DE3004681C2

DE3004681C2 -

Info

Publication number: DE3004681C2
Application number: DE19803004681
Authority: DE
Inventors: Reinhold 7100 Heilbronn De Kaiser
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1980-02-08
Filing date: 1980-02-08
Publication date: 1991-03-14
Also published as: DE3004681A1

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltungsan ordnung mit einer Zenerdiode, bei der in einem Halblei terkörper vom ersten Leitungstyp, eine stärker als der Halbleiterkörper dotierte Halbleiterzone vom ersten Leitungstyp sowie eine Halbleiterzone vom zweiten Lei tungstyp vorgesehen sind, die sich von der Oberfläche des Halbleiterkörpers aus in diesen erstrecken und die miteinander den pn-Übergang der Zenerdiode bilden, und bei der die Halbleiterzone vom ersten Leitungstyp an eine parallel zur Oberfläche des Halbleiterkörpers verlaufende vergrabene Schicht vom ersten Leitungstyp grenzt, deren Leitfähigkeit größer ist als die des Halbleiter körpers, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung.

Eine derartige integrierte Schaltungsanordnung ist aus der US-PS 34 41 815 bekannt. Bei der bekannten Schal tungsanordnung grenzt die Halbleiterzone vom ersten Leitungstyp an die Halbleiterzone vom zweiten Leitungs typ.

In der integrierten Schaltungstechnik werden häufig Stabilisierungsdioden verwendet, die die Aufgabe haben, Spannungen zu stabilisieren. Solche Dioden werden auch Zenerdioden genannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Halbleiterdi oden für integrierte Schaltungsanordnungen anzugeben, die geringe Rauscheigenschaften und gleichzeitig einen kleinen differentiellen Widerstand aufweisen. Diese Aufgabe wird durch eine integrierte Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispie len näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt von der integrierten Schaltungsanord nung nach der Erfindung nur eine erfindungsgemäß ausge bildete Zenerdiode mit Separationszone.

Der Halbleiter körper der integrierten Schaltungsanordnung besteht nach der Fig. 1 aus einem Substrat 1 vom ersten Lei tungstyp (entspricht dem zweiten Leitungstyp gemäß der Wortwahl der Ansprüche) und einer auf das Substrat 1 aufgebrachten epitaktischen Schicht 2 vom zweiten Leitungstyp (in den Ansprüchen als erster Leitungstyp bezeichnet). Die einzelnen Bauelemente der integrierten Schaltungsanord nung werden in die epitaktische Schicht 2 eingebracht.

Die Zenerdiode der Fig. 1 besteht aus einer Halblei terzone 4 vom ersten Leitungstyp und einer Halbleiter zone 3 vom zweiten Leitungstyp. Die Halbleiterzone 3 vom zweiten Leitungstyp durchdringt die Halbleiterzone 4 vom ersten Leitungstyp und ist allseitig von der Halbleiterzone 4 umschlossen. Die Halbleiterzone 4 er streckt sich tiefer in die epitaktische Schicht 2 als die Halbleiterzone 3 und ist stärker dotiert als die Halbleiterzone 3. Wie die Fig. 1 weiter zeigt, berührt die Halbleiterzone 4 im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 eine im Substrat 1 und in der epitaktischen Schicht 2 befindliche vergrabene Schicht 5 vom zweiten Leitungs typ, die der Halbleiterzone 4 vorgelagert ist und wie die Halbleiterzone 4 stärker als die epitaktische Schicht 2 dotiert ist. Die Zone 4 weist einen sehr kleinen Querschnitt auf, so daß sie wegen des kleinen Querschnitts nur schwer direkt zu kontaktieren wäre. Die Halbleiterzone 4 wird deshalb nicht unmittelbar durch eine auf der Halbleiterzone 4 befindliche Elek trode kontaktiert, sondern durch die außerhalb der Halbleiterzone 4 befindliche und auf der epitaktischen Schicht 2 angebrachte Elektrode 6. Um trotz dieser in direkten Kontaktierung einen niederohmigen Anschluß für die Halbleiterzone 4 zu erhalten, erstreckt sich die Halbleiterzone 4 bis zur vergrabenen Schicht 5 und die vergrabene Schicht 5 seitlich bis unter die Elektrode 6. Die Kontaktierung der Halbleiterzone 3 erfolgt durch die unmittelbar auf ihr aufgebrachte Elektrode 7. Die Zenerdiode der Fig. 1 ist von den übrigen in der Fig. 1 nicht dargestellten Bauelementen der integrierten Schaltungsanordnung durch die Separationszone 8 sepa riert.

Die Zenerdiode nach der Erfindung ist besonders rauscharm. Die Rauscharmut der Zenerdiode ist darauf zurückzuführen, daß die wirksame Sperrschichtfläche zwischen den beiden Halbleiterzonen (3, 4) der Zenerdi ode sehr klein ist.

Die Anordnung der Fig. 2 zeigt die Diode der Fig. 1 in einer perspektivischen Schnittdarstellung.

Die Anordnung der Fig. 3 unterscheidet sich von den Anordnungen der Fig. 1 und 2 dadurch, daß die tie fere Halbleiterzone 4 von der Halbleiterzone 3 nicht wie bei den Anordnungen der Fig. 1 und 2 allseitig umschlossen ist, sondern nur an die Halbleiterzone 3 grenzt. In Wirklichkeit überschneiden sich zwar, wie die gestrichelte Linie 9 erkennen läßt, die beiden Halbleiterzonen 3 und 4, doch grenzen sie im Endeffekt nur aneinander, da die Dotierung der tieferen Halblei terzone 4 stärker als die Dotierung der Halbleiterzone 3 ist.

Die Anordnung der Fig. 4 weist gegenüber den Anordnun gen der Fig. 1 bis 3 noch eine Halbleiterzone 10 vom Leitungstyp der epitaktischen Schicht auf, die stärker als die epitaktische Schicht 2 dotiert ist und eine leitende Verbindung zwischen der Elektrode 6 und der vergrabenen Schicht 5 herstellt.

Die Anordnung der Fig. 5 zeigt von den vielen Bauele menten, die außer der Diode in der integrierten Schal tungsanordnung enthalten sind, zusätzlich zur Diode der Fig. 1 bis 4 noch einen Transistor, der von der Di ode durch die Separationszone 8 getrennt ist. Der Tran sistor der Fig. 5 besteht aus der Emitterzone 11, der Basiszone 12 und der durch die epitaktische Schicht, die vergrabene Schicht 17 und die Kollektoranschlüsse 16 gebildeten Kollektorzone 2. Die Kontaktierung der Emit terzone 11 erfolgt durch die Emitterelektrode 13, die Kontaktierung der Basiszone 12 durch die Basiselektrode 14 und die Kontaktierung der Kollektorzone durch die Kollektorelektrode 15. Zur Erzielung eines niederohmi gen Kollektoranschlusses dienen die niederohmigen Halb leiterzonen 16 und 17 vom Leitungstyp der epitaktischen Schicht 2. Beide Zonen (16, 17) sind jedoch stärker do tiert als die epitaktische Schicht 2 und damit auch stärker dotiert als der (an die Basiszone angrenzende) übrige Teil der Kollektorzone. Die parallel zur Halb leiteroberfläche verlaufende Halbleiterzone 17 ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 als vergrabene Schicht ausgebildet. Die der Kollektorelektrode 15 vorgelagerte Halbleiterzone 16 stellt eine niederohmige Verbindung zwischen der Kollektorelektrode 16 und der Halbleiter zone 17 her. Auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht 2 befindet sich bei der Anordnung der Fig. 5 eine Isolierschicht 18, die als Diffusionsmaske bei der Herstellung der Halbleiterzonen für die Bauelemente der integrierten Schaltungsanordnung sowie zum Schutz der pn-Übergänge dient. Die Isolierschicht 18 besteht bei spielsweise aus Siliziumdioxid oder aus Siliziumnitrid.

Im folgenden wird die Herstellung der integrierten Schaltungsanordnung am Beispiel von nur einer Diode und eines Transistors erläutert, obwohl natürlich in Wirk lichkeit eine Vielzahl von Dioden, Transistoren und an deren Bauelementen der integrierten Schaltungsanordnung gleichzeitig hergestellt wird. Zunächst wird ein Sub strat 1 vom ersten Leitungstyp mit der vergrabenen Schicht 5 und der vergrabenen Schicht 17 vom zweiten Leitungstyp versehen. Die vergrabene Schicht 5 ist für die Diode und die vergrabene Schicht 17 für den Transi stor vorgesehen. Nach der Herstellung der vergrabenen Schicht 5 und der vergrabenen Schicht 17 wird auf das Substrat 1 die epitaktische Schicht 2 aufgebracht. Die epitaktische Schicht 2 wird mit einer Isolierschicht 18 versehen, die als Diffusionsmaske für die Herstellung der einzelnen Halbleiterzonen in der epitaktischen Schicht dient und beispielsweise aus Siliziumdioxid oder aus Siliziumnitrid besteht.

Nach der Herstellung der Isolierschicht 18 werden in der Isolierschicht Fenster zur Herstellung der Separa tionszonen eingebracht und anschließend die Separati onszonen 8 vom ersten Leitungstyp durch diese Fenster hindurch in die epitaktische Schicht 2 eindiffundiert. In den Ausführungsbeispielen durchdringen die Separati onszonen die epitaktische Schicht 2 und berühren das Substrat 1. Anschließend erfolgt die Eindiffusion der Halbleiterzone 4 und die Eindiffusion der Kol lektoranschlußzone 16 des Transistors (Fig. 5) in ein- und demselben Arbeitsgang. Für den Fall, daß gemäß der Fig. 4 zwischen der Elektrode 6 und der vergrabenen Schicht 5 die niederohmige Anschlußzone 10 vorhanden ist, wird auch diese Halbleiterzone 10 zusammen mit der Halbleiterzone 4 und der Kollektoranschlußzone 16 in die epitaktische Schicht 2 eindiffundiert.

Im Anschluß an diese tiefe Diffusion erfolgt eine fla chere Diffusion, und zwar zur gleichzeitigen Herstel lung der Dioden-Halbleiterzone 3 vom ersten Leitungstyp und der Basiszone 12 des Transistors. In einer an schließenden Diffusion werden die Emitterzone 11 des Transistors und die flache niederohmige Anschlußzone 19 (für die Halbleiterzone 4) hergestellt. Schließlich werden die Bauelemente noch mit Elektroden versehen, und zwar die Halbleiterzone 3 mit der Elektrode 7, die epitaktische Schicht 2 zur Kontaktierung der Halblei terzone 4 mit der Elektrode 6, die Halbleiterzone 16 vom Leitungstyp der Kollektorzone mit der Kollektor elektrode 15, die Basiszone 12 mit der Basiselektrode 14 und die Emitterzone 11 mit der Emitterelektrode 13.

Da die Halbleiterzone 4 der Zenerdiode im gleichen Ar beitsgang wie die Kollektoranschlußzone 16 des Transi stors hergestellt wird, erhält sie eine ebenso hohe Do tierung wie die Kollektoranschlußzone 16. Diese Dotie rung der Halbleiterzone 4, die in vielen Fällen wesent lich variierbarer als die Basis- und Emitterdotierung ist, führt zu Zenerspannungen der Diode, die außerhalb der heute üblichen Zenerspannungsbereiche bei integrierten Schaltungsanordnungen liegen.

Die heute bei integrierten Schaltungsanordnungen übli chen Zenerspannungen liegen im Bereich von 5,8 bis 6,2 und 7,0 bis 7,6 Volt. Die nach der Erfindung erzielba ren Zenerspannungen liegen dagegen im Bereich von 6,5 bis 10 Volt, und zwar in Abhängigkeit von der Störstel lenkonzentration der Halbleiterzone 4.

Der Schichtwiderstand der Halbleiterzonen 4 und 16 liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 20 Ohm/Flächeneinheit, und zwar je nach Anwendungsgebiet der integrierten Schaltungsanordnung. Der Schichtwider stand der Basiszone 12 und der Halbleiterzone 3 liegt vorzugsweise zwischen 100 und 200 Ohm/Flächeneinheit.

Claims

1. Integrierte Schaltungsanordnung mit einer Zenerdi ode, bei der in einem Halbleiterkörper (2) vom ersten Leitungstyp eine stärker als der Halbleiterkörper do tierte Halbleiterzone (4) vom ersten Leitungstyp sowie eine Halbleiterzone (3) vom zweiten Leitungstyp vorge sehen sind, die sich von der Oberfläche des Halbleiter körpers aus in diesen erstrecken und die miteinander den pn-Übergang der Zenerdiode bilden, und bei der die Halbleiterzone (4) vom ersten Leitungstyp an eine parallel zur Oberfläche des Halbleiterkörpers (2) verlaufende vergrabene Schicht (5) vom ersten Leitungstyp grenzt, deren Leitfähigkeit größer ist als die des Halbleiter körpers (2), dadurch gekennzeichnet, daß sich die Halb leiterzone (4) vom ersten Leitungstyp tiefer in den Halbleiterkörper erstreckt als die Halbleiterzone (3) vom zweiten Leitungstyp, daß die Halbleiterzone (4) vom ersten Leitungstyp an die Halbleiterzone (3) vom zwei ten Leitungstyp grenzt oder von der Halbleiterzone (3) vom zweiten Leitungstyp umschlossen ist und daß eine Elektrode (6) vorgesehen ist, die auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers (2) außerhalb der Halbleiterzone (4) vom ersten Leitungstyp angeordnet ist und zur indi rekten Kontaktierung der Halbleiterzone (4) vom ersten Leitungstyp dient.

2. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß sich die parallel zur Ober fläche des Halbleiterkörpers (2) verlaufende vergrabene Schicht (5) so weit seitlich erstreckt, daß sie unter die am Halbleiterkörper angebrachte und zur Kontaktie rung der Halbleiterzone (4) vom ersten Leitungstyp die nende Elektrode (6) zu liegen kommt.

3. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Halbleiterkörper (2) eine stärker als der Halbleiterkörper (2) dotierte Kontaktierungszone (10) vom ersten Leitungstyp vorgese hen ist, die sich von der am Halbleiterkörper (2) ange brachten und zur Kontaktierung der Halbleiterzone vom ersten Leitungstyp dienenden Elektrode (6) bis zu der parallel zur Halbleiteroberfläche verlaufenden vergra benen Schicht (5) vom ersten Leitungstyp erstreckt.

4. Integrierte Schaltungsanordnung nach einem der An sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halb leiterkörper aus einem Substrat (1) mit einer darauf befindlichen epitaktischen Schicht (2) besteht.

5. Integrierte Schaltungsanordnung nach An spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Halbleiterzone (3, 4) der Diode in der epitaktischen Schicht (2) befinden.

6. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schal tungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß in ein Substrat (1) vom zweiten Leitungstyp die vergrabene Schicht (5) eingebracht wird, daß auf das Substrat (1) die epitaktische Schicht (2) vom ersten Leitungstyp aufgebracht wird, daß in die epitaktische Schicht (2) Separationszonen (8) einge bracht werden, daß in die epitaktische Schicht (2) die Halbleiterzone (4) der Diode vom ersten Leitungstyp eingebracht wird und daß anschließend die Halbleiter zone (3) der Diode vom zweiten Leitungstyp in die epi taktische Schicht (2) eingebracht wird.