DE3247006A1

DE3247006A1 - Integrierte transistoranordnung

Info

Publication number: DE3247006A1
Application number: DE19823247006
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Phys. 7101 Massenbachhausen Wolf
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1982-12-18
Filing date: 1982-12-18
Publication date: 1984-06-20

Description

Integrierte Transistoranordnung
Die Erfindung betrifft eine integrierte Transistoranordnung mit einem ersten Transistor einer ersten Zonenfolge.
Das Schaltverhalten eines Schalttransistors hängt vom Grad der Übersteuerung ab. Mit der Übersteuerung nimmt die Speicherzeit t zu, da die Zahl der Ladungsträger, die beim 5 Umschalten des Transis-tors aus der Basiszone ausgeräunt werden muß, gleichfalls mit der Übersteuerung zunimmt. Da in vielen Fällen die Stromverstärkungswerte der Transistoren relativ stark schwanken und von den Angaben in den Datenblättern abweichen können, lassen sich Übersteuerungen der Schalttransistoren vielfach nicht vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Transistoranordnung anzugeben, mit der Übersteuerungen eines Transistors und damit größere Speicher zeiten sicher vermieden werden. Diese Aufgabe wird bei einer integrierten Transistoranordnung mit einem ersten Transistor einer ersten Zonenfolge erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zweiter Transistor mit einer zum ersten Transistor komplementären Zonenfolge vorgesehen ist, dessen Emitter-Kollektor-Strecke parallel zur Basis-Emitter-Strecke des ersten Transistors geschaltet ist und dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist.
Der erste Transistor ist vorzugsweise ein Vertikaltransistor, beispielsweise ein dreifach diffundierter Hochspannungstransistor, während der zweite Transistor ein integrierter Lateraltransistor ist. Der erste Transistor kann auch ein Kleinsignal-Planar- bzw. ein Epitaxial-Planar-Transistor sein.
Die erfindungsgemäße integrierte Transistoranordnung ist vorzugsweise so ausgestaltet, daß für den ersten Transistor eine in einem Halbleiterkörper angeordnete Kollektorzone vorgesehen ist, in die voneinander beabstandet zwei Zonen mit einem der Kollektorzone entgegengesetzten Leitungstyp eingelassen sind. Die erste dieser beiden Zonen bildet die Basiszone des ersten Transistors, während die beiden Zonen zusammen mit dem zwischen ihnen liegenden Kollektorbereich den Lateraltransistor bilden. Die Erfindung und ihre weitere Ausgestaltung soll nachstehend noch anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Die Figur 1 zeigt das Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen integrierten Transistoranordnung.
In Figur 2 ist das entsprechende Ersatzschaltbild für einen Darlingtontransistor dargestellt, der mit einem Lateraltransistor kombiniert wird.
Die Figur 3 zeigt eine abweichende Verschaltungsart der Schaltung gemäß Figur 2.
In Figur 4 ist eine Draufsicht und in Figur 5 ein Schnitt durch die erfindungsgemäße Transistoranordnung gemäß Figur 1 dargestellt.
Die Figur 1 zeigt den eigentlichen Transistor T1, bei dem es sich beispielsweise um einen dreifach diffundierten npn-Hochspannungstransistor handelt. Der Lateraltransistor T2 ist dann ein pnp-Transistor , wobei die Emitter-Kollektorstrecke dieses Transistors parallel zur Basisemitterstrecke des ersten Transistors T1 liegt. Die Basiselektrode des Lateraltransistors T2 ist an den Kollektor des Transistors T1 angeschlossen. In der Figur 1 ist noch die Diode D zwischen der Kollektor- und der Emitterelektrode des Transistors T1 dargestellt, die durch den Zonenaufbau der integrierten Transistoranordnung in einem Halbleiterkörper zwangsläufig zustande kommt und über die bei umgekehrter Polung der Versorgungsspannung Strom fließen kann.
Wenn der Transistor T1 im nicht übersteuerten Bereich ar-CE beitet, ist die Spannung UcE am Transistor T1 so groß, daß der Transistor T2 gesperrt bleibt. Wenn der Transistor T1 jedoch übersteuert wird, sinkt die Spannung UCE am Transistor T1 und damit auch das Basispotential des Transistors T2 so weit ab, daß dieser Transistor T2 mit zunehmender Übersteuerung leitend wird, sodaß über diesen Transistor T2 ein Stromfluß möglich ist, wodurch der Basisstrom des Transistors T1 reduziert wird und damit der Transistor T1 wieder im nicht übersteuerten Bereich arbeitet.
Bei dem Ersatzschaltbild der Figur 2 wurde der Transistor T aus der Figur 1 durch den Darlington-Transistor Tla und Tlb ersetzt. Die Emitter-Koljektorstrecke des Lateraltransistors T2 wird dabei an die Elektroden des Eingangstransistors T la der arlingtonstufe in der anhand der Figur 1 geschilderten Weise angeschlossen. Der Spannungsteiler aus den Widerständen R1 und R2 zwischen der Basis des Eingangstransistors Tla und dem Emitter des Ausgangstransistors Tlb, dessen Abgriff an die Verbindung zwischen dem Emitter des Eingangstransistors Tla und der Basis des Ausgangstransistors Tlb angeschlossen ist, dient zur Stabilisierung gegen thermisch bedingte Sperrströme. Der Spannungsteiler verhindert, daß die Transistoren der Darlingtonstufe von thermischen Sperrströmen durchgeschaltet werden, da diese über den Spannungsteiler abgeleitet werden.
Auch in der Figur 3 ist der Transistor T1 der Figur 1 durch eine Darlingtonstufe-aus den Transistoren Tla und Tlb ersetzt. Die Kollektorelektrode des Lateraltransistors T2 ist im Unterschied zu der Schaltungsweise nach Figur 2 direkt mit dem Emitter des Ausgangstransistors Tlb der Darlingtonstufe verbunden.
Die Figur 4 zeigt in einer Draufsicht, die Figur 5 im Schnitt eine Ausführungsform der Schaltung nach Figur 1. In einen Halbleiterkörper 1, der beispielsweise relativ schwach nleitend ist, wird in einem Diffusionsschritt von der Rückseite + des Halbleiterkörpers aus eine hochdotierte n leitende Kontaktierungszone 3 für den Kollektoranschluß eindiffundiert.
In einem weiteren Diffusionsschritt wird von der gegenüber liegenden Oberflächenseite aus in die Kollektorzone 2 eine p-leitende Zone 4 und 4a, sowie ein weiterer p-leitender Bereich 5 eindiffundiert, wobei der p-leitende Bereich 5 allseitig von an die Oberfläche reichenden Kollektorbereichen 10 umgeben ist. Dieser Kollektorbereich 10 trennt einerseits die p-leitende Zone 5 von der Basiszone 4 des Vertikaltransistors und andererseits von dem Ausläufer 4a der Basiszone, die den p-leitenden Bereich 5 umgibt. In die Basiszone 4 wird noch die n+-leitende Emitterzone 6 eingelassen.
Die Basiszone 4 wird mit dem Anschlußkontakt 7 versehen, der sich auch auf die Zone 4a erstreckt, sodaß die in Figur 4 dargestellte, geschlossene Kontaktstruktur für die Basiszone zustandekommt, die den Emitterkontakt 8 an der Emitterzone 6 allseitig umgibt. Der Emitterkontakt 8 erstreckt sich über den den Kollektorzonenbereich 10 überdeckenden Teil der Oxydschicht 2 auch zur p-leitenden Zone 5 und verbindet diese so mit der Emitterzone 6. An die Kollektoranschlußzone 3 auf der Rückseite der Halbleiteranordnung wird der Kollektoranschlußkontakt 9 angebracht.
Der Vertikaltransistor wird somit von der Emitterzone 6 der Basiszone 4 und den Kollektorzonenbereichen 2 und 3 gebildet, während der Lateraltransistor durch die pleitende Zone 5 die Kollektorzonenbereiche 10 und die Teile 4 bzw. 4a der Basiszone zustande kommt. Der Abstand x zwischen dem p-leitenden Bereich 5 und den benachbarten pleitenden Bereichen 4 ued 4a beträgt bei einem Hochspannungstransistors beispielsweise 10 - 100 um, während es sich bei einem Kleinsignal - Planartransistor um 2 - 10 um handelt Bei den genannten Hochspannungstransistoren wird die Emitterzone 6 eine Eindringtiefe von beispielsweise 10 Um und die Basiszone 4 eine Eindringtiefe von ca. 20 um aufweisen.
Der schwach n-leitende Bereich 2 hat dann zwischen der Basiszone 4 und der hochdotierten Kollektoranschlußzone 3 noch eine Dicke von ca. 80 bis 100 Um.
Die anhand des Ausführungsbeispieles genannten Leitfähigkeitsverhältnisse können selbstverständlich so geändert werden, daß alle Zonen jeweils den entgegengesetzten Leitungstyp ausweisen Die Störstellenkonzentrationen und die geometrischen Abmessungen der einzelnen Zonen können den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden. Ebenso kann das Diffusionsverfahren zur Herstellung der Basis zone und der Emitterzone atich durch andere übliche--Verfahrensweisen, beispielsweise durch Epitaxie oder Ionenimplantation, ersetzt werden.

Claims

Patentansprüche Q Integrierte Transistoranordnung mit einem ersten Transistor (T1) einer ersten Zonenfolge, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Transistor (T2) mit einer zum ersten Transistor komplementären Zonenfolge vorgesehen ist, dessen Emitter-Kollektor- Strecke parallel zur Basis- Emitter-Strecke des ersten Transistors (T1) geschaltet ist und dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist.
2) Integrierte Transistoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (T1) ein Vertikaltransistor und der zweite Transistor (T2) ein Lateraltran-2 sistor ist.
3) Integrierte Transistoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (T1) ein diffundierter Hochspannungstransistor ist.
4) Integrierte Transistoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (T1) ein Kleinsignal- Planar- bzw. ein Epitaxial- Planar-Transistor ist.
5) Integrierte Transistoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den ersten Transistor (T ) eine in einem Halbleiterkörper (1) angeordnete Kollektorzone (2) vorgesehen ist, in die im Abstand (x) voneinander zwei Zonen (4,5) vom zur Kollektorzone entgegengesetzten Leitungstyp eingelassen sind, wobei die eine Zone (4) die Basiszone des ersten Transistors (T1) bildet und beide Zonen (4,5) zusammen mit dem zwischen ihnen liegenden Bereich (10) der Kollektorzone den Lateraltransistor (T2) bilden.
6) Integrierte Transistoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone (4,4a) des ersten Transistors (T1) derart ausgebildet ist, daß sie die andere Zone (5) vom Leitungstyp der Basiszone in von einem Bereich (10) der Kollektorzone ausgefüllten Abstand (x) allseitig umgibt.
7) Integrierte Transistoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (T1) ein Darlington-Transistor (T1 , Tlb) ist, und daß der zweite Transistor (T2) in der angegebenen Weise mit dem Eingangstransistor (Tla) der Darlington-Stufe verschaltet ist.
8) Integrierte Transistoranordnung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (T1) ein Darlington-Transistor (Tla, T ) ist und daß die ib Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors (T2) zwischen die Basis des Eingangstransistors und den Emitter des Ausgangstransistors der Darlington-Stufe geschaltet ist, während die Basis des- zweiten Transistors mit den Kollektoren beider Transistoren in der Darlington-Stufe verbunden ist.