DE2226613A1

DE2226613A1 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2226613A1
Application number: DE2226613A
Authority: DE
Inventors: Richard Alan Sunshine
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1971-09-03
Filing date: 1972-05-31
Publication date: 1973-03-15
Also published as: AU459838B2; NL7207246A; US3728591A; SE376116B; BE788269A; FR2150684B1; IT955274B; JPS5138588B2; AU4279172A; JPS4837084A; DE2226613B2; GB1339250A; FR2150684A1; DE2226613C3; CA966935A

Description

7390-72/Sch/Ba

ROA 64,564

U.S. Ser. Ήο. 177,790

vom 3. September 1971

ROA Corporation, New York, Ή.Ύ. (Y.St.A.)

Halbleiterbauelement

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Substrat und einem auf diesem befindlichen dünnen PiIm aus Halbleitermaterial, der aus benachbarten Bereichen entgegengesetzten leitungstyps besteht, die in Reihe geschaltete Dioden bilden.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Anwendung bei Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode, ist jedoch hierbei nicht auf solche Feldeffekttransistoren beschränkt, die aus dünnen Halbleitermaterialfilmen bestehen. Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode enthalten bekannterweise eine Source- und eine Drainzone aus Halbleitermaterial eines Leitungstyps, die durch einen Kanal aus Halbleitermaterial des entgegengesetzten Leitungstyps getrennt sind. In unmittelbarem Kontakt mit der Sourcezone und der Drainzone sind Elektroden vorgesehen, während eine über dem Kanal befindliche Steuerelektrode von diesem durch eine relativ dünne Schicht dielektrischen Materials getrennt ist.

Beim Betrieb derartiger Feldeffekttransistoren entsteht häufig eine statische elektrische Spannung zwischen der Steuerelektrode und der Kanalzone, welche zu einem Spannungsdurchbruch der Isolationsschicht führt und das Bauelement beschädigt. Zum Schutz vor solchen Schaden hatnan verschiedene Schaltungsmaßnahmen entwickelt, beispielsweise schaltet man zwischen die Steuerelektrode und die Kanalzone Bauteile mit niedriger Durchbruchsspannung, welche dafür sorgen, daß sich die statische Spannung auf einem anderen Wege als durch die Steuerelektroden-

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isolierschicht entlädt.

Eine in letzter Zeit entwickelte Schutzmaßnahme, die sich insbesondere für in Form dünner Filme aus Halbleitermaterial ausgebildete Bauelemente eignet, besteht darin, daß man innerhalb eines dicken Filmes aus Halbleitermaterial eine Seihe von gegeneinander in Reihe geschalteten Dioden ausbildet, Ein solches Bauelement ist nachstehend genauer beschrieben und zeichnet sich durch die Fähigkeit zur Entladung relativ großer Ströme und durch die gleiche Durchbruchsspannung für beide Polaritätsrichtungen einer angelegten Spannung aus.

Problematisch bei einer solchen Dickfilmschutzeinrichtung ist jedoch, daß infolge unterschiedlicher Gründe, beispielsweise eines Fehlers im Halbleitermaterial am pn-übergang des Bauelementes, gelegentlich ein kleiner Bereich des pn-Übergangs besonders gefährdet ist, beim Betrieb des Bauelementes in den sogenannten zweiten Durchbruch zu. gelangen. Das bedeutet, daß im Betrieb beim Fließen eines Stromes der elektrische Widerstand des fehlerhaften Bereichs des pn-Übergangs plötzlich abnimmt, so daß praktisch der gesamte durch den pn-übergang fließende Strom auf den Bereich des zweiten Durchbruchs konzentriert wird. Dadurch entsteht eine starke lokale Überhitzung dieses Bereiches, welche den pn-übergang beschädigen kann. Von weit größerer Bedeutung ist jadoch, daß sich der zweite Durchbruch an einem pnübergang leicht auf andere pn-Übergänge ausbreiten kann, welche keine solchen Defekte aufweisen, so daß auch diese Übergänge beschädigt werden. Zwar kommt es häufig vor, daß ein zweiter Durchbruch in einem einzelnen pn-übergang von Bauelementen der hier beschriebenen Art die Brauchbarkeit dieses Bauelementes für den vorgesehenen Zweck nicht nennenswert beeinträchtigt, wenn jedoch der zweite Durchbruch in der beschriebenen Weise von einem auf andere pn-Übergänge übergreift, dann wird das Bauelement in der Tat unbrauchbar. Es besteht daher außer dem Bedürfnis den zweiten Durchbruch an einem einzelnen pn-übergang zu ver-

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hindern, auch das Bedürfnis ein Übergreifen des zweiten Durchbruches von einem pn-übergang auf andere auszuschalten. Hierin liegt die Aufgabe der Erfindung.

Sie wird bei einem Halbleiterbauelement mit einem Substrat und einem auf diesem befindlichen dünnen PiIm aus Halbleitermaterial, der aus benachbarten Bereichen entgegengesetzten leitungstyps besteht, die in Reihe geschaltete Dioden bilden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einzelnen Zonen mit Mitteln versehen und verbunden sind, welche den durch die betreffenden Zonen gegebenen elektrischen Widerstand gegenüber einem von Diode zu Diode fließenden Strom herabsetzen. Insbesondere handelt es sich bei diesen Mitteln um Metallschichten, welche der Verringerung des elektrischen Widerstandes dienen. Diese sind zwischen der Steuerelektrode des zu schützenden Transistors und der Source- oder Drainelektrode angeordnet.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellungen einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Hg. 1 einen Querschnitt durch ein nach der Erfindung hergestelltes Bauelement mit Schaltungsverbindungen;

Mg. 2 bis 4 verschiedene Schritte eines Herstellungsverfahrens für das in Fig. 1 dargestellte Bauelement;

3?ig. 5 eine Draufsicht auf eine Schutzeinrichtung nach dem Stande der Technik;

Mg. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Draufsicht auf eine Schutzeinrichtung nach der Erfindung; und

Fig. 7 bis 9 Querschnitte durch verschiedene Ausführungsformen der Erfindung.

Beispiel I
Ein Beispiel für ein Bauelement 42 in Form eines Dünnfilm-Feld-

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effekttransistors mit isolierter Steuerelektrode mit einer Schutzvorrichtung gemäß der Erfindung ist in Pig. 1 dargestellt. Das Bauelement 42 umfaßt einen Substrat 44 aus kristallinem Isoliermaterial, beispielsweise Saphir, Spinell od. dgl. Auf einer Oberfläche 46 des Substrats 44 sind im Abstand zwei dünne Filme 48 und 50, beispielsweise in der Größenordnung von 10 000 Ä, aus Halbleitermaterial wie Silizium ausgebildet. Innerhalb des Filmes 48 ist ein Feldeffekttransistor 52 angeordnet, der eine Sourcezone 54 und eine Drainzone 56, beide pleitend, sowie eine η-leitende Kanalzone 58 enthält. Die Oberfläche 60 des Halbleitermaterialfilms 48 wird von einer Schicht 62 aus dielektrischem Material, beispielsweise Siliziumdioxid, von einer Dicke in der Größenordnung von 1000 £ bedeckt. Ferner sind eine Source- und eine Drainelektrode 64 bzw. 66 auf der Oberfläche der Schicht 62 vorgesehen, durch deren Öffnungen sie Kontakt zu ihren entsprechenden Zonen bilden. Auf der dielektrischen Schicht 62 ist über der Eanalzone 58 ferner eine Steuerelektrode 68 vorgesehen. Die Elektroden 64» S6 und 68 können aus irgendeinem leitenden Material, beispielsweise aus Aluminium, bestehen.

Die Schutzvorrichtung 70 für den Transistor 52 befindet sich innerhalb des Filmes 50 und enthält eine Mehrzahl benachbarter Bereiche aus Halbleitermaterial abwechselnden - also jeweils entgegengesetzten - Leitungstyps. Auf diese Weise sind bei der hier beschriebenen Ausführungsform fünf η-leitende Bereiche 72, die mit vier p-leitenden Bereichen 74 abwechseln, vorgesehen, wobei zwischen jedem Paar von benachbarten Bereichen 72 und 74 ein pn-Übergang 76 gebildet wird, der eine Zener- oder Durchbruchdiode darstellt. Infolge des abwechselnden Leitungstyps der benachbarten Bereiche 72 und 74 haben nebeneinander befindliche Dioden die entgegengesetzte Polarität, d.h. daß die Diodenreihenschaltung aus jeweils gegeneinandergeschalteten Dioden besteht.

Über dem Film 50 befindet sich eine Schicht 78 aus einem schüt-

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zenden Material, wie Siliziumdioxid. leitende Anschlüsse 82 und 84 aus Metallschichten, beispielsweise Aluminium, stehen durch die Schicht 78 hindurch in Kontakt mit den beiden Endbereichen 72 des Bauelementes 70. Ein Anschluß 84 ist elektrisch mit Hilfe einer Leitung 86 an die Steuerelektrode 68 des Transistors 52 angeschlossen, der andere Anschluß 82 ist elektrisch mit Hilfe einer leitung 87 entweder an die Source- oder die Drainelektrode des Transistors, im vorliegenden lall an die Drainelektrode 66, angeschlossen. Die beiden leitungen 86 und 87 sind schematisch dargestellt und brauchen hinsichtlich ihrer Ausführung nicht näher beschrieben zu werden. ■

In dem bisher beschriebenen Ausmaß ist die Schutzvorrichtung bekannt. Zur Verbesserung ihrer Zuverlässigkeit sind Schichten 90 aus einem elektrisch leitenden Material wie z.B. Aluminium, Wolfram od. dgl. unmittelbar auf der Oberseite eines Teiles der Bereiche 72 und 74 angeordnet. Vorzugsweise bedecken die Schichten 90 praktisch die gesamte obere Fläche jedes Bereiches 70 und 72 (siehe auch !Fig. 6), jedoch sind die Schichten 90 voneinander getrennt, damit die pn-Übergänge 76 zwischen den Bereichen 72 und 74 nicht kurzgeschlossen werden. Die elektrische Leitfähigkeit der Schichten 90 ist größer als diejenige der Bereiche 70 und 72, und aus noch zu erläuternden Gründen vorzugsweise so groß wie möglich. Die Betriebsweise des Bauelementes 70 ist nachfolgend ebenfalls erläutert.

Bei der Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Bauelementes wird ein dünner Film 48-50 (Fig. 2) aus Silizium zunächst auf einem Substrat 44 epitaktisch abgelagert. Da die Kanalzone 58 des Transistors 52 bei der hier beschriebenen Ausführungsform η-leitend ist, wird der Film 48-50 vorzugsweise mit diesem Leitungstyp abgelagert. Die Maßnahmen zur epi taktischen Ablagerungdotierter Schichten aus Halbleitermaterial auf kristallinen Inolatoren sind bekannt. Der Film 48-50 hat einen relativ hohen Ejpezifisehen Flächenwiderstaiid in der Größenordnung von HX) 000 Ohm/Quadrat, damit der Transistor 52 mit bestimmten ge-

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wünschten elektrischen Eigenschaften, z.B. einer niedrigen Schwellenspannring, ausgebildet werden kann.

Unter Verwendung bekannter Maskenätztechniken wird der Film 48-50 in zwei getrennte Filmteile 48 und 50 getrennt, wie Pig. 3 zeigt. Dann werden die verschiedenen Bereiche ausgebildet, welche den Transistor 52 und die Schutzvorrichtung 70 bilden sollen. Die Source- und Drainso^en 54 uncl 56 des Transistors können beispielsweise dadurch gebildet werden, daß man eine nicht dargestellte Diffusionsmaske über einen zentralen Teil des Films 48 bringt und ein p-Ieitung verursachendes Material wie Bor in die nicht abgedeckten Bereiche des Filmes 48 hineindiffundieren läßt. Der Bereich des Filmes 48 unterhalb der Diffusionsmaske zwischen Source- und Drainzone 54 bzw. 56 bildet die Kanalzone. Die Source- und Drainzone 54 bzw. 56 werden bei der hier beschriebenen Ausführungsform auf einen Widerstand von 90 Obm/ Quadrat dotiert.

In gleicher Weise kann man bekannte Maskendiffusionsverfahren zur Umwandlung von Teilen des Films 50 von der p-Leitung, wie er niedergeschlagen worden ist, in die η-leitenden Bereiche 74 anwenden, ferner läßt sich mit Hilfe dieser Verfahren auch die leitfähigkeit des die η-leitenden Bereiche 72 bildenden Materials vergrößern. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform sind beispielsweise die n- und p-leitenden Bereiche 72 und 74 des Bauelementes 70 bis zum Degenerierungswert dotiert, d.h. die Dotierst off konzentrati on ist größer als 5 χ 10 atom/cm .·

Anschließend wird die dielektrische Schicht 62 (Fig. 4) auf den Film 48 und die Schutzschicht 78 auf den Film 50 ausgebildet. Verwendet man Filme 48 und 50 aus Silizium, dann lassen sich die Schichten 62 und 78 sehr bequem aus Siliziumdioxid herstellen, indem man die Oberflächenschichten der Filme 48 und 50 in bekannter Weise thermisch oxydiert. Dann werden durch die Schichten 62 und 78 öffnungen 80 nach bekannten Maskenätzverfahren ausgebildet, ho daß Oberflächen toi le der Source zone 54 u*¹** ^ller

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Drainzone 56 des Transistors 52 und ferner Oberflächenteile der Bereiche 72 und 74 der Schutzvorrichtung 70 freigelegt werden. Anschließend wird eine Metallschicht aus dem Werkstück abgelagert, welche in Kontakt mit den freiliegenden Oberflächenteilen der "verschiedenen Zonen stehen und diese Metallschicht wird anschließend unter Verwendung bekannter photolithographischer Techniken so begrenzt, daß die Sourceelektrode 64, die Drainelektrode 66, die Steuerelektrode 68 und die beiden Anschlüsse 82 und 84 für die Schutzvorrichtung 70 sowie die einzelnen Schichten 90 entstehen. Wie schematisch angedeutet ist, werden die Kontakte 86 und 87 in der Metallschicht ebenfalls begrenzt, so daß die Anschlüsse 82 und 84 mit der Drainelektrode 66 bzw. der Steuerelektrode 68 des Transistors 52 verbunden werden.

Die Schutzvorrichtung 70 arbeitet in folgender Weise. Infolge der Degenerierungsdotierung der Bereiche 72 und 74, welche die Dioden bilden, beträgt die Durchlaßspannung etwa 0,7 Y und die Zener-Durchbruchsspannung (Sperrspannung) etwa 6 V. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform mit acht Dioden sind bei jeder Vorspannung beider Polaritäten zwischen d.en Anschlüssen 82 und 84 vier Dioden in Durchlaßrichtung und Tier -Dioden in Sperrrichtung vorgespannt. Die Durchbruchsspannung der Schutzeinrichtung 70 beträgt daher in beiden Sichtungen 4^0,7V+4x6V ·= 27 V. Diese Spannung ist niedriger als die Durchbruchsspannung der dielektrischen Isolationsschicht 62 für die Steuerelektrode, welche bei etwa 70 ,V liegt. Die Durchbruchsspannung der Schutzvorrichtung 70 ist also beträchtlich höher als die üblicherweise an die Steuerelektrode 68 des Transistors angelegten Signalspannungen, die in Betrieb maximal in der Größenordnung von 20 V liegen.

Wenn im Gebrauch des Bauelementes 42 eine statische Spannung, die durch den in Ji¹Xg. 2 gestrichelt dargestellten Kondensator veranschaulicht wird, dem Transistor 52 zwischen Steuerelektrode 68 und Drainelektrode 66 aufgeprägt wird, dann besteht ein Entladungsweg von einem Belag des Kondensators 91" durch die Lei-

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tung 86, die Scliutzvorrichtung 70 und die Leitung 87 zurück zum anderen Belag des Kondensators. Der Kondensator wird auf diese Weise über einen Stromweg entladen, welcher die Steuerelektrodenisolierschicht 60 nicht enthält, so daß der Transistor 52 gegen Schaden geschützt ist. Der in der Zeichnung mit 91 veranschaulichte Kondensator ist als elektrisches Äquivalent für beispielsweise einen mit dem Bauelement umgehenden nicht geerdeten Menschen dargestellt, der bestimmte Anschlüsse des Bauelementes berührt.

Wenn eine durch den Kondensator 92 symbolisierte statische Spannung dem Transistor 52 zwischen Sourceelektrode 64 und Drainelektrode 68 aufgeprägt wird, dann verläuft der Entladungsweg von einem Belag des Kondensators 92 durch die Leitung 86, die Schutzvorrichtung 70, die Leitung 87 zur Drainelektrode 66, durch den Halbleiterkörper des Transistors 52 über die Drainzone 56, den Kanal 58 und die Sourcezone 54 zur Sourceelektrode 64 und von dort zum anderen Belag des Kondensators. Wiederum ist die Isolierschicht 62 für die Steuerelektrode nicht in diesem Entladungsweg enthalten, so daß ein Durchbruch dieser Schicht verhindert ist.

In dem eben erwähnten Fall, in welchem die Entladung der statischen Ladung über den Halbleiterkörper des Transistors 52 erfolgt, fließt der Strom durch zwei pn-Übergänge, von denen eher hinsichtlich der Stromflußrichtung in Sperrichtung vorgespannt ist. Während dies theoretisch zu einer Beschädigung des Transistors führen kann, hat man bei Tests unter Verwendung der Schutzvorrichtung gemäß Fig. 1 keine solchen Schäden festgestellt. In federn Falle wird eine Entladung von Strömen durch den Halbleiterkörper des Transistors vermieden, wenn man eine zusätzliche und getrennte Schutzvorrichtung 70, welche hler nicht gesondert dargestellt ist, auf dem Substrat 44 vorsieht und mit der Steuerelektrode 68 sowie der Sourceelektrode 64 verbindet.

Die Bereiche 72 und 74 des Bauelementes 70 sind stark dotiert.

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Demzufolge ist der spezifische Widerstand dieser Bereiche relativ niedrig, so daß auch große Ströme von der Schutzvorrichtung 70 verarbeitet werden, ohne daß diese überhitzt oder beschädigt wird. Auch verringern die leitenden Schichten 90 den Widerstand des Bauelementes, so daß noch höhere Ströme fließen können.

Man kann Schutzvorrichtungen 70 mit unterschiedlichen Durchbruchsspannungen und unterschiedlichen Strombelastbarkeiten vorsehen, indem man die Zahl der Dioden der Vorrichtung verändert. Ferner kann die Strombelastbarkeit erhöht werden, wenn man den Querschnittsbereich der Dioden vergrößert. Zur Einsparung von Platz auf dem Substrat für eine dichtere Packung der verschiedenen Komponenten auf einem einzelnen Substrat und zur Verringerung der Gesamtkosten des Bauelementes 42 bildet man den Mim 50 der Schutzvorrichtung 70 jedoch so klein wie möglich aus.

Andere Materialien für die verschiedenen Komponenten des Bauelementes 42 lassen sich verwenden, wobei die Auswahl solcher Materialien dem Fachmann überlassen bleibt.

Es seien nun die Funktionen der leitenden Schichten 90 beschrieben. Ein bei den bekannten Schutzvorrichtungen der hier beschriebenen Art, jedoch ohne die leitenden Schichten 90, auftretendes Problem besteht darin, daß der zweite Durchbruch an einem pn-übergang des Bauelementea infolge einer schwachen Stelle oder eines Defektes am pn-übergang auftritt, und daß weitere zweite Durchbrüche häufig auf andere pn-Übergänge übergreifen, welche solche Fehler nicht aufweisen. Eine Hypothese für das Übergreifen des zweiten Durchbruches sei im Zusammenhang mit Fig. 5 angeführt.

Die Schutzvorrichtung 94 gemäß Fig. 5 ist der Schutzvorrichtung 70 ähnlich, mit der Ausnahme, daß die leitenden Schichten 90 fohlen. Zum Zwecke der Erläuterung sei angenommen, daß ein _r gestrichelt angedeuteter Bereich 96 der Vorrichtung 94 an einem

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der pn-Übergänge 76 der Vorrichtung in irgendeiner Weise fehlerhaft ist, so daß an ihm ein zweiter Durchbruch auftritt. Ferner sei angenommen, daß die anderen pn-Übergänge der Vorrichtung keine Defekte enthalten und somit innerhalb begrenzter Betriebsbedingungen kein zweiter Durchbruch an ihnen auftreten würde.

Obwohl man das Phänomen des zweiten Durchbruchs schon lange kennt, ist es noch nicht völlig geklärt. Eine Abhandlung darüber findet sich in den Applied Physics Letters, Bd. 18, Nr. 10, Seiten 468 - 470 (15. Mai 1971) im Aufsatz »Stroboscopic Investigation of Thermal Switching In An Avalanching Diode". Generell ist ein zweiter Durchbruch dadurch charakterisiert, daß eine starke Verringerung des elektrischen Widerstandes im betroffenen Bereich eintritt, so daß der normalerweise mit gleichförmiger Stromdichte durch den gesamten pn-übergang fließende Strom auf einen kleinen Bereich des pn-Übergangs, nämlich den Durchbruchsbereich, konzentriert wird, wo demzufolge eine sehr hohe Stromdichte auftritt. Infolge dieser hohen Stromdichte tritt eine hohe Widerständeerwärmung auf, die häufig ara. einem permanenten Schaden des Bauelementes, mindestens im Bereich des zweiten Durchbruchs, führt.

Hinsichtlich der hier beschriebenen Bauelemente tritt noch eine weitere Wirkung des zweiten Durchbruchs auf, nämlich daß infolge der Stromkonzentration durch einen kleinen Teil des pn-Übergangs an der Stelle des zweiten Durchbruchs, wie dies in Fig. 5 durch die Strompfeile dargestellt ist, die Strompfade durch den übrigen Teil des Bauelementes ebenfalls konzentriert werden. Obwohl also die Strompfade in Richtung auf den Durchbruchsbereich 96 zum konvergieren und in Richtung vom Durchbruchsbereich weg zum divergieren neigen, ist die Größe der Konvergenz bzw. Divergenz des Strompfades nicht ausreichend hoch, um das Auftreten ungewöhnlich hoher Stromdichten an denjenigen pn-Übergangen auszuschließen, die demjenigen am nächsten liegen, an welchem der zweite Durchbruch auftritt. Diese hohen Stromdichten, die über

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denen liegen, für welche das Bauelement bemessen ist, verursachen auch an diesen keine Defekte aufweisenden pn-Übergängen einen zweiten Durchbruch. Obgleich die Schutzvorrichtung 94 bei ihrer Herstellung also nur einen' defekten pn-übergang hat, verursacht dieser eine Defekt Störungen auch in mehreren anderen pn-Übergängen.

Eine Funktion der leitenden Schichten 90, welche nach der Erfindung vorgesehen sind, liegt in der Entkoppelung der verschiedenen pn-Übergänge der Schutzvorrichtung gegeneinander hinsichtlich der Stromwegkonzentrationen, welche durch einen zweiten Durchbruch in einem pn-übergang verursacht werden. Wie Fig. 6 zeigt, ist infolge der stark leitenden Schichten 90 das Ausmaß der Konvergenz der Strompfade in Richtung auf die zweite Durchbruchsstelle 98 und das Ausmaß der Divergenz der Strompfade von dieser Stelle weg so groß, daß nur in einem sehr schmalen Bereich sich die Stromlinien zusammendrängen. Die Stromdichten an den benachbarten pn-Übergängen werden damit praktisch nicht vergrößert, so daß an diesen Übergängen, wenn sie in Ordnung sind, kein zweiter Durchbruch auftritt. Das Ausmaß der Konvergenz und Divergenz der Strompfade hängt von der elektrischen leitfähigkeit der Schichten 90 und natürlich auch von den elektrischen Leitfähigkeiten der verschiedenen Bereiche 72 und 74 ab. Bei den bekannten Schutzvorrichtungen, wie sie in Fig. 5 mit 94 bezeichnet sind, sind die elektrischen Leitfähigkeiten der verschiedenen dotierten Bereiche licht so groß, daß die Konvergenz und Divergenz der Stromlinien ausreichend groß ist, um ein Auftreten vn zweiten Durchbrüchen in den benachbarten Übergängen zu vermeiden. Es ist bisher nicht erkannt worden, daß so starke Konvergenzen und Divergenzen der Stromlinien notwendig sind, um das Problem des Übergreifens des zweiten Durchbruches zu lösen.

Ein weiterer Vorteil der leitenden Schichten 90 besteht darin, daß sie paralelle Pfade niedrigen Widerstands für den durch die Schutzvorrichtung fließenden Strom bilden und auf diese Weise

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die elektrische Widerstandserwärmung der Schutzvorrichtung herabsetzen und damit überhaupt die Gefahr des Auftretens eines zweiten Durchbruches vermindern.

Wegen der Verringerung des elektrischen Widerstandes der Schutzvorrichtung infolge der leitenden Schichten 90 ist es weiterhin möglich, die Längen der einzelnen Bereiche 72 und 74 im Vergleich zum Stande der Technik zu vergrößern, ohne daß der Widerstand der Schutzvorrichtung dadurch erhöht würde. Vergrößerte Abstände zwischen den pn-Übergangen 76 der Schutzvorrichtung sind jedoch erwünscht, damit die thermische Kopplung zwischen den pn-Üb ergangen verringert wird und auch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens und des Übergr'eifens von zweiten Durchbrüchen herabgesetzt wird.

Je größer die Abmessungen der leitenden Schichten 90 hinsichtlich der Größe der Bereiche 72 und 74 sind, um eo wirksamer sind die Schichten 90 hinsichtlich der Erhöhung der Zuverlässigkeit der Schutzvorrichtungen. line Begrenzung der Größe der leitenden Schichten 90 liegt jedoch darin, daß sie nicht so dicht beieinander liegen sollen, daß die pn-Übergänge 76 zwischen den Bereichen 72 und 74 kurzgeschlossen werden.

Beispiel II

Zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit einer übermäßigen Überhitzung der leitenden Schichten 90 beim Auftreten eines zweiten Durchbruches an einem der pn-Übergänge 76 ist es manchmal außerdem zweckmäßig (mit einer unten erwähnten Ausnahme), mindestens einen minimalen Abstand zwischen den Schichten 90 und den pn-Übergängen 76 vorzusehen. Ein Grund hierfür liegt darin, daß die zweiten Durchbrüche nicht notwendigerweise permanente Schäden oder Zerstörungen der pn-Übergänge, an denen sie auftreten, zur Folge haben müssen. Das heißt, daß in manchen Beispielen, die pn-Übergänge sich wieder vollständig regenerieren oder nur ganz leicht beschädigt sind. Wenn jedoch eine übermäßige Er-

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hitzung einer oder mehrerer der Schichten 90 infolge des Auftretens eines solchen zweiten Durchbruches auftreten, dann können Dauerschäden der Vorrichtung auftreten, die beispielsweise auf das Eintreten schädlicher metallurgischer Reaktionen zwischen den Schichten 90 und dem darunter liegenden Halbleiterfilm zurückzuführen sind. Das Problem der Überhitzung der Schichten 90 läßt sich verringern und der Abstand zwischen den Schichten 90 und den pn-übergängen 76 entsprechend herabsetzen, wenn man Metalle verwendet, die gegen derartige, durch hohe Temperaturen verursachte Erscheinungen weniger anfällig sind. So kann man für die Schichten 90 beispielsweise ein Metall wie Wolfram verwenden. Bei Verwendung von Aluminium für die Schichten 90 lassen sich schädliche metallurgische Reaktionen zwischen Aluminium und dem Silizium vermeiden, wenn man eine Schicht 100 (Fig. 7) eines Maskierungsmaterials wie Titan (mit einer Dicke in der Größenordnung von 1000 S) zwischen den Schichten 90 und dem Siliziumfilm 50 anordnet.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, welche für die leitenden Schichten 90 Aluminium verwendet, haben die Schichten 90 eine Dicke von 5000 Ä und eine länge zwischen den pn-Übergängen von 0,01 mm und eine Breite von 0,15 mm. Der Abstand zwischen den Schichten 90 und den pn-Übergängen 76 liegt in der Größenordnung von 0,01 mm. Die Bereiche 72 und 74 haben eine Länge von 0,03 mm und eine Breite von 0,15 mm. Über diese Schutzvorrichtung sind Entladungsströme mit Spitzenwerten von 2 A geflossen, ohne daß Beschädigungen aufgetreten.wären.

Beispiel III

Obgleich die einzelnen Schichten 90 zur Verhinderung eines Kurzschließens der pn-Übergänge TG »fischen den Bereichen 72 und 74 voneinander getrennt sein sollen_p sind bei der in Hg₀S beschriebenen Ausführungsform di@ leitenden Schichten 102 so angeordnet, daß sie über den verschiedenen pn-Öfoergänges IS liegen, jjeäooh. sind swisohen den Soliioircen 102 raid &®m I'iis

-H-

an den pn-Übergangen Isolierschichten 78 vorgesehen. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß die stark leitenden Schichten 102 die Austrittsatellen der pn-Übergänge an der Oberfläche überdecken und auf diese Weise den durch die pn-Übergänge fließenden Leckstrom herabsetzen.

Beispiel IV

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in I¹Ig. 9 dargestellt. Hierbei sind die Bereiche 72 und 74, vorzugsweise die η-leitenden Bereiche 72 inRichtung zwischen den pn-Ü"bergängen 76 so kurz wie möglich. Vorteilhaft ist hierbei, daß der G-esamtwiderstand der Schutzvorrichtung kleiner wird. Wenn die Bereiche 72 so geringe Längen wie beispielsweise 2 Mikron haben, dann ist der Oberflächenbereich des Bereiches 72 so klein, daß es schwierig wird, leitende Schichten in Kontakt mit ihm auszubilden. Daher sind bei dieser Ausführungsform die leitenden Schichten 90 nur auf den großen Bereichen 74 angeordnet. Obgleich die leitenden Schichten 90 also nicht auf abwechselnden Bereichen der Schutzvorrichtung liegen, wird deren Zuverlässigkeit dennoch gegenüber dem Stande der Technik verbessert.

Claims

■ -15-Patentansprüche

Γ1 )J Halbleiterbauelement mit einem Substrat und einem auf diesem befindlichen dünnen PiIm aus Halbleitermaterial, der aus benachbarten Bereichen entgegengesetzten leitungstyps besteht, die in Reihe geschaltete Dioden bilden, dadurch gekennzei chnet., daß die einzelnen Zonen (72,74) mit Mitteln (90) versehen und verbunden sind, welche den durch die betreffenden Zonen gegebenen elektrischen Widerstand gegenüber einem von Diode zu Diode fließenden Strom herabsetzen.
2) Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (90) durch je einen mit jedem der Bereiche (72,74) elektrisch verbundenen Metallüberzug gebildet werden.
3) Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Bereiche (72,74) sich jeweils durch die gesamte Dicke des Films (50) erstrecken und daß die Metallüberzüge (90) auf der Oberfläche des Halbleiterfilms angebracht sind.
4) Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallüberzüge (90) durch Kombinationsschichten aus'unmittelbar in Kontakt mit dem Halbleiterfilm befindlichen Titan und einer auf der Oberseite der Titanschicht befindlichen Aluminiumschicht gebildet werden.
5) Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Halbleiterfilms (50) über den Begrenzungen zwischen den Bereichen Schichten aus Isoliermaterial (78) angeordnet sind.

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6) Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Substrat ein Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode sowie mit Source- und Drainelektroden ausgebildet ist und daß die Dioden gegeneinander in Reihe zwischen die Steuerelektrode und die Source- oder Drainelektrode geschaltet sind.

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