DE69116207T2

DE69116207T2 - Integrierte Schaltung bestehend aus einem Lateraltransistor mit Mehrfachkollektoren

Info

Publication number: DE69116207T2
Application number: DE69116207T
Authority: DE
Inventors: Pierre Leduc
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1991-04-22
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2011-04-23
Also published as: EP0454248A1; JPH04229628A; DE69116207D1; FR2661556A1; US5200803A; EP0454248B1

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltung mit einem Lateraltransistor, der Emitter- und Kollektorgebiete mit einem ersten Leitfähigkeitstyp enthält, die lateral voneinander getrennt und in ein Gebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps im Gegensatz zum ersten Leitfähigkeitstyp aufgenommen sind, wobei der Anteil des Gebiets vom zweiten Typ sich ausgehend von seiner Oberfläche zwischen den Emitter- und Kollektorgebieten befindet, die die Basis des Transistors bilden, der Lateraltransistor am Umfang von einer tieferen Isolieroxidschicht umgeben ist, als die Basisschicht, das Emittergebiet wenigstens einen länglichen Anteil aufweist, der eine Längsrichtung definiert und in bezug auf die Isolierschicht in der Längsrichtung Ausläufer hat, und der verlängerte Anteil von zwei einander zugewandten Halbleiterzonen eingerahmt ist und einen Anteil des Kollektorgebiets bildet, das wenigstens diese beiden Zonen umfaßt.
Eine derartige integrierte Schaltung ist aus der französischen Patentanmeldung bekannt, der von Anmelderin am 30. Dezember 1987 unter der Nummer 87 18388 (Veröffentlichungsnummer FR 2 625 611) eingereicht wurde.
Eine Begrenzung einer derartigen integrierten Schaltung ist, daß bei der Verwirklichung eines Kollektors mit mehreren Zonen der auf diese Weise erhaltene Transistor insbesondere auf dem Gebiet der Stromverstärkung Herstellungsstreuungen aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Schaltung eingangs erwähnter Art zu schaffen, in der der Lateraltransistor vom Mehrkollektortyp ist und eine stabilere Stromverstärkung hinsichtlich der Herstellungsstreuungen aufweist.
Dieses Streuungsproblem wird in einem Transistor nach der Angabe im Anspruch 1 beseitigt.
Es ist der Anmelderin tatsächlich gelungen anzugeben, daß das Herstellungsstreuungsproblem dadurch verursacht wird, daß, wenn die Ausläufer des Emitterzweiges oder der Emitterzweige der tiefen Isolierschicht durch einen Anteil des Gebiets vom zweiten Typ zugewandt sind, die Einspritzströme in der Nähe der Ausläufer geändert werden, wodurch eine Streuung in den Transistorverstärkungen während einer Herstellung auftritt.
Entsprechend der Anmeldung sei unter tiefe Isolierschicht jede Isolierung verstanden, die nicht vom Verbindungstyp sind, insbesondere eine Rille, deren Ränder von einer Isolierschicht verdeckt sind.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen den Ausläufern der verlängerten Anteile und des zusätzlichen Gebiets größer als der Abstand zwischen den verlängerten Anteilen und den Kollektorzonen. Auf diese Weise wird der Strom durch das Zusatzgebiet minimisiert. Ebenfalls ist es vorteilhaft, daß der mittlere Abstand zwischen den Kollektorzonen und dem Zusatzgebiet größer ist als der mittlere Abstand zwischen den verlängerten Anteilen und den Kollektorzonen.
In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel werden die verlängerten Anteile in Kreuzform in einer ersten und einer zweiten Längsrichtung angebracht, und es werden wenigstens vier Kollektorzonen zwischen diesen verlängerten Anteilen angeordnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Verwirklichungsbeispiel nach der Erfindung, und
Fig. 2a und 2b die Querschnitte XX' bzw. YY' in Fig. 1,
Fig. 3 eine Abwandlung der Erfindung,
Fig. 4 eine Abwandlung der Fig. 2b.
In Fig. 1, 2a und 2b enthält ein Mehrkollektor-Lateraltransistor einen Emitter 7 (beispielsweise vom Typ p) in Kreuzform mit zwei senkrechten Zweigen, wodurch vier Sektoren definiert sind, in denen vier Kollektoren 8 (beispielsweise vom Typ p) angebracht sind. Zwischen den Emitter und Kollektorzweigen hat eine Basis 6 eine Größe WB. Der Transistor ist nach der Oxidisoliertechnologie beispielsweise nach dem bekannten Verfahren unter der Bezeichnung SUBILO verwirklicht, und sein Umfang, d.h. der vom Emitter 7 und von den Kollektoren 8 beschränkte Umfang, ist von einer tiefen Oxidschicht 11 umgeben, d.h. im vorliegenden Fall dicker als die Basisschicht zur Bildung eines Isolierkissens für den Transistor. Um zu vermeiden, daß der Ausläufer 7' der Zweige dem tiefen Oxid 11 durch nur einen Anteil der Basis nicht zugewandt ist, wodurch nach den Feststellungen der Anmelderin Streuungen hinsichtlich der Leistungen (insbesondere der Stromverstarkung) der Transistoren faktisch tatsächlich durch Streuungen in der Qualität des tiefen Oxids 11 eingeführt werden, ist ein Zusatzgebiet 9 vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Kollektoren 8 und unter Bildung eines mit Zusatzkollektor bezeichneten Kollektors zwischen dem Umfang des Transistors und der tiefen Oxidschicht 11 angeordnet. Das Zusatzgebiet kann (nicht notwendigerweise) dieselbe Dotierung haben wie die Kollektorgebiete 8 (beispielsweise 10¹&sup9;/cm³ oder einen Widerstand von 500 Ω pro Quadrat nach dem erwähnten SUBILO-Verfahren). Unter der Anordnung ist eine eingegrabene hochdotierte Schicht 2 beispielsweise n&spplus; mit elektrischer Kontinuität mit einer Schicht 3 vom gleichen Typ ebenfalls hochdotiert angeordnet und erstreckt sich von einer Hauptfläche der integrierten Schaltung bis zur vergrabenen Schicht. Die Schicht 3 erfüllt die Aufgabe eines Basiskontaktelements. Mit 12 wird der tiefe Oxidanteil 11 zum Trennen der Schicht 3 vom Zusatzgebiet 9 bezeichnet. Insbesondere anhand der Fig. 2a und 2b befindet sich die vergrabene Schicht 2 sowohl unter dem Umfang (wie oben definiert) des Transistors als auch unter der Schicht 3 angeordnet und außerdem derart, daß ihre Verbindung mit dem Substrat beispielsweise vom Typ p beim tiefen Oxid 11 endet.
Eine dünne Oxidschicht 10 wird auf der Hauptfläche der integrierten Schaltung angeordnet und enthält Fenster, durch die die Kontaktbänder 14 für den Emitter 15 für die Basis und 16 für den Kollektor elektrischen Kontakt mit diesen betreffenden Zonen haben.
Wieder anhand der Fig. 1 wird jetzt der höhere Strom im Zusatzgebiet berechnet. Man kann dies nur in seiner gewünschten Aufgabe zum Trennen des tiefen Oxids von den Ausläufern der Emitterzweige betrachten, wobei versucht wird, den verbrauchten Strom zu minimisieren, oder auch als ergänzenden Kollektor, in welchem Fall versucht wird, ihm für diese Anwendung die gewünschte Verstärkung zu geben.
Bei diesen Berechnungen wird davon ausgegangen, daß der Transistor im Verstärkungsbetrieb polarisiert ist, wobei das Emitter/Basisgebiet und die Kollektor/Basisverbindungen invertiert polarisiert sind.
Angenommen, Ic ist der als gleich angenommene Strom in jedem der Kollektorgebiete, und
I' ist der Strom im Zusatzgebiet hinsichtlich eines Emitterausläufers.
Angenommen, βi ist die Stromverstärkung am gemeinsamen Emitter für eines der Kollektorgebiete, und
β' ist die Stromverstarkung entsprechend dem Zusatzgebiet hinsichtlich eines Emitterausläufers, weil ein Lateral-Sekundärtransistor (pnp) gebildet wird.
Angenommen, IBT ist der Gesamtbasisstrom.
Angenommen DE ist die Gesamtlänge eines Emitterzweiges (größere Abmessung eines Emittergebiets), und HE seine Größe.
Angenommen, WB ist der Abstand zwischen einem Emitterzweig und einem Kollektorgebiet (im Fall, wenn dieser Abstand nicht konstant ist, WB der mittlere Abstand).
Angenommen WB1 ist der Abstand (oder der mittlere Abstand) zwischen einem Kollektorgebiet und dem Zusatzgebiet.
Angenommen, WB2 ist der Abstand zwischen dem Ausläufer eines Emitterzweiges und dem Zusatzgebiet.
Angenommen schließlich, daß W'B1 in der Längsrichtung eines Emitterzweiges gemessene Unterschied zwischen einem Ausläufer eines erwähnten Zweiges und einem äußersten Rand eines Kollektorgebiets (WB2 = WB1 + W'B1).
Für eine erste Berechnungsweise wird davon ausgegangen, daß das Zusatzgebiet ein niedrigeres Potential als das Potential an der Basis führt.
Es gibt:
Es gibt in erster Annäherung:
wobei exp = exponentiell
Die Emitterlänge vor einem Kollektorgebiet ist tatsächlich etwa gleich 2 x DE/2
h = Konstante (Formfaktor).
Worin Js = die laterale Einspritzdichte im Emitter, in Längeneinheit.
VBE = Basis/Emitterspannung; VT= 26 mV
h' = Konstante (auf das Zusatzgebiet bezogener Formfaktor).
Es gibt also:
Beispiel: DE = 45 µm HE = 2 µm WB = 2,5 µm WB2 = 5 µm.
worin h' = h (in der Praxis festgestellte Annäherung);
also I' = 2,2 x 10&supmin;²Ic und der Strom im Zusatzgebiet 9 ist äußerst schwach im Vergleich zu den Strömen in den Kollektorgebieten 8.
Für eine zweite Berechnungsweise wird davon ausgegangen, daß das Zusatzgebiet mit der Basis des Transistors vereint ist.
Der Verstärkungswert βi nimmt ab und erreicht
denn der Strom I' entsprechend jedem der Emitterausläufer beteiligt sich dabei in diesem Fall am Basisstrom.
daher also

Beispiele:

Mit denselben Werten wie in der vorangegangenen Beschreibung und βi = 10 gibt es:
β'i 5,3
mit denselben Werten wie in der vorangegangenen Beschreibung und βi = 5 gibt es β'i = 3,5.
Beim Verbinden des Zusatzgebiets mit der Basis kann die Polarisation einer ergänzenden Verbindung (für das Zusatzgebiet) vermieden werden, aber immerhin auf Kosten einer bedeutenden Stromverstärkung. Es empfielt sich dabei in diesem Fall, WB2 zu erhöhen. Beispielsweise wenn statt WB2 = 10 µ beträgt, nimmt man WB2 = 5 µ, also wenn βi = 10 beträgt β' = 6,9.
Ein Transistor nach obiger Beschreibung kann auf vorteilhafte Weise als ein Transistor mit höherer Verstärkung entsprechend der Beschreibung in der erwähnten französischen Patentanmeldung FR 2 625 611 verwirklicht werden. Das Emittergebiet weist eine Tiefe und einen Dotierungspegel derart auf, daß die Diffusionslänge der vertikal darin eingespritzten Minoritätsträger höher ist oder gleich der Dicke dieses Gebiets. Eine elektrische Verbindung des Emitters (14) weist wenigstens eine elektrische Kontaktzone wenigstens durch ein Fenster einer Isolierschicht (10) auf, wobei das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche des Emittergebiets und der dieser Zone (14) wenigstens gleich 20 ist, und das Verhältnis zwischen der größten Längsabmessung (die Länge DE der Fig. 1) und die größte Querabmessung (Größe HE in Fig. 1) wenigstens eines verlängerten Anteils oder Zweiges wenigstens gleich 5 ist. Es sei bemerkt, daß die Zweige eine rauten Form hat und daß die verschiedenen Zonen (14) zur Kontaktherstellung unterteilt sein können. In diesem Fall müssen bestimmt die Oberflächen der einzelnen Zonen (14) addiert werden, um die zu berücksichtigende Gesamtfläche zu erhalten.
In Fig. 3 enthält das Emittergebiet ein verlängertes Gebiet 27, an dessen beiden Seiten zwei Kollektorgebiete 28 angebracht sind. Das Zusatzgebiet besteht aus zwei Teilen 20, die sich gegenüber den Ausläufern des Gebiets 27 befinden. Der Ausdruck "gegenüber den Ausläufern" bezieht sich ebenfalls auf die Abmessung der Teile 20 sowohl quer als auch vertikal in bezug auf die Ausläufer. Mit anderen Worten hat ein Gebiet 20 eine Länge wenigstens gleich der Größe des Gebiets 27 auf dem Pegel seines Ausläufers und eine Tiefe wenigstens gleich der des Gebiets 27 auf demselben Pegel. Die beiden Gebiete 20 können miteinander verbunden werden.
In Fig. 4 ist eine elektrische Verbindung 15 dargestellt (beispielsweise einen Metallisierungsschicht), die elektrisch das Zusatzgebiet 9 und die Basis (auf dem Pegel der Kontaktstelle 3) miteinander verbindet.

Claims

1. Integrierter Halbleiterschalter mit einem Lateraltransistor mit Emitter- und Kollektorgebieten von einem ersten Leitfähigkeitstyp, die lateral voneinander getrennt und in einem Gebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp gegenüber dem ersten aufgenommen sind, wobei der Anteil des Gebiets vom zweiten Typ von der Oberfläche dieses Gebiets sich zwischen den Emitter- und Kollektorgebieten befindet und die Basis des Transistors bildet, der Lateraltransistor an seinem Umfang von einer tieferen Isolier-Oxidschicht als die Basisschicht umgeben ist, das Emittergebiet wenigstens einen verlängerten Anteil (7) zur Definition einer Längsrichtung aufweist und gegenüber der Isolierschicht in der Längsrichtung Ausläufer hat, der verlängerte Anteil (7) von zwei Halbleiterzonen (8) einander gegenüber eingerahmt sind und einen Teil des Kollektorgebiets darstellt, das wenigstens diese zwei Zonen (8) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzgebiet (9) vom ersten Leitfähigkeitstyp sich zwischen dem Umfang des Transistors und der Isolierschicht (12) wenigstens gegenüber diesen Ausläufern des verlängerten Anteils des Emittergebiets angeordnet ist.

2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (WB2) zwischen den Ausläufern (7') der verlängerten Anteile und dem Zusatzgebiet (9) größer ist als der mittlere Abstand (WB) zwischen den verlängerten Anteilen (7) und den Kollektorzonen (8).

3. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzgebiet (9) den gesamten Umkreis des Transistors begrenzt.

4. Integrierte Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abstand (WB1) zwischen den Kollektorzonen (8) und dem Zusatzgebiet (9) größer ist als der mittlere Abstand (WB) zwischen den verlängerten Anteilen (7) und den Kollektorzonen (8).

5. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verlängerten Anteile (7) eine Anzahl von zwei in Kreuzform nach einer ersten und einer zweiten Längsrichtung betragen und das Emittergebiet bilden, und daß das Kollektorgebiet wenigstens vier Zonen (8) zwischen den verlängerten Anteilen (7) enthält.

6. Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Emittergebiet eine Tiefe und einen Dotierungspegel derart aufweist, daß die Diffusionslänge der darin vertikal injizierten Minoritätsträger höher oder gleich der Dicke des Emittergebiets beträgt.

7. Integrierte Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine elektrische Emitterverbindung mit mindestens einer Zone (14) mit elektrischem Kontakt durch wenigstens ein Fenster einer Isolierschicht (10) enthält, wobei das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche des Emittergebiets (7) und der dieser Zone (14) der elektrischen Emitterverbindung wenigstens gleich 20 ist, und das Verhältnis zwischen der größeren Längsabmessung (DE) und der größeren Querabmessung (HE) wenigstens eines der verlängerten Anteile (7) wenigstens gleich 5 ist.