DE3610328C2

DE3610328C2 -

Info

Publication number: DE3610328C2
Application number: DE19863610328
Authority: DE
Inventors: Seiji Kitakyushu Jp Hata
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-03-30
Filing date: 1986-03-26
Publication date: 1989-09-07
Also published as: JPS61226971A; DE3610328A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zenerdiode mit einem Halb leitersubstrat nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zur Verwendung beispielsweise in einer Konstantspannungs schaltung für eine bipolare, lineare, integrierte Schal tung.

Eine bekannte Zenerdiode gemäß der japanischen Patent schrift 59-67 670 ist gemäß den Fig. 1A und 1B aufgebaut. Fig. 1A stellt eine Draufsicht auf ein Baumuster einer Zenerdiode dar und in Fig. 1B eine Querschnittsansicht längs der Linie X-X′ in Fig. 1A. Ein eingebetteter N⁺-Diffu sionsbereich 11 ist in einer Hauptfläche eines P-Halb leitersubstrats 10 und eine aufgedampfte N-Schicht 12 ist auf der Hauptfläche des Halbleitersubstrats 10 ausge bildet. P-Diffusionsbereiche 13 a, 13 b sind zur Isolierung in der aufgedampften N-Schicht ausgebildet. Ein P-Stör stellen-Diffusionsbereich 14 ist als Anodenbereich der Zenerdiode im Oberflächenbereich der aufgedampften N-Schicht 12 ausgebildet. Ein N-Störstellen-Diffusions bereich 15 ist im Oberflächenbereich der aufgedampften N-Schicht 12 derart ausgebildet, daß sie sich in den Diffusionsbereich 14 erstreckt. Der N-Störstellenbe reich 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 Diffusions bereich 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 19 A für die Anode ist auf dem Oxidfilm 16 ausgebildet, erstreckt sich durch die Kontaktöffnung 17 und ist elektrisch mit dem P-Stör stellen-Diffusionsbereich 14, d. h. dem Anodenbereich, verbunden. Eine Metallverbindungsschicht 19 B 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 Katho denbereich, verbunden.

Bei der bekannten Zenerdiode gemäß den Fig. 1A und 1B werden zum Zeitpunkt eines Zenerdurchbruchs einige der heißen Löcher (ein Loch, welches sich mit sehr viel größerer Geschwindigkeit bewegen kann als normale Löcher in einer Halbleitervorrichtung), 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 Nachbar schaft der PN-Übergangszone 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-Übergangszone abgebaut und die Zenerdurch bruchspannung verändert.

Diese Entscheidung, 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 Siliconnitrid film 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 Zener spannung beim Zenerdurchbruch verkleinern kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn zeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Durch die Erfindung wird eine Zenerdiode geschaffen, die eine Änderung der Zenerspannung zum Zeitpunkt eines Durchbruchs verkleinern kann.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1A eine Draufsicht auf den Aufbau einer üblichen Zenerdiode,

Fig. 1B einen Querschnittsdarstellung längs der Linie (X-X′) in Fig. 1A,

Fig. 2A eine Draufsicht auf den Aufbau einer Zenerdiode entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2B eine Querschnittsdarstellung längs der Linie (X-X′) in Fig. 2A,

Fig. 3A eine Draufsicht einer Zenerdiode gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 3B eine Querschnittsdarstellung längs der Linie (X-X′) in Fig. 3A.

Es wird anschließend auf bevorzugte Ausführungsformen Bezug genommen. Die Fig. 2A und 2B 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. 2B 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 (23 a, 23 b), 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 legt 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-Störstellen-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 (31) ist auf dem Oxidfilm (26 a) 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 Metall-Verbindungsschicht (31) zugeführt.

Wird die Zenerdiode gemäß den Fig. 2A und 2B 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 Metallverbindungsschicht (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 Metall verbindungsschicht (31) zugeführt wird, wird der Eintritt der heißen Löcher in den Oxidfilm (26 a) 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 (26) gebildet wird, der einer negativen Ladung zugänglich ist, kann der Eintritt heißer Löcher in den Oxidfilm (26 a) ebenfalls unterdrückt werden, so daß die Verringerung einer Änderung der Zenerspannung möglich gemacht wird.

Die Fig. 3A und 3B zeigen eine Zenerdiode gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3A stellt eine Draufsicht der Anordnung der Zenerdiode dar und Fig. 3b 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 2B ist die Metallverbindungsschicht (31) über der PN-Übergangszone mit einem dazwischen angeordneten Oxidfilm (26 a) ausgebildet, während in der Ausführungsform nach den Fig. 3A und 3B die Metallverbindungsschicht (30) für die Kathode eine Verlängerung (30 a) aufweist, die die PN-Übergangszone mit dem dazwischen befindlichen Oxidfilm (26 a) überbrückt.

Wird die gemäß den Fig. 3A und 3B ausgebildete Zenerdiode in einer Konstantspannungsschaltung verwendet, so wird der Metallverbindungsschicht (29) für die Anode ein negatives Potential zugeführt und der Metallverbindungsschicht (30) für die Kathode ein positives Potential. Dabei wird ein positives Potential der Verlängerung (30 a) der Metallverbindungsschicht (30) zugeführt. Da die Verlängerung (30 a) auf einem Oxidfilm (26 a) oberhalb der PN-Übergangszone ausgebildet ist, können heiße Löcher, die beim Durchbruch der Zenerdiode entstehen, unterdrückt werden, so daß sie nicht in den Oxidfilm (26 a) eintreten. Daher kann die Änderung der Zenerspannung geringer gemacht werden als bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 2A und 2B.

Claims

1. Zenerdiode mit einem Halbleitersubstrat, einem P-Störstellenbereich, der ineiner 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; dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallverbindungsschicht (31) auf jenem Bereich des Oxidfilms (26 a) ausgebildet ist, der über einer PN-Übergangszone zwischen dem P-Störstellenbereich (24) und dem N-Störstellenbereich (25) liegt, und der ein Potential zugeführt wird, das gleich groß wie oder größer als jenes ist, das an der Metallverbindungsschicht (30) für eine Kathode liegt.

2. Zenerdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallverbindungsschicht (31) als Verlängerung der Metallverbindungsschicht (30) für eine Kathode ausgebildet ist.