DE2202488A1 - Hochohmiger widerstand fuer integrierte schaltung, insbesondere fuer halbleiterspeicherelemente - Google Patents
Hochohmiger widerstand fuer integrierte schaltung, insbesondere fuer halbleiterspeicherelementeInfo
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Description
Hochohmiger Widerstand für integrierte Schaltung, insbesondere für Halbleiter-Speicherelemente
Zusatz zu VPA 71/7014
P 2104 862.4
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Widerstand nach dem Hauptpatent P 21o4 862.4 für eine integrierte, monolitHsche
Schaltung, angeordnet in einem Gebiet eines Körpers aus Halbleitermaterial, wobei dieses Gebiet und damit der
Widerstand gegenüber dem übrigen Halbleitermaterial durch eine das Gebiet umgebende Verarmungszone elektrisch isoliert
ist, die sich im Betrieb durch die Wirkung eines gesperrten Diodenüberganges, dessen eine Elektrode auf dem Halbleitermaterial
angeordnet ist ausbildet. Dieser Widerstand nach dem Hauptpatent ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß in
dem genannten Gebiet ein zum Halbleitermaterial entgegengesetzt dotierter Bereich mit einem ohmschen Kontakt auf seine
Oberfläche vorgesehen ist, so daß der Widerstand zwischen diesem Kontakt und der Elektrode liegt, und wobei der Abstand
zwischen der Elektrode des Diodenüberganges und dem Rand des Bereiches abhängig von der vorgegebenen elektrischen
Maximalspannung ■ am Widerstand und abhängig von der Höhe der Leitfähigkeit des Halbleitermaterials des Körpers außerhalb
des genannten Bereiches derart gewählt ist, daß die Verarmungszone von dem Bereich, abhängig vom Ort, jeweils noch
so weit entfernt bleibt, daß noch kein hoher Durch:bruchsstrom
fließen kann.
309830/0704
2202A88
Nach der Lehre des Hauptpatentes ergeben sich sehr hochohmige
Widerstände, deren Widerstandeswerte sehr hoch sind in Bezug auf die spezifische Leitfähigkeit, bzw. in Bezug
auf den spezifischen Widerstand des verwendeten Halbleitermaterials. Der Widerstand nach dem Hauptpatent ist mit
seinen Anschlüssen gegenüber dem Substrat elektrisch isoliert.
In der Hauptanmeldung ist bereits eine Maßnahme angegeben
worden, mit deren Hilfe der Widerstandswert eines Widerstandes nach der Erfindung auf einen niedrigeren Wert verringert
werden kann. Diese Möglichkeit ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Widerotand nach der Erfindung des Hauptpatentes
als Lastwiderstand in einem Halbleiter-Speicherelement verwendet wird und der parallel liegende parasitäre
Sperrwiderstand des Schalttransistors, und zwar zwischen dem Drain-Gebiet und dem Halbleiter-Substratkörper, nicht
genügend hoch ist.
Aufgabe der'vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere
vorteilhafte Maßnahme anzugeben, nach der der Widerstandswert eines Widerstandes nach der Erfindung, des Hauptpatentes
insbesondere durch von außen vorzunehmende Maßnahmen einstellbar verringert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen wie eingangs angegebenen Widerstand nach dem Hauptpatent P 2104 862.4 erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß zwischen der Elektrode des Diodenüberganges und dem Halbleiter-Substratkörper eine gepulste
elektrische Spannung angelegt ist. Vorzugsweise ist eine gepulste Spannung einstellbarer Pulsfrequenz vorgesehen.
Bevorzugtes Anwendungsgebiet eines hochohmigen elektrischen Widerstandes mit einstellbaren Widerstandswert gemäß der
vorliegenden Erfindung sind logische Schaltungen und zwar
insbesondere Halbleiter-Speicherelemente, in denen der Widerstand als Lastwiderstand eingesetzt ist.
309830/0 7 (U
Mit 1 ist ein Teil eines Körpers, auch Substrat genannt, aus Substrat bezeichnet, das beispielsweise η-leitend ist.
Auf diesen Körper sind zwei Elektroden 2 und 3 aufgebracht, wobei die Elektrode 3 im wesentlichen ringförmig ist und die
Elektrode 2 mit Abstand einschließt. Im Falle des dargestellten Beispiels bildet die Elektrode 3 auf dem Halbleitermaterial
des
3098 3 0/Ö7Ü4
, Körpers 1 einen sog. Schottky-Barrier-Kontakt. Vorzugsweise v/ird
für diesen Kontakt bei einem Halbleiterkörper aus Silizium eine Elektrode 3 aus Aluminium verwendet.
Unterhalb der Elektrode 2 befindet sich in dem Halbleiterkörper 1
ein über den Rand der Elektrode 2 hinausgreifender Bereich '4. Dieser Bereich ist so dotiert, daß er einen dem Halbleitermaterial
von 1 gegenüber entgegengesetzten Leitungstyp hat. Die Länge des äußeren Randes dee Bereiches 4 bestimmt u.a. die Höhe des erfindungsgemäßen
Widerstandes. Je langer der Rand ist, um so niedri- ·" ger ist der Widerstand. Mit 5 ist ein elektrischer Kontakt an dem
Halbleiterkörper 1 angedeutet. 6, 7 und 8 sind elektrische Anschlüsse,
die, abweichend von der hier gewählten schematischen Darstellung, entsprechend der integrierten Technik ausgebildet
sind. *
Mit 9 ist die erfindungsgemäß vorgesehene Verarmungszone bezeichnet.
Ihre ungefähre Abgrenzung in dem Halbleiterkörper 1 ist . durch die gestrichtelt dargestellten Linien 10 und 11 angedeutet.
Bei einem η-leitenden Halbleiterkörper hat diese Verarmungszone 9 üborwiegend positive Raumladung.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist ein Teilgebiet 12 des Halbleiterkörpers 1 etwas höher η-leitend dotiert ala der übrige Körper 1. Dieses höher leitende
Gebiet befindet sich im wesentlichen an der Oberfläche des Körpers 1 und erstreckt sich in das Innere des Körpers etwa bis zu
der gestrichelt angedeuteten Ebene 14. Ein derartiges Teilgebiet ' 12 kann vorzugsweise durch epitaktisches Abscheiden oder durch
Diffusion hergestellt werden. Zweck dieser höher leitenden Zone ist, die Ausdehnung der Raumladungszone\'4nahe der Oberfläche des
Halbleiterkörper im wesentlichen auf die'Fläche der Elektrode 5
zu begrenzen. Je höher näralioh die Dotierung des Halbleitermaterials
ist, um so weniger weit dent sich die Verarmungβaone
über die unmittelbare Nähe des Diodenüberganges, hier des Schottky-Barrier-Kontaktes
zwischen der Elektrode 3 und dem Halbleiterkörper
1, aus. In dem dagegen nur schwach dotierten Material
309830/0704
des restlichen Teils des Körpers 1 soll sich dagegen erfindungsgemäß
die Verarmungszone weit ausdehnen und zwar insbesondere so
weit, daß sie, wie in der Figur 1 dargestellt, ein Gebiet 15 des Halbleiterkörpers utaschließt, in dem sich der Bereich 4 befindet.
Erfindungen s entlich soll sich die Verarmung s ζ one. dem
Bereich 4 nur so weit annähern, daß noch kein hoher Durchbruchstrom
fließen kann. Unter einem hohen Durehbruchstrom im Sinne'
der Erfindung versteht man einen im Gegensatz zu dem bei weichem
Durchbruch auftretenden Strom einen abrupt um· mehrere Größenordnungen,
,ansteigenden Strom. λ ,
Die Verarmungszone 9 bildet sich aus, wenn zwischen den Anschlüssen
6 und 7 eine den Diodenübergang, hier den Schottky-Barrierübergang,
sperrende elektrische Spannung angelegt ist. Die Ausdehnung der Verarmungszone hängt dabei von der Höhe der angelegten
Spannung und von der Leitfähigkeit des Halbleitermaterials ab. · · .
Der erfindungsgemäße Widerstand liegt avischen den Anschlüssen 7 und 8, d.h. räumlich zwischen dem Breich 4 und der Zone 9- Er
hat einen hochohmigen Wert, wenn, im Falle eines p-leitenden
Bereiches 4t das .Potential an dem Anschluß δ negativ gegenüber
dem Potential an dem Anschluß 7 ist.
Ein Teil des Sperrstromes fließt von der Elektrode 3 in den Bereich
4 bis sich dieser Bereich etwa bis auf das Potential der Elektrode»' 3 aufgeladen hat. Durch diesen Teil des Sperrstroms
ist die Höhe des erfindungsgemäßen Widerstandes bestimmt·
Es. kommt wesentlich darauf an, daß \enigstens nahe der Oberfläche
des Halbleiterkörpers 1 bzw. im Teilber.eich 12 zwischen dem Bereich
4 und der Verarmungszone 9 noch ein räumlicher Abstand besteht,
eo daß das'GeMet 15 größer als der Bereich 4 ist. Nahe
der Oberfläche herrschen nämlich im Betrieb relativ hohe elektrioche
Feldstärken, die bei zu geringem oder gar fehlendem Abstand zu hohen Durchbruohströmen führen können. Dagegen kommt es
an Orten, die von der Elektrode 3 weiter entfernt sind, wesentlich
' ' 309 8 30/07 04
weniger auf einen derartigen Abstand zwischen dem Bereich 4 und der Verarmungezone 9 an. Dort ist nämlich die elektrische Feldstärke
stets so klein, daß Durchbrüche ohnehin ausgeschlossen sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung hat der Schottky-Barrier-Kontakt
beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 einen Schutzrand, wie er im Prinzip hierfür bekannt ist. Es ist hier beispielsweise ein
dielektrischer Schutzrand vorgesehen, der durch die dielektrischen Belegungen 16 und 17 sowie durch die in der Figur dargestellten
übergreif enden. Bänder 18 und 19 der Elektrode,. 3 gebildet wird.
Dieser Schutzrand hat den Zweck, den Gradienten des elektrischen Feldes in der Bandzone herabzusetzen und damit den Sperrstrom des
Überganges zu verkleinern.
Anstelle eines dielektrischen Schutzrandes kann auch, wie an eich
bekannt, ein durch^Dotierung gebildeter Schutzrand vorgeoehen
sein« Dieser wird jdadurch realisiert, daß in der unmittelbaren
Umgebung des Bandes der Elektrode 3 im Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers 1 ein gegendotierter Bereich vorgesehen ist.
Im Falle einer ringförmigen'Elektrode 3 wären dies zwei .konzentri-' ringförmige Dotierungsbereiohe.
309830/07U*
Mit 61 und 71 sind Zuleitungen zu dem Anschluß 6 des Substratkörpersund
dem Anschluß 7 der Elektrode des Diodenüberganges bezeichnet. Mit 12 ist ein Generator für eine gepulste
Spannung, vorzugsweise mit einstellbarer Pulsfolgefrequenz bezeichnet. Die mit 61, 71 und 72 bezeichneten Einzelheiten
der Figur sind als schematische Darstellung zu verstehen. Die Leitungen 61 und 71 sind im Regelfall in der Praxis Teile
des monolithischen Aufbaues. Z.B. im Falle der Verwendung des Widerstandes nach der vorliegenden Erfindung ist die
Quelle 72 Bestandteil der Versorgungsschaltung eines Halbleiterspeichers.
Die Höhe des Widerstandswertes eines elektrischen Widerstandes nach der vorliegenden Erfindung ist von der Pulsfrequenz der
erfindungsgemäß vorgesehenen.gepulsten elektrischen Spannung abhängig. Der Widerstandswert ist umso niedriger, je höher
die Pulsfrequenz ist.
Wie bereits oben erwähnt ist die Verringerung des Widerstandswertes
des erfindungsgemäßen Widerstandes insbesondere bei monolithischen Schaltungen in einem gemeinsamen Substrat von
Bedeutung, nämlich wenn parasitäre Parallelwiderstände auftreten. Dies kann z.B. für den Sperrwiderstand des Draingebietes
des Schalttransistors eines Speieherelementes der
Fall sein, in dem der erfindungsgemäße Widerstand Lastwiderstand ist.
2 Patentansprüche
1 Figur
1 Figur
309830/07U4
Claims (3)
- Patentansprüche.J Elektrischer Widerstand für eine integrierte, monolithische Schaltung, angeordnet in einem Gebiet eines Körpers aus Halbleitermaterial, wobei dieses Gebiet und damit der Widerstand gegenüber dem übrigen Halbleitermaterial durch eine das Gebiet umgebende Verarmungszone elektrische isoliert ist, die sich im Betrieb durch die Wirkung eines gesperrten Dioden-Überganges, dessen eine Elektrode auf dem Halbleitermaterial angeordnet ist, ausbildet, und bei dem in dem Gebiet (15) ein zum Halbleitermaterial entgegengesetzt dotierter Bereich (4) mit einem ohm1sehen Kontakt (2) auf seiner Oberfläche vorgesehen ist, äo daß der Widerstand zwischen diesem Kontakt (2) und der Elektrode (3) liegt, und wobei der Abstand zwischen der Elekktrode (3) des Diodenüberganges und dem Rand des Bereiches (4) abhängig von der vorgegebenen elektrischen Maximalspannung am Widerstand und abhängig von der Höhe der Leitfähigkeit des Halbleitermaterials des Körpers (1) außerhalb des Bereiches derart gewählt ist, dä3 die Verarmungszone (9) von dem Bereich (A), abhängig vom Ort, jeweils noch so weit entfernt bleibt, daß noch kein hoher Durchbruchstrom fließen kann, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Elektrode (3) des Diodenüberganges und dem Halbleiter-Substratkörper (1) eine gepulste elektrische Spannung (72) angelegt ist.
- 2. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine gepulste Spannung einstellbarer Pulsfrequenz vorgesehen ist.
- 3 0 9 ß 3 t) / υ 7 υ U
VTA //
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