DE2321426A1

DE2321426A1 - Bipolarer transistor in duennschichttechnik

Info

Publication number: DE2321426A1
Application number: DE19732321426
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Goser; Michael Pomper
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-04-27
Filing date: 1973-04-27
Publication date: 1974-11-07
Also published as: DK140818B; JPS5016480A; CA1007762A; LU69932A1; BE814252A; FR2227644B1; DE2321426B2; NL7405683A; DE2321426C3; FR2227644A1; DK140818C; IT1010046B; ATA264574A; GB1433667A; AT331860B; CH567336A5

Description

232H26

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den 27.4.73

Berlin und München Witteisbacherplatz

VPA 73/7058

Bipolarer Transistor in Dünnschicht-Technik

Die Erfindung bezieht sich auf einen bipolaren Transistor mit einem Emitter-, einem Basis- und einem Kollektorbereich in einer Schicht aus Halbleitermaterial auf einem elektrisch isolierenden Substrat, wobei die Basisweite des Transistors durch den Abstand zwischen dem Kollektor- und dem Emitterbereich bestimmt ist.

Bipolare Transistoren in Dünnschicht-Schaltungen sind bekannt. Ein Nachteil solcher Transistoren besteht darin, daß bei einem abseits liegenden Basisanschluß verhältnismäßig hohe Basisbahnwiderstände auftreten und daß bei einem schmalen Basisgebiet bzw. hohen Dotierungen die Durchbruchsspannung niedrig ist.

Ein weiterer Nachteil, der bei Schaltungen in Dünnschicht-Technik auftritt, besteht darin, daß die Grenzschichten zwischen dem isolierenden Substrat und der einkristallinen Siliziumschicht, in der die Transistoren aufgebaut sind, verhältnismäßig schlechte elektrische Eigenschaften aufweisen. In ihr sind viele Störstellen enthalten, so daß in diesen Grenzschichten die mittlere Beweglichkeit der Ladungsträger klein ist und die Rekombinationsrate,groß ist. Daraus resultiert eine verhältnismäßig geringe Stromverstärkung.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen bipolaren Transistor in Dünnschicht-Technik anzugeben, der einen kleineren Basiswiderstand aufweist, als die bipolaren Transistoren des Standes der Technik.

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Diese Aufgabe wird durch einen wie eingangs beschriebenen bipolaren Transistor gelöst, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß sich auf dem Basisbereich der Kollektorbereich befindet und daß räumlich neben dem Emitterbereich der Basisbereich so angeordnet ist, daß der Abstand zwischen einem Basisanschlußbereich und'dem Emitterbereich klein unlunabhängig von der Breite des Transistors ist.

Ein wesentlicher Torteil eines erfindungsgemäßen bipolaren Transistors besteht darin, daß seine Herstellung wesentlich einfacher ist als die Herstellung der bipolaren Transistoren des Standes der Technik.

Vorteilhafterweise werden erfindungsgemäße Transistoren für die Ausgangsstufen von Komplementär-Kanal-Schaltungen auf isolierendem Substrat verwendet, da die Innenwiderstände dieser Transistoren verhältnismäßig klein sind. Solche Transistoren eignen sich daher besonders gut zum Umladen der Leitungskapazitäten bzw. zum Treiben niederer Wellenwiderstände der Leitungen.

YorTteilhafterweise ist bei den erfindungsgemäßen, bipolaren Transistoren der Basisbahnwiderstand unabhängig von der Basisweite.

Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen bipolaren Transistors besteht darin, daß infolge der Vermeidung der Grenzschicht zwischen der Halbleiterschicht und dem isolierenden Substrat als aktive Basiszone kleinere Rekombinationsverluste als bei bekannten bipolaren Transistoren auftreten. Dies hat zur Folge» daß die erfindungsgemäßen Transistoren eine größere Stromverstärkung aufweisen.

Weitere Erläuterungen zur Erfindung und zu deren Ausgestaltungen gehen aus der Beschreibung und den Figuren bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Weiterbildungen hervor.

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Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schaltung mit einem lateralen bipolaren Transistor in Dünnschicht-Technik. - - . "

Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen bipolaren Transistor, wobei der Kollektorbereich vorzugsweise durch Ionenimplantation auf dem Basisbereich erzeugt ist.

Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen bipolaren Transistor, wobei der Kollektor—Basis-Übergang durch einen Schottky-Kontakt gebildet wird.

Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung eine integrierte Schaltung aus einem bipolaren Transistor und einem Feldeffekttransistor.

Figur 5 zeigt das Ersatzschaltbild der Schaltung nach Figur 4.

In der Figur 1 ist eine Schaltung mit einem bekannten lateralen Transistor, beispielsweise vom n-p-n-Typ, dargestellt. Dabei ist beispielsweise auf einem isolierenden Substrat 1 eine Siliziumschicht 4 aufgebracht, in die der η-dotierte Emitterbereich 2, der p-dotierte Basisbereich 3 und der n-dotierte Kollektorbereich 5 eindiffundiert sind. Der Anschluß des Emitterbereichs ist mit 21 und der Anschluß des Kollektorbereichs mit 51 bezeichnet. Der Anschluß des Basisbereichs ist mit 31 bezeichnet. Wegen der geringen Basisweite 32 des Bereichs 3 ist eine Kontaktierung dieses Bereiches nur von der Seite her möglich. Ein Nachteil solcher bekannter bipolarer Transistoren besteht darin-, daß bei diesen Transistoren mit unterschiedlichen Entfernungen zwischen dem seitlichen Basisanschluß 31 und Teilen des aktiven Basisbereiches 41, verhältnismäßig hohe Basisbahnwiderstände auftreten und daß bei einem schmalen Basisgebiet die Kollektor-Emitter-Durchbruchsspannung sehr klein ist.

In der Figur 2 ist ein erfindungsgemäßer bipolarer Transistor

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dargestellt, bei dem vorzugsweise auf einem elektrisch isolierenden Substrat 11 innerhalb einer Halbleiterschicht 10 der Emitterbereich, Kollektorbereich und Basisbereich aufgebracht sind. Vorzugsweise besteht das Substrat 11 aus Saphir oder Spinell. Beispielsweise handelt es sich bei dem Transistor um einen n-p-n-Transistor. Der Emitterbereich 6 ist mit der Anschlußelektrode 61 versehen. Erfindungsgemäß grenzt das p-leitende Basisgebiet 7 über die ganze Breite des Transistors an den Emitterbereich 6. Dabei wird unter "Breite des Transistors" die Ausdehnung des Transistors senkrecht zur Zeichenebene verstanden. An der anderen Seite ist der Basisbereich mit einem stark p-dotierten Gebiet 9 verbunden, das als Basisanschluß dient. Das Gebiet 9 ist mit der Elektrode 91 versehen. Erfindungsgemäß wird durch diese Anordnung erreicht, daß auch bei breiten Transistoren der Basiswiderstand klein ist. Das Kollektorgebiet 8 ist in einem Abstand, der durch das Bezugszeichen engegeben ist, von dem Emittergebiet 6 als η-leitendes Gebiet in dem Bereich 7 angeordnet _t Vorzugsweise ist der Bereich 7 in das Gebiet implantiert. Der Kollektorbereich 8 erstreckt sich etw? einige zehntel /um in den etwa 1 /um dicken Bereich 7. Durch den Abstand -Ί 3 des Kollektorbereichs 8 von dem Emitterbereich wird die Basisweite des Transistors bestimmt. Da die aktive Basiszone in erster Linie in der oberen Hälfte des Bereichs liegt, beeinflussen die schlechten Eigenschaften der Grenzzone zwischen den Halbleiterbereichen 6, 7 und 9 und dem isolierenden Substrat 11 vorteilhafterweise nicht die Eigenschaften des erfindungsgemäßen bipolaren Transistors.

In der Figur 3 ist eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen bipolaren Transistors dargestellt. Bei diesem Transistor handelt es sich beispielsweise um einen p-n-p-Transistor. Auf dem das Substrat 11, das vorzugsweise wieder aus Spinell oder Saphir besteht, ist der stark p-dotierte Emitterbereich 62, der mit der Anschlußelektrode 621 versehen ist, aufgebracht. An diesen Bereich schließt der Basisbereich 72 an. Auf dem Bereich 72_; der η-dotiert ist, ist die Elektrode 721 aufgebracht. Die Elektrode 721 stellt zusammen mit der Oberfläche des Bereiches 72 einen Schottky-Kontakt dar, der als Kollektor dient.

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Der Basisbereich 72 ist mit dem stark η-dotierten Gebiet 92jdas als Basisanschluß dient und mit der Elektrode 921 versehen ist, verbunden. Die Metallelektrode 721, die ein Teil des Schottky-Kontaktes 722 ist, besteht vorzugsweise aus Aluminium. Die Verwendung eines Schottky-Kontaktes als Basis-Kollektor-Übergang ist im Gegensatz zum Basis-Emitter-Übergang möglich, da die vom Emitter injiziertem Ladungsträger von der Raumladungszone des Schottky-Kontaktes aufgefangen werden.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung nach Figur 2 und 3 können auch in der komplementären Art realisiert werden.

In der Figur 4 ist eine Kombination aus einem erfindungsgemäßen bipolaren lateralen Transistor und aus einem MOS-Feldeffekttransistor dargestellt. Figur 5 zeigt das Ersatzschaltbild dieser Schaltung. Dabei ist der Basisstrom des bipolaren Transistors durch den MOS-Transistor steuerbar. In der Figur 4 ist der Emitterbereich des bipolaren Transistors wiederum mit 62, und der Basisbereich mit 72 bezeichnet. Die entsprechenden Metallkontakte auf diesem Bereichen tragen die Bezugszeichen 621 und 721. Der Basisanschlußbereich des bipolaren Transistors ist mit 93 bezeichnet und stellt gleichzeitig den Drain- bzw. Sourcebereich des MOS-Transistors dar. Der Kanalbereich des MOS-Transistors ist mit 94 und der Gatebereich des MOS-Transistors mit 941 bezeichnet. Der durch das Bezugszeichen 95 angegebene Bereich stellt das Source- bzw. Draingebiet des MOS-Transistors dar. Dieses Gebiet ist mit der Anschlußelektrode 951 versehen. Mit dem Bezugszeichen 12 ist der Gateisolator bezeichnet, der vorzugsweise aus Siliziumdioxid besteht.

Bei integrierten Schaltungen in Massiv-Silizium wären normalerweise nur Kombinationen aus bipolaren Transietoren und MOS-Transistoren möglich, bei denen der Kollektorbereich des bipolaren Transistors mit dem Sourcegebiet des MOS-Transistors verbunden ist.

8 Patentansprüche 5 Figuren

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Claims

_ 6 - 232U26

Patentansprüche

Θ- ■
Bipolarer Transistor in Dünnschichtechnik mit einem Emitter-,

einem Basis- und einem Kollektorbereich in einer Schicht aus Halbleitermaterial auf einem elektrisch isolierenden Substrat, wobei die Basisweite des Transistors durch den Abstand zwischen dem Kollektor- und dem Emitterbereich bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet , daß sich auf dem Basisbereich (7t 72) der Köllektorbereich (8, 722) befindet und daß räumlich neben dem Emitterbereich (6, 62) der Basisbereich so angeordnet ist, daß der Abstand zwischen einem Basisanschlußbereich (9, 92) und dem Emitterbereich klein und unabhängig von der Breite des Transistors ist.
2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisbereich (7) auf seiner einen Seite an den Emitterbereich (6) angrenzt und auf der gegenüberliegenden Seite mit einem Basisanschlußbereich (9) verbunden ist und daß zwischen diesen beiden Seiten der Kollektorbereich (8) angeordnet ist.
3. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorbereich durch Ionenimplantation erzeugt ist.
4. Transistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η —τ-zeichnet , daß auf der Oberfläche des Basisbereichs eine Metallelektrode (721) vorgesehen ist, die mit dem Basisbereich einen Schottky-Kontakt (722) bildet.
5. Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat aus Spinell oder Saphir besteht.

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6. Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Halbleiterschicht aus Silizium besteht.
7. Transistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelektrode aus Aluminium und daß die Halbleiterschicht aus Silizium besteht.
8. Transistor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß im Basisanschluß ein MOS-Transistor zur Steuerung des Basiswiderstandes vorgesehen ist. (Fig.4, 5)

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