DE2215850A1 - Schutzdiodenanordnung fuer gitterisolierte feldeffekttransistoren - Google Patents

Schutzdiodenanordnung fuer gitterisolierte feldeffekttransistoren

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DE2215850A1 DE19722215850 DE2215850A DE2215850A1 DE 2215850 A1 DE2215850 A1 DE 2215850A1 DE 19722215850 DE19722215850 DE 19722215850 DE 2215850 A DE2215850 A DE 2215850A DE 2215850 A1 DE2215850 A1 DE 2215850A1
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Jun John Evert Meyer
Jun Joseph Hurlong Scott
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Description

RCA Docket No.: 64,336
Convention Date:
July 12, 1971
RCA Corporation, New York, N.Y., V.St.A.
Schutzdiodenanordnung für gitterisolierte Feldeffekttransistoren
Die Erfindung betrifft eine Schutzdiodenanordnung für gitterisolierte Feldeffekttransistoren mit Quellen-, Gitter- und Senkenelektrode. Ohne hierauf beschränkt zu sein, eignet sich die erfindungsgemäße Anordnung besonders für Feldeffekttransistoren, die in Dünnschichten aus Halbleitermaterial ausgebildet sind.
Gitterisolierte Feldeffekttransistoren haben bekanntlich ein Quellen- und ein Senkengebiet (Abflußgebiet) aus Halbleitermaterial eines gegebenen Leitungstyps, die durch ein Kanalgebiet des entgegengesetzten Leitungstyps voneinander getrennt sind. Das Quellen- und das Senkengebiet sind je mit einer Elektrode direkt kontaktiert, und über dem Kanalgebiet, jedoch von diesem durch eine verhältnismäßig dünne Schicht aus Isoliermaterial getrennt, ist eine Gitterelektrode (Steuerelektrode) angebracht.
Ein bei solchen Bauelementen auftretendes Problem besteht darin, daß häufig während der Handhabung zwischen der Gitterelektrode und dem Kanalgebiet sich eine statische elektrische Spannung aufbaut, die zu einem Spannungsdurchbruch der Gitterisolierschicht und damit zu einer Beschädigung des Bauelements führt.
Verschiedene Versuche wurden gemacht, die gitterisolierten Feldeffekttransistoren durch geeignete Schaltungsmittel vor einer solchen Beschädigung zu schützen. Dazu gehört allgemein die Ein-
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Schaltung von Bauelementen mit niedriger Durchbruchsspannung zwischen das Gitter und das Kanalgebiet der gitterisolierten Feldeffekttransistoren, so daß die statische Spannung über Wege durch das Substrat des Feldeffekttransistors, nicht jedoch durch die Gitterisolierschicht entladen wird.
In jüngster Zeit stellt man gitterisolierte Feldeffekttransistoren in DUnnschichten oder DUnnfilmen aus Halbleitermaterial, die auf einem isolierenden Substrat angebracht sind, her. Bei de£ artigen Bauelementen oder Bausteinen ordnet man auf einem einzigen Isoliersubstrat eine Vielzahl von gitterisolierten Feldeffekt transistoren an, die man in geeigneter Weise untereinander verschaltet, so daß sich eine integrierte Schaltung ergibt. Derartige Anordnungen haben den Vorteil, daß das Isoliersubstrat unter den Halbleiterfilmen eine ausgezeichnete elektrische Isolation zwischen den verschiedenen Feldeffekttransistoren der Schaltung ergibt, so daß die Leistungsfähigkeit der Schaltung verbessert wird.
Bei solchen Dünnfilm-Schaltungsbausteinen ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, daß wegen der geringen Dicke der auf der Oberseite eines Isoliersubstrats oder einer Isolierunterlage angebrachten Halbleiterfilme die bekannten Methoden der Ableitung der statischen Ladung durch das Transistorsubstrat nicht anwendbar sind, weil eine Ableitung der statischen Ladung durch die Dünnfilme mit Hilfe von bekannten Schaltungsschutzelementen diese im allgemeinen durchbrennen, so daß der Schaltungsbaustein gegen einen weiteren Aufbau von statischer Ladung nicht mehr geschützt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzanordnung zu schaffen, die diese Schwierigkeit behebt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Schutzdiodenanordnung für gitterisolierte Feldeffekttransistoren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Gitterelektrode und die Quellen- oder die Senkenelektrode die Reihenschaltung von mehreren, jeweils zueinander gegensinnig gepolten Dioden, die in einem Halbleiterfilm auf einem Isolator ausgebildet sind, geschaltet ist.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine zum Teil schematische puerschnittsdarstellung eines gitterisolierten Feldeffekttransistors mit Schutzanordnung gemäß dem Stand der Technik;
Figur 2 eine der Figur 1 ähnliche Querschnittsdarstellung eines gitterisolierten Feldeffekttransistors mit erfindungsgemäßer Schutzanordnung;
Figur 3 eine Querschnittsdarstellung eines für die Herstellung des Schaltungsbausteins nach Figur 2 verwendeten Werkstückes;
Figur 4 und 5 der Figur 3 ähnliche Querschnittsdarstellungen, die das Werkstück in aufeinanderfolgenden Stadien des Herstellung^ Verfahrens wiedergeben; und
Figur 6 eine der Figur 2 ähnliche Ouerschnittsdarstellung, die eine andere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
In Figur 1 ist eine Anordnung zum Schutz gegen statischen Ladungsdurchschlag eines gitterisolierten Feldeffekttransistors gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Während auch andere Schutzschaltungsanordnungen bekannt sind (siehe beispielsweise "Theory and Applications of Field-Effect Transistors" von Richard S.C. Cobbald, John Wiley and Sons, Inc., 1970, Seite 268), erinnert die in Figur 1 gezeigte Schaltungsanordnung an die erfindungsgemäße Anordnung, so daß sie hier zum Vergleich herangezogen wird.
Der Feldeffekttransistor 10 besteht aus einem Substrat 11 aus η-leitendem Halbleitermaterial, in dem ein p-leitendes Ouelleri gebiet 12, ein η-leitendes Kanalgebiet 14 und ein p-leitendes Senkengebiet (Abflußgebiet) 16 angeordnet sind. Auf der Oberfläche 22 des Substrats 11 ist eine Schicht 20 aus Isoliermaterial (Dielektrikum) angebracht. Das Ouellengebiet 12 und das Senkengebiet 16 sind durch öffnungen in der Schicht 20 mit ,je einer Elektrode 24 bzw. 26 kontaktiert, und auf der Schicht 20 über dem Kanalgebiet 14 des Transistors ist eine Gitterelektrode (Steuerelektrode) 28 angebracht..
U ie Schutzanordnung für den Transistor 10 besteht aus einer
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Diode 32, und zwar einer Zener-Diode, die im Substrat 11 an einer vom Transistor 10 beabstandeten Stelle angeordnet ist. Die Diode 32 besteht aus einem p-leitenden Gebiet 34» das mit dem n-leitenden Material des Substrats 11 einen pn-übergang 36 bildet. Das Substrat 11 ist geerdet (liegt an Masse), und das Gebiet 34 der Schutzdiode 32 ist über einen Verbindungsleiter/mit der Gitterelektrode 28 des Transistors 10 verbunden.
Für einen typischen Transistor 10 mit einer in der Größenordnung von 1000 A dicken Dielektrikumschieht 20 aus Siliciumdioxyd beträgt die Durchschlagspannung der Schicht 20 in der Größer» Ordnung von 70 Volt. Die Diode 32 hat eine Durchbruchsspannung, die kleiner ist als dieser Wert, so daß bei Auftreten einer ge-·· nügend großen statischen Ladung an der Gitterelektrode 28 die Diode 32 durchbricht und die statische Spannung über das Substrat 11 ohne Durchschlag oder Beschädigung der Gitterisolierschicht 20 entlädt.
Von erheblicher Bedeutung bei dieser Art von Schutzanordnung, ist die Tatsache, daß aufgrund des verhältnismäßig dicken Substrats 11 (typischerweise in der Größenordnung von 0,254 mm = 10 Mil) kann die Ouerschnittsflache der Diode 32 ohne weiteres ausreichend groß gemacht werden, um die statische Ladung ohne übermäßige elektrische Erhitzung der Diode abzuleiten. Typischerweise beträgt die Fläche des Übergangs 36 der Diode in der Größen Ordnung von 0,0013 nun (2 Quadratmil). Wenn eine solche übermäßige Erhitzung aufträte, würde die Diode dadurch betriebsunfähig, so daß sie nicht mehr in der Lage sein würde, den Transistor 10 gegen weiteren statischen Ladungsaufbau zu schützen.
Ein Nachteil dieser Schutzanordnung besteht darin, daß, wie auf Seite 269 der oben genannten Arbeit erwähnt, bei "Substraten mit hohem spezifischen Widerstand diese (Schutzanordnung) insofern nachteilig ist, als die Zenerdurchbruchsspannung u.U. höher ist als die dielektrische Durchschlagspannung (des zu schützenden Bauelements)". Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß die Durchlaßleitungsspannurifr der Diode 32 ziemlich klein ist. Um daher ein Kurzschließen der Gitterelektrode des Transistors 10 durch die
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Schutzdiode 32 im normalen Betrieb des Transistors zu vermeiden, muß die Transistorschaltung so ausgebildet sein, daß der Transistor entweder mit Spannungen, die kleiner sind als die Durchlaßvorspannung der Diode 32, oder mit Spannungen von einer solchen Polarität, daß die Diode 32 sperrgespannt wird, arbeitet. Dies ist zwar kein sehr ernstes Problem, beschränkt aber die konstruktioneile Flexibilität der Schaltung.
Wenn es daher gilt, eine Schutzanordnung für einen Dünnfilm-Feldeffekttransistor vorzusehen, müssen zwei Tatsachen beachtet werden. Einmal sind wegen der geringen Dicke der bei solchen Bauelementen verwendeten Filme großflächige Schutzelemente zum Ableiten selbst verhältnismäßig kleiner statischer Ladungsströme nicht ohne weiteres verfügbar. Zweitens stellt man Dünnfilm-Bauelemente häufig aus Halbleitermaterial mit hohem spezifischen Widerstand her, um bestimmte erwünschte Eigenschaften zu erhalten. So kann es, wenn eine Zenerdiode aus diesem Material gebildet wird, sein, daß die Zenerdurchbruchsspannung zu hoch ist, um die Gitterisolierschicht ausreichend zu schützen.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform eines Schaltungsbausteins 42 mit einem gitterisolierten Dünnfilm-Feldeffekttransistor und einer Schutzanordnung für den Transistor in erfindungsgemäßer Ausbildung. Der Schaltungsbaustein 42 besteht aus einem Substrat oder einer Unterlage 44 aus kristallinem Isoliermaterial, z.B. Saphir, Spinell oder dergl. Auf der einen Oberfläche 46 der Unterlage 44 sind im Abstand voneinander zwei Dünnfilme 48 und 50, z.B. mit einer Dicke von ungefähr 10 000 8, aus einem Halbleitermaterial, z.B. Silicium angebracht. Der Feldeffekttransistor 52 ist im Dünnfilm 48 ausgebildet und hat ein Quellengebiet 54 und ein Senkengebiet 56, beide vom p-Leitungstyp, sowie ein Kanalgebiet 58 vom n-Leitungstyp. Die Oberfläche 60 des Halbleiterfilms 48 ist mit einer Schicht 62 aus Isoliermaterial (Dielektrikum), z.B. Siliciumdioxyd, mit einer Dicke von ungefähr 1000 8 bedeckt. Auf der Oberfläche der Schicht 62 sind eine Quellenelektrode 64 und eine Senkenelektrode 66 angebracht, welche die entsprechenden Gebiete durch Öffnungen in der Schicht 62 kontaktieren. Auf der Isolierschicht 62 über dem Kanalgebiet 58 ist eine Gitterelektro-
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de 68 angebracht. Die Elektroden 64, 66 und 68 können aus irgendeinem geeigneten Leitermaterial, z.B. Aluminium, bestehen.
Die Schutzanordnung 70 für den Transistor 52 ist im Dünnfilm 50 ausgebildet und besteht aus einer Anzahl von aneinandergrenzenden Gebieten aus Halbleitermaterial von jeweils abwechselri dem Leitungstyp. So sind bei der vorliegenden Ausführungsform fünf η-leitende Gebiete 72, die mit vier p-leitenden Gebieten 74 abwechseln, vorgesehen, wobei jeweils zwei aneinandergrenzende Gebiete 72 und 74 einen pn-Übergang 76 zwischen sich aufweisen und eine Zenerdiode bilden. Aufgrund des abwechselnden Leitungstyps dör aneinandergrenzenden Gebiete 72 und 74 sind die einander benachbarten Dioden jeweils gegensinnig gepolt, d.h. die einzelnen Dioden der Reihe sind jeweils in gegensinniger Polarität hintereinandergeschaltet.
Über dem Halbleiterfilm 50 befindet sich eine Schicht 78 aus einem Schutzmaterial, z.B. Siliciumdioxyd. Die Gebiete 72 anöden beiden Enden der Schutzanordnung 70 sind durch Öffnungen in der Schicht 78 mit Leiteranschlüssen 82 und 84 in Form von Metallschichten, z.B. aus Aluminium, kontaktiert. Der eine Anschluß 84 ist durch einen Verbindungsleiter 86 elektrisch mit der Gitterelektrode 68 des Transistors 52 verbunden, und der andere Anschluß 82 ist durch einen Verbindungsleiter 87 elektrisch mit ent weder der Quellen- oder der Senkenelektrode des Transistors, im vorliegenden Fall mit der Senkenelektrode 66 verbunden. Die beiden Verbindungsleiter 86 und 87 sind schematisch dargestellt; die Art der Anbringung solcher Verbindungsleiter ist allgemein bekannt. Die Wirkungsweise der Schutzanordnung 70 wird später erläutert.
Bei der Herstellung des Bauelements nach Figur 2 wird als erstes ein Dünnfilm 48-50 (Figur 3) aus Silicium epitaktisch auf die Unterlage 44 aufgewachsen. Da das Kanalgebiet 58 (Figur 2) in diesem Fall η-leitend ist, hat der aufgebrachte Dünnfilm 48-50 vorzugsweise diesen Leitungstyp. Das epitaktische Aufbringen von dotierten Schichten aus Halbleitermaterial auf kristalline Isolatoren ist bekannt. Der Dünnfilm 48-50 hat einen verhältnis -
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mäßig hohen Widerstand, ungefähr 100 000 Ohm pro Flächeneinheit, damit der Transistor 52 bestimmte erwünschte elektrische Eigenschaften, z.B. eine niedrige Schwellenspannung erhalten kann.
Danach' wird mit Hilfe von bekannten Maskier- und Ätzmethoden derFilm 48-50 so begrenzt, daß sich zx^ei beabstandete Filme 48 und 50 ergeben (Figur 4). Sodann werden die verschiedenen Gebiete des Transistors 52 und der Schutzanordnung 70 gebildet. Zur Herstellung des Quellen- und des Senkengebietes 54 bzw. 56 des Transistors kann man beispielsweise über einem Mittelteil des Films 48 eine Diffusionsmaske (nicht gezeigt) anbringen und p-Dotierstoffe, z.B. Bor, in die unmaskierten Teile des Filmes 48 eindiffundieren. Der unter der Diffusionsmaske liegende Teil des Films 48 zwischen Quellen- und Senkengebiet 54 bzw.56 ist das Kanalgebiet 58. Das Quellen- und das Senkengebiet 54 bzw. 56 werden im vorliegenden Fall so dotiert, daß ihr Widerstand 90 0hm pro Flächeneinheit (Quadrat) beträgt.
Ebenfalls mit Hilfe bekannter Maskier- und Diffusionsverfahren können Teile des beim Aufbringen η-leitenden Filmes 50 in p-leiten de Gebiete 74 umgewandelt und ferner die Leitfähigkeit des die η-leitenden Gebiete 72 bildenden Materials erhöht werden. Im vorliegenden Fall werden beispielsweise die n- und p-Gebiete 72 und 74 der Schutzanordnung 70 auf mindestens den entarteten Wert, d.h.
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auf Dotierstoffkonzentrationen von mehr als 5 x 10 Atomen/cm dotiert.
Anschließend werden die Isolierschicht 62 (Figur 5) auf dem Film 48 und die Schutzschicht 78 auf dem Film 50 angebracht. Verwendet man Filme 48 und 50 aus Silicium, so können in bekannter Weise Schichten 62 und 78 aus Siliciumdioxyd sehr einfach durch thermisches Oxydieren von Oberflächenschichten der Filme 48 und 50 hergestellt werden. Sodann werden mit Hilfe von bekannten Maskier- und Ätzverfahren Öffnungen 80 in den Schichten 62 und 78 angebracht, durch die ein Oberflächenteil des Ouellengebietes 54 und des Senkengebietes 56 des Transistors 52 sowie der Endgebiete 72 der Schutzanordnung 70 freigelegt wird. Dann wird auf das Werk StUcIc in Kontakt mit den freiliegenden Oberflächenteilen der ver -
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schiedenen Gebiete eine Metallschicht aufgebracht, die anschließend mit Hilfe bekannter photolithographischer Methoden so abgegrenzt wird, daß sich die Quellenelektrode 64, die Senken elektrode 66 und die Gitterelektrode 68 sowie die beiden Anschlüsse 82 und 84 für die Schutzanordnung 70 ergeben (Figur 2). Außerdem werden in der Metallschicht auch die Verbindungsleiter 86 und 87 (in der Zeichnung nur schematisch angedeutet), welche die Anschlüsse 82 und 84 mit der Senkenelektrode 66 bzw. der Gitterelektrode 68 des Transistors 52 verbinden, ausgebildet.
Die Wirkungsweise der Schutzanordnung 70 ist wie folgt. Infolge der entarteten Dotierung der die Dioden bildenden Gebiete 72 und 74 hat jede Diode der Schutzanordnung 70 eine Durchlaßleitungsspannung von ungefähr 0,7 Volt und eine Sperr-oder Zenerdurchbruchsspannüng von ungefähr 6 Volt. So sind bei der vorliegenden Ausführungsform mit acht Dioden bei Anliegen einer gegebenen Spannung der einen oder anderen Polarität zwischen den Anschlüssen 82 und 84 der Schutzanordnung 70 vier der Dioden durchlaßgespannt und vier der Dioden sperrgespannt. Die Durchbruchsspannung der Schutzanordnung 70 in beiden Richtungen betlägt also vier mal 0,7 Volt plus 4 mal 6 Volt, d.h. ungefähr 27 Volt. Diese Spannung ist kleiner als die Durchschlagspannung der Gitterisolierschicht 62, die ungefähr 70 Volt beträgt. Ferner ist die Durchbruchsspannung der Schutzanordnung 70 erheblich höher als diejenigen Signalspannungen, die im Betrieb des Transistors gewohnlich an seiner Gitterelektrode 68 liegen und maximal ungefähr 20 Volt betragen.
Wenn während der Handhabung des Schaltungsbausteins 42 eine statische Spannung, verkörpert durch den in Figur 2 gestrichelt dargestellten Kondensator 90 (das elektrische Äquivalent beispielsweise einer ungeerdeten menschlichen Bedienungsperson, die den Schaltungsbaustein handhabt und bestimmte seiner Anschlüsse berührt), am Transistor 52 zwischen der Gitterelektrode (·8 und der Senkenelektrode 66 aufgebaut wird, besteht ein Entladungsweg von der einen Platte des Kondensators 90 über den Verbindungsleiter 86, die Schutzanordnung 70 und den Verbindungsleiter 87 zurück zur anderen Platte (Belegung) des Kondensators. Der Kon-
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densator wird also über einen Leitungsweg, der nicht durch die Gitterisolierschicht 60 führt, entladen, so daß der Transistor 52 gegen Beschädigung geschützt ist.
Wenn am Transistor 52 eine·statische Spannung, verkörpert durch den Kondensator 92, zwischen der Quellenelektrode 64 und der Senkenelektrode 68 auftritt, verläuft der Entladungsweg von der einen Platte des Kondensators 92 über den Verbindungsleiter 86, die Schutzanordnung 70, den Verbindungsleiter 87 zur Senkenelektrode 66, durch den Transistor 52 über das Senkengebiet 56, das Kanalgebiet 58 und das Ouellengebiet 54 zur Quellenelektrode 64 und von dort zur anderen Platte des Kondensators. Wiederum wird ein Leitungsweg durch die Gitterisolierschicht 62 vermieden, so daß kein Durchschlag dieser Schicht erfolgt.
Bei der Entladung oder Ableitung der statischen Ladung durch den Körper des Transistors 52 tritt der Strom durch zwei pn-Übergänge hindurch, von denen der eine in bezug auf die Stromflußrichtung sperrgespannt ist. Dies kann theoretisch zwar eine Beschädigung des Transistors zur Folge habenj jedoch wurde in der Praxis bei Tests unter Verwendung der Schutzanordnung nach Figur 2 keine solche Beschädigung festgestellt. Auf jeden Fall wird durch die Anordnung einer zusätzlichen und getrennten Schutzanordnung 70 (nicht gezeigt) auf der Unterlage 44 mit Anschluß an die Gitterelektrode 68 einerseits und die Quellenelektrode 64 andererseits eine Entladung von Strömen durch den Transistorkörper vermieden.
Wie bereits erwähnt, ist jedes der Gebiete 72 und 74 der Schutzanordnung 70 stark dotiert. Der Widerstand dieser Gebiete ist daher verhältnismäßig niedrig, so daß die Schutzanordnung verhältnismäßig starke Ströme ohne Überhitzung und Beschädigung verarbeiten kann. Beispielsweise können bei einer Schutzanordnung 70 der beschriebenen Art, bei der die übergänge 76 eine Höhe (gleich der Dicke des Filmes 50) von 10 000 X und eine Breite von 0,1 mm (4 Mil) haben, so daß sich eine Fläche von ungefähr 0,0001 mm (0,16 Quadratmil) ergibt, Btröme mit der beträchtlichen Stärke von 1 Ampere durch die Schutzanordnung entladen werden,
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ohne daß diese beschädigt wird. Die Länge der einzelnen Gebiete 72 und 74 beträgt in diesem Fall ungefähr 0,013 mm (0,5 Mil).
Schutzanordnungen 70 mit anderen Durchbruchsspannungen und anderen Strombelastbarkeiten können durch Verändern der Anzahl der Dioden pro Schutzvorrichtung erhalten werden. Ferner kann die Strombelastbarkeit durch Vergrößern der Querschnittsfläche der Dioden erhöht; werden. Vorzugsweise macht man jedoch den Film 50, in dem die Schutzvorrichtung 70 ausgebildet ist, so klein wie möglich, um Platz für eine dichtere Zusammenpackung verschiedener Schaltungselemente auf einzelnen Substraten oder Unterlagen zur Verfügung zu haben und die Kosten des gesamten Schaltungsbausteins 42 zu verringern.
Für die verschiedenen Elemente des Schaltungsbausteins 42 können nach Belieben auch andere geeignete Materialien verwendet werden.
Von entscheidender Bedeutung für die Schutzanordnungen der hier beschriebenen Art ist die Tatsache, daß die Schutzanordnungen gut für Dünnfilm-Bauelemente auf Isolierunterlagen geeignet sind. Wichtige Eigenschaften im Hinblick auf solche Dünnfilm-Bauelemente sind beispielsweise, daß sie unter Verwendung von extrem dünnen Filmen aus Halbleitermaterial, im Bereich (nicht kritisch) von normalerweise zwischen 5000 und 20· 000 A, hergestellt werden; daß das Halbleitermaterial bei der ursprünglichen Aufbringung vorzugsweise ein Material mit niedriger Leitfähigkeit ist, damit die gewünschten elelctrischen Eigenschaften des Transistors erhalten werden; daß die Menge und die Gleichmäßigkeit der Konzentration der Dotierstoffe im aufgebrachten Film schwierig zu kontrollieren sind ; und daß wegen der extrem geringen Dicke der Halbleiterfilme die Dotierung der Filme mit Hilfe eines nachträglichen Diffusionsvorganges im allgemeinen einzig und allein dahingehend verändert werden kann, daß sich entartete Dotierungen erReben.
Wie bereits erwähnt, können trotz der extrem geringen Dic'ce der Halbleiterfilme, in denen die Schutzanordnungen hergestellt werden, Schutzanordnungen mit großen Strombelastbarkeiten erhal-
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te η werden. Ferner ist bekanntlich die Durchbruchsspannung von Zenerdioden von den Dotierungswerten der p- und n— Gebiete der Dioden abhängig. Bei schwacher Dotierung ist die Durchbruchsspannung verhältnismäßig stark vom Dotierungswert abhängig. Dagegen bei stärkeren Dotierungen ist die Durchbruchsspannung der Diode vom Dotierungs\fert verhältnismäßig unabhängig. So erhält man aufgrund der Eigenschaft der Haibleiterdünnfilme, daß sie bei nachträglicher Dotierung entartet dotiert werden, Zenerdioden mit starken Dotierungen und entsprechend verhältnismäßig einheitlicher und reproduzierbarer Durchbruchscharakteristik von Diode zu Diode. Außerdem ist aufgrund der starken Dotierung der Dioden ihr elektrischer Widerstand niedriger, so daß sich die Erwärmung der Dioden verringert und ihre Strombelastbarkeit erhöht.
Schutzanordnungen der hier beschriebenen Art sind zwar grumi sätzlich für den Schutz von Schaltungselementen, die in Dünnfilmen oder Dünnschichten aus Halbleitermaterial ausgebildet sind, geeignet, haben jedoch auch andere nützliche Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise besteht bei bestimmten Arten von "eingebauten" (im Substrat) Halbleiterbausteinen mit gitterisolierten Feldeffekttransistoren von der Art des Transistors 10 nach Figur 1 die Gitterelektrode 28 aus einer verhältnismäßig dünnen, z.B. ungefähr 5000 A dicken Schicht aus hochleitendem Halbleitermaterial, z.B. entartet dotiertem polykristallinen Silicium. Bei der Herstellung solcher Bausteine wird auf die gesamte freiliegende Oberfläche des Werkstücks eine Schicht aus Halbleitermaterial aufgebracht, die dann von verschiedenen Teilen des Werkstücks ent fernt wird, so daß die Gitterelektrode zurückbleibt.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der die erfindungsgemäße Schutzanordnung mit einem "eingebauten" Transistor 10 von der in Figur 1 gezeigten Art kombiniert ist, wobei ein zusätzlicher Teil 98 der Halbleiterschicht, der für die Bildung der Gitterelektrode 28 verwendet wird, auf der Isolierschicht oder -unterlage 20 an einer Stelle auf dem Halbleitersubstrat 11 im Abstand vom Transistor 10 belassen und mit Hilfe von bekannten Maskier- und Diffusionsverfahren zu einer Schutzanordnung 100 der oben beschriebenen Art verarbeitet wird. Gewünschtenfalls kann
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eine die Schutzanordnung 100 bedeckende Oxydschicht (nicht gezeigt) vorgesehen werden. Das eine Endgebiet 102 der Schutzanordnung ist durch einen Verbindungsleiter 104 »it der Gitterelektrode 28 des Transistors verbunden, und das andere Endgebiet 106 der Schutzanordnung 100 steht mit dem Siliciumsubstrat 11 über einen Verbindungsleiter 108 durch ein stark dotiertes Gebiet 110 im Halbleitersubstrat in Verbindung, so daß eich ein guter ohmscher Kontakt zwischen dem Substrat 11 und dem Verbindungsleiter 108 ergibt.
Bei einer Ausführungsform bestehen die Gitterelektrode 28 und der Teil 98 der Schutzanordnung 100 aus Silicium, das in bekannter Weise auf die Siliciumoxydschicht 20 aufgebracht wird. Wegen der nichtkristallinen Beschaffenheit der Schicht 20 ist die aufgebrachte Siliciumschicht polykristallin statt monokristallin. Es hat sich jedoch gezeigt, daß trotz der polykristallinen Beschaffenheit der Siliciumfilme in gegensinniger Polarität hintereinandergeschaltete Dioden mit einem für die gewünschten Schaltungsfunktionen ausreichenden elektrischen Leistungsvermögen hergestellt werden können.
Vorteilhaft bei Schaltungsbausteinen nach Art der Figur 6 ist, daß sie mit Hilfe von Verfahrenstechniken und Materialien, die bei bestimmten Arten von bestehenden Bauelementen verwendet werden, hergestellt werden können, während man dabei eine Schutzanordnung erhält, die die gleiche Durchbruchsspannung in beiden Richtungen aufweist, so daß also die Schutzanordnung bei der gleichen Spannungsamplitude für beide Polaritäten einer anstehenden statischen Ladung durchbricht.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind die Schutzanordnungen und die durch sie geschützten Transistoren auf einem einzigen Substrat angebracht. Es ist auch möglich, beispiels» weise bei den bekannten gemischten oder "hybriden" Schaltungsbausteinen, mehrere Schutzanordnungen auf z.B. einem Substrat oder einer Unterlage und die Transistoren auf einem anderen Substrat oder einer anderen Unterlage anzubringen. Für die Verschaltung der verschiedenen Schutzanordnungen und Transistoren können Leitungsverbindungen bekannter Art verwendet werden.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    ί1. ßchutzdiodenanordnung für gitterisolierte Feldeffekttransistoren mit Quellen-, Gitter- und Senkenelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Gitterelektrode (68, 28) und die Quellen- oder die Senkenelektro de die Reihenschaltung (70, 100) vonnehreren, jeweils zueinander gegensinnig gepolten Dioden, die in einem Halbleiterfilm (50,98) auf einem Isolator (44» 20) ausgebildet sind, geschaltet ist.
  2. 2. Schutzdiodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Halbleiterfilm mehrere aneinandergrenzende Gebiete (72, 74) von abwechselndem Leitungstyp ausgebildet sind, wobei die Übergänge (76) zwischen diesen Gebieten sich über die gesamte Dicke des Halbleiterfilms (50) erstrecken.
  3. 3. Schutzdiodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Gebiete entartet dotiert sind.
  4. 4. Schutzdiodeηanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (52) in an sich bekannter Weise in einem Dünnfilm aus Halbleitermaterial (48) ausgebildet und ebenfalls auf dem Isolator (44) angebracht ist.
  5. 5. Schutzdiodenanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet du rch ein Halbleitersubstrat; (11), auf dem der Isolator (20) angebracht ist und in dem Teile des Traneistors (10) ausgebildet sind (Figur 6).
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