig ist. Dieser Halbleiterbereich 3 dient bei der Herstellung eines Transistors als Kollektorzone, in die eine p-leitende Basiszone 5 eindiffundiert wird. Nach der Erfindung wird die Basiszone 5 so groß ausgebildet, daß ein Teil ihres Randes an der Halbleiteroberfläche in die Separationsdiffusionszone 4 reicht Der Überlappungsbereich zwischen der Basiszone 5 und der Separationsdiffusionszone 4 ist in der F i g. 3 mit der Ziffer 11 gekennzeichnet. Bei einer Sperrschicht zwischen der Separationsdiffusionszone 4 und dem Halbleiterbereich 3 mit einer an der Halbleiteroberfläche rechteckigen Geometrie wird die Basiszone 5 vorzugsweise so groß ausgebildet, daß sie an der Halbleiteroberfläche an drei Berandungsseiten in die Separationsdiffusionszone reicht. An die vierte Berandungsseite der Basiszone grenzt an der Halbleiteroberfläche der für die Kontaktierung vorgesehene Oberflächenbereich der Kollektorzone 3.

In die Basiszone wird wiederum eine beispielsweise rechteckig rahmenförmige, η-leitende Emitterzone 6 eindiffundiert. Die Halbleiteroberfläche ist mit Ausnahme der Kontaktstellen für die verschiedenen Halbleiterzonen mit einer Isolierschicht 7 beispielsweise aus Siliziumdioxyd abgedeckt. Die Kollektorzone ist über den Metallkontakt 10 mit weiteren, nicht dargestellten Schaltungselementen der integrierten Schaltung elektrisch leitend verbunden, während zur Kontaktierung der Basiszone 5 der innerhalb der Emitterzone liegende Kontakt 8 vorgesehen ist. Die Emitterzone 6 ist beispielsweise mit einem U-förmigcn Metallanschluß 9 kontaktiert.

Die Separationsdiffusionszone 4 bzw. der Halbleitergrundkörper I werden gleichfalls mit einem Kontakt versehen, der an das tiefste in der betreffenden Schaltung vorkommende Potential angelegt wird. Hierbei handelt es sich in der Regel um den Minuspol der Versorgungsspannungsquelle. Der zwischen dem genannten Kontakt und dem Basisanschluß 8 liegende Bahnwiderstand bildet den gewünschten Basisableitwiderstand /?2 (Fig. 1). Der Wert des Basisableitwiderstandes, kann auch durch die Änderung der Eindringtiefe bzw. des Querschnittes des Überlappungsbereiches t! zwischen der Separationsdiffusionszone 4 und der Basiszone 5 variiert werden.

Der Halbleiterbereich 3 kann selbstverständlich auch eine kreisförmige oder eine andere Geometrie an der Halbleiteroberfläche aufweisen. Bei einem kreisförmigen Kollektorbereich wird es vorteilhaft sein, die Basiszone 5 halbkreisförmig auszubilden, wobei der Radius des Basishalbkreises an der Halbleiteroberfläche geringfügig größer als der Radius des Kollektorbereiches 3 sein wird, so daß der gekrümmte Teil der Basisberandung an der Halbleiteroberf'äche in die Separationsdiffusionszone hineinreicht. Die erfindungsgemäße integrierte Halbleiterschaltungsanordnung läßt sich auf bekannte Weise mit Hilfe der bekannten Maskierungs-, Ä;z- und Diffusionstechnik herstellen. Neben Silizium sind selbstverständlich auch andere Halbleitermaterialien zum Aufbau der erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterschaltungsanordnung geeignet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung aus einem Halbleiterkörper, der an einer Oberflächenseite einkristalline Halbieiterbereiche eines ersten Leitungstyps enthält, in die Schaltungselemente eingelassen sind und die durch Separationszonen des entgegengesetzten Leitungstyps voneinander getrennt und elektrisch isoliert sind, wobei zumindest ein Halbleiterbereich vom ersten Leitungstyp als Kollektorzone eines Transistors dient und in diese Kollektorzone eine Basiszone und in die Basiszone eine Emitterzone eingelassen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasiszone (5) des Transistors so groß ausgebildet ist, daß ein Teil ihres Randes an der Halbleiteroberfläche in die den Transistor umgebende Separationszone (4) reicht.

2. Verwendung einer integrierten Halbieiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1 als ein mit einem Basisableitwiderstand verbundener Transistor.

3. Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einkristallinen Halbleiterbereiche (3) in einer epitaktischen Schicht (2) vom ersten Leitungstyp ausgebildet sind, die sich auf einem Halbleiterkörper (1) des entgegengesetzten Leitungstyps befindet.

4. Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Basiszone (5) eingelassene, durch Diffusion gebildete Emitterzone

(6) ringförmig ausgebildet ist, und daß die Basiszone (5) innerhalb dieses Emitterdiffusionsringes ohmisch kontaktiert ist.

5. Integrierte Halblecterschaltungs.anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Transistor aufnehmende einkristalline Halbleiterbereich (3) an der Halbleiteroberfläche eine rechteckige Gestalt aufweist und die in diesen Bereich eingelassene, gleichfalls rechteckige Basiszone (5) an drei Seiten in die den Transisto' umgebende Separationszone (4) reicht.

6. Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Separationszonen (4) mit dem niedersten in der Schaltung vorkommenden Potential verbunden sind.