DE1927585C3

DE1927585C3 - Transistor with lateral emitter zone and equally doped lateral collector zone

Info

Publication number: DE1927585C3
Application number: DE19691927585
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Hoehne
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-05-30
Filing date: 1969-05-30
Publication date: 1978-10-12
Also published as: FR2043813A1; CH504785A; SE357641B; NL7007290A; GB1284015A; JPS4813871B1; AT318711B; DE1927585B2; DE1927585A1; FR2043813B1

Description

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Es sind bereits sogenannte laterale Transistoren bekannt. Bei einem derartigen Transistor ist in dem Halbleiterkörper eine laterale Emitterzone, eine latera-Ie Kollektorzone und ein Substratteil vorgesehen. Alle diese Teile weisen jeweils die gleiche Dotierung auf. Ferner ist in dem Halbleiterkörper eine entgegengesetzt dotierte Basiszone vorgesehen, welche an den Substratteil angrenzt Hierbei ist die laterale Emitterzone und die laterale Kollektorzone nebeneinander auf derselben Seite der entgegengesetzt dotierten Basiszone angebracht Die Basiszone grenzt dabei nicht nur an die beiden lateralen Zonen, sondern auch an den Substratteil an. Ein derartiger Transistor ist 2. B. in der ^M Zeitschrift »Regelungstechnik«, 1968, Heft 12, S. 543, Bild 2b beschrieben. Die Kollektorzone und die Emitterzone des bekannten Transistors sind jeweils p-dotiert. Beide laterale Zonen sind voneinander und von dem p-dotierten Substratteil durch eine η-dotierte Basiszone getrennt An der Oberseite der Kollektorzone und der Emitterzone ist je eine Kontaktierung vorgesehen. An der dieser Oberseite gegenüberliegenden Unterseite der Kollektorzone und der Emitterzone ist vorgesehen, daß jeweils die ganze Unterseite dieser lateralen Zonen einen Teil der Basiszone bedecktSo-called lateral transistors are already known. In the case of such a transistor, a lateral emitter zone, a lateral collector zone and a substrate part are provided in the semiconductor body. All of these parts each have the same doping. Furthermore, an oppositely doped base zone is provided in the semiconductor body, which adjoins the substrate part. The lateral emitter zone and the lateral collector zone are attached next to one another on the same side of the oppositely doped base zone Substrate part. A transistor of this type is described, for example, in the ^M magazine "Regelstechnik", 1968, Issue 12, p. 543, Figure 2b. The collector zone and the emitter zone of the known transistor are each p-doped. Both lateral zones are separated from one another and from the p-doped substrate part by an η-doped base zone. A contact is provided on the top of the collector zone and the emitter zone. On the lower side of the collector zone and the emitter zone opposite this upper side, it is provided that in each case the entire lower side of these lateral zones covers part of the base zone

Es ist für sich bekannt, daß bei solchen lateralen Transistoren der einen Teil der Basiszone bildende Spalt zwischen den beiden lateralen Zonen gut reproduzierbar sehr schmal gemacht werden kann, nämlich so schmal, daS in ihm nennenswerte Verstärkungsvorgänge stattfinden können. Diese Schmalheit ist nämlich deswegen in relaliv leicht reproduzierbarer Weise herstellbar, da beide lateralen Zonen gleichzeitig mit Hilfe ein und derselben Maske hergestellt werden. Würde man beide lateralen Zonen nacheinander mittels verschiedener Masken herstellen, wäre diese Dicke des Spaltes wegen der unvermeidbaren Ungenauigkeit der Justierung der Masken nicht reproduzierbar.It is known that with such lateral Transistors, the gap between the two lateral zones, which forms part of the base zone, can be reproduced well can be made very narrow, namely so narrow that there are significant amplification processes in it can take place. That is why this narrowness is relatively easily reproducible can be produced, since both lateral zones are produced simultaneously with the aid of one and the same mask. If both lateral zones were to be produced one after the other using different masks, this thickness would be Gap not reproducible because of the unavoidable inaccuracy of the adjustment of the masks.

Außerdem sind bereits sogenannte Substrattransistoren bekannt vgl. z. B. das bereits oben angeführte Bild 2a der genannten Zeitschrift Bei einem derartigen Substrattransistor ist in dem Halbleiterkörper eine einzige laterale Zone, hier die Emitterzone, vorgesehen, welche durch eine im Vergleich zur Emitterzone entgegengesetzt dotierte Basiszone von der KoUektorzone getrennt ist Die Kollektorzone ist hier durch den Substratteil gebildet und weist die gleiche Dotierung wie die Emitterzone auf, nämlich eine p-Dotierung. Die Steilheit bzw. Verstärkung von solchen Substrattransistoren und solchen lateralen Transistoren ist bereits für viele Fälle ausreichend.In addition, so-called substrate transistors are already known cf. B. that already mentioned above Figure 2a of the above-mentioned magazine. With such a substrate transistor, there is a only lateral zone, here the emitter zone, provided, which by a compared to the emitter zone oppositely doped base zone is separated from the KoUektorzone. The collector zone is here by the Formed substrate part and has the same doping as the emitter zone, namely a p-doping. the Slope or gain of such substrate transistors and such lateral transistors is already for many cases sufficient.

Ferner ist durch DE-PS 1 15 837, Fig. 3, ein einzelner Transistor mit lateraler Emitterzone und einem ersten Teil einer gleichdotierten lateralen Kollektorzone in nichtintegrierter Bauweise bekannt, die beide nebeneinander auf derselben Seite eines Substrats angebracht sind. Ein zweiter Teil der Kollektorzone ist auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats angebracht und über Kontaktierungen und über eine elektrische Leitung mit dem ersten Teil der Kollektorzone leitend verbunden. Die gesamte Unterseite d ζτ beiden Teile und der Kollektorzone sowie die gesamte Unterseite der Emitterzone berührt jeweils vollständig die Basiszone, wobei die letztere durch das Substrat gebildet ist Das Substrat und damit die Basiszone weist hier eine Dotierung auf, welche entgegengesetzt der Dotierung der lateralen Emitterzone und lateralen Kollektorzone istFurthermore, from DE-PS 1 15 837, Fig. 3, a single transistor with a lateral emitter zone and a first part of a same-doped lateral collector zone in a non-integrated design is known, both of which are mounted next to one another on the same side of a substrate. A second part of the collector zone is attached to the opposite side of the substrate and is conductively connected to the first part of the collector zone via contacts and an electrical line. The entire underside d ζτ both parts and the collector zone as well as the entire underside of the emitter zone each completely touches the base zone, the latter being formed by the substrate lateral collector zone is

Bei diesem zuletzt genannten Transistor ist die Verstärkung größer als bei einem Substrattransistor, welcher nur aus der Emitterzone, der Basiszone und dem gegenüberliegenden zweiten Teil der Kollektorzone gebildet ist weil auch der erste Teil der Kollektorzone zur Gesamtverstärkung mit beiträgt Bei dem zuletzt genannten bekannten Transistor ist aber der für die Verstärkung notwendige geringe Abstand zwischen der Unterseite der Emitterzone und der gegenüberliegenden Unterseite des zweiten Teils der Kollektorzone bei Serienfertigung nur sehr schwer gleichmäßig genügend klein herstellbar. Außerdem stellt die Anbringung einer Leitung zwischen dem ersten und zweiten Teil der Kollektorzone eine relativ umständliche, platzbeanspruchende Maßnahme dar.The gain of this last-mentioned transistor is greater than that of a substrate transistor, which only consists of the emitter zone, the base zone and the opposite second part of the collector zone is formed because the first part of the collector zone also contributes to the overall reinforcement the last-mentioned known transistor, however, is the small distance necessary for the amplification between the bottom of the emitter zone and the opposite bottom of the second part of the Collector zone in series production is very difficult to produce evenly and sufficiently small. aside from that the attachment of a line between the first and second part of the collector zone represents a relative cumbersome, space-consuming measure.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist, für einen Transistor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art einen Aufbau anzugeben, der für die Verwendung des Transistors in einem integrierten Schaltkreis geeignet istThe object on which the invention is based is for a transistor of the type specified in the preamble of claim 1 to specify a structure, which is suitable for the use of the transistor in an integrated circuit

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen MerkmaleThis object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1

gelöstsolved

Der Transistor nach der Erfindung hat den Vorteil, daß sich die geringen Abstände zwischen der Unterseite der zweiten lateralen Zone und dem Substratteil sowie zwischen den beiden lateralen Zonen gleicher Dotierung relativ einfach gut reproduzierbar herstellen lassen.The transistor according to the invention has the advantage that the small distances between the bottom the second lateral zone and the substrate part and between the two lateral zones of the same doping Can be produced relatively easily and reproducibly.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher beschrieben.The invention is described in more detail with reference to the figures.

F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau des bekannten Substrattransistors;F i g. 1 schematically shows the structure of the known substrate transistor;

F i g. 2 zeigt schematisch den Aufbau des bekannten Lateral transistors;F i g. 2 schematically shows the structure of the known lateral transistor;

Fig.3 und 4 zeigen schematisch den Aufbau von Ausführungsbeispielen des Transistors nach der Erfindung. 3 and 4 show schematically the structure of Embodiments of the transistor according to the invention.

Der in der F i g. 1 gezeigte pnp-Substrattransistor weist eine mit dem Emitteranschluß E verbundene Emitterzone auf, welche p-dotiert ist. Diese Emitterzone ist innerhalb des Halbleiterkörpers von der p-dotierten, mit dem Kollekloranschluß C verbundenen Kollektorzone durch eine mit dem Basisanschluß B verbundene, η-dotierte Basiszone völlig getrennt Die Kollektorzone kann hier identisch mit dem Substratteil S' des Halbleiterkörpers sein, wenn letzterer p-dotiert ist Falls der Substratteil S' des Halbleiterkörpers seinerseits η-dotiert ist, so ist die p-dotierte Kollektorzone nicht identisch mit dem Substratteil S' des Halbleiterkörpers, sondern mit dem Substratteil 5. Bei npn-Substrattransistoren mit gleichartigem Aufbau kann ein n-dotierter, die Kollektorzone bildender Substratteil des Halbleiterkörpers vorgesehen sein; die Basiszone ist dann p-dotiert und die Emitterzone η-dotiert. Falls der Substratteil 5' des Halbleiterkörpers des zuletzt beschriebenen npn-Substrattransistors seinerseits p-dotiert ist ist der Substratteil S' nicht identisch mit der η-dotierten Kollektorzone, welche hier durch den Substratteil S gebildet ist Die Steilheit bzw. Verstärkung eines Substrattransistors ist nun wesentlich durch elektrische Vorgänge bestimmt welche an der Unterseite der Emitterzone und an dem dieser Unterseite benachbarten Teil der Oberfläche der KoHektorzone stattfinden.The one shown in FIG. 1 has a pnp substrate transistor which is connected to the emitter connection E and which is p-doped. This emitter zone is completely separated within the semiconductor body from the p-doped collector zone connected to the collector terminal C by an η-doped base zone connected to the base terminal B. The collector zone can be identical to the substrate part S 'of the semiconductor body if the latter is p- If the substrate part S 'of the semiconductor body is in turn η-doped, the p-doped collector zone is not identical to the substrate part S' of the semiconductor body, but to the substrate part 5. In npn substrate transistors with a similar structure, an n-doped the substrate part of the semiconductor body forming the collector zone may be provided; the base zone is then p-doped and the emitter zone η-doped. If the substrate part 5 'of the semiconductor body of the npn substrate transistor described last is in turn p-doped, the substrate part S' is not identical to the η-doped collector zone, which is formed here by the substrate part S. The slope or gain of a substrate transistor is now essential determined by electrical processes which take place on the underside of the emitter zone and on the part of the surface of the co-heater zone adjacent to this underside.

Bei dem in der F i g. 2 gezeigten bekannten Transistor handelt es sich um einen lateralen pnp-Transistor, welcher einen p-dotierten Substratteil 5 aufweist Dieser Transistor weist also eine laterale Emitterzone und eine gleichdotierte laterale Kollektorzone auf, ferner einen gleichdotierten Substratteil 5 sowie eine entgegengesetzt dotierte Basiszone, die an den Substratteil S angrenzt Der in der Fig.2 gezeigte Transistor stellt den im Bild 2b der oben angeführten Zeitschrift gezeigten lateralen Transistor nur in schematischer Weise dar, insbesondere indem die Form der Kollektorzone schematisiert ist Der Halbleiterkörper kann außer dem Substratteil 5 noch einen weiteren Substratteil S' aufweisen, der entgegengesetzt zu dem Substratteil 5, also η-dotiert ist Die Steilheit bzw. Verstärkung dieses bekannten Transistors wird nun wesentlich durch elektrische Vorgänge bestimmt welche an den einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Kollektorzone und der Emitterzone stattfinden. Die Seitenflächen dieser beiden Zonen grenzen einerseits an die Oberseite, andererseits an die Unterseite dieser Zonen.In the case of the FIG. 2 is a lateral pnp transistor which has a p-doped substrate part 5. This transistor thus has a lateral emitter zone and a same-doped lateral collector zone, furthermore a same-doped substrate part 5 and an oppositely doped base zone, which is connected to the Adjacent substrate part S The transistor shown in FIG. 2 represents the lateral transistor shown in Figure 2b of the magazine cited above only in a schematic manner, in particular in that the shape of the collector zone is schematized. have, which is opposite to the substrate part 5, that is η-doped. The slope or gain of this known transistor is now essentially determined by electrical processes which take place on the opposite side surfaces of the collector zone and the emitter zone. The side surfaces of these two zones border on the one hand on the upper side and on the other hand on the lower side of these zones.

Die in den F i g. 1 und 2 gezeigten Transistoren können prinzipiell auch als npn-Transistoren aufgebaut sein, indem die Dotierung der Zonen und der Substratteile jeweils entgegengesetzt der Dotierung des in der F i g, 1 bzw. der F i g, 2 gezeigten Transistors zu wählen istThe in the F i g. 1 and 2 can in principle also be constructed as npn transistors be by the doping of the zones and the substrate parts are opposite to the doping of the in FIG. 1 and FIG. 2, respectively choose is

Bei dem in der F i g. 3 gezeigten Ausfßhrungsbeispiel des Transistors nach der Erfindung ist eine laterale Emitterzone und eine laterale gleichdotierte Kollektorzone sowie ein gleichdotierter Substratteil S vorgesehen, wobei hier diese Teile p-dotiert sind. Außerdem ist eine entgegengesetzt dotierte Basiszone vorgesehen,In the case of the FIG. 3 shown embodiment of the transistor according to the invention is a lateral emitter zone and a lateral equally doped collector zone and a similarly doped substrate part S is provided, these parts being p-doped here. Also is an oppositely doped base zone is provided,

ίο welche an den Substratteil Sangrenzt Die erste laterale Zone, hier die Kollektorzone, ist z. B. nach einem bekannten Diffusionsverfahren so ausgebildet daß nur ein Teil ihrer Unterseite U an einen Teil der entgegengesetzt dotierten Basiszone und der andere Teil ihrer Unterseite i/an einen Teil der gleichdotierten Trennwandzone Tr angrenzt; diese laterale Zone ist also über die Trennwandzone Tr mit dem Substratteil S verbunden. Falls keine besondere Trennwandzone Tr vorgesehen ist sondern der Substratteil S die aus den lateralen Zonen und der Basiszone, ^stehende Zonenanordnung lateral vollständig umgibt, -iann grenzt ein Teil der Unterseite U jener ersten lateralen Zone, hier der Kollektorzone, an einen Teil des gleichdotierten Substratteils S. Denkt man sich bei dem in der F i g. 3 gezeigten Transistor die Basiszone nachträglich entfernt dann hat der die Basiszone bedeckende Teil dieser lateralen Zone in etwa die Form eines Balkons. Die erste laterale Zone, hier die Kollektorzone, ist also mit dem gleichdotierten Substratteil S direkv oder über die gleichdotierte Trennwandzone Trverbunden, d. h. sie ist von ihr nicht durch einen oder mehrere, mehr oder weniger sperrende pn-Übergänge getrennt Daher weisen sowohl diese laterale Zone als auch der Substratteil 5 praktisch das gleiche Potential auf.ίο which adjoins the substrate part S The first lateral zone, here the collector zone, is z. B. formed according to a known diffusion process so that only part of its underside U adjoins part of the oppositely doped base zone and the other part of its underside i / adjoins part of the equally doped partition zone Tr ; this lateral zone is therefore connected to the substrate part S via the partition zone Tr . If no special partition zone Tr is provided, but the substrate part S which laterally completely surrounds the zone arrangement consisting of the lateral zones and the base zone, a part of the underside U of that first lateral zone, here the collector zone, adjoins part of the identically doped substrate part S. If one thinks with the one in FIG. 3 subsequently removes the base zone, then the part of this lateral zone covering the base zone has approximately the shape of a balcony. The first lateral zone, here the collector zone, is therefore directly connected to the equally doped substrate part S or via the equally doped partition zone Tr, ie it is not separated from it by one or more, more or less blocking pn junctions the substrate part 5 also has practically the same potential.

Bei diesem Transistor werden demnach also nicht nur — wie beim lateralen Transistor — die Seitenfläche S", sondern auch — wie bei einem Substrattransistor — die Unterseite Lf' der nicht mit dem Sdbstr&tteil 5 verbundenen lateralen Zone, hier der Emitterzone, in erheblichem Maße für die Verstärkung des Transistors ausgenutzt, worauf die gegenüber einem vergleichbaren Substrattransistor oder lateralen Transistor größere Verstärkung des Transistors nach der Erfindung beruhen dürfte. Dabei ist die Verstärkung dieses Transistors um so größer, je geringer der Abstand der beiden lateralen Zonen voneinander und je geringer der Abstand der Unterseite U' der nicht mit dem Substratteil S verbundenen lateralen Zone zur benachbarten Oberfläche des Substratteils SistIn this transistor, therefore, not only - as with the lateral transistor - the side surface S ″, but also - as with a substrate transistor - the underside Lf 'of the lateral zone not connected to the Sdbstr & tteil 5, here the emitter zone, to a considerable extent for the Gain of the transistor exploited, on which the greater gain of the transistor according to the invention compared to a comparable substrate transistor or lateral transistor may be based. The gain of this transistor is greater, the smaller the distance between the two lateral zones and the smaller the distance between the bottom U 'of the lateral zone not connected to the substrate part S to the adjacent surface of the substrate part Sist

so Der Transistor nach der Erfindung weist eine besonders hohe Verstärkung auf, wenn die mit ihrer Unterseite U teilweise an die Trennwandzone Tr bzw. an d'.n Substratteil S grenzende erste laterale Zone die Kollektorzone CistThe transistor according to the invention has a particularly high gain if the first lateral zone partially adjoining the partition wall zone Tr or on the substrate part S with its underside U is the collector zone C

Es ist, z. B. durch das Buch L e w i c k t, Einführung in die Mikroelektronik, 1966, S. 256, Bild B2.232 bekannt eine Isolierzone zwischen einem Substratteil des Halbleiterkörpers und dem Transistor eines integrierten Schaltkreises vorzusehen. Wenn bei einem integrierten Schaltkreis mit dem Transistor nach der Erfindung, wie in der F i g. 4 gezeigt eine Isolierzone /s z. B. aus Siliziumdioxyd, zwischen dem Substratteil S' des Halbleiterkörpers und dem Substratteil 5, der die Zonenanordnung d«?s Transistors begrenzt vorgesehen ist dann besteht also praktisch keine leitende Verbindung zwischen dem Transistor nach der Erfindung und einem weiteren, auf dem gemeinsamen Substratteil 5' des Halbleiterkörpers angebrachten Halbleiterbauele-It is Z. B. from the book L ewickt, Introduction to Microelectronics, 1966, p. 256, Fig. B2.232 known to provide an insulating zone between a substrate part of the semiconductor body and the transistor of an integrated circuit. If in an integrated circuit with the transistor according to the invention, as shown in FIG. 4 shows an isolation zone / s e.g. B. made of silicon dioxide, between the substrate part S 'of the semiconductor body and the substrate part 5, which is provided to limit the zone arrangement of the transistor, then there is practically no conductive connection between the transistor according to the invention and another on the common substrate part 5 '' of the semiconductor body attached semiconductor components

ment, ζ. B. zu dem in der F i g. 4 angedeuteten zweiten Transistor nach der Erfindung mit dem Kollektoranschluß C". Der Substratteil 5' des Halbleiterkörpers kann in diesem Fall auch gleich wie der Substratteil S des Transistors nach der Erfindung dotiert sein, so daß bei Abwesenheit einer Isolierzone Is sogar eine besonders gut leitende Verbindung zwischen dem Transistor nach der Erfindung und dem weiteren, auf dem gemeinsamen Substratteil S'des Halbleiterkörpers aufgebrachten Halbleiterbauelement besteher Wenn das weitere Halbleiterbauelement, z. B. d Fig. 4 angedeutete weitere Transistor rr Kollektoranschluß C, seinerseits ebenfalls du weitere Isolierzone Is' von dem Substrattei Halbleiterkörpers getrennt ist, dann ist vortc weise die gegenseitige Isolierung der jedes durch eine Isolierzone Is bzw. Is' isolierten Hf bauelemente besonders hoch.ment, ζ. B. to the one shown in FIG. 4 indicated second transistor according to the invention with the collector connection C ". The substrate part 5 'of the semiconductor body can in this case also be doped the same as the substrate part S of the transistor according to the invention, so that in the absence of an insulating zone Is even a particularly good conductive connection Besteher between the transistor according to the invention and the further, applied to the common substrate portion S 'of the semiconductor body semiconductor device, if the further semiconductor device z. B. d. Figure 4 indicated further transistor rr collector terminal C, for its part, also has even more isolation is' of the Substratei semiconductor body is separated, then the mutual isolation of each of the RF components isolated by an isolation zone Is or Is' is particularly high.

1 sheet of drawings

Claims

Claims;

1. A transistor with a first and a second identically doped lateral zone, one of which is the emitter zone and the other is the collector zone, both lateral zones being attached next to one another on the same side of an oppositely doped base zone, and with a further zone of the same doping as the lateral zones, which extends over the entire underside of the base zone and is conductively connected to the first lateral zone, the distances between all these identically doped zones are so small that the gain of the transistor both from the ' ⁵ processes between the adjacent side surfaces of the two lateral zones as well as the processes between the underside of the second lateral zone and the further zone is determined, characterized in that it is attached in an integrated Sehaltkreis that the further zone lying under the base zone (B) of a substrate part ^ 5 / is formed and that the first lateral zone (C) nu r with part of its underside (U) to the base zone (B) and with the remaining part of its underside (U) either to this substrate part (S) or to a similarly doped partition zone (Tr) of the circuit, which is the conductive connection of the first lateral zone (C) to the substrate part ^ forms

2. Transistor according to claim 1, characterized in that that the equally doped zones are p-doped.

3. Transistor according to spoke 1 or 2, characterized in that the first ateral zone is the collector zone (C)

4. Integrated circuit with at least one transistor according to one of the preceding claims, characterized in that an insulating zone ^ between a further, all semiconductor components common substrate part (S ', Fig.4) of the semiconductor body and the substrate part (S) of the transistor is provided