DE2913536A1

DE2913536A1 - Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE2913536A1
Application number: DE19792913536
Authority: DE
Inventors: Theodoor Henri Enzlin; Antonius Johannes Janssen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1978-04-07
Filing date: 1979-04-04
Publication date: 1979-10-18
Also published as: JPS54137284A; JPS575061B2; AU4580279A; IT1111929B; NL184185B; DE2913536C2; NL184185C; GB2018511B; SE7902980L; US4288807A; FR2422259B1; NL7803706A; GB2018511A; IT7921595A0; FR2422259A1

Description

t. J V -»M

20.10.1978 X PHN 9096

Halbleiteranordnung

Die Erfindimg bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einer Darlingtonschaltung mit einem Halbleiterkörper mit zwei Transistoren mit Emitter- und Kollektorgebieten vom ersten Leitungstyp und einem zwischenliegenden Basisgebiet vom zweiten Leitungstyp, wobei das Emittergebiet eines der Transistoren (der weiter als erster Transistor bezeichnet wird) mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, und wobei zwischen der Basis und dem Emitter des ersten Transistors eine Diode angeordnet ist, wobei sich in dem Basisgebiet des ersten Transistors ein Oberflächengebiet vom ersten Leitungstyp befindet, das eine erste Zone der Diode bildet und mit diesem Basisgebiet verbunden ist, während ein zweites Gebiet der Diode, das mit der ersten Zone einen gleichrichtenden Kontakt bildet, mit dem Emittergebiet des ersten Transistors verbunden ist.

Die Diode hat zum Zweck, einen Abflussweg für in der Basis des zweiten Transistors gespeicherte Ladung zu schaffen, so dass eine kurze Ausschaltzeit erhalten wird. Derartige Schaltungen werden z„B. in schaltenden Speiseeinheiten

2Q so\vie in Schaltungen für Zeilenablenkung in Fernsehempfängern verwendet.

Eine Halbleiteranordnung der obenbeschriebenen Art ist aus der US-PS N r. 3 913 213 bekannt. Die Diode wird nach dieser Patentschrift dadurch angebracht, dass in der p-leitenden Basis, des ersten Transistors neben dem n-Ieiteiiden

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Emitter ein zweites η-leitendes Gebiet angebracht und in diesem η-leitenden Gebiet ein p-leitendes Gebiet gebildet wird. Das η-leitende Gebiet ist mittels einer Metallschicht mit der Basis des ersten Transistors verbunden _K während das p-leitende Gebiet mit dem Emitter dieses Transistors und mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist.

Bei Versuchen an derartigen Darlingtonschaltungen hat sich ergeben, dass diese oft nicht befriedigend wirken; vor allem beim Ausschalten können sehr hohe Ströme auftreten,

W die bei hohen Leistungen sogar derart hoch sein können, dass die der Anordnung dauernde Schaden zufügen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Darlingtonschaltung mit einer integrierten Diode anzugeben, die bei hohen Leistungen betrieben werden kann und beim Ausschalten nicht

^ diesen parasitären Strom aufweist.

Die Erfindung gründet sich u.a. auf die Erkenntnis, dass eine Ursache.der genannten Erscheinungen in einer parasitären Vierschichtenstrukturwirkung gefunden werden kann. ¥eiter liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde,

dass überraschenderweise diese ¥irkung dadurch beseitigt werden kann, dass dem Oberflächengebiet vom ersten Leitungstyp eine geeignete Geometrie gegeben wird.-Diese Erkenntnisse werden nunmehr näher erläutert.

Der pn-Ubergang zwischen den Diodenzonen bildet zusammen mit dem pn-Ubergang zwischen dem p-leitenden Gebiet und der Basis des ersten Transistors und mit dem Basis-Kollektor-Ubergang des ersten Transistors eine parasitäre pnpn-Struktur (p-Zone der Diode, η-Zone der Diode, p-Basiszone, n-Kollektorzone). ¥enn infolge der Ausschaltung der Darlingtonschaltung

die Diode stromführend wird, werden Löcher von dem p-leitenden Gebiet in das n-leitende Gebiet injiziert, die grundsätzlich über den Basiskontakt, der die Kathode der Diode und die Basiszone des Transistors kurzschliesst, abgeleitet werden. Ein Teil der Ladungsträger überquert aber das

η-leitende Gebiet zu dem Basisgebiet des Transistors unter der Anode der Diode und muss durch dieses Basisgebiet an der Unterseite des η-leitenden Gebietes (Kathode) entlang zu dem Basiskontakt₃ in diesem Falle dem Basis-Kathoden-

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Kurzschluss, abgeleitet werden. Je nach der Länge des Stromweges unter dem η-leitenden Gebiet, der Grosse des Stromes und dem spezifischen Widerstand des Basisgebietes wird ein Potential über diesem Stromweg aufgebaut, wobei die Spannung in dem Basisgebiet unter der Anode der Diode höher als an der Stelle des Basiskontakts ist. Durch diesen Spannungsabfall kann örtlich das Potential zwischen der p-leitenden Basis und dem η-leitenden Gebiet derart in der Durchlassrichtung vorgespannt werden, dass in der genannten pnpn-S.truktur ein parasitärer Strom zu fHessen beginnt, infolge der Tatsache, dass der parasitäre Transistor, der durch den npn-Teil gebildet wird, stromführend wird. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass dabei parasitäre Ströme in der Grössenordnung von 1 A auftreten können. Eine mögliche Lösung dieses Problems besteht darin, dass die Emitterwirkung des parasitären pnp—Transistors, der durch die Diode und die Basis gebildet wird, erheblich herabgesetzt wird, z.B. dadurch, dass für das n-leitende Gebiet eine Dicke gewählt wird, die viele Male grosser als die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger ist. Derartige Lösungen sind aber gewöhnlich mit den den Transistoren der Darlingtonschaltung zu stellenden Anforderungen nicht kompatibel.

Eine Darlingtonschaltung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zone eine Anzahl nebeneinander liegender Teilzonen enthält, die je einen gleichrichtenden Übergang mit Teilen des zweiten Gebietes der Diode bilden, die wenigstens über einen Teil ihres Umfangs voneinander durch Teile der Basis getrennt und über einen wesentlichen Teil ihres Umfangs mit diesen Teilen der Basis durch eine Kontaktschicht verbunden sind, die sich über den pn-Ubergang zwischen diesen Teilzonen und den Teilen der Basis erstreckt.

Dadurch, dass die Geometrie der Teilzonen, insbesondere ³^ diejenigen Abmessungen, die den Stromweg bestimmen, über dem das Potential aufgebaut wird, derart gewählt werden, dass bei vorgegebenem maximalem Strom durch die Teil zone und vorgegebenem spezifischem Widerstand der Basiszone

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dieser Potentialabfall genügend klein bleibt, kann die obengenannte pnpn-¥irkung auch, bei höheren Leistungen vermieden werden, sogar wenn die Darlingtonschaltung schnell schaltet. Dadurch, dass nun einerseits die Teilzonen der ersten

δ Zone derart schmal gemacht werden können, dass der Widerstand der darunterliegenden Teile der Basis genügend niedrig bleibt, und dass andererseits eine genügend grosse Anzahl von Zonen gewählt werden kann, um den Strom durch jede der Teilzonen in genügendem Masse zu beschränken, wird verhindert, dass der pn-Ubergang zwischen der Basis und einer Teilzone in der· Durchlassrichtung vorgespannt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Teile des zweiten Gebietes der Diode durch in den Teilzonen vom ersten Leitungstyp angebrachten Zonen vom zweiten Leitungstyp gebildet werden, die mit den Teilzonen vom ersten Leitungstyp pn-TJbergänge bilden.·

Vorzugsweise ist dabei die Dotierungskonzentration der Zonen vom zweiten Leitungstyp höchstens das Zehnfache der Dotierungskonzentration des Oberflächengebietes vom ersten Leitungstyp. Dies hat den Vorteil, dass die Emitterwirkung des parasitären Transistors, der durch die Zonen der Diode und die Basis des Transistors gebildet wird, beschränkt bleibt, wodurch auch weniger Ladungsträger in das Basisgebiet des parasitären Transistors injiziert werden. Dadurch wird wieder die Anzahl von Ladungsträgern, die zu dem Basisgebiet des Transistors überqueren kann, und somit der vorgenannte SpannungsabfalX herabgesetzt.

Die Dotierungskonzentration der Teilzonen vom ersten Leitungstyp wird vorzugsweise verhältnismässig hoch gewählt. Eine bevorzugte Aasführungsform ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungskonzentration dieser Zone mindestens gleich der Dotierungskonzentration der Emitter— gebiete der Transistoren ist. Eine besondere bevorzugte

Ausführungsforin, die den Vorteil au-f'weist, dass diese Zonen · der Diode völlig zugleich mit den Emittergebi&ten der Transistoren angebracht werden könnenund daher keine zusätzlichen Verfahrensschritte erfordern, ist dadurch gekennzeichnet,

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dass die Dicke und die Verunreinigungskonzentration der Teilzonen vom ersten Leitungstyp wenigstens praktisch gleich denen der Emitter der zwei Transistoren sind. Es hat sich herausgestellt, dass eine günstige Dotierungskonzentration höchstens etwa 7-10 Atome/cm³ beträgt. Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass diese

1 Q Dotierungskonzentration zwischen etwa 5 · 10 ' und etwa 7 . 10 Atomen/cm³ liegt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Halbleiter— anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,dass die Teilzonen durch eine Anzahl zueinander praktisch paralleler und langgestreckter streifenförmiger Zonen gebildet werden, die nebeneinander liegen und mit der Basiszone des ersten Transistors durch eine Kontaktschicht verbunden sind, die sich über praktisch die ganze Länge dieser streifen— förmigen Zonen oberhalb des pn-Ubergangs zwischen diesen Zonen und der Basiszone des ersten Transistors erstreckt. Damit wird eine gedrängte Struktur erhalten, die, wie gefunden wurde, in der Praxis befriedigend wirkt. Die Teil-2" Zonen können dabei zu einem Ganzen zusammengebaut sein, so dass das Oberflächerigebiet vom ersten Leitungstyp z.B. eine Kammstruktur oder Mäanderstruktur aufweist! andere Konfigurationen sind aber auch möglich«

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der ^ Zeichnung dargestellt und werden ioi folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig„ 1 schernatisch eine Draufsicht auf eine Halbleiteranordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 schematisch einen Querschnitt durch die Halbleiter- ^ou anordnung längs der Linie U-II in Fig. 1 ,

Fig. 3 das elektrische Schaltbild dex· Darlingtonschaltung der in Fig. T dargestellten Art,

Fig. 4 schematiscli eine Draufsicht auf eine Ausführung eines Teiles einer anderen Halbleiteranordnung nach der Erfindung,

Fig. 5 schematisch eine Draufsicht auf eine Abwandlung der Ausführungsfcrm nach Fig. k,

Fig, 6 schematisch eine Draufsicht auf eine Weiterbildung

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der Ausführungsform nach. Fig. h, und

Fig. 7 sctieraatisch eine Draufsicht auf eine noch weitere Ausführungsform eines Teiles einer anderen Halbleiteranordnung nach der Erfindung.

Die Figuren sind schematisch, und nicht masstäblich gezeichnet, wobei der Deutlichkeit halber in den Querschnitten insbesondere die Abmessungen in der Dickenrichtung übertrieben gross dargestellt sind. Halbleiterzonen vom gleichen Leitungstyp sind im allgemeinen in derselben Richtung schraffiert;

^ in den Figuren sind entsprechende Teile in der Regel mit denselben Bezugsziffern bezeichnet,,

Die Halbleiteranordnung nach den Fig. 1 und 2 enthält eine sogenannte Darlingtonschaltung, deren elektrisches Ersatzschaltbild in Fig. 3 dargestellt ist. Die Anordnung

^ enthält einen Halbleiterkörper aus einem geeigneten Halbleitermaterial, im allgemeinen aus Silizium, obgleich andere Halbleitermaterialien auch mit Vorteil Anwendung finden können. Die Schaltung besteht im wesentlichen aus zwei Transistoren, und zwar einem ersten Transistor 10 (einem

*" Steuertransistor, mit dem die Schaltung in den "Ein"- und den "Aus"-Zustand geschaltet werden kann) und einem zweiten Transistor 20 (dem Haupttransistor), dessen Basis mit dem Emitter des ersten Transistors 10 zum Zuführen des Basisstroms verbunden ist.

Die Transistoren 10, 20 enthalten ein gemeinsames Kollektorgebiet 2, 3 von einem ersten Leitungstyp (im vorliegenden Beispiel dem n-Typ), das aus einem niederohmigen Substrattteil 2 und einem darauf gebildeten Teil 3 mit einer die des Substrats 2 unterschreitenden Dotierungskonzentration besteht. Der Teil 3 kann durch z.B. epitaktisches Anwachsen erhalten werden. Das Gebiet 2 ist auf der Unterseite mit einer elektrischen Kontaktschicht 30 versehen.

Der erste Transistor (der Steuertransistor 1θ) enthält

ein η-leitendes Emittergebiet 11 und ein zwischen dem Emitter und dem Kollektor liegendes p-leitendes Basisgebiet Der Emitter ist als eine geschlossene Bahn ausgeführt, die etwa geinäss einem Rechteck verläuft, wie aus der Draufsicht

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nach Fig. 1 hervorgeht.

Der zweite Transistor (der Haupttransistor 20) enthält ein η-leitendes Emittorgebiet 21 und ein p-leitendes Basisgebiet 22. Die Basisgebiete 12 und 22 sind zum grössten Teil voneinander durch eine Nut 9 getrennt, die sich von der Oberfläche des Halbleiterkörpers her durch die Basisgebiete hindurch bis zu dein Kollektorgebiet erstreckt, ausgenommen am linken Rand der Fig. 1, wo der Widerstand R₁ gebildet ist; darauf wird nachstehend noch näher eingegangen werden. Die

^ Basisgebiete können gleichfalls durch epitaktisches Anwachsen auf dem hochohmigen Kollektorteil 3 erzeugt werden.

Das Emittergebiet 11 des Steuertransistors 10 und die Basis 22 sind miteinander durch das in Fig. 1 schraffiert dargestellte leitende Muster h aus z.B. Aluminium verbunden,

'° das auf der die Oberfläche bedeckenden Isolierschicht aus z.B. Siliziumoxid erzeugt und über Kontaktfenster und 25 mit dem Emittergebiet 11 bzw. einer in der Basis erzeugten hochdotierten Kontaktzone 24 verbunden ist. Es sei bemerkt, dass alle Kontaktfenster in der Draufsicht nach Fig. 1 durch gestrichelte Linien dargestellt sind.

Zwischen der Basis und dem Emitter des ersten Transistors 10 ist eine Diode angebracht. Bekanntlich dient eine derartige Diode zum Ableiten in der Basis des Haupttransistors gespeicherter Ladung beim Ausschalten, wodurch die Ausschaltzeit der Darlingtonschaltung herabgesetzt wird. Diese Diode enthält ein in dem Basisgebiet 12 des Steuer— transistors 10 angebrachtes η-leitendes Oberflächengebiet 16, das eine erste Zone der Diode (in diesem Beispiel die Kathode) bildet und leitend mit dem Basisgebiet 12 verbunden ist. Ein zweites Gebiet der Diode (die Anode), das einen gleichrichtenden Übergang mit der Kathode 16 bildet, ist leitend mit dem Emittergebiet 11 des Steuertransistors und mit dem Basisgebiet 22 des Haupttransistors verbunden. In dem vorliegenden Beispiel wird die Anode durch eine in dem

η-leitenden Gebiet 16 angebrachte η-leitende Zone 17 gebildet,.

Es hat sich herausgestellt, dass bei bekannten Anordnungen der hier beschriebenen Art beim Ausschalten sehr grosse Ströme auftreten können, die sogar die Anordnung

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urndederhersteHbar beschädigen können. Zur Vermeidung dieses Nachteils enthält nach der Erfindung die erste Zone eine Anzahl nebeneinander liegender Teilzonen, die, um sie voneinander zu unterscheiden, mit den Bezugsziffern I6a, 16b und I6c versehen sind. Diese Teilzonen vom n-Leitungstyp bilden je einen gleichrichtenden Übergang mit Teilen des zweiten Gebietes der Diode, die durch in jeder Zone i6a, 16b und 16c angebrachte p-leiteiide Zonen gebildet werden, die mit den Bezugsziffern 17a, 17t> bzw. 17c bezeichnet werden. Die

W Teilzonen i6a, i6b und l6c sind wenigstens über einen Teil ihres Umfangs voneinander durch Teile 12a der Basis 12 getrennt und über einen wesentlichen Teil ihres Umfangs mit diesen Teilen der Basis durch eine Kontaktschicht 8 verbunden, die sich in diesem Falle in den Kontaktfenstern 7

^ über den pn-Ubergang zwischen diesen Teilzonen und den Teilen der Basis erstreckt.

Der Effekt der Massnahme nach der Erfindung wird an Hand der Fig. 2 und 3 beschrieben werden. Beim Ausschalten der Darlingtonschaltung wird an die Basis des Steuertransis-

2" tors 10 ein niedriges vorzugsweise negatives Potential angelegt. Der Transistor T₁ (ΐθ) erlischt, wodurch der Haupttransistor 20 (T„) keinen Basisstrom mehr empfängt. Die in der Basis 22 des Haupttransistors 20 gespeicherte Ladung bewirkt, dass der- Transistor T„ vorläufig leitend bleibt.

^ Diese Ladung kann über R₁ und über den nun gesperrten Basis-Emit ter-Ubergang des Steuertransistors 10 abgeleitet werden. Der wichtigste Abflussweg wird durch die Diode D₁ gebildet, die beim Ausschalten der Darlingtonschaltung in der Durchlassrichtung vorgespannt wird. Von der Anode 17 der Diode

* werden dabei Löcher in die Kathode 16 injiziert. Diese Löcher werden grösstenteils über die Kathode abgeleitet werden. Die Diode bildet aber mit dem p-leitenden Basisgebiet 12 einen parasitären pnp-Transistor T„, dessen Kollektor mit der Basis verbunden ist. Ein Teil der injizierten Löcher erreicht den Kollektor des pnp-Transistors und fliesst entlang der Unterseite der Kathode der Diode zu dem Kurzschlusskontakt 8. Dadurch kann unter der Kathode der Diode eine Spannung aufgebaut werden, die bei den bekannten

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Anordnungen genügend gross ist, um den pn-übergang zwischen der Kathode der Diode und der Basis des Steuertransistors T₁ (io) in der Durchlassrichtung vorzuspannen. Dadurch -wird ausserdem der Emitter-Basis-Ubergang des parasitären Transistors Ti, der durch die Kathode der Diode, die Basis des Steuertraiisisuors und den Kollektor der Darlingtonschaltung gebildet wird, in der Durchlassrichtung vorgespannt. Infolgedessen wird dieser Transistor T. stromführend; Versuche haben ergeben, dass bei den bekannten Anordnungen dieser Strom derart hoch werden kann (etwa 1 A), dass die Anordnung dauernd beschädigt wird.

In der hier beschriebenen Anordnung nach der Erfindung wird das Einschalten des Transistors T. dadurch verhindert, dass die Geometrie des η-leitenden Gebietes derart gewählt wird, dass die Spannung, die unter der Kathode avifgebaut wird, genügend niedrig bleibt, um das Einschalten dieses Transistors zu verhindern. Die Form der η-leitenden Gebiete 16a, 16b und 16c ist derart gewählt, dass der Widerstand in dem p-leitenden Basisgebiet 12 der Stromwege 32- genügend niedrig ist, um zu verhindern, dass der pn-Ubergang zwischen der Kathode i6 der Diode und der p-leitenden Basis 12 in der Durchlassrichtung vorgespannt wird. Die Breite der Zonen 16 hängt von einer Vielzahl von Parametern, wie u.a. dem Widerstand des Basisgebietes 12 und dem zu führenden Strom, ab. In einem praktischen Beispiel kann diese Breite auf einfache Weise vom Fachmann derart eingestellt werden, dass ein im Zusammenahng mit einer optimalen Wirkung der Anordnung gewünschter Wert erhalten wird.

Die Dotierungskonzentration der p-leitenden Gebiete ist in diesem Beispiel höchstens gleich dem Zehnfachen der Dotierungskonzentration der η-leitenden Gebiete 16. Dieser verhältnismässig geringe Dotierungsunterschied hat zur Folge, dass die Emitterwirkung des Transistors T niedrig ist, wodurch, die Anzahl injizierter Löcher niedrig bleibt. Dadurch wird der Strom in der p-leitenden Basis 12 unter den Gebieten 16 zusätzlich niedrig gehalten, wodurch auch die Möglichkeit des Einschaltens des Transistors Tj sehr gering 1st.

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In diesem Beispiel bildet der Kurzschlusskontakt 8, der sich über den pn—Übergang zwischen den n-leitenden Gebieten 16 und den Teilen der Basis 12 erstreckt, zugleich den Basiskontakt des Transistors T...

Um eine gute Kontaktierung zu bewirken, ist an der Stelle dieser Kontaktschicht die Oberf läclienkonzentration der Basis des Transistors T₁ erhöht.

Die Kontaktschicht weist im vorliegenden Beispiel eine derartige Form auf, dass darauf direkt ein externer Kontakt M angebracht werden kann (Basisanschluss in Fig. 1, 3) Diese Kontaktfläche liegt vorzugsweise möglichst symmetrisch zu der Emitterzone des Transistors T .

Die Teilzonen i6a, i6b und i6c bilden eine Anzahl praktisch paralleler und langgestreckter streifenförmiger ^ Zonen, die nebeneinander liegen; dies ist eine praktische Konfiguration sowohl in bezug auf die Wirkung der Anordnung als auch in bezug auf die für die unterschiedlichen Zonen und Gebiete erforderliche Kontaktschicht. Diese Kontaktschicht weist die Form eines Kammes auf, dessen hervorragende Teile ^⁰ zu diesen Zonen parallel sind, und verbindet diese Zonen mit der Basiszone 12. Die p-leitenden Zonen 17a, 17° und 17c, die in den streifenförmigen Zonen i6a, 16b und i6c liegen, sind ebenfalls mit einer kammartigen Kontaktschicht versehen. Diese Kammform ist derart, dass die hervorragenden Teile interdigital zwischen denen der ersten Kammform liegen.

Die Darlingtonschaltung enthält, wie üblich, zwei Widerstände R₁ und R_?. Der Widerstand R₁, der die Basis von T₁ mit der Basis von Tp verbindet, wird durch einen Sperrwiderstand gebildet, der durch einen Teil der p-leitenden Schicht 12 gebildet wird, der in senkrechter Richtung von einem Teil des Emitters 11 und dem Kollektorgebiet 5 und in waagerechter Richtung von der Nut 9 begrenzt wird. Auf gleiche Weise wird auch der Widerstand R_? durch einen Sperrwiderstand gebildet, der aus einem Teil des p-leitenden

Gebietes 22 besteht, der in senkrechter Richtung von dom η-leitenden Gebiet 27 und dem Kollektorgebiet 3 und in waagerechter Richtung von der Nut 9 begrenzt wird.

Dieser Widerstand S₉ verbindet den eigenleitenden an

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die Emitterzone grenzenden Teil der Basis 22 mit dem hochdotierten p-leitenden Gebiet 33·

Das p-leitende Gebiet 22, in dem die hochdotierte p-leitende Zone liegt, bildet mit dem η-leitenden Kollektorgebiet 3 einen pn-Ubergang, der als eine in Fig. 3 mit D„ bezeichnete Schutzdiode verwendet werden kann. Die Emitterkontaktschicht 29 weist, wie die Figur zeigt, eine Anzahl von Fingern und einen verbreiterten Teil auf, der sich zum Anbringen einer externen Verbindung eignet.

w Die Anordnung kann, völlig auf für den Fachmann allgemein bekannte Weise hergestellt werden.

In einer besonderen Ausführungsform betrug die Dicke der p—leitenden Basisgebiete 12, 22 etwa 30 ,um und war die Oberflächenkonzentration 5 · 10 Atome/cm-' .

'5 Die Dicke und die Dotierungskonzentration der· Kathode 16, die zugleich mit den Emittern der Transistoren 10, 20 angebracht wurde, betrugen 10 /um bzw. 6 . 10 Atome/cm³.

Die Dotierungskonzentration der Anode I 7 betrug 10 Atome/cm³, während die Dicke der Anode 2 um betrug. *^u Es stellte sich heraus, dass bei diesen Werten günstige Ergebnisse bei einer Breite der η-leitenden Gebiete 16 von 200 /um und einer Breite der p—leitenden Gebiete17von 100.-um und bei einem Strom durch die Diode von 2 A erzielt werden konnten.

Fig. h ist eine Draufsicht auf die Diode 16, 17 nach einer zweiten Ausführungsform einer Darlingtonschaltung gemäss der Erfindung. Die Transistoren 10 und 20 und die Widerstände R₁ und R„ können mit den entsprechenden Transistoren und Widerständen nach der ersten Ausfülirungsform identisch sein und sind in Fig. k daher nicht mehr dargestellt. Die Teilzonen i6a, lob und 1öc sind in dieser Ausführungsform durch den Teil i6d zu einer Kammstruktur zusammengebaut. Auch die Zonen 17 sind nun durch den Teil 17d zu einer Kammstruktur zusammengebaut. Die Kontaktschicht S schliesst das

Gebiet 16 über praktisch seinen ganzen Umfang mit dem Basis- ,

gebiet 12 des Transistors T.. kurz.

Eine Weiterbildung zeigt Fig. 5, bei der die Gebiete i6a,

16b, IOC, 16e zu einer Mäanderstruktur zusammengebaut sind,

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die wieder über einen wesentlichen Teil ihres ümfangs mit der Basis des Transistors T über einen kammförmigen Kontakt kurzgeschlossen ist. Die p-Gebiete 17a und 17b bzw. 17c und 17e sind zu zwei U-förmigen Zonen vereinigt, die über die kanimförraige Kontaktschicht k kontaktiert werden.

Fig. 6 ist eine Draufsicht einer Weiterbildung der Diode i6, 17, in der die Gebiete i6a, 16b geschlossene streifenförmige Zonen bilden. Die p-leitenden Zonen 17a, 17^> sind in diesem Beispiel wieder mehr oder weniger U-förmig Fig. 7 zeigt schliesslich eine Ausführungsform, in der die Teilzonen der Kathode aus einem zusammenhängenden nleitenden Gebiet erhalten sind, das mit Offnungen versehen ist, in denen die genannten zwischenliegenden Teile der Basis an die Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzen.

Die Zonen 12a, die zum Erhalten einer guten Kontaktierung eine erhöhte Dotierungskonzentration aufweisen, sind derart angebracht, dass die Kathode 16 in Draufsicht ein rasterförmiges Muster aufweist. Die Zonen 17 sind gemäss einem zweiten Raster in der Kathode 16 angebracht und werden durch die Kontaktschicht h kontaktiert, die aus senkrechten Streifen mit waagerechten Querteilen besteht. Der Kurzschluss zwischen den Teilzonen der Kathode 16 und den Teilgebieten 12a wird dadurch erhalten, dass die Kontaktlöcher grosser als die Oberfläche des Teilgebietes 12a gewählt werden.

Der Kontakt 8, der mehr oder weniger kammförmig ist, schliesst, wie aus Fig. 7 hervorgeht, die pn-Ubergänge zwischen den Teilzonen und den angrenzenden Teilen der Kathode 16 über ihren ganzen Umfang kurz, wodurch wieder' auf zweckmässige Weise eine parasitäre pnpn—Wirkung, wie oben beschrieben, vermieden werden kann*

Es ist einleuchtend, dass sich die Erfindung nicht auf die liier gegebenen Beispiele beschränkt, sondern dass im Rahmen der Erfindung für den Fachmann viele Abarten möglich s ind.

So kann in den Ausführungsbeispielen der Leitungstyp aller Halbleiterzonen und -gebiete (zu gleicher Zeit) durch den entgegengesetzten Typ ersetzt werden.

Die Kontaktschicht 8, die den Kurzschluss zwischen den

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Gebieten 16 und den Teilen 12a des Basisgebietes herbeiführt, braucht nicht unbedingt in einem Kontaktloch zu liegen, in dem der pn-Ubergang zwischen diesen Gebieten an die Oberfläche tritt; dieser pn-Ubergang kann z.B. auch mit einer Isolierschicht überzogen sein, über die eine Metallbahn über Kontaktlöcher zu den genannten Gebieten den Kurzschluss versorgt.

Andererseits kann in Fig. 2 zwischen den Gebieten I6a und 16b an der Stelle des Anschlusskontakts 28 (B.. in Fig. 3) die Isolierschicht 5 weggelassen werden.

In der Anordnung nach Fig. 1 und 2 kann die Nut 9 nötigenfalls mit Siliziumoxid oder einem anderen Isoliermaterial ausgefüllt sein.

Ausserdem sind in der Umgebung der Teilgebiete der

'5 Kathode 16 noch zahlreiche andere Formen möglich; die geschlossenen streifenförmigen Zonen in Fig. 6 können z.B. auch als konzentrische kreisförmige Zonen ausgebildet werden; auch können sich die Teilzonen z.B. sternförmig von einem mittleren Teil her erstrecken.

" Schliesslich kann eine Schaltung der obenerwähnten Art wieder von einem dritten Transistor angesteuert werden, dessen Emitter mit der Basis des Steuertransistors verbunden und dessen Kollektor nötigenfalls mit dem gemeinsamen Kollektorgebiet der Darlingtonschaltung verbunden ist, wobei dieser dritte Transistor zwischen dem Emitter und der Basis mit einer der obenbeschriebenen Diode ähnlichen Diode versehen ist.

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Claims

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PATENTAN SPRÜCHE

(1. Halbleiteranordnung mit einer Darlingtonschaltung mit einem Halbleiterkörper mit zwei Transistoren mit Emittcr- und Kollektorgebieten vom ersten Leitungstyp und einem ZHischenliegenden Basisgebiet vom zweiten Leitungstyp, wobei das Emittergbiet eines der Transistoren (weiter als erster Transistor bezeichnet) mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, und wobei zwischen der Basis und dem Emitter des ersten Transistors eine Diode angebracht ist, wobei sich in dem Basisgebiet des ersten Transistors ein Oberflächen-

'" gebiet vom ersten Leitungstyp befindet, das eine erste Zone der Diode bildet und mit diesem Basisgebiet verbunden ist, während ein zweites Gebiet der Diode, das mit der ersten Zone einen gleichrichtenden Kontakt bildet, mit dem Emittergebiet des ersten Transistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zone eine Anzahl nebeneinander liegender Teilzonen enthält, die je einen'gleichrichtenden Übergang mit T. ilen des zweiten Gebietes der Diode bilden, die wenigstens über einen Teil ihres Umfangs voneinander durch Teile der Basis getrennt und über einen wesentlichen

Teil ihres Umfangs mit diesen Teilen der Basis durch eine Kontaktschicht verbunden sind_s die sich über den pn-Ubergang zwischen diesen Teilzonen und den Teilen der Basis erstreckt, 2« Halbleiteranordnung nach Anspruch 1_S dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Teile des zweiten Gebietes der Diode durch in den Teilzonen vom ersten Leitungstyp

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angebrachte Zonen vom zweiten Leitungstyp gebildet werden, die mit den Teilzonen vom ersten Leitungstyp pn-Ubergänge bilden.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungskonzentration der Zonen vom zweiten Leitungstyp höchstens das Zehnfache der Dotierungskonzentration des Oberflächengebietes vom ersten Leitungstyp ist.

k. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der¹ vorher— 10· gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilzonen vom ersten Leitungstyp mit den genannten Teilen der Basis mittels eines Basiskontakts verbunden sind, der sich über den pn-Ubergang zwischen diesen Teilen und den genannten Teilen der Basis erstreckt«

^5 5. Halbleiteranordnung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens an der Stelle der Kontaktschicht die Oberflächenkonzentration der Basis des ersten Transistors erhöht ist.

6„ Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden ²^ Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilzonen durch eine Anzahl zueinander praktisch paralleler und langgestreckter streifenförmiger Zonen gebildet werden, die nebeneinander liegen und mit der Basiszone des ersten Transistors durch eine Kontaktschicht verbunden sind, die sich praktisch über die ganze Länge dieser streifenförmigen Zonen oberhalb des pn-Ubergangs zwischen diesen Zonen und der Basiszone des ersten Transistors erstreckt.

7· Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Kontaktschicht eine Kammstruktur aufweist, deren hervorragenden Teile zu den genannten langgestreckten streifenförmigen Zonen parallel sind und diese mit der Basiszone des ersten Transistors verbinden, und dass die in den Teilzonen vom ersten Leitungstyp angebrachten Zonen vom zweiten Leitungstyp ebenfalls mit einer Kontaktschicht versehen sind, die eine zweite kammförmige Struktur bildet, deren hervorragende Teile interdigital zwischen denen der ersten Kaminstruk tür liegen. 8. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden

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Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke und die Verunreinigungskonzentration der Teilzonen vom ersten Leitungstyp wenigstens praktisch gleich denen der Emitter der zwei Transistoren sind. 9· Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungskonzentration der Zone vom ersten Leitungstyp höchstens

19 / -i etwa 7 · 10 Atome/cm beträgt.

10. Anordnung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungskonzentration der Zone vom ersten Leitungstyp zwischen etwa 5 · 10 und etwa 7 · 10 Atomen/cm³ . liegt.

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