Интегральная схема

(67) Использование; конструкции интегральных схем, содержащие биполярные транзисторы Сущность изобретения: интегральная схема включает основной и защитный биполярные транзисторы одного типа проводимости, выполненные на полупроводниковой подложке В эпитаксиальном слое етскихциАлистических Респувли ДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ МСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ С ог) ОПИСАН к авторско9) 90 (11) 1819071)а Н(И 1.2,97 З сформированы области баз и эмиттеров основного и защитного транзистороа Область коллектора является общей для транзисторов. 8 обяасти базы защитного транзистора сформирована область второго эмиттера Под первым и вторым змиттерами сформированы высоколегированные области того же типа проводимости, что и область базы, перекрывающие донные части змиттера Области база-эмиттер основного транзистора соединены соответственно с ббластями первого и второго эмиттеров защитного транзистора Электрические параметры транзисторов удовлетворяют определенным соотношениям Схема обеспечивает возможность защиты от перенапряжений соответствующих элементов основного транзистора при прямом или инверсном его включении,ил.Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к конструкции интегральных схем, содержащих биполярные транзисторы (БТ),Целью настоящего изобретения является обеспечение одновременной защиты от перенапряжения эмиттерного, коллектор- ного р-и-переходов и цепи коллектор-эмиттер основного транзистора при одновременном увеличении граничной частот усиления основного транзистора.Сущность изобретения поясняет чертеж, на котором изображена интегральная схема в соответствии с формулой изобретения, где:1 - полупроводниковая подложка р-типа проводимости;2 - скрытый слой коллектора и+-типа проводимости;3 - эпитаксиальный слой, коллектор и- типа проводимости;4 - изолирующие области р -типа проводимости;5 - область глубокого коллектора и -типа проводимости;6 - область базы защитного транзистора р-типа проводимости;7 - область первого эмиттера защитного+транзистора и -типа проводимости;8 - область второго эмиттера защитного транзистора и -типа проводимости;9 - высоколегированная область р типа проводимости, расположенная под донной частью первого эмиттера защитного транзистора;10 - высоколегированная область р типа проводимости, расположенная под донной частью второго эмиттера защитного транзистора;11 - область базы основного транзистора р-типа проводимости;12 - подконтактная область базы основного транзистора р -типа проводимости;13 - области эмиттера основного транзистора и -типа проводимости;14 - подконтактная область коллектора и -типа проводимости;15 - маска диэлектрического материала;16 - контакты к областям. В защитном транзистоРе первь тер и -типа - 7.,-р -область 9, р - об и=область 3, и -области 2, 5, 14 образуют вертикальный и+-р+-р - и -и (и-р-и) БТ и в этом случае при перенапряжении пробивается защитный вер икальный БТ, обеспечивая стабилизацию напряжения коллектор-база основного транзистора, т,е, его защиту от перенапряжения,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В защитном транзисторе второй эмиттер и+-типа 8. р+-область 10, р:область 6, и -область 3, и -области 2,5,14 образуют вертикальный и -р+-р-и-и+(и - р - и) БТ и в первом случае при перенапряжении происходит пробой защитного вертикального БТ, чем обеспечивается стабилизация напряжения коллектор-эмиттер основного транзистора, т.е. его защита от перенапряжения. В другом случае после пробоя указанного защитного вертикального БТ происходит ста-билизация обратного напряжения коллектор-эмиттер основного транзистора и его защита от перенапряжения при инверсном включении.В защитном транзисторе первый и второй эмиттеры и -типа с высоколегированными р -областями 9, 10 и р - областью 6+ + - + + образуют горизонтальный и -р - р - р -и (и-р-и) защитный БТ, который включен параллельно эмиттеру и базе основного БТ, При перенапряжении пробивается защитный горизонтальный БТ, стабилизируя напряжение эмиттер-база основного транзистора и защищая его от перенапряжения,Интегральная схема работает известным образом. При перенапряжении на соответствующем переходе (промежутке) пробивается подключенная параллельно этому переходу вертикальная (горизонтальная) структура защитного транзистора, входящего в интегральную схему (ИС) и предотвращает дальнейшее увеличение напряжения и пробой основного транзистора.Уменьшение площади кристалла связано с интегрированием в одну ИС основного и защитного транзисторов, В свою очередь в защитном транзисторе сформированы структуры вертикального и горизонтального БТ. Причем его электрические параметры и конструкция обеспечивают одновременно защиту в основном транзисторе от перенапряжения обоих р-и-переходов и цепи коллектор-эмиттер как при прямом, так и при инверсном включении, За счет резкого уменьшения площади, по сравнению с прототипом при одновременной защите р-и-переходов и цепи коллектор-эмиттер, в данном решении пропорциойально уменьшаются и значения емкостей эмиттерного и лекторйого р-и-переходов. Это в свою редь обеспечивает увеличение граничной частоты при одновременной защите р-и- переходов и промежутка коллектор-эмиттер основного транзистора.Пример реализации. Нэ полупроводниковой подложке 1 марки КДБ 10 р-типа проводимости толщиной 380 мкм, диаметром 76.0 м:л и ориентацией100 нанесен1819072 Нап яжение и обоя т анзисто а и и токе 1 мкА, В Тип ИС эмиттер-база коллектор-база коллектор-эмиттер Вх=30 кОм Интегральная схема по решению (2) - прототипу Предлагаемая интег альная схема 5,0 17,2 17,4 17,4 17,2 эпитаксиальный слой Зп - типа проводимости толщиной 5,0 мкм и удельным сопротивлением р=1,0 Ом см, На подложке перед эпитаксиальным наращиванием сформирован путем легирования сурьмы скрытый+слой 2 п -типа проводимости толщиной 6,0 мкм и. поверхностным сопротивлением В=250 м/квадрат. В эпитаксиальном слое 3 разделительной диффузией с В= 40 Ом/П сформированы изолирующие обла+сти 4 р -типа проводимости, смыкающиеся с подложкой и образующие изолированную зону и - типа проводимости, являющуюся общим коллектором основного и защитного транзисторов. Область глубокого коллектора 5 п -типа проводимости сформирована имплантацией с поверхностным сопротивлением В=25 - 30 Ом/ и толщиной (глубиной залегания) 4 - 4,5 мкм,В изолированной зоне и - типа сформированы базовые области 6 и 11 р:типа проводимости с В=700 - 900 Ом/О соответственно защитного и основного транзисторов толщиной 1,2 - 1,5 мкм. В базе 11 р - типа проводимости основного транзистора сформированы подконтактные области 12 р -типа проводимости с поверхностным сопротивлением В=100+20 Ом/д и толщиной 0,9-1,3 мкм, одновременно сформированы высоколегированные области р -типа проводимости 9 и 10 в базе защитного транзистора, Затем в базах 6 и 11 обоих транзисторов и подконтактной области коллектора имплантацией формируют области и -типа проводимости 7, 8, 13, 14 соответственно. Толщина и+-областей 0,7 - 0,9 мкм, поверхностное сопротивление В= 25 - 35 Ом/и. На поверхности эпитаксиальной пленки сформирован маскирующий слой ЯОг - 15, в котором вскрыты окна и сформированы контакты на основе 31+А к эмиттерным областям основного и защитного транзисторов, а также к базе основного транзистора и общему коллектору. Размеры областей следующие: изолированной (островной зоны и - типа проводимости) 60 х 40 (мкм ), базы основного и защитного транзисторов р:типа проводимости - 26 х 20 и 21 х 14 (мкм ), соответственно: двух прикан 2+тактных областей р -типа проводимости основного транзистора 22 х 4 (мкм ),+высоколегированных областей р -типа про 5 водимости защитного транзистора 5 х 4г, +(мкм ); п -типа проводимости эмиттера основного транзистора - 20 х 2 (мкм ) и -типагдвух эмиттеров защитного транзистора 8 х 6(мкм ) (оба эмиттера защитного транзистора10 располагаются над высоколегированнымир -областями), подконтактной области коллектора и -типа проводимости 42 хЗ (мкм );такой же размер области глубокого коллектора.15 Использование БТ по данному решению с отсоединенной базой и дополнительными областями под обоими эмиттерамиобеспечило одновременную защиту обоихр-и-переходов и промежутка коллектор 20 эмиттер основного транзистора и следующие величины напряжения пробоя:коллектор-эмиттер 1; эмиттер 2 - по 17,4В, инверсное - по 4,8 В;коллектор-база - 24.2 В;25 эмиттер 1 - эмиттер 2 (эмипер 2 - эмиттер 1) - по 5,5 В,Основной транзистор имеет следующиепробивные напряжения:коллектор-эмиттер (при отСоединенной30 базе) - 12 В, инверсное - 6,8 В, коллекторбаза - 24,2 В;эмиттер-база - 7,4 В. Технические характеристики прототипа 35 и данного решения приведены в таблице.Из таблицы видно, что введение защитыпозволяет значительно стабилизировать изменение 1 т до и после пробоя, данное решение не только стабилизирует изменение бг, 40 но незначительно его увеличивает по сравнению с прототипом (в таблице у БТ пробивается эмиттерный переход).Дополнительным преимуществом данного решения является то, что пробивное 45 напряжение эмиттер-база на 0,5 В большепо сравнению с прототипом, что позволяет более широко использовать максимальное напряжение эмиттер-база.1819072 Продолжение таблицы Формула изобретения ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА, содержащая основной и защитный биполярные 5 транзисторы одного типа проводимости, включающие области коллектора, эмиттера, базы и высоколегированную область, расположенную в базовой обла- сти защитного транзистора, 10 прилегающую к донной части эмиттерной области и имеющую тип проводимости базовой области, при этом область коллектора выполнена общей для основного и защитного транзисторов, 15 отличающаяся тем, что, с целью обеспечения одновременной защиты от перенапряжения эмиттерного, коллекторно 14 15 1 б 19 6 го р - и - переходов и цепи коллекторэмиттер основного транзистора при. одновременном увеличении граничной частоты усиления основного транзистора, в области базы защитного транзистора дополнительно сформированы область второго эмиттера и высоколегированная область, расположенная в базовой области, прилегающая к донной части дополнительной эмиттерной области и имеющая тип проводимости области базы, области базы и эмиттера основного транзистора соединены соответственно с областями .эмиттеров первого и второго защитных. транзисторов. и5