DE2951931C2 - Anordnung zum Schutz von bipolaren, integrierten Halbleiterschaltungen vor elektrischen Entladungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Schutz von bipolaren, integrierten Halbleiterschaltungen vor elektrischen Entladungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Es ist seit langem bekannt, daß ungeschützte integrierte Halbleiterbauelemente in unipolarer Technik leicht durch elektrische Entladungen zerstört werden, die bei der Handhabung der fertigen Bausteine durch Reibungselektrizität verursacht werden können. Mit fortschreitender Verkleinerung der Schaltungsstrukturen werden auch bipolare Bauelemente gegen solche Einflüsse immer empfindlicher.

Zusätzliche Schutzanordnungen am Eingang bzw. Ausgang von integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen sind bekannt aus den IEEE Transactions on Electron Devices Vol. ED 25 Nr. 8, Aug. 1978, Seite 933-938.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine innerhalb eines Bausteins integrierbare Anordnung anzugeben, die in vorteilhafter Weise den Schutz von bipolaren integrierten Schaltungen gegen elektrische Entladungen gewährleistet. Wegen der Forderung nach Integrierbarkeit muß die Anordnung mit den gleichen Verfahrensschritten wie die übrigen Elemente des integrierten Bausteins herstellbar sein. Gemäß der Erfindung weist eine solche Anordnung die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale auf.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den prinzipiellen Schichtenaufbau eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anord

nung,

F i g. 2 das zugehörige Ersatzschaltbild,
F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und

F i g. 4 das dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechende Ersatzschaltbild.

Die F i g. 1 zeigt andeutungsweise ein Substrat 1 aus schwach dotiertem p-leitenden Silizium (p--Dotierung). In einem schmalen rechteckigen Bereich des Substrats 1 ίο befindet sich eine η-leitende Schicht 2 relativ hoher Dotierung (n+-Dotierung), die durch Implantation oder Diffusion mit geeigneten Fremdatomen in dem Substrat

1 erzeugt wird. Diese Schicht 2 wird gewöhnlich als »vergrabene Schicht« bezeichnet An beiden Enden, d.h. in der Nähe der Schmalseiten der vergrabenen Schicht 2 befinden sich n+-dotierte Höcker 3 und 4, mit deren Hilfe die vergebene Schicht 2 an die Oberfläche des Halbleiterplättchens herangeführt ist Die auf die Höcker 3 und 4 aufgebrachten Metallisierungen 5 und 6 bilden die Arischlußkontakte K1 und K 2.

Ober dem mittleren Bereich der vergrabenen Schicht

2 ist, durch bis zur vergrabenen Schicht 2 reichende Isolierschichten 7 aus Siliziumoxyd von den Höckern 3 und 4 getrennt, eine η-leitende Epitaxieschicht 8

mittlerer Dotierung (η-Dotierung) angeordnet Diese Schicht 8 dient dazu, die Isolierschicht 7a von dem überwiegenden Teil der vergrabenen Schicht 2 fernzuhalten. Anderenfalls würde die Isolierschicht la in schwer zu kontrollierender Weise etwas in die

jo vergrabene Schicht 2 eindringen, was zu einem Undefinierten Widerstandsverhalten führen könnte.

Die Wirkungsweise der anhand der F i g. 1 beschriebenen Anordnung ist am einfachsten aus dem Ersatzschaltbild nach Fig.2 zu ersehen, wenn man

J5 davon ausgeht, daß beispielsweise der Kontakt K 1 mit einer äußeren Anschlußklemme und der Kontakt K 2 mit der Basis eines Eingangstransistors verbunden sind.

Zwischen den Kontakten K1 und K 2 liegt ein

Widerstand, der sich in drei Teilwiderstände aufteilen

4n läßt. Der erste Teilwiderstand, im Ersatzschaltbild mit Rk \ bezeichnet, setzt sich aus dem Übergangswiderstand zwischen der Metallisierung 5 und dem Höcker 3 sowie aus dem Bahnwiderstand im Höcker 3 zusammen. Entsprechendes gilt für den Teilwiderstand Λ_Κ2·

Den überwiegenden Anteil am Gesamtwiderstand liefert der Teilwiderstand R_Bu der durch den Bahnwiderstand der vergrabenen Schicht 2 gebildet wird. Zwischen der n+-dotierten vergrabenen Schicht 2 und dem ihr gegenüberstehenden p-dotierten Substrat 1 entsteht aber auch eine Diode, die jedoch wie eine Vielzahl anodenseitig parallel geschalteter, verteilter Diodenstrecken Dbl wirkt, deren Kathoden über den ganzen Bahnwiderstand der vergrabenen Schicht 2 verteilt sind. Die verteilten Diodenstrecken Dbl sind anodenseitig übpr den Widerstand Rsub des Substrats 1 an dem emitterseitigen Pol VEE der Versorgungsspannungsquelle für die Halbleiterschaltung, deren Eingang geschützt werden soll, verbunden.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Widerstand zwischen den Kontakten K1 und K 2 einem gewöhnlich zur Vermeidung hochfrequenter Störschwingungen vor der Basis des Eingangstransistors eingefügten Vorwiderstand entspricht.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ist durch entsprechende Dotierung der Epitaxieschicht von der Oberfläche des Halbleiterplättchens her eine p-leitende Zone 9 mittlerer Störstellenkonzentration (p-Dotierung) und eine p-leitende Zone 10 mit hoher

Störstellenkonzentration (p+-Dotierung) erzeugt worden. Die Schichtdicke der verbliebenen n-dotierten Zone 8a ist demgemäß vermindert Über der Zone 10 liegt eine Metallisierung It, die mit dem schon erwähnten emitterseitigen Pol VEE der Versorgungs- ·; spannung verbunden ist

Durch den p-n-Übergang zwischen den Schichten 9 und Sa werden weitere verteilte Diodenstrecken De gebildet Die Anode der Diodenstrecken De liegen über einen vernachlässigbar kleinen Widerstand auf dem i,> Potential VEE

In dem Ersatzschaltbild F: g. 4 für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist der Gesamtwiderstand zwischen den Kontakten K1 und K 2 in nunmehr fünf Teilwiderstände aufgeteilt Dabei entsprechen die ii Teilwiderstände Rk ι und Rk2 den gleichnamigen Teilwiderständen im Ersaizschakbild nach Fig.2. Die Teilwiderstände R_Bl\ und Rbli im Ersatzschaltbild nach Fig.4 entstehen im wesentlichen in den beiden Abschnitten der vergrabenen Schicht 2, die unter den Isolierschichten 7 liegen. Einen Beitrag liefern auch noch die Abschnitte unterhalb der Hocker 3 und 4 Der Teilwiderstand Rbls bildet wieder den überwiegenden Anteil am Gesamtwiderstand zwischen den Anschlußkontakten K1 und K 2.

An den Teilwiderstand Rbli greifen die schon genannten Diodenstrecken De an. Die Diodenstrecken Ddl sind nun entsprechend der Unterteilung des Bahnwiderstandes der vergrabenen Schicht 2 in drei Teilwiderstände Rbl\ bis Rbli gleichfalls in drei Gruppen von Diodenstrecken Dbl ι bis Dbl ζ aufgeteilt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Schutz von bipolaren, integrierten Halbleiterschaltungen vor elektrischen Entladungen, mit einem ersten und zweiten A.nschlußkontakt, die mit einem äußeren Anschluß der integrierten Schaltung einerseits und mit der Steuerelektrode eines Eingangstransistors andererseits in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Draufsicht schmale, längliche η+-dotierte vergrabene Schicht (2) in einem p--dotierten Siliziumsubstrat (1) vorgesehen ist, die an ihren Enden durch η+-dotierte Höcker (3, 4) an die Oberfläche des Halbleiterplättchens herangeführt und dort mittels Metallisierungen (5,6) mit dem ersten und zweiten Anschlußkontakt (K I₁ K 2) verbunden ist, daß über dem mittlerer. Bereich der vergrabenen Schicht von den η+-dotierten Höckern (3, 4) durch Isolierschichten (7) getrennt, eine η-dotierte Epitaxieschicht (8) angeordnet ist und daß das Substrat (1) mit dem emitterseitigen Pol (VEE) einer Versorgungsspannungsquelle für die integrierten Schaltungen verbunden ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Epitaxieschicht aus einer inneren η-dotierten Zone (Sa), einer p-dotierten Zone (9) und einer äußeren p+-dotierten Zone (10) besteht und daß die äußere p+-dotierte Zone (10) über eine Metallisierung (11) mit dem emitterseitigen Pol (VEE) der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist.