DE2532847A1 - Integrierte zenerdiode - Google Patents
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Description
Deutsche ITT Industries GmbH U. Geisler 6
78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 Go/kn
22. JuIi 1975
DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG
FREIBURG I. BR.
Integrierte Zenerdiode
Die Erfindung beschäftigt sich mit einer integrierten Zenerdiode.
Darunter soll eine integrierte Schaltung verstanden werden, welche die Strom-Spannung-Kennlinie der bekannten pn-Zenerdiode aufweist
und die als Zweipol integrierbar ist. Unter einer Zenerdiode soll ferner eine pn-Diode verstanden werden, deren DurchbruchsmechanisiTius
vom Zenerdurchbruch und nicht vom sogenannten "avalanche"-Effekt
beherrscht wird, also eine pn-Diode mit negativem Temperaturkoeffizienten der Durchbruch spannung unterhalb von etwa 5 V. Dazu
wird auf die Zeitschrift "Electronic Industries" (Februar 1959), Seiten 78 bis 83 verwiesen.
Bekanntlich werden Zenerdioden entsprechend von ausgewählten Bereichen
der Zenerdurchbruchspannung nach Typen klassifiziert. Ein Problem bei der Massenherstellung ist die Erzielung bestimmter,
von Kunden gewünschter Typen. Eine solche Typenzielung erfolgt bei
6 0 9 8 8 h I 0 6 A 3 ~ 2 ~
Fl 858 U. Geisler 6
der Herstellung herkömmlicher Zenerdioden durch Wahl von Halbleitermaterial
bestimmten spezifischen Widerstandes und ist um so schwieriger, je geringere Toleranzen der Durchbruchspannungen gefordert
werden.
Aufgabe der Erfindung ist daher, die Typenzielung weniger abhängig
von den Toleranzen des spezifischen Widerstandes vom verwendeten Halbleitermaterial zu machen.
Die Erfindung betrifft somit eine integrierte Zenerdiode mit einer
Abbruchspannung von weniger als etwa 5 V. Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des
anliegenden Anspruchs 1 angegebene Ausbildung gelöst.
Vorzugsweise wird die integrierte Zenerdiode nach der Erfindung durch eine planare Ausbildung der Transistoren in einer Epitaxschicht
des einen Leitungstyps auf einem plattenförmigen Substrat des anderen Leitungstyps realisiert. Dies ermöglicht die Massenherstellung innerhalb
einer in die einzelnen integrierten Zenerdioden zu zerteilenden Halbleiterplatte unter Anwendung von photolithographischen Ätzprozessen
und Planardiffusionsprozessen, welche von einer Oberflächenseite der Halbleiterplatte erfolgen.
Eine solche planare Ausbildung der integrierten Zenerdiode nach der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert,
deren
Fig. 1 das Ersatzschaltbild der integrierten Zenerdiode nach der Erfindung und deren
Fig. 2 die Querschnittsansicht senkrecht zur Plattenebene durch die Zonen einer integrierten Zenerdiode in
planarer Ausbildung nach der Erfindung
betreffen.
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""■ ό "™
Fl 858 U. Geisler 6
Bei. der Zenerdiode nach der Erfindung wird gemäß der Schaltung
nach der Fig. 1 die Emitter-Kollektor-Strecke E2, B2, C„ eines
Lasttransistors verwendet, welcher entsprechend dem Plus-Zeichen und der Verwendung eines pnp-Transistors T2 gemäß der Fig. 1 in
Flußrichtung gepolt ist. Die Basis dieses Lasttransistors T2 liegt
über dem Widerstand R an seinem eigenen Emitter E2. Parallel zu
diesem Widerstand R liegt mit der Kollektorseite an der Basis B2
des Lasttransistors T„ die Emitter-Kollektor-Strecke E.., B.., C.
eines weiteren Transistors T1, der als Transistor ohne Basisanschluß
oder auch als Transistor mit einem Emitter E... als Basisanschluß
aufgefaßt werden kann. Es entfällt also ein ohmscher Basisanschluß, der zusätzliche Halbleiteroberfläche beanspruchen würde.
Die Basis B„ des Lasttransistors T2 ist ferner mit dem Kollektor C
des Lasttransistors T2 über eine weitere in Flußrichtung gepolte
Emitter-Kollektor-Strecke E2-, B.., C. des weiteren Transistors T1
verbunden.
Während die Grobwahl bei der gezielten Typenherstellung bei der Basisdiffusion erfolgt, ist zur Feinwahl einer Type der integrierten
Zenerdiode entsprechend eines verengten Toleranzbereichs der Zenerspannungen in der Basiszone des weiteren Transistors T1 noch
mindestens ein weiterer Emitter bzw» eine weitere Emitterzone E^1
vorgesehen, welche wie der Emitter E11 ebenfalls mit dem Emitter E2
des Lasttransistors T2 verbunden werden kann.
Bei der planaren Ausbildung der integrierten Zenerdiode nach der Erfindung gemäß der Fig. 2 werden die Zonen der beiden Transistoren
T1 und T? in die Epitaxschicht des einen Leitungstyps durch das
bekannte Planardiffusionsverfahren eingebracht. Zu diesem Zweck sind zwei Planarprozesse erforderlich. Beim ersten Planarprozeß
wird die Emitterzone E2 des Lasttransistors T_ gleichzeitig mit der
Basiszone B1 des weiteren Transistors T1 eindiffundiert, während
beim zweiten Planarprozeß die Emitterzonen E11, E21' E31 und 9e<?e~
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Fl 858 . U. Geisler 6
benenfalls auch weitere Emitterzonen in die Basiszone B. des
weiteren Transistors T1 eingebracht werden.
Die Kollektorzone C1 des weiteren Transistors T1 und die Basiszone
B? des Lasttransistors T2 ist bei der planaren Ausbildungsform
der integrierten Zenerdiode nach der Erfindung also als zusammenhängende
Epitaxschicht 5 ausgebildet. Das plattenförmige Substrat 4 ist unterhalb der Emitterzone E» des Lasttransistors T2
als Kollektorzone C2 dieses Lasttransistors T2 wirksam und ist
mit dem ohmschen Kontakt 6 versehen.
Der andere ohmsche Kontakt 7, der bei einer Ausfuhrungsform mit
einem pnp-Lasttransistor T2 und einem npn-Transistor T. das positivere
Potential erhält, ist mit einer Kontaktschicht 8 verbunden, welche die Emitterzone E3, die Basiszone B2 innerhalb einer rahmenförmigen
Emitterzone E2 des Lasttransistors T3 und die Emitterzone
sowie entsprechend der getroffenen Typenwahl noch eine oder mehrere weitere Emitterzonen E-.. ... kontaktiert. Der Widerstand R wird dadurch
durch einen halbleitenden Kanal 1 als Teilzone der Basiszone des Lasttransistors T5 innerhalb der rahmenförmigen Emitterzone E2
des Lasttransistors T„ und der den Emitter-Basis-Übergang 2 innerhalb
der rahmenförmigen Emitterzone E~ kurzschließenden Kontaktierungsschicht
3 realisiert. Als Material für diese Kontaktierungsschicht kann Ippispielsweise ein Metall wie Aluminium verwendet
werden.
Bei der integrierten Zenerdiode nach der Erfindung ist ferner noch
an der Grenzfläche zwischen der Epitaxschicht 5 und dem Substrat 4 eine vergrabene Schicht auch des anderen Leitungstyps, also des
Leitungstyps der Epitaxschicht 5, vorgesehen, die unterhalb des Emitters E~ des Lasttransistors T„ eine Aussparung aufweist. Während
die vergrabene Schicht 8 unterhalb der Basiszone B1 des weiteren
Transistors T1 den Kollektorbahnwiderstand herabsetzt, fehlt
sie unterhalb der Emitterzone E2 des Lasttransistors T2, da sie
dort den Minoritätsladungsträgerstrom beeinträchtigen würde.
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Die planare Ausbildung der integrierten Zenerdiode nach der Erfindung
gemäß der Fig. 2 weist ferner noch eine sie umgebende Isolationszone 9 vom Leitungstyp des Substrats auf, welche die
Epitaxschicht 5 durchdringt. Sie dient einerseits zur Kontaktierung der Emitterzone E31 des weiteren Transistors T.. über die Kontaktschicht
10 mit dem Substrat 4. Andererseits gewährleistet die Isolationszone, daß sämtliche pn-Obergänge der integrierten Zenerdiode
durch die Oberflächenschutzschicht 11 geschützt bleiben. Nach Zerteilung der Halbleiterplatte würde nämlich seitlich der
Übergang zwischen dem Substrat 4 und der Epitaxschicht 5 an einer im Kristallgitter gestörten Oberfläche enden.
Die integrierte Zenerdiode nach der Erfindung kann natürlich auch
insofern mesaförmig realisiert werden, als anstelle der Isolationszone
9 die Umfangsflache eines Mesas zu liegen kommt, der auf
einer isolierenden Schutzschicht die Kontaktierungsschicht 10 trägt.
Zur Feinwahl bei der Typenzielung sind bei der integrierten Zenerdiode
nach der Erfindung vorzugsweise noch weitere Emitterzonen, beispielsweise E31, des weiteren Transistors T1 vorgesehen, welche
mit der Emitterzone E„ des Lasttransistors T~ entsprechend der herzustellenden
Type kontaktiert werden. Die Feineinstellung bei der Typenwahl erfolgt über die Einstellung des Flächenverhältnisses
der Gesamtfläche sämtlicher mit der Emitterzone E? des Lasttransistors
T„ verbundener Emitter im Verhältnis zur Fläche der Emitterzone
E31 des weiteren Transistors T-, welcher mit dem Kollektor C„
des Lasttransistors T3 kontaktiert ist. In der Praxis ergibt sich
dabei etwa eine Änderung der Zenerspannung von etwa 0,8 V bei einer Änderung dieses Flächenverhältnisses um den Faktor 4. ·
Die Grobeinstellung bei der gezielten Herstellung einer bestimmten
Type erfolgt dagegen bei der Basisdiffusion über die Oberflächen-
609884/0643 ·· - 6 -
Fl 858 U. Geisler
konzentration. Diese Oberflächenkonzentration bestimmt nämlich die Durchbruchspannung der mit der Emitterzone E2 des Lasttransistors
T~ verbundenen Emitterzonen des weiteren Transistors T1 ,
die im Gegensatz zu der mit der Kollektorzone C~ des Lasttransistors
T2 verbundenen Emitterzone E2- in Sperrichtung betrieben
werden.
Von Vorteil ist, daß der differentielle Widerstand der integrierten
Zenerdiode nach der Erfindung vorwiegend von der Stromabhängigkeit des Stromverstarkungsfaktors der Transistoren und praktisch nicht
von der "Zenerspannung" von in Sperrichtung betriebenen pn-übergängen
abhängt. Aufgrund dieses Sachverhalts ergibt sich der Vorteil eines bis um den Faktor 3 verminderten differentiellen Widerstandes
im Vergleich zu herkömmlichen, nicht integrierten Zenerdioden.
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Claims (6)
- Fl 858 U. Geisler 6PatentansprücheΛ . ) Integrierte Zenerdiode mit einer Äbbruchspannung von weniger als etwa 5 V, dadurch gekennzeichnet, daß als Zenerdiode die Emitter-Kollektor-Strecke (E2, B2, C2) eines in Flußrichtung gepolten Lasttransistors (T2) verwendet wird, dessen Basis (B2) über einen Widerstand (R) und eine dazu parallel und kollektorseitig an der Basis (B2) geschaltete Emitter-Kollektor-Strecke (E--, B1, C1) eines weiteren Transistors (T1) mit seinem Emitter (E2) und über eine weitere in Flußrichtung betriebene Emitter-Kollektor-Strecke (E2, B1, C1) des weiteren Transistors (T1) mit seinem Kollektor (C3) verbunden ist.
- 2. Integrierte Zenerdiode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die planare Ausbildung der Transistoren (T1, T2) in einer Epitaxschicht (5) des einen Leitungstyps auf einem plattenförmigen Substrat (4) des anderen Leitungstyps.
- 3. Integrierte Zenerdiode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Grenzfläche zwischen der Epitaxschicht (5) und dem plattenförmigen Substrat (4) eine vergrabene Schicht (8) des einen Leitungstyps angeordnet ist, die unterhalb des Emitters (E2) des Lasttransistors (T2) eine Aussparung aufweist.
- 4. Integrierte Zenerdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R) durch einen halbleitenden Kanal (1) als Teilzone der Basiszone (B3) des Lasttransistors (T2) innerhalb einer rahmenförmigen Emitterzone (E2) des Lasttransistors (T3) und einer den Emitter-Basis-pn-übergang (2) innerhalb der rahmenförmigen Emitterzone (E3) kurzschließenden Kontaktschicht (3) realisiert ist.609884/0643Fl 858 U. Geisler 6
- 5. Integrierte Zenerdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Transistor (T.) mindestens eine weitere Emitterzone (E^1 .-.) aufweist, welche mit dem Emitter (E0) des Lasttransistors (T9) zur Typenauswahl verbunden ist.
- 6. Integrierte Zenerdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine die Transistoren (T1, T9) umgebende und die Epitaxschicht (5) durchdringende Isolationszone (9) vom Leitungstyp des Substrats (4).609884/0643
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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D2 | Grant after examination | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |