DE4206393A1 - Halbleiterrelais und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Halbleiterrelais und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterrelais (HLR) entsprechend dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zu seiner
Herstellung.
Die Funktionsweise eines HLR kann allgemein dadurch beschrieben
werden, daß ein Lichtsender, z. B. eine Lichtemitterdiode über
eine optische Koppelstrecke eine Fotodiodenanordnung bestrahlt, an
ihr dadurch ein elektrisches Signal entsteht und mit diesem ein
Lastschalter angesteuert wird. Da die verfügbare Energie des elek
trischen Signals relativ gering ist, muß der Lastschalter lei
stungsarm z. B. über eine Feldeffektelektrode steuerbar sein.
Ein in dieser einfachen Weise aufgebautes HLR ist zwar in der
Lage, den Schaltvorgang im Lastkreis beim Übergang vom nichtemit
tierenden in den emittierenden Zustand des Lichtsenders im Ein
gangskreis ohne Verzögerung auszuführen, hat aber den Nachteil,
daß die von der Fotodiodenanordnung, die eine Zeile von mehreren
gleichsinnig in Reihe geschalteten Fotodioden ist, generierte und
in der Gatekapazität des Lastschalters gespeicherte Ladung beim
Abschalten des Lichtsenders nicht oder sehr langsam über para
sitäre Pfade abgebaut werden kann, wodurch nur unvertretbar große
Schaltzeiten realisierbar sind.
Eine in der DE-OS 35 02 180 beschriebene zusätzliche Schaltvor
richtung, bestehend aus einem parallel zur Fotodiodenzeile ange
ordneten hochohmigen Widerstand, einem pnp-Transistor und einer
Diode verbessert das Schaltverhalten des HLR, indem die Gateka
pazität über die Emitter-Kollektor-Strecke des pnp-Transistors
entladen wird. Der hierbei parallel zur Fotodiodenzeile liegende
Widerstand vermindert jedoch die Ansprechempfindlichkeit des HLR.
Die zwischen Fotodiodenzeile und Steuerstrecke des Lasttransistors
in Reihe geschaltete Diode hat zudem negative Auswirkungen auf
das Einschaltverhalten des HLR. Beide Nachteile können nur durch
flächenmäßig große und eine erhöhte Anzahl von Dioden in der Fo
todiodenzeile kompensiert werden. Außerdem wird bei diesem HLR die
Möglichkeit des Durchschaltens des Lastschalters durch Störimpulse
nicht verhindert.
Die US-PS 44 92 883 beschreibt ein HLR mit einer zusätzlichen, aus
einem mit Source und Drain parallel zur Steuerstrecke des Last
schalters angeordneten JFET und einer zwischen dem Gate des Last
schalters und Source des JFET einerseits und einem Ende der Foto
diodenzeile und Gate des JFET andererseits liegenden Zenerdiode
bestehenden Abschaltvorrichtung, bei der der Betrag der Schwellen
spannung des JFET kleiner ist als die Durchgangsspannung der
Zenerdiode. Beim Einschalten des Lichtsenders geht zuerst der JFET
in seinen hochohmigen Zustand über und dem Gate des Lastschalters
wird erst Ladung zugeführt, wenn die Durchgangsspannung der Zener
diode von der an der Fotodiodenzeile erzeugten Spannung über
schritten wird, so daß auch dieser seinen Schaltzustand ändern
kann. Beim Abschalten ist die Zenerdiode in Flußrichtung gepolt
und die Gate-Source-Spannung des JFET sinkt schnell unter seine
Schwellenspannung, was ihn in den das Gate des Lastschalters
schnell entladenden selbst leitenden Zustand bringt und den Last
schalter in seine Ausgangslage zurückkehren läßt.
Das beschriebene HLR ermöglicht zwar ein schnelles Abschalten, hat
jedoch den Nachteil, daß wegen der relativ hohen Durchgangsspan
nung der Zenerdiode ein größeres Signal, d. h. eine höhere Anzahl
ohnehin schon sehr flächenintensiver Dioden in der Fotodiodenzeile
benötigt wird. Die in Reihe zum Gate des Lastschalters angeordnete
Zenerdiode hat negative Auswirkungen auf das Einschaltverhalten
des HLR. Um den Schaltzustand des Lastschalters zu ändern, muß
auch gesichert werden, daß die Durchgangsspannung der Zenerdiode
kleiner ist als die Schwellenspannung des Lastschalters. Diese
Bedingung ist, insbesondere für eine zu integrierende Zenerdiode,
nicht einfach realisierbar.
In der DE 37 08 812 wird ein HLR vorgestellt, dessen Schaltvorrich
tung zur Entladung der Gatekapazität des Lastschalters ein selbst
leitender Feldeffekttransistor mit parallel zur Steuerstrecke des
Lastschalters angeordneten Source und Drain ist. Steuerspannung
für ihn ist ein Spannungsabfall an einem Widerstandselement,
welches einerseits gemeinsam mit seinem Gate an einem Ende der
Fotodiodenzeile und andererseits gemeinsam mit seinem Source an
einer Elektrode der Steuerstrecke des Lastschalters liegt. Die
Gateelektrode des Lastschalters ist am Drain des selbstleitenden
Feldeffekttransistors und an der anderen Seite der Fotodiodenzeile
angeschlossen. Der Betrag der Schwellenspannung des Feldeffekt
transistors muß kleiner sein als der Spannungsabfall am Wider
standselement. Unter dieser Bedingung funktioniert das beschrie
bene HLR analog zu dem zuvor genannten und weist auch dessen we
sentliche Nachteile wie etwa einen das Einschaltverhalten des HLR
negativ beeinflussenden Serienwiderstand zwischen Fotodiodenzeile
und Gate des Lastschalters sowie einen aus der Sicht des Last
schalters für seine Ansteuerung nicht wirksam werdenden Spannungs
verlust am Widerstandselement auf.
Aus der EP-PS 00 48 146 ist ferner ein HLR bekannt, dessen zusätz
liche Schaltvorrichtung ebenfalls einen mit Source und Drain pa
rallel zur Steuerstrecke des Lastschalters liegenden selbst lei
tenden Feldeffekttransistor enthält, der jedoch von einer auch mit
dem Lichtsender im Eingangskreis optisch gekoppelten zweiten Foto
diodenzeile zwischen Gate und Source angesteuert wird. Dieses HLR
vermeidet damit serielle Spannungsabfälle und verursacht keine
Verschlechterung des Einschaltverhaltens. Als nachteilig muß je
doch der für die zusätzliche Fotodiodenzeile benötigte hohe
Flächenbedarf angesehen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein HLR dahingehend zu
vervollkommnen, daß keine Verringerung der Ansprechempfindlichkeit
bzw. nur eine vernachlässigbar geringe Parasitärbelastung der Fo
todiodenzeile erfolgt und bei geringem Chipflächenbedarf ein aus
reichend großes Signal zur Ansteuerung des Lastschalters, bei
Sicherung seiner Fähigkeit jeden Schaltvorgang schnell ausführen
zu können, verfügbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen des Halbleiterrelais werden in den Ansprüchen 2
bis 5 aufgeführt. Ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiter
relais ist im Patentanspruch 6 angegeben.
Das erfindungsgemäße Halbleiterrelais zeichnet sich durch schnelle
Schaltzeiten und direkte Ansteuerung der Schaltvorrichtung aus.
Weiterhin wird der serielle Spannungsabfall vermieden und es be
steht geringer Flächenbedarf. Die Einzelheiten der Ausführungsfor
men der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und
aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 die Schaltung des erfindungsgemäßen Halbleiterrelais,
Fig. 2 Schaltbild gem. Anspruch 3,
Fig. 3a Querschnitt der Fotodiode,
Fig. 3b Querschnitt eines selbstleitenden p-Kanal-Transistors,
Fig. 3c Querschnitt eines selbstleitenden n-Kanal-Transistors,
Fig. 4 Querschnitt eines hybrid aufgebauten erfindungsgemäßen
Halbleiterrelais.
Das in Fig. 1 gezeigte Halbleiterrelais besteht aus einem Licht
sender 10, vorzugsweise als Lichtemitterdiode ausgestaltet, einer
Fotodiodenzeile 11; 111, einer Abschaltvorrichtung 15; 115 und
einem Lastschalter 18; 118.
Wenn im Eingangskreis des HLR ein Strom fließt, emittiert der
Lichtsender 10 Licht, welches aber die der galvanischen Trennung
von Eingangs- und Ausgangskreis dienende optische Koppelstrecke
auf die Fotodiodenzeile 11 trifft. Gleichzeitig werden an ihr die
Steuerspannungen des Lastschalters 18 und der selbstleitenden
Feldeffekttransistoren 13 und 14 generiert. Dadurch gehen alle
Schalterelemente ohne Verzug in ihren entgegengesetzten Schaltzu
stand über. Die selbstleitenden Feldeffekttransistoren weisen
hochohmige Source-Drain-Strecken auf und die gesamte Spannung der
Fotodiodenzeile steht ohne Verluste und schaltzeiterhöhende Se
rienelemente am Gate des Lastschalters 18 zur Verfügung. Wird der
Strom im Eingangskreis des HLR unterbrochen, hört die Lichtemis
sion auf und die Spannung an der Fotodiodenzeile 11 wird nicht
weiter aufrechterhalten. Die eine geringe Kapazität und eine
kleine Steuerspannung aufweisenden Gateanschlüsse der selbstlei
tenden Feldeffekttransistoren 13 und 14 entladen sich relativ
schnell über parasitäre Strompfade und bewirken bei Unterschreiten
der Schwellenspannung, daß sie in den selbstleitenden, niederohmi
gen Zustand übergehen und damit problemlos die, bedingt durch eine
relativ große Gatekapazität 18a und Steuerspannung, am Schalttran
sistor 18 gespeicherte große Ladungsmenge schnell abbauen können.
Das Abschaltverhalten des HLR kann weiter verbessert werden, indem
zwischen den Anzapfungen 12, 16 und 17 zur Gewinnung der Steuer
spannungen der selbstleitenden Feldeffekttransistoren hochohmige,
die entsprechenden Dioden der Fotodiodenzeile kaum belastende,
Widerstandselemente angeordnet werden, um die Rückführung der
Feldeffekttransistoren in ihren selbstleitenden Zustand zusätzlich
zu beschleunigen. Zwei hochohmige, in Zeichnung 1 gestrichelt dar
gestellte Widerstandselemente 19 können jeweils zwischen der Gate
elektrode und der Mittelanzapfung 12 der Fotodiodenzeile ange
schlossen sein. Mit nur einem Widerstandselement zwischen den
beiden Gateelektroden ist eine gleichwertige Beeinflussung des
Schaltverhaltens des HLR erreichbar.
Eine einfache Variante eines der Aufgabe der Erfindung ent
sprechenden HLR ist in Zeichnung 2 dargestellt. Hierbei wird
einer der beiden selbstleitenden FET des zuerst beschriebenen
HLR durch einen Widerstand 114 ersetzt. Das Gatepotential zur
Steuerung des verbleibenden selbstleitenden FET 113 wird vor
zugsweise zwischen der ersten und zweiten Diode vom Ende der
Fotodiodenzeile 111, an dem diese mit dem Widerstand 114 ver
bunden ist, abgenommen und seine Sourceelektrode an eine An
zapfung der Fotodiogenzeile 111 gelegt, so daß im Falle ihrer
Bestrahlung durch die Lichtemitterdiode 110 zwischen Gate und
Source eine für die Überführung des Transistors in den hoch
ohmigen Schaltzustand ausreichend große Spannung geeigneter
Polarität erzeugt wird.
Die zwischen dem Gate des Transistors und dem Widerstand befind
liche äußere Diode der Fotodiodenzeile dient bei der Entladung der
Gatekapazität des Lastschalters der Entkopplung beider Steuerelek
troden. Ein zusätzliches Schaltungselement wird nicht benötigt.
Zu beachten ist, daß der Widerstand 114 einerseits die ihm pa
rallel geschalteten Dioden der Fotodiodenzeile möglichst wenig be
lasten darf, andererseits aber auch in der Lage sein muß, die
Gatekapazität 118a des Lastschalters 118 noch schnell genug zu
entladen. Um der Belastung der Fotodioden durch den Widerstand
entgegenzuwirken, können diese großflächiger ausgeführt werden,
wodurch aber insgesamt weniger Chipfläche benötigt wird als im
Falle der Verwendung einer separaten Fotodiodenzeile für die An
steuerung des selbstleitenden Feldeffekttransistors, insbesondere
wenn man die Aufwendungen für Isolation und Kontaktierung berück
sichtigt. Dieser Sachverhalt ist in Zeichnung 2 gestrichelt durch
parallelliegende Fotodioden 111a dargestellt.
Es ist prinzipiell denkbar, den Widerstand 114 auch durch eine
oder mehrere in Serie geschaltete vom Lichtsender nicht bestrahlte
und im unteren Flußkennlinienbereich arbeitende Dioden zu er
setzen. Sie stellen bei Lichteinfall für die parallel zu ihnen
angeordneten Fotodioden einen hochohmigen Widerstand dar. Nachdem
kein Licht mehr aus dem Eingangskreis emittiert wird und der Feld
effekttransistor 113 in seinen selbstleitenden Zustand übergegan
gen ist gelangen die den Widerstand bildenden Dioden in den
niederohmigen Bereich der Flußkennlinie, wodurch die Gateladung
des Lastschalters schnell abgebaut, seine Steuerschwellenspannung
unterschritten wird und er in seinen Ausgangszustand zurückkehrt.
Zur kostengünstigen Herstellung des erfindungsgemäßen HLR wird,
mindestens für die Absicherung der einwandfreien Funktion der
Fotodiodenzeile 11 und 111, ein Halbleitersubstrat mit dielek
trisch isolierten Inseln, vorzugsweise auf Basis von Silizium,
benötigt. Es ist auch sinnvoll, in einen solchen monolithischen
Chip weitere Elemente des HLR mit aufzunehmen, vor allem betrifft
das die Schaltvorrichtung 15 und 115 zur beschleunigten Entladung
der Gatekapazität des Lastschalters.
Die vollständig dielektrisch isolierten einkristallinen Silizium
inseln, in welche die Elemente des HLR eingebracht werden, weisen
eine niedrige Störstellenkonzentration, n-Leitfähigkeit und eine
möglichst große Ladungsträgerlebensdauer auf. Die Inseln haben
eine Tiefe von größer 10 µm. Die Fotodioden befinden sich ein
zeln in je einer separaten einkristallinen vollständig dielek
trisch isolierten n-leitenden Siliziuminsel 20. Der aktive pn-
Übergang wird parallel zur Inseloberfläche, diese möglichst, außer
einer Aussparung für die Kontaktierung der n-leitenden Insel,
maximal nutzend, durch Einbringen von p-Leitfähigkeit hervor
rufendem Bor mittels Ionenimplantation und anschließender Tiefen
diffusion erzeugt. Die Oberflächenkonzentration des Bors beträgt
ca. 1016 cm-3. Die niedrigohmigen Anschlüsse für Anode 21 und
Kathode 22 der Fotodioden werden an den dafür vorgesehenen Stellen
durch Eindiffusion von Bor und Phosphor hergestellt. Der Quer
schnitt durch eine Fotodiode ist aus Zeichnung 3a ersichtlich.
Die selbstleitenden Feldeffekttransistoren werden vorzugsweise als
laterale Anordnungen ebenfalls in dielektrisch isolierter Insel 20
erzeugt. Dabei erfolgt, den p-Kanal-Transistor 14 bzw. 114 betref
fend, zwischen zwei nahe beieinander liegenden langgestreckten dem
Anodenanschluß 21 der Fotodiode entsprechenden stark mit Bor do
tierten Source- und Draingebieten 23 eine Implantation von Borio
nen, die in ihrer Dosis und Energie auf die angestrebten Parame
ter, vor allem die Schwellenspannung, des Transistors abgestimmt
ist. Der dadurch entstandene p-leitende, relativ schwach dotierte
Kanal 24 des Transistors ist durch Anlegen einer Sperrspannung
zwischen Source und n-leitender Siliziuminsel 20 (Gate) in seiner
Leitfähigkeit steuerbar. Ein guter Kontakt zum Gate wird durch die
Erzeugung eines niederohmigen n-leitenden Anschlußgebietes 25, das
dem Kathodenanschluß 22 der Fotodiode entspricht, erzielt. Den
Querschnitt eines selbstleitenden p-Kanal-Transistors zeigt Zeich
nung 3b.
Ein selbstleitender n-Kanaltransistor wird hergestellt, indem in
ein relativ schwach dotiertes p-leitendes Gebiet 26, wie es bei
der Herstellung der Fotodiode beschrieben wurde, zwischen zwei
niederohmigen nah beieinander liegenden langgestreckten stark mit
phosphordotierten Source- und Draingebieten 27, die dem Kathoden
anschluß 22 der Fotodiode entsprechen, eine Implantation von Phos
phor, die in ihrer Dosis und Energie auf die angestrebten Para
meter, vor allem die Schwellenspannung, des Transistors abgestimmt
ist, erfolgt. Der dadurch entstandene, relativ schwach dotierte
n-leitende Kanal 28 des Transistors ist in analoger Weise wie der
des oben beschriebenen p-Kanaltransistors über einen niederohmigen
p-leitenden Gateanschluß 29, der simultan mit dem Anodenanschluß 21
der Fotodiode erzeugt wurde, steuerbar. Den Querschnitt eines
solchen Transistors zeigt Zeichnung 3c.
Die Verbindung der Elemente des HLR untereinander erfolgt, nachdem
Kontaktlöcher zu den Anschlußgebieten geätzt wurden, mittels einer
strukturierten Aluminiumschicht 30. Diese Aluminiumleitbahnen
sollen dabei die Fotodioden möglichst wenig und andere Elemente
möglichst maximal bedecken, was sie empfindlich bzw. unempfindlich
gegen die Bestrahlung mit Licht macht. Wie in Zeichnung 3b und 3c
dargestellt, kann mit Hilfe der Aluminiumschicht über den Kanal
gebieten der Transistoren ein MOS-Gate aufgebaut werden, welches,
wenn es mit dem von der Halbleiterseite wirkenden Gate verbunden
ist, die Steuerbarkeit der Kanäle verbessert.
Hochohmige Widerstände, die im HLR Verwendung finden können, sind
vorteilhaft aus den selbstleitenden Feldeffekttransistoren analo
gen Strukturen herzustellen. Dabei ist entgegen der Vorgehensweise
beim Transistor ein Design erforderlich, das die Kanallänge
(Source-Drain-Abstand) möglichst groß und die Kanalweite möglichst
klein gestaltet. Wenn durch die Auslegung der Aluminiumleitbahn
Source und Gate intern zusammengeschaltet werden erhält man einen
hochohmigen Zweipol (Widerstand) mit, wegen der bei seiner Her
stellung zur Anwendung kommenden Ionenimplantation gut reprodu
zierbaren Parametern.
Da der zum HLR gehörende Lastschalter 18 bzw. 118 in der Regel für
große Ströme und hohe Spannungsfestigkeit ausgelegt ist, erscheint
seine Einbeziehung in den monolithischen Lichtempfängerchip wegen
der drastisch anwachsenden Kompliziertheit der Herstellungstechno
logie und des hohen Flächenbedarfs auf dem vergleichsweise teuren
dielektrisch isolierten Siliziummaterial wenig sinnvoll. Hier ist
die hybride Integration, wie sie auch für die aus einem Verbin
dungshalbleiter bestehenden Lichtemitterdiode 10 bzw. 110 ange
zeigt ist oder eine diskrete Außenbeschaltung in Betracht zu
ziehen.
Zeichnung 4 zeigt den Querschnitt eines praktischen Ausführungs
beispiels eines hybrid aufgebauten erfindungsgemäßen HLR mit
Lichtemitterdiode 10, Fotodiodenzeile 11 und Schaltvorrichtung 15
enthaltendem Empfängerchip sowie Lastschalter 18 in Form eines
DMOS-Transistors. Während die beiden erstgenannten Elemente über
ein optisches Koppelmedium in Verbindung stehen sind die beiden
letztgenannten Elemente über zwei Bonddrahtbrücken 31 zwischen den
äußeren Anschlüssen der Fotodiodenzeile bzw. den Drainanschlüssen
der selbstleitenden Feldeffekttransistoren und der Steuerstrecke
des Lastschalters elektrisch in Kontakt.
Das Gehäuse des vollständigen HLR ist durch eine Strichpunktlinie
dargestellt.
Die Erfindung wurde anhand von Beispielen erläutert und ist damit
in keiner Weise eingeschränkt.
Claims (6)
1. Halbleiterrelais (HLR) mit Optokoppler zur galvanischen Tren
nung des Eingangs- und Lastkreises, bestehend aus einem im
Eingangskreis befindlichen Lichtsender, einer mit ihm optisch
gekoppelten Zeile dielektrisch isolierter Fotodioden, einem
von ihr angesteuerten Lastschalter mit Feldeffektsteuerelek
trode und einer zu seiner Steuerstrecke bzw. der Fotodioden
zeile parallelliegenden Schaltvorrichtung, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schaltvorrichtung mittels Anzapfungen (12;
16; 17) der Fotodiodenzeile (10; 110), die das Steuersignal
für den Lastschalter (18; 118) erzeugt, von dieser direkt
angesteuert wird und die Anzapfungen (12; 16; 17) der Foto
diodenzeile (10; 110) vorzugsweise so gelegt sind, daß der
Betrag der zwischen ihnen generierten Steuerspannungen gerade
die Schwellenspannungen der Schaltvorrichtung (15; 115) über
schreitet sowie keine der Steuerelektroden der Schaltvorrich
tung (15; 115) direkt mit den äußeren Anschlüssen der Foto
diodenzeile (11; 111) verbunden ist.
2. HLR gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt
vorrichtung (15) aus zwei an ihren Sourceelektroden verbun
denen komplementären selbstleitenden Feldeffekttransistoren
(13; 14), die mit ihrem Drain jeweils an einem Anschluß der
Steuerstrecke des Lastschalters (18) und an einem äußeren An
schluß der Fotodiodenzeile (11) liegen, besteht und deren
Gate- und Sourceelektroden mit den Anzapfungen (12; 16; 17)
der Fotodiodenzeile (11) so verbunden sind, daß bei Licht
emission aus dem Eingangskreis jeweils die zwischen Source
und Gate der Transistoren hinsichtlich Betrag und Polarität
benötigten Steuerspannungen zur Überführung der Schaltvor
richtung in einen hochohmigen Zustand erzeugt werden und der
Lastschalter seinen Schaltzustand unverzüglich ändern kann,
oder daß bei Unterbrechung der Lichtemission aus dem Ein
gangskreis die Schaltvorrichtung (15) bzw. ihre Transistoren
(13; 14) schnell niederohmig werden und dadurch der Last
schalter (18) beschleunigt in seinen ursprünglichen Schaltzu
stand zurückkehrt.
3. HLR gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an
stelle eines der selbstleitenden Feldeffekttransistoren (13;
14) der Schaltvorrichtung ein Widerstandselement (113) einge
setzt wird, welches vorteilhaft durch einen zwischen Source
und Gate kurzgeschlossenen und mit einem großen Verhältnis
von Kanallänge zu Kanalweite ausgestatteten selbstleitenden
Feldeffekttransistor oder auch durch mehrere in Serie geschal
tete Dioden, die bezüglich der parallel liegenden Dioden der
Fotodiodenzeile bei deren Bestrahlung in Flußrichtung gepolt
sind, realisiert wird.
4. HLR gemäß Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem
Widerstandselement parallel liegenden Dioden (111a) der Foto
diodenzeile (111) zur Kompensation der Belastung durch das
Widerstandselement mit einer größeren bestrahlungsempfindlichen
Fläche ausgestattet sind.
5. HLR gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß seine
Elemente außer den Dioden der Fotodiodenzeile (11; 111) vor
der Bestrahlung durch den Lichtsender im Eingangskreis ge
schützt sind, indem sie entweder mittels einer zusätzlichen
lichtundurchlässigen Schicht oder maximal mit der lichtundurch
lässigen strukturierten metallischen Leitbahn (30) bedeckt
werden.
6. Verfahren zur Herstellung eines HLR nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleitersubstrat mit dielek
trisch isolierten einkristallinen niedrigdotierten n-leitenden
Inseln durch folgende Verfahrensschritte bearbeitet wird:
- - Herstellen einer thermischen SiO2-Schicht;
- - Erzeugung einer niedrigdotierten p-leitenden oberflächennahen Schicht (26) mittels fotolithographischer Verfahren, Ionen implantation und thermischer Nachbehandlung in den Inseln, die für die Aufnahme der Dioden und n-Kanaltransistoren vor gesehen ist;
- - Herstellen von hochdotierten n- und p-leitenden Gebieten mittels fotolithographischer Verfahren, Ionenimplantation und thermischer Nachbehandlung zur Erzeugung von Kontakten für Anoden (21) und Kathoden (22) der Dioden sowie Source, Drain (23;. 27) und Gate (25; 29) der Feldeffekttransistoren;
- - Erzeugung sehr flacher p- und n-Gebiete zur Ausbildung der Kanäle (24; 28) der selbstleitenden Feldeffekttransistoren zwischen ihren bereits vorhandenen Source- und Draingebie ten unter Verwendung fotolithographischer Verfahren und Ionenimplantation mit Dosiswerten um 1012 cm-2, so daß an den Transistoren Abschnürspannungen von ca. 1 V erzielt wer den;
- - Ausbildung von Kontaktlöchern in der das Substrat bedeckenden SiO2-Schicht mittels fotolithographischer Verfahren;
- - Aufbringen einer Metallschicht und deren anschließende foto lithographische Strukturierung, so daß die in einzelnen In seln ausgebildeten Schaltungselemente durch Metalleitbahnen (30) verbunden sind;
- - Separieren der die Fotodiodenzeile (11) und Schaltvorrich tung (15) enthaltenden Bereiche des Halbleitersubstrats und gemeinsamer Aufbau mit für die Bestrahlung der Fotodioden in günstiger Position, vorzugsweise diesen gegenüber, angeord neter Lichtemitterdiode (10) sowie dem Lastschalter (18) in einem Gehäuse.
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DE4206393C2 (de) | 1995-05-18 |
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