DE1564169A1 - Verfahren zur gegenseitigen elektrischen Isolierung verschiedener in einer integrierten oder monolithischen Halbleitervorrichtung zusammengefassten aktiver Schaltelemente mit Hilfe in Sperrichtung vorgespannter PN-UEbergaenge - Google Patents

Verfahren zur gegenseitigen elektrischen Isolierung verschiedener in einer integrierten oder monolithischen Halbleitervorrichtung zusammengefassten aktiver Schaltelemente mit Hilfe in Sperrichtung vorgespannter PN-UEbergaenge

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DE1564169A1 DE19661564169 DE1564169A DE1564169A1 DE 1564169 A1 DE1564169 A1 DE 1564169A1 DE 19661564169 DE19661564169 DE 19661564169 DE 1564169 A DE1564169 A DE 1564169A DE 1564169 A1 DE1564169 A1 DE 1564169A1
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Folberth Dipl-Ing Dr Otto
Von Muench Dipl-Phys Waldemar
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    • H01L27/0647—Bipolar transistors in combination with diodes, or capacitors, or resistors, e.g. vertical bipolar transistor and bipolar lateral transistor and resistor
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Description

  • r ensei tigen ee_=trischen Isolierung verschiedener u g g n e@ :e-n i ntez--r,-i orten oder moncli thi scheu. rialbleiteryorrichtung zusammen7.e? c.@ ton aktiver SGhal%ele:Yente mit H1.1..1 e in Sperrichtung vor @so@.nter t @@ u@er.@@.r@@e-Dis T@@* =.y:.äGr ir@duneH'@# s94$Qh gur gIn- Vüß Aaliren zur 3eCenseiu:igen elekzrisohen Isolierung verschiedener in einer inte-. - gr-.@@rten oder monnli'rhlschen Halbleitervorrichtung zusämmengef'aßter aktivcr klichaltelemerkte mit Hil"e in Sperrichtung vorgespannter PN-Uäer @;ä nge.
  • Als monolithisch bezeichnet man inteörierte @albleiterschaltüngen:; die in einem einzigen Kristallplättchen untergebracht sind; wobei zur Hcrstellung im wesentlichen in der.Falblei.tertechnik übliche Dj Schal @.- -l "",_,'"'`.. 1 n '' ?":.^.:.. >I...Ctc:r-.@'.-iG::GE'.S L .J%rar vi`e G@vc:@""äss. ._..°nGr..::vy.ü: S@W .3SW ::: sich auf verschiedene "z,.3. cureh Hers bell en von Vertiefungen Gcer :a sc^@"äi t@ez;.°is::h en Ga n z- i.JG-iier onderer;.ichen.,, cie cusgefüilt :cr@dej:. e"&.rtem _so- r;iz SiO2 Das verbr c_ ..65 ve bcsS ..cht ^u.:.S e= jedoch dadrin, - zwischen -den @ir:Zc.L:!Gn , d-c vcr SGh-ede: c CDeöe ei:@c'i ndcr Zu isolierenden-SC al zungse-e"ien L #e e n -Dere-che .V-UDergä: nge -eineuuwi. unü- ..@@:e.@ ürSG:vZS.Gnalt..Z n@ =G.1S -.Jloden vü-GG.r c.@tt@r @.S@er e:@Ge n uae"r öL ge mit e:.ner i@f SSyart?"ilärlg in Sperrr@Ct@:nö zu bretreibei. diese 'eise lieöen dann stets Zwischen ...;ei -erereiT:arder Zu isolier enden Ler eichen z-;Jei in Reihe geschaltete ges per r ze Dioden, deren nicht mit nen zu isolierenden Bereichen in Ver._rdun_ gg steilenden Pole mit dem Substrat identisch sind .
  • Zu.. .'reisen aber die aus der. obengenaunten Grunde einzui'ügenden P.d-berg.rtge auch u@ler:'.drscrte -Parasitre EZ'feitte aufEine besonders une. n#eaeh-a Ei Genschaf t einer isolierenden Sperrschicht besteht darin, als Kollektor für Minoriiätsladungs- s z,rä;cr zu i@irken. "a, einer solchen unerwünschten parasitären_ . n . 4 - . b - - er, - -3 Yl #, 'n E.., le..Y7 n die .#ran-ra1'.si.Or'il.L@:#tln# ist V JCsG# #:E-# S daä:.n zu rech.. 1 @;olier ende i der Nähe- eines norr:al e::: a::tiven T_vieleG.ler: ist es jedoch aus rär:yc..er: o-.e= eiz;k"-_ -=c--.en z.B. zu.- Vcrrne4 nu: _ V02. .:.Göicrl, eiI":e. ä'"i6@ lierel:6n r'&>r--s>S-#ir i,. :C !SO
    i r e r:w: @:'
    und damit ##= ü. e_ :ä;s.::.te __ ürs.@s Vo@ C1.1 Gay. ccr @eäid@@c_aus-
    könnten rk sa:: ::e:a: es oe@r. :,@`v, Gle R-kozibl at-o :wate Jzw- die Le.-"ensducr y-"1 vo:. - Äreca Auf i:3^et4@°1 ..CCM Art z:;: daß z.B. die Lebensdauer U.. den St;elle ; a .-ä denen. :;",@äs eires ,`j.\@vuC@'äw.:aGS eine rz@@@.,.--.re M: ansistor:%>r:n;nö erzielt werde.-. soll, einer. sehr v-ey höhere.-. ,# #-- #.- _ A-en ein solcher Über--a . .,e-Wert -a -'s an GL.n . 2r: Gc..
  • Zedislioh 2ü$ _ ys -#,`J4 W w6 -bGi er_Vs i= der l.#t## aV W .V, au--e-,- "*",*.-er #C-Vl i #e. .r #.G#li oC#. anderer _ G_ G..t D..r..,"evPr ._Giwl..a v. Z:-#w» die Le ,#.,#.rr(#,# JC_ .::1t by.erC :L daNe.r der Ira.;.annsuräger der i al.@.e_ vC': -.
  • .i#a1.erricel.1en b--w. - deM-Gliiie..-vei in ge4:.anschv.er .(eisd zu beei-ii'lüssen. .#:nsbeson de=e xst es bekannt; die Funktion der Leitfäh-lzkääi,tsbJLier ung und Leze:saaus'r ao-uieru:':g au.,' . V r@..yede::e L0`.@.e'Un-äsuÄ.',S:anzen,- Germanium als -iiutzcrsb5"anz, z... pufIYC@.@i1: 'Und :euphon c:Ziit@slc1'. a rl.e: be'. wird der Genrar i :-krystall durch die Dotierung bit Indium P-leitend, während aer viel geringeren Dotierungskonzentratf.okeine_-. Bei";rag zur Leitfähigkeit leisten. Dagegen -st i._r Einfl,u:3 auf di,: Lebensdauer sehr groß; da ihr Energ-ienyvt,@N in. du,- Nähe der .fitte des verbotenen Bandes liegt und Störs@ellen rnit dieser Eigenschaft als Rekombinationszentr tjn sehr sind.
  • @@r vorliege .ce'^ P.r : _r@du::g liegt die Aufgabe zugrunde, die u: ;:e1 :äe 'r:irY:u g von lediölic h aus Gründen der Isolation ei=@ge@auten :,;- c hic: ta:@ bez'3@1ich benachbarter Minoritäts-@acun g @:ä.;er 1i.4 cr:.: it eine parasitäre Transistorwirkung zu u ;,e: bi 3c oder zu:adestens .",eitgehend herabzusetzen.
  • der Lehre der Erfindung wird die genannte Aufgabe dac@:urch gel:a t, daß i n ur.:.@it telbarer Nachbarschaft des isolierende:: P :;-übe: g4 nCDes eine Zone hoher Rekombinationsrate für die CDs@räger äer aktiven Schaltelerrierite eingebaut wird .
  • .in zelhei ;,en des -r i'i: dungsöedankens gehen aus der folgenden Beschreibung aus den Zeichnungen hervor. In diesen zeigen: die ;,: a:@_:isch e Darstellung der Abhängigkeit der ,aen Lebensdauer von Ladungsträgern von der Dotierung @nd der Infektion für Halbleitermaterial, bei der df.e Rekorbination im iiesentlichen durch -#trah Y:uröslose Übergänge bewirkt; wird,
    F. 2 = . eine graphischeas.te iung der Abhängigkeit der
    s .- :-=@. - @r @..- @e@ . . der, L@.dung;s träzr von der
    Dotiorunö: und de=: a @jst an fr Halbleitermaterialien,
    bel denen , die im wesentlichen durch
    str ahlen(#e. Uber gäiöe zustandeko@ ZÄ:t und
    F'ö. 3 ein en ? ate.ralen PN"-Transstor in einer integrierten
    Scnaltunösanoräpuag, der von den übrigen Teilcri des
    A._or.dnung: durch einen sperrenden EN-Übergang elektrisch
    Die Diagr.#:ame. de-v- ]#i guren ' t. .und 2. sind der. Mo ra2no. ;he- "Ele.k- -
    ... ... _ _ _.:_# b :.. .__. .. . _.u ..o .:. _.. #.: . _._ ._..._..x.: ... _ ..r.=_ #,, #.#_. ._.. _ .. 1, .
    ar.onse.he:ialblea -e_r`-' 2:. A:uflace,. 1 -ö@ Von E.. S e.nke. entnommen
    .-.. ... _ @_@... ... _...._....... _:@._ .. ....._ . o . .5> _ _ . _, . 1? ,.. ...._ .. ,._. ._..-..,.
    und :rkpTen, der nY, ren Erläuter:anc `des; Erfinden. s -edankens. dienen.
    d;errr, enan:nter@ 'versc v##erdan in 1?a te.l IX die Rekombinatons-
    ___. ... ... _... . __. .:... ...., .#_ _ .. .._ . . _ ..., ___.. _.. .
    rrrec@aclsmen in elek-tr.onschern Halbe extern aust'ührlich ehanä.e.lt
    _._._....w ... .._ .. . @@. .f . u__@ . t. ._ . . .. . . . _ , _ .,.. .. _ . _..._ . ..@ . .@.
    Ttrobe..:; der> iT:rlau,z der. Le:nensK..ue.x. Zür. szrahlun.g-slo:se LTberän -e.
    aus- crem @odeal von Hall; Shoc:kle: , und Real ab ele,t-e.t und der-
    . J_enigr für- strghlende qbe.r.cU,ice. unter Zu -runäeae un -. von o ..9 ti-. -
    _ .. . ..# _ _ . . ...g ,_.. _. .g, x.# .. . _ ..
    sehen R:sorptionsaaten v.cn. i-ial ble.ztexmaterialen nach, van
    Ftoosoroeek ur@d., Shockl.ey> berechnet wird:
    Daa @j°äöramm d;er@i . 1k Zeigt, die>
    .,. : .s . . _ . _ , . .. ., , ... _ Ab: hän. b. gk. e. it der= Lebensdaueir
    _ . _ . t .._. , :..
    @` .vor,- La<Aurigs@r..ägern in Halbleitermaterialien, mit strahlupgs-,
    losen Ubergä.°n@erund- w.en,7en. Rekombn&tionsz.entrenK ('K g1.02= n ).
    von dr '-7,'r @IZardic te n ' @@ @ t y@^.:_scen. Gleichgewicht gei T-"@3::tti..r.:;-,da.ohls^Tl J.
  • #,#cn r: `J' . p n i un d» lc :.ächen Aozissenteilun-_,,rn' i #. G. _., C-v t. ,, - ' ..= _ cr e #1 r 'E' der a1.UCa .e Ine _.. # ... #: L. ..i...a: L-'_ n # a .Y1. lV`... Ga# v@= ä@@@ @u@@= t,. n_ :@azc@ Wie= x.@ r @- :per: r. und , die eze_c la^ (Q) deutet dar au h-.::, daß es ..,...oh um rcr,#--rC:c.##a ....:: ther.n-.sehen Gle`ichöe#iiCht hald-lt. Die Lz*3#sdc.u--' ist ai,i die -G:# C?ße ,n'#, ( `n0l mit der iy.:cn s@on einer Za-t bezore , die selbst reziprok zu dem Punkt. @.u s c: c: nek cr@;::i_W,icrlsoef @ iz ienten r DC für die Anlagerung eines Leitun.-sel ektr ons an Einer. :sitv öeladenen Donat-or -und _ aus dar Domtoren dichue n wert, Di agr a,-m da:, ist der g2.--c;- e Zusamienhang für Halblei terr#,ater iahen :ass tel_ t, deren HEl:o Aäir.atiorsmechanismizs im wesentlichen durch direkteand-ard-ibzrä.e bewirkt wird. Hier ist d_z LebenSdduer auf 4e Leberisdauex- V. bezogen, w.ie sie in Halbleitermaterialien mit einer der lnvzrsionsdicht.e entsprechenden Ladungsträöer d!chtz vpr üe,t Aus deM- Vergleich der Diagramme der. FZ.- 1uncl. 2 eri;Iat, sich,, daß es bei Benutz=ung von mit-, xekatthd.natiox ciura stral@erk1Dc;.@1ge d44#.nöch bei- 7Qrl.c-ze"ls.iCler-In starken Ma j or_ i tätsträgcrdichte. voz -5 .T C?@` bta 1Q@.rem möglich ist" Eine Variati.Qder IKE. %snsdat@er'' i % über et,aa drei Größenordr@u_rijen zu erhältee.
  • Da. in der ra::i5, bei :lablite,rrorr@e3:tue. rest- vi. linse In,j ek,tionen vorliegen,. dürfte :m: Variationsbr ei te zur Verfüguzg s_i@eea.. 'il"eZe31 d:e" Sr@'rme't:e- dak Diagramms der Fig.= 2; öiht eies_ sosoh@iia D e.°t-.1.-'.r.a auch für Elek tränen als rla j ox@it,tsadus@@'..
    -
    Ls. ist n @@- :r #1- @` G,.. »7-1L'@jE:..C#`-:I: 1^ . rfirä.-f'^
    der 1 'a'?# . ## 7N
    '.,.n@t...-V, YG@ _V@.v@ r-V@ VV .1AnV.aIAsei.Le1.1.
    @bei aaei - die 1Lekor-b-i.a.-#ions-
    Vor-al,i#-e- im:se.ul-@e-1 `e.:r'h -.arrwrl-Vn1Le v@/C@fnVC zustande-
    ko .r,en. £ji,a @ä ff t i'-Ur' ie @l-ü-@@er @iClargen, wie z .B.
    ib@e@t,ed tee:rsi@: @aae@.:,cnte
    GaAs zu, @ä sind in der _a
    beka1z, bei. .c die vcn albleitermateria--ien
    mit;-
    J(wl.rlN@e@ TLw `- bereizs aus anderen Gründen günstig
    erscheint.
    .::i;, den Zonen G und GUrC = de.- '_ erre nE::1 a@-.üC.3= üc::7ö vc: i Grund- ' ..aterial 5 elektrisch- @.c?:ic: :, s.a:@, soil . Zur Verhir.-e: u:.@; eines uneri.:ü- sci-teFlusses von. @e@er t-Eäektrc:e vocer der: Emitter des le,tcra@4n __.@ ns=s;,ors darstellenden ?-Zone 1 ist die N-leitende Zo :e ö ceai;;;. Hierbei ist die Dbtierunö dieser Zone ge"una rag du LG :3 die Lebe: sdauer äer in ihr be_'indlic enLad. gstr`cr be =@Lger.; klein i- Vergl..eic zu derjenigen, die -;n ce_#r @3stor gehr gen-Zone herrscht, ausfällt. Zahlenwerte für geeignete -=ägz=dic:@tebei verschieden ho.:her Irjektoh gehen w:s der zFJLJ. 2 :--=vor . Die Sjm4eurie des Diaei G:@..:.5 der Ff@2 -oez`@äl.ch de: Gdia@.v j; . wurde bereits oben erfas]`. in..dieseü-1 Zus2.r.mershanä sei darauf- hinne;-lieseni däi3- die im Vorstehenden besc rebene'r. %aßnahmen zur elektrischen Isolier a:@ig Von aktiven integrierten =-Transistoren sich in gleicher .2-3s;: bul kom_ 1c :.entUren Transistoren durchführen lassen.

Claims (2)

  1. r-. n_7 -zu GE 28/0-5 1 . VVerfahren zur ge.-#enseit @ @-e' elektri scher -Isolierung ._.edener ,@n einer -nve-_-e2cien. oder i@ol:o;ith--S.c hvn --'.;l,b@ e@..tee,norünung zusa::ehgefawter aktiver Schalteler: :a ..<@.@ I' lye von _. Spe--n-i chtunvorgespannten PN-l;berJ. =er@, dadurch reke;@,nzeicz:.e t, daß zur Vermeidung von unerwünschten parasitären Effekten Ges isolierenden rN=Überje.n-es in dessen unmI t telbarer. Nachbarschaft eine Zone hoher Rek omor_atiörsra,te für die inoritätsladungstr4z-z-er der aktiven Schaltelemente eingebaut wird.
  2. 2. Ver f a ren @ nacn Patentanspruch 1 ,. dadurch öekennzzchnet, d -:ß die Zone hoher Rekombinationsrate durch Einbau von R@'@ö:~:@@i n@aion sze=@tr en u d/ode-r Erhözunö der Konzentration dem i:.@Ori;.c;.t@ladu='15äträer beschaffen wird. 1errah ren nach Patentanspruch 1; dadurch gekennzeichnet, Eürrert mitti:F@lL..@i@=
    lose;; LNerganj aus der vierten-SPalte des periodischen Systems c . m. Ge, als M-terial für dye .Lei@ensdauzrdotierung Cu-oder Ni benutzt wird: 4. Ve^@ahren rech Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu- P;r höhu_g cer ausnutzbaren Variationsbreite der Lebenscü;e:rur#tcr ac"l_ede irr Gebiet der regulären aktiven Schalt-und denjenigen der isolierenden Zone als Ausgangs-CD eine Halbleitersubstanz mit direktem Band-Band-öö@re isol@ei e ,:a Zone -o_ stark datiert " das V;: ce=^ i_. den genannt en i#^ C -e# E ..v._ lr #o.J d-du ^ca üefe.anzeichne `t" daß als eine 1I_-V-Verbirdun-, z.B. G-..s^ z^ L-:oasda.uerdotierun_-ler.@znte der Gruppen ZV A - Vl z be äutz t wird.
DE19661564169 1966-08-06 1966-08-06 Verfahren zur gegenseitigen elektrischen Isolierung verschiedener in einer integrierten oder monolithischen Halbleitervorrichtung zusammengefassten aktiver Schaltelemente mit Hilfe in Sperrichtung vorgespannter PN-UEbergaenge Pending DE1564169A1 (de)

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