DE2834402C2 - Monolithische, integrierte Halbleiteranordnung mit einer bipolaren Kapazität und Verwendung einer solchen Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine monolithische, integrierte Halbleiteranordnung mit zwei gegensinnig in Serie geschalteten Sperrschichtkapazitäten als bipolare Kapazität, mit einem Substrat vom ersten Leitungstyp, einer darauf aufgebrachten epitaktischen Schicht vom zweiten Leitungstyp, zwei sich in die epitaktische Schicht erstreckenden, voneinander getrennten ersten Oberflächenzonen vom ersten Leilungstyp, die mit Anschlußkontakten für die Anschlüsse der bipolaren Kapazität versehen sind.

Sie betrifft weiter die Verwendung einer solchen Halbleiteranordnung in einer Schaltungsanordnung mit mindestens einem aus mindestens zwei Transistoren bestehenden Differenzverstärker, bei der die beiden mit den Arbeitswiderständen verbundenen Ausgänge mit einer bipolaren Kapazität verbunden sind.

Eine Halbleiteranordnung der genannten Art ist bekannt aus der FR-PS 20 69 846.

Eine Schaltungsanordnung der genannten Art ist bekannt aus VALVO-Berichte Band XVIII, Heft 1/2, Seite 26(BiId 9).

F i g. 1 zeigt das Prinzip einer solchen Schaltungsanordnung mit einem aus zwei Transistoren TX und T2 bestehenden Differenzverstärker, bei dem die beiden mit den Arbeitswiderständen R 1 und Λ 2 verbundenen Ausgänge mit einer bipolaren Kapazität C verbunden sind. Diese bipolare Kapazität wird durch zwei gegensinnig in Serie geschaltete Kapazitätsdioden gebildet.

F i g. 2 zeigt in Form eines Schnittes durch eine Halbleiteranordnung den Aufbau einer solchen bekannten bipolaren Kapazität.

Der diese Kapazität enthaltende Teil des Halbleiterkörpers 1, der hier dargestellt ist, besteht aus einem Substrat 2 vom ersten Leitungstyp mit einer darauf aufgebrachten epitaktischen Schicht 3 vom zweiten Leitungstyp, in der durch eine eindiffundierte Isolationszone 7 vom ersten Leitungstyp ein inselfcrmiger Teil abgegrenzt ist. Unter diesem inseiförmigen Teil der epitaküschen Schicht 3 liegt eine hochdotierte, vergrabene Schicht 13 vom zweiten Leitungstyp. In die epitaktische Schicht 3 sind zwei diffundierte Zonen Aa und Ab vom ersten Leitungstyp eingebracht, die ίο zusammen mit einer weiteren Zone 5 vom zweiten Leitungstyp, die sich in die beiden genannten Zonen Aa und Ab erstreckt, zwei gegensinnig in Serie geschaltete Kapazitätsdioden bilden. Die beiden mit Anschlußleitern 10 und 11 versehenen Zonen Aa und Ab bilden dabei die beiden Anoden der gegeneinander geschalteten Einzeldioden, während die nicht kontaktierte Zone 5 bzw. die epitaktische Schicht 3 die nicht kontaktierten, beiden Teildioden gemeinsamen Kathoden bilden.

Eine so ausgebildete bipolare Kapazität Chat jedoch Nachteile, da sich zwischen der Zone Aa bzw. Ab, der Schicht 3 und dem Substrat 2 ein Transistor ausbildet, dessen Kollektor von dem Substrat gebildet wird. Wird

z. B. der Anschluß 11 der bipolaren Kapazität positiver als die Zone 3, so injiziert die damit verbundene Zone Ab Ladungsträger in die Schicht 3, die dann zu dem Substrat abfließen.

Bei jedem Polaritätswechsel zwischen den Anschlüssen der bipolaren Kapazität, d. h. bei jedtm Umladevorgang ge; ät eine der Kapazitätsdioden in Durchlaßrichtung (sofern die Amplitude der Spannungsdifferenz die Durchlaßspannung der entsprechenden Teildiode überschreitet), so daß über diese Teildiode der Ladestrom für die andere Teildiode fließt. Der zusätzliche Substrattransistor hat nun die nachteilige Wirkung, daß ein der Stromverstärkung dieses Substrattransistors entsprechender Teil des Ladestromes zum Substrat hin abfließt. F i g. 3 zeigt das Ersatzschaltbil der Halbleiteranordnung nach Fig.2, in der die erwähnten zusätzlichen Substrattransistoren T3 und TA mit dargestellt sind. Die Emitter-Basis-Übergänge dieser beiden Transistoren sind die eigentlichen Kapazitätsdioden mit ihren Kapazitäten CX und C2, während die Kollektoren durch die epitaktische Schicht 3 gebildet werden. Ist z. B. einer dieser Transistoren leitend, so entspricht er einem Emitterfolger, der eine Kapazität an der Basis hat. Dem Emitterkreis erscheint nun diese Kapazität um den Faktor der Stromverstärkung dieses Transistors vergrößert, so daß die wirksame Zeitkonstame aus Arbeitswiderstand und Diodenkapazität, d.h. also RX-Ci bzw. R 2 ■ C2, die hier mit r 1 bezeichnet sei, sprunghaft um etwa den Faktor der Stromverstärkung auf einen neuen Wert τ 2 ansteigt.

Dies hat die nachteilige Folge, daß ein dem Differenzverstärker Tl, Γ2 zugeführter positiver Impuls dann den in F i g. 4 dargestellten Verlauf hat. Das heißt also daß sich für alle Signalamplituden, die oberhalb der Durchlaßspannung Up einer der Teildioden liegen, statt der niedrigen Zeitkonstante τ 1 sich die vergrößerte Zeitkonstante τ 2 und damit eine starke Veränderung des Impulses ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Auswirkungen der Substrattransistoren weitgehend herabgesetzt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ersten Oberflächenzonen von einer zweiten Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp mit Abstand umgeben sind, die mit der epitaktischen Schicht vom

zweiten Leitungstyp ohmsch leitend verbunden ist

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß mit einer erfindungsgemäßen ausgebildeten bipolaren Kapazität in einer Schaltung der oben erläuterten Art auch Signalamplituden oberhalb der Durchlaßspannungen der Teildioden dieser Kapazität ohne eine unerwünschte Vergrößerung der ÄC-Zeitkonstante verarbeitet werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Prinzipschaltbild eines Differenzverstärkers mit einer bipolaren Kapazität nach dem Stand der Technik,

F i g. 2 den Aufbau einer bipolaren Kapazität in einer Halbleiteranordnung nach dem Stand der Technik,

F i g. 3 das Ersatzschaltbild einer bipolaren Kapazität gemäß F i g. 2 in einer Schaltung gemäß F i g. 1,

Fig.4 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 3,

Fig.5 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung,

F i g. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel,

F i g. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung und

F i g. 8 das Ersatzschaltbild der Halbeiteranordnung nach den F i g. 5,6 und 7.

F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch den Teil einer monolithischen, integrierten Halbleiteranordnung, der eine bipolare Kapazität enthält. Diese Halbleiteranordnung ist im Prinzip wie die bereits anhand der F i g. 2 erläuterte Anordnung aufgebaut. Der Halbleiterkörper I besteht aus einem Substrat 2 von einem ersten Leitungstyp, auf das eine epitaktische Schicht 3 vom zweiten Leitungstyp aufgebracht ist. In dieser epitaktischen Schicht 3 ist durch eindiffundierte, hochdotierte Zonen 7 vom ersten Leitungstyp eine Insel abgegrenzt, in der die bipolare Kapazität ausgebildet ist. Diese bipolare Kapazität besteht hier aus zwei gegensinnig in Serie geschalteten Teildioden, die jeweils durch eine der eindiffundierten Zonen 4a bzw. 4b vom ersten Leitungstyp und der epitaktischen Schicht 3 gebildet werden. Die beiden Zonen 4a und 4b sind mit Anschlußleitern 10 und 11 versehen, die die Anschlüsse der bipolaren Kapazität bilden. Um nun das eingangs erläuterte Abfließen eines Teils des Ladestroms beim Umladen der beiden Teilkapazitätsdioden 'veitgehend zu verhindern, sind die beiden Zonen 4a und 4b von einer weiteren Zone 6, ebenfalls vom ersten Leitungstyp umgeben, die über Anschlußleiter 8, 9 mit der epitaktischen Schicht 3 über eine in diese Schicht eingebrachte ohmsche, d. h. nicht sperrende Kontaktzone 9a verbunden sind.

Durch diese zusätzliche, die bipolare Kapazität umgebende Zone 6 wird ein großer Teil des parasitären Stroms aufgefangen und der zu ladenden Teildiode wieder zugeleitet.

Die Halbleiteranordnung kann auch so aufgebaut werden, daß, wie die Fig.6 zeigt, die PN-Übergänge von den Zonen 4a und 4b zu der gemeinsamen Zone nicht nur unmittelbar mit der epitaktischen Schicht 3 gebildet werden, sondern auch mit einer zusätzlichen Oberflächenzone 5 vom zweiten Leitungstyp, die sich in die beiden genannten Zonen 4a und 4b und in die epitaktische Schicht 3 erstreckt An der Wirkungsweise der Halbleiteranordnung ändert sich dabei im Prinzip nichts. Es werden lediglich die Kapazitäten der beiden Teildioden und damit die Gesamtkapazität spezifisch größer, während sich die maximal zulässige Spannung an der bipolaren Kapazität, d. h. die maximale Sperrspannung der Teildioden, verringert

Eine weitere Vergrößerung der spezifischen Kapazitä; kann erreicht werden, wenn die Halbleiteranordnung gemäß F i g. 7 ausgebildet wird. Diese Anordnung unterscheidet s\c\\ von den in den F i g. 5 und 6 dargestellten Anordnungen lediglich dadurch, daß zwischen dtm Substrat 2 und der epitaktischen Schicht 3 noch eine hochdotierte, vergrabene Schicht 13 vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist und sich die Zonen 4a, 4b und 6 in der epitaktischen Schicht bis zu dieser vergrabenen Schient erstrecken.

Fig.8 zeigt nun das Ersatzschaltbild der Halbleiteranordnung nach den F i g. 5, 6 und 7, das erkennen läßt, daß über den durch die zusätzliche Zone 6 gebildeten Kollektor ein großer Teil des abfließenden Stromes wieder der zu ladenden Kapazitätsdiode zugeleitet wird. Der durch das Substrat 2 gebildete Kollektor führt nur noch einen kleinen Teil des Stromes. Der Hauptteil des Lade- bzw. Umladestromes wird durch die zusätzliche Zone 6 aufgefangen und der zu ladenden Teilkapazität wieder zugeführt.

Halbleiteranordnungen der in den Fig.5, 6 und 7 dargestellten Art lassen sich mit Hilfe der üblichen Technologien einfach herstellen. Beispielsweise kann von einem P-Ieitenden Substrat mit einem spezifischen Widerstand von 2 bis 5 Ω · cm ausgegangen werden, auf das dann eine N-Ieitende epitaktische Schicht 3 mit einer Dicke von 9,5 bis 11 μιη und einem spezifischen Widerstand von 0,5 bis 0,7 Ω · cm aufgewachsen wird. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 wird vorher in dem Substrat 2 noch eine N+ -leitende vergrabene Schicht mit einem Schichtwiderstand von eiwa 16 bis 20 Ω/Quadrat erzeugt. In der epitaktischen Schicht 3 wird dann durch Eindiffusion von P + -Ieitenden Isolationszonen 7 mit einem Schichtwiderstand von etwa 5 Ω/Quadrat eine Insel abgegrenzt, in der die bipolare Kapazität ausgebildet wird. Die P+-Ieitenden Zonen 4a, 4b und 6 werden gleichzeitig mit der Zone 7 durch Eindiffusion mit einem Schichtwiderstand von etwa 5 Ω/Quadrat erzeugt. Schließlich wird bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig.6 und 7 noch die N⁺-leitende Zone 5 durch Eindiffusion mit einem Schichtwiderstand von etwa 5 Ω/Quadrat erzeugt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   '·. Monolithische, integrierte Halbleiteranordnung mit zwei gegensinnig in Serie geschalteten Sperrschichtkapazitäten als bipolarer Kapazität, mit einem Substrat vom ersten Leitungstyp, einer darauf aufgebrachten epitaktischen Schicht vom zweiten Leitungstyp, zwei sich in die epitaktische Schicht erstreckenden, voneinander getrennten ersten Oberflächenzor.en vom ersten Leitungstyp, die mit Anschlußkontakten für die Anschlüsse der bipolaren Kapazität versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Oberflächcnzonen (4a, Ab) von einer zweiten Oberflächenzone (6) vom ersten Leitungstyp mit Abstand umgeben sind, die mit der epitaktischen Schicht (3) vom zweiten Leitungstyp ohmsch leitend verbunden ist.
2. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 mit einer sich in die ersten Oberflächenzonen erstreckenden dritten Oberflächenzone vom zweiten Leitungstyp, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberflächenzone (6) mit der dritten Oberflächenzone (5) ohmschleitend verbunden ist (F i g. 6).
3. 3. Verwendung einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2 in einer Schaltungsanordnung mit mindestens einem aus mindestens zwei Transistoren (Ti, 72) bestehenden Differenzverstärker, bei der die beiden mit den Arbeitswiderständen (R 1, R 2) verbundenen Ausgänge mit einer bipolaren Kapazität Cverbunden sind (F i g. 1).