DE19954600C1

DE19954600C1 - Integrierter Schaltkreis aus einem Schalttransistor und einer Zenerdiodenkette , einsetzbar für die elektronische Zündanlage eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE19954600C1
Application number: DE19954600A
Authority: DE
Inventors: Hermann Fischer; Frank Pfirsch; Werner Kanert
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1999-10-11
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2000-11-16
Anticipated expiration: 2019-11-13

Abstract

Um bei einem integrierten Schaltkreis aus einem Schalttransistor, zum Beispiel ein Insulated-Gate-Bipolar-Transistor, und aus einer Zenerdiodenkette die Durchbruchsspannung zu erhöhen, ohne die geometrischen Abmessungen des integrierten Schaltkreises zu vergrößern, sind die Spannungsabgriffe an den Zenerdioden der Zenerdiodenkette nicht äquidistant angeordnet. Der integrierte Schaltkreis ist besonderes für elektronische Zündanlagen eines Verbrennungsmotors geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft einen integrierten Schaltkreis aus ei nem Schalttransistor und einer Zenerdiodenkette mit einem um laufenden Rand mit Aluminium- oder Polysiliciumringen, mit einem Übergang vom umlaufenden Rand zu den Zenerdioden und mit einem Randabschluss, in den die Zenerdioden integriert sind, wobei an den Zenerdioden Spannungsabgriffe vorgesehen sind.

Integrierte Schaltkreise aus einem Insulated-Gate-Bipolar- Transistor und einer Zenerdiodenkette werden in elektroni schen Zündanlagen für Verbrennungsmotoren eingesetzt. Die Zenerdiodenkette liegt zwischen dem Gate und dem Kollektor. Bei Überschreiten der Durchbruchsspannung der Zenerdioden wird das Gate eingeschaltet, so dass ein Stromfluss ohne wei teren Anstieg der Kollektor-Emitter-Spannung ermöglicht wird. Der Insulated-Gate-Bipolar-Transistor und die Zenerdiodenket te sind auf einem integrierten Schaltkreis realisiert, der zusammen mit seinem Randabschluss so ausgelegt ist, dass ein Durchbruch zuerst im Bauelement erfolgt. Aus diesem Grund darf sich die vorgegebene Durchbruchsspannung des Randab schlusses, die über der Durchbruchsspannung des Insulated- Gate-Bipolar-Transistors liegt, auch über einen größeren Zeitraum von zum Beispiel bis zu 30 Jahren nicht ändern.

Aus Z. John Shen, Stephen P. Robb, Proceedings of 1998 Inter national Symposium on Power Semiconductor Devices & Ics, pp. 97-100 (1998) ist es bekannt, die Durchbruchsspannung mittels sogenannter floatender Feldringe zu erhöhen.

Aus B. J. Baliga: Modern Power Devices (John Wiley & Sons, 1987) ist es bekannt, zur Erhöhung der Durchbruchsspannung Feldplatten vorzusehen, die mit Elektroden verbunden sind und auf einer isolierenden Schicht über der Halbleiteroberfläche angeordnet sind. Die Feldplatten führen das Potential der Elektrode lateral über den pn-Übergang hinaus und erzielen dadurch eine größere seitliche Ausdehnung der Raumladungszo ne. Für höhere Durchbruchsspannungen werden dickere isolie rende Schichten unter den Feldplatten verwendet.

Aus der US 5,266,831 ist es bekannt, das Potential an in das Substrat eindiffundierten p-Ringen durch Abgriffe an der Ze nerdiode einzustellen.

Alle bekannten Maßnahmen zur Erhöhung der Durchbruchsspannung haben den Nachteil, dass die Erhöhung der Durchbruchsspannung eine Vergrößerung des Randabschlusses erfordert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einem integrierten Schaltkreis aus einem Schalttransistor und einer Zenerdioden kette unter Beibehaltung der Größe des Randabschlusses die Durchbruchsspannung erheblich zu vergrößern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 dadurch, dass die Spannungsabgriffe an den Zenerdioden der Zener diodenkette nicht äquidistant angeordnet sind.

Durch die erfinderische Maßnahme, die Spannungsabgriffe an den Zenerdioden der Zenerdiodenkette nicht äquidistant anzu ordnen, wird die Durchbruchsspannung erheblich erhöht, ohne hierzu den Randabschluss des integrierten Schaltkreises ver größern zu müssen.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass Polysiliciumringe vorgesehen sind und dass über den Polysili ciumringen oberhalb der isolierenden Schicht Aluminiumfeld platten vorgesehen sind, die mittels Kontaktlöcher auf das Potential der Ringe gelegt sind.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung erstrec ken sich die die Aluminiumfeldplatten über die Zenerdioden.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind an stelle der Polysiliciumringe Aluminiumringe vorgesehen, die zum Rand hin breiter ausgeführt sind, da die verbreiterten Aluminiumringe zugleich als Feldplatten dienen.

Ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass oberhalb der isolierenden Schicht Aluminiumfeldplatten vorge sehen sind, die beispielsweise mittels Kontaktlöcher bzw. Viaholes auf das Po tential der Aluminiumringe gelegt sind.

Die Erfindung wird nun anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele beschrieben und erläutert. In der Zeich nung zeigen:

Fig. 1 einen Randabschluss im Schnitt mit drei gleich breiten Aluminiumringen in Entfernung zu den Zener dioden,

Fig. 2 einen Randabschluss im Schnitt mit fünf Polysilici umringen unmittelbar am Übergang zu den Zener dioden,

Fig. 3 einen Randabschluss im Schnitt mit fünf zum Rand hin breiter werdenden Aluminiumringen,

Fig. 4 einen Randabschluss im Schnitt mit drei zum Rand hin breiter werdenden Aluminiumringen,

Fig. 5 den Potentialverlauf im Silicium direkt an der Grenzfläche des Siliciums zur Siliciumoxydschicht bei fünf Polysiliciumringen gemäß Fig. 2 und 3 bei äquidistantem Potentialabgriff an den Zenerdioden,

Fig. 6 den Feldverlauf im Silicium unmittelbar an der Grenzfläche des Siliciums und des Siliciumoxyds bei fünf Polysiliciumringen gemäß Fig. 2 und 3 bei äquidistantem Potentialabgriff an den Zenerdioden,

Fig. 7 den Potentialverlauf im Silicium bei fünf Polysili ciumringen gemäß Fig. 2 und 3 bei erfindungsgemäßem nichtäquidistantem Potentialabgriff an den Zener dioden,

Fig. 7a den Feldverlauf im Silicium bei fünf Polysilicium ringen gemäß Fig. 2 und 3 bei erfindungsgemäßem nichtäquidistantem Potentialabgriff an den Zener dioden,

Fig. 8 den Potentialverlauf im Silicium bei fünf unter schiedlich breiten Aluminiumringen mit dem erfin dungsgemäßen nichtäquidistanten Potentialabgriff an den Zenerdioden am Übergang zu den Zenerdioden,

Fig. 9 den Feldverlauf im Silicium bei fünf unterschied lich breiten Aluminiumringen mit dem erfindungsge mäßen nichtäquidistanten Potentialabgriff an den Zenerdioden am Übergang zu den Zenerdioden,

Fig. 10 eine Gesamtansicht des integrierten Schaltkreises und

Fig. 10a einen vergrößerten Ausschnitt aus der Gesamtan sicht.

In der Fig. 1 ist der Randabschluss eines integrierten Schaltkreises aus einem Insulated-Gate-Bipolar-Transistor und einer Zenerdiodenkette im Schnitt gezeigt.

Im Randabschluss sind drei gleich breite Aluminiumringe AR1, AR2 und AR3 in Entfernung zu den Zenerdioden angeordnet.

In der Fig. 2 ist der Randabschluss eines integrierten Schaltkreises aus einem Insulated-Gate-Bipolar-Transistor und einer Zenerdiodenkette dargestellt.

Im Randabschluss sind fünf Polysiliciumringe SR1 bis SR5 un mittelbar am Übergang zu den Zenerdioden angeordnet.

Fig. 3 zeigt den Bereich des Randabschlusses eines integrier ten Schaltkreises aus einem Insulated-Gate-Bipolar-Transistor und einer Zenerdiodenkette am Übergang zu den Zenerdioden mit fünf zu den Zenerdioden hin breiter werdenden Aluminiumfeld platten AR1 bis AR5. Unter der isolierenden Siliziumoxid schicht, zum Beispiel einer BPSG-Schicht auf dem Dickoxid, befinden sich die Polysiliciumringe, deren Abstand zueinander so eingestellt ist, dass sie an den Zenerdioden das Potential erfindungsgemäß abgreifen.

In der Fig. 4 ist der Bereich des Randabschlusses eines inte grierten Schaltkreises aus einem Insulated-Gate-Bipolar-Tran sistor und einer Zenerdiodenkette gemäß Fig. 1 am Übergang zu den Zenerdioden mit drei im Randabschluss angeordneten zu den Zenerdioden hin breiter werdenden Aluminiumringen AR1 bis AR3 gezeigt. Die dunklen Stellen in den Aluminiumringen kenn zeichnen die Orte, wo mittels nicht eingezeichneter Kontakt löcher das Potential auf der nicht eingezeichneten Zener diodenkette abgegriffen wird.

Wird der Rand mit den Aluminiumringen mit einer Metallisie rungsebene, wie in Fig. 1 gezeigt ist, realisiert, so laufen die Aluminiumringe um den gesamten Umfang, wobei sie nur, wie in Fig. 4 gezeigt, im Übergangsbereich breiter werden.

Bei einem Randabschluss mit drei Aluminiumringen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die gesamte Zenerdiodenspannung prozentual etwa folgendermaßen auf die Ringe zu verteilen:

erster Ring:	5%
zweiter Ring:	30%
dritter Ring:	60%

Mit dieser Maßnahme lässt sich die Durchbruchsspannung für den gegebenen Rand beträchtlich erhöhen. Bei einem Randab schluss mit fünf Polysiliciumringen hat sich die folgende Verteilung der Zenerdiodenspannung auf die Ringe als beson ders vorteilhaft erwiesen, wobei es sich wie zuvor um unge fähre gerundete Werte handelt:

erster Ring:	10%
zweiter Ring:	18%
dritter Ring:	30%
vierter Ring:	50%
fünfter Ring:	75%

Die Optimierung des Randes erfolgt durch gezielte Einstellung des Potentials. Des Weiteren wird durch die Aluminiumfeld platten im Übergangsbereich verhindert, dass der Rand vorzei tig durchbricht. Mit dieser Maßnahme lässt sich die Durch bruchsspannung für den gegebenen Rand beträchtlich erhöhen.

In der Fig. 5 ist der Potentialverlauf im Silicium dicht an der Grenzfläche des Siliciums zum Siliciumoxyd bei fünf Poly siliciumringen mit äquidistantem Potentialabgriff an den Zenerdioden gezeigt.

In Fig. 6 ist der Feldverlauf im Silicium unmittelbar an der Grenzfläche des Siliciums zum Siliciumoxyd bei ebenfalls fünf Polysiliciumringen mit äquidistantem Potentialabgriff an den Zenerdioden dargestellt. Die resultierenden ungleichmäßig ho hen Feldspitzen sind von Nachteil.

Fig. 7 zeigt den Potentialverlauf im Silicium bei fünf Poly siliciumringen bei dem erfindungsgemäßen nicht äquidistanten Potentialabgriff an den Zenerdioden.

Fig. 7a zeigt den Feldverlauf im Silicium unmittelbar an der Oberfläche des Siliciums zum Siliciumoxyd bei fünf Polysili ciumringen mit dem erfindungsgemäßen nicht äquidistanten Po tentialabgriff an den Zenerdioden.

Fig. 8 zeigt den Potentialverlauf am Übergang zu den Zener dioden im Silicium dicht an der Oberfläche des Siliciums zum Siliciumoxyd bei fünf Polysiliciumringen mit und ohne zu den Zenerdioden hin breiter werdenden Aluminiumfeldplatten.

Schließlich ist in der Fig. 9 der Feldverlauf am Übergang zu den Zenerdioden im Silicium dicht an der Oberfläche des Sili ciums zum Siliciumoxid bei fünf Polysiliciumringen mit und ohne zu den Zenerdioden hin breiter werdenden Aluminiumfeld platten dargestellt.

Fig. 10 zeigt eine Gesamtansicht des integrierten Schaltkrei ses mit den Zenerdioden Z, dem Zellenfeld ZF und dem Randab schluss RA. Der gestrichelt umrandete Bereich in der Fig. 10 ist in der Fig. 10a vergrößert dargestellt.

In der Fig. 10a ist der Randabschluss vergrößert dargestellt. Es sind fünf Polysiliciumringe SR1 bis SR5 sowie fünf Alumi niumfeldplatten AR1 bis AR5 vorgesehen. Der erfindungsgemäße nicht äquidistante Potentialabgriff an den Zenerdioden Z ist deutlich zu erkennen. Zwischen dem Zellenfeld ZF und den Po lysiliciumringen ist eine Polysiliciumschicht PS vorgesehen. Den Außenrand des integrierten Schaltkreises bildet ebenfalls eine Polysiliciumschicht PS. Der Schnitt AA' stellt den Über gangsbereich des Randes zu den Zenerdioden dar, während der Schnitt BB' den umlaufenden Rand darstellt.

Im Randabschluss ist mindestens ein zusätzlicher Ring vorge sehen, der sich auf einem Zwischenpotential befindet, das er findungsgemäß so eingestellt ist, dass die Durchbruchsspan nung des Randabschlusses erhöht wird.

Die Erfindung ist allgemein für einen integrierten Schalt kreis aus einem Schalttransistor und einer Zenerdiodenkette geeignet. Besonders vorteilhaft lässt sich die Erfindung je doch in einem integrierten Schaltkreis aus einem Insulated- Gate-Bipolar-Transistor und einer Zenerdiodenkette einsetzen, wie er zum Beispiel für eine elektronische Zündanlage eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist.

Bezugszeichenliste

AR1 bis AR5 Aluminiumringe
SR1 bis SR5 Polysiliciumringe
AF Aluminiumfeldplatten
RA Randabschluss
Z Zenerdioden
ZF Zellenfeld

Claims

1. Integrierter Schaltkreis aus einem Schalttransistor und einer Zenerdiodenkette mit einem umlaufenden Rand mit Alumi nium- oder Polysiliciumringen, mit einem Übergang vom umlau fenden Rand zu den Zenerdioden der Zenerdiodenkette und mit einem Randabschluss, in dem die Zenerdioden der Zenerdioden kette integriert sind, wobei an den Zenerdioden Spannungsab griffe vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Span nungsabgriffe an den Zenerdioden nicht äquidistant angeordnet sind.

2. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der einzelnen Ringe zueinander im Übergangsbereich zu den Zenerdioden hin größer gewählt ist.

3. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Polysilici umringe (SR1 bis SR5) vorgesehen sind und dass über den Poly siliciumringen (SR1 bis SR5) oberhalb der isolierenden Schicht insbesondere im Übergangsbereich zu den Zenerdioden hin Aluminiumfeldplatten (AF) vorgesehen sind, die mittels Kontaktlöcher auf das Potential der Polysiliciumringe (SR1 bis SR5) gelegt sind.

4. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aluminiumfeldplatten (AF) über die Zenerdioden erstrecken.

5. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Aluminium ringe (AR1 bis AR5) vorgesehen sind, die im Übergangsbereich zu den Zenerdioden hin breiter ausgeführt sind.

6. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass über den Aluminiumringen (AR1 bis AR5) oberhalb der isolierenden Schicht Aluminiumfeldplatten (AF) vorgesehen sind, die mit tels Viaholes auf das Potential der Aluminiumringe (AR1 bis AR5) gelegt sind.

7. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass fünf Poly siliciumringe vorgesehen sind und dass sich die Zenerdioden spannung etwa folgendermaßen auf die fünf Polysiliciumringe (SR1 bis SR5) verteilt:
erster Ring: 10% zweiter Ring: 18% dritter Ring: 30% vierter Ring: 50% fünfter Ring: 75%

8. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass drei Alumi niumringe (AR1 bis AR3) vorgesehen sind und dass sich die Ze nerdiodenspannung etwa folgendermaßen auf die drei Aluminium ringe (AR1 bis AR3) verteilt:
erster Ring: 5% zweiter Ring: 30% dritter Ring: 60%

9. Integrierter Schaltkreis nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schalt transistor ein Insulated-Gate-Bipolar-Transistor vorgesehen ist.

10. Integrierter Schaltkreis nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der inte grierte Schaltkreis für die elektronische Zündanlage eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist.