DE2944741C2 - Halbleiterschaltungsanordnung, bestehend aus einer monolithisch integrierten Kombination zweier bipolarer Transistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterschaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. wie sie aus IEEE Journal of Solid-State Circuits, Band SC-14, No. 5, Oktober 1979, Seiten 801 bis 806, bekannt ist.

Derartige Anordnungen finden beispieisweiie in der PL-Technik (Integrated-Injection-Logic) Verwendung. Bei dieser bekannten Technologie, die beispielsweise in der Zeitschrift Elektronik, 1976, Heft 2, Seiten 79 bis 82 beschrieben wird, dient ein lateraler Transistor als Konstantstromquelle zur Basisstromversorgung eines vertikalen Multikollektortransistors. Dabei ist die Kollektorzone des lateralen Transistors gleichzeitig die Basiszone des invers arbeitenden Multikollektortransistors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterschaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß sie als I²L-SchaI-tungsanordnung so verwendet werden kann, daß die aktive Basiszone des Vertikaltransistors gut kontaktiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das Merkmal, daß an eine schwachdotierte Basiszone eine hochdotierte Anschlußrone g. s"vzt. ist für sich aus IEEE Journal of Solid-State Circuits. Band SC-12, No. 3, Juni 1977, Seite 270 bis 275 bekannt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der F i g. 1 ist ein die Halbleiterschaltungsanordnung enthaltender Halbleiterkörper im Schnitt dargestellt, wobei mit dieser Anordnung die in der Fig. 2 dargestellte logische Verknüpfungsschaltung realisiert wird.

Auf einem hochdotierten η "-leitenden Halbleitergrundkörper 10 befindet sich ι ie Halbleiterschicht 11 vom gleichen Leitungstyp, die schwach dotiert ist und •.orzugsweise epitaktisch erzeugt wurde. Die Halbleiterschicht 11 wird von zwei nebeneinander liegenden.

p-leitenden Zonen 12 und 14 durchdrungen. Zwischen diesen beiden p-leitenden Zonen 12 und 14 verbleibt ein Teilbereich J3 der schwach dotierten η-leitenden Epitaxieschicht. Die Zonen 12, 13 und 14 bilden in der genannten Reihenfolge den Emitter, die Basis und die KoI-Iektorzone des Lateraltransistors 7V Die Emitterzone 12 ist mit einer Elektrode 15 versehen, über die Ladungsträger durch die Basiszone 13 hindurch in die Kollektorzone 14 injiziert werden. Die Basiszone 13 des Lateraltransistors kann gleichfalls mit einem in der Fig. 1 nicht dargestellten Anschlußkontakt versehen werden.

Die p-leitende Zone 14, die die Kollektorzone des Lateraltransistors Ti bildet, ist zugleich die allen Teil-

transistoren T₂- T₄ des Vertikaltransistors gemeinsame Emitterzone. In die Oberfläche dieser Zone 14 sind durch p-leitendes Gebiet voneinander getrennte, schwach dotierte und η-leitende Zonen 21, 22 und 23 eingelassen, die die Basiszonen der Teiltransistoren bilden. An diese schwach dotierten Basiszonen grenzt jeweils eine relativ hoch dotierte Anschlußzone 35,26 und 27 an, die mit je einem ohnischen Basisanschlußkontakt 28,29,30 versehen ist.

Auf die Basiszonen 21—23 der Vertikal-Transistoren T₂, Ty, Ta wird jeweils ein den Kollektor bildender Metallanschlußkontakt 31, 32 und 33 aufgebracht. Dieser Metallkontakt bildet im Übergangsbereich zu der jeweils zugeordneten Basiszone einen gleichrichtenden Metall-Halbleiterkontakt. Bei Halbleiterstmkturen aus einkristallinem Silizium bestehen die gleichrichtenden Metali-Schottky-Kontakte an der η-leitenden, schwach dotierter; Basiszone beispielsweise aus Aluminium.

Die relativ hoch dotierten p-leitenden Zonen 12 und 14 in der Logikstruktur gemäß F i g. 1 werden beispielsweise dadurch hergesiellt. daß vor dei Abscheidung der Epitaxieschicht 11 die für die Zonen 12 und 14 vorgesehenen Teilbereiche der Halbleiteroberfläche mit einem die p-Leitung erzeugenden .Störstellenmaterial hoher Konzentration belegt werden, aus dem nach der Herstellung der epitaktischen Schicht 11 die p-leitenden Zonen 12 und 14 ausdiffundiert werden. Die Basiszonen 21, 22 und 23 bilden dann bei der Ausdiffusion der Zone 14 entstehende Restbereiche der ursprünglichen, n--leitenden Epitaxieschicht 11. Die Trennung zwischen den einzelnen Basiszonen 21,22 und 23 wird dadurch herbeigeführt, daß p-leitendes Material von der Oberfläche der Halbleiteranordnung aus so weit in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, daß sich in den Diffusionsbereichen eine Überlappung mit der durch Ausdiffusion entstandenen hoch dotierten und p-leitenden Zone 14 ergibt. Die π+ -leitenden Basisanschlußzonen 25, 26 und 27 werden gleichfalls durch Eindiffusion hergestellt.

Die Halbleiterschaltungsanordnung wird beispielsweise mit H'fe der bekannten Planartechnologie gefertigt. Dabei wird beispielsweise ein einkristalliner Silizium-Halbleiterkörper nach der Herstellung der Epitaxieschicht 11 mit einer Oxyd-Maskierungsschicht 16 bedeckt, die entsprechend den erforderlichen Diffusionsund Kontaktierungsschritten mit den notwendigen Öffnungen venehen wird.

Das elektrische Ersatzschaltbild der Halbleiteranordnung nach Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei ist zu beachten, daß die Kollektorelektroden 31 und 32 der Vertikal-Teiltransistorer, T₂ und T> miteinander verbunden wurden. Diese Verbindung bildet zugleich den AusgangsanscHuß Ä, der an einen — in der F 1 g. 1 nicht dargestellten — Lastwiderstand /?i angeschlossen ist. Der dritte Vertikal-Teiltransistor Tt weist gleichfalls einen Kollektorlastvviderstand A₂ auf, wobei an der Verbindung zwischen Kollektor und Widerstand /?> das Ausgangssignal A der logischen Verknüpfung abgegriffen werden kann. An die Basiselektrode des Transistors T₄ wird das Referenzpotential angelegt. Die Basiselektroden der Transistoren T₂ und Tj bilden die Eingänge £i und E₂ der logischen Verknüpfung. Der pnp-Lateraltransistor Ti ist die Stromquelle für die Vertikal-Teiltransistoren.

Wegen des gemeinsamen Emitters der Teiltransistoren Ti— T₄ und aufgrund der Tatsache, daß der Transistorstrom epxonentiell von der jeweiligen Emitter-Basis-Spannung abhängt, fließt der vom Emitter des Lateraltransistors Ti injizierte Strom nur über einen der beiden jeweils mit einem der Widerstände R_t und R? belasteten Strcmzweige ab. Ist wenigstens eines der an den Basiskontakten E\ und £> der Teiltransistoren Ti und Ί\ angelegten Potentiale niedriger als das Potential an der Basiselektrode des Transistors T₄, so fließt der Strom vom Lateraltransistor durch den Vertikal-Teiltransistor mit dem niedrigsten Basispotential. Am Widerstand R2 stellt sich somit kein Spannungsabfall ein. Dieser Spannungsabfall tritt erst dann auf, wenn die Basispotentiale der Teiltransistoren T und Ti höher als das Referenzpotential an T₄ sind. Am Ausgang A werden somit die Eingangssignale an £1 und E₂ gemäß einer UND-Verknüpfung miieinander verbunden. Am Ausgang A stellt sich die Negation dieser UND-Verknüpfung ein. Die Schaltung gemäß der F i g. 2 bildet somit ein AND- bzw. ein NAND-Gatter.

In der F i g. 3 ist noch dargestellt, wie die Halbleiterschaltungsanordnung in modifizierter Form hergestellt werden kann. Ausgegangen wird von einem schwach dotierten ρ--leitenden Grundkörper 40, der wiederum mit einer epitaktisch abgeschiedene..* ledoch n--leitenden Schicht 41 bedeckt ist. Zwischen den» Grundkörper und der epitaktischen Schicht ist eine η^τ-leitende vergrabene Schicht 42 angeordnet. Dabei besteht der Unterschied zu der in der F i g. 1 beschriebenen Struktur darin, oüß die Emitterzone 43 des Lateraltransistors nicht die gesamte Epitaxieschicht 41 durchdringt. Ferner wird in die Halb'eiterbox 44, die zugleich die Basiszone des Lateraltransistors bildet, noch eine hoch dotierte Basisanschlußzone 46 eingebracht, die mit einem Basisanschlußkontakt 57 versehen wird. Die den Kollektor des Lateraltransistor und den Emitter der Vertikal-Teiltidiisistoren bildende ρ+ -dotierte Zone 45 kann wiederum durch Ausdiffusion hergestellt werden, wobei sich eine Überlappung mit der durch Eindiffusion erzeugten und die Basisteilzonen 48—51 voneinander trennenden p-leitenden Zone 47 einstellt. Die Kontakte 54 und 52 an die n~-leitenden aktiven Basiszonen 48 und 50 sind gleichrichtende Schottky-Kontakte, während die übrigen Anschlußkontakte 53,55 und 56 ohmisch sind.

Abschließend soll noch erwähnt werden, daß die in den Fig. 1 und 3 vorkommenden Leitungstypen jeweils gegen den entsprechenden entgegengesetzten Leitungstyp vertauschbar sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Halbleiterschaltungsanordnung, bestehend aus einer monolithisch integrierten Kombination zweier Bipolartransistoren, von denen der eine ein Lateraltransistor (Tt) und der andere ein aus mehreren Teiltransistoren (Ti, Ti, Ti) bestehender, neben dem Lateraltransistor (Ti) an der Oberfläche eines Halbleiterkörpers (10) angeordneter Vertikaltransistor ist, bei der die Kollektorzone (14) des Lateraltransistors (Ti) den ersten Leitungstyp aufweist und zugleich die den Teiltransistoren (T₂. T₃, T₄) des Vertikaltransistors gemeinsame Emitterzone ist, bei der in der Emitterzone (14) voneinander getrennte, die Basiszonen der Teiltransistoren (T2, Ti, T₄) bildende Zonen (21,22,23) vom zweiten Leitungstyp angeordnet sind und bei der jede der Basiszonen (21, 22, 23) schwach dotiert und mit einem Kollektor versehen ist, der aus einem gleichrichtenden, auf der zugeordneten Baii ^one (21, 22, 23) angebrachten Schottky-Kontakt {3 i, 32,33) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß an die Basiszonen (21, 22, 23) jeweils eine hochdotierte Anschlußzone (25, 26, 27) vom zweiten Leitungstyp angrenzt, die mit einem ohmschen Basisanschiußkontakt (28, 29, 30) versehen ist.

2. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem hochdotierten Halbleiterkörper (10) vom zweiten Leitungstyp eine schwachdotierte Epitaxieschicht (11) des gl ^;chen Leitungstyps angeordnet ist, daß eine, die Epitaxieschicht durchdringende Zone (12) vom ersten Leitungstyp die Emitterzone des Lateraltransistors (T) bildet, die duTh einen Teilbereich (13) der Epitaxieschicht, der die Basiszone des Lateraltransistors (T) bildet, von einer weiteren, die Epitaxieschicht (11) durchdringenden Zone (14) vom ersten Leitungstyp getrennt ist, die den Kollektor des Lateraltransistors (T) und zugleich den Emitter des Vertikaltransistors bildet, und daß diese weitere Zone (14) mehrere, an der Halbleiteroberfläche liegende und von einander getrennte, die Basiszonen bildende Restbereiche (21, 22, 23) der Epitaxieschicht (11) umschließt.

3. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß auf einem schwach dotierten Halbleiterkörper (40) vom ersten Leitungstyp eine schwach dotierte Epitaxieschicht (41) vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist. daß zwischen dem Halbleiterkörper (40) und der Epitaxieschicht (41) eine hoch dotierte vergrabene Schicht (42) vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist, daß in die Epitaxieschicht (41) eine als Emitterzone des Lateraltransistors (T) dienende Zone (43) vom ersten Leitungstyp eingelassen ist. die durch einen als Basiszone des Lateraltransistors dienenden Teilbereich (44) der Epitaxieschicht von einer weiteren, die Epitaxieschicht durchdringenden und an die vergrabene Schicht (42) angrenzenden Zone (45) vom ersten Leitungstyp, die als Kollektorzone des Lateraltransijitors (Ti) und als Emitterzone des Vertikaltransistors dient, getrennt ist..

4. Halbleiterschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bilden von logischen Verknüpfungen zwei oder mehrere Kollektoren (31,32) des Vertikaltransistors zur Bildung eimer ersten Ausgangselektrode (Ä) mit-

einander verbunden und an einen Lastwiderstand (Ri) angeschlossen sind, daß der Kollektor (33) eines weiteren Teiltransistors (Tt) eine zweite Ausgangselektrode (A) bildet und an einen weiteren Lastwiderstand (R₂) angeschlossen ist, daß die Basisanschlußkontakte (28, 29) der an den Kollektoren miteinander verbundenen Teiltransistoren (Ty, ΓΊ) die Eingänge eines AND oder eines NAND-Gatters bilden, ciaß an dem Basisanschiußkontakt (30) des weiteren Teiltransistors (T₄) ein Referenzpotential (REF) angelegt ist, und daß an den Ausgangselektroden (A, A) das Ausgangssignal der logischen Verknüpfung anliegt