Transistor Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistor mit einem Halbleiterkörper, einer an einen Teil der Oberflä che des Halbleiterkörpers grenzenden Basiszone, einer als Oberflächenzone des Halbleiterkörpers ausgebildete Emitterzone, die im Halbleiterkörper von der Basiszone umgeben ist, und einem Kollektorbereich, der nur einen oder mehrere Anschlussleiter aufweist, die nur mit dem Kollektorbereich Kontakt machen.
Derartige Transistoren sind z. B. in Planar- oder Mesa- ausführung allgemein bekannt, und sie können sowohl als einzelne Halbleiterbauelemente oder auch als Schaltungs elemente in integrierten Schaltungen verwendet werden. In diesem Zusammenhang sei deutlichkeitshalber bemerkt, dass mit Anschlussleitern, die nur mit diesem Kollektor Kontakt machen nur gemeint ist, dass die Anschlussleiter nicht mit anderen Zonen des Transistors verbunden sind. Natürlich kann der Kollektor des Transistors aber z. B. in integrierten Schaltungen mittels der erwähnten Anschluss- leiter mit anderen Schaltungselementen verbunden sein.
Bei diesen üblichen Transistoren wird in Schaltungen öfters ein Kondensator dem Basis-Kollektor-Übergang parallel geschaltet. Diese Parallelschaltung kann z. B. als Millerintegrator oder in einem kapazitiven Speicher, wie sie in der französischen Patentschrift Nr.<B>1557</B> 707 be schrieben worden sind, benutzt werden.
Die Erfindung bezweckt, einen Transistor besonderer Bauart zu schaffen, der sich besonders für Anwendung in den obenerwähnten Fällen eignet, und sie beruht auf der Erkenntnis, dass der parallel geschaltete Kondensator weggelassen werden kann, wenn nur die Kollektor-Basis- Kapazität des Transistors genügend gross ist, und dass ausserdem die Kollektor-Basis-Kapazität eines Transistors vorteilhaft vergrössert werden kann durch Anwendung einer zusätzlichen Halbleiterzone.
Erfindungsgemäss ist der Transistor der eingangs er wähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor bereich eine an die Basiszone angrenzende Kollektorzone umfasst und der Halbleiterkörper eine zusätzliche Oberflä chenzone besitzt, welche entweder mit der Basiszone oder mit der Kollektorzone galvanisch und sperrschicht frei verbunden ist und die andere dieser beiden Zonen mit der zusätzlichen Oberflächenzone einen pn-Übergang bil det.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und werden im folgenden näher beschrie ben.
Es zeigen: Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf einen Teil eines kapazitiven Speichers mit einem erfindungsgemässen Transistor in einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 schematisch einen Querschnitt durch den Transi stor der Fig. 1 gemäss der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 schematisch einen Querschnitt durch eine wei tere Ausführungsform des erfindungsgemässen Transistors, Fig. 4 schematisch einen Querschnitt durch eine an dere Ausführungsform des erfindungsgemässen Transi stors, Fig. 5 schematisch eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines in einem anderen kapazitiven Speicher verwendbaren Transistors nach der Erfindung, Fig. 6 schematisch einen Querschnitt durch den Transi stor der Fig. 5 gemäss der Linie VI-VI der Fig. 5.
Der integrierte Kondensatorspeicher, von dem die Fig. 1 einen Teil zeigt, enthält eine Folge von Kapazitäten, bei der mit Hilfe von Steuersignalen Ladung aus einer Kapazi tät der Folge über einen Transistor zur nächsten Kapazi tät der Folge verschoben werden kann, zu welchem Zweck zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Kapazitä ten eiri solcher Transistor vorgesehen ist, wobei diese Transistoren ebenfalls eine Folge bilden, während der Kol lektor eines solchen Transistors an der Stelle eines Kon taktfensters 17 mit einer Metalleiterbahn 18 Kontakt macht, die diesen Kollektor für die Verschiebung von La dung an der Stelle eines Kontaktfensters 15 mit dem Emit- ter 52 des nächstfolgenden Transistors verbindet,
wobei der integrierte Speicher ein Substrat 50 aufweist, das in üblicher Weise mit durch Isolierzonen 63 isolierten Halb leiterinseln versehen ist und in denen sich die Transisto ren befinden.
Die Speicherkapazitäten bestehen aus der vergrösser- ten Kollektor-Basis-Kapazität der Transistoren, während die Basiselektroden 51 der Transistoren je durch ein Fen- ster 16 mit einer der Metalleitbahnen 20 Kontakt machen zur Zuführung der Steuersignale.
Dieser Kondensatorspeicher hat eine kompakte einfa che Struktur, bei der die je Speicherelement erforderliche Fläche klein ist, weil jedes Speicherelement aus nur einem Transistor besteht. Dabei sind die Verluste infolge eines elektrischen Übersprechens durch kapazitive Kopplung praktisch vernachlässigbar und die Dämpfung wird na hezu völlig durch das Ausmass bestimmt, in dem der Stromverstärkungsfaktor der Transistoren vom Wert 1 verschieden ist.
Ein Ausführungsbeispiel des in der Anordnung der Fig. 1 vorgesehenen Transistors mit vergrösserter Basis-Kollek tor-Kapazität ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kollektorzone des Transistors besteht aus der Insel 4. Die Basiszone ist eine Oberflächenzone 51. Ein erster Oberflächenteil dieser Oberflächenzone wird durch die Emitterzone 52, ein zwei ter durch eine zusätzliche Zone 53 eingenommen, wobei die zusätzliche Zone 53 vom gleichen Leitungstyp wie die Emitterzone 52 ist und galvanisch mit der an die Basis zone 51 grenzenden Kollektorzone 4 dadurch verbunden ist, dass der Randteil 54 der Zone 53 einen Oberflächen teil der Kollektorzone einnimmt.
Der pn-Übergang erstreckt sich zwischen der Basis zone 51 einerseits und der Kollektorzone 4 und der zusätz lichen Zone 53 anderseits. Dabei ist der Flächeninhalt die ses pn-Übergangs 55 und somit auch die Kollektor-Basis- Kapazität erheblich grösser als beim Fehlen der Zone 53. Ferner kann die Dotierung der Zone 53 höher als die der Kollektorzone 4 und z. B. gleich der der Emitterzone 52 sein. Dies hängt mit der Tatsache zusammen, dass die Do tierung der Kollektorzone verhältnismässig niedrig ge wählt werden muss, wenn in der Insel 4 mit Hilfe der übli chen Photoätz- und Diffusionsverfahren eine Basiszone 51 und eine Emitterzone 52 angebracht werden müssen.
Durch den Unterschied in Dotierung zwischen der Kollek torzone 4 und der zusätzlichen Zone 53 ist die Kapazität je Flächeneinheit des Teiles des pn-Überganges, der sich zwischen der Zone 53 und der Basiszone 51 befindet, er heblich grösser als die des übrigen Teiles dieses Übergan ges 55.
Vorzugsweise nimmt die zusätzliche Zone 53 minde stens ein Drittel der Oberfläche der Basiszone 51 ein. Bei Anwendung von für Planartransistoren üblichen Dotie rungskonzentrationen und Zonendicken ist die Kollektor- Basis-Kapazität sodann um einen Faktor von mindestens 2 grösser als bei einer Basiszone gleicher Grösse, jedoch ohne zusätzliche Zone.
Die Stelle des Basiskontaktfensters 16 wird vorzugs weise so gewählt, dass dieses Fenster auf einer möglichst langen Strecke sowohl an die Emitterzone 52 als auch an die zusätzliche Zone 53 grenzt, wodurch sowohl der Ba siswiderstand des aktiven Teils des Transistors als auch der Serienwiderstand des kapazitiven Teils der Basiszone 51 möglichst beschränkt werden. Der Anschlussleiter 20 macht deshalb Kontakt mit der Basiszone 51 an einer Stelle, die durch das Kontaktfenster 16 bestimmt wird, das zwischen der Emitterzone 52 und der zusätzlichen Zone 53 liegt.
. Der beschriebene Transistor nach Fig. 1 und 2 ist völ lig auf eine in der Halbleitertechnik übliche Weise her stellbar. Das Substrat 50 besteht z. B. aus p-leitendem Sili cium. Auf dem Substrat kann eine epitaktische Schicht aus n-leitendem Silicium mit einer Dicke von' z. B. 10 m angebracht sein.
Mittels üblicher Photoätz- und Diffusionsverfahren können dann die p-leitenden Isolierzonen 63 angebracht werden, wodurch sich die isolierten Inseln ergeben. Die Abmessungen der diffundierten Basiszonen 51 können 85 m x 95 m betragen. Die Emitterzone 52 ist z. B. 1 m dick und nimmt einen Oberflächenteil von 20 m x 30 m der Basiszone 51 ein. Die Dicke der zu sätzlichen Zone 53 beträgt gleichfalls 1 m, wenn sie gleichzeitig mit der Emitterzone hergestellt worden ist. Die Breite der Zone 53 ist z. B. 35 m, während der Rand teil 54 z. B. 5 m aus der ursprünglichen Begrenzung der Basiszone 51 herausragt.
Die Oberfläche des Halbleiterkörpers ist mit einer Iso lierschicht 56, z. B. aus Siliciumoxyd und/oder Siliciumni trid, überzogen. Auf dieser Isolierschicht können auf übli che Weise Metalleitbahnen 18 und 20 angebracht werden, die durch in der Schicht 56 hergestellte Fenster 15, 16, 17 mit den darunterliegenden Halbleiterzonen Kontakt ma chen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel eines Transistors mit erhöhter Kollektor-Basis-Kapazität, der auch in einem Kondensatorspeicher Anwendung finden kann, wird nun mehr anhand der Fig. 3 beschrieben. Fig. 3 zeigt einen dem Querschnitt der Fig. 2 entsprechenden Querschnitt durch einen Transistor mit erhöhter Kollektor-Basis-Kapa zität, wobei in den beiden Fig. entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Beim Transi stor nach Fig. 3 besteht die zusätzliche Zone aus mehre ren Teilen, die in der Fig. mit 60 und 61 bezeichnet sind. Diese Teile 60 und 61 können Teile einer zusammenhän genden zusätzlichen Zone sein sein und/oder z. B. durch Fenster und eine Metalleitbahn galvanisch miteinander verbunden sein. Ferner kann auch eine zusätzliche Zone Anwendung finden, die im Halbleiterkörper völlig durch die Basiszone umgeben und z.
B. durch eine Metalleitbahn mit der Kollektorzone verbunden ist.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zwar der Oberflächenteil der Basiszone, der durch die zusätzliche Zone eingenommen wird, kleiner als beim Transistor nach Fig. 2, aber dem steht gegenüber, dass die Randlänge der zweiten Zone an der Oberfläche des Halbleiterkörpers grösser ist. Bei einer diffundierten Basiszone ist die Kon zentration der Dotierung an der Oberfläche am höchsten. Infolgedessen ist die Kapazität je Flächeneinheit des pn- Überganges zwischen der zusätzlichen Zone und der Basis zone gerade am Rande, in der Nähe der Oberfläche des Halbleiterkörpers, am grössten. Im allgemeinen hängt es von den Dotierungskonzentrationen und den Dicken der Basiszone und der zusätzlichen Zone ab, welche Geome trie die grösste Kapazitätserhöhung ergibt.
Das vorste hende ermöglicht es dem Fachmann, von Fall zu Fall zu bestimmen, ob ein möglichst grosser Flächeninhalt, eine möglichst grosse Randlänge oder eine zwischen diesen beiden Extremen liegende Zwischenform mit Rücksicht auf die Möglichkeiten und die Beschränkungen der zur Verfügung stehenden Herstellungsverfahren zu bevorzu gen ist.
Ferner kann die Kollektorzone 4, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, ausser einem hochohmigen Teil einen niederohmigen Teil 4a umfassen, wodurch der Kollektor serienwiderstand herabgesetzt wird. Dieser niederohmige Teil 4a kann z. B. auf die dargestellte, übliche Weise die Form einer vergrabenen Schicht haben.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine weitere wichtige Ausführungsform eines Transistors mit erhöhter Kollektor- Basis-Kapazität. Dabei weist die Basiszone einen dicken Teil 51a und einen dünnen Teil 51b auf, während die zweite Zone 53 wenigstens einen Oberflächenteil des dik- ken Teils 51a einnimmt. Durch Verwendung einer Basis zone mit einem dicken und einem dünnen Teil wird der Basiswiderstand, insbesondere der des kapazitiveren Tei- les der Basiszone, erniedrigt.
Dabei kann jedoch der Se rienwiderstand zwischen dem Teil der Kollektorzone 4, der unter der Emitterzone 52 liegt, und der zusätzlichen Zone 53 infolge der geringeren Dicke der Kollektorzone 4 unter dem dicken Teil 51a der Basiszone grösser sein. Es ist deshalb bei Anwendung einer Basiszone mit einem dicken und einem dünnen Teil gewünscht, dass die Kollek torzone ausser einem hochohmigen Teil einen niederoh- migen Teil 4a enthält, der sich wenigstens teilweise unter dem dicken Teil 51a der Basiszone erstreckt.
Ausser einer Erniedrigung des Basisserienwiderstandes gibt die Anwendung einer Basiszone mit einem dicken Teil den weiteren Vorteil eines Beitrages zur erhöhten Kollektor-Basis-Kapazität, weil der Flächeninhalt des pn-Überganges zwischen der Kollektorzone 4 und der Ba siszone 51 vergrössert ist. Dieser Beitrag wird dann noch etwas weiter vergrössert, wenn der dicke Teil 51a der Ba siszone an den niederohmigen Teil 4a der Kollektorzone grenzt. Die letztere Ausführungsform hat ausserdem den Vorteil, dass der dicke Teil 51 a der Basiszone bei der Her stellung des Transistors gleichzeitig mit den Isolierzonen 63 angebracht werden kann.
Während sich die Isolierzo- nen 63 bis in das Substrat 50 erstrecken, stösst der dicke Teil 51a der Basiszone auf den niederohmigen Teil 4a der Kollektorzone, wodurch kein Kurzschluss zwischen der Basiszone 51 und dem Substrat 50 auftritt.
Auf diese Weise erfordert die Anwendung einer zusätz lichen Zone noch die einer Basiszone mit einem dicken und einem dünnen Teil einen zusätzlichen Diffusionsvor gang bei der Herstellung. Die zusätzliche Zone kann gleichzeitig mit der Emitterzone, der dicke Teil der Basis zone gleichzeitig mit den Isolierzonen hergestellt werden.
Fig. 5 und 6 zeigen einen weiteren Transistor T70 mit vergrösserter Kollektor-Basis-Kapazität. Der Transistor T70 enthält einen Halbleiterkörper, der durch ein Substrat 100 aus z. B. p-leitendem Silicium und eine auf diesem an gebrachte epitaktische Schicht 85 aus n-leitendem Silicium gebildet wird, wobei eine Emitterzone 83 und eine Kollek torzone 80, die beide aus p-leitendem Silicium bestehen, sich von der gleichen Oberfläche 101 in den Halbleiter körper hinein erstrecken, wobei sie innerhalb des Halb leiterkörpers durch eine Basiszone 85 umgeben sind. Ein Teil der Oberfläche der Kollektorzone wird durch eine weitere Oberflächenzone 92 eingenommen, die vom glei chen Leitungstyp ist wie die Basiszone 85 und galvanisch mit dieser verbunden ist.
Die Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers ist mit einer Isolierschicht 102 überzogen, in der die Fenster 81, 84 und 91 angebracht sind, in denen Metalleitbahnen 82, 95 und 88 mit der Kollektorzone 80, der Emitterzone 83 bzw. der Basiszone 85 Kontakt geben. Ferner kann zur Verringe rung des Serienwiderstandes in der Basiszone 85 ein niederohmiger Teil 103, der in Fig. 6 als gestrichelt ge zeichnete Schicht dargestellt ist und vom gleichen Lei tungstyp ist wie die Basiszone 85, jedoch einen niedrige ren spezifischen Widerstand hat, vorgesehen sein.
Beim dargestellten Transistor erstrecken sich Leiter bahnen 82, welche die Emitterzonen 83 des Transistors mit der Kollektorzone 80 eines nächstfolgenden Transi stors z. B. in einem kapazitiven Speicher verbinden, nur auf einer sehr kurzen Strecke unmittelbar über der Kollek torzone 80 dieses einen Transistors, wodurch die parasi täre Emitter-Kollektor-Kapazitäten, über die ein elektri sches Übersprechen stattfinden kann, sehr klein ist.
Auch tritt die parasitäre Substratkapazität bei dieser Ausführungsform zwischen den Basiselektroden der Tran sistoren und dem Substrat auf, was schaltungstechnisch günstiger ist als wenn sie zwischen den Kollektorelektro- den und dem Substrat auftritt, wie dies beim Transistor der Fig. 1 und 2 der Fall ist. Ausserdem ist beim Transi stor der Fig. 1 und 2 die Emitter-Basis-Durchbruchspan nung massgebend für die höchstzulässige Spannung über den Speicherkapazitäten, wobei diese Durchbruchspan nung bei doppeltdiffundierten Transistoren mit gutem Emitterwirkungsgrad nur wenige Volt beträgt. Dagegen ist beim Transistor gemäss Fig. 5 und 6 die Basis-Kollek tor-Durchbruchspannung massgebend, weil sie die niedrig ste Durchbruchspannung ist, wobei diese Durchbruch spannung leicht höher als bei einem doppeltdiffundierten Transistor sein kann.
Es können als Eingangssignale nicht nur elektrische, sondern auch andersartige, z. B. elektromagnetische, Si gnale verwendet werden. Es kann z. B. die Photoempfind lichkeit des Kollektor-Basis-Übergangs ausgenutzt werden, wobei es wichtig ist, dass die Photoempfindlichkeit dieses pn-Übergangs bei einem Transistor mit erhöhter Kollek tor-Basis-Kapazität infolge des Vorhandenseins der zusätz lichen Zone bzw. der weiteren Oberflächenzone gestei gert ist.
Diese gesteigerte Photoempfindlichkeit hängt nicht nur mit dem grösseren Flächeninhalt des pn-Über- gangs, sondern auch mit der Tatsache zusammen, dass ein Teil dieses pn-Überganges, d. h. der Teil zwischen der zu sätzlichen Zone und der Basiszone bzw. zwischen der wei teren Oberflächenzone und der Kollektorzone, sich in einem geringeren Abstand von der Halbleiteroberfläche befindet, als beim Fehlen einer derartigen zusätzlichen Zone bzw. weiteren Oberflächenzone der Fall wäre.
Die Transistoren können sowohl npn- als auch pnp- Transistoren sein, während auch andere übliche Geome- trien, Isolierverfahren und Materialien benutzt werden können. Auch können Transistoren mit erhöhter untergebracht und als Bauelemente, z. B. in kapazitiven Speichern, oder als Millerintegrator verwendet werden. Dabei können die Isolierzonen entfallen und es kann z. B. ein niederohmiges Halbleitersubstrat vom gleichen Lei tungstyp wie die Kollektorzone Anwendung finden.