DE69318346T2 - Schutzdiode für ein vertikales Halbleiterbauelement - Google Patents

Schutzdiode für ein vertikales Halbleiterbauelement

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft vertikale Hochspannungs- Leistungstransistoren; hierbei handelt es sich um vertikal ausgebildete Vorrichtungen auf einer Siliziumscheibe (die üblicherweise aus einer Epitaxialschicht N auf einem Substrat N&spplus; besteht), deren Rückseite mit einer Hochspannung verbunden ist. Die Erfindung dient zur Anwendung bei vertikalen Leistungstransistoren vom MOS-Typ, und zwar Bipolar- Transistoren oder Transistoren mit isoliertem Gate. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf den Fall 'intelligenter' Leistungsschalter (Smart Power Switch). Dies sind Schaltungen, die auf ein und demselben Siliziumchip vertikale Leistungsbauteile und Binärsteuerschaltungen für diese Bauteile aufweisen.
  • Die Leistungstransistoren sind so konzipiert, daß sie eine definierte Gleichspannung (beispielsweise 400 Volt) aushalten. Falls die äußere Schaltung eine höhere Spannung an die Vorrichtung anlegt, gelangt diese in einen Durchbruchmodus, in dem sie Schaden erleiden kann. Beispielsweise erzeugt die Umschaltung einer induktiven Last eine Überspannung, mit einer gewissen Menge an abzuführender Energie. Diese Überspannung wird über dem Leistungsschalter angelegt, der sich im blockierten Zustand befindet. Eine der Lösungen zum Schutz der Vorrichtung besteht darin, diese kurzzeitig während der zum Abfließen der Überschußenergie durch die Vorrichtung erforderlichen Zeitdauer in einen Leitungszustand zu verbringen.
  • Man sucht daher eine Vorrichtung, wie beispielsweise eine Lawinendiode, zu schaffen, die bei einem Betrag etwas unterhalb der Durchbruchspannung des oder der Leistungstransistoren leitend wird, um beispielsweise die Überführung dieser Transistoren in den leitenden Zustand vor ihrer Durchbruchschwelle auszulösen und so jede Beschädigung zu vermeiden.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Lawinendiode mit vorbestimmter erhöhter Ausläseschwelle, die auf demselben chip wie die Leistungstransistoren integriert werden kann, ohne oder mit möglichst geringer Änderung des Herstellungsverfahrens für die die Leistungstransistoren und gegebenenfalls ihre zugehörige binäre Steuerschaltung enthaltende integrierte Schaltung. Das Leitungssignal der Diode kann dann der Basis oder dem Gate des Leistungstransistors zugeführt werden, um diesen während einer ausgewählten Zeitdauer oder während der Dauer der Überspannung in den leitenden Zustand zu versetzen.
  • Zum besseren Verständnis des Problems, das durch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll, veranschaulicht Fig. 1 im Schnitt ein Beispiel eines herkömmlichen gemischten Aufbaus mit einem vertikalen MOS-Leistungstransistor vom Diffusionstyp (VDMOS), von welchem eine Zelle dargestellt ist, wobei dieser Transistor mit logischen schaltungen verbunden ist, von welchen ein N-Kanal-MOS-Transistor TL gezeigt ist.
  • Das Gebilde ist in einem Substrat 11 eines ersten Leitfähig keitstyps, beispielsweise vom N-Typ, ausgebildet. Eine Zelle eines MOS-Leistungstransistors TP weist einen durch Diffusionen eines zweiten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise vom P-Typ, erzeugten Bereich 9-1, 9-2 auf. In jedem Bereich 9-1, 9-2 sind jeweils zwei Diffusionen 14 vom N&spplus;-Typ realisiert, welche den source-Bereich des Leistungstransistors bilden. Die beiden Diffusionsbereiche 14 sind miteinander über eine Leiterschicht 15 verbunden, die beispielsweise in Aluminium ausgeführt ist. Die Seitenränder der Bereiche 9-1, 9-2 bilden einen Kanalbereich 20 des Leistungstransistors.
  • Jede Zelle des MOS-Leistungstransistors TP weist ein durch eine polykristalline Siliziumschicht gebildetes Gate 12 auf. Dieses Gate 12 ist von dem Substrat 11 durch eine Oxidschicht 13 getrennt.
  • Die Rückseite 17 des Substrats 11 weist eine mit einer Drain-Metallisierung 18 überzogene überdotierte Schicht 19 auf.
  • Der MOS-Transistor TL des Logik- oder Binärteils ist in einem Graben 24 vom P-Typ ausgebildet. Dieser Graben 24 weist zwei Diffusionen von N&spplus;-Typ auf, wobei der erste Diffusionsbereich den Source-Bereich 22 und der zweite Diffusionsbereich den Drain-Bereich 23 des Transistors TL bilden. Dieser Transistor weist ein aus einer polykristallinen Siliziumschicht gebildetes Gate 21 auf. Das Gate 21 ist von dem Graben 24 durch eine Oxidschicht 25 getrennt. Die den Source-Bereich 22 und den Drain-Bereich 23 bildenden Diffusionsbereiche sind jeweils mit einer mit 26 bzw. 27 bezeichneten Leiterbahn verbunden. Die Leiterbahnen 26, 27 bestehen beispielsweise aus Aluminium.
  • In herkömmlicher Weise sieht man in dem Graben 24 eine Zone 28 vom P&spplus;-Typ vor, die mit einer Leiterschicht 29 verbunden ist. Die Zone 28 und die leitende Schicht 29 gestatten die Masseverbindung des Grabens 24.
  • Im normalen Betriebszustand ist die Metallisierung auf der Rückseite 18 mit einem positiven Potential verbunden, während die Metallisierungen auf der Vorderseite 15 des Leistungstransistors mit einem bezüglich diesem positiven Potential negativen Potential, beispielsweise einem Potential nahe Massepotential, verbunden sind.
  • Das zu lösende Problem besteht darin, ein Leitendwerden durch Durchbruch des Leistungstransistors zu vermeiden, d. h. einen Durchbruch des PN-Übergangs zwischen dem Substrat 11 und den Gräben P 9-1 und 9-2, sobald die Drain-Spannung wächst, während der Transistor sich im gesperrten Zustand befindet. Wie ersichtlich, besteht in dem dargestellten Fall einer einen Logik- bzw. Binärteil umfassenden integrierten Schaltung auch die Gefahr eines Durchbruchs des PN-Übergangs zwischen dem Substrat und den Gräben, in welchen die Logikbzw. Binärbauteile angeordnet sind.
  • Zur Schaffung einer Diode, die vor dem PN-Übergang zwischen dem Substrat 11 und den Gräben durchbricht, könnte man die Schaffung dieser Diode in vertikaler Form ins Auge fassen, indem man in dem Substrat N einen P-Bereich vorsieht, dessen Dotierungspegel so gewählt ist, daß er vor dem PN-Übergang mit den Gräben der Leistungstransistoren und des Logik- bzw. Binärteils durchbricht. Nichtsdestoweniger würde dies jedoch eine zusätzliche technologische Verfahrensstufe zur Ausbildung dieses spezifisch dotierten P-Bereichs erfordern. Trotz der Komplexität dieses Verfahrens haben sich die Untersuchungen im Stande der Technik doch in dieser Richtung bewegt. Tatsächlich stößt die Schaffung einer Diode auf der Vorderseite des Substrats auf ein Hindernis, da es hierfür erforderlich wäre, die an der Metallisierung auf der Rückseite verfügbare Hochspannung auf die Vorderseite zu überführen. Dies stört die Feldlinienverteilung in dem Bauteil, die sorgfältig eingestellt ist, um genau das gewünschte Verhalten bei Maximalspannung (beispielsweise 400 Volt, wie weiter oben erwähnt) zu erreichen.
  • Man erkennt im übrigen, daß es beispielsweise aus den US- Patentschriften US-A-4 792 840 und 5 053 743 bekannt ist, auf der Vorderseite des Substrats einen Widerstand auszubilden, dessen einer Anschluß mit der Rückseite verbunden ist, wobei dieser Widerstand die Form einer Spirale besitzt. Jedoch legt keine dieser beiden Patentschriften nahe, daß diese Technologie auf die Erzielung von Dioden ausgedehnt werden könnte.
  • Zur Erreichung dieser Ziele sieht die vorliegende Erfindung die Schaffung einer Hochspannungs-Lawinendiode vor, die in einer integrierten Schaltung ausgebildet ist, welche wenigstens ein vertikales Leistungsbauteil umfaßt. Die integrierte Schaltung ist in einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet, dessen Rückseite einer ersten Hauptelektrode des oder der Leistungsbauteile entspricht. Die zweiten Hauptelektroden des oder der Leistungsbauteile entsprechen einem oder mehreren Bereich(en), der bzw. die in wenigstens einem in der Vorderseite des Substrats ausgebildeten Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist bzw. sind.
  • Diese Diode umfaßt einen in der Vorderseite des Substrats ausgebildeten, im wesentlichen spiralförmig gewickelten Bereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp; gesonderte, unverbundene Bereiche des ersten Leitfähigkeitstyps, die in der Spirale in gleicher Zahl je Wicklung ausgebildet sind und mit dieser elementare Lawinendioden bilden; Metallisierungen, welche die genannten Elementardioden in Reihe miteinander verbinden; sowie eine Verbindung zwischen einem Ende der genannten Spirale und der genannten ersten Elektrode.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß die integrierte Schaltung des weiteren Logikschaltbauteile in von der Vorderseite des Substrats her ausgebildeten Gräben vom zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß die genannte Verbindung aus einer Metallisierung besteht, welche ein Ende der Spirale mit einem stark dotierten Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Vorderseite des Substrats verbindet.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß die genannte Verbindung im Mittelbereich der Spirale ausgebildet ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß die genannte Spirale jeweils benachbart jeder Zone, wo ein Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist, unterbrochen ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß die genannten Metallisierungen, welche die Elementardioden in Reihe verbinden, zwischen zwei Dioden liegende Teile der Spirale bedecken und sich, ausgehend von diesen Bereichen, auswärts oder einwärts in Richtung auf die nächste Windung der Spirale mit niedrigerem Potential erstrecken.
  • Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung eine Lawinendiode in einem Halbleitergebilde, das wenigstens einen Leistungstransistor und ein Binär- oder Analogteil auf ein und demselben Halbleitersubstrat vereinigt, wobei der Leistungstransistor vom Vertikaltyp ist und eine Hauptelektrode auf der Rückseite des Substrats umfaßt. Diese Diode umfaßt einen in der Vorderseite des Substrats ausgebildeten, im wesentlichen spiralförmig gewickelten Bereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp; gesonderte, unverbundene Bereiche des ersten Leitfähigkeitstyps, die in der Spirale in gleicher Zahl je Wicklung ausgebildet sind und mit dieser elementare Lawinendioden bilden; Metallisierungen, welche die genannten Elementardioden in Reihe miteinander verbinden; sowie eine Verbindung zwischen einem Ende der genannten Spirale und der genannten ersten Elektrode.
  • Somit macht die vorliegende Erfindung von auf der Vorderseite angeordneten, in Reihe geschalteten Lawinendioden vom Lateraltyp Gebrauch. In einer Leistungsvorrichtung ist es möglich, Lateraldioden niedriger Spannung (5 bis 20 Volt) zu integrieren. Beispielsweise kann der Basis-Emitter-PN-Übergang eines bipolaren Leistungstransistors oder der Source- Graben-PN-Übergang einer MOS-Zelle Verwendung finden. Jede Diode kann sehr klein sein, indem man mehrere in Reihe schaltet, erhält man mit Genauigkeit die gewünschte Schutzspannung. Will man beispielsweise eine Schutzspannung von 380 Volt erreichen, werden 38 Dioden mit einer jeweiligen Durchbruchspannung von 10 Volt in Reihe angeordnet.
  • Diese und weitere Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:
  • Fig. 1 als Beispiel in Schnittansicht eine integrierte Schaltung, welche einen vertikalen MOS-Transistor und einen Logikteil enthält;
  • Fig. 2 in Draufsicht eine Hochspannungs-Lawinendiode gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 3A eine vergrößerte Draufsicht entsprechend der Teilschnittansicht von Fig. 3B;
  • Fig. 3B eine Schnittansicht längs der Linie 3B-3B in Fig. 2;
  • Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 2;
  • Fig. 5 eine Schnittansicht im Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 2; und
  • Fig. 6 in Draufsicht eine mit ihren Metallisierungen versehene Diode gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Lawinendiode vom Spiraltyp gemäß der vorliegenden Erfindung. Obgleich dies nicht beschrieben wird, ist es klar, daß diese Draufsicht nur einen kleinen Teil eines integrierten Schaltungschips bildet, dessen andere Teile beispielsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltung entsprechen.
  • Fig. 2 zeigt in Draufsicht eine Lawinendiode gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Zwischenstadium der Herstellung, in dem die Metallisierungen noch nicht ausgebildet sind. Die Zeichnungsfigur zeigt einen Graben P, welcher einen Mittelteil PO und einen spiralförmigen Teil umfaßt, welcher sich in Richtung auf einen Umfangsbereich Pp erstreckt. In der dargestellten Ausführung umfaßt jede Spiralwindung im wesentlichen geradlinige horizontale und vertikale Abschnitte und ist auf der Höhe dieser geradlinigen Abschnitte unterbrochen. Der zentrale Bereich des Teils PO umfaßt einen N-Diffusionsbereich NO, der in das Substrat reicht und sich somit auf dem Potential der Rückseiten- Metallisierung befindet. Der Umfangsbereich Pp ist normalerweise mit dem niedrigen Bezugspotential verbunden.
  • Entlang jeder Windung der Spirale sind N-Bereiche in dieser Spirale vorgesehen, zur Bildung aufeinanderfolgender Dioden. In der dargestellten Ausführungsform umfaßt die Spirale etwas mehr als fünf Windungen, wobei die erste Windung Dioden D1 bis D8 umfaßt, die zweite Windung Dioden D11 bis D18, die dritte Windung Dioden D21 bis D28, die vierte Windung Dioden D31 bis D38, die fünfte Windung Dioden D41 bis D48 und der Teil der letzten Windung Dioden D51, D52 und D53. Jede Diode ist mit der folgenden durch eine Metallisierung M verbunden, die in Fig. 2 schematisch durch eine Linie dargestellt ist.
  • Somit befinden sich die aufeinanderfolgenden Windungen der Spirale auffortschreitend abnehmenden Potentialen; dies ermöglicht, wie für den den Gegenstand der oben erwähnten amerikanischen Patentschriften bildenden Fall spiralförmiger Widerstände dargelegt, eine Auseinanderziehung bzw. Spreizung der Feldlinienverteilung. Man vermeidet so abrupte Potentialübergänge zwischen benachbarten Punkten auf der Oberfläche des Bauteils und damit eine unerwünschte Verringerung seiner Spannungsfestigkeit.
  • Ein näheres Verständnis der Struktur gemäß der Erfindung ergibt sich aus den Figg. 3, 4 und 5.
  • Fig. 3 umfaßt Figg. 3A und 3B. Fig. 3B zeigt eine Teilschnittansicht längs der Linie 3B-3B in Fig. 2, Fig. 3A eine entsprechende Draufsicht. In dieser Figur sind die Dioden D43 und D44 ersichtlich. Die Diode D43 ist in einem Bereich P43 des spiralförmigen Grabens vom P-Typ ausgebildet und umfaßt einen N-Bereich N43. Die Oberfläche des Gebildes ist mit einer Isolierschicht 31, herkömmlicherweise einer Oxidschicht, überzogen, außer an Stellen, wo Kontakte angebracht sind, die in Fig. 3A mit einem Kreuz markiert sind. So ist ein Kontakt auf dem Bereich N43 vorgesehen und ein Kontakt auf dem Bereich P43. Der Kontakt auf dem Bereich N43 ist durch eine Metallisierung M42-43, die in Fig. 3A symbolisch durch eine Linie wiedergegeben ist, mit dem Kontakt auf dem Bereich P42 der vorhergehenden Diode D42 verbunden. Der Kontakt auf dem Bereich P43 ist durch eine Metallisierung M43-44 mit dem Kontakt auf dem Bereich N44 der folgenden Diode D44 verbunden. Der spiralförmige Graben ist in einem Substrat ausgebildet, das beispielsweise einem Teil des in Fig. 2 gezeigten Substrats 11 entspricht.
  • Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht im Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 1. Im linken Teil der Figur erkennt man im Schnitt den zentralen Teil, welcher den Bereich NO in Kontakt mit dem Substrat 11 umfaßt, der von dem Bereich PO umgeben ist. Diese Bereiche NO und PO werden durch eine Metallisierung MO kontaktiert, welche, wie in Fig. 2 symbolisch wiedergegeben, mit dem Kontakt auf dem Bereich N1 der Diode D1 verbindet. Man erkennt auch im Schnitt aufeinanderfolgende Bereiche P6, P17, P26, P37, P46 und Pp, die sämtlich mit einem isolierenden Bereich überzogen sind, da sie außerhalb der Kontaktzonen liegen. Der Bereich P6 ist mit der Metallisierung M6-7 überzogen, der Bereich P17 mit der Metallisierung M16-17, der Bereich P26 mit der Metallisierung M26-27, der Bereich P37 mit der Metallisierung M36-37 und der Bereich P46 mit der Metallisierung M46-M47.
  • Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht im Schnitt längs der abgewinkelt verlaufenden Schnittlinie 5-5 in Fig. 2. Diese Schnittansicht wurde so abgewinkelt angelegt, daß sie durch Kontaktbereiche zwischen einer Metallisierung und der darunterliegenden Schicht führt. Der linke Teil der Zeichnungsfigur ist ähnlich dem linken Teil der Fig. 4. Sodann findet man die P-Bereiche P5, P16, P25, P36, P45 und sodann Pp. In den Bereichen P16 und P36 sind N-Bereiche N16 bzw. N36 ausgebildet. Ein Kontakt mit den Bereichen P5, N16, P25, N36 und P45 erfolgt mittels Metallisierungen M5-6, M16-17, M25-26, M36-37 bzw. M45-46.
  • Im Lichte dieser Beschreibung der Figg. 3 bis 5 ist die Draufsicht von Fig. 2, in welcher dieselben Bezugsziffern wie in den Figg. 3 bis 5 verwendet wurden, besser verständlich.
  • In Fig. 2 sind die P-Bereiche der Spirale an verschiedenen Stellen unterbrochen in benachbarte Zonen, in denen N-Bereiche gebildet sind, um die verschiedenen Elementar-Dioden besser voneinander zu trennen. Jedoch könnte diese Spirale vom P-Typ kontinuierlich sein. Dies hätte zur Folge, daß jede der Dioden parallel mit einem Widerstand erheblicher Größe läge. Tatsächlich ist der P-Bereich verhältnismäßig schwach dotiert, und sein Flächenwiderstand ist nicht vernachlässigbar. Somit würden die Reihen-Dioden gemäß der vorliegenden Erfindung einen gewissen Parallelwiderstand aufweisen, der zu einem gewissen Leckstrom führen würde, jedoch würde dies die grundsätzliche Wirkungsweise der Schaltung nicht beeinträchtigen.
  • Eine Betrachtung der Fig. 2 läßt auch erkennen, daß die Stellen, an welchen die Spirale P unterbrochen ist, so gewählt sind, daß sie nicht sämtlich längs einer Radialachse miteinander ausgerichtet sind. Dies erklärt die gewisse Versetzung zwischen den aufeinanderfolgenden Dioden, beispielsweise in dem Bereich, in welchen die Schnittlinie 5-5 gelegt wurde. Dies hat zum Ziel, eine bessere Verteilung der Fotentiale zu gewährleisten und die mit einer übermäßigen Krümmung der Feldlinien verbundenen Phänomene zu vermeiden, wenn ein hohes Potential zwischen der Vorder- und der Rückseite angelegt wird. Obzwar dies in der Figur nicht dargestellt ist, ist der Kontaktbereich P der letzten Diode D53 mit dem niedrigen Potential der Anordnung verbunden, beispielsweise mit dem Gate- oder dem Basisanschluß des Leistungstransistors, welchen diese Diode gegen direkte Überspannungen sichern soll.
  • Fig. 6 ist eine Draufsicht entsprechend Fig. 2, wobei jedoch die verschiedenen Metallisierungen eingezeichnet sind. Man erkennt, daß jeweils jede zwei aufeinanderfolgende Dioden der Spirale verbindende Metallisierung relativ bezüglich dem jeweiligen P-Bereich, den sie überdeckt, seitlich auswärts versetzt ist, um die Funktion einer sogenannten Feldplatte (englisch: field plate) zu erfüllen und die Potentialverteilung noch weiter zu verbessern. Obzwar dies in der Figur nicht wiedergegeben ist, ist der letzte Kontakt der Diode D53 mit einer Metallisierung in der oben erwähnten Weise verbunden. Diese Figur ist aufgrund der Analyse der vorhergehenden Figuren leicht verständlich, so daß sie nicht mit Bezugsziffern versehen wurde, ausgenommen die allgemeinen Bezugszeichen M zur Bezeichnung einer Metallisierung und D zur Bezeichnung einer Diode sowie die Bezugsziffern D53 zur Bezeichnung der letzten Diode der Spirale.
  • Die erfindungsgemäße Diode muß nicht notwendigerweise mit einer Struktur des in Fig. 1 veranschaulichten Typs verwendet werden, sondern kann mit anderen Strukturen vertikaler Leistungsbauteile verwendet werden.
  • Zur Herstellung der Leitungsverbindung zwischen der Rückseite und der Vorderseite des Substrats können anderweitige Mittel als ein zentraler Kontakt N&spplus; verwendet werden. Man kann eine in der Mitte der Spirale mündende spezielle Verbindung vorsehen.
  • Die Kontakte zu verschiedenen Punkten der Spirale vom P-Typ zur Bildung einer Elektrode der verschiedenen Dioden werden vorzugsweise auf einem überstark dotierten Bereich dieser Spirale erzeugt, zur Verbesserung des Ohm'schen Charakters der Kontakte.
  • Des weiteren erfolgte die Beschreibung und zeichnerische Darstellung in den verschiedenen Zeichnungsfiguren in Form einer geschlossenen Spirale um ein Zentrum, in welchem die Hochspannung zugeführt wird. Es könnte auch vorgesehen werden, daß die Spirale gemäß der vorliegenden Erfindung den integrierten Schaltungschip als Ganzes umgibt, wobei die Bauteile, wie beispielsweise die vertikalen Leistungstransistoren und die verschiedenen Logikbauteile, im Mittelteil der integrierten Schaltung vorgesehen werden. In diesem Falle würde der äußere Bereich der Spirale mit dem Potential der Metallisierung auf der Rückseite verbunden.
  • Zwar wurden spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf vertikale MOS-Transistoren entsprechend einer speziellen Herstellungstechnologie beschrieben, jedoch eignet sich die Erfindung in allgemeiner Form für zahlreiche anderweitige Herstellungstechnologien mit einem vertikalen Leistungsbauteil. Das vertikale Leistungsbauteil kann vom Bipolartyp sein. Das Leistungsbauteil kann mit Logikschaltungen verbunden sein, die in anderer Weise als in P-Graben ausgebildet sind, beispielsweise auf einem isolierenden Material oder in Verbindung mit vergrabenen Schichten.

Claims (7)

1. In einer wenigstens ein vertikales Leistungsbauteil enthaltenden integrierten Schaltung ausgebildete Hochspannungsschutz-Lawinendiode, wobei die integrierte Schaltung in einem Halbleitersubstrat (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist, dessen Rückseite einer ersten Hauptelektrode des Leistungsbauteils entspricht, dessen zweite Hauptelektrode wenigstens einem Bereich entspricht, der in wenigstens einem Bereich vom zweiten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist, der seinerseits in der Vorderseite des Substrats ausgebildet ist, wobei die genannte Diode dadurch gekennzeichnet ist, daß sie umfaßt:
- einen in der Vorderseite des Substrats ausgebildeten, im wesentlichen spiralförmig gewickelten Bereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp (P0, P1 ... P53, Pp);
- gesonderte, unverbundene Bereiche des ersten Leitfähigkeitstyps (N1 ... N53), die in der Spirale in gleicher Zahl je Wicklung ausgebildet sind und mit dieser elementare Lawinendioden bilden;
- Metallisierungen (M1-2 ... M52-53), welche die genannten Elementardioden in Reihe miteinander verbinden; sowie
- eine Verbindung (M0, N0) zwischen einem Ende der genannten Spirale und der genannten ersten Elektrode.
2. Hochspannungs-Lawinendiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung des weiteren Logikschaltbauteile in von der Vorderseite des Substrats ausgebildeten Gräben vom zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist.
3. Diode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Verbindung aus einer Metallisierung (M0) besteht, welche ein Ende der Spirale mit einem stark dotierten Bereich (N0) vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Vorderseite des Substrats verbindet.
4. Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Verbindung im Mittelbereich der Spirale ausgebildet ist.
5. Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Spirale jeweils benachbart jeder Zone, wo ein Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist, unterbrochen ist.
6. Lawinendiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Metallisierungen, welche die Elementardioden in Reihe verbinden, zwischen zwei Dioden liegende Teile der Spirale bedecken und sich, ausgehend von diesen Bereichen, auswärts oder einwärts in Richtung auf die nächste Windung der Spirale mit niedrigerem Potential erstrecken.
7. Lawinendiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsbauteil ein Leistungstransistor vom Vertikaltyp ist, der einem Digitaloder Analogteil auf demselben Halbleitersubstrat zugeordnet ist.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2693035B1 (fr) * 1992-06-30 1994-09-30 Sgs Thomson Microelectronics Diode de protection pour composant semiconducteur vertical.
US6078205A (en) * 1997-03-27 2000-06-20 Hitachi, Ltd. Circuit device, drive circuit, and display apparatus including these components
EP0944113B1 (de) 1998-02-24 2005-11-09 STMicroelectronics S.r.l. Schutzstruktur für integrierte elektronische Hochspannungsanordnungen
JP2000216277A (ja) * 1999-01-20 2000-08-04 Nec Corp 半導体装置及びその製造方法
FR2819953B1 (fr) * 2001-01-24 2003-06-13 St Microelectronics Sa Commutateur de puissance a asservissement en di/dt
US11600730B2 (en) * 2020-12-03 2023-03-07 Micross Corpus Christi Corporation Spiral transient voltage suppressor or Zener structure

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1354245A (en) * 1972-05-18 1974-06-05 Gni Energet I Im Gm Krzhizhano Electrical power surge arrestors
US4051504A (en) * 1975-10-14 1977-09-27 General Motors Corporation Ion implanted zener diode
US4319265A (en) * 1979-12-06 1982-03-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Monolithically interconnected series-parallel avalanche diodes
JPS61150617A (ja) * 1984-12-24 1986-07-09 日本電信電話株式会社 サ−ジ防護回路
FR2594596B1 (fr) * 1986-02-18 1988-08-26 Thomson Csf Structure semiconductrice associant un ou plusieurs transistors de puissance et leur logique de commande et de protection
FR2596922B1 (fr) * 1986-04-04 1988-05-20 Thomson Csf Resistance integree sur un substrat semi-conducteur
FR2646019B1 (fr) * 1989-04-14 1991-07-19 Sgs Thomson Microelectronics Resistance spirale haute tension
US5146297A (en) * 1991-10-25 1992-09-08 Raytheon Company Precision voltage reference with lattice damage
FR2693035B1 (fr) * 1992-06-30 1994-09-30 Sgs Thomson Microelectronics Diode de protection pour composant semiconducteur vertical.

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