DE1958992A1

DE1958992A1 - Laterale Transistorstruktur

Info

Publication number: DE1958992A1
Application number: DE19691958992
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl-Phys Blossfeld
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1969-11-25
Filing date: 1969-11-25
Publication date: 1971-06-09
Also published as: FR2068633B1; DE1958992B2; GB1275498A; CH516873A; FR2068633A1

Description

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

, FREIBURG I.B.

Laterale Transistorstruktur

Die Erfindung bezieht sich auf laterale Transistorstrukturen, bei denen der Minoritätenstromfluß parallel zu einer Halbleiteroberfläche zwischen einer Emitterzone und einer Kollektorzone an dieser Halbleiteroberfläche erfolgt. Derartige laterale Transistorstrukturen werden beispielsweise in den Zeitschriften "Solid State Electronics¹¹ (1967) Seiten 225 bis 234 und "Proceedings of the IEEE" (Dezember 1964) Seiten 1491 bis 1495 beschrieben. Die USA-Patentschrift 3 246 214 behandelt das Problem des niederohmigen Anschlusses einer relativ hochohmigen Basiszone eines solchen lateralen Transistors über einen angrenzenden niederohmigen Zonenteil, der als Grundkörper vom Leitfähigkeitstyp der Basiszone ausgebildet sein kann. Nach der deutschen Offenlegungsschrift 1 803 032 kann die laterale Transistorstruktür in einer Halbleiterschicht vom Leitfähigkeitstyp der Basiszone auf einem Grundkörper dazu entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angeordnet werden.

Bei kleinen Kollektorströmen arbeiten laterale Transistorstrukturen an der Halbleiteroberfläche. Die Basisweiten betragen ca. 10 ,um. Durch erhöhte Rekombination an der Halbleiteroberfläche und Channelbildung sind bei kleinen Strömen in der Regel

109824/1582
Di*40

Fl 614 L. Bloßfeld -1

keine B-Werte von größer als 1 bei einem Kollektorstrom von

etwa I '
c

reichen.

etwa I = 100 ,uA und Restströme kleiner als 1 ,uA zu er-

Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, die Stromverstärkungswerte B von lateralen Transistorstrukturen bei kleinen Kollektorströmen I zu erhöhen. Dieses Problem wird

bei einer lateralen Transistorstruktur mit einem Basiszonenteil, der zwischen einer Emitterzone und einer Kollektorzone an eine allen Zonen gemeinsame Halbleiteroberfläche tritt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Basiszonenteil an der Halbleiteroberfläche zwischen der Emitterzone und der Kollektorzone einen hochdotierten Bereich aufweist.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Emitterzone bzw. die Kollektorzone auch in Teilzonen aufzuteilen, welche im einfachsten Falle parallel zu schalten sind. Dies erfolgt nach dem derzeitigen Stand der Technik nach der Anwendung der allgemein bekannten Planartechnologie durch Leitbahnen, welche auf der als Diffusionsmaske verwendeten Isolierschicht verlaufen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, in der

die Fig. 1 in Schrägansicht und ausschnittsweise eine laterale Transistorstruktür nach dem bekannten Stand der Technik;

die Fig. 2 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 eine laterale Transistorstruktur nach der Erfindung?

die Fig. 3 eine schematisierte Transistorstruktur zur Erläuterung der Erfindung und

die Fig. 4 Kurven der Stromverstärkung B=I_C/ * als Funktion

der Kollektorstromstärke I_- betreffen.

109824/1582.

Fl 614 L. Bloßfeld -1

Laterale Transistorstrukturen werden gegenwärtig fast ausschließlich in monolithischen Festkörperschaltungen verwendet. Ihre Herstellung erfolgt daher in enger Anlehnung an die Herstellungsprozesse solcher monolithischen Festkörperschaltungen, welche noch weitere Strukturen von normalen Planartransistoren, Dioden, Widerständen oder pn-Kapazitäten enthalten. Die Herstellung erfolgt gegenwärtig fast ausschließlich durch das bekannte Planardiffusionsverfahren. Die einzelnen Strukturen werden meistens gegeneinander gleichstrommäßig durch pn-übergangsflachen gegeneinander isoliert in einer Epitaxschicht 6 auf einem Grundkörper 7 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bezüglich der Epitaxschicht 6 angeordnet, wie die Figuren und 2 veranschaulichen.

Die Fig. 1 veranschaulicht ausschnittsweise eine laterale Transistorstruktur nach dem bekannten Stand der Technik. Die pn-Obergangsfläche zur gleichstrommäßigen Trennung der lateralen Transistorstruktur von den übrigen Strukturen der Festkörperschaltung wird, wie bei den übrigen Strukturen, durch eine ringförmige Isolierzone 10 vom Leitfähigkeitstyp des Grundkörpers 7 vervollständigt. Dabei entsteht eine von einer pn-Obergangsflache begrenzte Insel, in die die Emitterzone 2 und die Kollektorzone 3 der lateralen Transistorstruktur unter Verwendung einer Oxydschicht 13 als Diffusionsmaske eindiffundiert werden. Da die Basisweite zwischen der Emitterzone 2 und der Kollektorzone 3 im allgemeinen weniger als 10 ,um beträgt, ist eine Kontaktierung der Basiszone zwischen der Emitterzone 2 und der Kollektorzone 3 an der Halbleiteroberfläche praktisch nicht möglich, zumal die zur Verfügung stehende Fläche durch die Basiselektrode 12 und die Kailektorelektrode 11 beansprucht wird. Die Kontaktierung der Basiszone hat daher auf der der Emitterelektrode 2 abgelegenen Seite der Kollektorelektrode 2 zu erfolgen. Zur Verringerung des daraus sich ergebenden relativ

109824/1582

i Ί

Fl 614 L. Bloßfeld -1

hohen Basiszuleitungswiderstandes r_bb* ist an der Grenzfläche 8 zwischen der Halbleiterschicht 6 und dem Grundkörper 7 eine hochdotierte subepitaxial erzeugte Zwischenschicht 9 angeordnet. Die Kontaktierung der Basiszone kann unmittelbar an dieser Zwischenschicht über eine weitere, in den Figuren 1 und 2 nicht gezeigte Kontaktierungszone oder auch am hochdotierten Bereich 1 erfolgen, wenn dieser außerhalb des Teiles der Basiszone zwischen der Emitterzone 2 und der Kollektorzone 3 einen verbreiterten Kontaktierungsteil aufweist.

Nach der Erfindung wird die laterale Trans is tors tr uk tür gemäß der Fig. 1 durch einen hochdotierten Bereich 1 zwischen der Emitterzone 2 und der Kollektorzone 3, welche in Kollektorteilzonen aufgeteilt werden kann, abgewandelt, wie die Fig. 2 veranschaulicht. Bei der Ausführungsform nach der Erfindung gemäß der Fig. 2 berührt der Bereich 1 sowohl die Emitterzone 2 als auch die Kollektorzone 3; zur Verringerung der Raumladungskapazität und der Durchbruchsspannung kann aber ein gewisser Abstand zwischen dem hochdotierten Bereich und den angrenzenden Zonen 2 und 3 im Bedarfs falle belassen werden.

Die Fig. 3 veranschaulicht schematisch die laterale Transistorstruktur nach der Erfindung, welche Struktur als Parallelschaltung zweier Teiltransistoren T. und T_ mit den beiden gemeinsamen Zonen aufgefaßt werden kann* Man kann nachweisen, daß der gesamte Kollektorstrom I »I I⁺^₀₂ annäherungsweise sich aufteilt gemäß

wobei I₁ der über den Kollektorübergang des Teiltransistors T. fließende Kollektorstrom, I , de* über den Teiltransistor T₂ fließende KoIlektprstrom, η die mittlere Dotierungskonzentration des Bereiches I und η die im Innern des Halbleiterkörpers

— 5 —

109824/1582

Fl 614 L. Bloßfeld -1

\ vorhandene Dotierungskonzentration der Basiszone bedeuten. t Durch den hochdotierten Bereich 1 in der Basiszone gemäß dem

Ausführungsbeispiel der Erfindung nach der Fig. 2 wird er- ^! reicht, daß der Teiltransistor T₁ an der Halbleiteroberfläche ί erst etwa bei Kollektorströmen von I > 100 /oA zu arbeiten \ c /

beginnt. Unterhalb von etwa I =100 ,uA arbeitet lediglich J c /

' der Teiltransistor T₂ im Innern des Halbleiterkörpers. Damit

wird die in Fig. 4 dargestellte Stromabhängigkeit der Stromverstärkung B=I /E„ an den Kollektorstrom I erklärlich. Wäh-³ c/ B c

rend bei einer herkömmlichen Transistorstruktur gemäß der Fig. 1 sich eine Stromabhängigkeit gemäß der Kurve 14 in Fig. 4 ergibt,wurden bei lateralen Transistorstrukturen nach der Erfindung gemäß der Fig. 2 Stromabhängigkeiten gemessen, für die die Kurven 15 und 16 zweier Exemplare charakteristisch sind. Es wird angenommen, daß das durch den hochdotierten Bereich 1 erzeugte Driftfeld für Minoritätsladungsträger ins Innere des Halbleiterkörpers einen weiteren Beitrag in Bezug auf eine verminderte Oberflächenrekombination zur Änhebung der. Stromverstärkungen bei kleinen Kollektorströmen liefert. Eine weitere günstige Nebenwirkung des hochdotierten Bereichs 1 besteht in der unterdrückung von Oberflächenchannels, d.h. Oberflächenschichten im Halbleitermaterial vom Leitfähigkeitstyp der Emitter- und Kollektorzone und in der Verringerung des ^rbb·' ^wenn ^^er hochdotierte Bereich 1 an einem Kontaktierungsteil außerhalb des unmittelbar zwischen der Emitterzone 2 und der Kollektorzone 3 liegenden Teils der Basiszone kontaktiert wird.

Die Anwendung der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die in den Figuren eingetragenen Leitfähigkeiten beschränkt. Die Erfindung kann gleichwohl auch auf laterale npn-Transistor-' strukturen angewendet werden.

1098 24/1582

Fl 614 L. Bloßfeld -1

Der Hauptvorteil bei der Anwendung der Erfindung bei monolithischen Pestkörperschaltungen besteht darin, daß die Transistorstrukturen noch bei sehr geringem Strombedarf funktionsfähig sind. Bei bestimmten monolithischen Festkörperschaltungen mit einer größeren Anzahl von Transistorstrukturen ist 'daher zum Betrieb nur eine relativ niedrige Leistung erforderlich. .

109824/1582

Claims

Fl 614 * L. Bloßfeld -1 PATENTANSPRÜCHE

1. Laterale Transistorstruktur mit einem Basiszonenteil, der zwischen einer Emitterzone und einer Kollektorzone an eine allen Zonen gemeinsamen Halbleiteroberfläche tritt, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiszonenteil (5) an der Halbleiteroberfläche (4) zwischen der Emitterzone (2) und der Kollektorzone (3) einen hochdotierten Bereich (1) aufweist.

2. Laterale Transistorstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (1) mindestens eine der Emitterzonen (2) oder Kollektorzonen (3) berührt.

3. Laterale Transistorstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistorstruktur in einer Halbleiterschicht (6) des einen Leitfähigkeitstyps auf einem Grundkörper (7) des anderen Leitfähigkeitstyps angeordnet ist.

4. Laterale Transistorstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Grenzfläche (8) zwischen der Halbleiterschicht (6) und dem Grundkörper (7) eine hochdotierte Zwischenschicht (9) angeordnet ist.

109824/1582