DE2827569C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein monolithisch integriertes Referenzelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der DE-OS 16 14 180 ist ein als diskretes Bauelement ausgebil­ detes Referenzelement bekannt, bei dem aber die beiden Elektroden der das Referenzelement bildenden Zenerdiode an zwei einander gegen­ überliegenden Oberflächenseiten des Halbleiterkörpers angebracht sind.

Aus der DE-OS 23 42 637 und aus der Zeitschrift "Neues aus der Tech­ nik", Nr. 6 vom 15. 12. 1973, Seite 2, sind darüber hinaus verschie­ dene Ausführungsformen von als Zenerdioden ausgebildeten Referenz­ elementen bekanntgeworden, die Bestandteil eines monolithisch inte­ grierten Schaltkreises sind. Allen diesen Ausführungsformen ist je­ doch gemeinsam, daß der Durchschlag an einem PN-Übergang stattfin­ det, der sich im Innern des Halbleiterkörpers befindet, der also nicht wie bei der bekannten Basis-Emitter-Diode an die Halbleiter­ oberfläche tritt. Diese Referenzelemente haben den Nachteil, daß ihre Herstellung sehr aufwendig ist und größere Dicken des inte­ grierten Elementes erfordert.

Aus der Zeitschrift "IBM Technical Disclosure Bulletin", Vol. 19, Nr. 5, Oktober 1975, Seite 1782 f ist des weiteren ein monolithisch integriertes Referenzelement nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs bekannt, bei dem jedoch keine Maßnahmen getroffen sind, um mit Hilfe der Kontaktmetallisierung der Basiszone die Stabilität der Durchbruchsspannung zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach herstellbares Referenzelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs zu ent­ wickeln, bei dem die Stabilität der Durchbruchsspannung mit Hilfe der Kontaktmetallisierung der Basiszone verbessert ist.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Basis-Emitter-Diode in bekannter Ausführung,

Fig. 2 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Referenzelement.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine bekannte Halbleiterdiode, bei der die N-dotierte Epitaxialschicht mit 1, die P-leitende Basiszone mit 2 und die N⁺-leitende Emitterzone mit 3 bezeichnet ist. Auf diese Anordnung ist eine Siliziumdioxydschicht 4 aufgebracht, die Fenster für den Basiskontakt 5 und den Emitterkontakt 6 aufweist. Während des Betriebes treten extrem hohe Feldstärken an den an der Halblei­ teroberfläche freiliegenden Grenzschichtübergängen auf, die bewir­ ken, daß Verunreinigungen an oder im Bereich der Halbleiterober­ fläche ionisiert werden und in den Grenzschichtbereich eindringen. Außerdem erzeugt der im Durchbruch betriebene PN-Übergang Licht­ quanten, wodurch Ladungen in der Siliziumdioxydschicht 4 entstehen. Die Anordnung bricht bei einer Beanspruchung in Sperrichtung im Be­ reich des größten Dotierungsgradienten durch, der normalerweise in der Nähe des Emitterrandes 7 dicht unter der Oberfläche liegt.

Außerdem ist der Gradient der Dotierung von den Ladungen in der Siliziumdioxydschicht 4 abhängig.

Der Einfluß der Ladungen in der Siliziumdioxydschicht 4 läßt sich gemäß Fig. 2 dadurch verringern, daß das Metall des Basiskontaktes 5 so weit über die Siliziumdioxydschicht 4 gezogen wird, daß es den an die Halbleiteroberfläche tretenden Rand 7 des zwischen Emitterzone 3 und Basiszone 2 angeordneten PN-Übergangs überdeckt. Dabei wird ab­ weichend von Fig. 1 außerdem die Emitterzone 3 ringförmig um die Basiszone 2 gelegt und nur teilweise in sie eindiffundiert. Durch diese Anordnung, bei der der Basiskontakt 5 über den an die Halblei­ teroberfläche tretenden Rand 7 des PN-Übergangs zwischen Emitter­ zone 3 und Basiszone 2 gezogen ist, sind die Kontakte 5 und 6 für die notwendigen Anschlußleitungen frei zugänglich. Ein weiterer PN-Übergang in der Nähe der Oberfläche tritt nach Fig. 2 im Gegen­ satz zu Fig. 1 nicht auf, da ebenso wie die Emitterzone 3 die Epi­ taxialschicht 1 ein N-leitendes Gebiet ist.

Eine durch Fehljustierung erzeugte Unsymmetrie zwischen Basiskontakt 5 und Emitterzone 3 schadet der Anordnung nicht; sie kann sogar er­ wünscht sein, wenn der Durchbruch an einer bevorzugten Stelle ein­ treten soll, um so zu einer höheren Stromdichte zu kommen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, bei kreisförmigen Geometrien den Basiskon­ takt 5 bereits im Layout exzentrisch zur Emitterzone 3 zu legen oder auch einen exzentrischen Basiskontakt und/oder eine exzentrische Emitterrandbegrenzung vorzusehen.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 2 ist es möglich, zu­ sätzlich zu der Siliziumdioxydschicht 4 eine Schutzschicht aus Plas­ manitrid aufzubringen, die extrem widerstandsfähig gegen Kontamina­ tion aller Art ist. Mit einer Anordnung nach Fig. 1 wäre dies nicht möglich, da sich an den Grenzflächen zwischen Oxyd und Nitrid Haftstellen (Traps) bilden, an denen die Ladungen eingefangen werden und sich dadurch anhäufen. Da der Basiskontakt 5 oberhalb des Randes 7 des zwischen Emitterzone 3 und Basiszone 2 verlaufenden PN-Über­ ganges zwischen der Oxydschicht 4 und der möglicherweise aufge­ brachten Nitridschicht liegt, haben die Traps keinen bedeutenden Einfluß auf den Durchbruch an dieser Stelle.

Claims (1)

1. Monolithisch integriertes Referenzelement aus einer im Sperrspan­ nungsdurchbruch betriebenen Basis-Emitter-Diode, bei der die Emit­ terzone (3) teilweise in die Basiszone (2) eindiffundiert ist, mit einer auf eine Oberflächenseite des Halbleiterkörpers aufgebrachten Siliziumdioxidschicht, die je ein Fenster für den Emitterkontakt und für den Basiskontakt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Emit­ terzone (3) ringförmig um die Basiszone (2) gelegt ist und daß die Kontaktmetallisierung (5) der Basiszone (2) so weit über die isolie­ rende Siliziumdioxidschicht (4) gezogen ist, daß sie den an die Halbleiteroberfläche tretenden Rand (7) des zwischen Emitterzone (3) und Basiszone (2) angeordneten PN-Übergangs vollständig überdeckt.