Monolithisch integrierter Lateral-ThyristorMonolithically integrated lateral thyristor
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem monolithisch iπte- girierten Lateral-Thyristor nach der Gattung des Haupt¬ anspruchs. Für bekannte integrierte Lateral-Thyristo- reπ kann als Ersatzschaltbild eine Schaltungsanordπuπg angegeben werden, die im wesentlichen einen PNP-Traπ- sistor und einen NPN-Transistor enthält. Der PNP-Traπ- sistor ist an seiner Basis mit dem Kollektor des NPN- Traπsistors und mit seinem Kollektor mit der Basis des NPN-Transistor verbunden. Der Emitter- des PNP-Transis- tors bildet die Anode, dessen Basis das Gate und der Emitter des NPN-Transistor die Kathode. Die bekannten monolithisch integrierten Anordnungen besitzen konstruk¬ tionsbedingte parasitäre Elemente, die im Betrieb ein unerwünschtes Zünden des Thyristors zur Folge haben können. Eines der vorhandenen parasitären Schaltungs¬ elemente ist ein PNP-Substrattransistor, dessen Emitter- Basisstrecke der Emit.ter-Basisstrecke des zuvor genannten PNP-Transistors parallel geschaltet ist. Über die Emi- - ter-Kollektorstrecke des parasitären PNP-Substrattran- sistors fließt ein nennenswerter Substratstrom, der Verlustleistung erzeugt und in benachbarten Schaltuπgs- teilen zu Funktionsstörungen führen kann. Eine zwischen
Gate und Substrat auftretende parasitäre Sperrschicht¬ kapazität kann ein ungewolltes Zünden des Thyristors bei schnellem Spannungsanstieg an der Anode des Thyris¬ tors bewirken.The invention is based on a monolithically integrated lateral thyristor of the type of the main claim. For known integrated lateral thyristors, a circuit arrangement can be specified as an equivalent circuit diagram, which essentially contains a PNP transistor and an NPN transistor. The base of the PNP transistor is connected to the collector of the NPN transistor and its collector is connected to the base of the NPN transistor. The emitter of the PNP transistor forms the anode, the base of which is the gate and the emitter of the NPN transistor is the cathode. The known monolithically integrated arrangements have design-related parasitic elements which can result in undesired firing of the thyristor during operation. One of the existing parasitic circuit elements is a PNP substrate transistor, the emitter base path of which is connected in parallel to the emitter base path of the aforementioned PNP transistor. A significant substrate current flows through the emitter-collector path of the parasitic PNP substrate transistor, which generates power loss and can lead to malfunctions in neighboring circuit parts. One between Parasitic junction capacitance occurring at the gate and substrate can cause an unwanted ignition of the thyristor with a rapid rise in voltage at the anode of the thyristor.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße monolithisch integrierte Lateral- Thyristor mit den Merkmalen des Hauptaπspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, daß durch eine zusätzliche n - Diffusion in den p-Emitterzonen des PNP-Transistors ein inverser NPN-Transistor erhalten wird, der den parasi¬ tären PNP-Substrattransistor wenigstens annähernd wir- kunslos macht. Der zusätzliche NPN-Transistor, der zwischen Anode und Gate liegt, verringert die Miπori- tätsträgerinjektioπ und die parasitäre Substratstrom¬ verstärkung und verringert damit auch den parasitären Substratstrom. Gleichzeitig wird die Riπgverstärkung des Thyristors herabgesetzt und das ungewollte Zünden durch die Gate-Substratkapazität wirksam eingedämmt.The monolithically integrated lateral thyristor according to the invention with the features of the main claim has the advantage over the fact that an inverse NPN transistor is obtained by an additional n diffusion in the p-emitter zones of the PNP transistor, which NPN transistor is the parasitic PNP substrate transistor at least approximately ineffective. The additional NPN transistor, which lies between the anode and the gate, reduces the minority carrier injection and the parasitic substrate current amplification and thus also reduces the parasitic substrate current. At the same time, the ring gain of the thyristor is reduced and the unwanted ignition is effectively contained by the gate substrate capacitance.
Die Emitterzone, welche die Anode des Thyristors bildet, ist auf mehrere Emittergeb'iete verteilt, in die die n - Diffusion vorzugsweise in Form von mehreren n -Diffu- sionsinseln eingebracht wird. Auf diese Weise wird der parasitäre PNP-Substrattransistor, der verteilt über dem Substrat angeordnet ist, durch einen entsprechend verteilt angeordneten inversen NPN-Transistor quasi wirkungslos gemacht.The emitter region forming the anode of the thyristor is distributed 'iete several Emittergeb, in which the n - diffusion is preferably introduced in the form of several islands sion n -Diffu-. In this way, the parasitic PNP substrate transistor, which is arranged distributed over the substrate, is made virtually ineffective by an appropriately distributed inverse NPN transistor.
Durch einen zwischen Basis und Emitter des die Kathode bildenden NPN-Traπsistors angeordneten zusätzlichen Ab¬ leitwiderstand kann ein erhöhter Basisstrom, bedingt durch die genannte parasitäre Sperrschichtkapazität, zur Kathode abgeleitet werden. Zu diesem Zweck ist der
Ableitwiderstand entsprechend πiederohmig, so daß ein unerwünschtes Zünden sicher vermieden wird. Auf einfache Weise läßt sich der Ableitwiderstand als schmaler p-do- tierter Streifen gemeinsam mit der Basisdiffusion des NPN-Traπsistors ausführen. Die Streifen unterbrechen in gewissen Abständen die n -dotierten Zonen, die die Kathode des Thyristors bilden, und sind mit einem schma¬ len Koπtaktsteg in Berührung, der die Koπtaktierung über den n -dotierten Zonen verbindet. Der Ableitwider- stand erfordert somit keinen zusätzlichen Verfahreπs- schritt bei der Herstellung.By means of an additional leakage resistance arranged between the base and emitter of the NPN transistor forming the cathode, an increased base current, owing to the parasitic junction capacitance mentioned, can be discharged to the cathode. For this purpose the Leakage resistance corresponding πiederohmig, so that unwanted ignition is safely avoided. The leakage resistance can be implemented in a simple manner as a narrow p-doped strip together with the base diffusion of the NPN transistor. The strips interrupt the n -doped zones which form the cathode of the thyristor at certain intervals and are in contact with a narrow contact web which connects the contacting over the n -doped zones. The leakage resistance therefore does not require an additional process step during manufacture.
Zeichnungdrawing
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Figur 1 das Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßeπ monolithisch integrierten Lateral-Thyristors mit zusätz- liehen Maßnahmen zur Kompensation von parasitären Schaltungselementen,FIG. 1 shows the equivalent circuit diagram of a monolithically integrated lateral thyristor according to the invention with additional measures for compensating for parasitic circuit elements,
Figur 2 den grundsätzlichen Aufbau der entsprechenden Halbleiteranordnung im Schnitt undFigure 2 shows the basic structure of the corresponding semiconductor arrangement in section and
Figur 3 eine Draufsicht auf die in Figur 2 dargestellte Anordnung.Figure 3 is a plan view of the arrangement shown in Figure 2.
Die in Figur 1 dargestellte Schaltungsaπordnung gibt das Ersatzschaltbild eines monolithisch integrierten La¬ teral-Thyristors an, dessen parasitäre Elemente durch strukturelle Maßnahmen zumindest annähernd wirkungslos sind. Der eigentliche Thyristor besteht aus einem ersten PNP-Transistor Tl und einem zweiten NPN-Transistor T2. Der Emitter des ersten Transistors Tl bildet die Anode A,
dessen Basis das Gate G und der Emitter des zweiten Tran¬ sistors T2 die Kathode K des Thyristors. Die Basis des ersten Transistors Tl ist mit dem Kollektor des zweiten Transistors T2 und der Kollektor des ersten Transistors Tl mit der Basis des zweiten Transistors T2 verbunden.The circuit arrangement shown in FIG. 1 specifies the equivalent circuit diagram of a monolithically integrated mineral thyristor, the parasitic elements of which are at least approximately ineffective by structural measures. The actual thyristor consists of a first PNP transistor T1 and a second NPN transistor T2. The emitter of the first transistor T1 forms the anode A, the base of which is the gate G and the emitter of the second transistor T2 is the cathode K of the thyristor. The base of the first transistor T1 is connected to the collector of the second transistor T2 and the collector of the first transistor T1 to the base of the second transistor T2.
Bei diesem Thyristor treten als parasitäre Elemente ein parasitärer PNP-Transistor Tp und eine parasitäre Sperr¬ schichtkapazität auf, die hier als Kapazitätsdiode Dp dargestellt ist. Die Wirkung dieser parasitären Elemente wird durch einen inverseπ NPN-Transistor T3 und einen Ableitwiderstaπd R, der zwischen der Basis des Traπsis-- tors T2 und dessen Emitter liegt, aufgehoben. Die Basis und der Emitter des Transistors T3 sind mit dem Emitter des Transistors Tl verbunden. Der Kollektor des Tran¬ sistors T3 ist mit der Basis des Transistors Tl ver¬ bunden.In this thyristor, a parasitic PNP transistor Tp and a parasitic junction capacitance appear as parasitic elements, which is shown here as a capacitance diode Dp. The effect of these parasitic elements is canceled out by an inverse NPN transistor T3 and a leakage resistance R, which lies between the base of the transistor T2 and its emitter. The base and the emitter of the transistor T3 are connected to the emitter of the transistor Tl. The collector of transistor T3 is connected to the base of transistor Tl.
In Figur 2 ist der Aufbau der entsprechenden Halbleiter- anordnung dargestellt, wobei allerdings der Einfachheit halber auf die Darstellung der Oxidschicht verzichtet wurde. Der Transistor T3 wurde durch eine zusätzliche n -Diffusion 1 in die Emitterwaπnen 2 des Transistors Tl realisiert.In Figur 3 sind die entsprechenden Diffusi- oπszonen entsprechend gekennzeichnet.The structure of the corresponding semiconductor arrangement is shown in FIG. 2, although the oxide layer has not been shown for the sake of simplicity. The transistor T3 was realized by an additional n -diffusion 1 into the emitter walls 2 of the transistor T1. In FIG. 3 the corresponding diffusion zones are marked accordingly.
Für den Anschluß der Anode A sind Metallisierungen 3 und für die Kathode K Metallisierungen 4 vorgesehen. Die p-Wanneπ sind in eine π -Epitaxieschicht 5 eiπdiffuπ- diert. Die Epitaxieschicht 5 wird unten vom Buried- Layer 6 begrenzt, der sich oberhalb des p~-Substrats 7 erstreckt.Metallizations 3 and 4 for the cathode K are provided for the connection of the anode A. The p-wells are diffused into a π-epitaxial layer 5. The epitaxial layer 5 is limited from below Buried Layer 6, which extends above the p ~ substrate. 7
In Figur 3 ist die Schnittlinie S angegeben, die dem Verlauf der Schnittebene des in Figur 2 dargestelltenIn Figure 3, the section line S is given, the course of the section plane of the shown in Figure 2
Schnitts entspricht. In Figur 3 sind jedoch die Koπtakt-
flächen für den Anschluß des Gates G und die in diesemCut corresponds. In FIG. 3, however, the contact areas for the connection of the gate G and in this
B Beerreeiicchh zzuussäätt;zlich vorgesehenen π -Dotierungen nicht eingezeichnetB Beerreeiicchh zzuussäätt; π doping not provided
In Figur 3 ist insbesondere ersichtlich, daß die in die Wannen 2 eingebrachte n -Diffusion 1 in eine Vielzahl von Diffusionsinselπ unterteilt ist. Über diesen Diffusi- onsinselπ verlaufen die die überdeckenden Kontakt¬ flächen 3.In Figure 3 it can be seen in particular that the n-diffusion 1 introduced into the troughs 2 is divided into a plurality of diffusion islands. The overlapping contact surfaces 3 run over this diffusion island.
Zur Bildung des Ableitwiderstandes R sind die unterhalb der Metallisierungen 4 verlaufenden n -Zonen durch schmale p-dotierte Streifen 8 unterbrochen. Die zuge¬ hörigen Metallisierungen 4 sind jedoch in diesem Be¬ reich durch einen schmalen Kontaktsteg 9 miteinander verbunden, der mit dem schmalen Streifen 8 Kontakt hat.To form the leakage resistance R, the n zones running below the metallizations 4 are interrupted by narrow p-doped strips 8. The associated metallizations 4 are, however, connected to one another in this area by a narrow contact web 9, which has contact with the narrow strip 8.
Die in dem p-Gebiet, welches die Anode A bildet, einge¬ brachte n -Diffusion 1 ist mit dem sie umgebenden p-Ge¬ biet kurzgeschlossen. Dadurch entsteht der NPN-Tran¬ sistor T3 zwischen Anode A und Gate G, der die Minori¬ tätsträgerinjektion verringert, da ein Teil der Mino¬ ritätsträger über ihn abfließt, so daß der parasitäre Transistor Tp quasi wirkungslos wird. Der Ableitwider¬ stand R wird so πiederohmig gewählt, daß der Strom am Kollektor des Transistors Tl, der durch die parasitäre Kapazitätsdiode Dp bedingt ist, über den Ableitwider¬ stand R abgeleitet wird, so daß der Transistor T2 nicht unbeabsichtigt aufgesteuert wird.
The n -diffusion 1 introduced in the p-region which forms the anode A is short-circuited with the p-region surrounding it. This results in the NPN transistor T3 between anode A and gate G, which reduces the minor carrier injection, since some of the minority carriers flow over it, so that the parasitic transistor Tp becomes quasi ineffective. The leakage resistance R is chosen so that the current at the collector of the transistor T1, which is caused by the parasitic capacitance diode Dp, is discharged through the leakage resistance R, so that the transistor T2 is not inadvertently turned on.