-
Zenerdiode
-
Die Erfindung betrifft eine Zenerdiode zur Verwendung beispielsweise
in einer Konstantspannungsschaltung für eine bipolare, lineare, integrierte Schaltung.
-
Eine bekannte Zenerdiode ist gemäss den Fig. 1A und 18 aufgebaut.
Fig. 1A stellt eine Draufsicht auf ein Baumuster einer Zenerdiode dar und Fig. 18
eine Querschnittsansicht längs der Linie (X-X') in Fig. 1A.
-
Ein eingebetteter N -Diffusionsbereich (11) ist in einer Hauptfläche
eines P-Halbteitersubstrats (10) und eine aufgedampfte N-Schicht (12) ist auf der
Hauptfläche des Halbleitersubstrats (10) ausgebildet.
-
P-Diffusionsbereiche (13a, 13b) sind zur Isotierung
in der aufgedampften N-Schicht ausgebildet. Ein P-Störstellen-Diffusionsbereich
(14) ist als Anodenbereich der Zenerdiode im Oberflächenbereich der aufgedampften
N-Schicht (12) ausgebildet. Ein N-Störstellen-Diffusionsbereich (15) ist im Oberflächenbereich
der aufgedampften N-Schicht (12) derart ausgebildet, dass sie sich in den Diffusionsbereich
(14) erstreckt. Der N-Störstellenbereich (15) wirkt als Kathode der Zenerdiode.
Ein Oxidfilm ist auf der Oberfläche des erhaltenen Aufbaus angeordnet. Eine Kontaktöffnung
(17) für eine Anodenverbindung ist im Oxidfilm (16) derart ausgebildet, dass sie
den Diffusionsbereich (14) teilweise freilegt.
-
Eine Kontaktöffnung (18) für eine Kathodenverbindung ist in dem Oxidfilm
(16) derart ausgebildet, dass sie den Diffusionsbereich (15) teilweise freilegt.
Eine Metallverbindungsschicht (19A) für die Anode ist auf dem Oxidfilm (16) ausgebildet,
erstreckt sich durch die Kontaktöffnung (17) und ist elektrisch mit dem P-Störstellen-Diffusionsbereich
(14), d.h. dem Anodenbereich, verbunden. Eine Netallverbindungsschicht (198) für
die Kathode ist auf dem Oxidfilm (16) ausgebildet, erstreckt sich durch die Kontaktöffnung
(18) und ist elektrisch mit dem N-Störstellen-Diffusionsbereich (15), d.h. dem Kathodenbereich,
verbunden.
-
Bei der bekannten Zenerdiode gemäss den Fig. 1A und 1B werden zum
Zeitpunkt eines Zenerdurchbruchs einige der heissen Löcher, die in der Nähe einer
Grenzschicht zwischen dem P-Störstellen-Diffusionsbereich (14) und dem N-Störstellen-Diffusionsbereich
(15) erzeugt werden,
in eine Verarmungsschicht beschleunigt und
treten in den Bereich des Oxidfilms (16) ein, der in der Nachbarschaft der PN-Ubergangszone
liegt, und veranlassen den Oxidfilm (16), positiv aufgeladen zu werden.
-
Infolgedessen wird ein elektrisches Feld über der Oberfläche des P-Störstellen-Diffusionsbereichs
(14) in der Nachbarschaft der N +-P-Ubergangszone abgebaut und die Zenerdurchbruchspannung
verändert.
-
Diese Erscheinung, die als Folge der Diffusion der heissen Löcher
in dem Oxidfilm (16) auftritt, erscheint vorwiegend dann, wenn eine den Oxidfilm
(16) überdeckende Schicht aus einem Werkstoff gebildet wird, die zu einer negativen
Ladung neigt, wie dies beispielsweise bei einer Schichtanordnung der Fall ist, die
einen Siliconnitridfilm über einem Polyimid aufweist. ALs Ergebnis tritt eine starke
Variation der Zenerdurchbruchspannung auf.
-
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Zenerdiode
zu schaffen, die eine änderung der Zenerspannung beim Zenerdurchbruch verkleinern
kann.
-
Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung betrifft diese eine Zenerdiode
mit einem Halbleitersubstrat, einem P-Störstellenbereich, der in einer Hauptfläche
des Hauptleitersubstrats ausgebildet ist, einem N-Störstellenbereich, der in der
Hauptfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist und in Anlage an dem P-Störstellenbereich
steht, wobei der N-Störstellenbereich eine Störstellenkonzentration
aufweist, die höher als jene des P-Störstellenbereichs ist; einem
Oxidfilm, der auf der Oberfläche der erhaltenen Anordnung ausgebildet ist; einer
ersten Kontaktöffnung, die im Oxidfilm derart angeordnet ist, dass sie sich oberhalb
des P-Störstellenbereichs befindet; einer zweiten Kontaktöffnung, die im Oxidfilm
derart angeordnet ist, dass sie sich oberhalb des N-Störstellenbereichs befindet;
einer Metallverbindungsschicht für eine Anode, die an jenem Abschnitt des Oxidfilms
ausgebildet ist, der über dem P-Störstellenbereich liegt und die elektrisch über
die erste Kontaktöffnung mit dem P-Störstellenbereich verbunden ist; und mit einer
Metallverbindungsschicht für eine Kathode, die auf jenem Abschnitt des Oxidfilms
ausgebildet ist, der über dem N-Störstellenbereich liegt und durch die zweite Kontaktöffnung
elektrisch mit dem N-Störstellenbereich verbunden ist; die dadurch gekennzeichnet
ist, dass eine Metallverbindungsschicht auf jenem Bereich des Oxidfilms ausgebildet
ist, der über einer PN-übergangszone zwischen dem P-Störstellenbereich und dem N-Störstellenbereich
liegt, und der ein Potential zugeführt wird, das gleich gross wie oder grösser als
jenes ist, das an der Metallverbindungsschicht für eine Kathode liegt.
-
Im Einklang mit dieser Ausführungsform wird eine Zenerdiode geschaffen,
die eine Anderung der Zenerspannung zum Zeitpunkt eines Durchbruchs verkleinern
kann.
-
Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1A eine Draufsicht auf den Aufbau einer üblichen
Zenerdiode, Fig. 1B eine Querschnittsdarstellung längs der Linie (X-X') in Fig.
1A, Fig. 2A eine Draufsicht auf den Aufbau einer Zenerdiode entsprechend einer Ausführungsform
der Erfindung, Fig. 28 eine Querschnittsdarstellung längs der Linie (X-X') in Fig
2A, Fig. 3A eine Draufsicht einer Zenerdiode gemäss einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung, und Fig. 38 eine Querschnittsdarstellung längs der Linie (X-X') in
Fig.
-
3A.
-
Es wird anschliessend auf bevorzugte Ausführungsformen Bezug genommen.
Die Fig. 2A und 28 zeigen eine Zenerdiode gemäss einer Ausführungsform der Erfindung.
-
Fig. 2A stellt eine Draufsicht auf die Anordnung der Zenerdiode Längs
der Linie (X-X') in Fig. 28 dar. Eine eingebettete N+-Diffusionsschicht (21) ist
in einer
Hauptfläche eines P-HalbLeitersubstrats (20) ausgebildet, und eine
aufgedampfte N-Schicht (22) mit einer Störstellenkonzentration von etwa 1015 cm-3
ist an der Hauptfläche des Halbleitersubstrats (20) ausgebildet.
-
P-Diffusionsschichten (23a, 23b), die zur Isolierung dienen, sind
in der aufgedampften N-Schicht ausgebildet.
-
Ein P-Störstellen-Diffusionsbereich (24) mit einer Störstellenkonzentration
von etwa 1019 cm 3 ist als ein Anodenbereich der Zenerdiode im Oberflächenbereich
der aufgedampften N-Schicht (22) ausgebildet. Ein N-Diffusionsbereich (25) mit einer
Störstellenkonzentration von etwa 1020 cm-3 ist in der Oberfläche der aufgedampften
N-Schicht (22) derart ausgebildet, dass er sich in den aufgedampften P-Störstellen-Diffusionsbereich
(24) erstreckt. Der N-Diffusionsbereich (25) dient als Kathodenbereich der Zenerdiode.
Ein Oxidfilm (26) ist auf der Oberfläche der erhaltenen Anordnung ausgebildet.
-
Eine Kontaktöffnung (27) für eine Anodenverbindung ist im Oxidfilm
(26) ausgebildet und tegt teilweise die Oberfläche des P-Störstellen-Diffusionsbereichs
(24) frei. Andererseits ist eine Kontaktöffnung (28) für eine Kathodenverbindung
im Oxidfilm (26) ausgebildet und legt teilweise den N-Störstetlen-Diffusionsbereich
(25) frei. Eine Metallverbindungsschicht (29) für die Anode ist an der Oberfläche
der erhaltenen Anordnung ausgebildet und ist elektrisch mit dem P-StörstelLen-Diffusionsbereich
(24) über die Kontaktöffnung (27) verbunden. Eine Metallverbindungsschicht (30)
für die Kathode ist auf der Oberfläche des Oxidfilms (26) ausgebildet und ist elektrisch
über die Kontaktöffnung (28) mit dem N-Störstellen-Diffusionsbereich
(25)
verbunden. Eine Metallverbindungsschicht (21) ist auf dem Oxidfilm (26a) oberhalb
der PN-übergangszone zwischen dem P-Störstellen-Diffusionsbereich (24) und dem N-Störstellen-Diffusionsbereich
(25) derart ausgebildet, dass sie die PN-übergangszone überbrückt.
-
Ein Potential (VR), das gleich gross wie oder grösser als jenes an
der Metallverbindungsschicht (30) ist, wird einer Verbindungsschicht (31) zugeführt.
-
Wird die Zenerdiode gemäss den Fig. 2A und 28 für eine Konstantspannungsschaltung
verwendet, so wird ein negatives und ein positives Potential den Metallverbindungsschichten
(29, 30) zugeführt.
-
Andererseits wird das vorausgehend aufgeführte Potential (VR) der
Verbindungsschicht (31) zugeführt. Beim Auftreten eines Durchbruchs als Folge der
Zuführung einer Sperrspannung der Zenerdiode, werden an der PN-übergangszone heisse
Löcher erzeugt. Da das positive Potential der Verbindungsschicht (31) zugeführt
wird, wird der Eintritt der heissen Löcher in den Oxidfilm (26a) der über der PN-übergangszone
liegt, unterdrückt und die heissen Löcher werden in dem N-Störstellen-Diffusionsbereich
(25) absorbiert.
-
Selbst wenn ein Film auf dem Oxidfilm C26) gebildet wird, der einer
negativen Ladung zugänglich ist, kann der Eintritt heisser Löcher in den Oxidfilm
(26a) ebenfalls unterdrückt werden, so dass die Verringerung einer Anderung der
Zenerspannung möglich gemacht wird.
-
Die Fig. 3A und 38 zeigen eine Zenerdiode gemäss einer
weiteren
Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3A stellt eine Draufsicht der Anordnung der
Zenerdiode dar und Fig. 38 eine Querschnittsdarstellung längs der Linie (X-X') in
Fig. 3A. In Fig. 3 werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um die Teile oder
Bauelemente darzustellen, die den in Fig. 2 gezeigten entsprechen und eine weitere
Erläuterung dieser Ausführungsform entfällt daher, mit Ausnahme des nachfolgenden
Gesichtspunkts.
-
In der Ausführungsform gemäss den Fig. 2A und 28 ist die Netallverbindungsschicht
(31) über der PN-übergangszone mit einem dazwischen angeordneten Oxidfilm (26a)
ausgebildet, während in der Ausführungsform nach den Fig. 3A und 38 die Metallverbindungsschicht
(30) für die Kathode eine Verlängerung (30a) aufweist, die die PN-übergangszone
mit dem dazwischen befindlichen Oxidfilm (26a) überbrückt.
-
Wird die gemäss den Fig. 3A und 38 ausgebildete Zenerdiode in einer
Konstantspannungsschaltung verwendet, so wird der Metaliverbindungsschicht (29)
für die Anode ein negatives Potential zugeführt und der Netallverbindungsschicht
(30) für die Kathode ein positives Potential. Dabei wird ein positives Potential
der Verlängerung (30a) der Metaliverbindungsschicht (30) zugeführt. Da die Verlängerung
(30a) auf einem Oxidfilm (26a) oberhalb der PN-übergangszone ausgebildet ist, können
heisse Löcher, die beim Durchbruch der Zenerdiode entstehen, unterdrückt werden,
so dass sie nicht in den Oxidfilm (26a) eintreten. Daher kann die Anderung der Zenerspannung
geringer gemacht werden als bei der Ausführungsform gemäss den Fig. 2A und 28.
-
- Leerseite -