SE438575B - I sidled orienterad halvledaranordning - Google Patents

Description

__;.-__ :r . '_1o 15 20 25 30 35 H0 7812443-5 orienterade PNP-transistorer. Pig. 2 är en längsgenomskärningsbild av den ovannämnda integrerade kretsen enligt linjen Il-II i fig. 1.

Pig. 3A och 38 är en planvy av en halvledaranordning som använts för experiment med avseende på uppfinningen resp. en längsgenomskärning av anordningen enligt linjen III-III i fig. 3A. §ig¿_ï är ett dia- gram som visar en spänningshållfasthetskurva för den i fig. 3A och 3B visade halvledaranordningen. Pig. 5 är en planvy av en integre- rad halvledarkrets som innehåller PNP-transistorer i enlighet med uppfinningen. Pig. B är en längsgenomskärningsbild av den ovannämnda integrerade kretsen enligt linjen VI-VI i fig. 5. Pig. 7 är en plan- vy av en integrerad halvledarkrets som innehåller tyristorer i en- lighet med uppfinningen, och fig. 8 slutligen är en längsgenomskär- ningsbild av den ovannämnda integrerade kretsen enligt linjen VIII-VIII i fig. 7.

Pig. 1 och 2 visar en konventionell transistor av den i sidled orienterade typen, där 1 är ett dielektriskt isolerat halvledarsub- strat som bildar en del av en integrerad halvledarkrets. Substratet 1 innehåller en bärande polykristallinisk halvledarregion 2, en di- elektrisk film 3 av SiO2, Si3Nu eller liknande, samt en monokristal- linisk halvledar-ö-region U. Den monokristalliniska halvledar-ö-re- gionen innefattar här en emitterregion 5 av P-typ, vilken region om- ger emitterregionen 5 på ett U-liknande sätt, samt en basregion 7 av konduktivitetstypen N+. Regionerna 5, 6 och 7 är framställda genom indiffundering av P- och N-typ-störämnen i en av huvudytorna, näm- ligen den övre huvudytan på substratet. Den återstående regionen 8 av den monokristalliniska halvledar-ö-regionen 4, vilken region 8 ej har utsatts för någon diffusion och sålunda uppvisar den ursprung- liga konduktivitetstypen N, fungerar såsom basregion. På den övre ytan av substratet 1 är framställd en passiveringsfílm 9 av SíO2 vilken har öppningar på de ställen som är avsedda för emitter-, kollektor- och basregionerna 5, 6 resp. 7. Emitter-, kollektor- och baselektroder 10, 11 resp. 12 som är framställda medelst konventionel- la metoder, exempelvis förângningsteknik, hålles i ohmsk kontakt med de ovannämnda positionernas yta. De i fig. 1 skuggade områdena visar områden i vilka de ovannämnda elektroderna 10, 11 och 12 kan vara i kontakt med emitter-, kollektor- resp. basregionerna 5, 6 och 7.

Var och en av regionerna 5, 5 och 7 kan vara förbunden genom motsva- rande elektrod 10, 11 resp. 12, förlängd på passiveringsfilmen ä, med en kretskomponent (ej visad) som är framställd i en annan mono- kristallínisk halvledar-ö-region och med en yttre krets (ej visad). 10 15 20 25 30 35 40 7812443-5 För att den i sidled orienterade halvledaranordningen med denna uppbyggnad skall vara i stånd att tåla högre pålagda spän- ningar är det nödvändigt att halvledarsubstratets resistivitet gö- res hög och speciellt resistiviteten i ö-regionen H, och att man ökar avstånden mellan regionerna, speciellt avståndet 1 mellan emit- terregionen 5 och kollektorregionen 6. I en dylik halvledaranordning utsättes å andra sidan PN-övergången för i det närmaste hela den på- lagda spänningen; den kollektor-övergång som är framställd mellan kollektorregionen 6 och basregionen 8 ger exempelvis upphov till en elektrisk fältkoncentration i dess yttre hörn (de utåt vända hörnen), nämligen vid partierna 3 och b i fig. 1, och därigenom försämras spänningstâligheten. Med hänsyn till de ovan berörda omständigheter- na är de yttre hörnen så utformade att de har en rundad konfigura- tion, så att den elektriska fältkoncentratíonen blir mindre besvä- rande. PN-övergången med en dylik form åstadkommes vanligen genom ökning av djupet xj för diffusionsskiktet för framställning av PN- övergången. Anordnandet av det djupa diffusionsskiktet för uppnående av en stor spänningstålighet medför emellertid nackdelar i enlighet med vad som kommer att framgå av det följande. Kollektorregionen 8 blir mycket större till ytan än vad som är nödvändigt, vilket inne- bär att anordningen blir skrymmande. Det blir därför ej möjligt att använda anordningen i en integrerad halvledarkrets med en ökad inte- greringstäthet. Vidare är den elektrostatiska kapacitansen i över- gången ökad, varför någon högre spänningshållfasthet ej kan uppnås.

Ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en halvledar- anordning av i sidled orienterad typ vilken kan eliminera de nack- delar som vidläder de konventionella halvledaranordningarna och vilken uppvisar högre spänningstålighet och möjliggör förbättrad integrationstäthet vid användning i integrerade halvledarkretsar.

Vid uppfinningen har hänsyn tagits till sambandet mellan rund- ningen i de yttre hörnan, som i fig. 1 är betecknade med a och b, och PN-övergångens blockeringsspänning, och experiment har genom- förts i enlighet med vad som framgår av det följande. I fig. SA hänför sig referensnumret 21 till en N-typ-halvledarkropp med en resistivitet lika med 15 ohmcm, och 22 är en diffusionsregion av P-typ, vars djup x. är 15 mikrometer. Blockeringsspänningen i back- riktningen mättes för var och en av halvledaranordningarna med den i fig. 3A och 3B visade strukturen, vilka skilde sig från varandra med avseende på krökningsradien R vid de yttre hörnen av P-typ- -diffusionsområdet 22. Pig. H visar ett samband mellan blockeringa- spänningen och krökningsradien vid de yttre hörnen av diffusions- 10 15 20 25 50 35 7812443-5 14 regionen. De experimentella resultaten som åskâdliggöres i fig.

H, visar klart följande fakta. I sambnadet mellan blockerings- spänningen och krökningsradien för PN-övergången sett i planvy av halvledaranordningen stiger blockeringsspänningen med ökad krök- ningsradie, men den stiger ej i ett storleksomráde för kröknings- radien vilket överstiger ett konstant värde. Vad förhållandet mel~ lan krökningsradien och PN-övergàngens djup beträffar börjar mätt- ningen av blockeringsspänningen vid ett förhållande som är ungefär lika med 1,5. Man kan med andra ord uppnå det i det närmaste maxi- mala värdet för blockeringsspänningen genom att för de yttre hör- nens (a och b) krökningsradie välja ett lämpligt värde som är åt- minstone 1,5 gånger kollektorregionens 6 djup xâ. När kollektor- regionen 6 är enkelt formad på det ovannämnda sättet, sänkes dock integrationstätheten i enlighet med vad som ovan nämnts. Vidare ökas PN-övergångens elektrostatiska kapacitans varför blockerings- spänningen ej blir förbättrad. För att komma tillrätta med dessa nackdelar är enligt uppfinningen en störämnes diffusionsregion ut- förd i form av en smal linje i jämförelse med vad som är fallet vid konventionella anordningar.

Uppfinningen som är baserad på ovannämnda experiment och insikter är kännetecknad av att den innefattar dels ett halvledar- substrat 1, dels en första diffusionsregíon 6 som har motsatt kon- duktivitetstyp mot substratets 1 och är framställd genom störämnes- diffusion från en av substratets huvudytor, vilken första diffu- sionsregion 6 har åtminstone en elektrodmonteringsdel som är formad så att den vid sina yttre hörn har en krökningsradie som uppgår till åtminstone 1,5 gånger den första diffusionsregionens djup och så att den uppvisar åtminstone en långsträckt, smal del 6b, vars bredd är mindre än bredden av nämnda åtminstone en elektrodmonteringsdel i nämnda första diffusionsregion, och dels en andra diffusionsre- gion 5 vilken har samma konduktivitetstyp som den första diffusions- regionen och vilken är framställd genom störämnesdiffusion och i sidled befinner sig på avstånd från nämnda första diffusionsregion.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i an- slutning till på bifogade ritning visade utföringsexempel. 10 15 20 25 30 35 7812443-5 I fig. 5 och 6, där samma hänvisningsbeteckningar som i fíåï 1 och 2.har använts för Samma eller ekvivalenta delar, visas en 1 sid- led orienterad PNP-transistor som har en emitterP@Bí°“ 5 av P'tyP' en basregion 8 av N-typ och en kollektorregion 6 av P-typ, K0l1GKf0P -PN-övergången, som är en PN-övergåfiâ mellan k°1lekt°rre§l°nen 6 och bagpegionen 8 och som är utsatt för större delen av en rälegd SPä?* ning, har sina yttre hörn utformade så att de har en kröknlflåsradle vilken är ungefär 1,5 gånger PN-övergângens djup, detta for att und- vika den elektriska fältkoncentrationen vid dessa hörn. Det bör Ob- serveras att den elektriska fältkoncentrationen ej uppträder vid ett inre hörn, exempelvis vid det som är betecknat med 6C, Oeh men be' höver därför ej se till att man får en stor krökningsradle Vid det inre hörnet. Vidare är basregionen 7 av typ N* anordnad endast för montering av en baselektrod och påverkar ej spänningstålig- heten. Därför är ingen hänsyn tagen till krökningsradien för bas- regionen 7. Kollektorregionen 6, som är en störämnesdiffunderad region, har en erforderlig area i elektrodmonteringsdelen 6a för en elektrisk ström, men den återstående delen 6b av kollektorre- gionen 6, dvs. utom elektrodmonteringsdelen Sa, är utförd i form av en smal linje eller remsa, detta för reducering av kollektor- -PN-övergángens övergângsarea. Tack vare den reducerade övergångs- arean erhålles en låg elektrostatisk kapacitans vid övergången ifråga, så att spänningstàlígheten kan förbättras. Eftersom vidare den del Bb, på vilken elektroden ej skall monteras, är tunn, blir den area som erfordras för ö-regionen 4 liten, och därför kan den PNP-transistor som har en sådan struktur användas i integrerade halvledarkretsar med förbättrad integrationstäthet. Arean av kol- lektorregionen 6 vid anordningen enligt uppfinningen är reducerad till hälften i jämförelse med de kända anordningarna, vilket med- för att integrationstätheten kan förbättras med ungefär 20 procent i jämförelse med dessa kända anordningar. Eftersom enligt vad som framgår av fig. 5 elektrodmonteringsdelar 6a med större area före- finns i båda ändarna av kollektorregionen 6 kan kollektorelektroden 11 anslutas från vilken som helst av de båda elektrodmonteringsde- larna Ba. Härigenom förbättras flexibiliteten med avseende på led- ningsdragningen. Självfallet kan man ytterligare reducera kollek- torresistansen genom ett hålla kollektorelektroden 11 i kontakt med båda elektrodmonteringsdelarna. ' 10 15 20 7812443-5 Vid den i fig. 5 visade utföringsformen är kollektorregionen 6 anordnad i halvcirkelform med avseende på emitterregionen 5. For- men och arrangemanget för de olika regionerna 5, 6 och 7 är dock ej begränsade till de i fig. 5 visade. Vidare kan elektrodmonterings- delar av respektive regioner 5, 5 och 7 vara anordnade i vilken del som helst av dessa regioner.

I den ovan lämnade redogörelsen har uppfinningen tillämpats vid en PNP-transistor. Det bör emellertid observeras att uppfin- ningen även är tillämplig vid andra typer av halvledaranordningar, exempelvis NPN-transistorer och tyristorer.

Pig. 7 visar en annan utföringsform vid vilken uppfinningen är tillämpad för en tyristor. I fig. 7 och B anger hänvisningsnumren 31, 4, 32 och 33 regionerna pE, nB, pB resp. nE i tyristorn. Regionen pb är omgiven av regionen pE via regionen nB. Anodelektroden 3ß, styrelektroden 35 och katodelektroden 36 är anslutna till regionen pE, regionen pB resp. regionen nE. I fig. 7 anger skuggade områden, heldragna linjer och streckade linjer elektroder, diffusionsregioner respektive ohmska kontaktomrâden. Krökningsradien enligt uppfin- ningen och den smala diffusionsregionen enligt uppfinningen är båda tillämpade för pE-regionen under det att enbart krökningsradien en- ligt uppfinningen är tillämpad för regionen pß.

Claims (6)

7812443-5 ~1 PATENTKRAV

1. I sidled orienterad halvledaranordning, k ä n n e t e c k - n a d av att den innefattar dels ett halvledarsubstrat (1), dels en första diffusionsregion (6) som har-motsatt konduktivitetstyp mot substratets (1) och är framställd genom störämnesdiffusion från en av substratets huvudytor, vilken första diffusionsregion (6) har åtminstone en elektrodmonteringsdel som är formad så att den vid sina yttre hörn har en krökningsradie som uppgår till åtminstone 1,5 gånger den första diffusionsregíonens djup och så att den uppvisar åtminstone en långsträckt, smal del (6b), vars bredd är mindre än bredden av nämnda åtminstone en elektrodmonteringsdel i nämnda första diffusionsregion, och dels en andra diffusionsregion (5) vilken har samma konduktivitetstyp som den första diffusionsregionen och vilken är framställd genom störämnesdiffusion och i sidled befinner sig på avstånd från nämnda första diffusionsregion.

2. Anordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda första díffusionsregion har U-formad konfiguration och att den andra diffusionsregionen har en del som ligger innanför den U-formade första diffusionsregionen och åtminstone delvis är omgiven av denna.

3. Anordning enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda andra diffusionsregion är utformad så att den har en krökningsradie uppgående till åtminstone 1,5 gånger dess djup vid yttre hörnpartier av densamma, sett i planvy.

4. H. Anordning enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en tredje diffusionsregion som har en konduktivitets- typ motsatt den andra diffusionsregionens, vilken tredje diffusions- region är framställd i nämnda andra diffusionsregion.

5. Anordning enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda första diffusionsregion uppvisar två elektrodmonteringsdelar som är anordnade vid båda ändarna av nämnda första diffusionsregion.

6. Anordning enligt något av de föregående kraven, k ä n n e - t e c k n a d av att halvledaranordningen är en tyristor.