DE2928758A1

DE2928758A1 - High stability planar Zener diode - has split low doped N zones with higher doped N bridge zone under oxide layer

Info

Publication number: DE2928758A1
Application number: DE19792928758
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Phys Meinders
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-07-17
Filing date: 1979-07-17
Publication date: 1981-02-05

Abstract

The planar zener diode design is for +-5 mV stability of breakdown voltage and is not affected by impurity level in the oxide layer. The n type zone (3) is diffused into the p type slice (2) in the form of three zones, two low doped n+ type (3a) with a smaller, shallower n++ type higher doped zone interconnecting them. The zener breakdown occurs along the base (7) of the higher doped n++ zone (3b) instead of at the oxide layer (4) with its etched central metallisation (5). A further metallisation (6) provides the connection to the p-type zone. The device is suitable for voltage regulation applications in vehicles.

Description

Planare ZenerdiodePlanar zener diode

Stand der Technik Nie Erfinden geht aus von einer Zenerdiode nach der Gattung des Patentanspruchs.PRIOR ART Invention never starts from a Zener diode the genre of the claim.

In der Schaltungstechnlk benötigt man häufig Zenerdioden als Referenzelemente. Von der Durchbruchspannung dieser Referenzelemente wird dabei mitunter eine extreme Stabilität verlangt. Zum Beispiel sollen Zenerdioden, die für die Regelung der Generatorspannung im Kraftfahrzeug verwendet werden, im Laufe ihrer gesamten Betriebszeit nur eine maximale Drift von 50 m V aufweisen.In circuit technology, Zener diodes are often required as reference elements. The breakdown voltage of these reference elements sometimes becomes extreme Requires stability. For example, Zener diodes are supposed to be used for regulating the generator voltage are used in the motor vehicle, only one in the course of its entire service life have a maximum drift of 50 m V.

Die bekannten, nach der Gattung des Patentanspruchs ausgeführten Zenerdioden erfüllen diese Forderung nicht, da bei ihnen der Zenerdurchbruch durch Verunreinigungen des Oxids an der Oberseite des Halbleiterkörpers beeinflußt wird.The known Zener diodes designed according to the genre of the patent claim do not meet this requirement, because they have the Zener breakthrough due to impurities of the oxide at the top of the semiconductor body is influenced.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Zenerdiode mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei ihr der Zenerdurchbruch nicht durch Verunreinigungen des Oxids an der Oberseite des Halbleiterkörpers beeinflußt wird, da bei ihr der Zenerdurchbruch im Volumen des Halbleiterkörpers am Boden der Diffusionszone mit der höheren Dotierung erfolgt. Dadurch wird erreicht, daß bei der erfindungsgemäßen Zenerdiode die Driftstabilität + 5 m V beträgt.Advantages of the invention The Zener diode according to the invention with the characterizing Features of the claim has the advantage that it is the Zener breakthrough not influenced by impurities in the oxide at the top of the semiconductor body is because with her the Zener breakdown in the volume of the semiconductor body at the bottom of the Diffusion zone with the higher doping takes place. This ensures that at of the Zener diode according to the invention, the drift stability is + 5 mV.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel einer bekannten und ein Ausfühungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zenerdiode ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine bekannte und Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Zenerdiode.Drawing An exemplary embodiment of a known and an exemplary embodiment a Zener diode according to the invention is shown in the drawing and in the following Description explained in more detail. 1 shows a section through a known one and FIG. 2 shows a section through a Zener diode according to the invention.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Im folgenden soll der Erfindungsgedanke zur Erzielung einer planaren driftstabilen Zenerdiode an Hand eines speziellen Beispiels, nämlich einer Zenerdiode, die durch planare Diffusion von Phosphor in eine bordotierte Zone entsteht, erläutert werden.DESCRIPTION OF THE EXEMPLARY EMBODIMENTS The following is intended to describe the idea of the invention to achieve a planar, drift-stable Zener diode using a special example, namely a Zener diode which is boron-doped by planar diffusion of phosphorus into a Zone arises, to be explained.

In Fig. 1 ist der Aufbau einer Zenerdiode dargestellt, die in der üblichen Planartechnik erzeugt wurde. Ein p-leitender plättchenförmiger Halbleiterkörper 1 ist an seiner einen Hauptoberfläche (Oberseite) zuerst mit einer durchgehenden Oxidschicht 4 versehen worden. In die Oxidschicht 4 ist ein Fenster eingeätzt worden.In Fig. 1, the structure of a Zener diode is shown, which in the usual planar technology was generated. A p-conducting, platelet-shaped semiconductor body 1 is on its one main surface (upper side) first with a continuous Oxide layer 4 has been provided. In the oxide layer 4 is a window been etched in.

Durch dieses Fenster hindurch ist in das Halbleiterplättchen 1 eine n -leitende Zone 3 eindiffundiert worden, die mit dem verbleibenden p-leitenden Bereich 2 des Plättchens 1 einen pn-Übergang bildet. Die pleitende Zone 2 weist an der Oberseite des Halbleiterkörpers 1 eine Oberflächenkonzentration von 1018/cm3 und und die n -leitende Zone 3 eine Oberflächenkonzentration von 1019/cm3 bis 1020/cm3 auf. Die Wahl dieser Konzentrationen erfolgt entsprechend der Höhe der geforderten Durchbruchspannung. Die Zone 2 ist an der Oberseite des Plättchens 1 durch eine Metallisierung 6 und die Zone 3 durch eine Metallisierung 5 kontaktiert.Through this window in the semiconductor die 1 is a n -conducting zone 3 has been diffused in, the one with the remaining p -conducting Area 2 of the plate 1 forms a pn junction. The bankrupt zone 2 has a surface concentration of 1018 / cm3 on the upper side of the semiconductor body 1 and and the n -conductive zone 3 has a surface concentration of 1019 / cm3 to 1020 / cm3 on. These concentrations are selected according to the level required Breakdown voltage. The zone 2 is at the top of the plate 1 by a Metallization 6 and the zone 3 contacted by a metallization 5.

Derartige Strukturen zeigen mitunter sehr hohe Zenerspannungsdriften mit Werten bis zu 500 m V. Es hat sich herausgestellt, daß diese Driften nicht alleine durch die beim Herstellungsprozeß im Oxid eingebauten Ladungsträger erklärt werden können. Vielme#hr muß zusätzlich angenommen werden, daß beim Betrieb im Zenerdurchbruch weitere Ladungsträger in der Umgebung des pn-Überganges in die Oxidschicht 4 injiziert werden, welche zu Verarmungsrandschichten an der Halbleiteroberfläche führen und das Hochlaufen der Zenerspannungen bewirken.Such structures sometimes show very high zener voltage drifts with values up to 500 mV. It has been found that these drifts are not alone can be explained by the charge carriers built into the oxide during the manufacturing process can. Much more it must also be assumed that when operating in the Zener breakthrough further charge carriers are injected into the oxide layer 4 in the vicinity of the pn junction which lead to depletion edge layers on the semiconductor surface and cause the zener voltages to run up.

Zur Vermeidung dieser Drift wurde in Abänderung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung entsprechend dem erfindungsgemäßen Gedanken in Fig. 2 die n -dotierte Zone 3 durch zwei Diffusionszonen ersetzt: eine erste Diffusionszone 3a mit niedriger Oberflächenkonzentration und hoher Eindringtiefe und eine zweite Diffusionszone 3b mit einer höheren Oberflächenkonzentration und einer geringeren Eindringtiefe, welche ganz von der Zone 3a umschlossen wird. Während bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung der Zenerdurchbruch an der Oberfläche, nämlich an der Stelle der höchsten Dotierung von Zone 3 erfolgt und die Durchbruchspannung stark von den in der Oxidschicht 4 vorhandenen bzw. von dieser injizierten Ladungsträgern abhängt, können bei der in Fig. 2 gezeigten An#ordnung Oxidladungen die Durchbruchspannung nicht mehr beeinflussen. Hier erfolgt der Zenerdurchbruch am Boden 7 der Difüsuionszone 3b.In order to avoid this drift, the modification shown in FIG. 1 was made Arrangement according to the inventive concept in FIG. 2, the n -doped Zone 3 replaced by two diffusion zones: a first diffusion zone 3a with lower Surface concentration and high penetration depth and a second diffusion zone 3b with a higher surface concentration and a lower penetration depth, which is completely enclosed by zone 3a. While in the one shown in FIG Arrangement of the Zener breakthrough on the surface, namely at the point the highest doping of zone 3 takes place and the breakdown voltage strongly depends on the in the oxide layer 4 depends on the charge carriers present or injected from it, In the arrangement shown in FIG. 2, oxide charges can set the breakdown voltage no longer influence. Here the Zener breakthrough takes place at the bottom 7 of the diffusion zone 3b.

Zenerdioden, die entsprechend der in Fig. 2 gezeigten Anordnung diffundiert wurden, haben sich als sehr driftstabil mit einer Stabilität von + 5 m V erwiesen.Zener diodes, which diffuses according to the arrangement shown in FIG have proven to be very stable against drift with a stability of + 5 mV.

Claims

Patent claim inapplicable in a platelet-shaped semiconductor body Zener diode made of two semiconductor zones of opposite conductivity type, where the semiconductor zone of one conductivity type by diffusion planar into the semiconductor zone of the other conductivity type is introduced, characterized in that the Semiconductor zone (3) produced by diffusion, in turn, consists of two zones (3a, 3b) Diffusion type consists, a zone (3a) of lower doping and greater penetration depth and a zone (3b) of higher doping and lower penetration depth, the zone (3a) lower doping completely surrounds zone (3b) higher doping laterally.