DE2423114A1

DE2423114A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE2423114A1
Application number: DE19742423114
Authority: DE
Inventors: Hajime Yagi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1973-05-12
Filing date: 1974-05-13
Publication date: 1974-11-28
Also published as: FR2229141A1; JPS503579A; JPS568501B2; FR2229141B3; NL7406423A; IT1012257B

Description

"·"""-·- 24231H

13. Mai 1974

Sony Corporation

7-35 Kitashinagawa 6-chome
Shinagawa ku

kyo/Japan

Patentanmeldung

Halbleitervorrichtung

Die Erfindung "bezieht sieh auf eine Halbleitervorrichtung wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 umrissen ist. Speziell bezieht sie sich auf eine Halbleitervorrichtung, die geeignet ist, einen integrierten Schaltkreis gegen ungewöhnlichesbzw. übermäßig großes Eingangssignal bzw. Eingangsspannung zu schützen.

Es ist bekannt, einen konventionellen integrierten Schaltkreis aufzubauen, bei dem ein elektrischer Widerstand in einem inselartigen Halbleiterbereich ausgebildet ist. In dem Schaltkreis sind Bauelemente voneinander elektrisch isoliert, wenn das Potential des Halbleiterbereiches das gleiche wie das der· Quelle der Versorgungsleistung bzw. der Versorgungsspannung ist. Wenn jedoch an das Bauelement bzw. an den Widerstand eine ungewöhnliche Spannung bzw. ein ungewöhnlich hohes Potential angelegt wird bzw. daran auftritt, kann die Vorrichtung bzw. der Schaltkreis in die Lage kommen, zusammenzubrechen und/oder der Schaltkreis und/oder die Schaltung, der der Schaltkreis zugeordnet ist arbeiten anders als vorgesehen.

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Zur näheren Erläuterung soll ein spezielles Beispiel dienen, das anhand der Figuren 1 und 1a beschrieben wird. Bei diesem Beispiel handelt es sich speziell um einen integrierten Schaltkreis, der für die Verwendung in einem Fernsehgerät geeignet ist und der eine Halbleitervorrichtung 5 einschließt, die ein P-leitendes Halbleitersubstrat 1, einen N-halbleitenden Bereich 2, der auf bzw. in dem Substrat 1 ausgebildet ist, und einen oder mehrere P-halbleitende Bereiche 3, 4 umfasst, die auf bzw. in dem Halbleiterbereich 2 ausgebildet sind und wobei sich diese beiden Bereiche 3, 4 in einem Abstand voneinander befinden.

P¥-Übergänge liegen zwischen den P-halbleitenden Berebhen 3, 4 einerseits und dem ET-halbleitenden Bereich 2 andererseits vor. Um die Bereiche 3, 4 für Widerstände zu verwenden und sie insbesondere elektrisch von dem Bereich 2 und damit auch voneinander zu isolieren, ist das Anlegen einer elektrischen Spannung an den PN-Übergang in Sperrichtung bzw. das Anlegen einer Sperrspannung vorgesehen.

Fig. 1a zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht der Halbleitervorrichtung nach Fig. 1 und mit der Figur 1 übereinstimmende Einzelheiten haben in Fig. 1a dieselben Bezugszeichen. Mit den lediglich zur Erläuterung in die Bereiche 3 und 4 eingezeichneten Zickzacklinien 3a, 4a sollen die erwähnten elektrischen Widerstände des integrierten Schaltkreises angedeutet sein. Diese Widerstände liegen zwischen entsprechenden Elektrodenanschlüssen 21, 31 bzw. 21, 41 der Bereiche 3, 4.

Wenn eine ungewöhnliche bzw. ungewöhnlich hohe positive Spannung bzw. Potential an dem P-leitenden Halbleiterbereich 3 anliegt, wie z. B. infolge einer Entladung einer Braun¹sehen Röhre bzw. Fernsehbildröhre, womit der P-leitende Bereich 3 in Flussrichtung in Bezug auf den N-leitenden Bereich 2 vorgespannt wird, bildet sich ein sich seitlich erstreckender Transistor, bestehend aus den P-leitenden Bereichen 3 und 4

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und dem N-Ieitenden Bereich 2, aus. Damit ergibt sich die Möglichkeit, daß die Halbleitervorrichtung infolge dieser Spannung zusammenbricht oder daß der Schaltkreis unnormal, d. h. nicht wie vorgesehen arbeitet, und zwar infolge der auftretenden Stromstöße. Darüber hinaus kann sich auch ein sich vertikal erstreckender Transistor, bestehend aus den P-leitenden Bereichen 1 und 3 und dem N-leitenden Bereich 2 ausbilden, für den sich gleichermaßen die oben erwähnte Möglichkeit ergibt.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung anzugeben, die wirkungsvoll gegen wie oben angegebenen Zusammenbruch beim Auftreten bzw. beim Anliegen ungewöhnlichen Eingangssignals geschützt ist. Diese Vorrichtung soll insbesondere in einfacher Weise und mit verbesserter Ausbeut erate herzustellen sein.

Diese Aufgabe wird mit einer wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Halbleitervorrichtung gelöst, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist, wie dies im Kennzeichen des Anspruches 1 angegeben ist. Aus den Unteransprüchen gehen weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung hervor.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich z. B. im Falle der Verwendung einer Schottky-Diode bzw. eines Schottky-Metall-Halbleiterkontaktes der Vorteil, daß diese bzw, dieser in einfacher Weise zu realisieren ist.

Weitere Vorteile und andere Erläuterungen zur Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines in den Figuren 2 bis 3a dargestellten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung hervor, wobei

Fig. 2 eine Querschnittsansicht,

Fig. 3 eine Aufsicht und

Fig.3a eine perspektivische Ansicht

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dieser Ausführungsform zeigen.

Die in den Figuren dargestellte bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung ist für die Verwendung in einem integrierten Schaltkreis, der vorzugsweise in einem Fernsehgerät verwendet wird, geeignet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 15 umfaßt ein P-leitendes Halbleitersubstrat 11, das der Substratkörper des integrierten Schaltkreises ist. Weiter umfaßt sie einen auf "bzw. in dem Substrat 11 ausgebildeten N-halbleitenden Bereich 12, P-halbleitende Bereiche 13 und 14 in dem Bereich 12, wobei die beiden Bereiche 13 und 14 voneinander im Abstand sind, und eine schichtförmige Belegung 16 aus Aluminium, die sich über einen Anteil der Oberfläche des P-halbleitenden Bereiches 13 und einen Anteil der Oberfläche des N-halbleitenden Bereiches 12 erstreckt. Diese metallische Elektrodenbelegung 16 bildet die erwähnte Schottky-Diode bzw. den Schottky-Metall-Halbleiterkontakt. Die P-leitenden Bereiche 13, 14 sind in Bezug auf den N-leitenden Bereich 12 in Sperrichtung vorgespannt, um den bzw. die Widerstandsbereiche zu bilden. Es liegt ein P-halbleitender Bereich 17 vor, der mit dem P-halbleitenden Bereich 13 integral bzw. ineinander übergehend ist. Ein Anteil 12a des N-leitenden Bereiches 12 ist durch den P-leitenden Bereich 17 zusammen mit einem Ende des P-leitenden Bereiches 13 umgeben, z. B. in quadratischer Anordnung, wie dies aus der Fig. 3 ersichtlich ist. Die metallische Elektrodenbelegung 16 ist so ausgebildet, daß sie die ganze quadratische Oberfläche des N-halbleitenden Bereiches 12a bedeckt, der durch die P-leitenden Bereiche 13 und 17 umgeben ist. Darüber hinaus sind Metall- insbesondere Aluminiumelektroden 18, 1§, 20 auf jeweils den P-halbleitenden Bereichen 13, 14 und dem N-halbleitenden Bereich 12 vorgesehen.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die P-halbleitenden Bereiche 13, 14 in Sperrichtung in Bezug auf den 1-halbleitenden Bereich 12 vorgespannt, so daß die durch den PH-Übergang

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gebildete elektrische Isolation zwischen ihnen vorliegt. Darüber hinaus liegt eine Schottky-Diode elektrisch zwischen dem P-halbleitenden Bereich 13 und dem F-halbleitenden Bereich 12 aufgrund der metallischen Elektrodenbelegung 16 vor. Diese Schottky-Diode liegt parallel zu der Diode, die durch den P-leitenden Bereich 13 und den N-leitenden Bereich 12 bzw. durch den dazwischenliegenden PN-Übergang gebildet ist.

Als Folge der voranstehend erläuterten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der größte Anteil eines Stromes, der von dem P-leitenden Bereich 13 zu dem N-leitenden Bereich 12 fließt, wenn der Bereich 13 in Bezug auf den Bereich 12 in Flussrichtung vorgespannt ist, über die Schottky-Diode abgeleitet, bzw. geshuntet, die durch die metallische Elektrodenbelegung 16, zusammen mit dem darunter liegenden Halbleitermaterial, gebildet ist. Diese Polung in Plussrichtung tritt z. B. bei der Anwendung bzw. bei dem Anliegen einer ungewöhnlich großen positiven Spannung aufgrund einer Entladung der Bildröhre in einem Fernsehgerät auf. Durch den gegebenen Umstand ist die Trägerinjektion in den P-halbleitenden Bereich und den P-halbleitenden Bereich bzw. das Substrat 11 oder parasitärer Stromfluss vernachlässigbar klein bei Anliegen einer solchen ungewöhnlichen Spannung, so daß die Ausbildung des erwähnten, sich seitlich erstreckenden Transistors und des sich vertikal erstreckenden Transistors wirksam verhindert werden kann und das Zusammenbrechen der Halbleitervorrichtung und/oder von der Sollfunktion abweichender Betrieb des Schaltkreises verhindert und Schutz gegen Stromstöße erreicht ist, die auf einer solchen ungewöhnlichen Spannung beruhen.

Darüber hinaus ist für die Schottky-Diode ein sogenannter Schutzring vorgesehen, der unter der metallischen Belegung 16 durch den P-halbleitenden Bereich 17 realisiert ist. Dieser Schutzring verleiht der Schottky-Diode eine höhere Spannungsfestigkeit für Sperrspannung im Betrieb.

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Da die metallische Elektrodenbelegung 16 ebenso wie die Elektroden 18, 19, 20 aus Aluminium besteht, hat diese guten Kontakt mit dem fl-leitenden Bereich 12 und es läßt sich eine Schottky-Diode mit guter Charakteristik in einfacher Weise realisieren.

Fig. 3a zeigt in perspektivischer Ansicht einen Auschnitt der Figuren 2 bzw. 3, und zwar mit einem P-halbleitenden Bereich 13, mit dem als Schutzring dienenden P-leitenden Bereich 17 und mit den Elektrodenbelegungen. Durch die Zickzacklinie 13a ist eine Möglichkeit eines wie durch Fig. 3a gezeigten Widerstandes und durch die Zickzacklinie 13b eine andere entsprechende Möglichkeit hierfür angedeutet. Die Begrenzungen der einzelnen Bereiche sind, soweit sie sich innerhalb des Materials des Bereiches 12 befinden, gestrichelt kenntlich gemacht.

Aufgrund der Erläuterungen zu der beschriebenen Ausfiihrungsform nach der Erfindung ist es dem Fachmann möglich, weitere Ausgestaltungen der Erfindung im Rahmen des Erfindungsgedankens zu realisieren bzw. aufzufinden. Zum Beispiel kann die metallische Belegung 16 zusammen mit der Elektrode 18 einstückig ausgeführt sein, anstelle der bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zweiteiligen Form. Für den Schottky-Metall-Halbleiterkontakt kann auch ein anderes hierfür geeignetes Material statt Aluminium verwendet sein. Es können mehr als zwei Elektroden entsprechend der Anzahl der P-halbleitenden Bereiche vorgesehen sein. Außerdem kann der jeweilige Leitungstyp der einzelnen halbleitenden Bereiche gegeneinander vertauscht sein.

Die Erfindung läßt sich nicht nur zusammen mit Transistoren, z. B. bipolaren Transistoren, sondern auch zusammen mit MOS-Feldeffekttransistoren mit Vorteil verwenden. Die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung kann für die verschiedensten integrierten Schaltkreise in weitem Umfang verwendet werden.

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Da die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung wie oben erwähnt wenigstens eine Majoritätsträger-Diode umfaßt, die zwischen dem ersten halbleitenden Bereich und wenigstens einem der zweiten halbleitenden Bereiche liegt, werden Ströme durch die Diode zwischen dem ersten und dem zweiten halbleitenden Bereich abgeleitet, wenn eine unnormal hohe positive Spannung am ersten halbleitenden Bereich oder am z^ten halbleitenden Bereich anliegt. Ein Zusammenbruch der Halbleitervorrichtung und/oder eine von der Sollfunktion abweichende Punktion des integrierten Schaltkreises kann dadurch wirksam verhindert werden. Außerdem kann mit der Erfindung ein Zusammenbrechen bzw. eine Schädigung der Halbleitervorrichtung verhindert werden, wenn an diese eine unerwünscht hohe Spannung an dem ersten halbleitenden Bereich oder an dem zweiten halbleitenden Bereich angelegt wird, z. B. durch eine falsche Schaltung oder eine falsche Polung des nach der Erfindung ausgebildeten integrierten Schaltkreises. Die erfindungsgemäß vorgesehene Majoritätsträger-Diode, speziell die Schottky-Diode, kann leicht hergestellt und das Terfahren zu ihrer Herstellung leicht ausgeführt werden. Dabei kann mit der Erfindung auch die Rate der Ausbeute verbessert werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.) Halbleitervorrichtung mit einem ersten halbleitenden Sereich eines ersten Halbleitungstyps und mit wenigstens einem zweiten halbleitenden Bereich eines zweiten Halbleitungstyps, der an bzw. in dem ersten halbleitenden Bereich angrenzt, womit bei Vorspannung in Sperrichtung in Bezug auf den ersten halbleitenden Bereich eine PET-Übergangsisolation zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich erreicht \ird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Majoritätsträger-Diode (16,12a) vorgesehen ist, die zwischen den ersten halbleitenden Bereich (12) und wenigstens einen der zweiten halbleitenden Bereiche (13,14) geschaltet ist, wobei durch diese Diode (16,12a) zwischen dem ersten halbleitenden Bereich (12) und dem zweiten halbleitenden Bereich (13) fließende Ströme bei Anliegen ungewöhnlicher Spannung am ersten halbleitenden Bereich (12) oder am zweiten halbleitenden Bereich (13) parallel abgeleitet werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Majoritätsträger-Diode eine Schottky-Diode (16,12a) ist, die sich über einen Anteil (12a) der Oberfläche des ersten halbleitenden Bereiches (12) erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schottky-Diode auch auf einen Anteil des zweiten halbleitenden Bereiches (13) erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallische Belegung (16) vorgesehen ist, die sich über einen Anteil (12a) der Oberfläche des ersten halbleitenden Bereiches (12) erstreckt und die als Schottky-MetalL-Halbleiterkontakt zusammen mit dem ersten halbleitenden Bereich (12) wirksam ist.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die metallische Belegung (16) auch auf einen Anteil des zweiten halbleitenden Bereiches (13) als Metall-Halbleiterkontakt erstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Belegung (16) aus Aluminium ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schottky-Diode von einem Schutzring (17,13) umgeben ist, der aus dem zweiten halbleitenden Bereich (13) entsprechendem halbleitendem Material gebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Belegung (16) sich bis über einen den Kontakt mit dem Anteil (12a) des ersten halbleitenden Bereiches (12) umgebenden, dem zweiten halbleitenden Bereich (13) entsprechenden halbleitenden Bereich (17) erstreckt, womit ein Schutzring um die Schottky-Diode (16,12a) gebildet ist.

9. Anwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.in einem elektronischen Gerät zum Schutz gegen Überspannungen.

10. Anwendung nach Anspruch 9 in Fernsehgerät.

Der Patentanwalt

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