DE2214018B2 - Monolithisch integrierte, als Zweipol verwendete Festkörperschaltung mit Zenerdioden charakteristik - Google Patents
Monolithisch integrierte, als Zweipol verwendete Festkörperschaltung mit Zenerdioden charakteristikInfo
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Description
genden der Gegenstand nach der Erfindung an Hand in Form von an den Enden kontaktierter Zonen in
einer ausschnittsweise in den Figuren der Zeichnung Bandform ausgebildet, weiche Zonen vorzugsweise
dargestellten Anordnung mit lediglich einem NPN- gleichzeitig mit den Zonen der NPN-Planartransifto-
Planartransistor neben einem PNP-Planarendtransi- ren emdiffundiert werden. . . ,
stör beschrieben. Die Anzahl der Schaltungselemente 5 Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiei
richtet sich selbstverständlich nach der zu realisieren- zum Herstellen der monolithisch integrierten FestKor-
den monolithisch integrierten Schaltung, die eine Ze- perschaltung nach der Erfindung wird von einer mit
nerdiodencharakteristik aufweisen soll. Bor dotierten Silicium-Scheibe mit einem spezifischen
Die Schaltung nach der Erfindung wird im folgen- Widerstand von 100 bis 250 mOhm · cm ausgegangen
den an Hand der Zeichnung erläutert, in der die *" io und diese mit einer gegen Diffusion maskierenden
Fig. 1 die Schaltung einer als Zweipol verwende- Schicht 6, beispielsweise durch thermische Oxydation
ten Festkörperschaltung mit einer Mehrzahl von des Halbleiterkörpers, versehen. In dieser Schicht ö
NPN-Transistoren und Widerständen sowie einem werden entsprechend dem bekannten Planar-Diffu-
PNP-Endtransistor zeigt, sionsverfahren öffnungen geätzt, in die gemäß der
Fig. 2 bis 6 Ausschnitte von Querschnittsansichten 15 Fig. 2 die Kollektorzone 2 neben den anderen Kolsenkrecht
zur Halbleiteroberfläche betreffen, welche lektorzonen der NPN-Planartransistoren T2, T3, T4...
zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens einer mo- und die Basiszone 1 des PNP-Planar-Endtransistors
nolithisch integrierten Festkörperschaltung uach der T1 neben den weiteren Basiszonen der noch in dem
Erfindung dienen. plattenförmigen Halbleiterkörper herzustellenden
Das Schaltungsprinzip gemäß der Fig. 1 ist be- so weiteren PNP-Planar-Endtransistoren von weiteren
kannt und nicht Gegenstand der Erfindung. Die monolithisch integrierten Festkörperschaltungen nach
Durchbruchspannung U2, bzw. die »Zenerspannung« der Erfindung diffundiert werden. Gleichzeitig wer-
des Zweipols gemäß der F i g. 1 kann eingestellt wer- den auch die N-leitenden Zonen der planaren Wider-
den durch eine Anzahl hintereinandergeschalteter Standselemente diffundiert. Durch einen weiteren pho-
PN-Dioden zwischen den Schaltungspunkten S1 un'>
»5 tolithographischen Prozeß mit anschließender Bor-
S1, sowie durch den Wert des Widerstandes jR„. Aufbringung und -Diffusion wird anschließend ge-
" Mit einer Schaltung gemäß der F i g. 1 können so- maß der F i g. 3 die Basiszone S des NPN-Planartran-
wohl optimale Werte des dynamischen Innenwider- sistors neben den Basiszonen der weiteren noch er-
standesT-j im »Zenerdurchbruch« als auch optimale forderlichen NPN-Planartransistoren und weiteren
Werte des Temperaturkoeffizienten erreicht werden. 30 P-leitenden Zonen der erforderlichen planaren Wi-
Es wurde jedoch festgestellt, daß der PNPnEndtran- derstandselemente hergestellt. Diese Diffusion wird so
sistor T1 Werte der Gleichstromverstärkung B von ausgeführt, daß der parasitäre PNP-Transistor, der
mehr als 50 aufweisen muß. Es ist schwierig, solche durch die Kollektorzone 2 des herzustellenden NPN-
PNP-Transistoren in monolithisch integrierten Fest- Planartransistors als Basiszone dieses PNP-Transi-
körperschaltungen bei Anwendung der herkömmli- 35 store zwischen der Basiszone 5 des NPN-Planartran-
chen Technik, welche Verwendung von der Epitaxie sistors als Emitterzone dieses PNP-Transistors und
und von »begrabenen« Schichten macht, herzustellen. dem Halbleiterkörper 3 als Kollektorzone gegeben
Außerdem bereitet die Forderung nach einer leich- ist, einen B-Wert der Gleichstromverstärkung von
ten, beiderseitig des Halbleiterplättchens möglichen kleiner als 3 aufweist. Gleiches gilt für die weiteren
Kontaktierbarkeit Schwierigkeiten, wenn gefordert 40 in dem Halbleiterkörper 3 noch angeordneten NPN-wird,
daß eine Elektrode an der den Schaltungsele- Planartransistoren T2, T9, T4 usw.
menten der Festkörperschaltung abgelegenen Ober- Umer Anwendung eines weiteren photolithograflächenseite des Halbleiterplättchens angebracht wer- phischen Prozesses werden anschließend in der sich den soll. Diese Forderung ließe sich nur erfüllen, bei den vorangegangenen Prozessen in oxydierender wenn ausschließlich NPN-Transistoren verwendet 45 Atmosphäre verdickenden Schicht 6 Diffusionsöffwürden. Damit müßten jedoch Verschlechterungen nungen für eine Bordiffusion mit wesentlich höherer bezüglich der r2-Werte und des Temperaturkoeffizien- Oberflächenkonzentration als bei der Diffusion der ten im »Zenerdurchbruch« in Kauf genommen wer- Basiszone 5 erzeugt und die Emitterzone 4 und eine den. rahmenförmige Zone 8 zur Unterbrechung eines
menten der Festkörperschaltung abgelegenen Ober- Umer Anwendung eines weiteren photolithograflächenseite des Halbleiterplättchens angebracht wer- phischen Prozesses werden anschließend in der sich den soll. Diese Forderung ließe sich nur erfüllen, bei den vorangegangenen Prozessen in oxydierender wenn ausschließlich NPN-Transistoren verwendet 45 Atmosphäre verdickenden Schicht 6 Diffusionsöffwürden. Damit müßten jedoch Verschlechterungen nungen für eine Bordiffusion mit wesentlich höherer bezüglich der r2-Werte und des Temperaturkoeffizien- Oberflächenkonzentration als bei der Diffusion der ten im »Zenerdurchbruch« in Kauf genommen wer- Basiszone 5 erzeugt und die Emitterzone 4 und eine den. rahmenförmige Zone 8 zur Unterbrechung eines
Im folgenden wird zur Erläuterung des Vorteils der 50 durch Inversion der Oberflächenschicht sich mögli-
leichten Herstellbarkeit die Herstellung einer mono- cherweise ausbildenden Oberflächenleitungskanals
lithisch integrierten Festkörperschaltung nach der Er- gemäß der F i g. 4 diffundiert,
findung an Hand der Fig. 2 bis 6 erläutert. Zur Ver- Bei dieser Bordiffusion werden durch Wahl der
einfachunp der Beschreibung wird die Herstellung des die B-Werte beeinflussenden Diffusionsparameter,
PNP-Planar-Endtransistors neben einem NPN-Tran- 55 wie z. B. der Oberflächenkonzentration, unter Beach-
sistor als Ausschnitt der monolithisch integrierten tung der bekannten Abhängigkeiten der Gleichstrom-
Festkörperschaituiig nach der Erfindung beschrieben. verstärkung B von diesen Werten der Gleichstrom-
Die monolithisch integrierte Festkörperschaltung ent- verstärkungsfaktor B des PNP-Planar-Endtransistors
hält natürlich noch weitere NPN-Planartransistoren T1 auf einen Wert von größer als 50 eingestellt,
entsprechend der zu realisierenden Schaltung, bei- 60 Nach Schließung der zur Diffusion der rahmen-
spielsweise gemäß der Fig. 1. Die Zonen der NPN- förmigen Zone 8 und der Emitterzone4 des PNP-
Transistoren, beispielsweise Γ? und T3 gemäß der Planar-Endtransistors erforderlichen öffnungen
Fig. 1, werden gleichzeitig mit den Zonen der PN- durch einen Oxydationsprozeß folgt ein vierter pho-
Dioden diffundiert, von denen eines gemäß der tolithograpbischer Prozeß, bei dem die Diffusions-
F i g. 1 durch Kurzschluß des Kollektor-Basis-PN- 65 öffnungen für die Emitterzone 9 des NPN-Planar-
Übergangs eines der NPN-Transistoren gewonnen transistors — neben den weiteren öffnungen für die
wird. Die Widerstände A1, R2, Rn und gegebenen- Emitterzonen der weiteren NPN-Planartransistoren
falls weitere Widerstände werden in bekannter Weise T„, T„, T1 usw. — und die öffnungen für die Kon-
taktierungszonen 10 und 11 — neben weiteren off- klein halten könnte. Demnach erübrigt sich das Aufnungen
für weitere Kontaküerungszonen weitere bringen einer epitaktischen Schicht, welche zur Her-Schaltungselemente
der Festkörperschaltung bzw. stellung einer »vergrabenen« Zone erforderlich wäre.
Festkörperschaltungen desselben Halbleiterkörpers— Kleine B-Werte der Gleichstromverstärkung für die
hergestellt werden. Anschließend erfolgt eine Diffu- 5 parasitären PNP-Transistoren der PNP-Planarlransision
mit Phosphor als dotierende Verunreinigung, so stören sind aber erforderlich, wenn schlechte und undaß
eine Struktur gemäß der F i g. 5 erhalten wird. kontrollierbare Zenerdiodencharakteristiken vermie-
Nach einer weiteren Oxydation der frei liegenden den werden sollen.
Halbleiteroberfläche weiden Kontaktöffnungen in der Eine monolithisch integrierte, als Zweipol verwen-
entstandenen Oxydschicht hergestellt und Kontakte io dete Festkörperschaltung nach der Erfindung eignet
12 bis 16 gemäß der F i g. 6 und ein entsprechend sich besonders zum Einbau in herkömmliche Dioden-
der zu realisierenden Schaltung ausgelegtes Leitungs- glasgehäuse mit koaxial an den Enden eines Glas-
bahnenmuster aufgebracht. röhrchens eingeschmolzenen Zuleitungen. Solche Ge-
Die den planaren Schaltungselementen der Fest- häuse werden auch für handelsübliche Zenerdioden
körperschaltung abgelegene Oberfläche des platten- 15 verwendet. Ein besonderer Vorteil einer monolithisch
förmigen Halbleiterkörpers kann gemäß der Fig. 6 integrierten Festkörperschaltung nach der Erfindung
mit einem Flächenkontakt 17 versehen werden. Da- besteht darin, daß die je einen PN-Übergang
nach erfolgt die Teilung der Halbleiterplatte in die aufweisenden Zenerdiodenelemente herkömmlicher
einzelnen Festkörperschaltungen. Zenerdioden gegen monolithisch integrierte Fest-
Neben den sich durch die Lösung der eingangs 20 körperschaltungen nach der Erfindung auf Grund der
genannten Aufgabe direkt ergebenden Vorteilen weist einfachen Kontaktierbarkeit an den gegenüberliegendie
monolithisch integrierte Festkörperschaltung nach den Oberflächenseiten der plattenförmigen HaIbder
Erfindung noch weitere Vorteile auf. Da die er- leiterkörper austauschbar sind, da die gleichen Abwähnten
parasitären PNP-Transistoren einen B-Wert messungen, beispielsweise ein Durchmesser des
der Gleichstromverstärkung von weniger als 3 auf- 25 plattenförmigen Halbleiterkörpers von 1 mm, bei der
weisen, ist keine »begrabene« Zone unterhalb der monolithisch integrierten Festkörperschaltung nach
NPN-Planartransistoren T2, T3, T4, usw. erforderlich, der Erfindung ohne weiteres eingehalten werden
die die B-Werte der parasitären PNP-Transistoren können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
fc
3888
Claims (1)
1 2
schaltungen im Prinzip ebenfalls, z. B. aus der Zeit-Patentanspruch:
schrift »solid/state/design« (Juli 1964), S. 32 bis 37,
bekannt war. Aus dieser Zeitschrift war auch be-
Monolithisch integrierte, als Zweipol verwen- kannt, bei der Herstellung einer monolithisch intedete
Festkörperschaltung mit Zenerdiodencharak- 5 grierten Festkörperschaltung die Basiszone eines
teristik, die aus einer Vielzahl von durch Diffu- PNP-Planartransistors gleichzeitig mit der Kollektorsion
in einer gemeinsamen Oberflächenseite eines zone eines NPN-Planartransistors zu diffundieren, so
Halbleiteiplättchens ausgebildeten planaren Schal- daß diese beiden Zonen die gleichen Diffusionsprofile
tungselementen, nämlich mehreren NPN-Tran- senkrecht zu der gemeinsamen Oberflächenseite des
sistoren, mindestens einer durch elektrische Über- io plattenförmigen Halbleiterkörpers aufweisen. Desgleibrückung
der Basis- und Kollektorzone jeweils chen wird die Emitterzone des PNP-Transistors in
eines dieser NPN-Transistoren erhaltenen PN- einem Diffusionsschnitt mit der Basiszone des NPN-Diode,
mehreren Widerständen und einem verti- Transistors erzeugt.
kalenPNP-Endtransistor besteht, dadurch ge- Bei einer solchen Auslegung ergibt sich jedoch
kennzeichnet, daß, bei in senkrechter Rieh- 15 der Nachteil, daß schlechte und unkontrollierbare
rung zur gemeinsamen Oberflächenseite des Halb- Zenerdiodencharakteristiken erhalten werden. Die
Ieiterplättchens (3) gleichem Diffusionsprofil der Erfindung geht daher von der Erkenntnis aus, daß
Basiszone (1) des PNP-Endtransistors (T1) und dieser Nachteil auf zu hohe B-Werte der Gleichder
Kollektorzone (2) der NPN-Transistoren (T2, Stromverstärkung in den parasitären PNP-Transisto-
T3, T4 ...), die Emitterzone (4) des PNP-End- 20 ren beruht, von denen jeder einzelne durch die Koltransistors
(T.) und die Basiszonen (5) der NPN- lektorzone eines NPN-Planartransistors als Basis-Transistoren
(T2, Ts, T4 ...) derart unterschied- zone zwischen der als Emitterzone wirkenden Basisliche
Eindringtiefen aufweisen, daß der Gleich- zone dieses NPN-Planartransistors und dem Halbstromverstärkungsfaktor
B des PNP-Endtran- leiterkörper als gemeinsamer Kollektorzone für alle
sistors (T1) größer als 50 und der der parasitären 25 parasitären PNP-Transistoren gebildet wird. Dieser
PNP-Transistoren, deren Emitter, Basen und ge- Nachteil könnte zwar durch »vergrabene« Zonen
meinsamer Kollektor durch die Basis- (5) und unter den NPN-Planartransistoren behoben werden,
Kollektorzonen (2) der NPN-Transistoren (T2, T3, worunter aber wieder die wirtschaftliche Herstellbar-T4...)
bzw. den Halbleiterkörpern (3) gebildet keit leiden würde.
werden, kleiner als 3 ist. 30 Aufgabe der Erfindung ist deshalb eine solche
Ausbildung der aus dem eingangs genannten Bericht von R. J. Wi dl ar bekannten und als Zweipol verwendeten
Festkörperschaltung, daß eine wirtschaftliche Herstellbarkeit bei Vermeidung schlechter und
Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte, 35 unkontrollierbarer Zenerdiodencharakteristiken geals
Zweipol verwendete Festkörperschaltung mit Ze- währleistet ist.
nerdiodencharakteristik, die aus einer Vielzahl von Diese Aufgabe wird bei einer monolithisch inte-
durch Diffusion in einer gemeins.'jmen Oberfläche grierten, als Zweipol verwendeten Festkörperschaleines
Halbleiterplättchens ausgebildeten planaren rung mit Zenerdiodencharakteristik, die aus einer
Schaltungselementen, nämlich mehreren NPN-Transi- *o Vielzahl von durch Diffusion in einer gemeinsamen
stören, mindestens einer durch elektrische Überbrük- Oberflächenseite eines Halbleiterplättchens ausgebilkung
der Basis- und Kollektorzone jeweils eines die- deten planaren Schaltungselementen, nämlich mehrcser
NPN-Transistoren erhaltenen PN-Diode, mehre- ren NPN-Transistoren, mindestens einer durch elekren
Widerständen und einem vertikalen PNP-End- trische Überbrückung der Basis- und Kollektorzone
transistor besteht. Eine derartige Festkörperschaltung 45 jeweils eines dieser NPN-Transistoren erhaltenen PN-war
nach dem »Digest of Technical Papers« der 1970 Diode, mehreren Widerständen und einem vertikalen
IEEE International Solid-state Circuits Conference, PNP-Endtransistor besteht, erfindungsgemäß davgl.
den Bericht »New Developments in IC Voltage durch gelöst, daß bei in senkrechter Richtung zur geRegulators«
von R. J. Widlar, bekannt. Mit einer meinsamen Oberflächenseite des Halbleiterplättchens
derartigen Festkörperschaltung soll eine »Zener- 50 gleichen Diffusionsprofil der Basiszone des PNP-diode«
mit einem bei einer »Durchbruchspannung« Endtransistors und der Kollektorzonen der NPN-sehr
stark anwachsenden Sperrstrom nachgebildet Transistoren, die Emitterzone des PNP-Endtranwerden.
sistors und die Basiszonen der NPN-Transistoren der-
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die art unterschiedliche Eindringtiefen aufweisen, daß
Zonen der Schaltungselemente einer derartigen Fest- 55 der Gleichstromverstärkungsfaktor B des PNP-Endkörperschaltung
in einem ohne besondere Schwierig- transistors größer als 50 und der der parasitären
keiten beiderseitig kontaktierbarem Halbleiterplätt- PNP-Transistoren, deren Emitter, Basen und gemeinchen
unterzubringen und dabei nicht von einer in ein- samer Kollektor durch die Basis- und Kollektorzonen
zelne Halbleiterplättchen zu zerteüenden Halbleiter- der NPN-Transistoren bzw. den Halbleiterkörper geplatte
mit einer epitaktischen Schicht und »begrabe- 60 bildet werden, kleiner als 3 ist.
nen« Zonen auszugehen, wie es üblich ist. In diesem Zur Erleichterung des Verständnisses und der BeZusammenhang wird beispielsweise auf die Zeit- Schreibung sind diese und der einzige Anspruch auf schrift »Scientia electrica«, Bd. X (1964), Fase. 4, eine monolithisch integrierte, als Zweipol verwende-S. 115 bis 119, verwiesen. Vielmehr soll zur Kosten- te Festkörperschaltung mit Zenerdiodencharakteristik ersparnis von einer Halbleiterplatte einheitlichen 65 gerichtet. Selbstverständlich erfolgt die Herstellung Leitungstyps ausgegangen werden, so daß das Auf- dieser Festkörperschaltungen in der Mehrzahl in bzw. bringen einer epitaktischen Schicht entbehrlich ist, an einer in die einzelnen Festkörperschaltungen zu wie dies bei monolithisch integrierten Festkörper- zerteilenden Halbleiterplatte. Außerdem wird im fol-
nen« Zonen auszugehen, wie es üblich ist. In diesem Zur Erleichterung des Verständnisses und der BeZusammenhang wird beispielsweise auf die Zeit- Schreibung sind diese und der einzige Anspruch auf schrift »Scientia electrica«, Bd. X (1964), Fase. 4, eine monolithisch integrierte, als Zweipol verwende-S. 115 bis 119, verwiesen. Vielmehr soll zur Kosten- te Festkörperschaltung mit Zenerdiodencharakteristik ersparnis von einer Halbleiterplatte einheitlichen 65 gerichtet. Selbstverständlich erfolgt die Herstellung Leitungstyps ausgegangen werden, so daß das Auf- dieser Festkörperschaltungen in der Mehrzahl in bzw. bringen einer epitaktischen Schicht entbehrlich ist, an einer in die einzelnen Festkörperschaltungen zu wie dies bei monolithisch integrierten Festkörper- zerteilenden Halbleiterplatte. Außerdem wird im fol-
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| DE2214018C3 DE2214018C3 (de) | 1975-10-09 |
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1973
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- 1973-03-22 FR FR7310231A patent/FR2177025B1/fr not_active Expired
- 1973-03-22 GB GB1385273A patent/GB1421822A/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE2214018C3 (de) | 1975-10-09 |
| FR2177025A1 (de) | 1973-11-02 |
| FR2177025B1 (de) | 1976-09-10 |
| IT982569B (it) | 1974-10-21 |
| GB1421822A (en) | 1976-01-21 |
| DE2214018A1 (de) | 1973-10-04 |
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