DE2742361C2

DE2742361C2 -

Info

Publication number: DE2742361C2
Application number: DE19772742361
Authority: DE
Inventors: Gerard Orsay Fr Nuzillat
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1976-09-21
Filing date: 1977-09-20
Publication date: 1989-03-09
Also published as: FR2365213B1; FR2365213A1; DE2742361A1; GB1593063A; JPS5339082A; JPS6028395B2

Description

Die Erfindung betrifft einen bipolaren lateralen Transistor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Transistor ist bereits aus der US-PS 39 67 307 bekannt.

In einem lateralen Transistor fließt der Strom vom Emitter zum Kollektor parallel zu der Oberfläche des Substrats, in das er integriert ist.

Solche Transistoren werden gewöhnlich in Digitalschaltungen zusammen mit komplementären Transistoren, sogenannten vertikalen Transistoren, benutzt, in denen der Strom senkrecht zu der Oberfläche des Substrats fließt.

Die lateralen Transistoren sind aus technologischen Gründen praktisch immer PNP-Transistoren, während die vertikalen Transistoren NPN-Transistoren sind. Ein lateraler Transistor hat im allgemeinen zwei P-diffundierte Zonen in einem N-leitenden Substrat.

Nachteilig ist bei diesen Transistoren, daß sie eine sehr geringe Verstärkung haben, weil die in die Basis injizierten freien Ladungsträger den Kollektor nur in einem sehr kleinen Verhältnis erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem bipolaren lateralen Transistor der eingangs genannten Art die Verstärkung zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen bipolaren lateralen Transistor durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen bipolaren lateralen Transistor hat die Elektrode, welche die erste Zone mit der vierten Zone elektrisch verbindet, eine Erhöhung des Kollektorstroms um einen Faktor in der Größenordnung von 5 zur Folge, da der größte Teil der injizierten Ladungsträger den Kollektor erreicht.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen bekannten bipolaren lateralen Transistor,

Fig. 2 das Ersatzschaltbild des Transistors von Fig. 1,

die Fig. 3 und 4 im Schnitt bzw. in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des Transistors nach der Erfindung, und

Fig.5 in perspektivischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel des Transistors nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen bipolaren lateralen PNP-Transistor. Er hat einerseits eine erste Zone 2 als Emitter und andererseits eine zweite Zone 3 als Kollektor, die beide P-leitend und in eine dritte Zone 1 als N-leitendes Substrat eindiffundiert sind. Es sei angemerkt, daß solche Strukturen, die normalerweise bei komplementären NPN- Transistoren benutzt werden, gewisse Nachteile aufweisen. Wenn nämlich die Emitter-Basis-Übergangszone durch ein geeignetes Potential entsperrt wird, wird ein Strom in mehreren Hauptrichtungen in die Basis injiziert, nämlich in den Richtungen S _{L 2}, S _{L 1} und S _V, von denen die beiden erstgenannten zu der Oberfläche des Substrats parallel sind, während die letztgenannte zu dieser Oberfläche senkrecht ist. Von diesen drei Richtungen ist aber nur eine Richtung eine Nutzrichtung, nämlich die Richtung S _{L 2}, in der Ladungsträger injiziert werden, die den Kollektor erreichen.

Es handelt sich tatsächlich um einen geringen Anteil des injizierten Stroms. Das Ersatzschaltbild, das in Fig. 2 dargestellt ist, zeigt, daß zu der Emitter-Basis-Übergangszone zwei Dioden S _{L 1} und D _V parallel geschaltet sind. Die Verstärkung eines solchen Transistors ist sehr gering und liegt in der Größenordnung von 0,1.

Das ist ein großer Nachteil, wenn diese Transistoren in integrierten Schaltungen, insbesondere von digitalen Schaltkreisen, enthalten sind, da die Werte "0" und "1" schlecht voneinander unterschieden werden können (Fall der in Kaskade geschalteten lateralen Transistoren).

Der bipolare laterale Transistor nach der Erfindung gestattet, diesen Nachteil zu verringern und bei sonst gleichen Bedingungen den erzielten Kollektorstrom mit einem Faktor in der Größenordnung von 5 zu multiplizieren.

Die Fig. 3 und 4 zeigen im Schnitt bzw. in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des Transistors nach der Erfindung.

In die Zone 2 (Emitter) ist eine stark dotierte N⁺-leitende vierte Zone 4 diffundiert. In einer integrierten Schaltung mit komplementären bipolaren Transistoren kann die vierte Zone 4 beispielsweise gleichzeitig mit der N⁺-Zone eines vertikalen N⁺PN-Transistors diffundiert werden, der außerdem in der Schaltung vorgesehen ist.

Die vierte Zone 4 steht erfindungsgemäß in elektrischer Verbindung mit der ersten Zone 2, weil eine Elektrode 5 auf einem Teil der aus den Zonen 2 und 4 bestehenden Anordnung angebracht ist. Die Arbeitsweise kann folgendermaßen verständlich gemacht werden. Nahe der Oberfläche des Substrats liegen die benachbarten Teile der N⁺-leitenden Zone und der P-Zone auf demselben Potential. Mit zunehmender Entfernung von der Elektrode 5 bleibt das Potential der stark dotierten N⁺-leitenden Zone konstant, während das Potential des schwach dotierten P-Gebietes wesentlich sinkt. Daraus ergibt sich eine Sperrung des so gebildeten PN-Überganges. Daraus folgt, daß die von der Elektrode 5 entfernten Gebiete von dieser isoliert sind. Dadurch werden die Ströme S _V und S _{L 1} von Fig. 1 praktisch unterdrückt.

Dieser Erscheinung wird auch auf andere Weise verständlich. In Fig. 4 ist die Gesamtanordnung auf einem P-leitenden Substrat 6 angebracht.

Das Schaltbild der Gesamtanordnung enthält einen PNP- Transistor T, der als Basis denjenigen Teil der N-Zone hat, welcher sich zwischen den Zonen 2 und 3 erstreckt, und als Emitter das P-leitende Gebiet I, das sich zwischen der N⁺-leitenden Zone der N-Zone befindet und sich senkrecht zu der Oberfläche des Substrats erstreckt, in Fig. 1 das Gebiet S _{L 2}, und das Gebiet II hat, welches der andere Teil der P-Zone ist.

Der Emitter dieses Transistors ist mit dem Substrat durch eine Aufeinanderfolge von vertikalen PNP-Transistoren verbunden, die zwischen dem Gebiet II und Masse angeordnet sind und als Emitter aufeinanderfolgende Teile des Gebietes II, als Basis das Gebiet 1 und als Kollektor das Substrat haben. Die Emitter dieser Transistoren T _{P 1}, T _Pn sind miteinander durch Widerstände R verbunden, welche Scheiben des hochohmigen P-Gebietes darstellen. Da das Basispotential gleichförmig ist und da das Potential der Emitter an der Oberfläche des Gebietes I fest ist, fließen in diesen Transistoren Ströme, die um so schwächer sind, je weiter sie von dem Gebiet I entfernt sind.

Der Ableitstrom I _Sub. (Strom in dem Substrat) ist daher äußerst schwach.

Eine einfache Berechnung zeigt, daß für einen ausreichend starken Strom I _C und bei lateralen Abmessungen, die groß gegen die Tiefen der Übergangszonen sind, folgendes Verhältnis gilt:

wobei I _C der Kollektorstrom des Transistors, I′ _E der Emitterstrom und x′ die Verstärkung in Basisschaltung bei vorhandener N-Zone ist, während I _E und x der Strom bzw. die Verstärkung eines Transistors mit derselben Abmessung ohne N-Zone sind und wobei C und A die beiden in Fig. 4 angegebenen Abmessungen sind.

Das Verhältnis kann im Prinzip leicht in der Größenordnung von 5 liegen.

Die Erfindung ist zur Herstellung von lateralen Elementartransistoren anwendbar. Fig. 5 zeigt in persektivischer Darstellung einen solchen Transistor, der auf einem P-leitenden Substrat 6 angebracht ist.

Der Transistor ist von geschlossener Bauart, bei welcher die Zone 3 als P-leitender Kollektor die Zone 2 als P-leitender Emitter umgibt und beide in die N-leitende Basis-Zone 1 diffundiert sind, die beispielsweise auf dem Substrat epitaxial aufgewachsen ist.

Sowohl in die Zone 2 als auch in die Zone 3 ist jeweils eine N⁺-Zone 10 bzw. 11 eindiffundiert. Auf diesen Diffusionen sind Elektroden 12 bzw. 13 angebracht, die eine elektrische Verbindung zwischen den Zonen 2 und 10 bzw. 3 und 11 herstellen.

Die Diffusion einer N⁺-Zone in dem Kollektor vergrößert die Transitfreqenz des Transistors.

Auf diese Weise ist eine einfache Einrichtung geschaffen worden, mittels welcher die Leitungsfähigkeit von digitalen integrierten Schaltungen verbessert werden kann.

In dem Fall, in welchem der Transistor nach der Erfindung in einer integrierten Schaltung mit komplementären bipolaren Transistoren benutzt wird, kann außerdem die N⁺-Zone 4 durch dieselbe Operation wie die N⁺-Zone eines vertikalen N⁺PN-Transistors hergestellt werden. Solche Anordnungen werden in zahlreichen bekannten Digitalschaltungen benutzt.

Claims

1. Bipolarer lateraler Transistor mit einem Halbleiterkörper, mit einer ersten und einer zweiten Zone eines ersten Leitungstyps, die in eine dritte Zone eines zweiten Leitungstyps, der zu dem der ersten entgegengesetzt ist, von ein und derselben Oberfläche des Halbleiterkörpers aus eingeführt sind, wobei die erste, die zweite und die dritte Zone als Emitter- bzw. als Kollektor- bzw. als Basiszone dienen und in die erste Zone eine stark dotierte vierte Zone des zweiten Leitungstyps eingeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische leitende Verbindung zwischen der vierten Zone (4) und der ersten Zone (2) durch eine auf der Halbleiterkörperoberfläche an diesen beiden Zonen (2, 4) angebrachte Elektrode (5; 12) hergestellt ist.

2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leitungstyp der P-Leitungstyp ist.

3. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (3) die erste Zone (2) umgibt.

4. Transistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine N⁺-leitende fünfte Zone (11) in die zweite Zone (3) diffundiert oder implantiert und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der fünften Zone (11) und der zweiten Zone (3) durch eine auf der Halbleiterkörperoberfläche an diesen beiden Zonen angebrachte Elektrode (13) hergestellt ist.

5. Verwendung von einem oder mehreren der Transistoren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer integrierten Halbleiterschaltung.