DE69000150T2

DE69000150T2 - Hochspannungs-spiralwiderstand.

Info

Publication number: DE69000150T2
Application number: DE9090420181T
Authority: DE
Inventors: Jacques Mille; Daniel Quessada
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1990-04-11
Publication date: 1993-02-11
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: DE69000150D1; JP3131974B2; FR2646019A1; EP0392944A1; EP0392944B1; US5053743A; JPH02296363A; FR2646019B1; KR900017197A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen spiralförmigen diffundierten Hochspannungs-Widerstand, der in ein Halbleitersubstrat integriert ist und dessen eines Ende mit einem Punkt des Substrats, der hoher Spannung ausgesetzt ist, verbindbar ist und dessen anderes Ende niedriger Spannung ausgesetzt ist.
Ein solcher Widerstand ist in US-A-4 792 840, die EP-A-240 435 entspricht, beschrieben. Dieser Widerstand besteht aus einem spiralförmigen Abschnitt eines zweiten Leitfähigkeitstyps mit einem gegebenen Dotierungsniveau, der auf einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet ist und einen ersten Anschluß, der einem ersten Ende der Spirale zugeordnet ist, und einen zweiten Anschluß auf einer zweiten Oberfläche des Substrats aufweist, wobei das zweite Ende der Spirale mit einem hochdotierten Bereich vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat verbunden ist.
Für den Fachmann ist ersichtlich, daß ein solcher Widerstand gebildet werden kann, indem ein Ende der Spirale mit der Rückseite des Substrats entweder, wie im einzelnen in der oben genannten US-PS beschrieben ist, in der Mitte der Spirale oder an dem äußeren Ende der Spirale verbunden wird. Das zweite Verfahren wird bevorzugt gewählt, wenn die Spirale den Halbleiterchip, auf dem sie angeordnet ist, umgibt, so daß die Spirale außerdem als umfangsmäßiger Schutzring dient.
Die Realisierung eines spiralförmigen Widerstands, wie er in der obigen US-PS beschrieben ist, führt jedoch zu Schwierigkeiten bei der Implementierung, und zwar insbesondere in bezug auf Durchbruchspannung und Einstellung des Widerstandswerts.
Tatsächlich müssen die Zahl der Spiralwindungen und der Abstand zwischen den jeweiligen Windungen als eine Funktion von elektrostatischen Anforderungen auf der Basis des größten Differenzwerts der Spannung gewählt werden, die zwischen die Vorder- und Rückseite des Substrats angelegt werden kann, während gleichzeitig die Dotierwerte des Substrats und der Spirale berücksichtigt werden müssen. Bei Betrachtung einer Spirale, wie sie in Fig. 2 der vorgenannten US-PS gezeigt ist, die um einen zentralen Punkt herum spiralförmig gewickelt ist, ist jedoch ersichtlich, daß die letzte Windung der Spirale eine viel größere Länge als die vorhergehenden Windungen, insbesondere die innere Windung, hat. Somit ist der Spannungsabfall an der letzten Windung viel höher als die Spannung an jeder der übrigen Windungen. Infolgedessen ist es nicht möglich, daß eng gewickelte Spiralen einen gegebenen Durchbruchspannungswert für bestimmte Werte der verschiedenen Dotierniveaus überschreiten.
Außerdem ist in der obigen US-PS der spiralförmige Widerstand als Teil eines integrierten Schaltkreises ausgebildet, der weitere Komponenten und insbesondere bipolare Leistungstransistoren oder MOS-Transistoren aufweist. Wenn eine kostengünstige Spirale gebildet werden soll, muß sie während der gleichen Herstellungsschritte wie Schaltkreise gebildet werden, die auf dem gleichen IS-Wafer angeordnet sind, ihr Dotierniveau wird also unter den Dotierniveaus gewählt, die zur Herstellung der genannten integrierten Schaltkreise bereits vorgesehen sind. Bei manchen integrierten Schaltkreisen gibt es beispielsweise nur zwei Stufen zum Dotieren eines Substrats entsprechend dem Leitfähigkeitstyp, der demjenigen des Substrats entgegengesetzt ist, und zwar ein sogenanntes niedriges Dotierniveau und ein sogenanntes hohes Dotierniveau. Es wurde oben bereits angedeutet, daß die Zahl der Windungen, die für die Spirale vorzusehen sind, von elektrostatischen Parametern abhängt, die mit der Spannung zusammenhängen, der die Spirale standhalten muß; um also einen vorbestimmten Widerstandswert zu erhalten, sollte es möglich sein, ihren spezifischen Widerstand pro Längeneinheit zu modifizieren, d. h. auf ihrem Querschnitt oder ihrem Dotierniveau. Es ist nicht kostengünstig, das Dotierniveau oder die Tiefe der Diffusionsschicht, die von der Spirale benützt wird, zu beeinflussen, weil dies einen zusätzlichen Herstellungsschritt erforderlich machen würde, und außerdem ist es nicht zweckmäßig, die Breite der Spirale zu beeinflussen, weil das zu einem übermäßigen Volumen führen würde.
Eine Aufgabe der Erfindung ist daher die Verbesserung der Realisierung von spiralförmigen Widerständen der eingangs genannten Art, um die beiden vorgenannten Nachteile zu vermeiden, d. h. einerseits die maximale Durchbruchspannung eines spiralförmigen Widerstands zu erhöhen und andererseits spiralförmige Widerstände mit vorbestimmten Werten auszubilden, ohne daß die Zahl der Herstellungsschritte für den integrierten Schaltkreis erhöht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, einen spiralförmigen Widerstand auszubilden, der aus einem Abschnitt mit einem ersten Dotierungsniveau besteht, und ausgewählte lokalisierte Bereiche dieses Widerstands stärker leitfähig zu machen, indem sie beispielsweise mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie dem der Spirale hochdotiert werden, während gleichzeitig hochdotierte Abschnitte dieses Leitfähigkeitstyps in dem IS-Chip gebildet werden, wie in den Ansprüchen angegeben ist.
Die vorgenannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden genauen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine beispielhafte Spirale gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine teilweise Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie II-II von Fig. 1; und
Fig. 3 eine teilweise Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Wie in Fig. 1 und in der teilweisen Schnittdarstellung von Fig. 2, die der Schnittlinie II-II von Fig. 1 entspricht, gezeigt ist, sieht die Erfindung einen spiralförmigen Widerstand vor, der in einem Substrat 1 eines ersten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise vom n-Typ, ausgebildet ist, dessen Rückseite eine n-leitfähige hochdotierte Schicht 2 aufweist und mit einer Metallisierung 3 beschichtet ist. Der spiralförmige Widerstand besteht aus einem Diffusionsbereich 4 vom entgegengesetzten Typ (hier p), der in Form einer Spirale gewickelt ist, die einen ersten Endabschnitt 5 und einen zweiten Endabschnitt 6 aufweist. Ein Bereich eines der Endabschnitte, hier des inneren Endabschnitts 6, ist hochdotiert und mit einem n-leitfähigen hochdotierten Abschnitt 7 des Substrats durch eine Metallisierung 8 verbunden. Daher ist das Spiralende mit der rückseitigen Metallisierung 3 galvanisch gekoppelt. Der Endabschnitt 5 ist seinerseits mit einem Anschluß (nicht gezeigt) auf der Vorderseite des Substrats entweder direkt oder durch einen peripheren p&spplus;-Bereich 9 verbunden.
Die vorstehende Erläuterung entspricht dem Stand der Technik gemäß US-PS 4 792 840.
Die Verbesserung gemäß der Erfindung besteht in der Modulation des spezifischen Widerstands der Spirale. Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 sind p&spplus;-leitfähige Zonen 11 an bestimmten Positionen jeder Spiralwindung angeordnet. Wenn es beispielsweise gewünscht ist, daß sämtliche Spiralwindungen im wesentlichen den gleichen Widerstandswert haben, sind an den äußeren Windungen wesentlich mehr langgestreckte p&spplus;-leitfähige Zonen positioniert als in den zentralen Windungen.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 sind die p&spplus;-leitfähigen Zonen nach Maßgabe einer bestimmten Länge in jedem Viertel der Spiralwindung angeordnet. Bei anderen Ausführungsbeispielen, beispielsweise bei dem in Fig. 3 gezeigten, könnte es möglich sein, identische p&spplus;-Zonen 12 vorzusehen, von denen jede die gleiche Gestalt hat, die jedoch ungleiche Dichten entlang jeder Windung der Spirale 4 haben.
Bei der Erfindung ist es möglich, sämtliche Spiralwindungen mit dem gleichen Widerstandswert zu haben. Daher könnte die zwischen die Anschlüsse der Spirale angelegte Spannung Werte von bis zu einigen hundert oder über tausend Volt erreichen, da zwischen jeder Windung der gleiche Spannungsabfall vorhanden wäre, wogegen bei Abwesenheit von Änderungen des spezifischen Widerstands der Spannungsabfall zwischen zwei benachbarten Punkten der letzten und der vorletzten Windung viel höher gewesen wäre als der Spannungsabfall zwischen zwei benachbarten Punkten der ersten und der zweiten Windung.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß auch dann, wenn es aufgrund von Anforderungen in bezug auf die Durchbruchspannungs nicht zwingend ist, eine Spirale vorzusehen, deren Windungen jeweils im wesentlichen den gleichen Widerstandswert hat, die Erfindung es ermöglicht, einen ausgewählten Widerstandswert für die gesamte Spirale zu erhalten.
Wenn man von einer Spirale mit einer vorbestimmten Zahl von Windungen ausgeht, wird diese ausgebildet durch die Diffusion eines gegebenen Leitfähigkeitstyps und von Dotierniveaus entsprechend dem Dotierniveau, das in einem weiteren Herstellungsschritt angewandt wird, beispielsweise für die Potentialmulde, in der einer der MOS-Transistoren eines komplementären MOS-Transistorpaars gebildet wird. Die hochdotierten Abschnitte entsprechen hochdotierten Kontaktabschnitten. Somit wird für die Ausbildung einer Spirale gemäß der Erfindung gegenüber den konventionellen Schritten, die zur Herstellung des gesamten IS-Schaltkreises durchgeführt werden, kein zusätzlicher Herstellungsschritt benötigt.
Selbstverständlich sind bei der Erfindung zahlreiche Varianten möglich, wobei ihr Hauptmerkmal die Modifizierung des Widerstandswerts jeder Spiralwindung durch Verwendung von Zonen erhöhter Leitfähigkeit ist, die mit einem Vorgang erhalten werden, der einem weiteren Herstellungsschritt entspricht. Beispielsweise könnten Aluminium-Kurzschlüsse entsprechend den Bereichen einer Aluminiumschicht oder ein anderer letzter Metallisierungsschritt vorgesehen werden. Diese Implementierung würde es jedoch erschweren, einen bestimmten Widerstandswert zu erhalten, da die elektrischen Charakteristiken der Grenzfläche zwischen einem niedrigdotierten Abschnitt und einer Aluminiumschicht nicht deutlich definiert sind. Es wäre jedoch möglich, eine Aluminiumschicht auf die vorgenannten hochdotierten Abschnitte 11 und 12 aufzubringen.

Claims

1. Widerstand aus einem spiralförmigen Abschnitt (4) einer zweiten Leitfähigkeitsart mit einem gegebenen Dotierungspegel, der auf einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats (1) der ersten Leitfähigkeitsart ausgebildet ist und einen ersten und einen zweiten Anschluß (3) aufweist, wobei der erste Anschluß mit einem ersten Ende der Spirale und der zweite Anschluß (3) elektrisch über einen hochdotierten Bereich (2) der ersten Leitfähigkeitsart mit der zweiten Oberfläche des Substrats verbunden sind, dieser zweite Anschluß (3) mit dem zweiten Ende (6) der Spirale galvanisch gekoppelt ist, das zweite Ende (6) der Spirale gemäß der zweiten Leitfähigkeitsart hochdotiert und mit einem auf der ersten Oberfläche des Substrats ausgebildeten, hochdotierten Bereich (7) der ersten Leitfähigkeitsart über eine Metallisierung (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der spiralförmige Abschnitt (4) Zonen (11, 12) höherer Leitfähigkeit aufweist, die an bestimmten Stellen der Spirale ausgebildet sind.

2. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen höherer Leitfähigkeit Zonen der zweiten Leitfähigkeitsart mit einer höheren Dotierung als dem gegebenen Dotierungspegel sind.

3. Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche, oder die Anzahl pro Längeneinheit der Spirale, der Zonen höherer Leitfähigkeit (11, 12) so gewählt ist, daß der Widerstandswert jeder Windung der Spirale gleich dem der anderen Windungen ist.

4. Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Baustein mit integriertem Schaltkreis eingesetzt ist, und daß der gegebene Dotierungspegel und der Pegel der höheren Dotierung Dotierungspegeln entsprechen, die sich aus den für andere Elemente des integrierten Schaltkreises eingesetzten Verarbeitungsstufen ergeben.