DE2257823A1 - SEMICONDUCTOR COMPONENT WITH A ZENER DIODE AND METHOD FOR ITS MANUFACTURING - Google Patents
SEMICONDUCTOR COMPONENT WITH A ZENER DIODE AND METHOD FOR ITS MANUFACTURINGInfo
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Description
Halbleiterbauelement mit einer Zenerdiode und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einer Zenerdiode mit Volumendurchbruch sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelementes. Semiconductor component with a zener diode and method for its Production The invention relates to a semiconductor component with a Zener diode with volume breakthrough and a method for producing such a component.
Zenerdioden sind Dioden deren besondere elektrische Charakteristik im Sperrbetneb ausgenutzt wird. Beim Überschreiten der Sperr-#urchbruchsspannung solcher Dioden tritt eine Lawinenbildung von Ladungsträgern auf, die einen fast konstanten Verlauf der Spannung über dem Strom zur Folge hat. Der Kennlinienbereich, in dem der Durchbruch auftritt, wird als Zenerknick der Diode bezeichnet.Zener diodes are diodes with a special electrical characteristic is exploited in the Sperrbetneb. When the reverse breakdown voltage is exceeded such diodes an avalanche formation of charge carriers occurs, which almost constant voltage versus current curve. The characteristic range, in which the breakdown occurs is called the Zener kink of the diode.
Der genaue Wert der Sperrspannung, bei dem der Zenerknick liegt, d.h. der Lawinendurchbruch auStritt, ist bei einer solchen Diode zwar weitgehend festgelegt, hängt aber in ge ringem Umfang doch von dem Oberflächenzustand des Ealbleiterm körpers an der Stelle, an der der PN-Übergang nach außen tritt, ab und kann sich daher, wenn sich die Oberflächenzustände mit der Zeit verändern, ebenfalls ändern.The exact value of the reverse voltage at which the zener kink is located, i.e. the avalanche breakdown is largely determined in such a diode, but depends to a small extent on the surface condition of the semiconductor term body at the point at which the PN junction occurs and can therefore if the surface conditions change over time, change as well.
Solche Änderungen der Durchbruchs- oder Zenerspannung sind, insbesondere dann, wenn die Zenerdiode als Bezugaspannungsquelle verwendet werden soll, unerwünscht und es sind bereits verschiedene Versuche unternommen worden, Änderungen der Zenerspannung in Abhängigkeit von Änderungen der Oberflächenladung weitgehend zu unterbinden. Dies ist (D?-OS 1 614 118) z.B. dadurch geschehen, daß man auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers, an der der PN-Übergang nach außen tritt, eine epitaktisch aufgewachsene Halbleitermäterialschicht hohen Widerstandes aufbringt und so die Oberflächenzustände, wenn auch nicht völlig entfernt, so doch weitgehend stabilisiert.Such changes in breakdown or Zener voltage are, in particular when the Zener diode is to be used as a reference voltage source, undesirable and various attempts have been made to change the Zener voltage largely suppressed depending on changes in the surface charge. This is done (D? -OS 1 614 118) e.g. by clicking on the surface of the Semiconductor body on which the PN junction occurs to the outside, an epitaxially grown one Semiconductor material layer of high resistance and thus the surface conditions, if not completely removed, at least largely stabilized.
Eine solche Zenerdiode, bei der dann der Zenerdurchbruch nicht an der Oberfläche, an der der PN-Übergang nach außen tritt, sondern im Volumen auftritt, ist Jedoch verhältnis-:mäßig umständlich herzustellen, da nach dem Einbringen des PN-Überganges noch eine besondere Schicht epitaktisch aufgewachsen werden muß.Such a Zener diode, in which the Zener breakdown does not come on the surface on which the PN junction occurs to the outside, but occurs in the volume, However, it is relatively difficult to manufacture, since after the introduction of the PN junction a special layer must be grown epitaxially.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil der bekannten Zenerdiode mit Volumendurchbruch zu vermeiden und ein Halbleiterbauelement mit einer solchen Diode sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, das bei gleich guter, wenn nicht besserer Stabilität der Zenerspannung wesentlich einfacher herstellbar ist.The invention is now based on the object of this disadvantage to avoid known Zener diode with volume breakdown and a semiconductor component with such a diode and a method for its production to create that with the same good, if not better, stability of the Zener tension is much easier to manufacture.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Halbleiterbauelement mit einer Zenerdiode gelöst, das gekennzeichnet ist durch einen Halbleiterkörper mit einer ersten, an eine Hauptfläche des Halbleiterkörpers grenzenden diffundierten Zone eines ersten Leitungstyps und einer zweiten, ebenfalls an die genannte Hauptfläche grenzenden und weiter von der ersten Zone begrenzten Zone eines zweiten Leitungstyps, wobei der Übergang zwischen der ersten und der zweiten Zone die Hauptfläche in einem Bereich schneidet, in dem die Dotierungskonzentration der ersten Zone geringer ist als in jedem anderen, dem Übergang benachbarten Bereich.According to the invention, this object is achieved by a semiconductor component solved with a Zener diode, which is characterized by a semiconductor body diffused with a first, adjoining a main surface of the semiconductor body Zone of a first conduction type and a second, also on said main surface bordering and further limited by the first zone zone of a second conductivity type, wherein the transition between the first and the second zone is the main surface in one Crosses area in which the doping concentration of the first zone is lower than in any other area adjacent to the transition.
Um beide Zonen der Diode von der Hauptfläche her kontaktieren zu können, ist vorzugsweise die erste. Zone von einer dritten Zone vom ersten Leitungstyp umgeben.In order to be able to contact both zones of the diode from the main surface, is preferably the first. Zone surrounded by a third zone of the first conductivity type.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Halbleiterbauelement mit einer Zenerdiode nach der Erfindung dadurch hergestellt, daß die erste Zone durch Eindiffusion von einer Fläche (Öffnung in einer Maskierungsschicht) auf der Hauptfläche her in dem Halbleiterkörper erzeugt wird, die kleiner ist als die später durch den PN-Übergang zwischen der ersten und der zweiten Zone an der Hauptfläche begrenzten Fläche.According to a further embodiment of the invention, a semiconductor component produced with a Zener diode according to the invention in that the first zone by diffusion from a surface (opening in a masking layer) on the Main area is produced ago in the semiconductor body, which is smaller than that later by the PN junction between the first and the second zone on the main surface limited area.
Die zweite und die dritte Zone sind zweckmäßigerweise diffundierte Zonen. Die zweite Zone kann aber auch eine legierte Zone sein.The second and third zones are expediently diffused Zones. However, the second zone can also be an alloyed zone.
Ist die Zenerdiode Teil eines Halbleiterbauelementes mit zahlreichen anderen Schaltungselementen, d.h. einer sogenannten integrierten Schaltung, wird sie vorzugsweise mit Hilfe der bei der Herstellung solcher integrierten Schaltungen üblichen Prozeßschritte hergestellt, wobei die erste Zone durch die Isolationsdiffusion, die zweite Zone /ggf.Is the Zener diode part of a semiconductor component with numerous other circuit elements, i.e. a so-called integrated circuit they preferably use the in the manufacture of such integrated circuits usual process steps, the first zone by the insulation diffusion, the second zone / possibly.
durch die Emitterdiffusion und'die dritte Zone durch die Basisdiffusion erzeugt wird.through the emitter diffusion and the third zone through the base diffusion is produced.
Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß dank des im Volumen stattfindenden Zenerdurchbruches seine Kenngröße, die Zenerspannung, außerordentlich stabil und vom Oberflächenzustand unabhängig ist und das Bauelement mit Hilfe von nur zwei Diffusionen außerordentlich einfach, insbesondere im Rahmen der Standardverfahren zur Herstellung von integrierten Schaltungen ohne zusätzliche Diffusions-und Maskenschritte bei verhältnismäßig großen zulässigen Maskentoleranzen hergestellt werden kann.The advantages of the invention can be seen in particular in the fact that thanks of the Zener breakthrough taking place in the volume its parameter, the Zener voltage, is extremely stable and independent of the surface condition and the component extremely easy with the help of only two diffusions, especially in the frame the standard method of manufacturing integrated circuits without additional Diffusion and mask steps with relatively large permissible mask tolerances can be produced.
Zwei Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below.
Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Zenerdiode als diskretes Bauelement und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Zenerdiode als Teil einer integrierten Schaltung.1 shows a first exemplary embodiment of a Zener diode as discrete component and Fig. 2 shows a second embodiment a Zener diode as part of an integrated circuit.
Die Fig. 1 zeigt, in den Vertikalabmessungen nicht maßstäblich, ein erstes Ausführungsbeispiel einer Zenerdiode nach der Erfindung als diskretes Bauelement. Die Diode besteht aus einem Halbleiterkörper 1, in den, ausgehend von einer Hauptfläche 5 eine erste Zone 2 ei#nes ersten Leitungstyps eindiffundiert worden ist. Der Halbleiterkörper 1 ist dabei vorzugsweise ebenfalls vom ersten Leitungstyp.1 shows, in the vertical dimensions not to scale, a first embodiment of a Zener diode according to the invention as a discrete component. The diode consists of a semiconductor body 1 into which, starting from a main surface 5 a first zone 2 of a first conductivity type has been diffused in. The semiconductor body 1 is preferably also of the first conductivity type.
Das Eindiffundieren der Zone 2 geschieht, ausgehend von einer durch eine Öffnung in einer Maskierungsschicht auf der Hauptfläche 5 freigelegten Teilfläche A, so daß die Zone 2 nicht nur unter, sondern auch seitlich dieser Teilfläche A an der Oberfläche 5 einen Gradienten, d.h. eine abnehmende Dotierungskonzentration, aufweist.Zone 2 is diffused in, starting from a through an opening in a masking layer on the main area 5 exposed partial area A, so that the zone 2 not only below, but also to the side of this partial area A a gradient on the surface 5, i.e. a decreasing doping concentration, having.
In diese Zone 2 vom ersten Leitungstyp im Halbleiterkörper wird jetzt ausgehend von einer, ebenfalls in einer durch eine Öffnung in einer Maskierungsschicht freigelegte Oberfläche B auf der Hauptfläche 5 eine zweite Zone 3 vom zweiten Leitungstyp eindiffundiert. Diese Zone könnte ggf. auch durch Legieren eingebracht werden. Die Abmessung B der Ausgangsfläche ist dabei gegenüber der genannten Abmessung A so größer gewählt, daß der entstehende PN-übergang 10 zwischen der ersten Zone 2 und der zweiten Zone 3 die Hauptoberfläche 5 in einem Bereich schneidet, in den, wegen der seitlichen Diffusion bei der Herstellung dieser Zone, die Dotierungskonzentration geringer ist als in jedem anderen, dem übergang 10 benachbarten Bereich der Zone 2.In this zone 2 of the first conductivity type in the semiconductor body is now starting from one, also in one through an opening in a masking layer exposed surface B on the main surface 5, a second zone 3 of the second conductivity type diffused. This zone could possibly also be introduced by alloying. the Dimension B of the initial area is compared to dimension A mentioned chosen larger that the resulting PN junction 10 between the first zone 2 and of the second zone 3 the main surface 5 cuts in an area in the, because of the lateral diffusion in the production of this zone, the doping concentration is less than in any other area of the zone adjacent to the transition 10 2.
Die höhere Durchbruchsspannung in diesem schwächer dotierten Randgebiet der Zone 2 führt also zu einem Volumendurchbruch in der Mitte der Diode, der unabhängig von den schwer zu kontrollierenden Oberflächenzuständen stattfindet. Die so hergestellte Zenerdiode weist daher eine hohe Langzeitstabilität der Zenerspannung auf.The higher breakdown voltage in this less doped edge area Zone 2 thus leads to a volume breakthrough in the middle of the diode, which is independent of the difficult-to-control surface conditions takes place. The one made in this way Zener diode therefore has a high long-term stability of the Zener voltage.
Die zweite Zone 3 der Diode wird mit Hilfe einer Metallisierung 6 und die erste Zone 2 durch eine auf die zweite Hauptfläche des Halbleiterkörpers 1 aufgebrachte Metallisierung 8 kontaktiert. Die die frei Oberfläche 5 des Halbleiterkörpers 1 bedeckende Passivierungsschicht, die sich auch aus den verwendeten Maskierungsschichten zusammensetzen kann, ist mit 11 bezeichnet.The second zone 3 of the diode is made with the aid of a metallization 6 and the first zone 2 by one on the second main surface of the semiconductor body 1 applied metallization 8 contacted. The the free surface 5 of the semiconductor body 1 covering passivation layer, which is also made up of the masking layers used can assemble is denoted by 11.
Eine Zenerdiode mit Volumendurchbruch gemäß der Erfindung läßt sich mit besonderem Vorteil im Rahmen einer integrierten Schaltung herstellen, wobei nur die üblichen Prozeßschritte angewendet zu werden brauchen.A volume breakdown zener diode according to the invention can be Manufacture with particular advantage in the context of an integrated circuit, wherein only the usual process steps need to be applied.
Die Fig. 2 zeigt, ebenfalls mit übertriebenen Vertikalabmessungen, ein entsprechendes Beispiel.Fig. 2 shows, also with exaggerated vertical dimensions, a corresponding example.
Aus dem Halbleiterkörper ist hier nur der Teil dargestellt, in dem die Zenerdiode realisiert ist. Der Halbleiterkörper besteht hier aus einem Substrat ib, auf den eine hochohmige, N-leitende, etwa 10 /um dicke epitaktische Schicht ia aufgebracht worden ist, nachdem vorher unter der herzustellenden Diode eine vergrabene, niederohmige, N-leitende Schicht 9 angebracht worden ist. Die P-leitende Zone 2 wird, wie dies bereits an Iland der Fig. 1 erläutert worden ist, ausgehend von einer freigelegten Fläche von etwa 10 /um Durchmesser auf der }Iauptfläche 5 des Halbleiterkörpers eindiffundiert, die kleiner ist als die spätere Flächenausdehnung der eindiffundierten Zone von etwa 30 /um Durchmesser. Diese Zone 2 weist also ebenfalls ein Dotierungsgefälle -auf, das so ist, daß in einem gewissen Abstand seitlich von der Ausgangsfläche die Dotierungskonzentration geringer ist als in einem bestimmten Abstand unter der Hauptfläche 5.From the semiconductor body, only the part is shown here, in which the Zener diode is realized. The semiconductor body here consists of a substrate ib, on which a high-resistance, N-conductive, about 10 / um thick epitaxial layer has generally been applied after a buried, low-resistance, N-conductive layer 9 has been applied. The P-conductive zone 2 is, as has already been explained in Iland of FIG. 1, starting from a exposed area of about 10 / um diameter on the} I main area 5 of the semiconductor body diffused in, which is smaller than the later area of the diffused in Zone about 30 µm in diameter. This zone 2 also has a doping gradient -on that is so that at a certain distance laterally from the starting surface the doping concentration is less than a certain distance below the Main area 5.
Um diese erste Zone 2 kontaktieren zu können, wird anschliessend eine Zone 4 vom gleichen Iieitungstyp, d.h. eine P-leitende Zone bis zu-einer Tiefe von etwa 2,8 /um, eindiffundiert, die sich seitlich der ersten Zone 2 erstreckt und dort an der- Hauptfläche 5 des Halbleiterkörpers mit einer Anschlußmetallisierung 7 kontaktiert werden kann. Ihr Durchmesser beträgt etwa 40 /um. Durch das Eindiffundieren dieser Zone 4 wird die Dotierungsverteilung innerhalb der Zone 2 nicht wesentlich geändert. Die zweite, mit der ersten Zone 2 den PN-iJbergang bildende N---leitende Zone 3 wird netz, wie dies bereits an Hand des ersten Ausführungsbeispieles beschieber worden ist, bis zu einer Tiefe von etwa 2 so eindiffundiert, daß der PN-übergang die Hauptfläche in einem Bereich schneidet, in dem die T)otierungskonzentration geringer ist als in jedem anderen, dem übergang 10 benachbarten Bereich der Zone 2. Der Durchmesser dieser Zone 3 beträgt etwa 20 /wn. Pür die Abmessungen der Diffusionsfenster A und B ergeben sich also folgende Werte: A = 10 Xum Durchmesser B = 20 /um Durchmesser Die Zone 3 wird dann ebenfalls mit einer Metallisierung 6 kontaktiert und die freie Oberfläche des Halbleiterkörpers durch eine nur schematisch dargestellte Passivierungsschicht 11, die sich auch aus den verschiedenen verwendeten Maskierungsschichten zusammensetzen kann, abgedeckt.In order to be able to contact this first zone 2, a Zone 4 of the same conductivity type, i.e. a P-conductive zone to a depth of about 2.8 / um, diffused, which extends laterally of the first zone 2 and there on the main surface 5 of the semiconductor body with a connection metallization 7 can be contacted. Their diameter is about 40 μm. By diffusing in In this zone 4, the doping distribution within zone 2 is not significant changed. The second, N - conductive type, which forms the PN junction with the first zone 2 Zone 3 is networked, as already described with reference to the first exemplary embodiment to a depth of about 2 diffused in such a way that the PN junction intersects the main surface in an area in which the doping concentration is less than in any other area of the zone adjacent to the transition 10 2. The diameter of this zone 3 is about 20 / wn. Pür the dimensions of the diffusion window A and B thus result in the following values: A = 10 μm diameter B = 20 μm diameter The zone 3 is then also contacted with a metallization 6 and the free Surface of the semiconductor body through a passivation layer, which is only shown schematically 11, which are also composed of the various masking layers used can, covered.
Bei einer so hergestellten Zenerdiode ist vorzugsweise die zum Einbringen der ersten Zone 2 benutzte Diffusion, die zum Herstellen der Tsolationsgräben zwischen den einzelnen Schaltelementen der integrierten Schaltung verwendete Isolationsdiffusion, die zur Herstellung der Kontaktierungszone 4 benutzte Diffusion die Basisdiffusion und die zur Herstellung der zweiten Zone 3 benutzte Diffusion die Emitterdiffusion.In the case of a Zener diode produced in this way, the one to be introduced is preferred the first zone 2 used diffusion, which is used to create the Tsolationsgren between insulation diffusion used in the individual switching elements of the integrated circuit, the diffusion used to produce the contacting zone 4 is the base diffusion and the diffusion used to produce the second zone 3 is the emitter diffusion.
Es ist somit möglich, mit Hilfe der bei der Herstellung von integrierten Schaltungen normalerweise üblichen Maskierunes-und Diffusionsschritten gleichzeitig Zenerdioden mit Volumendurchbruch herzustellen, ohne daß besondere Maskierungs- und/ oder Diffusionsschritte erforderlich sind.It is thus possible with the help of the integrated in the manufacture Circuits normally perform masking and diffusion steps simultaneously To produce zener diodes with volume breakthrough without the need for special masking and / or diffusion steps are required.
Weist die- Zenerdiode keine besondere dritte Zone zum Kontaktieren der ersten Zone auf, so wird auf die Benutzung der Basisdiffusion zur Herstellung einer besonderen Kontaktierungszone verzichtet, und die erste Zone über das Substrat bzw. eine etwa vorhandene Substrat-Isolationsdiffusion kontaktiert.The Zener diode does not have a special third zone for contacting of the first zone, the base diffusion is used for production dispensed with a special contact zone, and the first zone over the substrate or any existing substrate insulation diffusion contacted.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4683483A (en) * | 1986-05-05 | 1987-07-28 | Burr-Brown Corporation | Subsurface zener diode and method of making |
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1972
- 1972-11-25 DE DE19722257823 patent/DE2257823A1/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4683483A (en) * | 1986-05-05 | 1987-07-28 | Burr-Brown Corporation | Subsurface zener diode and method of making |
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Legal Events
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