DE3243276C2 - Integrierte Halbleitereinrichtung mit einer Gate-Elektroden-Schutzschaltung - Google Patents
Integrierte Halbleitereinrichtung mit einer Gate-Elektroden-SchutzschaltungInfo
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Abstract
Eine Halbleitereinrichtung mit einer Gate-Elektroden-Schutzschaltung, bei der ein n- oder p-Halbleiterbereich höherer Störstellen-Konzentration unter der Eingangsklemme etwa einem Verbindungsanschluß ausgebildet und mit der Stromversorgungsleitung oder der Masseleitung verbunden ist. Da zwischen dem Verbindungsanschluß und dem Störstellen-Halbleiterbereich mit dazwischen liegendem Siliziumoxydfilm als Dielektrikum eine verteilte Kapazität ausgebildet ist, kann eine an den Eingangsverbindungsanschluß angelegte hohe HF-Stoßspannung sehr wirksam von dem Verbindungsanschluß durch den isolierenden Oxydfilm und den Störstellen-Halbleiterbereich zu der Stromversorgungs- oder Masseleitung abgeleitet werden, ohne daß sie zu anderen auf dem gleichen Substrat ausgebildeten Schaltungen fließt, wodurch gewährleistet ist, daß die auf dem Substrat befindlichen Schaltungen nicht fehlerhaft aktiviert werden.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Halbleitereinrichtung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche ist aus der US-PS 37 12 995 bekannt.
Die bekannte Schaltung enthält Dioden, die von einer anliegenden Eingangsspannung in Sperrichtung vorgespannt
werden. Diese Schaltung schützt die Halbleitereinrichtung gegen die zerstörerischen Einwirkungen von
Überspannungen, indem sie die Überspannungen hinter den strombegrenzenden Widerstand auf die Durchbruchspannung
der jeweiligen Diode und die Durchflußspannung einer weiteren in Reihe geschalteten Diode begrenzt.
Die bekannte Schutzschaltung ist gegen gleich- und wechseiförmige Überspannungen sowie gegen elektrostatische
Entladungen, d. h. gegen pulsförmige Überspannungen, geringer Energie wirksam.
Es gibt jedoch eine Reihe von Halbleiteranwendungen, bei denen ein Schutz gegen auftretende, aus der Umgebung
stammende, pulsförmige Überspannungen kurzer Anstiegszeit bzw. hoher Frequenz und hoher Amplitude
erforderlich ist, wobei die Überspannungen häufig auch nicht periodisch wiederkehren, so z. B. in Kraftfahrzeugen.
Ein Kraftfahrzeug enthält nämlich eine Reihe von Aggregaten, welche pulsförmige Störspannungen kurzer
Anstiegszeit bzw. hoher Frequenz und hoher Amplitude erzeugen, beispielsweise der Verteiler in Verbindung mit
der Zündspule und der Anlassermotor in Verbindung mit dem Zündschalter. Diese Störspannungen liegen in der
Größenordnung von 4(H) bis 500 Volt und weisen Frequenzen von mehreren Megahertz bis zu einigen zehn Megahertz
auf. Bei derartigen Überspannungen besteht die Gefahr, daß diese über die parasitäre Kapazität, welche
durch die Leitbahnen der Schutzschaltung vor dem strombegrenzenden Widerstand, die Isolierschicht auf dem Substrat
und das Substrat gebildet ist, unter Umgehung der spannungsbegrenzenden Dioden nur wenig abgeschwächt
in die integrierte Halbleitereinrichcung einkuppeln.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die
bekannte Halbleitereinrichtung mit einer Gate-Elek-;roden-Schutzschaltung
derart zu verbessern, so daß an deren Eingangsanschluß anliegende pulsförmige Überspannungen
kurzer Anstiegszeit bzw. hoher Frequenz und hoher
to Amplitude unschädlich gemacht werden und die Schaltungen der Halbleitereinrichtung selbst bei derartigen Störspannungen
ohne Fehlfunktionen arbeiten und daß ausgeschlossen ist, daß Schaltungselemente der Halbleitereinrichtung
bleibenden Schaden nehmen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Aus der DE-OS 22 27 339 ist zwar eine integrierte ! IaIbleitereinrichtung
mit einer Gate-Elektroden-Schutzschaltung bekannt, welche spannungsbegrenzende Dioden und
einen davorgeschalteten, den Strom durch die Dioden begrenzenden Widerstand aufweisen. Bei der bekannten
Halbleitereinrichtung ist ferner eine leitende Schicht vorhanden, welche mit dem Eingangsanschluß der Schutzschaltung
elektrisch verbunden ist, wobei die leitende Schicht auf der auf dem Halbleiterkörper ausgebildeten
Isolierschicht oberhalb einer in dem Halbleiterkörper ausgebildeten Halbleiterzone hoher Störstellen-Konzentration
angeordnet ist. Die Halbleiterzone der bekannten Halbleitereinrichtung ist weiterhin gut leitend mit der Masseleitung
der Halbleitereinrichtung verbunden und so angeordnet und ausgedehnt, daß sie mit der Leiterbahn einen
Kondensator bildet. Jedoch ist der DE-OS 22 27 339 nicht zu entnehmen, daß dieser Kondensator so zu dimensionieren
ist, daß durch diesen an dem Eingangsanschluß anliegende pulsförmige Überspannungen zur Masseleitung
abgeleitet werden. Diese Ableitung der Störspannungen erfolgt beim Stand der Technik vielmehr durch einen speziell
ausgebildeten Feldeffekt-Transistor, dessen Drain- und Gate-Elektrode mit dem Eingangsanschluß und dessen
Source-Elektrode mit Masse verbunden sind. Außerdem ist beim Stand der Technik die mit der dotierten Zone den
Kondensator bildende leitende Schicht nicht als leitende Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß und dem
strombegrenzenden Widersand vorgesehen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindungsoll nachfolgend
unter Bezugnahme auf zwei in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch den Aufbau einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 2 einen Schnitt durch den Aufbau gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die Zeichnungen zeigen jeweils eine Schaltung auf einem N-Silizium-Halbleitersubstratchip 1. Eine P-Mulde 2
ist unter einem Siliziumoxidfilm 7 durch Diffundieren beispielsweise von Bor gebildet und stellt eine Basis beispielsweise
eines N-MOS FET dar. Es sind P-Störstellen-Halbleiterzonen
3 und 5 sowie N-Störstellen-Halbleiterzoncn 4
und 6, der isolierende Siliziumoxidfilm 7, ein polykristalliner Silizium-Gate-EIektroden-Schutzwiderstand 8, eine
Leiterbahn 9 mit Eingangsanschluß (nicht dargestellt), ein Stromversorgungsanschluß 10 (Leitung V/,/,), ein Ciate-Elektroden-Anschluß
11 (Leitung OUT) und ein Masseanschluß 12 (Leitung CND) zu erkennen.
Die P-Halbleiterzone 5 und die N-Halbleitcrzone 6 sind
innerhalb der P-Mulde 2 ausgebildet. Der isolierende Siliziumoxidfilm 7 ist derart angeordnet, daß er die Oberfläche
des Siliziumhalbleitersubstrats 1 durchgehend bedeckt. Ein linde des polykristallinen Siliziumschutzwiderstandes 8 ist
mit der Leiterbahn 9 verbundenen die eine externe Einrichtung
inicht dargestellt) angeschlossen ist, während das andere Ende des Widerstandes 8 mit der Ga.e-Elektrode
eines Transistors mit isolierter Gate-Eleklrode und mit der
P-Zone 3 sowie der N-Zone 6 verbunden, <"r denen Klemmü'iodcn
ausgebildet sind. Der Anschluß 10 ist mit der Stromversorgung
VIW, der Anschluß 11 ist mit einer Gate-Elcktrodc
OUT der Schaltungen auf dem Substrat i und ύ".τ
Anschluß 12 ist mit Masse GND verbunden.
Die P-Zone 3 und die N-Zone 6 bilden jeweils eine Diode.
Der Gate-Elektroden-Schutzwiderstand 8 bewirkt einen Spannungsabfall für die an die Vorrichtung an der Eingangsklemmc,
etwa der Leiterbahn 9, anliegenden pulsfbrmigen Störspannung, im folgenden kurz »Stoßspannung« genannt,
bevor diese an die Gate-Elektrode der Schaltung gelangt.
Je höher somit der Schutzwiderstand ist, umso wirksamer wird die Schaltung vor der hohen Spannung geschützt.
Um andererseits zu verhindern, daß ein Hr'-Stoßstrom
von der Leiterbahn 9 durch das Substrat I über eine verteilte Kapazität, die zwangsläufig zwischen der Leiterbahn 9 und
dem Substrat 1 mit dazwischen liegendem Siliziumoxydfilm
7 als Dielektrikum ausgebildet ist, zu anderen Schaltungen
gelangt, ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine eine Vorspannung an das Substrat 1 anlegende N-Halbleiterzone 17
derart aul'dem Substrat 1 ausgebildet, daß sie sich unter der Leiterbahn 9 erstreckt, wie dies l-'ig. 3 zeigt. Hierdurch vergrößert
sich die Fläche der verteilten Kapazität, wodurch die verteilte Kapazität größer wird als bei dem bekannten Aufbau.
Da ferner die N-I lalbleiterzone 17 mit der Stromversorgungsleitung 10 verbunden ist, kann der HF-Stoßstrom von
der Leiterbahn 9 über den Siliziumoxydfilm 7 und den N-Bereich 17 zur Stromversorgungsleitung 10 abgeleitet
werden, wodurch verhindert wird, daß der Stoßstrom durch das Substrat 1 zu anderen auf dem gleichen Substrat 1 ausgebildeten
Schaltungen hindurchleckt; es wird somit verhindert, daß diese Schaltungen fehlerhaft aktiviert werden.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
bei dem eine P-Halbleitzerzone 18 derart auf dem Subslral
1 ausgebildet ist, daß sie sich unter der Leiterbahn 9 erstreckt, wobei eine zusätzliche Masseleitung 19 mit der
P-Zone 18 verbunden ist. Der Strombegrenzungswiderstand
8 und die genannten Dioden sind auf dem Substrat in der gleichen Weise wie bei dem ersten Ausfuhrungsbeispiel ausgebildet.
Somit wird die verteilte Kapazität größer. Da die P-Zone 18 mit der Masselcitung 19 verbunden ist, kann der HF-Stoßslrom
wirksam von der Leiterbahn 9 über den Siliziumoxydl'ilm
7 und die P-Zone 18 zur Masseleitung abgeleitet werden, so daß verhindert wird, daß der Stoßstrom durch das
Substrat 1 zu anderen auf dem gleichen Substrat 1 ausgebildeten Schaltungen hindurchleckt; hierdurch wird die fehlerhafte
Aktivierung der Schaltungen verhindert.
Somit ist das erste Ausführungsbeispiel geeignet für den l-'all, bei dem die Stoßspannung zur Stromversorgungsleitung
abgeleitet wird, während das zweite Ausfuhrungsbeispiel für den Fall geeignet ist. bei dem eine Ableitung zur
Masscleilung erfolgt.
60
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Integrierte Halbleitereinrichtung mit einer Gate-Elektroden-Schutzschaltung
aus spannungsbegrenzenden Dioden und einem davorgeschalteten, den Strom durch die Dioden begrenzenden Widerstand, bei welcher
auf einer auf dem Halbleiterkörper angeordneten Isolierschicht zwischen dem Eingangsanschluß der
Schutzschaltung und dem strombegrenzenden Widerstand eine diesen Anschluß und diesen Widerstand
elektrisch verbindende Leiterbahn und unter der Leiterbahn in dem Halbleiterkörper eine Halbleiterzone
hoher Störstellen-Konzentration ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterzone
(17; 18) durch einen die Isolierschicht (7) durchstoßenden Kontakt gut leitend mit der Stroinversorgungs-
oder der Masseleitung (10,19) der Halbleitereinrichtung (1) verbunden ist und die Halbleiterzone (17;
18) so angeordnet und ausgedehnt ist, daß sie mit der Leiterbahn (9) einen Kondensator bildet, welcher an
dem Eingangsanschluß anliegende Überspannungen zur Stromversorgungs- oder Masseleitung (10; 19) ableitet.
2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterzone (17) mit der
Stromversorgungsleitung (10) der Halbleitereinrichtung (1) verbunden ist, wenn die Halbleiterzone vom n-Typ
ist.
3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterzone (18) mit der
Masseleitung (19) der Halbleitereinrichtung (1) verbunden ist, wenn die Halbleiterzone vom p-Typ ist.
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| GB2113468B (en) | 1985-10-30 |
| GB2113468A (en) | 1983-08-03 |
| DE3243276A1 (de) | 1983-07-21 |
| US4777518A (en) | 1988-10-11 |
| GB8300539D0 (en) | 1983-02-09 |
| JPS58119670A (ja) | 1983-07-16 |
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