DE1764048C3

DE1764048C3 - Semiconductor integrated circuit arrangement and its use as a transistor connected to a base bleeder resistor

Info

Publication number: DE1764048C3
Application number: DE19681764048
Authority: DE
Inventors: Reiner 7129 Talheim; Fath Kurt 7101 Erlenbach Engbert
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Filing date: 1968-03-26
Publication date: 1976-08-12

Description

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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.The invention relates to a semiconductor integrated circuit arrangement from a semiconductor body that contains monocrystalline semiconductor regions of a first conductivity type on a surface side, into the circuit elements are let in and by separation zones of the opposite line type from each other are separated and electrically isolated, at least one semiconductor region of the first conductivity type serves as the collector zone of a transistor and an emitter zone in this collector zone and in the base zone is let in.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung einen Transistor in einfacher Weise mit einem Basisableitwiderstand zu versehen.The invention is based on the object of an integrated semiconductor circuit arrangement To provide transistor in a simple way with a base bleeder resistor.

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.In order to achieve this object, in the case of an integrated semiconductor circuit arrangement, that mentioned at the beginning is used Kind of proposed according to the invention that the base zone of the transistor is made so large that part of its edge on the semiconductor surface into the separation zone surrounding the transistor suffices.

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.From the magazine "SCP and Solid State Technology", March 1964, p. 32 to 42, it is known to be integrated Semiconductor circuit arrangements, the individual semiconductor components, such as. B. a transistor and a resistor to be electrically separated from each other by separation diffusion zones. Besides, it is known from this magazine, with one also having a transistor with a base bleeder resistor Circuit arrangement instead of four diodes, a further transistor with four emitters and to provide four isolation zones to isolate the individual areas.

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.In the case of the integrated semiconductor circuit arrangement according to the invention, a transistor is provided with a base discharge resistor combined without the need for a separate monocrystalline for the production of the resistor Semiconductor region of the first conductivity type would be required.

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.The circuit arrangement according to the invention was found to be particularly advantageous when in the base zone an annular emitter zone formed by diffusion is embedded and the base zone is inside this emitter diffusion ring is ohmically contacted.

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 dieThe invention is based on the knowledge that the economical production of integrated semiconductor circuits can be increased considerably by reducing the required semiconductor area, by simplifying the manufacturing process and by reducing the number of circuit elements per integrated circuit while maintaining the same output level of the circuit. In Fig. 1 shows, for example, a circuit comprising diodes, resistors and a transistor, which is to be accommodated in an integrated form on a single semiconductor tube. The procedure here is that, in order to reduce costs in the production of the circuit, a large number of similar circuits are produced simultaneously on one semiconductor wafer. The circuits are then separated by dividing the semiconductor wafer. The individual switching elements are separated from one another by barrier layers and housed in semiconductor areas that are electrically isolated from one another with the aid of the known diffusion technology. The resistors Rt, R2, Ri and /? 4 consist of channel-like zones diffused into the semiconductor body, which are each provided with an electrical connection at their two ends. In many cases, it is also necessary to design the resistance zones in a meandering shape in order to achieve a desired resistance value. In any case, the resistors on the semiconductor surface take up a lot of active semiconductor area. Up to now, the same active area was required for a resistor as for a transistor. The individual circuit elements are, according to the Schahungsaufbau according to Fi g. 1. Electrically linked to one another on the semiconductor surface by means of interconnects. Furthermore, on the semiconductor surface, which is usually covered with an insulating layer, for example with a silicon dioxide layer, to protect the circuit elements, there are metal contacts for connecting the lead elements to the circuit. The base leakage resistance Ri that the

Basiselektrode mit dem tiefsten, in der Schaltung vor-Kommenden Potential verbindet, dien» vielfach zur Herabsetzung der Ausschaltzeit des Tranristors.Base electrode with the deepest one in the circuit Connects potential, »often used to reduce the switch-off time of the tranistor.

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.An integrated semiconductor circuit has already been proposed (DT-OS 16 14 799) in which the base resistor is formed in that the base and emitter electrodes are arranged on one surface side of a semiconductor body and the emitter zone on the side facing away from the base electrode with the Base zone is short-circuited. With such an arrangement, the base electrode is thus connected to the emitter electrode via a resistor formed by the base zone. In many cases, however, in addition to the base bleeder resistor, an emitter resistor Ra (FIG. 1) is required, which in many applications is applied to a higher potential such as the base bleeder resistor /? 2. With the integrated semiconductor circuit arrangement according to the invention, this circuit can also be implemented without the need to produce the base discharge resistor by a diffusion process in a separate semiconductor area.

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.By installing the base resistor R2 (FIG. 1) in the transistor, a relatively large area of active semiconductor surface is saved, so that the size of the integrated circuit can be reduced and the number of circuits made from one semiconductor wafer can be increased. This applies above all to logic circuits in which the switched-on, current-carrying transistors are overdriven, for example for transistor-transistor logics. Diode-transistor logics and resistor-transistor logics. The distance between the base electrode and the short-circuit point between the base zone and the separation diffusion zone must be selected in a transistor with an integrated, logical semiconductor circuit such that the resistance of the base / one between these two points corresponds to the required resistance R2 in the integrated semiconductor circuit. The resistance value can also be varied by changing the size of the area in which the base zone and the separation diffusion zone overlap. The resistance of the base zone between the base electrode and the short-circuit point between the separation diffusion zone and the base zone is advantageously about 2 kiloohms in the case of Dio den-transistor logics. The invention is to be explained in more detail below with an exemplary embodiment.

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.F i g. 2 shows in plan view and FIG. 3 shows, in a cut-away, perspective view, the part of an integrated semiconductor circuit arrangement, in the oem according to FIG. 1, the transistor 7 ″ is accommodated. For the production of the semiconductor wafer, an η-conductive layer 2 is first deposited epitaxially on, for example, a p-conductive semiconductor wafer t made of silicon. The individual semiconductor regions 3 are thus separated from one another by the diffusion zones 4, which are p ⁺ conductor and merge into the p-conducting base material 1. The semiconductor regions 3 shown in FIGS. 2 and 3 is thus delimited by a pn junction 12 leading to the semiconductor surface, the geometry of which is, for example, rectangular on the semiconductor surface 5. According to the invention, w The base zone 5 is made so large that part of its edge extends into the separation diffusion zone 4 on the semiconductor surface. The overlap area between the base zone 5 and the separation diffusion zone 4 is shown in FIG. 3 marked with the number 11. In the case of a barrier layer between the separation diffusion zone 4 and the semiconductor region 3 with a rectangular geometry on the semiconductor surface, the base zone 5 is preferably made so large that it extends into the separation diffusion zone on three sides of the semiconductor surface. The surface area of the collector zone 3 provided for the contacting is adjacent to the semiconductor surface on the fourth edge side of the base zone.

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.In turn, an η-conductive emitter zone 6, for example a rectangular frame-shaped, is inserted into the base zone diffused. With the exception of the contact points, the semiconductor surface is for the various semiconductor zones covered with an insulating layer 7, for example made of silicon dioxide. The collector zone is over the metal contact 10 with further, not shown circuit elements of the integrated circuit electrically conductively connected, while the base zone 5 is located within the emitter zone for contacting the base zone 5 Contact 8 is provided. The emitter zone 6 is provided with a U-shaped metal connection 9, for example contacted.

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.The separation diffusion zone 4 or the semiconductor base body I also have a contact provided, which is applied to the lowest potential occurring in the circuit in question. Here it is usually the negative pole of the supply voltage source. The sheet resistance lying between said contact and the base connection 8 forms the desired base leakage resistance /? 2 (Fig. 1). The value of the base leakage resistance, can also be achieved by changing the penetration depth or the cross-section of the overlap area t! between the separation diffusion zone 4 and the base zone 5 can be varied.

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.The semiconductor region 3 can of course also have a circular or another geometry on the Have semiconductor surface. In the case of a circular collector area, it will be advantageous to use the base zone 5 to form a semicircle, the radius of the base semicircle being slightly on the semiconductor surface will be larger than the radius of the collector region 3, so that the curved part of the base edge on the semiconductor surface in the separation diffusion zone reaches in. The integrated semiconductor circuit arrangement according to the invention can be based on known Way with the help of the well-known masking, Ä; z and diffusion techniques. In addition to silicon are of course also other semiconductor materials for the construction of the integrated according to the invention Semiconductor circuit arrangement suitable.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Semiconductor integrated circuit arrangement a semiconductor body, the monocrystalline semiconductor regions of a first on a surface side Contains conduction type, are embedded in the circuit elements and by separation zones of the opposite conduction type are separated from each other and electrically isolated, at least a semiconductor region of the first conductivity type serves as the collector zone of a transistor and into this Collector zone has a base zone and an emitter zone is let into the base zone, characterized in that that the Rasiszone (5) of the transistor is so large that part of its The edge on the semiconductor surface extends into the separation zone (4) surrounding the transistor.

2. Use of a semiconductor integrated circuit arrangement according to claim 1 as a having a Base leakage resistor connected transistor.

3. Integrated semiconductor circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the monocrystalline semiconductor regions (3) formed in an epitaxial layer (2) of the first conductivity type are located on a semiconductor body (1) of the opposite conductivity type.

4. Integrated semiconductor circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the emitter zone formed by diffusion and let into the base zone (5)

(6) is ring-shaped, and that the base zone (5) is ohmic within this emitter diffusion ring is contacted.

5. Integrated semiconductor circuitry according to one of the preceding claims, characterized in that the transistor receiving the monocrystalline semiconductor region (3) has a rectangular shape on the semiconductor surface and the likewise rectangular base zone (5) embedded in this area on three sides in the the separation zone (4) surrounding the transistor is sufficient.

6. Integrated semiconductor circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the separation zones (4) with the lowest occurring in the circuit Potential are connected.