DD146229A1

DD146229A1 - Integrierter bistabiler halbleiterschalter

Info

Publication number: DD146229A1
Application number: DD21559979A
Authority: DD
Inventors: Ingomar Krahl
Original assignee: Ingomar Krahl
Priority date: 1979-09-18
Filing date: 1979-09-18
Publication date: 1981-01-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen integrierten bistabilen Halbleiterschalter, bestehend aus zwei komplementaeren Transistoren, deren Basis direkt mit den Kollektoren des jeweils anderen Transistors verbunden sind, mit etwa gleicher Ansteuermoeglichkeit an den Basisknoten. Das Ziel der Erfindung ist die Erweiterung des Einsatzgebietes der genannten Halbleiterschalter. Die Erfindung loest die Aufgabe, den Halbleiterschalter der genannten Art ohne Beeinflussung der Eigenschaften der weiteren auf dem Substrat angeordneten Transistoren mikroelektronisch so zu realisieren, dasz er mit gleichartigen Bauelementen an den Basisknoten ansteuerbar ist. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz, ausgehend von einer bekannten Ausfuehrung mit einem vertikal angeordneten npn-Transistor und einem lateralen pnp-Transistor das n-Gebiet zwischen den beiden lateralen p-Gebieten eingeschnuert ist.

Description

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Integrierter bistabiler Halbleiterschalter Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen integrierten bistabilen Halbleiterschalter, bestehend aus zwei komplementären Transistoren, deren Basis direkt mit den Kollektoren des jeweils anderen Transistors verbunden sind, mit etwa gleicher Ansteuerungsmoglichkeit an den Basisknoten.

Charakteristik der bekannten technischen Losung

Halbleiterschaltungen mit komplementären Transistoren der eingangs genannten Schaltungsart sind sowohl in diskreter als auch in integrierter Ausfurung bekannt· In der DS-OS 27 30 344 werden zwei integrierte Ausfurungen beschrieben. Einmal sind die Transistoren gemischt angeordnet, der npn-Transistor vertikal und der pnp-Transistor lateral, zum anderen sind beide komplementären Transistoren platzsparend untereinander realisiert. Beiden Anordnungen ist gemeinsam, daß sie sich durch zwei gleichartige Elemente an den Basisknoten nicht ein- oder ausschalten lassen. Die an den Basisknoten herausfließenden Strome sind durch die gemeinsame Herstellung aller Transistoren auf einem Substrat mit der Forderung möglichst hoher Stromverstärkungsfaktoren extrem unterschiedlich. Es ist darum erforderlich, entweder umfangreiche, vor allem platzraubende, zusatzliche Beschaltungen zu realisieren oder den HnIbIei-

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nur in seiner bisher bevorzugten Anordnung, mit Spannungssteuerung am Emitter des einen Transistors, einzusetzen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Erweiterung des Einsatzgebietes der genannten Halbleiterschalter.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung lost die Aufgabe, den Halbleiterschalter der genannten Art ohne Beeinflussung der Eigenschaften der v/eiteren auf dem Substrat angeordneten Transistoren mikroelektronisch so zu realisieren, daß er mit gleichartigen Bauelementen an den Basisknoten ansteuerbar ist. Erfindungsgeraaß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß, ausgehend von einer bekannten Ausführung mit einem vertikal angeordnetem npn-Trnnaistor und einem lateralen pnp-Transistor, das η-Gebiet zwischen den beiden lateralen p-Gebieten eingeschnürt ist. Vorzugsweise ist von der Oberflache aus um das p-Gebiet, das allein zun pnp-Transistcr gehört, ein η - Gebiet als Ring gelegt, der zwischen den beiden lateralen p-Gebieten ein Stück offen gelassen ist. Sine andere bevorzugte Ausführung zeichnet sich dadurch aus, daß eine zur Trennung von Schaltungsteilen auf einem Substrat an sich bekannte Isolation, z.B. aus Siliziumoxid, die beiden lateralen p-Gebiete eng umschließt, das n-Gebiet zwischen ihnen einschnürt und neben dem p-Gebiet, das allein zum pnp-Transistor gehört, eine Fläche für ein η -Gebiet freiläßt.

Es versteht sich, daß die Dotierungsart der einzelnen Gebiete mit einem n-Snbatrat bzw. einer p-Epitaxischicht als Ausgangsmaterir.l zu wechseln ist.

Durch die erfindungsgeniäße Einschnürung des η-Gebietes zwischen den beiden lateralon p-Gebieten wird die aktive Basi'sflache des lateralen Transistors verkleinert. Damit wird gezielt, unabhängig von der nikroclektronischcn Ausführung

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der anderen Transistoren, der Kollektorstrom des pnp-Transistor verhältnisgleich verringert und der Basisstrom verhaltnisgleich erhöht. Die Strombilanz in beiden Basisknoten kann damit eingestellt werden· Die Veränderung ist soweit möglich, daß der Halbleiterschalter mit gleichartigen Bauelementen an den Basisknoten ansteuerbar ist·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist an Hand mehrerer AusfuhrungsbeispieIe erläutert. In den zugehohrigen Zeichnungen zeigen»

Fig. 11 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten pnpn- Bauelementes

Fig. 2t eine Schnittansieht eines erfindungsgemäß ausgebildeten pnpn-Aufbaus

Fig. 3i eine Draufsicht zur Darstellung des Bauelementes von Fig. 2

Fig· 4i eine Schnittansicht eines weiteren erfindungsgemäß ausgebildeten pnpn-Aufbaus

Fig. 51 eine Draufsicht zur Darstellung des Bauelementes nach Fig. 4

Fig. 6t eine Schnittansicht eines dritten erfindungsgemäß ausgebildeten pnpn-Aufbaus

Das Schaltbild eines erfindungsgemäß ausgebildeten gesteuerten pnpn- Halbleiterschalters ist in Fig. 1 dargestellt. Hiernach umfaßt der bistabile Halbleiterschalter einen npn- Transistor T1 und einen pnp- Transistor T2, wobei die Basis eines jeden Transistors mit dem Kollektor des jeweils anderen Transistors verbunden ist. Der bistabile Halbleiterschalter weist einen Kollektoranschluß K, einen Emitteranschluß E und zwei Basisanschlüsse B1, B2 auf. Ein positiver Strom I_ß1 sperrt den Schalter bei angelegter positiver Spannung an dem Kollektor bezüglich des Emitters E. Der Querschnitt einer beispielhaften, erfindungsgemäßen Ausführungsform des gesteuerten Halbleiterschalters ist in Fig. 2 dargestellt. Hiernach ist eine η-leitende epitaktieche Schicht 200 auf einem p-leitenden Substrat 201 vorge-

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sehen, in das vor dem Aufwachsen der epitaktischen Schicht 200 eine n^-Wanne 202, ein niederohmig begrabenes Gebiet, eindiffundiert worden ist· Die ρ⁺-Diffusion 210 dient zur Isolation des bistabilen Halbleiterschalters gegenüber anderen Vorrichtungen auf dem Chip· Der pnpn- Halbleiterschalter besteht aus einer p-Zone 203, in die eine n⁺-Zone 204 eindiffundiert und so gelegen ist, daß sie vollständig von der p-Zone 203 umschlossen wird, einer zweiten p-Zone 205, die sich in geringem Abstand zur p-Zone 203 befindet, einer n⁺-Zone 206, die teilweise um die p-Zone 205 diffundiert i3t und diese berührt·

Somit bildet sich in lateraler Form zwischen der p-Zone 205, der epitaktischen Schicht 200 und der p-Zone 203 ein pnp-Transistor aus· Ein npn-Transistor bildet sich in vertikaler Form durch die η -Zone 203 und der epitaktiachen Schicht 200, Die Basis des pnp-Transistors und der Kollektor des npn-Transistors sind durch die epitaktische Schicht 200 und die vergrabene η -Zone 202 verbunden· Die p-Zone 203 stellt den Kollektor des pnp-Transistors dar. Der ohmsche Kontakt 211 zur n⁺-Zone 206 liefert den Basisanschluß B2, der ohmsche Kontakt 207 zur p-Zone 205 den Kollektorkontakt K des bistabilen Halbleiterschalters, der ohmsche Kontakt 208 zur n⁺-Zone 204 liefert den Emitteranschluß E des bistabilen Halbleiterschalters und der ohmsche Kontakt 209 zur p-Zone 203 den Basisanschluß B1. Durch einfache Variierung der Große und Form der n⁺-Zone 206 laßt sich die Richtung der Löcherinjektion aus der p-Zone 205 in die epitaktische Schicht 200 steuern und damit die Große des Einschaltstromes I_ß2 und Ausschaltstromes Ln₁ bestimmen. Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Halbleiterchip und zeigt die Anordnung eines bistabilen Halbleiterschalters, der sich isoliert von anderen Vorrichtungen auf dem gleichen Chip befindet. Außer auf der linken, oberen Seite ist der bistabile Halbleiterschalter mit weggelassener Oxidschicht und Metallisierung gezeichnet· Wie aus Fig. 3 ersichtlich, umgrenzt die p⁺-Zone 210 den bistabilen Halbleiterschalter vollständig und erstreckt sich

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bis in die p-Zone 201, tun die gewünschte Isolation zu erzeugen·

Der Querschnitt einer weiteren erfindungsgemaßen Ausfuhrungsform ist in Fig· 4 dargestellt· Hiernach ist eine nleitende epitaktische Schicht 400 auf einem p-leitenden Substrat 401 vorgesehen, in das vor dem Aufwachsen der epitaktiechen Schicht 400 ein niederohmig vergrabenes n^-Gebiet 402 eindiffundiert worden ist· Der pnpn-Halbleiterschalter besteht aus einer p-Zone 405, die sich in geringem Abstand zur p-Zone 403 befindet, in die eine n⁺-Wanne 4Ο4 eindiffundiert ist, einer n-epitaktischen Schicht 4OO und einer weiteren n⁺-Zone 4IO· So bildet sich in einer lateralen Form zwischen der p-Zone 405» der epitaktischen Schicht 4OO und der p-Zone 4Ο3 ein pnp-Transistor aus· Ein npn-Transistor bildet sich in vertikaler Form durch die n⁺-Zone 404, die p-Zone 403 und die epitaktische Schicht 4OO. Die Basis des pnp-Transistors und der Kollektor des npn-Transistors sind durch die epitaktische Schicht 4OO und das n⁺-vergrabene Gebiet 402 verbunden· Die p-Zone 4Ο3 stellt den Kollektor des pnp-Transi st or s dar·

Der ohmsche Kontakt 411 zur n⁺-Zone 410 liefert den Basisanschluß B2, der ohmsche Kontakt 407 zur p-Zone 405 den Kollektorkontakt K des bistabilen Halbleiterschalters, der ohmsche Kontakt 4Ο8 zur n*-Zone 4Ο4 liefert den Emitteranschluß E des bistabilen HaIbleiterschalters und der ohmsche Kontakt 409 zur p-Zone 403 den Basisanschluß B1· Um den gesamten bistabilen Halbleiterschalter verlauft eine Siliziumoxidzone 4Ο6, die sich bis in die p-Zone 401 erstreckt, und den bistabilen Schalter von anderen Vorrichtungen auf dem Chip isoliert. Durch Realisierung eines schmalen Steges der Siliziumoxidzone 4Ο6 zwischen der p-Zone 403 und der ρ-Ζοηβ 4Ο5 und durch Variierung der Große des Steges laßt sich auf diese Weise der Transferstrom des pnp-Iateraltransistors einstellen und damit die Große des Einschaltströmes I₅₂ und des Ausschaltstromes Ig₁* Um trotz dieser Maßnahmen eine niederohmige Verbindung der

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n-epitaktischen Zone 400 im gesamten Halbleiterschalter zu ermöglichen, wird die η -Zone 402 во tief in die p-Zone diffundiert, daß die Siliziumoxidzone 406 zwischen den beiden p-Zonen 403 und 405 das p-Substrat 402 nicht erreichen kann·

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf ein Halbleiterchip und zeigt die Anordnung eines bistabilen Halbleiterschalters, der sich isoliert von anderen Vorrichtungen auf dem gleichen Chip befindet· Außer auf der linken, oberen Seite ist der bistabile Halbleiterschalter mit weggelassener Oxidschicht und Metallisierung dargestellt· Da die isolierende Zone 406 aus Siliziumoxid besteht, kann sie beim Umschließen des bistabilen Halbleiterschalters die p-Zone 4О5 und die η -Zone 410 schneiden. Damit ergibt sich aus Fig. 5 im Vergleich zu Fig· 3 zusätzlich ein günstigerer Flachenbedarf.

Der Querschnitt einer dritten erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform ist in Fig· 6 dargestellt· In ein p-Substrat 600 wird eine n-Wanne 601 diffundiert· Der pnpn-Schalter besteht aus einer p-Zone 602, in die eine η -Wanne 6Ο3 eindiffundiert und so gelegen ist, daß sie vollständig von der p-Zone 602 umschlossen wird, einer zweiten p-Zone 6Ο4, die sich in geringem Abstand zur p-Zone 602 befindet, einer η -Zone 6Ο5, die teilweise um die p-Zone 6Ο4 diffundiert ist und diese berührt· Somit bildet sich in lateraler Form zwischen der ρ-Ζοηβ 6Ο4, der n-Zone 601 und der p-Zone 602 ein pnp-Transistor aus. Ein npn-Transistor bildet sich in vertikaler Form durch die n⁺-Zone 6Ο3, die p-Zone 602 und die n-Zone 601.

Der ohmsche Kontakt 6Ο9 zur n⁺-Zone 605 liefert den Basisanschluß B2, der ohmsche Kontakt 608 zur p-Zone 6Ο4 den Kollektorkontakt K des bistabilen Halbleiterschalters, der ohmsche Kontakt 607 zur n⁺-Zone 6Ο3 liefert den Emitteranschluß E des Halbleiterschalters und der ohmsche Kontakt 606 sur p-Zone 602 den Basisanschluß B1· Durch einfache Variierung der Große und Form der η "Zone 6Ο5 läßt sich die Richtung der Locherinjektion aus der

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p-Zon« 604 in die n-Zone 601 steuert und damit die Große des Einschaltströmes Ι_β2 ^u&d Ausschaltstromes Ig₁ bestimmt· Im Vergleich zur ersten Ausfuhrungsform nach Fig· 2 stellt die p~Zone 600 als Substrat gleichzeitig die Isolation des bistabilen Halbleiterschalters zu anderen Vorrichtungen auf dem gleichen Chip her·

Claims

21559 9 -»- Erfindungs anspruch

1· Integrierter bistabiler Halbleiterschalter, bestehend aus zwei komplementären Transistoren, deren Basis direkt mit den Kollektoren des jeweils anderen Transistors verbunden sind, wobei im Substrat bzw· in der Epitaxieschicht des Substrats, bezogen auf ein p-Substrat bzw· eine n-Spitaarieschicht, die Zonen des npn-Transistors vertikal und die des pnp-Transistors lateral gelegen sind, gekennzeichnet dadurch, daß das η-Gebiet zwischen den beiden lateralen p-Gebieten eingeschnürt ist·

2· Integrierter bistabiler Halbleiterschalter nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß von der Oberflache aus um das p-Gebiet, das allein zum pnp-Transistor gehört, ein η -Gebiet als Ring gelegt ist, der zwischen den lateralen p-Gebieten ein Stuck offen gelassen ist·

3# Integrierter bistabiler Halbleiterschalter nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine zur Trennung von Schaltungateilen auf einem Substrat an sich bekannte Isolation, z.B. aus Siliziumoxid, die beiden lateralen p-Gebiet e eng umschließt, das η-Gebiet zwischen ihnen einschnürt und neben dem p-Gebiet, das allein zum pnp-Transistor gehört, eine Flache für ein n⁺-Gebiet freilaßt·

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