DE2529951A1

DE2529951A1 - Lateraler, bipolarer transistor

Info

Publication number: DE2529951A1
Application number: DE19752529951
Authority: DE
Inventors: Heiner Dr Herbst; Ruediger Dr Mueller
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1975-07-04
Filing date: 1975-07-04
Publication date: 1977-01-27
Also published as: US4109272A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München, den 4.7.1975

Ber3 in und München Wittelsbacherplatz

VPA 75 P 7098 BRD

Lateraler, bipolarer Transistor

Die Erfindung bezieht sich auf einen lateralen bipolaren Transistor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Integrierte Schaltungen werden häufig als Bausteine in einem größeren System, beispielsweise in einer Datenverarbeitungsanlage eingesetzt. Hierfür ist es erforderlich, daß diese integrierten Schaltungen die auf sie folgende Stufe treiben. Bei integrierten MOS-Schaltungen, beispielsweise bei ESFI -MOS-Schaltungen, das sind Schaltungen, bei denen die einzelnen Bauelemente in epitaktisch auf einem isolierenden Substrat abgeschiedenen Siliziumfilmen angeordnet sind, besteht das Problem, daß eine hohe Ausgangsbelastung zu einer so großen Verzögerungszeit führen kann, daß die von der unbelasteten integrierten Schaltung gegebene obere Frequenzgrenze bei weitem nicht mehr erreicht wird.

Dieses Problem ist mit Ausgangsstufen, die relativ große MOS-Transistoren kurzer Kanallängen aufweisen nur unzureichend und mit hohem Platzbedarf lösbar. Bipolare Transistoren dagegen sind schnell genug und für die größeren Ausgangsbelastungen geeignet.

Ein Nachteil von bipolaren Transistoren besteht jedoch darin, daß es wegen der geringen Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger in dünnen Siliziumschichten schwierig ist, bipolare Transistoren mit ausreichender Stromverstärkung herzustellen, ι

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, einen lateralen bipolaren Transistor anzugeben, bei dem dieser Nachteil vermieden ist. Diese Aufgabe wird durch einen wie ein-

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gangs bereits erwähnten lateralen bipolaren Transistor gelöst, der durch die in dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Transistors besteht darin, daß die implantierte Schicht als Basisanschluß verwendet werden kann.

Vorteilhafterweise injiziert der Emitter eines erfindungsgemäßen bipolaren Transistors wesentlich weniger Minoritätsladungsträger in die Grenzschicht, so daß der Stromfluß auf die Gebiete mit höherer Trägerlebensdauer konzentriert wird.

Weitere Erläuterungen zur Erfindung gehen aus der Figur und der Beschreibung hervor.

In der Figur ist das elektrisch isolierende Substrat,auf dem der erfindungsgemäße Transistor aufgebaut ist, mit 1 bezeichnet. Vorzugsweise besteht dieses Substrat aus Saphir oder Spinell.

Auf diesem Substrat 1 ist epitaktisch die durch das Bezugszeichen 7 gekennzeichnete Halbleiterschicht abgeschieden. Vorzugsweise handelt es sich bei dieser Halbleiterschicht um einen Siliziumfilm, der etwa 0,6 bis 0,8 /um dick ist. Die Halbleiterschicht 7 ist vorzugsweise so dotiert, daß ein Teil 4 später als Basisgebiet verwendet werden kann. In dem Siliziumfilm werden vorzugsweise durch Diffusion das Emitter-Anschlußgebiet 21 und das Kollektor-Anschlußgebiet 31 erzeugt. Entweder nur durch Diffusion oder zusätzlich durch flache Implantation werden das Emittergebiet 2 und das Kollektorgebiet 3 erzeugt. Bei der Implantation dient die Aluminiumschicht 6, die durch die elektrisch isolierende Schicht 5, die vorzugsweise aus SiOp oder Si^N. besteht, von dem Siliziumfilm 7 elektrisch isoliert ist, als Maske zur Selbstjustierung von dem Emittergebiet 2 und dem Kollektorgebiet

3. Unterhalb der Aluminiumschicht 6 liegt das Basisgebiet 4.

16 -^ Die Dotierung dieses Gebietes beträgt etwa 10 cm . Bei der Herstellung eines npn-Transistors beträgt die Dotierung ρ = 10 cnr Die Gebiete 2, 3 und die Anschlußgebiete 21 und 31 sind dann n⁺-

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dotiert.

Zur .Erhöhung der Stromverstärkung von bipolaren Transistoren v/ird, da insbesondere die Grenzschicht am isolierenden Substrat einen sehr großen Beitrag zur Rekombination leistet, dieses Problem

dadurch vermieden, daß in diese Grenzschicht Dotierungsatome eingebracht werden. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, in dieser Grenzschicht durch Tiefimplantation eine hohe Dotierung vom zur Emitter- und Kollektordotierung entgegengesetzten Leitungstyp zu erzeugen. Dabei muß die Dotierungskonzentration deutlich höher sein als die des Basisgebietes 4. In der Figur ist dieses höher dotierte Gebiet durch das Bezugszeichen 41 gekennzeichnet. Durch dieses Gebiet wird erreicht, daß der Emitter wesentlich weniger Minoritätsladungsträger in die Grenzschicht injiziert, und daß der Stromfluß in die Gebiete mit höherer Trägerlebensdauer konzentriert wird. Dadurch bedingt steigt die Stromverstärkung v/esentlich an. Vorteilhafterweise kann die implantierte Schicht 41 als Basisanschluß verwendet werden.

Im Beispiel v/ird zur Herstellung eines npn-Transistors die tiefimplantierte Schicht 41 an der Grenzfläche zwischen dem Siliziumfilm 7 und dem elektrisch isolierenden Substrat 1 durch Tiefimplantation von beispielsweise Bor mit einer Beschleunigungsspannung von etwa 250 kV hergestellt. Als mittlere Dotierung

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für diese Schicht 41 ist etwa ρ = 5 . 10 cm möglich.

Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen lateräfen bipolaren pnp-Transistors werden die einzelnen oben beschriebenen Gebiete innerhalb des Siliziumfilms 7 mit den entgegengesetzten Ladungsträgern dotiert. Die Konzentration bleibt dabei für die einzelnen Gebiete etwa dieselbe wie die oben beschriebene.

Vorteilhafterweise kann durch Anlegen eines geeigneten Potentials an die Maske 6 das Oberflächenpotential des Basisgebietes so eingestellt werden, daß die Rekombination an der Oberfläche minimal wird.

8 Patentansprüche 1 Figur VPA 75 E 7083

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Claims

Patentansprüche

) Lateraler bipolarer Transistor mit einem EmittergeMet, einem Kollektorgebiet und einem Basisgebiet, wobei diese Gebiete innerhalb eines epitaktisch auf einem elektrisch Isolierenden Substrat abgeschiedenen Siliziumfilms angeordnet sind, und wobei das Emittergebiet und das Kollektorgebiet dotierte Bereiche innerhalb des entgegengesetzt zu diesen Bereichen dotierten Basisgebietes sind, dadurch gekennzeichnet , daß an der Grenzfläche zwischen dem Siliziumfilm (7) und dem elektrisch isolierenden Substrat (1) innerhalb des Basisgebietes (4) unterhalb des Emittergebietes (2), des Kollektorgebietes (3) und des dazwischen liegenden Basisgebietes ein höher als das Basisgebiet dotierter Bereich (41) angeordnet ist, wobei dieser Bereich (41) entgegengesetzt zu dem Emittergebiet und dem Kollektorgebiet dotiert ist.
2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß der Bereich (41) mit einem seitlichen Basisanschlußkontakt (42) verbunden ist.
3. Transistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Emittergebiet (2) mit einem Emitteranschlußgebiet (21) und das Kollektorgebiet (3) mit einem Kollektoranschlußgebiet (31) verbunden ist, wobei diese Gebiete in der gleichen Weise wie das Emittergebiet und das Kollektorgebiet dotiert sind.
4. Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet , daß das Emittergebiet (2), das Emitteranschlußgebiet (21), das Kollektor^ebiet (3) und das Kollektoranschlußgebiet (31) n⁺- (p⁺) dotiert sind, daß das Basisgebiet (4) p- (n) dotiert und daß der Bereich (41) p⁺- (n⁺) dotiert ist.

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5. Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet , daß der Siliziumfilm (7) etwa 0,6 bis 0,8 /um dick ist und daß der Bereich (41) etwa 0,2 bis 0,3 /um dick ist.
6. Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet , daß auf der isolierenden Schicht (5) oberhalb des Gebietes zwischen dem Sourcegebiet (2) und dem Draingebiet (3) eine elektrisch leitende Maskierung (6) zur Einstellung des Oberflächenpotentials im Basisbereich vorgesehen ist.
7. Transistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net , daß die Maskierung (6) aus Aluminium oder polykristallinem Silizium besteht.
8. Verfahren zur Herstellung eines Transistors nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß auf dem elektrisch isolierenden Substrat (1) ein aus Halbleitermaterial bestehender Film (7) epitaktisch abgeschieden wird, daß dieser Film (7) in der Weise dotiert wird, die der Dotierung des Basisgebietes (4) entspricht, daß auf dem Film

(7) eine elektrisch isolierende Schicht (5) aufgebracht wird, daß oberhalb dieser elektrisch isolierenden Schicht (5) eine Maskierung (6) aufgebracht wird, die bei der Herstellung des Emittergebietes (2) und des Kollektorgebietes (3) als selbstjustierende Maske dient, daß in einem Tiefimplantationsschritt der Bereich (41) an der Grenzfläche unterhalb des Emittergebietes (2), des Kollektorgebietes (3) und des dazwischen liegenden Basisgebietes (4) dotiert wird, wobei die Dotierung so bemessen wird, daß der Bereich (41) höher und mit Ladungsträgern des gleichen Typs wie die Ladungsträger des Basisbereiches (4) dotiert ist.

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