DE3322265A1 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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DE3322265A1
DE3322265A1 DE19833322265 DE3322265A DE3322265A1 DE 3322265 A1 DE3322265 A1 DE 3322265A1 DE 19833322265 DE19833322265 DE 19833322265 DE 3322265 A DE3322265 A DE 3322265A DE 3322265 A1 DE3322265 A1 DE 3322265A1
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Junichi Kitakyushu Nakamura
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

38 82238 822

Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, Kawasaki—shi / JapanTokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, Kawasaki-shi / Japan

HalbleitervorrichtungSemiconductor device

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung. Bei einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung, die beispielsweise einen vertikalen npn-Transistor enthält, ist es zu dem Zweck, die Sättigungsspannung VS zwischen Kollektor und Emitter dieses Transistors auf einem kleinen Wert zu halten und den parasitären Strom zu begrenzen, bekannt, um einen Basisbereich herum ringförmig eine η -Diffusionsschicht, die allgemein als η -Kragen bezeichnet wird, als Kollektorbereich auszubilden, und daß eine η -Diffusionsschicht, die als Kollektorbereich benützt wird, erzeugt wird, um einen eingebetteten η -Bereich zu erhalten, der der Verringerung des Kollektorwiderstandes dient.The invention relates to a semiconductor device. In a conventional semiconductor device such as contains a vertical npn transistor, it is for the purpose of the saturation voltage VS between To keep the collector and emitter of this transistor at a small value and to limit the parasitic current, known to ring around a base region an η diffusion layer, which is generally known as η -collar is referred to as a collector area, and that a η -diffusion layer, which as Collector area is used, is generated in order to obtain an embedded η -area that corresponds to the reduction the collector resistance is used.

Bei einer Halbleitervorrichtung mit seitlichem pnp-Transistor ist es bekannt, für denselben Zweck den Transistorbereich mit einem η -Kragen zu umgeben.In a side pnp transistor semiconductor device, it is known to use the transistor area for the same purpose to be surrounded with an η collar.

Figur 1 zeigt einen schematisierten Querschnitt einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung mit vertikalemFigure 1 shows a schematic cross section of a conventional semiconductor device with a vertical

pnp-Transistor. Dieselbe Halbleitervorrichtung ist in der Fig. 2 in schematisierter Draufsicht dargestellt. Sie weist ein p-Substrat 2, eine eingebettete η -Schicht 4, die in der Oberfläche dieses p-Substrates 2 ausgebildet ist, und eine η -Epitaxialschicht 6 auf, die über dem p-Substrat 2 und der eingebetteten η -Schicht 4 formiert ist. Ein Teil dieser Epitaxialschicht 6 ist von den übrigen Bereichen durch einen ρ -Isolationsbereich 8 isoliert. In der Oberfläche der Epitaxialschicht 6 sind ein ρ -Bereich 10 und ein η -Kragenbereich 12 ausgebildet. In der Oberfläche des ρ -aereiches 10 ist, z.B. in derselben Herstellungsstufe ndt dem η -Kragenbereich 12, ein η -Bereich 14 ausgebildet. Elektroden 15,16 und 17, die in den Fig. 1 und 2 schräg schraffiert sind, befinden sich in leitendem Kontakt mit dem ρ -Bereich 10, dempnp transistor. The same semiconductor device is shown in FIG. 2 in a schematic plan view. she has a p-substrate 2, an embedded η -layer 4, which is formed in the surface of this p-type substrate 2, and an η epitaxial layer 6, which over the p-substrate 2 and the embedded η -layer 4 is formed. A part of this epitaxial layer 6 is different from the rest Areas isolated by a ρ -Isolationsbereich 8. In the surface of the epitaxial layer 6 are a ρ region 10 and an η collar region 12 are formed. In the surface of the ρ-area 10 is, e.g. in the same Production stage ndt the η collar region 12, an η region 14 is formed. Electrodes 15, 16 and 17, which are hatched in Figs. 1 and 2, are in conductive contact with the ρ -region 10, the

η -Kragenbereich 12 bzw. dem η -Bereich 14, und zwar durch öffnungen, die in einem Isolationsfilm 18 hergestellt sind. Der Einfachheit der Darstellung wegen ist in Fig. der Isolationsfilm 18 weggelassen.η collar region 12 or the η region 14, namely through openings made in an insulating film 18 are. For the sake of simplicity of illustration, the insulating film 18 is omitted from FIG.

Emitter, Basis und Kollektor des vertikalen npn-Transistors der Fig. 1 und 2 werden durch den η -Bereich 14, den ρ -Bereich 10 und die η - sowie η -Schichten 6 und 4 gebildet. In der Halbleitervorrichtung nach den Fig. 1 und 2 existiert ein parasitärer Transistor. Dieser besteht aus dem ρ -Bereich 10 als Emitter, der η -Schicht 6 als Basis und dem ρ -Bereich 8 als Kollektor.The emitter, base and collector of the vertical npn transistor of FIGS. 1 and 2 are represented by the η region 14, the ρ region 10 and the η and η layers 6 and 4 formed. In the semiconductor device of Figs. 1 and 2, a parasitic transistor exists. This consists of the ρ region 10 as the emitter, the η layer 6 as the base and the ρ-area 8 as the collector.

Wenn der vertikale npn-Transistor im Sättigungsbereich arbeitet, wirkt sich der parasitäre pnp-Transistor so aus, daß ein ziemlich großer parasitärer Strom vom ρ -Bereich 10 über die η -Schicht 6 zum ρ -Bereich 8 fließt.If the vertical npn transistor works in the saturation range, the parasitic pnp transistor has such an effect, that a fairly large parasitic current flows from the ρ region 10 via the η layer 6 to the ρ region 8.

Ein Ersatzschaltbild der Halbleitervorrichtung aus den Fig. 1 und 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Es enthält einen npn-Transistor 20, dessen Basis und Kollektor mit den Anschlüssen V1 und V2 und dessen Emitter geerdet sind, sowie einen pnp-Transistor 22, dessen Emitter und Basis mit der Basis bzw. dem Kollektor des npn-Transistors 20 in Verbindung stehen, während sein Kollektor an Masse liegt. Transistoren 20 und 22 entsprechen dem vertikalen npn-Transistor einerseits und dem parasitären pnp-Transistör andererseits aus den Fig„ 1 und 2. Die Anschlüsse V1 und V2 sind die Elektroden 15 und 16.An equivalent circuit diagram of the semiconductor device from FIGS. 1 and 2 is shown in FIG. It contains one npn transistor 20 whose base and collector are grounded to terminals V1 and V2 and whose emitter is grounded, and a pnp transistor 22, the emitter and base of which with the base and the collector of the npn transistor 20, respectively communicate while its collector is grounded. Transistors 20 and 22 correspond to the vertical one npn transistor on the one hand and the parasitic pnp transistor on the other hand from FIGS. 1 and 2. The connections V1 and V2 are electrodes 15 and 16.

Nimmt man für den Transistor 22 in Basisschaltung einen Stromverstärkungsfaktor al (*= 1) an, so ist der zum Anschluß V1 fließende Strom k»IB und der Basisstrom des Transistors 20 ist IB, wobei der parasitäre Strom IP1 , der durch den Transistor 22 hervorgerufen wird, sich nach folgender Gleichung bestimmt:If one takes a common base transistor for transistor 22 Current amplification factor al (* = 1), the current flowing to connection V1 is k »IB and the base current des Transistor 20 is IB, the parasitic current IP1, which is caused by transistor 22, after determined by the following equation:

IPl = al · (k - I)IB (1)IPl = al (k - I) IB (1)

Steigt dieser parasitäre Strom IP1, erhöht sich das Potential des Substrats gegenüber Masse. Dies führt zu einem latch-up-Effekt, und es bildet sich der parasitäre npn-Transistor durch den ρ -Bereich 8 und zwei Bereiche der η -Epitaxialschicht 6 aus, die zu beiden Seiten des ρ -Bereiches 8 liegen. Es besteht dadurch die Möglichkei zu Fehlfunktionen des vertikalen npn-Transistors.If this parasitic current IP1 increases, it increases Potential of the substrate to ground. This leads to a latch-up effect and the parasitic one forms npn transistor through the ρ region 8 and two regions of the η epitaxial layer 6, which are on both sides of the ρ range 8 lie. This creates the possibility of malfunction of the vertical npn transistor.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine schematisierte Schnittansicht bzw» eine Draufsicht einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung mit seitlichem pnp-Transistor. Wie bei der Halbleitervorrichtung nach den Fig. 1 und 2 sind4 and 5 show a schematic sectional view and a plan view, respectively, of a conventional semiconductor device with pnp transistor on the side. As with the semiconductor device of Figs. 1 and 2 are

hier ein p-Substrat 2, eine eingebettete η -Schicht 4, eine n~-Epitaxialschicht 6 und ein ρ -Isolationsbereich 8 vorhanden. Ein ρ -Bereich 30, ein ρ -Bereich 32, der den ρ -Bereich 30 umgibt und ein η -Kragenbereich 34, der wiederum den ρ -Bereich 32 umgibt, sind auf der Oberfläche der η -Epitaxialschicht 6 ausgebildet. In leitender Verbindung mit den Bereichen 30, 32 und 34 stehen Elektroden 35, 36 bzw. 37.here a p-substrate 2, an embedded η -layer 4, an n ~ epitaxial layer 6 and a ρ insulation region 8 are present. A ρ range 30, a ρ range 32, the the ρ region 30 surrounds and an η collar region 34, which in turn surrounds the ρ region 32, are on the Surface of the η epitaxial layer 6 is formed. In conductive connection with areas 30, 32 and 34 there are electrodes 35, 36 and 37, respectively.

Der ρ -Bereich- 30, die η -Epitaxialschicht 6 und der ρ -Bereich 34 bilden Emittar, Basis bzw. Kollektor des seitlichen pnp-Transistors.The ρ region 30, the η epitaxial layer 6 and the ρ-area 34 form the emitter, base or collector of the lateral pnp transistor.

Auch bei dieser Halbleitervorrichtung nach den riq. 4 und 5 bildet sich ein parasitärer pnp-Transistor aus, wobei dieser sich aus dem ρ -Bereich 32 als Emitter, der n~-Epitaxialschicht 6 als Basis und dem ρ -Isolationsbereich 8 sowie dem p-Substrat 2 als Kollektor zusammensetzt. Während der seitliche pnp-Transistor im Sättigungsbereich arbeitet, läßt der parasitäre pnp-Transistor einen beträchtlich großen parasitären Strom vom ρ Bereich 32 über die η -Epitaxialschicht 6 zum p-Substrat und zum ρ -Bereich 8 fließen.In this semiconductor device according to the riq. 4th and 5 a parasitic pnp transistor is formed, this being composed of the ρ region 32 as an emitter, the n ~ epitaxial layer 6 as a base and the ρ -Isolationsbereich 8 and the p-substrate 2 as a collector. While the lateral pnp transistor works in the saturation range, the parasitic pnp transistor leaves a considerably large parasitic current from the ρ region 32 via the η epitaxial layer 6 to the p-substrate and flow to the ρ region 8.

Fig. 6 zeigt das Ersatzschaltbild der Halbleitervorrichtung aus den Fig. 4 und 5. Dieses Ersatzschaltbild zeigt einen pnp-Transistor 40, der mit Basis, Emitter und Kollektor an den Anschlüssen V3, V4 bzw. V5 liegt, während ein pnp-Transistor 42 mit seiner Basis mit der Klemme V3, mit seinem Emitter mit der Klemme V5 und mit seinem Kollektor an Masse liegt. Die Transistoren 40 und 42 entsprechen dem seitlichen pnp-Transistor bzw. dem parasitären pnp-Transistor in den Fig. 4 und 5. Die Anschlüsse V3, V4, V5 entsprechen den Elektroden 37, 35 bzw. 36.FIG. 6 shows the equivalent circuit diagram of the semiconductor device from FIGS. 4 and 5. This equivalent circuit diagram shows a pnp transistor 40, the base, emitter and collector of which is connected to the connections V3, V4 and V5, respectively a pnp transistor 42 with its base connected to the terminal V3, with its emitter connected to the terminal V5 and with its collector is due to mass. The transistors 40 and 42 correspond to the lateral pnp transistor and the parasitic one, respectively pnp transistor in FIGS. 4 and 5. The connections V3, V4, V5 correspond to the electrodes 37, 35 and 36, respectively.

Unter der Annahme eines Stromverstärkungsfaktors des
Transistors 42 in Basis-Emitter-Schaltung von a.2
(» T), einem von der Anschlußklemme V3 fließenden Strom k'IB und einem Basisstrom des Transistors 40 der Größe IB ergibt sich der parasitäre Strom IP2 nach folgender Gleichung:
Assuming a current gain factor of the
Transistor 42 in the base-emitter circuit of a.2
(»T), a current k'IB flowing from the terminal V3 and a base current of the transistor 40 of the size IB, the parasitic current IP2 results from the following equation:

IP2 β α2 - (k - I)IB . (2)IP2 β α2 - (k - I) IB. (2 )

.."■"... "■".

Ein Anstieg des parasitären Stroms IP2 führt zum selben Problem, wie es bereits in Verbindung mit den Fig.
1 bis 3 beschrieben ist=
An increase in the parasitic current IP2 leads to the same problem as already discussed in connection with FIGS.
1 to 3 is described =

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, bei der das Fließen des parasitären Stroms unterdrückt ist und die mit hoher Zuverlässigkeit arbeitet.The invention is based on the object of a semiconductor device in which the flow of the parasitic current is suppressed and which is highly reliable is working.

Die Lösung .dieser Aufgabe wird mit einer Halbleitervorrichtung erreicht, die ein Halbleitersubstrat einer ersten Leitfähigkeitstype, eine Halbleiterschicht der entgegengesetzten Leitfähigkeitstype auf diesem Halbleitersubstrat, einen in der Halbleiterschicht formiertenThe solution to this problem is with a semiconductor device achieved that a semiconductor substrate of a first conductivity type, a semiconductor layer of the opposite Conductivity type on this semiconductor substrate, one formed in the semiconductor layer

Transistoraufbau, einen Halbleiterbereich der ersten Leitfähigkeitstype, der nahe an dem Transistoraufbau und
wenigstens dem Oberflächenbereich der Halbleiterschicht ausgebildet ist, und Mittel zur elektrischen Verbindung dieses Halbleiterbereichs und der Halbleiterschicht aufweist.
Transistor structure, a semiconductor region of the first conductivity type which is close to the transistor structure and
at least the surface region of the semiconductor layer is formed, and has means for electrically connecting this semiconductor region and the semiconductor layer.

Im einzelnen zeigt die Zeichnung in:The drawing shows in detail:

Fig. 1 schematisiert einen Schnitt durch eine herkömmliche Halbleitervorrichtung mit einem Vertikaltransistor; 1 schematically shows a section through a conventional semiconductor device with a vertical transistor;

Fig. 2 eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung aus Fig. 1;FIG. 2 is a plan view of the semiconductor device of FIG. 1;

Fig. 3 das Ersatzschaltbild der Halbleitervorrichtung aus den Fig. 1 und 2;3 shows the equivalent circuit diagram of the semiconductor device from FIGS. 1 and 2;

Fig. 4 einen schematisierten Schnitt durch eine Halbleitervorrichtung herkömmlicher Art mit einem seitlichen oder Lateraltransistor;4 shows a schematic section through a semiconductor device conventional type with a lateral or lateral transistor;

Fig. 5 die schematisierte Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung der Fig. 4;5 shows the schematic plan view of the semiconductor device of Fig. 4;

Fig. 6 das Ersatzschaltbild der Halbleitervorrichtung aus den Fig. 4 und 5;6 shows the equivalent circuit diagram of the semiconductor device from FIGS. 4 and 5;

Fig. 7 und 8 Schnittdarstellung und Draufsicht auf eine7 and 8 sectional illustration and plan view of a

erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung mit Vertikaltransistor;
20
A vertical transistor semiconductor device according to the present invention;
20th

Fig. 9 das Ersatzschaltbild der Halbleitervorrichtung aus den Fig. 7 und 8;9 shows the equivalent circuit diagram of the semiconductor device from FIGS. 7 and 8;

Fig. 10 und 11 schematisierte Schnittdarstellung bzw. Draufsicht einer Halbleitervorrichtung mit Lateraltransistor in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;FIGS. 10 and 11 are a schematic sectional illustration and a plan view of a semiconductor device with a lateral transistor in a further embodiment of the invention;

Fig. 12 das Ersatzschaltbild der Halbleitervorrichtung aus den Fig. 10 und 11 und12 shows the equivalent circuit diagram of the semiconductor device from FIGS. 10 and 11 and

Fig. 13 und 14 eine gegenüber den Darstellungen der13 and 14 a compared to the representations of the

Fig. 10 und 11 veränderte HalbleitervorrichtungFigs. 10 and 11 modified semiconductor device

in Schnitt- bzw. Draufsichtsdarstellung. 35in sectional or plan view. 35

Schnittansicht bzw. Draufsicht einer erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung nach den Fig. 7 und 8 enthalten einen vertikalen npn-Transistor. Diese Halbleitervorrichtung ist derjenigen nach den Fig. 1 und 2 gleich mit der Ausnahme, daß zusätzlich ein ρ -Bereich 70 in der Oberflächenzone der η -Epitaxialschicht 6 ausgebildet ist, der mit dem η -Kragenbereich 12 in Verbindung steht und den ρ -Bereich 10 umgibt. Dieser ρ -Bereich 70 ist mit dem η -Bereich 12 über eine Elektrode 71 gekoppelt, die an der Stelle der Elektrode 16 hergestellt ist, so daß der ρ -Bereich 70 auf demselben Potential wie die η Epitaxialschicht 6 gehalten werden kann.Sectional view and plan view of a semiconductor device according to the invention according to FIGS. 7 and 8 included a vertical npn transistor. This semiconductor device is the same as that of FIGS. 1 and 2 Exception that a ρ region 70 is also formed in the surface zone of the η epitaxial layer 6, which is connected to the η collar area 12 and surrounds the ρ region 10. This ρ range 70 is with coupled to the η region 12 via an electrode 71 made at the location of the electrode 16 so that the ρ region 70 at the same potential as the η epitaxial layer 6 can be held.

In der in den Fig. 7 und 8 gezeigten Halbleitervorrichtung ist, wie bereits früher beschrieben, ein vertikaler npn-Transistor mittels eines η -Bereiches 14, eines ρ Bereiches 10 und einer η -Epitaxialschicht 6 hergestellt. Diese Halbleitervorrichtung hat einen seitlichen pnp-Transistor, bei dem der ρ -Bereich 10 der Emitter, die η -Epitaxialschicht 6 die Basis und der ρ -Bereich 70 der Kollektor sind. Im Betrieb des seitlichen pnp-Transistors kehrt der zusätzliche Strom, der vom ρ -Bereich 10, welcher als Basis des vertikalen npn-Transistors wirkt, wegfließt, zum Kollektor des vertikalen npn-Transistors zurück. Außerdem hat die in Fig. 7 bzw. 8 gezeigte Halbleitervorrichtung einen parasitären pnp-Transistor mit dem ρ -Bereich 10 als Emitter, der η -Epitaxialschicht 6 als Basis und dem p-Substrat 2 sowie dem ρ -Bereich 8 als Kollektor, wie an früherer Stelle beschrieben. In the semiconductor device shown in FIGS. 7 and 8, as already described earlier, a vertical npn transistor is produced by means of an η region 14, a ρ region 10 and an η epitaxial layer 6. This semiconductor device has a side PNP transistor in which the ρ region 10 is the emitter, the η epitaxial layer 6 is the base, and the ρ region 70 is the collector. During operation of the side pnp transistor, the additional current flowing away from the ρ region 10, which acts as the base of the vertical npn transistor, returns to the collector of the vertical npn transistor. . In addition, the semiconductor device in Fig 7 and 8 shown has a parasitic pnp transistor with the ρ region 10 as the emitter, the η epitaxial layer 6 as a base and the p-type substrate 2 and the ρ - region 8 as a collector such as at described earlier.

Das Ersatzschaltbild der Fig. 9 ist dem der Fig. 3 mit der Ausnahme gleich, daß anstelle des Transistors 22 ein Mehrkollektor-pnp-Transistor 72 vorhanden ist, dessen erster Kollektor an Masse liegt und dessen zweiter Kollektor mit dem Anschluß V2 verbunden ist. Mit anderen Worten,The equivalent circuit diagram of FIG. 9 is the same as that of FIG. 3 the exception that instead of the transistor 22 a multi-collector pnp transistor 72 is present, its first collector is connected to ground and whose second collector is connected to terminal V2. In other words,

der pnp-Transistor 72 entspricht einer Kombination des seitlichen pnp-Transistors mit dem parasitären pnp-Transistor in den Fig. 7 und 8.the pnp transistor 72 corresponds to a combination of the side pnp transistor with the parasitic pnp transistor in Figs. 7 and 8.

Das Verhältnis des Stroms, der vom ρ -Bereich 10 zum Substrat 2 und zum ρ -Isolationsbereich 8 fließt, nämlich der Strom IP3, der zum ersten Kollektor des Transistors 72 fließt, zum Strom, der vom ρ -Bereich 10 zum ρ -Bereich 70 fließt, nämlich der Strom IF1, der durch den zweiten Kollektor des Transistors 72 fließt, läßt sich durch folgenden Ausdruck darstellen:The ratio of the current flowing from the ρ region 10 to the substrate 2 and to the ρ insulation region 8, namely the current IP3 flowing to the first collector of the transistor 72 to the current flowing from the ρ region 10 to the ρ region 70 flows, namely the current IF1, which flows through the second collector of transistor 72 flows can be represented by the following expression:

IP3/IF1 = α4/α3 (3) IP3 / IF1 = α4 / α3 (3)

Darin ist a3 ein Stromverstärkungsfaktor des seitlichen pnp-Transistors in Basisschaltung, aA ein Stromverstärkungsfaktor des parasitären pnp-Transistors in Basisschaltung, und a.3 und ct4 genügen folgender Bedingung:Here, a3 is a current amplification factor of the lateral pnp transistor in base connection, aA is a current amplification factor of the parasitic pnp transistor in base connection, and a.3 and ct4 satisfy the following condition:

<x3 + <x4 <. 1 (4)<x3 + <x4 <. 1 (4)

Die Basisbreite des seitlichen pnp-Transistors ist durch den Abstand zwischen den ρ -Bereichen 10 und 70 bestimmt. Die Basisbreite des parasitären pnp-Transistors ist durch den Abstand zwischen dem ρ -Bereich 10 und dem Substrat oder dem ρ -Bereich 8 bestimmt. Es ist dadurch möglich, eine Basisbreite für den seitlichen pnp-Trans"* sJ.or vorzugeben, die einen hinreichend größeren Wart als beim parasitären pnp-Transistor hat, so daß α.3 auf einen größeren Wert als a4 eingestellt werden kann. In diesem Fall erhält a.4 einen Wert, der ausreichend kleiner als 1 ist.The base width of the lateral pnp transistor is determined by the distance between the ρ regions 10 and 70. The base width of the parasitic pnp transistor is determined by the distance between the ρ region 10 and the substrate or the ρ region 8. This makes it possible to specify a base width for the lateral pnp trans "* s J .or which has a sufficiently larger value than that of the parasitic pnp transistor, so that α.3 can be set to a value greater than a4. In In this case, a.4 receives a value that is sufficiently smaller than 1.

Wenn der Strom k-iB in den Anschluß V1 und der Strom IB in die Basis des Transistors 20 fließt, ergibt sich folgende Gleichung:When the current k-iB into the terminal V1 and the current IB flows into the base of transistor 20, the following equation results:

IP3 + IFl = (a3 + ct4) · (k - I)IB (5)IP3 + IFl = (a3 + ct4 ) (k - I) IB ( 5 )

Aus den Gleichungen (3) und (5) läßt sich folgende Gleichung ableiten:From the equations (3) and (5), the following equation can be obtained derive:

o3 . a3o3. a3

IP3 + . IP3 = o4(l + " )(k-l)IBIP3 +. IP3 = o4 (l + ") (k-l) IB

a4 a4 .... (6)a4 a4 .... (6)

Aus der Gleichung (6) ist die nachfolgende Gleichung zu gewinnen:The following equation can be obtained from equation (6):

IP3 = q4 · (k - I)IB (7) ιIP3 = q4 · (k - I) IB (7) ι

Der parasitäre Ström IP3, der aus dieser Gleichung (7) . ableitbar ist, kann auf einen ausreichend kleineren Wert als der parasitäre Strom IP1 aus Gleichung (1) herabgedrückt .· werden . Auch wenn also der vertikale npn-Transi-; stör im Sättigungsbereich arbeitet, wird auf diese Weise der parasitäre Strom in der Halbleitervorrichtung nach den Fig. 7 und 8 auf einen sehr kleinen Wert begrenzt, so daß er die Funktionsweise des vertikalen npn-Transistors nicht beeinflußt.The parasitic flow IP3 resulting from this equation (7). can be derived can be suppressed to a sufficiently smaller value than the parasitic current IP1 from equation (1) .· will . So even if the vertical npn transi-; disturbing in the saturation range is working in this way limits the parasitic current in the semiconductor device according to FIGS. 7 and 8 to a very small value, so that it does not affect the functioning of the vertical npn transistor.

In den Fig. 10 und 11 sind schematisch Schnitt und Draufsicht einer Halbleitervorrichtung mit seitlichem pnp-Transistor nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Halbleitervorrichtung ist derjenigen in den Fig. 4 und 5 ähnlich, hat jedoch zusätzlich einen ρ -Bereich, der in der Oberfläche der n~-Epitaxialschicht 6 ausgebildet ist und mit dem η -Kragenbereich so in Verbindung steht, daß er den ρ -Bereich 30 umgibt. Dieser ρ -Bereich 80 ist elektrisch mit dem η -Bereich mittels einer Elektrode 81 gekoppelt, die anstelle der Elektrode 37 hergestellt ist, so daß der η -Bereich 80 aus demselben Potential wie die n~-Epitaxiaischicht 6 gehalten werden kann.10 and 11 are a schematic section and plan view a side pnp transistor semiconductor device according to another embodiment of the invention shown. This semiconductor device is similar to that in Figs. 4 and 5, but has the addition a ρ region that occurs in the surface of the n ~ epitaxial layer 6 and is connected to the η collar region in such a way that it surrounds the ρ region 30. This ρ region 80 is electrically coupled to the η region by means of an electrode 81 which, instead of the Electrode 37 is made so that the η region 80 is kept at the same potential as the n ~ epitaxial layer 6 can be.

Wie bereits beschrieben, weist die Halbleitervorrichtung der Fig. 10 und 11 einen Haupt-pnp-Seitentransistor mit ρ -Bereich 30, η -Epitaxialschicht 6 und ρ -Bereich auf. Diese Halbleitervorrichtung besitzt einen zusätzlichen seitlichen pnp-Transistor mit ρ -Bereich 32 als Emitter, η -Epitaxialschicht 6 als Basis und ρ -Bereich 80 als Kollektor. Im Betrieb des zusätzlichen seitlichen pnp-Transistors fließt der zusätzliche Strom, der vom ρ -Bereich 32, welcher als Kollektor des Haupt-pnp-Seitentransistors' dient, zur Basis dieses Transistors zurück. Außerdem besitzt die in cu η Fig. 10 und 11 gezeigte Halbleitervorrichtung einen parasitären pnp-Transistor mit ρ -Bereich 32 als Emitter, η -Epitaxialschicht 6 als Basis und dem Substrat 2 und dem ρ -Isolationsbereich 8 als Kollektor, wie bereits beschrieben.As already described, the semiconductor device of Figs. 10 and 11 has a main PNP side transistor with ρ region 30, η epitaxial layer 6 and ρ region. This semiconductor device has an additional one lateral pnp transistor with ρ region 32 as emitter, η epitaxial layer 6 as base and ρ region 80 as a collector. When the additional lateral pnp transistor is in operation, the additional current flows from the ρ region 32, which is used as the collector of the main PNP side transistor serves, back to the base of this transistor. In addition, the semiconductor device shown in FIGS. 10 and 11 has η a parasitic pnp transistor with ρ region 32 as the emitter, η epitaxial layer 6 as the base and the substrate 2 and the ρ -Isolationsbereich 8 as a collector, as already described.

Das in der Fig. 12 gezeigte Ersatzschaltbild dieser Halbleitervorrichtung ist demjenigen in der Fig. 6 weitgehend gleich, wobei jedoch anstelle des Transistors 42 ein Mehrkollektpr-pnp-Transistor 82 auftritt, dessen erster Kollektor mit Masse verbunden ist, während der zweite Kollektor an den Anschluß V3 geführt ist. Dieser Transistor 82 entspricht der Kombination des zusätzlichen seitlichen pnp-Transistors und des parasitären pnp-Transistors in den Fig. 10 und 11.The equivalent circuit diagram of this semiconductor device shown in FIG is largely the same as that in FIG. 6, but with a instead of transistor 42 Mehrkollektpr-PNP transistor 82 occurs, the first of which Collector is connected to ground, while the second collector is connected to the connection V3. This transistor 82 corresponds to the combination of the additional lateral pnp transistor and the parasitic pnp transistor in Figs. 10 and 11.

Das Verhältnis des Stroms, der vom ρ -Bereich 36 zum Substrat 2 und vom ρ -Isolationsbereich 8 fließt, nämlich der Strom IP4, der durch den ersten Kollektor des Transistors 82 fließt, zu dem Strom, der vom ρ -Bereich 32 zum ρ -Bereich 80 fließt, nämlich dem Strom IF2, der durch den zweiten Kollektor des Transistors 82 fließt, ist durch den folgenden Ausdruck vorgegeben:The ratio of the current flowing from the ρ region 36 to the substrate 2 and from the ρ -Isolationsbereich 8 flows, namely the current IP4, which flows through the first collector of the transistor 82 flows to the current flowing from the ρ region 32 to the ρ region 80, namely the current IF2, the flowing through the second collector of transistor 82 is given by the following expression:

IP4/IF2 = α6/α5 (8) IP4 / IF2 = α6 / α5 (8)

worin mit α5 der Stromverstärkungsfaktor des zusätzlichen seitlichen pnp-Transistors in Basisschaltung und mit O.6 der Stromverstärkungsfaktor des parasitären pnp-Transistors in Basisschaltung bezeichnet sind, während ci5 und a6 folgenden Ausdrücken genügen:where with α5 the current gain factor of the additional lateral pnp transistor in base circuit and with O.6 the current amplification factor of the parasitic pnp transistor are designated in the basic circuit, while ci5 and a6 satisfy the following expressions:

o5 + αδ < 1 (9)o5 + αδ <1 (9)

Die Basisbreite des zusätzlichen seitlichen pnp-Transistors wird durch den Abstand zwischen den ρ -Bereichen und 80 bestimmt. Die Basisbreite des parasitären pnp-Transistors ist durch den Abstand zwischen dem ρ -Bereich und dem Substrat 4 oder dem ρ -Isolationsbereich 8 bestimmt. Es ist deshalb möglich, die Basisbreite des zusätzlichen seitlichen pnp-Transistors auf einen Wert einzustellen, der hinreichend kleiner als derjenige beim parasitären pnp-Transistor ist. Damit kann a.5 auf einen Wert, der ausreichend größer als a6 ist, abgestimmt werden.The base width of the additional lateral pnp transistor is determined by the distance between the ρ areas and 80 determined. The base width of the parasitic pnp transistor is determined by the distance between the ρ region and the substrate 4 or the ρ insulation region 8. It is therefore possible to set the base width of the additional lateral pnp transistor to a value which is sufficiently smaller than that of the parasitic pnp transistor. Thus a.5 can refer to a value that is sufficiently larger than a6.

In diesem Fall erhält a6 einen Wert, der ausreichend kleiner als 1 ist.In this case, a6 is given a value that is sufficiently smaller than 1.

k'IBI ist der über die Klemme V3 fließende Strom, während der Basisstrom des Transistors 40 IB1 ist und der Emitterstrom des Transistors 82 ist IE, während sein Basisstrom IB2 ist. Es gelten dann folgende Gleichungen:k'IBI is the current flowing via terminal V3 while the base current of transistor 40 is IB1 and the emitter current of transistor 82 is IE while its base current is IB2. The following equations then apply:

IE = IP4 + IF2 + IB2 = (a5 + αβ)ΙΕ + IB2 ... (10)IE = IP4 + IF2 + IB2 = (a5 + αβ) ΙΕ + IB2 ... (10)

k'IBl = IBl + IB2 + IF2 ... (11)k'IBl = IBl + IB2 + IF2 ... (11)

IF2 = O5-..IE ... (12)IF2 = O5 - .. IE ... (12)

IP4 = αβνΙΕ "... (13)IP4 = αβνΙΕ "... (13)

Aus den Gleichungen (10) und (11) erhält man: 35From equations (10) and (11) one obtains: 35

koIBl = IBl + IF2 + (1 - o5 - a6) · IE ... (14)koIBl = IBl + IF2 + (1 - o5 - a6) IE ... (14)

Aus den Gleichungen (12) und (14) ergibt sich: k'IBl = IBl + (1 - αβ) · IE ... (15)Equations (12) and (14) result in: k'IBl = IBl + (1 - αβ) IE ... (15)

Aus den Gleichungen (13) und (15) entsteht:Equations (13) and (15) result in:

αβαβ

IP4 = -(Jc-I)-IBl ... (16)IP4 = - (Jc-I) -IBl ... (16)

1 - oc61 - oc6

Da al ein Wert ausreichend kleiner als 1 ist, ist auchSince al is a value sufficiently smaller than 1, is also

Έ ausreichend kleiner als 1. Mit IB = IB1 , ergibt ι — <xo- Έ sufficiently smaller than 1. With IB = IB1, ι - <xo results

sich aus den Gleichungen (2) und (16), daß IP4 ausreichend kleiner als IP2 ist. Wenn in der in den Fig. 10 und 11 gezeigten Halbleitervorrichtung auch der seitliche Haupt-pnp-Transistor im Sättigungsbereich arbeitet, ist auch der parasitäre Strom auf einen so kleinen Wert herabgedrückt, daß er die Funktionsweise des seitlichen Haupt-pnp-Transistors nicht beeinflußt.It can be seen from equations (2) and (16) that IP4 is sufficiently smaller than IP2. If in the in Fig. 10 11 and 11 also the side Main pnp transistor works in saturation range, the parasitic current is also suppressed to such a small value that it interferes with the functioning of the lateral Main pnp transistor not affected.

Fig. 13 zeigt eine weitere Variante der Halbleitervorrichtung aus den Fig. 7 und 8. Es wird in diesem Fall anstelle des ρ -Bereichs 70 aus den Fig. 7 und 8 ein ρ Bereich 90 verwendet, der den η -Kragenbereich 12 umgibt und bis zur eingebetteten η -Schicht 4 hinabreicht. Dieser ρ -Bereich 90 ist mit dem η -Kragenbereich 12 über eine Elektrode 91 verbunden. Der ρ -Bereich 90 kann in derselben Herstellungsstufe wie der ρ -Bereich 8 gebildet werden.13 shows another variant of the semiconductor device 7 and 8. In this case, instead of the ρ region 70 from FIGS. 7 and 8, a ρ region becomes 90 is used, which surrounds the η collar region 12 and extends down to the embedded η layer 4. This ρ region 90 is connected to the η collar region 12 via an electrode 91. The ρ range 90 can can be formed in the same manufacturing stage as the ρ region 8.

Bei diesem Ausführungsbeispiel fließt der zusätzliche Strom, der seitwärts vom ρ -Bereich 10 abfließt, welcher als Basis des vertikalen npn-Transistors und als Emitter des zusätzlichen seitlichen pnp-Transistors wirkt, in denIn this embodiment, the additional current that flows sideways from the ρ region 10 flows, which acts as the base of the vertical npn transistor and as the emitter of the additional lateral pnp transistor, in the

p -Bereich 90; danach wird der Strom dem Kollektor des vertikalen npn-Transistors als Kollektorstrom zugeführt. Mit anderen Worten, bei diesem Ausführungsbeispiel unterdrückt der zusätzliche Strom den parasitären Strom auf einen äußerst kleinen Wert, oder daß er in das Substrat oder den ρ -Bereich 8 fließt.p region 90; then the current is fed to the collector of the vertical npn transistor as a collector current. In other words, in this exemplary embodiment, the additional current suppresses the parasitic current an extremely small value, or that it flows into the substrate or the ρ region 8.

Fig. 14 zeigt eine weitere Abwandlungsform der Halbleitervorrichtung aus den Fig„ 10 und 11. Diese Halbleitervorrichtung aus Fig. 14 ist derjenigen in den Fig. 1Q und 11 mit der Ausnahme gleich, daß ein ρ -Bereich 100 eingesetzt wird anstelle des ρ -Bereiches 80, welcher den η -Kragenbereich 34 umschließt und bis zur eingebetteten η -Schicht 4 hinabreicht. Mit dem η -Kragenbereich ist der Bereich 100 mittels einer Elektrode 101 leitend verbunden. Dieser ρ -Bereich 100 wirkt gleich wie der ρ -Bereich 90 in Fig. 13, unterdrückt also den parasitären Strom auf ein Minimum.14 shows another modification of the semiconductor device of Figs. 10 and 11. This semiconductor device of FIG. 14 is the same as that in FIGS. 1Q and 11 except that a ρ-region 100 is used instead of the ρ region 80, which encloses the η collar region 34 and up to the embedded η layer 4 extends down. With the η collar area, the area 100 is conductive by means of an electrode 101 tied together. This ρ range 100 has the same effect as that 13, thus suppresses the parasitic current to a minimum.

Die Erfindung ist vorstehend anhand spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben worden, wodurch jedoch keine Begrenzung auf diese AusführungsfQrmen zum Ausdruck gebracht werden soll. Zum Beispiel können bei den Ausführungsbeispielen die η -Kragenbereiche 12 und 34 und auch die eingebettete η -Schicht weggelassen werden. Es ist jedoch in diesen Fällen nötig, die η -Bereiche 70, 80, 90 und 100 dann auf demselben Potential wie die isolierte η -Epitaxialschicht 6 zu halten.The invention has been described above on the basis of specific exemplary embodiments, but this is not a limitation should be expressed in these forms of execution. For example, in the exemplary embodiments the η collar regions 12 and 34 and also the embedded η layer can be omitted. It is however, in these cases, the η-areas 70, 80, 90 and 100 then have to be at the same potential as the isolated one η epitaxial layer 6 to hold.

Obgleich die ρ -Bereiche 70,80,90 und 100 ringförmig sind, können sie in zahlreiche Bereiche unterteilt werden, auch in solchem Fall wird der parasitäre Strom in einem bestimmten Ausmaß unterdrückt. Natürlich können anstelle der beschriebenen Leitfähigkeitstypen jeweils die entgegengesetzten eingesetzt werden.Although the ρ regions 70, 80, 90 and 100 are ring-shaped, they can be divided into numerous regions , and in such a case too, the parasitic current is suppressed to some extent. Of course, the opposite types of conductivity can be used instead of the conductivity types described.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen sind die ρ Bereiche 70, 80, 90 und 100 jeweils unmittelbar in Berührung zu den η -Kragenbereichen 12 und 34 ausgebildet; es ist aber auch möglich, die einzelnen η -Bereiche von den zugehörigen η -Kragenbereichen abzusetzen.In the described embodiments, the ρ are ranges 70, 80, 90 and 100 each formed directly in contact with the η collar regions 12 and 34; however, it is also possible to separate the individual η areas from the associated η collar areas.

Claims (1)

38 82238 822 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, Kawasaki-shi / JapanTokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, Kawasaki-shi / Japan Halbleitervorrichtung PatentansprücheSemiconductor device claims ο Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat einer ersten Leitfähigkeitstype, einer Halbleiterschicht der entgegengesetzten Leitfähigkeitstype auf dem Halbleitersubstrat und einem Transistoraufbau, der auf der Halbleiterschicht ausgebildet ist, gekennzeichnet durch einen ersten Halbleiterbereich (70; 80; 90; 100) der ersten Leitfähigkeitstype, der nahe am Transistoraufbau ausgebildet ist, und Mittel (.71; 81; 91; 101) zum elektrisch leitenden Verbinden des ersten Halbleiterbereichs (70; 80; 90; 100) mit der Halbleiterschicht (6).ο semiconductor device with a semiconductor substrate a first conductivity type, a semiconductor layer of the opposite conductivity type on the semiconductor substrate and a transistor structure formed on the semiconductor layer characterized by a first semiconductor region (70; 80; 90; 100) of the first conductivity type, which is formed close to the transistor structure, and means (.71; 81; 91; 101) for the electrically conductive connection of the first semiconductor region (70; 80; 90; 100) with the semiconductor layer (6). 2, Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistoraufbau ein Vertikaltransistor ist, der aus der Halbleiterschicht (6), einem zweiten Halbleiterbereich (10) -der-ersten Leitfähigkeitstype, der auf der Oberfläche der Halbleiterschicht (6) formiert ist, und einem dritten Halbleiterbereich (14) der entgegengesetzten Leitfähigkeitstype, der auf der Oberfläche des zweiten Halbreiterbereichs (10) ausgebildet ist, besteht.2, semiconductor device according to claim 1, characterized in that the transistor structure is a vertical transistor, which is composed of the semiconductor layer (6), a second semiconductor region (10) -the-first conductivity type that appears on the surface the semiconductor layer (6) is formed, and a third semiconductor region (14) of the opposite conductivity type, which is formed on the surface of the second half-rider area (10) consists. 3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Halbleiterbereich (70; 90), den zweiten Halbleiterbereich (10) umschließend, formiert ist.3. Semiconductor device according to claim 2, characterized in that the first semiconductor region (70; 90) surrounding the second semiconductor region (10) is formed. 4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein vierter Halbleiterbereich (12) der entgegengesetzten Leitfähigkeitstype, der eine höhere Störstellenkonzentration als die Halbleiterschicht (6) aufweist, in der Oberfläche der Halbleiterschicht (6) fcrmiert ist und eine Elektrode (71; 91) in dem ersten und vierten Halbleiterbereich (70, 12; 90, 12) miteinander verbindet.4. Semiconductor device according to claim 3, characterized in that a fourth semiconductor region (12) the opposite conductivity type, which has a higher concentration of impurities than the Has semiconductor layer (6), in the surface of the semiconductor layer (6) is fcrmiert and an electrode (71; 91) in the first and fourth semiconductor regions (70, 12; 90, 12) connects with each other. 5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen fünften Halbleiterbereich (4) der entgegengesetzten Leitfähigkeitstype mit höherer Störstellenkonzentration als die Halbleiterschicht (6), der im wesentlichen in der Oberfläche des Halbleiter-Substrats (2) formiert ist.5. The semiconductor device according to claim 3, characterized by a fifth semiconductor region (4) the opposite conductivity type with a higher concentration of impurities than the semiconductor layer (6), which is essentially formed in the surface of the semiconductor substrate (2). 6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Halbleiterbereich (90) so formiert ist, daß er bis zum fünften Halbleiterbereich (4) hinab reicht.6. Semiconductor device according to claim 5, characterized in that the first semiconductor region (90) is formed so that it extends down to the fifth semiconductor region (4). 7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen vierten Haibleiterbereich (12) von entgegengesetzter Leitfähigkeitstype und mit höherer Störstellenkonzentration als die Halbleiterschicht (6), der in der Oberflächenzone der Halbleiterschicht (6) formiert und mittels einer Elektrode (71; 91) mit dem ersten Halbleiterbereich (70; 90) leitend verbunden ist.7. Semiconductor device according to claim 6, characterized by a fourth semiconductor area (12) of the opposite conductivity type and with higher impurity concentration than the semiconductor layer (6) in the surface zone of the semiconductor layer (6) formed and conductive to the first semiconductor region (70; 90) by means of an electrode (71; 91) connected is. 8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Transistoraufbau als seitlicher Transistor aus der Halbleiterschicht (6) und einem zweiten und einem dritten HaIbleiterbereich (30, 32) der ersten Leitfähigkeitstype besteht, die voneinander getrennt in der Oberflächenzone der Halbleiterschicht (6) formiert sind.8. The semiconductor device according to claim 1, characterized characterized in that the transistor structure as a lateral transistor made of the semiconductor layer (6) and a second and a third semiconductor area (30, 32) consists of the first conductivity type, which are separated from one another in the surface zone the semiconductor layer (6) are formed. 9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch9. The semiconductor device according to claim 8, characterized gekennzeichnet, daß der zweite Halbleiterbereich (32) den ersten Haibleiterbereich (30) umschließt.characterized in that the second semiconductor region (32) encloses the first semiconductor area (30). 10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g ekennzeichne t, daß der erste Halbleiterbereich (80,100) den zweiten Halbleiterbereich (32) umschließt.10. The semiconductor device according to claim 9, characterized in that ekennzeichne t that the first semiconductor region (80,100) the second semiconductor region (32) encloses. 11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeich-net durch einen vierten Halbleiterbereich (34) der entgegengesetzten Leitfähigkeitstype und mit höherer Störstellenkorizentratioii als die Halbleiterschicht (6) und eine Elektrode (81; 101), durch die der erste und der vierte Halbleiterbereich (80, 34; 100, 34) miteinander verbunden sind.11. The semiconductor device according to claim 10, marked-net by a fourth semiconductor region (34) of the opposite conductivity type and with a higher impurity concentration than the semiconductor layer (6) and an electrode (81; 101) through which the first and fourth semiconductor regions (80, 34; 100, 34) are connected to each other. 12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen fünften Halbleiterbereich (4) der entgegengesetzten Leitfähigkeitstype und mit höherer Störstellenkonzentration als die Halbleiterschicht (6), der im wesentlichen in der Oberflächenzone des Halbleitersubstrats (2) ausgebildet ist.12. The semiconductor device according to claim 10, characterized by a fifth semiconductor region (4) of the opposite conductivity type and with a higher concentration of impurities than the semiconductor layer (6), which is essentially in the surface zone of the semiconductor substrate (2) is formed. 13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g ekennzeichnet , daß der erste Halbleiterbereich (100) bis zum fünften Halbleiterbereich (4) hinabreichend formiert ist.13. Semiconductor device according to claim 12, characterized in that it is characterized that the first semiconductor region (100) is formed down to the fifth semiconductor region (4). 14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Halbleiterbereich (80; 100) als den zweiten und den dritten Halbleiterbereich (30,32) umschließend ausgebildet ist.14. Semiconductor device according to claim 8, characterized in that the first semiconductor region (80; 100) is designed as enclosing the second and third semiconductor regions (30, 32).
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