DE3626858A1 - Schutzstruktur fuer integrierte schaltungen - Google Patents
Schutzstruktur fuer integrierte schaltungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzstruktur für
integrierte Schaltungen.
Bisher vorgeschlagene Schutzstrukturen für die Verwendung
in elektrostatisch empfindlichen Vorrichtungen wie inte
grierten Schaltungen können Dioden, Thyristoren, Transisto
ren oder Kombinationen dieser Bauelemente enthalten. Sol
che Schutzstrukturen sind nachteilig, da sie gemäß bestimm
ter Technologien hergestellt werden müssen, die die für
die Herstellung der verbleibenden Teil der integrierten
Schaltung verfügbaren Technologien einschränken. Bis zu
einem gewissen Ausmaß führt die angewendete Schutzstruktur
daher zu einer Einschränkung der Art der gesamten inte
grierten Schaltungsstruktur, die hergestellt werden kann,
was eine Verschlechterung des Verhaltens der integrierten
Schaltung zur Folge haben kann.
Außerdem ist eine Schutzstruktur vorgeschlagen worden,
die zwei Diffusionszonen enthält, die durch eine epitakti
sche Schicht hindurch bis zum Kontakt mit einer Zwischen
schicht diffundiert sind, wobei die Zonen den gleichen
Leitungstyp haben. Diese Schutzstruktur hat den Nachteil,
daß zwischen den zwei Diffusionszonen Kanäle entstehen
können, die zu einem unerwünschten Ladungsabfluß in der
Schutzstruktur führen, der die Struktur schließlich weni
ger effektiv als Schutzschaltung macht. Außerdem kann es
zu einer parasitären Transistorwirkung kommen.
Mit Hilfe der Erfindung soll eine Schutzstruktur geschaf
fen werden, mit der die oben erwähnten Probleme beseitigt
werden und die die Herstellung integrierter Schaltungen
unter Verwendung anderer Herstellungstechnologien ermög
licht.
Die nach der Erfindung ausgebildete Schutzstruktur für
eine integrierte Schaltung ist gekennzeichnet durch ein
Substrat eines ersten Leitungstyps, eine epitaktische
Schicht eines zweiten Leitungstyps über dem Substrat,
eine Zwischenschicht des zweiten Leitungstyps zwischen
dem Substrat und der epitaktischen Schicht, eine Diffusions
zone des zweiten Leitungstyps, die sich durch die epitak
tische Schicht erstreckt und mit der Zwischenschicht in
Kontakt steht, und eine weitere Diffusionszone des ersten
Leitungstyps, die sich in die epitaktische Schicht er
streckt und über der Zwischenschicht liegt.
Der erste Leitungstyp kann positiv dotiert sein, also der
P-Leitungstyp sein, und der zweite Leitungstyp kann nega
tiv dotiert sein, also der N-Leitungstyp sein.
Die weitere Diffusionszone kann sich durch die epitakti
sche Schicht erstrecken und mit der Zwischenschicht in
Kontakt stehen.
Der weiteren Diffusionszone kann eine flache Zone des
gleichen Leitungstyps wie die weitere Diffusionszone
zugeordnet sein, falls die weitere Diffusionszone mit der
Zwischenschicht in Kontakt steht.
Die Dotierungskonzentration der Diffusionszone ist vor
zugsweise größer als die der epitaktischen Schicht.
Die Dotierungszone der weiteren Diffusionszone ist vor
zugsweise größer als die des Substrats.
Die Dotierungskonzentration der Zwischenschicht ist vor
zugsweise größer als die der epitaktischen Schicht.
Die Zwischenschicht erstreckt sich vorzugsweise in seit
licher Richtung nicht wesentlich über die seitlichen
Grenzen der Diffusionszone und der weiteren Diffusions
zone hinaus.
Eine Isolationszone des ersten Leitungstyps, deren Dotie
rungskonzentration vorzugsweise größer als die des
Substrats ist, kann in der epitaktischen Schicht so vor
gesehen sein, daß sie die Schutzstruktur umgibt, wodurch
diese isoliert wird.
Der Diffusionszone und/oder der Isolationszone kann eine
sich in seitlicher Richtung erstreckende flache Zone zuge
ordnet sein.
Auf der epitaktischen Schicht kann eine Oxidschicht ange
bracht sein.
Die Diffusionszone, die weitere Diffusionszone, die
Isolationszone oder irgendeine Konbination dieser Zonen
weisen vorzugsweise ein Kontaktfenster auf, das vertieft
sein kann; eines dieser Fenster oder alle diese Fenster
können zur Reduzierung der Ladungskonzentration an den
Fensterecken abgeschrägte Ecken aufweisen.
Die Diffusionszone kann sich in Umfangsrichtung um die
weitere Diffusionszone erstrecken, so daß eine Leitungs
zone zwischen der Diffusionszone und der weiteren Diffu
sionszone ausgedehnt werden kann.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beispielshalber erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schutz
struktur nach der Erfindung,
Fig. 2 eine modifizierte Version der Ausführungsform
von Fig. 1,
Fig. 3a ein nicht vertieftes Kontaktfenster in einer
Diffusionszone,
Fig. 3b ein vertieftes Kontaktfenster in der Diffusions
zone und
Fig. 4 eine Diffusionszone der Schutzstruktur, die
sich in Umfangsrichtung um eine weitere Diffu
sionszone erstreckt.
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Schutz
struktur gezeigt, die eine epitaktische Schicht 2 des
N⁻-Leitungstyps enthält, die auf einem Substrat 4 des
P⁻-Leitungstyps angebracht ist. Zwischen der epitakti
schen Schicht 2 und dem Substrat 4 befindet sich eine ver
grabene Zwischenschicht 6.
Eine Diffusionszone 8 des gleichen Leitungstyps und ähnli
che Dotierung wie die Zwischenschicht 6 wird durch die
epitaktische Schicht 2 diffundiert, und sie ist so ange
ordnet, daß sie mit der Zwischenschicht 6 in Kontakt
steht. Die Diffusionszone 8 weist eine flache Zone 10 auf,
die sich in seitlicher Richtung über die seitliche Aus
dehnung der Diffusionszone 8 hinaus in die epitaktische
Schicht 2 erstreckt. Die flache Zone 10, die den gleichen
Leitungstyp und eine ähnliche Dotierung wie die Diffusions
zone 8 hat, erleichtert den Kontakt der Diffusionszone 8
mit einer Elektrode 10 durch ein Kontaktfenster 14.
In der epitaktischen Schicht 2 ist eine weitere Diffusions
zone 16 so gebildet, daß sie über der Zwischenschicht 6
liegt. Die weitere Diffusionszone 16 hat den P⁺-Leitungs
typ, und sie weist eine größere Dotierungskonzentration
als das Substrat 4 auf. In dieser Ausführung ist die wei
tere Diffusionszone 16 eine flache Diffusionszone. Die
weitere Diffusionszone 16 ist durch ein Kontaktfenster
20 mit einer Elektrode 18 verbunden.
Die Schutzstruktur ist mittels einer Isolationszone 22
isoliert, die den gleichen Leitungstyp und eine ähnliche
Dotierungskonzentration wie die weitere Diffusionszone
16 hat und die sich durch die epitaktische Schicht bis
in Kontakt mit dem Substrat 4 erstreckt. Die Isolations
zone 22 umgibt die Schutzstruktur; sie kann ringförmig
ausgebildet sein (wobei die entsprechende rechte Seite in
Fig. 1 weggelassen ist). Der Isolationszone 22 ist eine
flache Zone 24 zugeordnet, die durch ein Kontaktfenster
28 mit einer Elektrode 26 verbunden ist.
Die in Fig. 2 dargestellte Schutzstruktur unterscheidet
sich von der Schutzstruktur von Fig. 1 dadurch, daß die
weitere Diffusionszone 16 durch die epitaktische Schicht
2 hindurch diffundiert ist, so daß sie mit der Zwischen
schicht 6 in Kontakt steht.
Die epitaktische Schicht 2 ist mit einer Feldoxidschicht
30 bedeckt, die während der Herstellung der flachen Schicht
10, der weiteren Diffusionszone 16 und der flachen Zone 24
als Maske dienen kann. Die Oxidschicht 30 ist mit einer
Kontaktoxidschicht 32 bedeckt, damit die vertieften Kon
taktfenster 14, 20 bzw. 28 entstehen.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schutzstruktur
kann als Schutzstruktur für eine Versorgungsspannung V cc
einer integrierter Schaltung verwendet werden, wobei in
diesem Fall die Elektrode 12 an die Spannung V cc und die
Elektrode 18 an Masse gelegt sind. Für positive Übergänge
an der Elektrode 12 tritt an einer Diode, die an der Gren
ze zwischen der weiteren Diffusionszone 16 und der epitak
tischen Schicht 2 gebildet ist, ein Durchbruch in Sperr
richtung auf, wenn die Spannung an der Elektrode 18 die
Durchbruchspannung der Diode überschreitet. Wenn der Durch
bruch eintritt, fließt der Strom aus der Quelle der Ver
sorgungsspannung V cc über die Elektrode 18 nach Masse ab.
Die Spannung an der Elektrode 12 ist daher an die in
Sperrichtung vorliegende Durchbruchspannung geklemmt. Bei
negativen Übergängen wird die an der Grenze zwischen der
weiteren Diffusionszone 16 und der epitaktischen Schicht 2
gebildete Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt, so daß
die Elektrode 10 an die in Durchlaßrichtung vorliegende
Übergangsspannung der Diode geklemmt wird. Wenn die Span
nung an der Elektrode 12 über die in Vorwärtsrichtung
geltende Übergangsdurchbruchspannung hinaus negativ wird,
wird wiederum Strom über die Elektrode 18 nach Masse ab
geleitet.
Für den Fall, daß sich die weitere Diffusionszone 16 durch
die epitaktische Schicht 2 hindurch bis in Kontakt mit der
Zwischenschicht 6 erstreckt, wie in Fig. 2 dargestellt
ist, wirkt die Schutzstruktur in der gleichen oben be
schriebenen Weise, wenn sie so angeordnet ist, daß sie
die Versorgungsspannung V cc einer integrierten Schaltung
schützt, mit der Ausnahme, daß die Diode eine P⁺N⁺-Diode
an der Grenze zwischen der weiteren Diffusionszone 16 und
der Zwischenschicht 6 ist.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform
kann so ausgebildet sein, daß eine integrierte Schaltungs
struktur gegen elektrostatische Entladungen zur Versor
gungsspannung V cc geschützt wird. In diesem Fall ist die
Elektrode 12 an die Versorgungsspannung V cc angeschlossen,
und die Elektrode 18 ist an die Struktur der integrierten
Schaltung angeschlossen.
Im Falle von Fig. 1, bei welchem die weitere Diffusions
zone 16 flach ist, wird die Spannung an der Elektrode 18
bei positiven Übergängen an diese Elektrode 18 auf die in
Durchlaßrichtung vorhandene Übergangsspannung der Diode
an der Grenze der weiteren Diffusionszone 16 und der epi
taktischen Schicht 2 über der Versorgungsspannung geklemmt,
d. h. der Spannung V cc . Wenn die Diode leitend wird, fließt
Strom in die Quelle der Versorgungsspannung V cc . Bei nega
tiven Übergängen an der Elektrode 18 tritt ein Durchbruch
der Diode in Sperrichtung auf, und übermäßiger Strom
fließt über die Elektrode 12 zur Versorgungsspannungs
quelle ab.
Für den Fall, daß die weitere Diffusionszone 16 die Zwi
schenschicht 6 berührt, sind die Vorgänge ähnlich mit
der Ausnahme, daß die Diode eine P⁺N⁺-Diode ist.
Die Isolationszone 22 kann an Masse gelegt sein, und sie
ergibt zusätzlich zu der P⁺N⁺-Diode oder der Diode an
der Grenze zwischen der weiteren Diffusionszone 16 und
der epitaktischen Schicht 2 eine parallele Diode nach
Masse, falls die Versorgungsspannung V cc durch die Schutz
struktur geschützt wird.
Fig. 3a zeigt eine nicht vertiefte Ausführung des Kon
taktfensters 20. Dies ist eine andere Art der Konstruktion
gegenüber der Konstruktion der Kontaktfenster 14, 20 und
28 der Fig. 1 und 2. Fig. 3b zeigt eine vertiefte
Konstruktion des Kontaktfensters 20 entsprechend der in
den Fig. 1 und 2 dargestellten Konstruktion. Wie aus
Fig. 3a zu erkennen ist, erstreckt sich das Kontaktoxid
32 nicht nach unten bis zur Oberfläche der weiteren
Diffusionszone 16, während sich das Kontaktoxid 32 in
Fig. 3b nach unten bis zu der weiteren Diffusionszone 16
erstreckt. Die vertiefte Konstruktion hat den Vorteil,
daß ein Durchstoßen von der Elektrode 18 aus zwischen
der Elektrode 18 und der epitaktischen Schicht 2 in den
Gebieten A und A′ nicht stattfindet.
Fig. 4 zeigt eine mögliche Ausgestaltung der Diffusions
zone 8 in bezug auf die weitere Diffusionszone 16. Die
Ansicht von Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die in den
Fig. 1 und 2 dargestellten Strukturen, und sie zeigt,
daß sich die Diffusionszone 8 in Umfangsrichtung um zu
mindest einen Hauptteil der weiteren Diffusionszone 16 er
strecken kann. Diese Anordnung ist vorteilhaft, da sie
eine Erweiterung des Bereiches für Leitungszwecke zwischen
den zwei Zonen ermöglicht und die Durchbruchspannung herab
setzt. Außerdem zeigt Fig. 4, daß die Ecken der Diffusions
zonen 8 oder 16 abgeschrägt sein können, damit an den
Ecken dieser Zonen Ladungskonzentrationen reduziert werden
können.
Claims (13)
1. Schutzstruktur für eine integrierte Schaltung, gekenn
zeichnet durch ein Substrat (4) eines ersten Leitungstyps,
eine epitaktische Schicht (2) eines zweiten Leitungstyps
über dem Substrat (4), eine Zwischenschicht (6) des zwei
ten Leitungstyps zwischen dem Substrat (4) und der epi
taktischen Schicht (2), eine Diffusionszone (8) des zwei
ten Leitungstyps, die sich durch die epitaktische Schicht
(2) erstreckt und mit der Zwischenschicht (6) in Kontakt
steht, und eine weitere Diffusionszone (16) des ersten
Leitungstyps, die sich in die epitaktische Schicht (2)
erstreckt und über der Zwischenschicht (6) liegt.
2. Schutzstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der erste Leitungstyp der P-Leitungstyp ist und
daß der zweite Leitungstyp der N-Leitungstyp ist.
3. Schutzstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich die weitere Diffusionszone (16) durch
die epitaktische Schicht (2) erstreckt und mit der Zwi
schenschicht (6) in Kontakt steht.
4. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration
der Diffusionszone (8) größer als die der epitaktischen
Schicht (2) ist.
5. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration
der weiteren Diffusionszone (16) größer als die des
Substrats (4) ist.
6. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration
der Zwischenschicht (6) größer als die der epitaktischen
Schicht (2) ist.
7. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zwischenschicht (6)
nicht wesentlich über die Seitengrenzen der Diffusionszone
(8) und der weiteren Diffusionszone (16) hinaus erstreckt.
8. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der epitaktischen Schicht
(2) eine Isolationszone (22) des ersten Leitungstyps ange
bracht ist, die die Schutzstruktur umgibt und diese da
durch isoliert.
9. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusionszone (8) eine
sich in seitlicher Richtung erstreckende flache Zone (10)
zugeordnet ist.
10. Schutzstruktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß der Isolationszone (22) eine sich in seitlicher
Richtung erstreckende flache Zone (24) zugeordnet ist.
11. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß auf der epitaktischen Schicht
(2), der Diffusionszone (8) der weiteren Diffusionszone
(16), der Isolationszone (22) oder jeder Kombination die
ser Zonen eine Oxidschicht (30) angebracht ist, die ver
tiefte Kontaktfenster (14, 20, 28) aufweist.
12. Schutzstruktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß die Kontaktfenster (14, 20, 28) zur Reduzierung
der Ladungskonzentration an den Eckbereichen abgeschrägte
Ecken aufweisen.
13. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Duffusionszone (8)
in Umfangsrichtung um die weitere Diffusionszone (16)
erstreckt.
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