DE2534398A1 - MONOLITHICALLY INTEGRATED SEMI-CONDUCTOR ARRANGEMENT - Google Patents
MONOLITHICALLY INTEGRATED SEMI-CONDUCTOR ARRANGEMENTInfo
- Publication number
- DE2534398A1 DE2534398A1 DE19752534398 DE2534398A DE2534398A1 DE 2534398 A1 DE2534398 A1 DE 2534398A1 DE 19752534398 DE19752534398 DE 19752534398 DE 2534398 A DE2534398 A DE 2534398A DE 2534398 A1 DE2534398 A1 DE 2534398A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- semiconductor
- zone
- transistor
- transistor structure
- component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 53
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 10
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical class [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/0821—Collector regions of bipolar transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
- H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/07—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
- H01L27/0744—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common without components of the field effect type
- H01L27/075—Bipolar transistors in combination with diodes, or capacitors, or resistors, e.g. lateral bipolar transistor, and vertical bipolar transistor and resistor
- H01L27/0755—Vertical bipolar transistor in combination with diodes, or capacitors, or resistors
- H01L27/0761—Vertical bipolar transistor in combination with diodes only
- H01L27/0766—Vertical bipolar transistor in combination with diodes only with Schottky diodes only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
- Static Random-Access Memory (AREA)
Description
Böblingen, den 31. Juli 1975Boeblingen, July 31, 1975
Anmelderin: IBM Deutschland GMBHApplicant: IBM Deutschland GMBH
Pascalstraße 100 7000 Stuttgart 80Pascalstrasse 100 7000 Stuttgart 80
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: GE 975 017Official file number: New registration File number of the applicant: GE 975 017
Monolithisch integrierte Kalbleiteranordnung Monolithically integrated Kalbleiter arrangement
Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte Halbleiteranordnung mit mindestens zwei eine gemeinsame Zone aufweisenden Bauelementen, die eine Transistorstruktur mit einem weiteren Bauelement umfassen, von dem ein im Zusammenwirken mit der Transistorstruktur einen parasitären Thyristor-Effekt verursachender Minoritätsträger-Injektionsstrom ausgehen kann, wobei Maßnahmen vorgesehen sind, die einer unerwünschten Wechselwirkung zwischen den Bauelementen entgegenwirken.The invention relates to a monolithically integrated semiconductor arrangement with at least two components having a common zone, which have a transistor structure with a further Include component, one of which in cooperation with the Transistor structure a minority carrier injection current causing a parasitic thyristor effect, measures are provided which counteract an undesirable interaction between the components.
Mit zunehmender Packungsdichte und mit demzufolge ebenfalls abnehmenden Abständen zwischen den Elementen einer integrierten Halbleiterschaltung wird die Beachtung parasitärer Effekte in solchen Strukturen immer wichtiger. Das ist besonders bei monolithischen Halbleiterschaltungen der Fall, bei denen bekanntermaßen alle Schaltungselemente denselben Verfahrensschritten bei der Herstellung unterworfen werden. Dadurch sind diese Bauelemente in gewisser Weise voneinander abhängig. Man kann z.B. das Ausgangsmaterial und die diversen Prozeßschritte so wählen, daß optimale NPN-Transistoren entstehen, wobei jedoch in Kauf genommen werden muß, daß im allgemeinen diese Wahl dann für die übrigen Bauelemente nicht die günstigste sein wird. In der Praxis wird man deshalb bezüglich der Bauelementeigenschaften KompromisseWith increasing packing density and consequently also decreasing distances between the elements of an integrated In semiconductor circuits, it is becoming more and more important to pay attention to parasitic effects in such structures. This is especially true with monolithic ones Semiconductor circuits are the case in which all circuit elements are known to have the same method steps are subjected to manufacture. As a result, these components are to a certain extent dependent on one another. For example, you can do that Select the starting material and the various process steps in such a way that optimal NPN transistors are produced, although this is accepted must be that in general this choice will not be the most favorable for the other components. In practice it will compromises are therefore made with regard to the component properties
609885/0643609885/0643
anstreben müssen. Dann aber kann man nicht mehr davon ausgehen, daß man einzelne, hinsichtlich ihrer Betriebseigenschaften ideale Bauelemente vor sich hat, sondern muß auch unter dem Aspekt des eingegangenen Kompromisses mit erhöhten, vom Idealzustand abweichenden parasitären Effekten rechnen. An dem Strom-Leitungsvorgang einer in Durchlaßrichtung vorgespannten Schottky-Diode in Form eines Aluminium-Kontaktes auf N-Silizium sind dann aber, um ein bereits in der Fachliteratur beschriebenes Beispiel zu nennen, nicht mehr nur ausschließlich Majoritätsträger beteiligt, sondernmust strive for. But then one can no longer assume that individual ones are ideal in terms of their operating properties Components has in front of him, but must also under the aspect of the compromise made with increased, deviating from the ideal state calculate parasitic effects. On the current conduction process of a forward biased Schottky diode in However, in the form of an aluminum contact on N-silicon, to name an example already described in the specialist literature, no longer only exclusively majority holders involved, but
- zumindest in bestimmten Betriebszuständen - auch in nennenswertem Umfang Minoritätsträger-Injektionsströme zu berücksichtigen.- at least in certain operating states - also in noteworthy conditions Scope of minority carrier injection flows to be taken into account.
Um in Kalbleiteranordnungen der obengenannten gattungsmäßen Art störende Kopplungen zwischen einer gemeinsam integrierten Transistorstruktür sowie einem weiteren Bauelement zu unterdrücken, bieten sich im wesentlichen die folgenden Nachnahmen an:In order to prevent interfering couplings between a jointly integrated one in Kalbleiter arrangements of the generic type mentioned above To suppress the transistor structure and another component, The following cash on delivery are available:
- Vergrößerung des Abstands zwischen NPN-Basis und dem Löcher injizierenden Bauelement auf ein Mehrfaches der Diffusionslänge der Minoritätsträger. Als Nachteil muß dabei ein relativ großer Platzbedarf in Kauf genommen werden, da die Diffusionslänge oft in der gleichen Größenordnung wie die Transistorabmessungen liegt, was insbesondere bei niedrig dotierten Epitaxiegebieten der Fall ist.- Increase the distance between the NPN base and the hole injecting component to a multiple of the diffusion length of the minority carrier. The disadvantage here must be a relatively large Space requirements are accepted, since the diffusion length is often of the same order of magnitude as the transistor dimensions lies, which is the case in particular with low-doped epitaxial regions.
- Zwischen NPN-Basis und dem Löcher injizierenden Bauelement wird eine in Vertiefungen des Halbleiterkörpers untergebrachte Isolationsschicht, z.B. aus Siliziumdioxid, vorgesehen. Das ist jedoch nur möglich, wenn der betreffende Herstellungsprozeß solche (dielektrischen) Isolationszonen vorsieht, was im allgemeinen einen erhöhten Prozeßaufwand bedeutet. Zudem wird auch bei dieser Lösung zusätzliche Halbleiterfläche benötigt.- Between the NPN base and the hole-injecting component, a component is placed in depressions in the semiconductor body Insulation layer, e.g. made of silicon dioxide, is provided. However, this is only possible if the manufacturing process in question is such Provides (dielectric) isolation zones, which generally means an increased outlay on the process. In addition, this is also the case Solution requires additional semiconductor area.
- Zwischen NPN-Basis und dem Löcher injizierenden Bauelement wird ein kollektierendes P-Gebiet vorgesehen, an das ein ge-- A collecting P-area is provided between the NPN base and the hole-injecting component to which a
GE 975 017GE 975 017
(309885/0643(309885/0643
eignetes Potential gelegt wird. Auch hier muß ein erhöhter Platzbedarf in Kauf genommen werden, der regelmäßig höchst unerwünscht ist. Hinsichtlich der !letztgenannten Lösungsmöglichkeit wird zum Stande der Technik die DT-AS 1 809 687 genannt.suitable potential is laid. Here, too, an increased space requirement must be accepted, which is usually highly undesirable is. With regard to the last-mentioned possible solution, DT-AS 1 809 687 is mentioned in relation to the state of the art.
Aufgabe der Erfindung ist es, demgegenüber verbesserte Maßnahmen zur Unterdrückung störender Kopplungen und insbesondere parasitärer Thyristor-Effekte in Halbleiteranordnungen der eingangs genannten Art anzugeben, die bei mindestens gleicher Wirksamkeit wie die bisher bekannt gewordenen Lösungen ohne bzw. mit erheblich reduziertem Mehraufwand an Halbleiterfläche auskommen.In contrast, the object of the invention is to provide improved measures for suppressing disruptive couplings and, in particular, parasitic couplings Specify thyristor effects in semiconductor arrangements of the type mentioned, which are at least as effective how the previously known solutions manage without or with significantly reduced additional expenditure on semiconductor area.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen vor. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet.To solve this problem, the invention provides in the claim 1. Advantageous further developments of the invention are indicated in the subclaims.
Die Erfindung wird im folgen anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with the aid of the drawings.
In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine konventionelle monolithische Halbleiteranordnung dargestellt, die eine NPN-Transistorstruktur enthält, mit der zusammen unter Ausnutzung einer gemeinsamen Zone ein weiteres Bauelement, in diesem Falle eine Schottky-Diode, integriert ist. Auf ein Halbleitersubstrat 1, z.B. aus P-dotiertem Silizium, sei beispielsweise eine schwach N-dotierte Schicht 2, vorzugsweise als Epitaxieschicht aufgebracht. In der gezeigten Darstellung ist ebenfalls noch eine relativ hoch dotierte und an sich bekannte Subkollektorzone 3 vorgesehen. In der Epitaxieschicht 2 sind mittels konventioneller Photolithographie-, Ätz- und Diffusions- bzw. Ionenimplantationsverfahren eine P-dotierte Basiszone 4 und in dieser wiederum eine stark N-dotierte Emitterzone 5 zu einer bekannten Transistorstruktur ausgebildet. Der NPN-Transistor wird demnach durch die aus Kollektorzone wirkende Epitaxieschicht 2 sowie das als Basiszone wirkende Dotierungsgebiet 4 und das entsprechend als Emitterzone wirkende Dotierungsgebiet 5 dargestellt. Mit B bzw. E sind die äußeren An-In Fig. 1 is a cross section through a conventional monolithic Semiconductor arrangement shown, which contains an NPN transistor structure, with which together using a common Zone another component, in this case a Schottky diode, is integrated. On a semiconductor substrate 1, e.g. P-doped silicon, for example, a weakly N-doped layer 2, preferably applied as an epitaxial layer. In In the illustration shown, a relatively highly doped and per se known sub-collector zone 3 is also provided. In of the epitaxial layer 2 are one by means of conventional photolithography, etching and diffusion or ion implantation methods P-doped base zone 4 and in this in turn a heavily N-doped emitter zone 5 formed into a known transistor structure. The NPN transistor is thus acting through the collector zone Epitaxial layer 2 and the doping region 4 acting as the base zone and the doping region correspondingly acting as the emitter zone 5 shown. With B and E are the outer
GE 975 017GE 975 017
Ü09885/0643Ü09885 / 0643
Schlüsse für Basis und Emitter bezeichnet. Benachbart zu diesem Transistor ist in dessen Kollektorzone, nämlich der Epitaxieschicht 2, eine Schottky-Diode in Form eines Metall/Halbleiter-Kontaktes mit dem Metallkontakt 6 ausgebildet. Die Herstellung solcher Schottky-Diöden und insbesondere die jeweilige Materialzusammenstellung eines Metalls und eines Halbleitermaterials ist an sich bekannt und nicht Gegenstand dieser Erfindung. Der gleichrichtende übergang einer solchen Diode entsteht dabei im Bereich der Grenzfläche 7 zwischen dem Metallkontakt 6 und dem jeweiligen Halbleiterbereich. Der eine äußere Anschluß der Schottky-Diode, in diesem Fall der Anodenanschluß, ist mit A bezeichnet. Die zugehörige Kathode wird vom Halbleitermaterial der Epitaxieschicht 2 gebildet.Denoted for base and emitter. Adjacent to this transistor is in its collector zone, namely the epitaxial layer 2, a Schottky diode in the form of a metal / semiconductor contact with the metal contact 6. The production such Schottky dioden and especially the respective material composition a metal and a semiconductor material is known per se and is not the subject of this invention. The rectifying transition of such a diode occurs in the Area of the interface 7 between the metal contact 6 and the respective semiconductor area. The one external connection of the Schottky diode, in this case the anode connection, is labeled A. The associated cathode is made of the semiconductor material the epitaxial layer 2 is formed.
Die in Fig. 1 dargestellte, durchaus übliche monolithische Halbleiteranordnung, von der die Erfindung ausgeht, kann in weiterhin bekannter Weise gegenüber anderen Schaltungsbereichen im gleichen Halbleiterkörper durch (rahmenförmige) Isolationsbereiche unter Ausnutzung gesperrter PN-übergänge und/oder mittels dielektrischer Isolationstechniken isoliert sein, worauf es jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich ankommt. Weiterhin wurden in dieser Darstellung die äußeren Anschlüsse, sowie die Form, die relativen Abstände und die Größenverhältnisse der Dotierungsgebiete zum einfacheren Verständnis lediglich grob schematisch dargestellt. Weil die noch zu erläuternde Erfindung von einer solchen bekannten Struktur ausgeht, seien bereits hier einige typische Material- und Dotierungsangaben gemacht. So kann beispielsweise für den Metallkontakt 6 Aluminium verwendet werden.The very common monolithic semiconductor arrangement shown in FIG. 1, from which the invention proceeds, can in a further known manner compared to other circuit areas in the the same semiconductor body through (frame-shaped) isolation areas using blocked PN junctions and / or by means of dielectric Isolation techniques be isolated, but this is not essential in the context of the present invention. Farther the outer connections, as well as the shape, the relative distances and the proportions of the Doping areas only roughly for easier understanding shown schematically. Because the invention, which is yet to be explained, is based on such a known structure, are already here made some typical material and doping information. So can For example, 6 aluminum can be used for the metal contact.
Die Oberflächen-Dotierungskonzentration der Emitterzone 5 kannThe surface doping concentration of the emitter zone 5 can
2O 192O 19
typisch etwa 4 χ 10 und die der Basiszone 4 etwa 10 Atome pro Volumeneinheit betragen. Die Epitaxieschicht 2 mag etwa eine Dotierungskonzentration von 2 χ 10 Atome pro Volumeneinheit aufweisen. typically about 4 χ 10 and those of the base zone 4 about 10 atoms per volume unit. The epitaxial layer 2 may have a doping concentration of approximately 2 × 10 atoms per unit volume.
Anwendung kann die in Fig. 1 dargestellte Halbleiteranordnung mit einer gemeinsam integrierten Transistor-Dioden-SchaltungThe semiconductor arrangement shown in FIG. 1 with a jointly integrated transistor-diode circuit can be used
GE 975 017GE 975 017
609885/0643609885/0643
beispielsweise im Rahmen einer monolithischen Speicherzellenschaltung finden, wie sie in Fig. 2 teilweise schematisch gezeigt ist. Die dort angedeutete Speicherzellenschaltung ist an sich bekannt und besteht im wesentlichen aus einem Flipflop mit zwei direkt kreuzgekoppelten Transistoren, die beispielsweise emitterseitig miteinander verbunden an eine (nicht dargestellte) erste Auswahlleitung (Wortleitung) angeschlossen sind, und deren kollektorseitige Schaltungsknotenpunkte Nl, N2 einerseits über (nicht dargestellte) Lastelemente an eine Betriebsspannung angeschlossen sein können. Zur Ankopplung einer derartigen Speicherzelle an die weiteren Auswahlleitungen (Bitleitungen) BO, Bl sind die Schottky-Dioden Dl, D2 vorgesehen. Diese Dioden sind in der oben gezeigten Weise jeweils mit einem der normal betriebenen NPN-Transistoren Tl bzw. T2 integriert, so daß die Kollektorzone des NPN-Transistors jeweils mit der Kathode der Schottky-Diode verschmolzen ist. Fig. 1 kann demnach als ein Querschnitt durch eine die Schaltungselemente Dl und Tl realisierende Halbleiteranordnung betrachtet werden.for example in the context of a monolithic memory cell circuit find, as shown in Fig. 2 partially schematically. The memory cell circuit indicated there is known per se and consists essentially of a flip-flop with two directly cross-coupled transistors, for example on the emitter side connected to one another are connected to a (not shown) first selection line (word line), and their collector-side Circuit nodes Nl, N2 connected on the one hand to an operating voltage via load elements (not shown) could be. The Schottky diodes are used to couple such a memory cell to the further selection lines (bit lines) BO, B1 Dl, D2 provided. These diodes are each connected to one of the normally operated NPN transistors in the manner shown above Tl or T2 integrated, so that the collector zone of the NPN transistor is fused to the cathode of the Schottky diode. Fig. 1 can therefore as a cross section through a Circuit elements Dl and Tl realizing semiconductor arrangement are considered.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß eine am Beispiel der Fig. 1 gezeigte Anordnung zu einem (parasitären) Thyristorbzw. SCR-Effekt (silicon controlled rectifier) führen kann, obwohl der Stromfluß der Schottky-Diode vorwiegend aus der Elektroneninjektion in das Metall (6 in Fig. 1) gebildet wird. Bei den im Speicherbetrieb notwendigen hohen Stromdichten in der Diodenstruktur, bedingt durch die Forderung nach einem kleinen Flächenbedarf und hoher Schreibgeschwindigkeit, kann jedoch der Anteil der Löcherinjektion (Minoritätsträger) vom Metall 6 in das N-Gebiet 2 (Kollektorzone des NPN-Transistors) so weit ansteigen, daß ein beträchtlicher Kollektionsstrom an der Basis des NPN-Transistors auftreten kann. Dieser Löcherinjektionsstrom ist in Fig. schematisch mit Pfeilen angedeutet; der genannte Kollektionsstrom an der Basis des NPN-Transistors ist dort mit I ,, bezeichnet.It has been found, however, that an arrangement shown in the example of FIG. SCR effect (silicon controlled rectifier) can result, although the current flow of the Schottky diode mainly from the Electron injection into the metal (6 in Fig. 1) is formed. With the high current densities in the However, the diode structure, due to the requirement for a small area requirement and high writing speed, can The proportion of hole injection (minority carriers) from metal 6 into N-area 2 (collector zone of the NPN transistor) increases so much, that a considerable collection current can appear at the base of the NPN transistor. This hole injection flow is shown in Fig. indicated schematically with arrows; the aforementioned collection stream at the base of the NPN transistor is denoted by I ,, there.
coilcoil
Damit liegt also effektiv ein lateral ausgebildeter PNP-Transistor vor, dessen Emitter das (Schottky-)Metall 6 ist, dessenThus there is effectively a laterally formed PNP transistor before, whose emitter is the (Schottky) metal 6, whose
GE 975 017GE 975 017
609885/0643609885/0643
Basis durch den Kollektor des NPN-Transistors, nämlich die Epitaxie-Schicht 2, und dessen Kollektor durch die Basis des NPN-Transistors, nämlich das N-Dotierungsgebiet 4, gebildet wird. Damit ergibt sich das in Fig. 3 dargestellte elektrische Ersatz schaltbild, das dem eines Halbleiter-Thyristors entspricht.Base through the collector of the NPN transistor, namely the epitaxial layer 2, and the collector of which is formed by the base of the NPN transistor, namely the N-doped region 4. This results in the electrical equivalent circuit shown in Fig. 3, which corresponds to that of a semiconductor thyristor.
Die Einschaltbedingung für den so gebildeten parasitären Thyristor lautet:The switch-on condition for the parasitic thyristor thus formed reads:
ßNPN * 0W > X fÜr 01PNP <K X- ß NPN * 0 W> X for 01 PNP <K X -
Dabei stellen α bzw. β die Stromverstärkungsfaktoren eines in Basis- bzw. Emitterschaltung betriebenen Transistors dar. Bei einem durchaus realistischen Wert von ßNPN = 100 genügt bereits ein außerordentlich geringer Wert apNp > 0,01, um den Thyristor einzuschalten. Im leitenden Zustand wirkt der genannte Thyristor wie ein unerwünschter Kurzschluß zwischen der Schottky-Diode und dem Emitter des benachbarten NPN-Transistors. Verursacht wird dieser Thyristor-Effekt durch Minoritätsträger, die bei hohen Stromdichten von der in Flußrichtung betriebenen Schottky-Diode injiziert und zum Teil von der Basiszone des benachbart angeordneten NPN-Transistors (Fig. 1) kollektiert werden. Für den als Beispiel angenommenen Fall der Verwendung einer solchen Transistor-Dioden-Konfiguration in einer Speicherzellenschaltung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, bedeutet das einen außerordentlich störenden Effekt beim Schreiben der Speicherzelle. Die Aufgabe lautet demnach für diesen Beispielsfall, die Stromverstärkung «««ρ zu unterdrücken, ohne dabei die Transistorfläche und damit die Speicherzellenfläche nennenswert zu vergrößern, damit eine möglichst hohe Packungsdichte der regelmäßig vielen Speicherzellen einer so gebildeten Speicheranordnung beibehalten werden kann.In this case, α and β represent the current amplification factors of a transistor operated in base or emitter circuit. With a perfectly realistic value of β NPN = 100, an extremely low value a pNp > 0.01 is sufficient to switch on the thyristor. In the conductive state, said thyristor acts like an undesirable short circuit between the Schottky diode and the emitter of the neighboring NPN transistor. This thyristor effect is caused by minority carriers, which are injected at high current densities by the Schottky diode operated in the forward direction and partly collected by the base zone of the adjacent NPN transistor (FIG. 1). For the case, assumed as an example, of using such a transistor-diode configuration in a memory cell circuit, as shown in FIG. 2, this means an extremely disruptive effect when writing the memory cell. The task for this example is therefore to suppress the current gain ρ without significantly increasing the transistor area and thus the memory cell area, so that the highest possible packing density of the regularly many memory cells of a memory arrangement formed in this way can be maintained.
GE 975 017GE 975 017
609885/0643609885/0643
In den Fign. 3A und 3B ist in einem Querschnitt und in einer Draufsicht die erfindungsgemäß verbesserte Ausgestaltung der in Fig. 1 dargestellten monolithischen Halbleiteranordnung gezeigt. Soweit diese Darstellungen mit Fig. 1 übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Insbesondere liegt wiederum eine NPN-Transistorstruktur (Zonenfolge 5-4-2) mit einer eine gemeinsame Halbleiterzone aufweisenden, benachbarten Schottky-Diode in Form eines Metall/Halbleiterübergangs (Schichtenfolge 6-2) vor. Zusätzlich zur Darstellung in Fig. 1 ist noch die Möglichkeit einer Isolation der genannten Bauelement-Konfiguration durch eine besonders vorteilhafte kombinierte, nämlich dielektrische/elektrische Isolation angedeutet, die vorzugsweise rahmenförmig angeordnet ist (Fig. 3B). Die dazu vorgesehenen Gebiete bestehen, aus in Vertiefungen des Halbleitermaterials angeordneten Oxidgebieten 30 über den stark P-dotierten GebietenIn FIGS. 3A and 3B is a cross-section and a plan view of the embodiment of FIG. 3 improved according to the invention shown in Fig. 1 shown monolithic semiconductor device. As far as these representations agree with Fig. 1, the same reference numerals are used. In particular, again lies an NPN transistor structure (zone sequence 5-4-2) with an adjacent Schottky diode having a common semiconductor zone in the form of a metal / semiconductor transition (layer sequence 6-2). In addition to the illustration in FIG. 1, there is also the possibility of isolating the component configuration mentioned indicated by a particularly advantageous combined, namely dielectric / electrical insulation, which is preferably Is arranged in a frame (Fig. 3B). The areas provided for this purpose consist of depressions in the semiconductor material arranged oxide regions 30 over the heavily P-doped regions
Erfindungsgemäß ist nun in der den beiden miteinander integrierten Bauelemente (hier Transistor, Schottky-Diode) gemeinsamen Halbleiterzone 2 zwischen der Basiszone 4 des NPN-Transistors und dem Gebiet, in dem die Schottky-Diode realisiert ist, ein gegenüber der gemeinsamen (Kollektor-)Zone höher dotiertes Gebiet 32 vom gleichen Leitfähigkeitstyp angeordnet, das gleichzeitig das ohnehin erforderliche Anschlußgebiet dieser Halbleiterzone darstellt. Dieses Trenn- und Anschlußgebiet kann mittels bekannter Diffusions- oder Ionenimplantationsverfahren eingebracht werden. Ferner kann es vorteilhafterweise gemeinsam mit der Ausbildung der Emitterzone(n) 5 oder anderen gleich oder ähnlich dotierten Gebieten auf dem Halbleiterplättchen hergestellt werden. Wie in Fig. 3A in unterbrochenen Linien angedeutet ist, kann das Trenn- und Anschlußgebiet 32 jedoch auch mit größerer Tiefenerstreckung ggf. bis zum Aufsetzen auf den etwaig vorgesehenen Subkollektor 3 vorgesehen werden. Für eine derartige Struktur ist festgestellt worden, daß ein solches Gebiet 32 äußerst wirksam als ariere für die lateral vom Schottky-Kontakt her diffundierenden Minoritatsträger (Löcher) verwendet werden kann und damit den oben geschilderten parasitären Thyristor-Effekt in einer solchen bzw. damit ähn-According to the invention, the two are now integrated with one another Components (here transistor, Schottky diode) common semiconductor zone 2 between the base zone 4 of the NPN transistor and the area in which the Schottky diode is implemented, one higher than the common (collector) zone doped area 32 of the same conductivity type is arranged, which at the same time is the connection area of this which is required anyway Represents semiconductor zone. This separation and connection area can be made by means of known diffusion or ion implantation processes be introduced. Furthermore, it can advantageously be used together with the formation of the emitter zone (s) 5 or others identically or similarly doped regions are produced on the semiconductor wafer. As in Fig. 3A in broken lines is indicated, the separating and connecting area 32 can, however, also with a greater depth extension, if necessary up to the touchdown be provided on the possibly provided sub-collector 3. For such a structure it has been found that a Such an area 32 extremely effective as an artery for the minority carriers (holes) diffusing laterally from the Schottky contact can be used and thus the above-described parasitic thyristor effect in such or similar
GE 975 017GE 975 017
Ü09885/0643Ü09885 / 0643
lichen Struktur ausgezeichnet unterdrückt. Der laterale N+/N-übergang zwischen der Epitaxieschicht 2 und dem Trenn- und Anschlußgebiet 32 entwickelt ein Gegenfeld für die Löcher, die damit zum großen Teil reflektiert werden. Diese Wirkungsweise ist in Fig. 3A schematisch mit Pfeilen angedeutet.structure is excellently suppressed. The lateral N + / N transition an opposing field for the holes develops between the epitaxial layer 2 and the separating and connecting area 32, which are largely reflected in this. This mode of operation is indicated schematically with arrows in FIG. 3A.
Zur Illustration dieser Barrierenwirkung hinsichtlich der Minoritätsträger 1st in Fig. 4A noch einmal aus der in Fig. 3A gezeigten Anordnung der Bereich zwischen der Transistor-Basiszone 4 und der Schottky-Diode vergrößert dargestellt. Die Anordnung nach Fig. 4A ist gegenüber Fig. 3A um eine senkrechte Achse gespiegelt, damit die x-Koordinatenrichtung mit dem zugehörigen Diagramm von Fig. 4B übereinstimmt. Dieses Diagramm zeigt qualitativ die Minoritätsträgerkonzentration ρ(χ) im N-Gebiet 2 zwischen dem Schottky-Kontakt (Metall 6) und der Basiszone 4 des NPN-Transistors. Der mit (a) bezeichnete Konzentrationsverlauf ergibt sich dabei unter der Annahme, daß kein Trenn- und Anschlußgebiet 32 vorliegt, wohingegen der in unterbrochenen Linien dargestellte Verlauf (b) bei Einfügung eines solchen Gebietes nach der Erfindung erzielt wird.To illustrate this barrier effect with regard to the minority carriers, FIG. 4A is again based on that in FIG. 3A The arrangement shown, the area between the transistor base zone 4 and the Schottky diode is shown enlarged. The order 4A is mirrored about a vertical axis compared to FIG. 3A, so that the x-coordinate direction with the associated Corresponds to the diagram of FIG. 4B. This diagram shows qualitatively the minority carrier concentration ρ (χ) im N-area 2 between the Schottky contact (metal 6) and the base zone 4 of the NPN transistor. The one marked (a) The course of the concentration results from the assumption that there is no separation and connection area 32, whereas this is the case the course (b) shown in broken lines is achieved with the insertion of such an area according to the invention will.
Es ist weiter festzustellen, daß der Löcherstrom zur Basis und damit der zu unterdrückende parasitäre Strom I propor-It should also be noted that the hole current to the base and thus the parasitic current I to be suppressed is proportional to
tional zum Minoritäts-Ladungsträgergefalle dp/dx ist (Diffusionsgesetz) . Diese Beziehung ist in Fig. 4B ebenfalls festgehalten. Dort wo ein Übergang von einer Dotierung zur anderen vorliegt (z.B. an den Rändern des N+Gebietes 32), ändert sich die Minoritätsträgerkonzentration ρ entsprechend den Dotierungsverhältnissen nach der Beziehung tional to the minority charge carrier gradient dp / dx (law of diffusion) . This relationship is also shown in Fig. 4B. There where there is a transition from one doping to another is present (e.g. at the edges of the N + region 32), the minority carrier concentration ρ changes according to the doping ratios according to the relationship
P1ZP2 = N2/Nl* P 1 ZP 2 = N 2 / N l *
Diese Beziehung ergibt sich aus dem Boltzmannschen-Gesetz. Mit · N bzw. N2 sind jeweils die Dotierungskonzentrationen, d.h. die Anzahl Dotierungsatome pro Volumeneinheit in den beteiligtenThis relationship results from Boltzmann's law. With · N and N 2 , respectively, are the doping concentrations, ie the number of doping atoms per unit volume in the involved
GE 975 017GE 975 017
6Ü9885/06A36Ü9885 / 06A3
Gebieten bezeichnet. Die Kontinuität des Stromes verlangt, daß dp/dx in allen Gebieten gleich ist. Bei dieser Betrachtung ist der Einfluß der Rekombination vernachlässigt; deren Berücksichtigung würde zudem die Zweckmäßigkeit der erfindungsgemäßen Maßnahme noch stärker hervorheben. Aus dem oben Ausgeführten ergibt sich, daß insgesamt das Verhältnis dp/dx bzw. die Neigung des Konzentrationsverlaufs und damit der Strom I beim Durchlaufen der N+ Barriere in Form des Dotierungsgebietes 32 geringer wird, was aus der Darstellung von Fig. 4B sehr gut deutlich wird. Der Grund dafür ist, daß im N+ Gebiet ein relativ stärkerer Abfall der Minoritätsträger-Konzentration bei vorgegebenem dp/dx als im N-Gebiet (Epitaxieschicht 2) stattfinden muß, weil im N+ Gebiet die p-Konzentration absolut geringer ist.Designated areas. The continuity of the current requires that dp / dx be the same in all areas. With this consideration is the influence of recombination neglected; their consideration would also emphasize the usefulness of the measure according to the invention even more. From the above results that overall the ratio dp / dx or the inclination of the concentration profile and thus the current I when passing through the N + barrier in the form of the doping region 32 becomes smaller, which is very clear from the illustration of FIG. 4B. Of the The reason for this is that in the N + region there is a relatively greater decrease in the minority carrier concentration at a given dp / dx than must take place in the N region (epitaxial layer 2) because the p concentration is absolutely lower in the N + region.
Zusammenfassend läßt sich demnach feststellen, daß bei dem behandelten Ausführungsbeispiel ohne Mehraufwand an Halbleiterfläche und damit an für die Speicherzelle erforderlichem Platz der beschriebene parasitäre Thyristor-Effekt durch das Zwischenlegen des Kollektor-Anschlußgebietes wirksam unterdrückt wird. Die Erfindung ist natürlich nicht begrenzt auf zwei gemeinsam integrierte Elemente, sondern es können in besonders für die monolithische Integrationstechnik üblicher Weise mehrere Elemente und Schaltungsstrukturen miteinander eine gemeinsame Halbleiterzone teilen, wobei zur Unterbindung der parasitären Minoritätsträgerströme in deren zu erwartende Bahn das für diese gemeinsame Zone ohnehin notwendige Dotierungsgebiet vom gleichen Leitfähigkeitstyp mit lediglich erhöhter Dotierung als Anschluß- und Trenngebiet vorzusehen ist.In summary, it can therefore be stated that the treated Embodiment without additional expenditure in terms of semiconductor area and thus of space required for the memory cell the described parasitic thyristor effect is effectively suppressed by the interposition of the collector connection area. The invention is of course not limited to two jointly integrated elements, but it can be used in particular for monolithic integration technology usually several elements and circuit structures with each other a common Divide the semiconductor zone, in order to prevent the parasitic minority carrier currents in their expected path for this common zone anyway necessary doping area of the same conductivity type with only increased doping is to be provided as a connection and separation area.
Die in der Erfindung behandelte Problematik sowie die Lösungsmaßnahmen sind weiterhin nicht beschränkt auf in dem obigen Ausführungsbeispiel beschriebene injizierende Schottky-Dioden. Vielmehr bezieht sich die Erfindung allgemein auf die Integration einer bipolaren, vorzugsweise NPN-Transistorstruktur mit anderen unter Ausnützung zumindest einer gemeinsamen Halbleiterzone vor-The problems dealt with in the invention and the solution measures are furthermore not limited to in the above exemplary embodiment injecting Schottky diodes. Rather, the invention relates generally to integration a bipolar, preferably NPN transistor structure with others using at least one common semiconductor zone.
GE 975 017GE 975 017
609885/0643609885/0643
gesehenen Löcher bzw. Minoritätsträger injizierenden Bauelementen unter Vermeidung von parasitären SCR- bzw. Thyristor-Effekten. Solche weiteren Bauelemente dieser Art können sein:seen holes or minority carrier injecting components while avoiding parasitic SCR or thyristor effects. Such other components of this type can be:
- PN-Diode(n)- PN diode (s)
- NPN-Transistor(en) im Sättigungsbetrieb- NPN transistor (s) in saturation mode
- NPN-Transistor(en) im Inversbetrieb (i.Ggs. zum Normalbetrieb - NPN transistor (s) in inverse operation (generally for normal operation
- PNP-Transistor(en)- PNP transistor (s)
- Bauelemente, die primär Majoritätsträgerströme führen, bei hohen Stromdichten aber entarten und einen zwar kleinen, aber hinsichtlich parasitärer Effekte nicht mehr vernachlässigbaren Minoritätsträgerstrom führen, wozu auch die im Ausführungsbeispiel zugrundegelegte Schottky-Diode zu zählen wäre.- Components that primarily carry majority carrier currents, but degenerate at high current densities, and one lead minority carrier currents that are small but no longer negligible in terms of parasitic effects, which would also include the Schottky diode on which the exemplary embodiment is based.
Schließlich ist noch festzustellen, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen ihre Bedeutung und Wirksamkeit auch bei Umkehr der jeweiligen Leitfähigkeitstypen und entsprechender Berücksichtigung der damit zusammenhängenden physikalischen und elektrischen (Betriebs-)Parameter behalten.Finally, it should be noted that the measures according to the invention their meaning and effectiveness even when reversed respective conductivity types and corresponding consideration of the associated physical and electrical Keep (operating) parameters.
GE 975 017GE 975 017
809885/0643809885/0643
Claims (11)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752534398 DE2534398A1 (en) | 1975-08-01 | 1975-08-01 | MONOLITHICALLY INTEGRATED SEMI-CONDUCTOR ARRANGEMENT |
FR7619834A FR2319977A1 (en) | 1975-08-01 | 1976-06-24 | Monolithically integrated semiconductor device - integrates bipolar pref. NPN transistor structure with others using gaps in at least one common transistor zone |
JP51085687A JPS5232285A (en) | 1975-08-01 | 1976-07-20 | Monolithic semiconductor device |
US05/801,433 UST969010I4 (en) | 1975-08-01 | 1977-05-20 | Monolithically integrated semiconductor structure containing at least two devices in a common zone and technique for preventing parasitic transistor action |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752534398 DE2534398A1 (en) | 1975-08-01 | 1975-08-01 | MONOLITHICALLY INTEGRATED SEMI-CONDUCTOR ARRANGEMENT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2534398A1 true DE2534398A1 (en) | 1977-02-03 |
Family
ID=5952996
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19752534398 Pending DE2534398A1 (en) | 1975-08-01 | 1975-08-01 | MONOLITHICALLY INTEGRATED SEMI-CONDUCTOR ARRANGEMENT |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5232285A (en) |
DE (1) | DE2534398A1 (en) |
FR (1) | FR2319977A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62134264A (en) * | 1985-12-06 | 1987-06-17 | Dainippon Printing Co Ltd | Method for supplying ink to gravure plate cylinder |
JP2565230B2 (en) * | 1987-04-30 | 1996-12-18 | ソニー株式会社 | Printing method |
-
1975
- 1975-08-01 DE DE19752534398 patent/DE2534398A1/en active Pending
-
1976
- 1976-06-24 FR FR7619834A patent/FR2319977A1/en not_active Withdrawn
- 1976-07-20 JP JP51085687A patent/JPS5232285A/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2319977A1 (en) | 1977-02-25 |
JPS5232285A (en) | 1977-03-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2512737C2 (en) | Semiconductor component with an integrated logic circuit | |
DE10250575B4 (en) | IGBT with monolithically integrated antiparallel diode | |
DE4013643A1 (en) | BIPOLAR TRANSISTOR WITH INSULATED CONTROL ELECTRODE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF | |
DE3806164C2 (en) | ||
DE1965340A1 (en) | Schottky diode | |
DE1539079A1 (en) | Planar transistor | |
DE4026121B4 (en) | Conductivity modulated MOSFET | |
DE202015105413U1 (en) | Integrated, floating diode structure | |
DE69930715T2 (en) | Electronic semiconductor power with integrated diode | |
EP1157425B1 (en) | Igbt with pn insulation | |
DE3142644C2 (en) | Semiconductor arrangement with a bipolar transistor and diode arranged in a semiconductor body | |
DE2030917A1 (en) | Semiconductor device | |
DE3148323A1 (en) | SEMICONDUCTOR CIRCUIT | |
DE3787763T2 (en) | Compound semiconductor device. | |
DE69131390T2 (en) | Process for producing a buried drain or collector zone for monolithic semiconductor devices | |
DE2604735A1 (en) | INTEGRATED SEMI-CONDUCTOR COMPONENT | |
DE1937853C3 (en) | Integrated circuit | |
DE3010986A1 (en) | INTEGRATED SEMICONDUCTOR CIRCUIT | |
DE102020000633A1 (en) | ELECTRONIC DEVICE WITH A SEMICONDUCTOR BODY OR INSULATION STRUCTURE IN A TRENCH | |
DE102019219310A1 (en) | Semiconductor device | |
DE4143209A1 (en) | INTEGRATED CIRCUIT | |
DE2534398A1 (en) | MONOLITHICALLY INTEGRATED SEMI-CONDUCTOR ARRANGEMENT | |
DE2428881A1 (en) | SEMI-CONDUCTOR STRUCTURE | |
DE2454561A1 (en) | SEMI-CONDUCTOR DEVICE | |
DE2733615A1 (en) | Integrated semiconductor with diode-resistor configuration - has pinch resistor with pinch doped region greater than cross=section of residual resistor doped region |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OHN | Withdrawal |