DE2055661A1

DE2055661A1 - Monolithisch integrierte Festkörperschaltung

Info

Publication number: DE2055661A1
Application number: DE19702055661
Authority: DE
Inventors: Harald 7800 Freiburg. P Schilling
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1970-11-12
Filing date: 1970-11-12
Publication date: 1972-06-29
Also published as: IT941368B; DE2055661B2; FR2113906A1; FR2113906B1

Description

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I.B.

Monolithisch integrierte Festkörperschaltung

Gegenwärtig werden zwei Halbleiterelemente einer monolithisch integrierten Festkörperschaltung mit einem Grundkörper des einen Leitfähigkeitstyps und darauf angeordneter Epitaxschicht des anderen Leitfähigkeitstyps gleichstrommäßig häufig dadurch getrennt, daß eine oder mehrere Isolierzonen eines Isolations-Rasters vom Leitfähigkeitstyp des Grundkörpers um die bzw. neben den beiden Halbleiterelementen durch die Epitaxschicht bis in den Grundkörper diffundiert werden. Dabei entstehen von je einer pn-Ubergangsflache umgebene sogenannte "Isolierwannen¹¹, in denen im allgemeinen je ein Halbleiterelemente, beispielsweise ein Transistorelement, ein Diodenelement, Widerstandselement oder auch ein pn-Kondensatorelement angeordnet sind. Derartige integrierte Festkörperschaltungen sind beispielsweise aus der Zeitschrift "Scientla Electrica", Bd. X, Fac. 4, Seiten 116 bis 119 bekannt.

Neben durch parasitäre Kapazitäten bedingte unerwünschte Effekte, treten bei solchen monolithisch integrierten Festkörperschaltungen auch Effekte auf, welche auf Injektionen von Minoritätsladungsträger parallel zur Halbleiteroberfläche durch die Isolierzone als Basiszone beruhen. Es können also unter gewissen

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Bedingungen bei benachbarten Planartransistorelementen die Kollektorzone eines Elements als Emitter und die Kollektorzone des benachbarten Elements als Kollektorzone des lateralen Transistors mit der Isolierzone als Basiszone in unerwünschter Weise in Wechselwirkung treten.

Solche parasitären Lateraltransistoreffekte treten nicht nur zwischen an einer Isolierzone angrenzenden Zonen bei entsprechender Polarität auf. Sie können auch noch über eine weitere Zone zwischen der Emitter- bzw. Kollektorzone der betreffenden lateralen Transistorstruktur, d.h. bei einer lateralen Vierschichtstruktur, wirksam werden. Die betreffenden Halbleiterelemente können also als Gesamtheit unabhängig von Zonenanzahl und Struktur als Emitter oder Kollektor angesehen werden.

Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte Festkörperschaltung mit einem Grundkörper des einen Leitfähigkeitstyps und darauf angeordneter Epitaxschicht des anderen Leitfähigkeitstyps, in der mindestens zwei gleichstrommäßig durch eine die Epitaxschicht durchdringende Isolierzone vom Leitfähigkeitstyp des Grundkörpers, voneinander getrennte Halbleiterelemente angeordnet sind, von denen ein Halbleiterelement im Betrieb als Emitter und das andere als Kollektor mit der Isolierzone als Basiszone in unerwünschter Weise wirken kann. Der oben erwähnte unerwünschte Effekt einer Injektion von Ladungsträgern durch eine Isolierzone als Basiszone einer lateralen Struktur kann erfindungsgemäß dadurch verhindert werden, daß zwischen den beiden Halbleiterelementen zumindest eine durch die Epitaxschicht reichende Hilfskollektorzone vom Leitfähigkeitstyp der Epitaxschicht angeordnet ist, welche das als Kollektorzone wirkende Halbleiterelement gegen den Minoritätsladungsträgerstrom abschirmt.

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Die Hilfskollektorzone kann entweder das als Emitter oder das als Kollektor wirkende Halbleiterelement umgeben. Da die Hilfskollektorzone als Senke der Minoritätsladungsträger wirkt, kann bei einem als Emitter wirkenden Halbleiterelement eine Injektion in den Grundkörper weitgehend dadurch verhindert werden, wenn dieses von der Hilfskollektorzone umgeben wird. In diesem Falle ist es günstig, parallel zur Oberfläche dieses Halbleiterelements zwischen der Epitaxschicht und dem Grundkörper eine hochdotierte Zwischenzone vom Leitfähigkeitstyp der Epitaxschicht anzuordnen.

Zumindest sollte die Hilfskollektorzone im Raum zwischen den betreffenden beiden Halbleiterelementen angeordnet werden. Aus Gründen der Raumaufteilung ist es günstig, die Hilfskollektorzone an eine Isolierzone der beiden Halbleiterelemente angrenzen zu lassen. Die Hilfskollektorzone kann natürlich auch von einer eigenen Isolierzone umgeben werden. Sie kann-im einfachsten Falle auch streifenförmig zwischen den beiden Halbleiterlementen ausgebildet werden. Ausschlaggebend für die gewählte Struktur und Anordnung der Hilgskollektorzonen ist das Ausmaß, in dem der unerwünschte Effekt der erwähnten parasitären lateralen Injektion ausgeschaltet werden soll.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, in der die

Fig. 1 ausschnittsweise und in Aufriß senkrecht zur Halbleiteroberfläche eine monolithisch integrierte Festkörperschaltung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Festkörperschaltung gemäß der . Fig. 1,-

Fig. 3 eine Abwandlung einer Festkörperschaltung nach der Erfindung gemäß der Fig. 1 im Schnitt und

Fig. 4 ausschnittsweise in Aufsicht eine weitere monolithische integrierte Festkörperschaltung mit den Merkmalen der Erfindung betreffen.

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Bei der ausschnittsweise im Querschnitt dargestellten monolithischen Festkörperschaltung gemäß der Fig. 1 sind in einer Epitaxschicht 3 auf einem Grundkörper 8 vom zur Epitaxschicht entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwei Planartransistorelemente JL und 2 angeordnet. Diese beiden Halbleiterelemente 1 und 2 sind gleichstrommäßig gegeneinander durch Isolierzonen 5 von vorzugsweise ringförmiger Konfiguration und vom Leitfähigkeitstyp des Grundkörpers 8 isoliert. Insbesondere bei digitalen Festkörperschaltungen kann je nach Betriebsart der Fall eintreten, daß die Vorspannungen an den Zonen in einem der beiden Halbleiterelemente derartige Vorzeichen und Größen erhalten, daß das betreffende Halbleiterelement insgesamt als Emitter wirkt und Minoritätsladungsträger in die angrenzende Isolierzone 5 injuziert werden. Im einfachsten Falle ist der pn-Ubergang zwischen der Isolierzone 5 und der angrenzenden Zone des als Emitter wirkenden Halbleiterelements in Flußrichtung zumindest zeitweise vorgespannt. Sind nun gleichzeitig die Potentialverhältnisse des jenseits der Isolierzone 5 vorhandenen Halbleiterelements derart, daß dieses als Kollektor wirkt, so sind die beiden Halbleiterelemente 1 und 2 über den lateralen Transistor mit der Isolierzone 5 als Basiszone gekoppelt. Diese Kopplung ist zumeist unerwünscht.

Zur Ausschaltung bzw. zumindest zur Unterdrückung dieser unerwünschten Kopplung ist bei der monolithisch integrierten Festkörperschaltung nach der Erfindung gemäß der Fig. 1 eine Hilfskollektorzone 4 zwischen den beiden Halbleiterelementen 1 und angeordnet, welche die Minoritätsladungsträger sammelt und das entsprechende Signal iibex die Ableitung 9 abführt, welche an irgendein positives Potential oder vorzugsweise mit Masse verbunden wird. Die Ableitung 9 kann zur Verminderung des Ableitungswiderstands an eine höher als die Hilfskollektorzone 4 dotierte Kontaktierungszone 10 vom gleichen Leitfähigkeitstyp

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angebracht werden. Im gleichen Sinne wird eine hochdotierte Halbleiterschicht 7 vom Leitfähigkeitstyp der Epitaxschicht an der Grenzfläche zwischen dem Grundkörper 8 und der Hilfskollektorzone 4 wirksam.

Wie die Fig. 2 erst deutlich erkennen läßt, ist bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 sowohl das als Emitter als auch das als Kollektor wirkende Halbleiterelement von der Hilfskollektorzone 4 umgeben. Natürlich kann die monolithisch integrierte Festkörperschaltung nach der Erfindung auch derartig ausgelegt werden, daß entweder das als Emitter oder das als Kollektor wirkende Halbleiterelement von der Hllfskollektorzone 4 umgeben ist. ™

Eine besondere Wirkung wird aber erzielt, wenn die Isolierzone zwischen dem als Emitter wirkenden Halbleiterelement besonders schmal, d.h. schmaler als die Isolierzone zwischen der Hilfskollektorzone 4 und dem als Kollektor wirkenden Halbleiterelement/ ist. Eine solche Ausbildung bewirkt nämlich eine besonders gute Unterdrückung der Minoritätsladungstragerinjektion in den Grundkörper, wodurch unter Umgehung der Hilfskollektorzone 4 die Minoritätsladungsträger in das als Kollektor wirkende Halbleiterelement gelangen können. Diese günstige Wirkung durch eine besonders schmal ausgebildete Isolierzone 5 an dem als Emitter wirkenden Halbleiterelement beruht auf der Erhöhung des λ betreffenden Alpha-Wertes des betreffenden parasitären Lateraltransistors. Damit wird gewissermaßen die "Saugwirkung" der Hilfskollektorzone 4 erhöht. Eine merkliche Erhöhung dieser "Saugwirkung" ergibt sich bereits dann, wenn die an das als Emitter wirkende Halbleiterelement angrenzende Isolierzone nur teilweise über ihren Verlauf schmaler ausgebildet ist.

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Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt eine Abwandlung der monolithisch integrierten Festkörperschaltung gemäß den Fig. 1 und 2. Bei dieser Abwandlung gemäß der Fig. 3 ist nur eines der Halbleiterelemente, zwischen denen die unerwünschte laterale Transistorkopplung auftreten könnte, von einer Isolierzone 5 umgeben. Das andere Halbleiterelement 1 liegt in einer schwächer.als die Isolierzone 5 dotierten Isolierzone 5¹ und weist daher gegen die Hilfsköilektorzone 4 lediglich einen gleichstrommäßig trennenden pn-übergang S₁ d.h. keine weitere Isolierzone, auf. Die schwächer als die Isolierzone 5 dotierte Isolierzone 5¹ wird durch eine besondere Diffusion einerseits von der Halbleiteroberfläche und andererseits aus einer ρ -hochdotierten Zwischenschicht 11 her erhalten. Bei der monolithisch integrierten Festkörperschaltung nach der Erfindung gemäß der Fig. 3 ist also die Hilfsköilektorzone 4 an die Isolierzone einer der beiden Halbleiterelemente angrenzend zwischen beiden Halbleiterelementen angeordnet.

Sehr günstig ist eine ringförmig geschlossene Hilfsköilektorzone. Für manche Zwecke ist jedoch auch bereits eine streifenförmige Hilfsköilektorzone 4 ausreichend, wie die Fig. 4 veranschaulicht. Diese Hilfsköilektorzone 4 umgibt teilweise ein Halbleiterelement 1;2. Sie grenzt ebenfalls an die Isolierzone des betreffenden Halbleiterelements und muß entsprechend der beabsichtigten Abschirmwirkung zwischen den betreffenden Halbleiterelementen angeordnet werden. Sie ist, wie die Fig. 4 veranschaulicht, gewissermaßen in den verbreiterten Teil der Isolierzone des betreffenden Halbleiterelements eingebettet.

Natürlich kann die Hilfsköilektorzone 4 auch von einer eigenen Isolierzone umgeben werden, welche also nicht Teil der Isolierzonen der betreffenden Halbleiterelemente ist. Ferner können in die Hilfsköilektorzone auch noch mehrere weitere Halbleiter-

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elemente derart eingebracht werden, daß zwischen ihnen parasitäre Lateral-Transistorwirkungen im beabsichtigten Ausmaß vorhanden sind. Diese zusätzlichen Halbleiterelemente werden jedoch in ihren parasitären Wirkungen zu den restlichen Halblei terelementen der Festkörperschaltung getrennt.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

ImJ- Monolithisch integrierte Festkörperschaltung mit einem Grundkörper des einen Leitfähigkeitstyps und darauf angeordneter Epitaxschicht des anderen Leitfähigkeitstype, in der mindestens zwei gleichstrommäßig durch eine die Epitaxschicht durchdringende Isolierzone vom Leitfähigkeitstyp des Grundkörpers voneinander getrennte Halbleiterelemente angeordnet sind, von denen ein Halbleiterelement im Betrieb als Emitter und das andere als Kollektor mit der Isolierzone als Basiszone in unerwünschter Weise wirken kann, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Halbleiterelementen (1,2) zumindest eine durch die Epitaxschicht (3) reichende Hilfskollektorzone (4) vom Leitfähigkeitstyp der Epitaxschicht (3) angeordnet ist,, welche das als Kollektorzone wirkende Halbleiterelement gegen den Minoritätsladungsträgerstrom abschirmt.
2. Monolithisch integrierte Pestkörperschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskollektorzone (4) entweder das als Emitter oder das als Kollektor wirkende Halbleiterelement umgibt.
3. Monolithisch integrierte Festkörperschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskollektorzone (4) entweder das als Emitter oder das als Kollektor wirkende Halbleiterelement teilweise umgibt.
4« Monolithisch integrierte Pestkörperschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskollektorzone (4) an eine leolierzone (5) einer der beiden Halbleiterelemente (It2) angrenzend und zwischen beiden Halbleiterelementen (hl) angeordnet 1st«

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5. Monolithisch integrierte Festkörperschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskollektorzone (4) von einer eigenen Isolierzone umgeben ist.
6. Monolithisch integrierte Festkörperschaltung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet/ daß an der Grenzfläche zwischen dem Grundkörper (8) und der Hilfskollektorzone (4) eine hochdotierte Halbleiterschicht (7) vom Leitfähigkeitstyp der Epitaxschicht (3) angeordnet ist.
7. Monolithisch integrierte Festkörperschaltung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierzonenteil zwischen dem als Emitter wirkenden Halbleiterelement (1 bzw. 2) schmäler ausgebildet ist als die Isolierzone (5) zwischen der Hilfskollektorzone (4) und dem als Kollektor wirkenden Halbleiterelement.
8. Monolithisch integrierte Festkörperschaltung nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskollektorzone (4) streifenförmig ausgebildet ist.

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