DE2560577C2 - Injection semiconductor integrated circuit arrangement - Google Patents
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Description
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
h) der erste Bereich (25) als Trennbereich dienend in der Halblelterschlcht (12) giuerförmig ausgebildet ist undh) the first area (25) serving as a separation area in the half-liner (12) is belt-shaped is and
i) der zweite Bereich (14) und ein ohm'scher Kontaktbereich (16) jeweils in jedem der Halbleiterabschnitte (12a), die durch eine Gitteröffnung des In der Halbleiterschicht (12) giuerförmig ausgebildeten ersten Bereichs (25) definiert sind, ausgebildet sind.i) the second area (14) and an ohmic contact area (16) in each of the semiconductor sections (12a), which is belt-shaped through a lattice opening of the semiconductor layer (12) formed first region (25) are defined, are formed.
2. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch2. Semiconductor circuit arrangement according to claim
1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ladungsträger abblockender Bereich (28) die Halbleiterschicht (12) bis zu dem Halbleitersubstrat (11) durchdringt und um die Halbleiterschicht (12) herum angeordnet ist.1, characterized in that a charge carrier blocking area (28) the semiconductor layer (12) penetrates up to the semiconductor substrate (11) and is arranged around the semiconductor layer (12).
3. Haiblelterschaltungsanordnung nach Anspruch3. Halley circuit arrangement according to claim
2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Ladungsträger abblockenden Bereich (28) eine Isolationsschicht (29) ausgebildet 1st.2, characterized in that there is an insulating layer on the charge carrier blocking area (28) (29) trained 1st.
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Die Erfindung betrifft eine integrierte Injektions-(IJL-) Halbleiterschaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. ft5 The invention relates to an integrated injection (I J L) semiconductor circuit arrangement according to the preamble of claim 1. ft5
Eine derartige ^L-Halblelterschaltungsanordnung ist Gegenstand des älteren Patents DE-PS 25 12 737. Bei dieser 1!L-Halblelterschaltungsanordnung bestehen die Trennbereiche aus stark dotierten Halbleiterzonen von zum Leitungstyp der Halbleiterschicht entgegengesetzten Leitungstyp oder aus Gräben, die in die Halbleiterschicht eingeätzt sind.Such a ^ L-semiconductor circuit arrangement is the subject of the earlier patent DE-PS 25 12 737. In this 1 ! In the L-semiconductor circuit arrangement, the separating regions consist of heavily doped semiconductor zones of the opposite conductivity type to the conductivity type of the semiconductor layer or of trenches which are etched into the semiconductor layer.
^L-Halbleiterschaltungsanordnungen können bekanntlich mit größerer Ausbeute und höherer Integrationsdichte als TTL-Halbleiterschaltungsanordnungen hergestellt werden (TTL = Transistor-Transistot-Logik). Allgemein sind solche I2L-Halbleiterschaltungsarhj.rdnungen, z. B. aus »Valvo-Berichte«, Band XVIIl (1974), Heft 1/2, Seiten 215 bis 226, bekannt.It is known that L-semiconductor circuit arrangements can be produced with a higher yield and higher integration density than TTL semiconductor circuit arrangements (TTL = transistor-transistor-dead logic). In general, such I 2 L semiconductor circuit assemblies, e.g. B. from "Valvo reports", Volume XVIII (1974), Issue 1/2, pages 215 to 226, known.
Die PL-Halbleiterschaltungsanordnungen umfassen einen Schalttransistor und einen lateralen Transistor, der Miaoritätsladungsträger in den Basisbereich des Schalttransistors einleitet.The PL semiconductor circuit arrangements include a switching transistor and a lateral transistor, the Introducing minority charge carriers into the base region of the switching transistor.
Bei einer üblichen ^L-Halblelterschaltungsanordnung ist eine N-leitende epitaktische Halbleiterschicht auf ein Halbleitersubstrat mit einem vorgegebenen Leitungstyp aufgewachsen. Als P-leitender Dotierstoff wird Bor in die N-leitende Halbleiterschicht mit einer Konzentration von i0" bis 10" Atome/cm3 eindiffundiert, urn so einen ersten und einen zweiten P-leitenden Bereich als Kollektor bzw. Emitter zu schaffen. Als N-leitender Dotierstoff wird Phosphor In den ersten P-leitenden Bereich eindiffundiert, und zwar mit einer Konzentration von 10" bis 102' Atome/cm', um so einen N-Ieitenden Bereich auszubilden.In a conventional L semiconductor circuit arrangement, an N-type epitaxial semiconductor layer is grown on a semiconductor substrate with a predetermined conductivity type. As a P-conducting dopant, boron is diffused into the N-conducting semiconductor layer at a concentration of 10 "to 10" atoms / cm 3 in order to create a first and a second P-conducting area as a collector and emitter, respectively. As an N-conductive dopant, phosphorus is diffused into the first P-conductive region, to be precise with a concentration of 10 "to 10 2 'atoms / cm', so as to form an N-conductive region.
Eine I2L-Halbleiterschaltungsanordnung mit diesem Aufbau umfaßt einen lateralen Transistor aus dem zweiten P-Ieltenden Bereich als Emitter, der N-Ieitenden Halbleiterschicht als Basis und dem ersten P-leitenden Bereich als Kollektor und des weiteren einen vertikalen Transistor aus der N-leitenden Halblelterschlcht als Emitter, dem ersten P-leitenden Bereich als Basis und dem N-leltenden Bereich als Kollektor.An I 2 L semiconductor circuit arrangement with this structure comprises a lateral transistor from the second P-conductive region as emitter, the N-conductive semiconductor layer as base and the first P-conductive region as collector and also a vertical transistor from the N-conductive Half-conductor area as the emitter, the first P-conducting area as the base and the N-conducting area as the collector.
Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine I L-Halbleiterschaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, bei der bei hohem Wirkungsgrad die einzelnen Schaltka'.fslemente mit einfachen Mitteln elektrisch zuverlässig voneinander trennbar sind.The invention is based on the object of an IL semiconductor circuit arrangement to create according to the preamble of claim 1, in the case of high Efficiency of the individual Schaltka'.fslemente with simple means can be reliably separated electrically from one another.
Diese Aufgabe wird bei einer I2L-Halblelterschaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches I erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention in an I 2 L semiconductor circuit arrangement according to the preamble of claim I by the features contained in the characterizing part thereof.
Bei der Erfindung wirkt also der erste Bereich gleichzeltig als Trennbereich und als Basis eines lateralen Transistors, wodurch eine einfache elektrische Trennung der die I2L-Halbleiterschaltungsanordnung bildenden Schaltkreiselemente erreicht wird. Hierzu wird der erste Bereich mit demselben Leitungstyp wie die Halbleiterschicht gitterförmlg in der I2L-Halbleiterschaltungsanordnung ausgebildet, um so die Integration von einer Vielzahl von Schaltkreiselementen zu erleichtern.In the invention, the first region thus acts simultaneously as a separating region and as the base of a lateral transistor, as a result of which simple electrical separation of the circuit elements forming the I 2 L semiconductor circuit arrangement is achieved. For this purpose, the first region is formed with the same conductivity type as the semiconductor layer in the form of a grid in the I 2 L semiconductor circuit arrangement in order to facilitate the integration of a large number of circuit elements.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 und 3.Advantageous further developments of the invention emerge from patent claims 2 and 3.
So 1st bei einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein Ladungsträger abblockener Bereich um eine I!L-Halbleiterschaltungsanordnung herum vorgesehen, welche von einer Vielzahl von integrierten I2L-Schalikrelselementen gebildet wird, um zu verhindern, daß Ladungsträger an die Außenseite verlorengehen.Thus, in a further advantageous embodiment of the invention, a charge carrier blocking area is around an I ! L-semiconductor circuit arrangement is provided around, which is formed by a plurality of integrated I 2 L-Schalikrelselemente in order to prevent charge carriers from being lost to the outside.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben: Darin zeigtExemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the drawing:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Auslührungsform der Erfindung, in welcher eine Vielzahl von I!L-Schaltkreiselementen auf demselben Substrat integriert sind; undFig. 1 is a perspective view of an embodiment of the invention, in which a plurality of I ! L-circuit elements are integrated on the same substrate; and
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die I2L-Ilalbleiterschaltungsanordnung von einem Ladungsträger abblockenden Bereich umgeben ist und in welcher eine Vielzahl von I2L-5chaltkreiselementen integriert sind.2 shows a perspective view of a further embodiment of the invention, in which the I 2 L semiconductor circuit arrangement is surrounded by an area which blocks charge carriers and in which a multiplicity of I 2 L circuit elements are integrated.
Gemäß Fig. 1 ist ein N-leitendes Halbleitersubstrat 11 von einer P-leitenden Halbleiterschicht 12 überlagert. Die Halbleiterschicht 12 ist eine auf das N-leitende Halbleitersubstrat 1 ϊ aufgedampfte epitaktische Schicht, welche eine Dotierstoffkonzentration von 1014 bis 10" Atome/cm' und eine Dicke von 2 bis 3 μπι aufweist und mit Bor dotiert ist, um P~-Leltfähigkeii zu erzeugen. Ein Bereich 14 (zweiter Bereich) wird durch Eindiffusion von Phosphor ausgebildet, um in der P"-leitenden Halbleiterschicht 12 N-Leitfähigkeit mit einer Konzentration von ΙΟ"1 bis 10'" bzw. von 10" bis 1020 Atome/cm! zu erzeugen. According to FIG. 1, an N-conducting semiconductor substrate 11 is overlaid by a P-conducting semiconductor layer 12. The semiconductor layer 12 is an epitaxial layer vapor-deposited onto the N-conductive semiconductor substrate 1 ϊ, which has a dopant concentration of 10 14 to 10 "atoms / cm 'and a thickness of 2 to 3 μm and is doped with boron to give P ~ conductivity A region 14 (second region) is formed by diffusing phosphorus in order to achieve N conductivity in the P "-conducting semiconductor layer 12 with a concentration of ΙΟ" 1 to 10 '"or from 10" to 10 20 atoms / cm !
Ein ohmscher P*-Ieitender Kontaktbereich 16 ist in der P -leitenden Halbleiterschicht 12 durch thermische Diffusion von Bor bei einer oxidierenden Hochtemperatur-Atmosphäre von iö5(r C bis zu einer Tiefe von ί bis 2 μπι hergestellt.An ohmic P * conductive contact area 16 is in the P -conducting semiconductor layer 12 by thermal diffusion of boron in an oxidizing high-temperature atmosphere from iö5 (r C to a depth of ί to 2 μπι made.
Auf den N-leitenden Bereich 14 und auf den Kontaktbereich 16 ist Aluminium aufgedampft, welches durch Öffnungen in einer Isolationsschicht aus SiO2 reicht, um so Elektroden zu schaffen.On the N-conductive area 14 and on the contact area 16, aluminum is vapor-deposited, which extends through openings in an insulating layer made of SiO 2 in order to create electrodes.
Das I2L-Schaltkreiselement umfaßt einen lateralen PNP-Transistor LTr und einen vertikalen NPN-Transistor ITr. Bei dem Transistor VTr wird der Emitter von dem N-leitenden Halbleitersubstrat 11. die Basis von der P-leitenden Halbleiterschicht 12 und der Kollektor von dem zweiten N-leitenden Bereich 14 gebildet.The I 2 L circuit element comprises a lateral PNP transistor LTr and a vertical NPN transistor ITr. In the case of the transistor VTr , the emitter is formed by the N-conducting semiconductor substrate 11, the base by the P-conducting semiconductor layer 12 and the collector by the second N-conducting region 14.
In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1 sind nun eine Vielzahl von I2L-Schaltkreisclementen gezeigt, welche auf demselben Substrat 11 integriert sind. Hierzu ist in der P--le!tenden Halbleiterschicht 12 ein gitterförmiger N-ieitender Bereich 25 (erster Bereich) ausgebildet, der bis zu dem darunterliegenden N-leitenden Halbleitersubstrat 11 reicht. In diesem gitterrormigen N-leitenden Bereich 25 ist ein gilierförniiger P-Ieitender Bereich 26 (dritter Bereich) ausgebildet. Die P"-leitende Halblelterschich: 12 wird durch diesen gitterförmigen ersten N-leitenden Bereich 25 in eine Vielzahl von Abschnitten 12a unterteilt, wobei in jedem dieser Abschnitte 12a der N-leltende Bereich 14 und der P-leitende Kontaktbereich 16 ausgebildet ist.In the present embodiment of the invention according to FIG. 1, a multiplicity of I 2 L circuit elements are now shown, which are integrated on the same substrate 11. For this purpose, a grid-shaped N-conductive region 25 (first region) is formed in the P-leading semiconductor layer 12, which extends as far as the N-conductive semiconductor substrate 11 below. In this grid-shaped N-conductive area 25, a gilier-shaped P-conductive area 26 (third area) is formed. The P "-conducting half-liner layer: 12 is subdivided into a plurality of sections 12a by this lattice-shaped first N-conductive area 25, the N-conductive area 14 and the P-conductive contact area 16 being formed in each of these sections 12a.
Bei der 12L-Halbleiterschaltungsanordnung gtmäß Fig. 1 ist ein 12L-Schaltkreiselement 27 durch gestrichelte Linien dargestellt. Jedes I2L-Schaltkreiselement 27 ist von dem gitterförmlg ausgebildeten, P-leitenden Bereich 26 umgeben, welcher als Injektor wirkt und durch den eine große Anzahl von Minoritäts-Ladungsträgern in den aus den Abschnitten 12a gebildeten Kolektor des lateralen PNP-Transistors LTr über dessen aus dem Bereich 25 bestehende Basis eingebracht und durch den die Funktion des I2L-Schaltkreisclements verbessert werden kann. Der N-leltende Bereich 25 wirkt gleichzeitig als Trennbereich zur Trennung der jeweiligen I2L-Schaltkrelselemente voneinander, wodurch die Notwendigkeit eines sonst vorzusehenden Trennbereiches entfällt und als Folge daraus das Konstruklionsmuster der I!L-Halblelterschaltungsanordnung wesentlich vereinfacht wird.In the 1 2 L semiconductor circuit arrangement according to FIG. 1, a 1 2 L circuit element 27 is shown by dashed lines. Each I 2 L circuit element 27 is surrounded by the grid-shaped, P-conductive region 26, which acts as an injector and through which a large number of minority charge carriers in the collector of the lateral PNP transistor LTr formed from the sections 12a Introduced from the area 25 existing base and through which the function of the I 2 L circuit element can be improved. The neutral area 25 acts at the same time as a separating area for separating the respective I 2 L switching elements from one another, which eliminates the need for an otherwise necessary separating area and, as a result, the design pattern of the I ! L-semiconductor circuitry is greatly simplified.
Einziger Nachteil d^r Ausführungslorm gemäß Fig. I ist, daü die Ladungsträger an den Seiten der I2L-HaIbIeI-tcrschaltungsanordnung verlorengehen, wodurch verhindert wird, daß diese Ladungsträger wirksam genutzt werden können.The only disadvantage of the embodiment according to FIG. 1 is that the charge carriers are lost on the sides of the I 2 L half-circuit arrangement, which prevents these charge carriers from being used effectively.
Im Hinblick auf diesen Nachteil ist in Fig. 2 eine weitere Austührungslbrm der Erfindung dargestellt, bei welcher ein N-leiiender Bereich 28, welcher die Ladungsträger abblockt, um die P'-leitende Halbleiterschicht 12 der I2L-Halbleiterschaltungsanordnung herum angeordnet ist. Es ist daher möglich, den die Ladungsträger abblockenden Bereich 28 so auszubilden, daß ein Bereich 25a des ersten N-leitenden Bereiches 25 kontaktien wird, welcher am nächsten zur äußeren Stirnseite der P~- leitenden Halbleiterschicht 12 angeordnet ist. um so einen P-leitenden Bereich 26a zu erreichen, der in dem Bereich 25a des ersten N-leitenden Bereiches 25 ausgebildet ist, oder um jene P~-leitende Halbleiterabschnitte 12a des 1;L-Schaltkreiselementes 27a zu kontaktieren, welche am nächsten zu der Seite der Halbleiterschicht 12 angeordnet sind. Der die Ladungsträger abblockende Bereich 28 kann gleichzeitig als Isolationsschicht wirken. Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 hat eine weitere Isolationsschicht 29, welche dem N-'fUenden Bereich 28, der die Ladungsträger abblockt. u'J'srlagert ist. um dadurch zu ermöglichen, daß der Bereich 2« ohne Änderung in einen PT-leitenden Typ ausgebildet werden kann, wenn der P-Ieitende Bereich 26 vorgesehen ist.In view of this disadvantage, a further embodiment of the invention is shown in FIG. 2, in which an N-conducting region 28, which blocks the charge carriers, is arranged around the P'-conducting semiconductor layer 12 of the I 2 L semiconductor circuit arrangement. It is therefore possible to design the area 28 blocking the charge carriers in such a way that contact is made with an area 25a of the first N-conductive area 25 which is arranged closest to the outer end face of the P ~ -conductive semiconductor layer 12. so as to achieve a P-type region 26a which is formed in the region 25a of the first N-type region 25, or around those P-type semiconductor sections 12a of FIG. 1 ; L-circuit element 27a to contact which are arranged closest to the side of the semiconductor layer 12. The area 28 blocking the charge carriers can at the same time act as an insulation layer. The embodiment according to FIG. 2 has a further insulation layer 29, which is attached to the N-end region 28, which blocks the charge carriers. u'J's is superimposed. thereby enabling the region 2 "to be formed into a P T -type without change when the P-type region 26 is provided.
Mit allen Ausführungsformen ist es möglich, daß die Minorätits-Ladungsträger wirksam von dem Injektor des in dem I2L-Schaltkreiselementes enthaltenen lateralen PNP-Transistors abgegeben werden können.With all of the embodiments it is possible for the minority charge carriers to be effectively emitted by the injector of the lateral PNP transistor contained in the I 2 L circuit element.
Bei den beschriebenen Ausführungsiormen ist ein N-leitendes Halbleitersubstrat gewählt, und die Leitungstypen aller anderen Halbleiterschichten und Bereiche sind dadurch festgelegt. Es ist jedoch auch möglich, ein P-Ieitendes Halbleitersubstrat vorzusehen und alle anderen Halbleiterschichten und Bereiche mit entsprechender Umkehrung des Leitungstyps auszubilden.In the embodiments described, there is an N-conducting Semiconductor substrate selected, and the conductivity types of all other semiconductor layers and areas are thereby determined. However, it is also possible to provide a P-conductive semiconductor substrate and all others Form semiconductor layers and regions with a corresponding reversal of the conductivity type.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (1)
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