DE1809687C3 - Anordnung zur Vermeidung bzw. Herabsetzung von speichereffektartigen, parasitären Effekten zwischen einer integrierten Schaltung zugehörigen Transistoren - Google Patents

Description

35

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Vermeidung bzw. Herabsetzung von speichereffektartigen, parasitären Effekten zwischen in einem Halbleiterplättchen integrierten, benachbarten Transistoren, die eine gemeinsame, eine den Subkollektor bildende vergrabene Schicht aufweisende Kollektorzone haben und von denen mindestens einer in der zu verwirklichenden Schaltung unbenutzt bleibt und mindestens ein weiterer im gesättigten Zustand betrieben wird.

Zur Realisierung von Standardschaltungen in integrierter Bauweise, mit welchen sich wahlweise verschiedene Anwendungsmöglichkeiten verwirklichen lassen sollen, beispielsweise für digitale logische Schaltungen, ist es üblich, die Zahl der Transistoren, an die eir: Eingangssignal gelegt werden soll, so groß zu machen, wie es demjenigen Anwendungsfall entspricht, der die höchste Zahl der Eingänge benötigt. Beispielsweise hat eine logische Schaltung nach dem Stromübernahmeprinzip je einen Transistor für jedes Eingangssignal. Je nach der gewünschten Art der Anwendung kann es ss erforderlich sein, alle Eingangstransistoren oder nur einen Teil hiervon in die Schaltung einzubeziehen. \m Extremfall wird nur ein Transistor ausgenutzt. Die nicht benutzten Transistoren verbleiben dann elektrisch in Verbindung mit den aktiven Komponenten, da sie <>° wegen der monolithischen Struktur mindestens eine gemein?ame Zone haben.

Man stellte nun fest, daß in den Fällen, in denen ein oder mehrere Eingänge derartiger Schaltungen ohne Anschluß bleiben und daher ein elektrisch gleitendes &5 Potential aufweisen, sich wesentlich schlechtere Sättigungscharakteristiken einstellen, als es der Fall ist, wenn alle Eingänge mit einem Signal beaufschlagt werden.

Wird der Transistor in Sättigung beirieben, so ist bekanntlich der Basis-Kollektor-Obergang in Flußrichtung vorgespannt, und der genannte Obergang injiziert Minoritätsladungsträger. Bevor nun ein derartiger Transistor in die Schaltstellung »AUS« gebracht wird, müssen diese Ladungsträger aus dem Transistor entfernt werden. Da hierfür eine gewisse Zeit benötigt wird, ergibt sich eine geringere Arbeitsgeschwindigkeit, wenn mindestens ein Transistor im Sättigungsbereich betrieben wird In einer integrierten Schaltung, bei der mindestens zwei Transistoren eine gemeinsame Kollektorzone haben, neigen die Ladungsträger, welche in die Kollektorzone eines aktiven, d h. eines im Rahmen der Schaltung ausgenutzten Transistors injiziert werden, dazu, in die Basiszone eines benachbarten Transistors einzutreten, sofern dieser nicht in die Schaltung einbezogen und dessen Basiszone ohne Anschluß geblieben ist In einer integrierten Struktur haben unter der genannten Voraussetzung die Transistoren eine sehr viel schlechtere Sättigungscharakteristik. Dieser Effekt wird für den speziellen in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Fall auch PNP-Effekt genannt, weil die P-leitende Basiszone des aktiven Transistors, die N-Ieitende gemeinsame Kollektorzone und die P-leitende Basiszone des in der Schaltung nicht ausgenutzten Transistors zusammen die Arbeitsweise eines PNP-Transistors aufweisen.

Es ist ein Leistungsverstärker in integrierter Bauweise bekannt, der aus mindestens zwei angepaßten Einzelverstärkern innerhalb eines einzigen Halbleiterkörpers besteht In der Halbleiteranordnung ist eine Trennfuge vorgesehen, die eine Entkopplung der beiden Einzelverstärker bewirkt. Eine solche Maßnahme ist jedoch nicht geeignet, die parasitären Effekte zu unterbinden, die zwischen einer integrierten Schaltung zugehörigen Transistoren, von denen mindestens einer in der zu verwirklichenden Schaltung unbenutzt bleibt und mindestens ein weiterer im gesättigten Zustand betrieben wird, auftreten.

Weiterhin ist eine integrierte Schaltung bekanntgeworden, die eine Reihenschaltung aus einer Diode und einem Transistor enthält. Die Verbindung dieser beiden Elemente erfolgt durch eine hochdotierte, vergrabene Schicht. Zwischen den beiden Elementen befindet sich eine Trenndiffusionszone, die von der Oberfläche des Halbleiters bis zur vergrabenen Schicht reicht, den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie diese hat und auf dem gleichen Potential wie die der beiden Elemente umgebende Isolationszone liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, d>e geeignet ist, auf einfache Weise die durch speichereffektartige Parasitäreffekte beeinflußte dynamische Sättigungscharakteristik eines in der zu verwirklichenden Schaltung benutzten Transistors zu verbessern, wenn in dessen Nähe ein in dieser Schaltung nicht benötigter, also unbenutzter Transistor mitintegriert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besieht bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß darin, daß jeweils /wischen zwei derartigen Transistoren eine von der den Transistoren gemeinsamen Oberfläche in die Kollektorzone nicht ganz bis zur vergrabenen Schicht hineinragende Trennzone mit einem zu dem der Kollektorzone entgegengesetzten Leitungstyp vorgesehen und an ein solches definiertes Potential gelegt ist, daß sie die Kollektorzone eines die Basiszone des benutzten und die gemeinsame Kollektorzone beider Transistoren als Emitter- und Basiszone

enthaltenden weiteren Transistors bildet

Außerdem hat es sich als vorteilhaft «wiesen, nicht nur im Zwischengebiet zwischen den zu entkoppelnden Transistoren, sondern auch an anderen Stellen der gemeinsamen Kollektorzone Trennzonen vorzusehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild zur Erläuterung einer integrierten Struktur nach der vorliegenden Erfindung, ι ο

F i g. 2 eine Draufsicht auf die integrierte Realisierung der schematischen Schaltung nach F i g. 1,

F i g- 3 eine Schnittzeichnung der integrierten Schaltungsrealisierung des in F i g. 1 gezeigten schematischen Schaltbildes,

Fig.4 eine etwas modifizierte Anordnung der Trennzonen nach der Lehre der vorliegenden Erfindung.

Im Schaltbild von Fig. 1 sind die NPN-Transistoren 12, 13 und 14 in konventioneller Weise in Verbindung mit den Widerständen 17 und 22 dargestellt, wobei sich eine für logische Schaltzwecke gebräuchliche nach dem Stromübernahmeprinzip arbeitende Digitalschaltung ergibt. Der PNP-Transistor 23 gehört dahingegen der logischen Schaltung nicht an, er versinnbildlicht schematisch einen der integrierten Schaltungsstruktur eigenen parasitären Effekt, auf den später noch zurückgekommen wird. Die Emitterzonen der Transistoren sind über die Leitung 24 mit dem gemeinsamen Emitterwiderstand 17 verbunden,, so daß diese 3^C Emitter auf gleicher Spannung liegen. Widerstand 17 und die Spannungsquelle bilden eine Stromquelle, deren Sirom auf die Transistoren 12,13 aufgeteilt wird, wobei die quantitative Stromaufteilung von dem jeweiligen Potential abhängt, welches an der Basiselektrode eines jeglichen Transistors anliegt. Ein Widerstand 18 liegt zwischen der Basis des Transistors 12 und einem geerdeten ßezugspotential. Die leitenden Verbindungen 25 und 26 verbinden über die Widerstände 19 und 20 die Basiszonen der Transistoren 113 und 14 mit den Eingangsklemmen 27 und 28. Die Kollektorklemmen der Transistoren 13 und 14 sind durch eine Leitung 30 miteinander verbunden und liegen über dem Widerstand 21 an dem positiven Potentiail + V an. Bei einer Inbetriebnahme wird eine Spannung, welche logische Signale in binärer Weise repräsentiert an die Eingangsklemmen 27 gelegt, während die Eingangsklemme 28 ohne Verbindung gelassen wird, wobei an dieser Stelle sich ein gleitendes Potential einstellen wird. Wie bekannt, wird eine genügend positive Spannung an der Eingangsklemme 27 den Transistor 13 in den leitenden Zustand versetzen. Dagegen bringt der Transistor 12 ein hierzu inverses Signal hervor, wobei am Ausgang der Schaltung ein niedriges Spannungsniveau erscheint. 1st die Spannung an der Eingangsklemine 27 genügend negativ im Vergleich zum Bezugspotential, so wird der Transistor 13 gesperrt und der Transistor 12 in Durchlaß geschaltet. In diesem Zustand liefert die Schaltung ein inverses Ausgangssignal, welches in diesem Fall ein hohes Spannungsniveau aufweist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Realisierung des Schaltschemas von F i g. 1 als integrierte Schaltung. Ein Teil der Schahkomponenten ist auch hier in der gleichen schematischen Form gezeigt, wie dies in F i g. 1 der Fall ^(l5 ist. Die Auslegung als integrierte Schaltung umschließt das Substrat 35, das aus P-Icitendem Silicium besteht und welcliet als am meisten ausgedehnter Bereicn Zonen der anderen Komponenten in sich aufnimmt, was in der F i g. 3 gezeigt ist Die beiden Transistoren 13 und 14 in F i g. 2 und 3 sind von den anderen Komponenten der integrierten Schaltung in bekannter Weise durch ein isolierendes Gebiet 36 getrennt, welches aus P+-leitendem Material besteht und welches mit einem Potential — V verbunden ist N+-leitendes Material bildet einen Subkollektor. Ein Gebiet aus N-leitendem Material 39 bildet die gemeinsame Kollektorzone für die beiden Transistoren. P-leitende Gebiete 41, 42 und eine N+-leitende Zone 43 und 44 bilden Basis- und Emitterzonen der Transistoren. Wie aus F i g. 2 weiter hervorgeht sind ieitende Streifen 24, 25, 26 und 30 auf das Halbleiterplättchen zum Zwecke der Kontaktierung der Transistorelektroden aufgebracht In F i g. 2 sind die konzentrisch angeordneten Rechtecke, die im Bereich der streifenförmigen Zuleitungen liegen, in bekannter Weise durch Kompression erstellte Bereiche, welche bestimmte Zonen der integrierten Schaltungsanordnung kontaktieren. Bei der Anordnung nach der Erfindung ist eine Zone 45 aus P-leitendem Material zwischen den Basiszonen der beiden Transistoren 13 und 14 angebracht und wird mittels der elektrischen Zuleitung 24 auf einem Potential - V gehalten.

Vorzugsweise wird diese elektrische Verbindung entsprechend der F i g. 2 dadurch realisiert, daß dem Gebiet 45 eine Gestalt gegeben wird, die sich in das isolierende Gebiet 36 erstreckt, das seinerseits mit dem Potential — V leitend verbunden ist. Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise dieser P-leitenden Trennzor.e, die auf eine Verbesserung der Arbeitsweise der Schaltung abzielt, sei zunächst etwas detaillierter das Problem der Ladungsspeicherung erörtert. In dem beschriebenen Beispiel ist die Eingangsklemme 28 des Transistors Hohne äußeren Anschluß und besitzt daher ein gleitendes Potential, während der Transistor 13 Eingangssignale über die Klemme 27 empfängt. Wird das Potential der Basis 41 des Transistors 13 positiver gemacht, ais dies für das Potential des Kollektors 39 der Fall ist, so werden Defektelektronen von der Basiszone 41 in die Kollektorzone 39 injiziert. In der integrierten Realisierung der Schaltung, in welcher zunächst keine zwischengeschaltete Zone 45 angenommen sei, werden diese Defektelektronen somit zur Basiszone 42 des Transistors 14 gelangen. Wird der Transistor 13 von leitenden in den gesperrten Zustand geschaltet, so neigen die gespeicherten Defektelektronen dazu, den Transistor 13 im leitenden Zustand zu halten. Hierdurch wird die Abschaltcharakteristik der Vorrichtung verschlechtert.

Der Transistor 23 in F i g. 1 dient dazu, diesen parasitären Effekt zu erläutern. Die Emitterzone dieses Transistors repräsentiert die P-leitende Basiszone 41 des Transistors 13. Die Basiszone entspricht der gemeinsamen Kollektorzone 39, und die Kollektorzone entspricht der Basiszone 42 des Transistors 14. Ist der transistor 13 in Sättigung, so ist der Basis-Emitter-Übergang des Transistors 23 in Durchlaßrichtung vorgespannt, und der Transi or ist leitend. Wie aus dem sozusagen als Ersatzbild eingezeichneten Transistor 23 ersichtlich ist, neigt die integrierte Schallanordnung ohne eingebaute Trennzone 45 dazu, eine hohe Zahl von Ladungsträgern zur Basiszone 42 des Transistors !4 gelangen zu lassen. In den in den F i g. 2 und 3 gezeigten Vorrichtungen diffundieren die aus der Basiszone 41 in die Kollektorzone 39 injizierten Defektelektronen in die Trennzone 45.

Die Trennzone 45 und die Isolierzone 36 stellen eine

relativ widerstandsarme Ableitung zum Potential — V dar. Infolgedessen werden die den parasitären Effekt verursachenden Ladungsträger auf Grund der entsprechend der F i g. 2 und 3 angeordneten Trennzone 45 weitgehend aus der integrierten Schaltungsstruktur entfernt. Diese Arbeitsweise kann auch beschrieben werden, indem man die Änderungen zugrunde legt, denen der sozusagen als Ersatzbild eingezeichnete Transistor 23 der F i g. 1 infolge der Einfügung der Trennzone 45 erlitten hat Die P-leitende Trennzone 45 ist nunmehr als Kollektorzone dieses Ersatzbildtransistors aufzufassen, welche leitend verbunden ist mit dem Potential — V und nicht wie in Fi g. 1 mit der Basiszone des unbenutzten Transistors 14. So werden infolge der abgeänderten Gesamtstruktur die Defektelektronen von dem Transistor 14 ferngehalten.

Wegen der Symmetrie der vorstehend besprochenen Struktur lassen sich natürlich bei der Betrachtung der Wirkungsweise die Rollen der Transistoren 13 und 14 vertauschen. Bei dem weiteren etwas abgeänderten Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 ist die eingebaute P-leitende Trennzone 45 zwischen einem in der zu verwirklichenden Schaltung unbenutzten Transistor und einem im gesättigten Zustand betriebenen Transistoi wie in F i g. 2 angeordnet, darüber hinaus liegen weitere ähnliche Trennzonen 55, 63 zwischen den zu entkop pelnden Transistorstrukturen und der diese umgebenden Isolationszone 36. Die Trennzonen werden se schmal wie möglich ausgeführt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Vermeidung bzw. Herabsetzung von speichereffektartigen, parasitären Effekten zwischen in einem Halbleiterplättchen integrierten, benachbarten Transistoren, die eine gemeinsame, eine den Subkollektor bildende vergrabene Schicht aufweisende Kollektorzone haben und von denen mindestens einer in der zu verwirklichenden Schaltung unbenutzt bleibt und mindestens ein weiterer im gesättigten Zustand betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei derartigen Transistoren (13,14) eine von diir den Transistoren gemeinsamen Oberfläche in die Kollektorzone (39) nicht ganz bis zur vergrabenen Schicht (37) hineinragende Trennzone (45) mit einem zu dem der Kollektorzone entgegengesetzten Leitungstyp vorgesehen und an ein solches definiertes Potential gelegt ist, daß sie die Kollektorzone eines die Basiszone (41) des benutzten (13) und die gemeinsame Kollektorzone (39) beider Transistoren (13, 14) als Emitter- und Basiszone enthaltenden weiteren Transistors bildet

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer der in der gemeinsamen Kollektorzone (39) vorgesehenen Trennzone (45) weitere gleichartige Trennzonen (55, 65) jeweils zwischen den Transistoren (13,14) mit gemeinsamer Kollektorzone und einer diese umgebenden Isolierzone (36) vorgesehen sind.