DE2516396C3 - Halbleiterbauelement mit einer Diode - Google Patents

Halbleiterbauelement mit einer Diode

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DE2516396C3 DE19752516396 DE2516396A DE2516396C3 DE 2516396 C3 DE2516396 C3 DE 2516396C3 DE 19752516396 DE19752516396 DE 19752516396 DE 2516396 A DE2516396 A DE 2516396A DE 2516396 C3 DE2516396 C3 DE 2516396C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
In Halbleiterbauelementen, die mehrere Schaltungselemente enthalten (integrierte Schaltungen), ist es üblich, Dioden mit hoher Sperrspannung (> Uebo) als Schaltungselemente durch den Basis-Kollektor-Übergang einer Transistorstruktur zu realisieren. Ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art war bekannt aus Warner und Fordemwalt: Integrated Circuits, New York 1965, Seiten 195—207.
Die Emitterzone der Transistorstruktur kann dabei mit der Basiszone kurzgeschlossen sein.
Solche durch Transistorstrukturen realisierte Dioden sind jedoch im Durchlaßbetrieb stark verlustbehaftet, da sich zwischen der eigentlichen, für die Diodenfunktion ausgenutzten Transistorstruktur und dem Substrat des Halbleiterkörpers ein parasitärer Transistor ausbildet, über den ein Teil des Diodenstrcmes abfließt Dies bedeutet, daß der Kathodenstrom wesentlich kleiner ist als der Anodenstrom.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der durch den parasitären Transistor verursachte Verluststrom so gering wie möglich ist
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Merkmale gelöst.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil ist darin zu sehen, daß es möglich ist, ohne besondere Verfahrensschritte, lediglich durch geeignete Wahl der Geometrie, eine durch den Basis-Kollektor-Übergang einer planaren Transistorstruktur gebildete Diode so auszubilden, daß ihr durch die unvermeidbare parasitäre Transistorstruktur in einem solchen Aufbau verursachter Verluststrom wesentlich geringer wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 das Schaltbild der als Diode betriebenen Transistorstruktur,
F i g. 2 das Schaltbild nach F i g. 1 mit dem, den Verluststrom verursachenden parasitären Ti ansistor,
Fig.3 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Halbleiterbauelement und
Fig.4 eine Draufsicht auf das Halbleiterbauelement nach F i g. 3.
F i g. 1 zeigt das Schaltbild einer als Diode betriebe
nen Transistorstruktur, bei der der Emitter und die Basis parallel geschaltet sind. Der Transistor arbeitet daher invers, d. h. der Emitter wirkt als Kollektor. Bei einer solchen in Planartechnologie praktisch ausgeführten Transistorstruktur zeigt sich nun, daß sich zwischen der eigentlichen, für die Diodenfunktion ausgenutzten Transistorstruktur und dem Substrat des Halbleiterkörpers ein parasitärer Transistor ausbildet, über den ein Teil des Diodenstroms abfließt
Die F i g. 2 zeigt das Schaltbild nach F i g. 1 mit dem den Verluststrom verursachenden parasitären Transistor Tp. Wie sich dieser Figur entnehmen läßt, ist bei der durch den invers betriebenen Transistor T\ gebildeten Diodenstruktur der Anodenstrom Ia nicht gleich dem Kathodenstrom Ik, sondern dieser ist um einen zum Substrat des Halbleiterkörpers abfließenden Verluststrom /^geringer.
Da der Transistor Γι invers betrieben wird, d. h. seine Emitterzone als Kollektor wirkt, führt diese entsprechend der inversen Stromverstärkung Bi einen Teil I1 des Anodenstromes ΙΛ der Diode. Dieser Teil des Anodenstromes wirkt dann nicht mehr als Emitterstrom des parasitären Transistors Tp.
Wie sich leicht einsehen läßt, ist der Strom /, umso größer und damit der Verluststrom /y umso kleiner, je größer die inverse Stromverstärkung Biist
Die F i g 3 und 4 zeigen im Schnitt und in der Draufsicht ein Halbleiterbauelement, das so bemessen ist, daß die inverse Stromverstärkung des Transistors T\ so groß wie möglich und damit der Verluststrom /ystark herabgesetzt ist
Hierbei ist lediglich der Teil des gesamten Halbleiterbauelementes (z. B. einer integrierten Schaltung) dargestellt, der die als Diode betriebene Transistorstruktur enthält.
Der Halbleiterkörper besteht aus einem P-leitenden Substrat 1, auf das eine epitaktische, N-leitende Schicht 2 aufgebracht ist, von der durch eine P-Isolationsdiffusion 3 eine Insel abgeteilt ist Unter dieser Insel befindet sich eine vergrabene, N+-leitende Schicht 4.
Die die Kollektorzone der Transistorstruktur bildende N-leitende Insel 2 ist über eine N+-leitende Kontaktzone 7 kontaktiert. In sie ist eine P-leitende Basiszone eingebracht und in diese eine N-leitende Emitterzone 6. Diese Emitterzone ist so ausgebildet, daß sie in ihrer Mitte einen Teil 5a der Basiszone an die Oberfläche des Halbleiterkörpers treten läßt. Teile der Emitterzone 6 und der Teil 5a sind gemeinsam von einer Metallisierungsschicht 10 bedeckt und so beide Zonen miteinander verbunden. Um nun zu erreichen, daß die inverse Stromverstärkung Bi und damit der Strom /,· so groß wie möglich wird, um so den Verluststrom Iv möglichst stark herabzusetzen, ist die Übergangsfläche zwischen der Emitterzone 6 und der Basiszone 5 so groß wie möglich gewählt. Dies bedeutet, daß das Flächenverhältnis zwischen der Emitterzone 6 und der Basiszone 5 so gewählt ist, daß es sich dem Wert 1 so stark wie möglich nähert. Bei dem in der Fig.3 im Schnitt und in der F i g. 4 in der Draufsicht dargestellten Halbleiterbauelement bedeutet dies, daß der Abstand d zwischen dem Emitter-Basis- und dem Basis-Kollektor-Übergang so gering wie möglich gewählt ist.
Die Oberfläche des Halbleiterkörpers ist mit einer nur schematisch dargestellten Oxidschicht 8 bedeckt, in nr bei dem hier betrachteten Teil des Halbleiterbauelements zwei Öffnungen 8a und Sb freigelassen sind. Über diese Oxidschicht verlaufen Metallbahnen 9 und 10, die das Bauelement kontaktieren. Die Metallbahn 9
3 4
kontaktiert über die öffnung Sa in der Oxidschicht die ments wird erreicht, dall der Verluststrom der Diode nur
Kollektorzone 2 und die Metallbahn 10 über die noch etwa 10% des gesamten Diodenstroms beträgt,
öffnung 86 in der Oxidschicht gleichzeitig die während bei den bekannten Basis-Kollektor-Dioden der
Emitterzone 6 und den Teil Sa der Basiszone 5. Verlustsirom etwa 90% beträgt.
Durch eine solche Ausbildung des Halbleiterbauele- ">
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Halbleiterbauelement mit einer planaren, vertikalen Transistorstruktur auf einem Substrat, die mit parallel geschalteter Emitter- und Basiszone als Diode betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d) an der Oberfläche des Halbleiterkörpers zwischen dem Emitter-Basis-Übergang und dem Basis-Kollektor-Übergang so gering wie möglich gewählt ist, daß die Emitterzone (6) einen an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tretenden Teil (5a) der Basiszone umgibt und die Oberfläche dieses Teils der Basiszone und angrenzende Oberflächenteile der Emitterzone (6) mit einer beide Zonen miteinander verbindenden Kontaktelektrode (10) bedeckt sind.
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