DE2707744A1 - Halbleiteranordnung mit sicherungsschaltung - Google Patents

Halbleiteranordnung mit sicherungsschaltung

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Description

PHN. 8315 15.2.1977.
Halbleiteranordnung mit Sicherungsschaltung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper mit einer integrierten Schaltung mit mindestens zwei Speisungselektroden, einer Eingangselektrode und einer Ausgangselektrode, wobei zwischen einer ersten und einer zweiten dieser Elektroden eine Sieherungsschaltung mit einem bipolaren lateralen Sicherungstransistor vorhanden ist, der durch an eine Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzende Emitter- und Kollektorzonen von einem ersten Leitungstyp gebildet wird die in einem an die Oberfläche grenzenden Basisgebiet vom
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PHN. 8315.
15.2.77. - 7 -
5 27077AA
zweiten Leitungstyp erzeugt und von diesem Gebiet umgeben sind, welches Basisgebiet einen Anschlusskontakt enthält, wodurch in dem Stromweg von diesem Anschlusskontakt zu der zwischen der Emitter- und der Kollektorzone liegenden aktiven Basiszone ein durch einen Teil des Basisgebietes gebildeter Widerstand vorhanden ist, wobei die Emitterzone, der Anschlusskontakt und die genannte erste Elektrode elektrisch miteinander verbunden sind und die Kollektorzone elektrisch mit der genannten zweiten Elektrode verbunden ist.
Aus der US-PS 3 739 238 ist eine Halbleiteranordnung bekannt, bei der Durchschlag zwischen der Gate-Elektrode und dem darunterliegenden Substrat eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate entweder beim Betrieb oder infolge des Aufladens während der Handhabung durch das Vorhandensein eines bipolaren Sicherungstransistors vermieden wird, dessen Emitter mit der Gate-Elektrode verbunden ist, während sowohl der Kollektor des Bipolartransistors als auch die Source-Elektrode des Feldeffekttransistors an der geerdeten Speisungselektrode liegen, wobei die Basis des Bipolartransistors nicht mit einem Anschluss versehen ist und somit an einem schwebenden Potential liegt. Dabei tritt Durchschlag zwischen Emitter und Kollektor bei geöffneter Basis auf, wobei nach Durchschlag in beiden Richtungen der Differentialwiderstand sehr klein sein kann.
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,,'■- : PHN. 8315.
15.2.77. - * -
<, 27077ΑΑ
Einem Sicherungstransistor mit schwebender Basis haftet aber ein grosser Nachteil an. Der Uebergang von dem nichtleiten.den in den leitenden Zustand bei einem Bipolar-r transistor mit schwebender Basis tritt nämlich bereits bei einem sehr geringen Strom durch den Transistor (dem Einschaltstrom) auf, während ausserdem, nachdem durch das Auftreten dieses Durchschlags der Transistor in den leitenden Zustand gelangt ist, der Mindeststrom, der benötigt wird, um den Transistor in dem leitenden Zustand zu halten, (der-Ausschaltstrom), sehr klein ist. Dadurch wird einerseits die Sicherung oft zu leicht wirksam, während andererseits nach dem Wirksamwerden der Sicherungsschaltung und nach der Beendigung der Notwendigkeit dieser Wirksamkeit der Transistor manchmal nicht mehr automatisch von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand gelangt und sich in diesen Zustand nur schwer zurückversetzen lässt.
Die Erfindung bezweckt u.a., eine Halbleiteranordnung mit einer integrierten Schaltung mit einer Sicherung gegen Ueberspannungen zwischen zwei Elektroden zu schaffen, wobei der Differentialwiderstand der Sicherungsschaltung im leitenden Zustand in beiden Richtungen sehr niedrig ist.
Die Erfindung bezweckt weiter, eine integrierte Schaltung mit einer Sicherungsanordnung zu schaffen, die nicht zu leicht wirksam wird und die nach dem Verschwinden
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PHN. 8313.
15-2.77. -K-
der Ueberspannung automatisch und schnell in den ursprünglichen nichtleitenden Zustund zurückkehrt.
Dazu ist eine Halbleiteranordnung der eingangs
beschriebenen Art nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgebiet innerhalb des Halbleiterkörpers völlig von einem an die Oberfläche grenzenden Substratgebiet vom ersten Leitungstyp umgeben ist, das mit dem Basisgebiet einen pn-Uebergang bildet.
Es sei bemerkt, dass, wo in dieser Anordnung von der Emitterzone und der Kollektorzone des genannten Bipolartransistors die Rede ist, unter der Kollektorzone diejenige der genannten Oberflächenzonen vom ersten Leitungstyp verstanden wird, deren pn—Uebergang mit der Basiszone bei den üblichen Betriebsspannungen in der Sperrichtung geschaltet ist.
Die Halbleiteranordnung nach der Erfindung besitzt eine Sicherung, die für beide Richtungen der über ihr stehenden Spannung im leitenden Zustand einen sehr niedrigen differentiellen Widerstand aufweist. Ein weiterer wichtiger Vorteil einer Anordnung mit einer Sicherungsschaltung nach der Erfindung ist der, dass der Strom, bei dem die Sicherungsschaltung von dem nichtleitenden in den leitenden Zustand gelangt, sowie der Mindeststrom, bei dem die Sicherungsschaltung in dem Jei^-jnden Zustand bleiben kann, nicht unzulässig klein sind um innerhalb gewisser Grenzen
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PHN. 8315· 15.2.77.
durch passende Wahl der Geometrie der Anordnung geregelt werden kerben".
Da der pn-Uebergang zwischen dem Basisgebiet und dem Substratgebiet nicht das Wirksamwerden der Sicherung einleitet, sondern stets auf einer praktisch festen Sperrspannung gehalten werden kann, werden das Potential dieses Substratgebietes und das der darin weiter gebildeten Zonen in geringerem Masse von dem Ein- und Ausschalten der Sicherung beeinflusst.
Dadurch, dass weiter der Teil des Basisgebietes zwischen dem Anschlusskontakt und der aktiven Basiszone einen Nebenschlusswiderstand über dem pn-Uebergang zwischen der Emitterzone und dem Basisgebiet bildet, werden der Ein- und der Ausschaltstrom beide grosser sein als wenn die Basis des Transistors an einem schwebenden Potential liegt.
Beim Erzeugen einer Spannung in umgekehrter
Richtung zwischen dem Anschlusskontakt auf dem Basisgebiet und der Kollektorzone, wobei der pn-Uebergang zwischen dem Basisgebiet und der Kollektorzone in der Durchlassrichtung geschaltet ist, wirkt die Sicherung wie eine pn-Diode in der Durchlassrichtung in Reihe mit einem durch das Basisgebiet gebildeten Widerstand zwischen dem Anschlusskontakt und der Kollektorzone. Dieser Widerstand ist dabei aber im allgemeinen vernachlässigbar klein
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PHN. 8315.
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infolge von Leitungsmodulation durch die Vielzahl aus der Kollektorzone in das Basisgebiet injizierter Minoritätsladungsträger. Die Sicherung wirkt also in beiden Richtungen.
Die Sicherung nach der vorliegenden Erfindung kann mit Vorteil zur Sicherung gegen Ueberspannungen einer Speiseelektrode und dem Eingang einer integrierten Schaltung verwendet werden. Die Anordnung nach der Erfindung ist aber nicht nur als Eingangssicherung, sondern auch als Sicherung zwischen zwei beliebigen Elektroden, vorzugsweise als Speisesicherung zwischen zwei Speiseelektroden, anwendbar, wobei in beiden Fällen natürlich der übrige Teil der Schaltung auf geeignete Weise angepasst werden muss. Die Sicherungsschaltung nach der Erfindung dient im allgemeinen als Sicherung gegen Ueberspannung zwischen den beiden Elektroden, zwischen denen die Sicherungsschaltung eingeschaltet ist. In vielen "Fällen wird diese Ueberspannung direkten Durchschlag zwischen den beiden genannten Elektroden herbeiführen können und richtet sich die Sicherung somit direkt auf die Vermeidung dieses unmittelbaren Durchschlags.
In anderen Fällen wird dagegen Ueberspannung zwischen den beiden genannten Elektroden nicht zwischen diesen Elektroden, sondern anderswo Beschädigungen in der Schaltung verursachen können; auch dann dient eine zwischen den beiden Elektroden angeordnete Sicherungsschaltung dazu, derartige Beschädigungen zu vermeiden. Die Sicherungsschaltung nach der Erfindung
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lässt sich nicht nur in Schaltungen mit Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate anwenden, sondern kann, wie aus Nachstehendem hervorgehen wird, auch mit Vorteil in Schaltungen mit z.B. Uebergangsfeldeffekttransistoren("Junktion FET's) und in Bipolarschaltungen verwendet werden.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Querschnitt durch eine Anordnung nach der Erfindung,
Fig. 2 das Schaltbild entsprechend der Anordnung nach Fig. 1,
Fig. 3 schematisch die Strom-Spannungs-Kennlinie der Sicherungsschaltung der Anordnung nach Fig. 1 und 2, Fig. h teilweise schematisch im Querschnitt und teilweise als Schaltbild eine andere Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung,
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 4,
Fig. 6 schematisch das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung,
Fig. 7 schematisch im Querschnitt eine noch weitere Ausführungsform einer Anordnung nach der Erfindung, Fig. 8 das Schaltbild einer Anordnung nach der Erfindung mit einer bipolaren integrierten Schaltung,
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PHN. 8315.
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Fig. 9 schematisch im Querschnitt die Struktur der Anordnung nach Fig. 8, und
Fig. 10 schematisch im Querschnitt eine Anordnung nach der Erfindung mit einem Uebergangsfeldeffekttransistor.
Die Figuren sind schematisch und nicht masstäblich gezeichnet. In den Querschnitten sind Halbleitergebiete vom gleichen Leitungstyp in derselben Richtung schraffiert. Entsprechende Teile sind in den verschiedenen Ausführungsbeispielen in der Regel mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Fig. 1 zeigt schematisch im Querschnitt eine Halbleiteranordnung nach der Erfindung, von der Fig. 2 das Schaltbild darstellt. Die Halbleiteranordnung nach diesem Beispiel enthält einen Halbleiterkörper 1 aus Silizium, der eine integrierte Inverterschaltung mit zwei komplementären Feldeffekttransistoren, und zwar einem n-Kanaltransistor T. und einem p-Kanaltransistor T,, mit isolierter Gate-Elektrode enthält, wobei eine einseitige Eingangssicherung zur Vermeidung von Durchschlag zwischen den isolierten Gate-Elektroden und der darunterliegenden Halbleiteroberfläche über die zwischenliegende Isolierschicht angeordnet ist. Ein derartiger Durchschlag kann im Betriebszustand auftreten (wobei an der Anschlussklemme 13 eine positive Spannung gegenüber der Anschlussklemme 12 liegt), aber er kann auch ausser Betrieb durch
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statische Aufladung der Gate-Elektroden während der Handhabung auftreten.
Die integrierte Schaltung enthält eine erste Speisungselektrode 2, eine zweite Speisungselektrode 3t eine Eingangselektrode 4 und eine Ausgangselektrode 5, wobei diese Elektroden in Fig. 2 teilweise schematisch als Linien dargestellt sind, aber tatsächlich alle aus leitenden Schichten bestehen. Die Elektroden 2, 3 und 5 sind direkt mit den Anschlussklemmen 12, 13 und 15 verbunden, während dagegen die Eingangselektrode h aus nachstehend anzugebenden Gründen über einen Reihenwiderstand mit dem Eingangsanschluss 14 verbunden ist. Der Widerstand 6, der hier schematisch dargestellt ist, kann ein Aussenwiderstand, aber kann auch eine Widerstandsschicht, z.B. eine Schicht aus polykristallinem Silizium sein, die durch eine Isolierschicht von der Halbleiteroberfläche getrennt ist; auch kann er ein diffundierter oder ein durch Ionenimplantation gebildeter Widerstand sein. Die Eingangselektrode k enthält die miteinander verbundenen Gate- Elektroden 8 und 7 der komplementären Feldeffekttransistoren T1 und T„, die durch Isolierschichten 10 und 9 aus Siliziumoxid von der Halbleiteroberfläche getrennt sind. Der Transistor T2 ist ein p-Kanaltransistor mit p-leitenden Source- und Drain-Zonen 25 und 26; der Transistor T^ ist ein n-Kanaltransistor mit η-leitenden Source- und Drain-
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Zonen 28 und 27, die in einem p-rleitenden Gebiet 29 erzeugt sind, das Aröllig von dem η-leitenden Substratgebiet 11 umgeben ist und mit diesem einen pn-Uebergang 31 bildet. Für die gegenseitige Trennung der Transistoren T1, T„ und T„ wird in diesem Beispiel auf bekannte Weise ein versenktes Oxidmuster 30 verwendet, das die Transistoren völlig umschliesst. Das Vorhandensein eines derartigen versenkten. Oxidmusters ist aber nicht notwendig. Das Gebiet 11 ist über eine Kontaktschicht 37 und einen Leiter 38 mit der Klemme 13 verbunden.
Zwischen einer ersten und einer zweiten der
genannten Elektroden ist eine Sicherungsschaltung angeordnet, In diesem Beispiel ist dabei als erste Elektrode die an Erde liegende Speisungselektrode 2 und als zweite Elektrode die Eingangselektrode h gewählt. Die Sicherungsschaltung enthält einen bipolaren lateralen Sicherungstransistor T„, dessen Emitterzone mit der Speisungselektrode 2 und dessen Kollektorzone mit der Eingangselektrode k verbunden ist.
Dieser Transistor wird durch an eine Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzende Emitter- und Kollektorzonen (16, 17) von einem ersten Leitungstyp (hier dem n-Leitungstyp) gebildet, die in einem an die Oberfläche grenzenden Basisgebiet 18 vom zweiten (hier p-)Leitungstyp erzeugt und von diesem Gebiet umgeben sind. Dieses Basis-
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PIIN. 8315. 15.2.77.
gebiet 18 enthält einen Anschlusskontakt 21, wodurch in dem Stromweg von diesem Anschlusskontakt 21 zu der zwischen der Emitter- und der Kollektorzone (i6, 17) liegenden aktiven Basiszone 20 ein durch einen Teil des Basisgebietes gebildeter Widerstand (in Fig. 1 gestrichelt mit 22 bezeichnet) vorhanden ist. Die Emitterzone 16, der Anschlusskontakt und die genannte erste Elektrode 2 sind elektrisch miteinander verbunden, während die Kollektorzone 17 elektrisch mit der genannten zweiten Elektrode k verbunden ist. Nach der Erfindung wird nun das Basisgebiet 18 innerhalb des Halbleiterkörpers völlig von einem an die Oberfläche grenzenden Substratgebiet 11 vom ersten (hier n-)Leitungstyp umgeben, das mit dem Basisgebiet 18 einen pn-Uebergang I9 bildet.
Der Wirkung der Sicherung in der beschriebenen Anordnung liegt folgendes zugrunde. Zwischen den Anschlussklemmen 14 und 12 kann entweder beim Betrieb durch eine Spitze auf der Eingangsspannung oder durch Aufladung während der Handhabung eine Spannung auftreten, die die Gefahr vor Durchschlag der Gate-Elektrodenisolierschicht mit sich bringt. Wenn diese Spannung eine derartige Polarität aufweist, dass dadurch der pn-Uebergang 23 zwischen der Kollektorzone I7 und dem Basisgebiet 18 in der Sperrichtung geschaltet ist, wird beim Ueberschreiten eines bestimmten Spannungswertes dieser pn-Uebergang 23
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;?,. P-IN. 8315.
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über einen Lawineneffekt durchschlagen. Der Strom, der infolgedessen zwischen der Kollektorzone 17 und dem Anschlusskontakt 21 durch das Basisgebiet 18 fliesst, führt in diesem Gebiet 18 über dem Widerstand 22 einen Spannungsabfall herbei, wodurch über dem pn-Uebergang zwischen der Emitterzone 16 und dem Basisgebiet 18 eine Spannung in der Durchlassrichtung erhalten wird und dieser Uebergang 2k Ladungsträger in das Basisgebiet 18 zu injizieren beginnt. Der Bipolartransistor T_ gelangt dadurch in den leitenden Zustand mit sehr niedrigem differentiellem Widerstand infolge der Wechselwirkung zwischen der Verstärkung des Transistors und der Lawinenvervielfachung an dem in der Sperrichtung geschalteten pn-Uebergang 23.
In Fig. 3 ist schematisch die Strom-Spannungs-Kennlinie des Sicherungstransistors T_ dargestellt, wobei als Abszisse die Spannung V zwischen der Eingangselektrode k und Erde und als Ordinate der Strom I von der Eingangselektrode 4 zu Erde aufgetragen ist. Der Ausschaltstrom I. und die Ausschaltspannung V. , bei denen nach Durchschlag die Sicherung noch gerade in dem "leitenden Zustand" bleibt, und der Einschaltstrom I. und die Einschaltspannung V. , bei denen die Sicherung wirksam wird, sind ebenfalls in Fig. 3 angegeben. Diese Figur ist übrigens nur qualitativ und dient nur zur Darstellung - der allgemeinen Form der erhaltenen V-I-Kurve. Der
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Differentialwiderstand (der Wert -τττ) nach Durchschlag ist sehr klein. Der Ausschaltstrom I, und der Einschaltstrom I
h tr
sind durch das Vorhandensein des durch einen Teil des Basisgebietes 18 gebildeten Widerstandes 22 nicht besonders niedrig, so dass es nicht schwierig ist, die Sicherung wieder in den nichtleitenden Zustand zu versetzen, während weiter verhindert wird, dass die Sicherung vorzeitig wirksam wird.
In diesem Beispiel ist zwischen der Eingangselektrode k und dem äusseren Eingangsanschluss 14 ein Reihenwiderstand 6 angeordnet, um die zuletzt genannten günstigen Eigenschaften der Sicherung noch zu verbessern. Wenn der Wert dieses Widerstandes 6 gleich R ist, ist in dem Zustand, in dem der Transistor T~ noch gerade leitend ist, der Spannungsabfall über diesem Widerstand gleich I, χ R, während die Spannung zwischen der Eingangsklemme und Erde dann V. + I, χ R beträgt. Bei einem bestimmten Wert von V. kann dann R derart gross gewählt werden, dass die Spannung zwischen der Klemme Ik und Erde, bei der der Transistor T_ noch gerade leitend ist, grosser als die maximale Speisespannung ist, die normalerweise zwischen der Klemme 13 und Erde steht. In diesem Falle wird nach dem Wegfallen der Spannungsspitze an der Klemme 14 die Sicherung automatisch wieder in den nichtleitenden Zustand zurückkehren.
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,Λ- PHN. 8315.
15.2.77. -IA-
Wenn die Spannungsspitze an der Elektrode 4 eine entgegengesetzte Polarität aufweist, wirkt die Sicherungsschaltung zwischen den Elektroden 2 und k wie eine in der Durchlassrichtung geschaltete Diode (pn-Uebergang 23) mit einem mit ihr in Reihe geschalteten Widerstand. In Abhängigkeit von dem dann durch die Sicherungsschaltung fliessenden Strom kann dieser Widerstand durch Leitungsmodulation infolge über dem pn-Uebergang 23 aus der Kollektorzone 17 in das Basisgebiet 18 injizierter Elektronen sehr klein werden. Um einen möglichst niedrigen Reihenwiderstand zu erhalten, wird vorzugsweise auch die Geometrie daran angepasst. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist in diesem Beispiel der Anschlusskontakt auf einer zu dem Basisgebiet gehörigen an die Oberfläche grenzenden p-leitenden Kontaktzone 32 angeordnet, die eine höhere Dotierung als der angrenzende Teil des Gebietes 18 aufweist.
Um zu vermeiden, dass zwischen den n-leitenden Zonen 16 und 17 an der Oberfläche ein Inversionskanal gebildet wird, wodurch die Wirkung des Transistors T» beeinträchtigt wird, ist über der aktiven Basiszone 20 des lateralen Bipolartransistors T„ eine durch eine Isolierschicht 33» z.B. aus Siliziumoxid, von dem Basisgebiet getrennte Feldelektrode 3k, z.B. aus polykristallinem Silizium, angeordnet, die gleichstrommässig mit der Emitterzone 16 verbunden ist. Ausserdem ist im vorliegenden
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PHN. 8315. 15.2.77.
11 27077U
Beispiel, um mögliche Aenderungen in dem Widerstand 22 infolge einer etwaigen Inversionsschicht zwischen der Kontaktzone 32 und der Emitterzone 16 zu vermeiden, zwischen der Kontaktzone 32 und der Emitterzone 16 eine durch eine Isolierschicht 35» z· B.aus Siliziumoxid, von dem Basisgebiet 18 getrennte Feldelektrode 36, z.B. aus polykristallinem Silizium, angeordnet, die gleichfalls gleichstrommässig mit der ersten Emitterzone 16 verbunden ist. Das Vorhandensein der Feldelektroden 3^ und 36 ist manchmal erwünscht, aber nicht notwendig.
Zur Herabsetzung des Widerstandes 22 wird die Kontaktzone 32 vorkommendenfalls vorzugsweise derart angeordnet, dass sie an die Emitterzone 16 grenzt, die sich zwischen dem Anschlusskontakt 21 und der Kollektorzone befindet. Dies ist in Fig. 4 veranschaulicht, in der nur die Sicherungsgestaltung im Schnitt dargestellt ist, während der verbleibende Teil der integrierten Schaltung schematisch mit IC angegeben ist und die Bezugsziffern denen der Fig. 1 entsprechen. Fig. h zeigt weiter eine symmetrischere Ausführung der Sicherungsschaltung, die in Fig. 5 in Draufsicht dargestellt ist. Ausserdem sind in dem Beispiel nach den Fig. h und 5 die Kontaktzone 32 und die Emitterzone i6 an der Oberfläche durch die Metallschicht 21 in bezug aufeinander kurzgeschlossen. Ferner ist im Beispiel nach Fig. h und 5 kein versenktes Oxidmuster • verwendet.
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PHN. S3"j.
15.2.77. - Vt> -
In den an Hand der Fig. 1 bis 5 beschriebenen
Beispielen sind die Emitter- und die Kollektorzone 16 und des Sicherungstransistors T„ mit zwei Elektroden verbunden, von denen die eine die an Erde (oder an einem anderen Bezugspotential) liegende Speisungselektrode 2 ist, während die andere Elektrode die Eingangselektrode h ist. Auf diese Weise wird eine Eingangssicherung erhalten. Der Sicherungstransistor T„ kann jedoch auch derart geschaltet werden, dass die genannte "zweite" Elektrode die Speisungselektrode ist. In diesem Falle wird eine Speisungssicherung gegen-Ueberspannungen zwischen den Anschlüssen 12 und 13 erhalten. Das Schaltbild erhält dann z.B. die in Fig. 6 dargestellte Form. In diesem Falle kann jedoch zwischen dem Speisungsanschluss 13 und dem Sicherungstransistor T_ kein Reihen- widerstand verwendet werden, da der über diesem Widerstand auftretende Spennungsabfall in einem Speisekreis unzulässig ist. Um dennoch die Mindestspannung, bei der die Sicherung in dem leitenden Zustand bleibt, niedriger als die übliche Speisespannung zu halten, so dass nach Wiederherstellung des normalen,Zustandes die Sicherung wieder in den nichtleitenden Zustand zurückkehrt, kann der Verstärkungsfaktor des Sicherungstransistors T_ herabgesetzt werden, z.B. dadurch, dass der Abstand zwischen der Emitter- und der Kollektorzone 16 und 17 vergrössert wird, wodurch auch der Unterschied zwischen den Spannungen V. und V
ν- : PHN. 8315.
15.2.77. - Vf -
(Fig. 3) erheblich abnimmt . In diesem Falle kann der laterale Transistor T_ nach Durchschlag des Kollektor-Basis-Uebergangs aber keinen hohen Strom führen. Die Sicherung ist jedoch trotzdem genügend, weil sich herausgestellt hat, dass in diesem Falle der vertikale Transistor, der durch die Zonen 16, 18 und 11 gebildet wird, einen grossen Teil des nach Durchschlag auftretenden Stroms führt. Dies ist ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung in bezug auf die Anordnung nach der genannten britischen Patentschrift 1 337 220. Dies ist natürlich von den gegenseitigen Abständen der pn-Uebergänge 19i 23 und 2k und den verwendeten Dotierungen abhängig; diese Grossen können alle vom Fachmann, je nach den vorliegenden Bedingungen, passend gewählt werden. Ausser der Speisungs— sicherung ist in Fig. 6 auch eine Eingangssicherung (22·. T') angeordnet, wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben wurde.
Der Anschlusskontakt 21 kann, wie schematisch im Querschnitt in Fig. 7 dargestellt ist, auch zwischen den Zonen 16 und 17 angeordnet werden. In diesem Falle wird der Widerstand 22 durch den Streuungswiderstand des Anschlusskontakts 21 und die gegebenenfalls dazu gehörende hochdotierte Zone 32 gebildet. Im allgemeinen wird es jedoch erwünscht sein, die Emitterzone 16 zwischen der Kollektorzone 17 und dem Anschlusskontakt 21 anzuordnen,
70983 υ/0861
FHN. 8315. 15.2.77.
wie in den vorhergehenden Beispielen, um Werte der Ein- und Ausschaltströme und -spannungen zu erhalten, die nicht zu niedrig, aber auch nicht zu hoch sind. Auch sind Kombinationen dieser Fälle möglich.
Der bipolare laterale Sicherungstransistor T„ mit herabgesetztem Verstärkungsfaktor nach Fig. 6 kann auch mit Vorteil an dem Eingang, vorzugsweise zwischen den Klemmen 13 und 14, angeordnet werden. Durch den niedrigen Verstärkungsfaktor kann der Reihenwiderstand 6 dann vermieden werden, weil die Einschaltspannung V. und die Ausschaltspannung V. (siehe Fig. 3) in diesem Falle nur wenig voneinander verschieden sind, während dennoch der Differentialwiderstand sehr niedrig bleibt. Auch in diesem Fall kann ein grosser Teil des Stromes von dem vertikalen Transistor (i6, 18, 11) geführt werden.
In den vorhergehenden Beispielen ist die Anwendung einer Sicherungsschaltung nach der Erfindung zur Vermeidung von Durchschlag zwischen einer isolierten Gate-Eelektrode und der darunterliegenden Halbleiteroberfläche beschrieben. In der Praxis ist dies gewiss eines der wichtigsten Fälle, in denen die Erfindung vorteilhaft angewandt werden kann. Die Erfindung beschränkt sich aber nicht darauf, wie an Hand der folgenden Beispiele veranschaulicht werden wird.
7 0 9 8 'J ·■■ /0861
PHN. 8315-
I5.2.77.
^ 27077U
In Fig. 8 ist das Schaltbild eines Differenzverstärkers mit Eingangselektrode 101, Speisungselektroden 1O2, 103, 107, Ausgangselektroden 104 und IO5 und einer Stromquelle I06 dargestellt. Wenn die Spannung an der Eingangsklemme 101 sehr stark positiv wird, kann Gefahr vor Durchschlag des Erai11er-Basis-Uebergangs des Transistors T0 auftreten, da dieser Uebergang dann stark in der Sperrrichtung polarisiert werden kann. Daher ist zwischen der Eingangselektrode 101 und Erde eine Sicherungsanordnung der in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen Art vorgesehen, die aus dem Transistor T„ und dem Widerstand 22 besteht. In Fig. 9 ist schematisch im Querschnitt angegeben, wie eine derartige Schaltung integriert sein kann.
In Fig. 10 ist schliesslich schematisch im Querschnitt angegeben, wie die Sicherungsschaltung der in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen Art mit dem lateralen Bipolartransistor T„ als Sicherung zwischen dem p-leitenden Gate-Gebiet 201 und dem n-leitenden Kanalgebiet 202 eines Uebergangsfeldeffekttransistors mit einem η —Source—Gebiet 203 und einem η —Drain—Gebiet angewandt werden kann.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die gegebenen Ausführungsbeispiele, sondern im Rahmen der Erfindung sind für den Fachmann viele Abwandlungen möglich. So können die Leitungstypen sämtlicher Halbleitergebiete
709835/0861
PIiN. 8315.
15.2.77.
- 90 -
27077U
zu gleicher Zeit durch die entgegengesetzten Leitungstypen ersetzt werden, wobei natürlich die Polaritäten der anzulegenden Spannungen berücksichtigt werden, die durch die gegebene Definition des Ausdrucks "Kollektorzone" bestimmt werden. Die Erfindung bezieht sich in weitestem Sinne nicht nur auf Schaltungen mit komplementären MOS-Transistoren, sondern auf Jede integrierte Schaltung, insbesondere auch auf eine Anordnung mit einem Halbleiterkörper mit nur einem einzigen diskreten Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate. Veiter beschränkt sich die Erfindung nicht auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper aus Silizium, sondern können auch andere geeignete Halbleitermaterialien,
III V wie Germanium oder A B -Verbindungen, z.B. GaAs, verwendet werden. Veiter können die verwendeten Isolierschichten statt aus Siliziumoxid auch aus anderen Isoliermaterialien, wie Al2O- oder Si-Nr, bestehen, während ferner die genannten Gate- und Feldelektroden statt aus polykristallinem Silizium auch z.B. aus einem Metall bestehen können.
7 0 9 8 3 :/ 0 8 6 1
L e
Ak i s e i t e

Claims (7)

  1. PHN..&315. M.2. Π.
    PATENTANSPRUECHE:
    \. j Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper mit einer integrierten Schaltung mit mindestens zwei Speisungselektroden, einer Eingangselektrode und einer Ausgangselektrode, wobei zwischen einer ersten und einer -zweiten dieser Elektroden eine Sicherungsschaltung mit einem bipolaren lateralen Sicherungstransistor vorhanden ist, der durch an eine Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzende Emitter- und Kollektorzonen von einem ersten Leitungstyp gebildet wird, die in einem an die Oberfläche grenzenden Basisgebiet vom zweiten Leitungstyp erzeugt und von diesem Gebiet umgeben sind, welches Basisgebiet einen Anschlusskontakt enthält, wodurch in dem Stromweg von diesem Anschlusskontakt zu der zwischen der Emitter- und der Kollektorzone liegenden aktiven Basiszone ein durch einen Teil des Basisgebietes gebildeter Widerstand vorhanden ist, wobei die Emitterzone, der Anschlusskontakt und die genannte erste Elektrode elektrisch miteinander verbunden sind und die Kollektorzone elektrisch mit der genannten zweiten Elektrode verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgebiet innerhalb des Halbleiterkörpers völlig von einem an die Oberfläche grenzenden Substratgebiet vom ersten Leitungstyp umgeben ist, das mit dem Basisgebiet einen pn-Uebergang bildet.
    ?098"3ö/ü8ß1 _
    ORIGINAL INSPECTED
    -,£-■■" PHN. 8315-
    15.2.77.
    27077AA
  2. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangselektrode eine isolierte Gate-Elektrode ist.
  3. 3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterzone sich zwischen der Kollektorzone und dem Anschlusskontakt befindet.
  4. 4. Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskontakt auf einer zu dem Basisgebiet gehörigen an die Oberfläche grenzenden Kontaktzone vom zweiten Leitungstyp gebildet wird, die eine höhere Dotierung als der angrenzende Teil des Basisgebietes aufweist.
  5. 5· Halbleiteranordnung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzone an die Emitterzone grenzt.
  6. 6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzone und die Emitterzone an der Oberfläche durch eine Metallschicht in bezug aufeinander kurzgeschlossen sind.
  7. 7. Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der genannten ersten und zweiten Elektroden eine Speisungselektrode ist.
    8. Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden
    7098 3b/U86 1
    15.2.77.
    27077ΑΑ
    Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der genannten ersten und zweiten Elektroden die Eingangselektrode ist. 9· Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Eingangselektrode und dem äusseren Eingangsanschluss ein Reihenwiderstand angeordnet ist.
    10. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche
    1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Elektrode die Speiseelektroden sind.
    11. Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über der aktiven Basiszone des lateralen Bipolartransistors eine durch eine Isolierschicht von dem zweiten Gebiet getrennte Feld— elektrode angeordnet ist, die gleichstrommässig mit der Emitterzone verbunden ist.
    12. Halbleiteranordnung nach Anspruch k, bei der die Kontaktzone in Abstand von der Emitterzone angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kontaktzone und der Emitterzone eine durch eine Isolierschicht von dem Basis-Gebiet getrennte Feldelektrode angeordnet ist, die gleichstrommässig mit der Emitterzone verbunden ist.
    7 0 9 8 ο - / U 8 e
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