DE1937853A1 - Integrierte Schaltung mit einem Transistor - Google Patents

Integrierte Schaltung mit einem Transistor

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DE1937853A1 DE19691937853 DE1937853A DE1937853A1 DE 1937853 A1 DE1937853 A1 DE 1937853A1 DE 19691937853 DE19691937853 DE 19691937853 DE 1937853 A DE1937853 A DE 1937853A DE 1937853 A1 DE1937853 A1 DE 1937853A1
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Description

meine Aktes P 15 875 Ihr Backeti.SA ^67 086
International Busiaea8 Machines Oorgoration« Arnonk» K» Y, 10504. USA Integrierte SaMlfcung alt eine® Translator
Die Erfindung betrifft ains integrierte Schaltung mit einem auf ein Substrat aufgebau ban Transistor, beetehend aus einer Basis, in öle ein Emitter ein© Basls^Eklt tar«* Verbindung bildend, eingelassen ist und die ihrerseits eins Kollektox^Basietherbindung Mläenö» in einen Kollektor singelassen ist und mit einem hoehgraöig in <l&r Dotierungsarfc dea Kollektors dotierten Ziilaehen-
Aufgabe dar Erfindung ist ea, @in© Schaltung dieser Art so aus« zugeetalten, daß öle a» dan Verbindungen auftretenden Kapazität ben ßUöli bei hokem Stromdurohfluß mögliohst niedrig sind, um äadureh boxgL· bei hoher Sb^osnrsrstärkimg Anwendung bei großer Banälorsite au enab'glichen»
Der Stand der 3?eohnik, von dam die Erfindung ausgeht, die dem gegenüber aufgrund der Erfindung erslalbaren Vorteile» sowie 3 alter β Merkmal® dar Erfindung werden min anbasi'ä der beige· fügten Zelohaung näher erläutert. In der Zeichnung sseigt»
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Fig» t eine integrierte Schaltung,
Fig, 2 bis 5 Siegramme zur Erläuterung der Betriebsweise eines Transistors aas Fig« 1,
Fig. 6 eine integrierte Schaltung nach der Erfindung
in Draufsicht,
Fig. 7 den Schnitt VII-VII aus Fig. 6 und
Fig. θ und 9 Diagramme zur Erläuterung der Betriebsweise ei-
nee Transistors aus der Schaltung nach Flg. 6 und 7.
Fig. 1 zeigt eine bekannte integrierte Schaltung 10 mit einem Transistor 12, einem äußeren neben dem Transistor 12 angeordneten Widerstand H und einem Isolierbereich 16, der den Transistor 12 und den Widerstand 14 umgibt, Der Transistor ist ein NPN-Transistor. Die integrierte Schaltung weist ein Substrat 18 . auf, das aus verhältnisraäSig gering dotiertem P-typischen Halbleitermaterial besteht» Über diesem Substrat erstreckt sich eine verhältnismäßig dünne Schicht aus N-typischem Halbleitermaterial, die dort beispielsweise epitaxisch aufgewachsen sein kann und den Kollektor 20 bildet. Der Kollektor 20 ist in Fig. 1 zur Veräeütlichung stark verstärkt gezeichnet· Mit 21 1st eins als Sub-Kbllektor wirkende Einlage bezeichnet, die aus verhältnismäßig stark dotiertem N-typischen Halbleitermaterial besteht und zwischen dem Kollektor 20 und dem Substrat 18 angeordnet ist und in diese beiden Schichten hineinragt. Die Basis 22 besteht aus P-typischem Halbleitermaterial und der Emitter 24 aus H-typischem Halbleitermaterial. Die Basis 22 ist in den Kollektor 20 von der oberen Außenseite 26 her eingelassen und bildet so eine Ibllektor-Basis-Verblndung 28 mit dem Kollektor 20. Der Emitter 24 ist von der oberen Außenseite 30 der Basis in die Basis 22 eingelassen und bildet eine Emitter-Basis-Yerbiiidung mit der Baals 22„ Basis und Emitter sind beispielsweise durch Diffusion erzeugt. Zum Transistor 12 gehört noch ein ohmscher Emitter kontakt 34, der *
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an dan Emitter 24 angeschlossen iat, ein ohttscher Basiakxmtakt 36, dar an dia Basis 22 angeeohlosaen iat und ein ohneoher Kollektor* kontakt 58, der an dan Kollektor 20 angeschlossen iat. Hit 39 aind «wei relativ hoch dotierte N-tjpiacha Halbleiterbezirke bezeichnet, die von der oberen Außenseite das Ko 11 tk to rs in den Kollektor 20 aingaaet£t aind und mir Aufnabe· der Kollektorkontakte. 38 dienen. Dia Beeirke 39 aind im Zuge der gleichen Diffusion »i« der Slitter 24 gebildet norden· An den Ecitterfcontakt, den Baaiskontakt und den Kollektorkontakt aind Anschlüsse 40,42 und 44 angesehloeeen, über die der Transistor 12 elektrieeh betrieben werden kann. Der Baaiakontakt 36 und der Kollaktorkontakt 38 aind zweiteilig und die beiden (Heile können über eine nicht dargeetellte kurze Leitung miteinander verbunden »erden.Zur Vorspannung dee Transietors 12 bei Betrieb sind zwei Widerstand« 46,48 zwischen den Anschlüaeen 40,42 einerseits und den AnaohlUseen 42«44 andererseits vorgesehen. Die· EBitterbaeiaverbindung 32 *ird bei Betrieb vorwärts vorgespannt, nährend die Kollektor-Basia-Verbindung 28 bei Betrieb rückwärts vorgespannt wird*
Je nach der speziellen,vorgesehenen Anwendung der integrierten Schaltung 10 können noch weitere elektrische Komponenten vorgesehen sein« Der Widerstand 14, der innerhalb des Bereichs des Transistors 12 untergebracht ist, besteht aus einem P-typischen Halbleiterelement 50, dae in den Kollektor 20 von der oberen Außenseite 26 her eingesetzt ist, jedoch ohne Berührung mit anderen Teilen des Transistors 12. Mit 52 sind zwei ohmsche Kontakte bezeichnet zum äußeren Anschluß des Widerstandes 14.
Wenn in der integrierten Schaltung 10 weitere elektrische Elemente vorgesehen sind, dann empfiehlt es sich, den Transistor 12 und den Widerstand 14 zu isolieren. Solche Isolierung kann man auf verschiedene Weisen durchführen zum Beispiel durch eine rückwärts vorgespannte PN-Yerbindung, die die zu isolierenden Elemente umgibt· Beim vorliegenden Beispiel ist der Transistor 12 und der Widerstand 14 durch einen Isolierbereich 16 isoliert, dessen Elemente 60, die aus verhältnismäßig hoch dotiertem P-typischen HaIb^
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leitermaterial bestehen und in den Kollektor 20 von der oberen Außenseite dieses Kollektors her eingesetzt sind, eich bis an das Substrat 18 erstrecken und den Widerstand 14 und den Transistor umgeben. Me ^«Verbindungen 62, die durch die Elemente 60 und den Kollektor gebildet «erden» wirken als Isolierschichten für den Transistor 12 und den Widerstand 14 und verhindern, daS Leckströme von anderen elektrischen Elementen der integrierten Schaltung den Betrieb des Transistors 12 und des Widerstandes 14 stören und umgekehrt. Die PH-Verbindung zwischen dem Substrat 18 und dem Kollektor 20 kann auch rückwärts vorgespannt sein und so einen Isoliersehnte für den Transistor 12 und den Widerstand 14 bilden.
Fig· 2 zeigt ein typisches Verunrelnigungs-profil des Traneis tors Auf der vertikalen Achse ist in Pig« 2 in logarithmischem Maßstab das Dotiemngsnlveaa und auf der horizontalen Achse ist nach Maßgabe des vorgenommenen Schnittes der Slitter, die Basis und der Kollektor räumlich hintereinander aufgetragen* Der linke Band der Pig· 2 entspricht der oberen Außenfläche des Baittere 24» während der rechte Bandbereich dem Inneren des Substrates 18 entspricht· Bas durch die Kurve 70 in Pig. 2 aufgetragenen Profil hat verschiedene Übergänge unter der Voraussetzung, daß Emitter 24 und Basis durch Diffusionen aufgebaut sind« Das Dotierungsnlveau dee N-typischen Emittermaterlaie fällt auf Null ab und erreicht den Wert Hull in der Emitter-Basis-Verbindung 32. Das Dotierungsniveau des P-typieehen Baslsmaterlals nimmt von Null ausgehend zunächst einen Maximalwert an und fällt dann wieder ab, bis es den Wert Null in der Kollektor-Basls-Verblndung 28 erreicht. In der epl taxi sehen Schicht des Kollektors 20 steigt das Dotierungsniveau in N-Bichtung zunächst etwas an, behält dann das Niveau bei und steigt noch einmal im Bereich der stark dotierten Einlage 21 an und fällt dann in P-Richtung ab auf den verhältnismäßig geringen P-Wert des Substrates 18· Bedingt durch den Herstellungeprozeß ist der Dotierungegradient beziehungsweise die Steilheit der Kurve 70 im Basisbereich in der Nähe der Kollektor-Basis-Verbindung 28 größer
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ale im Kollektorbereich in der Nähe dieser Verbindung 28.
Ee ist bekannt, daß Löcher aus dem P-typischen Material und Elektronen au» dem B-typlsohen Material im Bereich einer Verbindung zwlsohen B- und N-typisches Halbleitermaterial durch die Verbindung in den jeweils anderen Bereich «andern und eich dort mit Ionen vereinigen. Positive und negative Ladungen bestehen neben dieser Verbindung und ea erstreckt eich ein statisches elektrisches TeId quer su dieser Verbindung zwischen den entgegengesetzten Grenzen der sich ergebenden Bereiche ausgeglichener Ladung. Solche Auegleichebereiche existieren an der Emltter-Basis-Verblndung und der Kollektor-Basis-Verbindung" eines Transistors·
Pig· 3 zeigt den Ausgleichebereich 72 an der Kollektor-Basis-Verbindung eines Transistors 12, wenn dort kein oder nur geringer Strom fließt· Die basisseitige Grenze des Ausgleichsbereichs, die innerhalb der Basis 22 liegt.ist mit 74 und die entsprechend gelegene kollektorseitige Grenze mit 76 bezeichnet. Innerhalb der zwischen der Kollektor-Basis-Verblndung 28 und der Grenze 74 beziehungsweise 76 gelegenen Ausgleiohsbereichsteile befinden sich negative Verunreinigungsionen 78 beziehungsweise positive Verunreinigungsionen 80, die durch eingekreiste "-" oder "+"-Zeichen in der Zeichnung eingezeichnet sind.. Die Lage der Grenzen 74 und 76 wird durch die Anzahl der negativen und. positiven Ionen 78 beziehungsweise 80 bestimmt, die nötig sind, um Itadungsausgleich zu erzielen. Wenn kein Strom durch den Transistor 12 fließt, dann ist die Ansahl der negativen und positiven Ionen, die zum Ladungsausgleich erforderlich 1st, gleich. Wie aus Fig. ersichtlich 1st die kollektorseitige Grenze 76 welter von der Kollektor-Basls-Verbindung 28 entfernt als die basisseitige Grenze. Dies hat seine Ursache darin, daß der Dotierungsgradient auf der Kollektorseite der Verbindung 28 kleiner ist als auf der Basisseite.
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Wenn die Emitter-Basis-Verblndung oder die Eöllektor-Basis-Verbin· dung vorwärts beziehungsweise rückwärts vorgespannt 1st, dann flieSen Elektronen von Emitter 24» die durch die Basis 22 diffundieren und als Minoritäten träger zum Kollektorr 20 gelangen. Durch diese Minoritätenträger der Basis 22 wird im Ausgleichsbereich 72 die Anzahl der für. den Ausgleich erforderlichen negativen Ionen 78 reduziert, während die dafür erforderliche Anzahl positiver Ionen Θ0 sich vergrößert. Bas Ergebnis ist, daß sich der Auegleichebereich 72 verschiebt, indem die Grenze 74 dichter an die Kbllefctor-Basis-Verbindung 28 heranrückt, bedingt durch die geringe Anzahl negativer Ionen 78, während die kollektorsei tige Grenze sich von der Kollektor-Basis-Verbindung bedingt durch die größere Anzahl positiver Ionen 80 entfernt. Bedingt durch den geringeren Dotierungegradienten auf der Xbllektorseite entfernt eich die kollektoreeitige Grenze 76 dabei weiter von der Kbllektor-Basis-Verbindung 28 ale die basisseitige Grenze 74 an die Verbindung 28 heranrückt. Sie Folge ist, daß sich der Ausgleichsbereich 72 gleichzeitig mit der Verschiebung verbreitert.
In Pig, 5 1st die Verschiebung der beiden Grenzen 74 und 76 in Abhängigkeit von der Stromdichte J aufgetragen. Pig. 5 zeigt, daß sich mit zunehmender Stromdichte J die basisseitige Grenze 74 über die Sollektor-Basis-Verbindung 28 hinaus in den Kollektor 20 verschiebt, während gleichzeitig die kollektorseitige Grenze 76 sich zunehmend und auch im zunehmenden Maße von der Kbllektor-Basis-Verblndung 28 entfernt.
Mit zunehmender Stromdichte müssen in zunehmendem Umfang Elektronen vom Emitter 24 als Minoritätenträger durch die Basis und durch den Auegleichebereich 72 zum Kollektor 20 strömen. Die Laufzeit dieser Minoritätenträger 1st im wesentlichen eine direkte Funktion der Breite des Ausglelchsbereichs 72 und eine Funktion des Quadrates der elektrischen Baslebreite beziehungsweise des Abstandes zwisohen der Bmitter-BaeiB-Verbindung 32 und der basisseitigen Grenze 74 des Ausfleiehibereiches 72. In der Praxis wird die Stromverstärkung»?-
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bandbreite dea Transistors mit zunehmender MinoritätenträgerÜbergangszeit bei höherer Stromdichte kleiner. Bei relativ kleinen Stromdichten ist die HinoritätenträgerÜbergangszeit verhMltnie-■äSig kurz und die Bandbreite hat ein® brauchbare GröBe. Dagegen wird bei relativ hohen Stromdiohten die MinoritätenträgerübergangB« eeit verhältnismäßig lang und die Bandbreite wird dadurch verringert.
%uw Verbesserung der fltromverstärkungsbandbreite bei hohen Stromdichten macht man eich den Umstand zunutze, daß die Verschiebung dea Ausgleichebereiches 72 in den Kollektor 20 bei einer vorgegebenen Stromdichte im wesentlichen dem Hiveau der Verunreinigungedotierung innerhalb des Kollektors 20 umgekehrt proportional iet. Be? gesamte Kollektorbereich eines Traneistors kann dann stärker dotiert sein, nenn die Einlage 21 vorgesehen ist und der Kollektor statt aus N+ Materi&l aus M Material besteht. Sine starke Dotierung in unmittelbarer Nähe ö@r iftllektOFpBaate-Verbindung 28 bedingt ein® hohe Konzentration 3e? Terunreiaigungeionen 80, wodurch wiederum dl® Verschiebung des Ausgleichsgewichts 72 als Folge hoher Strom-Ziehten verringert wlrcL Dies© Verbesserung ersielt man jedoch nur Sßf Kostea «liier Erhöhung ües* Sapasität d©r gesamten integrierten Schaltung« Hochgradig öcttes'tts Satarial-in der Nähe eines Isolier- ©leaentes 60 begünstigt stapfe die Saadkspasitäten, die in Mg. 1 ait Cj bezeichnet eiaeL Me" Folg© iet, daß in der Praxis die Wirkung des I8olierel€5is@st©9 SO ©taiamt9 auSerdem wird durch hochgradig dotiertes Material in der Häfe© der Wideretands-Isolator-Verbindung die Kapazität G2 dieser TsrbisiitMg vergrößert. Der Wert der Kapazität C~ an i@r Kollektor-Basis-Verbindung 24 ist eine Funktion des Dotierungeniveaus des Kollektors 20 in der Nähe dieser Verblndung:. Man muß also einen hohen Wert von C5 in Kauf nehmen, wenn man .hohen Stromdurchsatz des Transistors erzielen will, jedoch soll dieeör Kapazitätswert O^ so niedrig wie möglich Bein, insbesondere ist ein niedriger Kapasitätswert wünschenswert, venn kleine Stromdichten im Transistor flieUen. Disse Bedingung ist aber
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nicht erfüllbar, wenn der gesamte Kollektor 20 stark dotiert let, denn dann bleibt der Wert von C, bei allen Stromdlchten , also auch bei kleinen Stromdichten, groß.
Nach der Torliegenden Erfindung ist die Stromverstärkungsbandbreite dee Transistors 12 auch bei hohen Stromdichten groß, ohne daß dies mit der gleichen Zunahme der Kapazitätenerte C1, C2 und C* nie eben beschrieben erkauft «erden muß. Gemäß Fig. 6 und 7 ist der Transistor 100 in einigen Teilen ähnlich aufgebaut «ie Öer aus Pig. 1. Bei der Herstellung der integrierten Schaltung 10 wird jedoch eine Zwischenschicht 102 aus relativ hochdotiertem N-typischem Halbleitermaterial zwischen Substrat 18 und Kollektor 20 eingefügt. Die Zwischenschicht 102 ist ein Teil des Kollektors des Transistors 100· Der zweite Teil 104 ä&a Kollektors 20 besteht aus verhältnismäßig schwach dotiertem N-typischen Halbleitermaterial und ist vorzugsweise epitaxisch aufgewachsen und umgibt die Zwischenschicht 102 und erstreckt sich über die restlichen Teile der oberen Fläche des Substrates 18. Die relative Stärke der epitaxisehen Schicht 104 ist in Fig. 7 zur Verdeutlichung größer gezeichnet als in der Praxis. Die Basis 22, der Emitter und der Widerstand 50 sind in diese epitaxiβehe Schicht 104 von der oberen Oberfläche 106 aus eingesetzt in entsprechender Weise, wie das auch im Text zu Pig. 1 beschrieben wurde. Die Basis 22 erstreckt sich jedoch bis an die Zwischenschicht 102 und bildet dort den Hauptteil der Kollektor-Basls-Verbindung 23. Wenn die Zwischenschicht 102 nicht vorhanden ist, dann ist die Diffusion der Basis 22 schwierig, well der Hauptteil sich dann leicht welter als beabsichtigt nach unten erstreckt und eine unerwünschte Stärke annimmt· Durch die Zwischenschicht 102 wird die abwärts gerichtete Diffusion der Basis begrenzt, damit ist es möglich, die Basis präziser in der gewünschten Stärke herzustellen.
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Hit 108 sind ei»ei verhältnismäßig stark dotierte N-typische halbleitende Kollektorpfeiler bezeichnet, die durch doppelte Diffusion gebildet sind und eich dem zufolge bis hinunter an die epitaxisohe Schicht 104 erstrecken, diese beiden Kollektorpfeiler haben Abstand von der Basis 22 und vom Emitter 24. Die Zwischenschicht 102 Überragt an beiden Enden die Basis 22 und findet Kontakt mit den Kollektorpfeilern 108. Die ohmschen Kollektorkontakte 38 sind an diese Kollektorpfeiler 108 angeschlossen und bilden zusammen mit den Kollektorpfeilern und der Zwischenschicht einen gut leitenden Strompfad» Der Hauptteil der Kollektor-Basis-Verbindung 28 wird durch eine Verbindung zwischen der Zwischenschicht 102 und der Basis 22 gebildet. Die verbleibenden Seitenteile der Kollektor-Basis-Verbindung werden durch die Grenzen 112 zwischen den Basisseiten. 22 und der epi taxi sehen Schicht 104 gebildet.
Fig.8zeigt entsprechend »ie Mg« 2 das
Dotierungsprofil und zwar gegenüber den gleichen Koordinaten wie in Pig, 2„ DLe Kurve 120 entspricht der Kurve 70 aus Pig« 2. Wie aus Pig« 8 ersichtlich, bedingen,die Teile der Zwischenschicht 102, die in der Nähe der Kollektor-Basis-Verbindung 28 liegen, eine hohe lonenkonzentration von Verunreinigungsatomen. Das Ausmaß der Verschiebung des Ausgleichsbereiches 72 In den Kollektor ist dadurch begrenzt und die Übergangszeit der Minoritätenträger durch die Basis 22 wird dadurch verringert.
In Pig. 9 ist im gleichen Diagramm wie in Pig. 5 die Verschiebung des Ausgleichebereiches in Abhängigkeit von der Stromdichte J aufgetragen und zwar für einen Transistor nach Pig· 6 beziehungsweise 7, wobei wieder davon ausgegangen ist, da die Zwischenschicht 102 durch Diffusion gebildet wurde und dafl Verunreinigungsprofil der Kurve 120 gemäß Fig. 8 entspricht. Die Baeisseitige Grenze 74 verschiebt sich, wie aus Pig· 9 ersichtlich, bei zunehmender Stromdichte gegen die 8>llektor-B&sle-Verblndung 28 und sogar über diese
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hinaus· Die Verschiebung der baeieeeltlgen Grenze 74 ist bei dea Transistor 100 kleiner ale bei des Tranaletor 12 geaäe Fig. 5, bezogen auf gleiche Stromdichte. Die kollektoreeitige Grenze 76 Teraehlebt eich bei zunehmenden Stroadichten dagegen in geringerem Ausmaß ale die Grenze 74* eo daß die Breite dea Aueglelchaberelohee ■it zunehmender Stromdichte abnimmt· Der Kapaxitätewert C* an der Verbindung zwischen der Baaie 22 und der Schicht 102 nimmt nur etwas zu, weil der Verunreinigungegradient in der Schicht 102 in der Hähe dieser Verbindung verhältnlamäeg klein ist. Der Anteil der Kapazität 0.« der durch die Seiten 112 bedingt ist« wird wegen der geringen Dotierung der epitaxiechen Schicht 104 minimal gehalten· Der Gesamtwert der Kapazität C« ist, betrachtet über den ganzen Stromdichtebereich, bei !transistoren nach Pig. und 8 kleiner ale bei einem Translator nach Pig. 1. Durch die geringere Dotierung des Kollektorbereiohee in der Nähe des Iaollerbereiches 10 und dee Widerstandes 50 werden auch die Kapa~ zltätawerte C1 und Cg gegenüber den entsprechenden Werten bei Translatoren nach Figo 1 reduziert.
Sin Transistor 100 nach Pig. 6 und 7 bietet noch weitere Vorzüge. Torachaltungskombinationen erfordern oft eine Ylelzahl von EIngaagetransistoren. Die Kapazität C5 der Kollektor-Basie-Verbindung des unbetriebenen Eingangetransietore begrenzt die Schaltgeschwindigkeiten durch die vorhandenen Ladungen. Bei Translatoren nach FIg* 6 und 7 dagegen let dieser Effekt weitgehend vermieden, weil unbetriebene Transistoren dieser Art praktisch keinen Kollektosv etroo haben und die In Frage stehenden Kapasitätewerte verhältniemäSig klein sind*
Bei Translatoren alt einem verhältnismäßig, kleinem Jteitter und einer verhältniamäBig hohen Bütter-Stromdichte let. der Hauptteil dea gesaeten Kollektorwideretandes bedingt durch den in der Nähe der Kollektor-Basie-Verbindung gelegenen Kollektorbereich· Bei dem Tranaiator 100 erstreckt eich die Zwischenschicht 102 bis zum Kontakt mit der Basis 22, wodurch der Kollektorwiderstand stark verringert wird· Da die kollektoreeitige Qrmnz* 76 des Ausgleichs-
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berelohes 72 nor in kleinerem Auanaö bei hohen Stxosdiohten In den XbllektorbereJLeh hineingeschoben wird9 ersielt oan dort eine hohe Dotierung, nährend die DifiKieioneepaiHrang der Kollektor-Baeie-28 angehoben wird· Durch eine hohe Diffueionsepennung
nird die Tendens dee Traneietore 100 bei hohen Stromdichten sich au sättigen» Terrrlngert, «eil tar Mi no rl ta ten trag erlnjak tion eine gröSere Yorspannung tn der Kollektor*B&8ie*Yerbindung 28 erforderlich ist«
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Claims (1)

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    AK SPRÜCHE
    /Ο Integrierte Schaltung mit einen auf ein Substrat aufgebauten Transistor, bestehend ans einer Basis, in die ein Baitter eine Basis-Bai tter<-7erblndung bildend eingelassen ist und die ihrerseits eine Kollektor-Batale-Verfcindung bildend» in einen Eollelctor eingelassen 1st und Bit einer hochgradig in der !Dotierungeart des Kollektors dotierten Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die hochgradig dotierte Zwischenschicht (102) als !Fell des ia übrigen geringer gradig dotierten Kollektors (20) unmittelbar alt der Basis (22) in Kontakt 1st.
    2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Zwischenschicht (102) sich über die ganze Kollektor-Basis« Verbindung (28) erstreckt«
    3. Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennseichnet, daß ein &u8erer Kollektoraneohlue (58) über einen gut leitenden Pfeiler (108) direkt mit der Zwischenschicht (102) rerbunden ist.
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    4· Schal tang nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Pfeiler (108) hochgradig und gleichartig wie der Kollektor (20) besiehungsweise die Zwischenschicht (102) dotiert ist und nur mit dem Kollektor in Berührung steht.
    5. Schaltung nach Anspruch 1 bis 4» gekennzeichnet durch; einen Schlohtaufbau mit einer oben auf das Substrat (18) aufgetragenen Zwischenschicht (102), die mit einem Teil ihrer Stärke in das Substrat eingelassen ist und auf die eine bis an die Oberfläche (106) der Schaltung ragende Basis (22) aufgebaut, ist, die jedoch an keiner Stelle den Hand der Zwischenschicht (102) erreicht und in die der Eaitter (24) vollständig eingelassen ist, so daß er an keiner Seite den Rand der Basis (22) erreicht und bis zur Oberfläche (106) der Schaltung reicht und daß der zweite Teil des Kollektors die Basis (22) und die Zwischenschicht (102) umgebend bis an die Oberfläche (106) der Schaltung aufgebaut ist und daß Pfeiler (108) für den KollektoranschluS den zweiten Teil der Basis (22) von der Schaltungsoberfläche (106) bis zur Zwischenschicht (102) reichend, durehsetseno
    6. Schaltnng nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat sehwach P*typisch dotiert ist, daß die Zwischenschicht stark N-typisch dotiert ist, aaß der zweite Teil de» Kollektors (20) schwach H-typisch dotiert ist, daß ein Pfeiler (108) für einen KollektoransohluS stark H-typisch dotiert ist, da8 die Basis (22) P-typisch dotiert ist und daß der Boitter (24) H-typisch dotiert ist.
    To Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspruch·, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit äußeren Kontakten (52) versehener Widerstand (14) in den zweiten Teil des Kollektors eingelassen ist.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4049478A (en) * 1971-05-12 1977-09-20 Ibm Corporation Utilization of an arsenic diffused emitter in the fabrication of a high performance semiconductor device
US3891480A (en) * 1973-10-01 1975-06-24 Honeywell Inc Bipolar semiconductor device construction
DE2431813C2 (de) * 1974-07-02 1983-10-20 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zur Bildung einer diffusionshemmenden, vergrabenen Schicht bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements
US4567500A (en) * 1981-12-01 1986-01-28 Rca Corporation Semiconductor structure for protecting integrated circuit devices
GB9013926D0 (en) * 1990-06-22 1990-08-15 Gen Electric Co Plc A vertical pnp transistor
US5182223A (en) * 1990-12-19 1993-01-26 Texas Instruments Incorporated Method of making an integrated circuit with capacitor
US5270223A (en) * 1991-06-28 1993-12-14 Texas Instruments Incorporated Multiple layer wide bandgap collector structure for bipolar transistors
US6894366B2 (en) * 2000-10-10 2005-05-17 Texas Instruments Incorporated Bipolar junction transistor with a counterdoped collector region
JP5048242B2 (ja) * 2005-11-30 2012-10-17 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド 半導体装置及びその製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3341755A (en) * 1964-03-20 1967-09-12 Westinghouse Electric Corp Switching transistor structure and method of making the same
US3473093A (en) * 1965-08-18 1969-10-14 Ibm Semiconductor device having compensated barrier zones between n-p junctions
US3460006A (en) * 1966-02-28 1969-08-05 Westinghouse Electric Corp Semiconductor integrated circuits with improved isolation
US3414783A (en) * 1966-03-14 1968-12-03 Westinghouse Electric Corp Electronic apparatus for high speed transistor switching
US3423650A (en) * 1966-07-01 1969-01-21 Rca Corp Monolithic semiconductor microcircuits with improved means for connecting points of common potential
US3453504A (en) * 1966-08-11 1969-07-01 Siliconix Inc Unipolar transistor
US3449643A (en) * 1966-09-09 1969-06-10 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit device
US3506893A (en) * 1968-06-27 1970-04-14 Ibm Integrated circuits with surface barrier diodes

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DE1937853B2 (de) 1975-07-17
DE1937853C3 (de) 1980-01-03

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