195035. lajstromszámú szabadalom • Széles áramtartományban alkalmazható PNP típusú laterális és szubsztrát tranzisztor, valamint eljárás ezek előállítására
195035 1 A találmány tárgya bipoláris integrált áramkörben alkalmazható, széles áramtartományban kedvező áramerősítési tényezővel bíró PNP típusú laterális és szubsztrát tranzisztor, tárgya továbbá a találmány szerinti tranzisztorok előállítására szolgáló eljárás. A bipoláris integrált áramkörökben szokásosan használt laterális és szubsztrát tranzisztorok felépítését és jellemzőitszámosszakirodalmí közlemény tárgyalja, I. pl. P.R. Gray és R.G. Meyer „Analysis and Design of Analog Integrated Circuits" című, a John Wiley and Sons cég által 1977-ben kiadott könyvében a 91—99. oldalakon tárgyalt részt. Ennek alapján a technika állása szerinti laterális és szubsztrát tranzisztort az 1. és 2. ábrán bemutatott szerkezet jellemzi. Az 1. ábrán látható laterális tranzisztor P vezetési típusú szilícium alaplemezre növesztett N vezetési típusú epitaxiális rétegben kialakított P vezetési típusú emitterzónát, és ehhez képest oldalsó elrendezésben P vezetési típusú kollektorzónát, valamint N vezetési típusú báziskontaktus-zónát tartalmaz; az emitterzóna, a kollektorzóna és a báziskontaktus-zóna alatt az alaplemezbe és az epitaxiális rétegbe benyúló N vezetési típusú eltemetett zóna van. A 2. ábrán látható szubsztrát tranzisztor P vezetési típusú szilícium alaplemezre növesztett N vezetési típusú epitaxiális rétegben kialakított P vezetési típusú emitterzónát és N vezetési típusú báziskontaktus-zónát tartalmaz. A szubsztrát tranzisztor kollektorzónája azonos az alaplemezzel. E PNP tranzisztorok felépítését az a követelmény határozza meg, hogy készítésük az ugyanazon integrált áramkörbeli NPN tranzisztorok előállításához szükséges műveleteken túlmenő műveleteket lehetőleg ne igényeljen. Ennek megfelelően az integrált áramkörök készítésekor a laterális tranzisztorok 4/a emitterzónáját és 4/b kollektorzónáját, valamint a szubsztrát tranzisztorok 4/c emitterzónáját ugyanazon művelettel alakítják ki, mint az NPN tranzisztorok bázis-zónáját; hasonlóképpen közös művelettel készítik el a laterális és szubsztrát tranzisztorok 5/a ill. 5/b báziskontaktus-zónáját és az NPN tranzisztorok emitterzónáját. A laterális és szubsztrát tranzisztorok — szerkezetükből adódóan — meglehetősen kedvezőtlen elektromos paraméterekkel rendelkeznek. Különösen hátrányos az a körülmény, hogy a tranzisztorok átlagos áramerősítési tényezője, főképpen pedig hasznos áramtartománya jóval kisebb a velük közös műveletben készített NPN tranzisztorokénál. Az áramtartomány szűk volta abban mutatkozik meg, hogy egy — a hasonló területű NPN tranzisztorokkal összevetve igen alacsony — kollektoráram-Icf-értékétől kezdődően az egyenáramú B áramerősítési tényező rohamosan csökken az Ic kollektoráram növekedésével, ezért 2 Ic/-értéknél nagyobb kollektoráramnál a tranzisztor alkalmazása nem célszerű. A szokásos definíció szerint a tranzisztorok B áramerősítési tényezője az adott Uce kollektor-emitter feszültséggel táplált, aktív tartományban működő tranzisztor Ic kollektoráramának és Ib bázisáramának hányadosa, azaz B = Ic/Ib. E hányadosnak a kollektoráramától való függését minden bipoláris tranzisztornál maximumfüggvény írja le. Ilyen függvényt mutat vázlatosan a 3. ábra, melyen az Iím áramértéknél.van B áramerősítési tényezőnek maximuma és az Ic\ értéknél kezdődik a B vs. Ic görbe nagyáramú szakasza, melyben B áramerősítési tényező erősen csökken Ic kollektoráram növelésével. A találmány célja a laterális és szubsztrát tranzisztorok szerkezetének oly módosítása, melynek révén e tranzisztorok áramerősítési tényezője és hasznos áramtartománya jelentősen megnövelhető, ezáltal integrált áramköri alkalmazásuk előnyösebbé válik. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy a laterális és szubsztrát tranzisztorok egyes hátrányos tulajdonságai, pl. közepes áramerősítési tényezőjük kicsinysége és hasznos áramtartományuk szűk volta közös okokra vezethetők vissza és ezért hasonló módon orvosolhatók. A B = Ic/Ib definíció alapján nyilvánvaló, hogy B áramerősítési tényező értéke növekszik, ha elnyomjuk az Ib bázisáramot létrehozó mechanizmusokat, ill. elősegítjük az adott Ueb bázis-emítter feszültségnél fellépő le kollektoráramot növelő tényezők érvényesülését. Figyelembe véve, hogy a geometriai méreteket a technológia és konstrukció lehetőségei ill. követelményei határozzák meg, az adott hőmérséklet és feszültség hatására kialakuló Ic kollektoráram értéke csupán az epitaxiális réteg adalékoltságától függ, amit nem, vagy csak igen nagy pótlólagos ráfordítások árán lehet a PNP tranzisztorokkal együtt készülő NPN tranzisztorok károsodása nélkül módosítani, ezért a találmány szerinti megoldás nem a kollektoráram növelésén, hanem a bázisáram csökkentésén alapul. Ismeretes, hogy a szokásos módon készített letarális és szubsztrát tranzisztorok bázisáraméban — az igen kis Ueb feszültségek tartományától eltekintve — a legfontosabb komponens a bázis-zónából az emitterzónába injektált elektronáram (1. pl. S. Chou cikkét a Solid-State Eiektronics 1971. évi 14. kötetében, a 811. oldalon; a cikknek a letarális tranzisztorokra vonatkozó, említett megállapítása a szubsztrát tranzisztorokra is érvényes). Ismert az is, hogy az áram — adott Ueb feszültségnél, hőfoknál és az emitterzóna adott mérete esetén — az emitterzóna adaléktartalmától és az adalék eloszlásától, valamint az emitterbeli többlet töltéshordozók élettar-< tárnától és az emitterzónán kialakított kontaktusablak nagyságától függ. Ez a függés olyan jellegű, hogy az adaléktartalom, a felülettől befelé irányuló adalékgradiens és az 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
