ITMI942535A1

ITMI942535A1 - Disposizione di semiconduttori per influenzare la tensione di rottura di transistor

Info

Publication number: ITMI942535A1
Application number: IT94MI002535A
Authority: IT
Inventors: Alfred Goerlach; Hartmut Michel; Anton Mindl
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1993-12-17
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1996-06-15
Also published as: JP4018163B2; GB9423889D0; IT1271285B; GB2284931B; DE4343140B4; GB2284931A; ITMI942535A0; US5466959A; JPH07201879A; DE4343140A1

Abstract

L'invenzione riguarda una disposizione di semiconduttori per inf1uenzare la tensione di rottura di transistori con elettrodo coperchio, è disposto al di sopra di un'area di carica spaziale, mediante uno strato di ossidi è separato da questa ed è connesso ad un potenziale, definito da un partitore di tensione, fra una base ed un collettore.E' previsto il fatto che l'elettrodo coperchio è formato da due lastre elettrodiche reciprocamente separate, laddove una prima lastra elettrodica (28) si impegna su una giunzione (30) fra un'area di connettore n+ di alto drogaggio (22) e una area di collettore n- di debole drogaggio (14), e inoltre si impegna sull'area di collettore n- di debole drogaggio (14) e su un'aggiunzione (32) fra l'area di collettore a n- di debole drogaggio (14) e un'area di base p (20), e una seconda lastra elettrodica (34) è contattata in parte al di sopra dello strato di ossidi (26) ed è in parte con l'area di collettore n+ di alto drogaggio (22). (Figura 1).

Description

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda una disposizione di semiconduttori per influenzare la tensione di rottura di transisto, ri, conformemente alla definizione introduttiva della rivendicazione 1.

Stato della tecnica

'Una disposizione si semiconduttori di tale tipo per limite la tensione è nota ad esempio dal DE-OS 3227 536. Ivi su una area di carica spaziale del transistore è situato un 'elettrodo coperchio metallico, che è separato mediante uno strato di ossidi e connesso ad un potenziale, definito da un partitore di tensione, fra base e correttore. Immettendo una zona di drogaggio n<+>, che si impegna parzialmente al di sotto dell'elettrodo coperchio, la zona di carica spaziale, che si distente in un'area n di debole drogaggio, può essere delimitata su aree al di sotto dell'elettrodo coperchio, quando fra base e collettore è applicata una tensione di blocco U. In par· ticolare la tensione di rottura viene definita sostanzialmente’ da questo potenziale e dallo spessore dello strato di ossidi. Il partitore di tensione in tal caso viene formato da due resii stenze R1 e R2 e anche integrabili moniliticamente. Le tensioni di rottura, ottenibili nel caso di rumori rispettivamente RI ri spetti vamente uguale a zero fra base e collettore , vengono indi-. cate con U2 rispettivamente Ul. In particolare U1 indica la tensione di rottura di arricchimento mentre Ul indica la tensio di rottura di impovirimento . Se i partitori di tensione, forma to dalle resistenze RI e R2, viene integrato monoliticamente, una resistenza del partitore di tensione si trova all'interno dell'area di collettore n a debole drogaggio. Affinchè la tensione di rottura non presenti dipendenza dalla densità di cor— rente, in questo caso lo spessore dello strato di ossidi al di! sopra dell'area di collettore n di debole drogaggio che si trova fra la base e un immessa area di n<+ >di elevato drogaggio; viene scelta minore che nell'area rimanente. In tal modo si ot tiene che la rottura di impoverimento non si verifica nelle aree vicine alla resistenza del partitore di tensione. La massima tensione di rottura ottenibile U è U1 U2, quando è sod disfatta la relazione RI : R2 = Ul : U2. Poiché gli ossidi ter mici impiegati solitamente in processi planari non possono es sere resi di spessore a piacere, è limitata la tensione di rottura ottenibile massimamente con una tale disposizione.

Dal DE-OS 40 39 662 è noto il fatto di ottenere un'aumento della tensione di rottura U per mezzo di una suddivisione dell'elettrodo coperchio in due aree metalliche, in tal caso l'elettrodo di copertura, che copre completamente l'area di collettore a n , di elevato valore omico e di debole drogaggio, viene sostituito da uno strato metallico che non copre più completamente l'area di collettore. Questo strato me tallico copre soltanto ancora la giunzione fra l’area di collettore n di debole drogaggio ed un'aria di collettore n di alto drogaggio, che viene connesso al già mensionato partitore di tensione fra base e collettore. Una giunzione pn fra la aria di collettore n di elevato valore omico, di debole dro gaggio, e l'aria di base viene coperta con una seconda lastra metallica che si trova a potenziale di base rispettivamente a potenziale di emettitore. In tal modo si ottiene che non si verifica alcuna rottura di arricchimento. Con l'applicazione della tensione di blocco fra base e collettore è la tensione di rottura U1 ottenibile per il caso R2 = 0 fra margine collettore. U1 quindi è identica alla tensione di rottura di im : povirimento dell'elettrodo coperchio noto dal DE-OS 3227 53Θ. la tensione di rottura fra base e collettore è in tal caso la tensione di rottura di impoverimento U1 = trasformata in salita dal partitore di tensione formato da una resistenza RI e R2. Da ciò si ottiene la relazione U=U1 x {1+R2/R1). La massima tensione di rottura ottenibile U fra base e colletto re non è ora più influenzata dalla tensione di rottura di ar richimento U2. Il limite superiore della tensione di rottura è delimitato soltanto ancora dalla capacità di blocco della giunzione pn fra la base e l'aria di collettore n- di debole drogaggio.

Di tutte le disposizioni note di elettrodi di co pertura è svantaggioso il fatto che fra un'aria di collettore n di elevato drogaggio, non coperta da uno strato di ossido, nell'ambito della fossa di segatura e il vicino elettrodo di copertura sussiste una differenza di potenziale di circa 150-250 Volt. Se questa disposizione di semi-conduttori nella zona marginale, ad esempio in fase di montaggio in esercizio, viene danneggiata o contaminata con ioni, possono verificarsi corto-circuiti o corrente difussa fra l'elettrodo di copertura e l'aria n nella zona della fossa di segatura. Ciò porta a gua sti fuznionali del componente a semi-conduttori. Inoltre nel caso di componenti non passivati possono verificarsi scariche distruptive fra l'elettrodo di copertura e l'aria n<+ >nella zo na della fossa di segatura, che possono portare ad un'indebo limento dello strato di ossidi e quindi ad un guasto.

Vantaggi dell'invenzione

La disposizione a semi-conduttore secondo l'invenzione con le caratteristiche citate dalla rivendicazione principale 1 presenta invece il vantaggio consistente nel fatto che si evita una differenza di potenziale fra una zona mar ginale della disposizione a semi-conduttori e l'elettrodo di copertura e si ottiene così un'elevata robustezza della dispo sizione a semi-conduttori rispetto a rottura di chip e conta ' nazione della superficie. Inoltre è possibile una nuova integrazione, in poco spazio, di una resistenza di partitore di tensione di elevata azione di blocco. Poiché l'elettrodo di copertura viene formato da due lastre elettrodiche reciproca i mente separati, laddove una prima lastra elettrodica copre una giunzione fra un'aria di collettore n di elevato drogaggio ed un'aria di collettore n di debole drogaggio, e la secondai lastra elettrodica copre una giunzione fra l'aria di connettore n di debole drogaggio e un'aria di base p, assai vantag giosamente si ottiene che applicando una tensione di blocco fra base e collettore la tensione di rottura corrisponde alla tensione di impoverimento, trasformata verso l'alto dal parti tore di tensione formato dalle resistenze, e contemporaneamen' te fra la seconda lastra elettrodica e l'aria di collettore n di elevato drogaggio (aria della fossa di segatura) non sus siste alcuna differenza di potenziale. In tal modo si può impedire una comparsa di cortocircuiti o correnti di fuga fra l'elettrodo e questa aria

Ulteriori vantaggiosi esecuzioni dell'invenzioni risultano dalle rimanenti caratteristiche citate nelle sottorivendicazioni .

Disegni

L'invenzione viene illustrata dettagliatamente nel seguito in esempi di realizzazione in base ai relativi di segni,

In particolare:

la fig. 1 mostra una disposizione dì semicondut -tori per la limitazione di tensione interna in sezione parziail le,

la fig. 2 mostra una disposizione di semicondutto ri per la limitazione di tensione interna con un partitore di tensione integrato, in sezione parziale e,

la fig. 3 mostra una vista dall'alto su una dispo1 sizione di semiconduttori con partitore di tensione integrato. Descrizione degli esempi dell'invenzione

La fig. 1 mostra una disposizione 10 di semi-conduttori realizzata in tecnica planare. La disposizione 10 di semi-conduttori è formata da un chip di silicio 12 presentante un 'area n di debole drogaggio 14 ed un 'aria n di alto drogag gio 16. L'aria n<+ >16 è contatta con uno stato metallico 18 dotato di un morsetto di connessione di collettore k. Nell'aria n 14 in maniera nota è incorporata mediante diffusione un'aria p 20 e inoltre un'aria n<+ >di elevato drogaggio 22. L'aria p20 ' è contattata con un elettrodo 24 presentante un morsetto di coii nessione di base A. Per motivi di chiarezza non è disegnata lai zona di emettitore n<+ >di elevato drogaggio che nel caso di un I transistore bipolare è immessa nella zona di base. L'aria n 22 può essere contemporaneamente incorporata per diffusione con questo drogaggio di emettitore. Sul chip di silicio 12 è appli ' cato uno strato di ossidi 26, che si impegna al di sopra della1 aria p20, al di sopra della n 14, che arriva alla superficie del chip di silicio 12 e al di sopra dell'aria n 22. Sullo strato di ossidi 26 è disposta una prima lastra elettrodica 28 che si imegna su una giunzione 30 fra l'aria n 22 e l'aria n 14, l'aria n 14 che arriva alla superficie del chip 12 non chè una giunzione 32 fra l'aria n 14 e l'aria p20. Una secon; da lastra elettrodica 34 è disposta in parte al di sopra dello stato di ossido 26 ed è contattata in parte con l'aria n 22. Le lastre elettrodiche 28 e 34 sono disposte reciprocameli te ad una distanza d. La lastra elettrodica 28 viene separata galvanicamente dalle sottostanti aree 20 14 22 per mezzo dell strato di ossido 26. Fra il morsetto di connessione A e il morsetto di connessione di collettore K è inserito un partito re di tensione 36 con le resistenze RI e R2, la cui connessio ne 38 di partitore di tensione è collegata con la lastra elet trodica 28. Tramite una sorgente di tensione 40 è possibile applicare una tensione di blocco U.

La disposizione a semiconduttore 10 mostrata in fig. 1 funziona nel modo seguente:

sia la sorgente di tensione 40 fra il morsetto di connessione di base A e il morsetto di connessione di col lettore K viene applicato alla tensione di blocco U, l'aria n 22 di elevato drogaggio delimita la zona di carica spazia le, estendentesi nell'aria n 14, su aree al di sotto della lastra elettrodica 28. Le tensioni di rottura ottenibili fra il morsetto di connessione di base A e il morsetto di connes sione di collettore K, nel caso di RI rispettivamente R2 = 0 sono le tensioni di rottura U2 rispettivamente Ul. In tal ca so U2 è la tensione di rottura di arricchimento e U1 è la ten, sione di rottura di impoverimento della disposizione a semiconduttori 10. La tensione di rottura fra la connessione di se A e la connessione di collettore K è in particolare la tensione di impoverimento U1 trasformata verso l'alto da un partitore di tensione 36 formato dalle resistenze RI e R2. Da ciò si ottiene la relazione per la tensione di rottura U:

Poiché le lastre elettrodiche 28 e 34 sono dispo ste reciprocamente separate, l'aria n 22 possiede lo stesso potenziale della lastra elettrodica 34. In tal modo fra il bor do del chip di silicio 12 e la lastra elettrodica 34 non può compararire ad una differenza di potenziale, che può portare a cortocircuiti o correnti di fuga fra la disposizione elettrodica, formate dalle lastre elettrodiche 28 e 34, e l'aria n 22. In tal modo viene sostanzialmente aumentata la za di funzionamlento della indicata disposizione 10 a semiconduttori. la distanza d fra la lastra elettrodica 28 e la 34 dovrà,essere scelta in particolare in modo che fra queste non può verificarsi alcuna scarica elettrica disruptiva. Come accorgimento supplementare un'intera superficie della disposizione 10 a semi-conduttori può essere coperta con uno stratte di passivazione non mostrato nella fig. 10.

Nella fig. 2 è mostrato un'ulteriore disposizio ne 40 a semi-conduttori presentante un partitore di tensione integrato monoliticamente. Le parti

.sonp dotate degli stessi contrassegni e non sono qui illustra te ancora una volta.

In questo caso la resistenza 42 del partitore di tensione come area p di basso.drogaggio è situato al di sot to dello strato di ossidi 26. La resistenza 42 del partitore di tensione è in particolare incorporata nell'aria n 1A e si trova fra un'aria n 44 ed un'aria n 46. Affinchè la tensione di rottura U non presenti dipendenza dalla densità di corrente, lo strato di ossidi 26 sull'aria n 14 nella zo na fra l'aria p20 e l'aria n 44 dovrà presentare uno spessore minore che nelle zone rimanenti. In tal modo si ottiene che la rottura di impoverimento non si verifica nell'aria n 14 vi cina alla resistenza 42 del partitore di tensione. La riduzio' ne dell'asse di 26 nell'aria menzionata non è mostrata per mo; tivi di chiarezza in fig. 2. La lastra elettrodica 28 copre qui la giunzione 32, l'aria n÷ 44 e la resistenza 42 del par titore di tensione nonché le zone intermedie dell'aria n 14 e termina in primo luogo sull'aria p20 e in secondo luogo sul, l'aria n 14 fra la resistenza 42 del partitore di tensione e1 1 'aria n 46. La lastra elettrodica 28, in particolare si so-' vrappone alla resistneza 42 del partitore di tensione in ra- i gione di una ampiezza di. La resistenza 42 del partitore di ten sione e l'aria n 46 sono reciprocamente separate per mezzo di una ampiezza w. La lastra elettrodica 36 è disposta in par te sullo strato di ossidi 26 e d'altro canto è contattata con l'aria n<+>46. Poiché in questo caso la lastra elettrodica 34 presenta di nuovo lo stesso potenziale dell'aria n 46 fra il bordo del chip di silicio 12 e la lastra elettrodica 34 non sussiste differenza di potenziale con gli inconvenienti già menzionati. Le ampiezze di e w in particolare dovranno essere; scelti in modo che per una assegnato andamento del drogaggio delle aree n 14 della resistenza 42 del partitore di tensio ne e dell’aria n 46 e per un determinato spessore dello stra ’ to di ossidi 26, la tensione di blocco della resistenza 42 del partitore di tensione rispetto al morsetto di connessione catodico K è superiore alla tensione di rottura U. La distan-' za d fra le lastre elettrodiche 28 e 34 è a sua volta scelta in modo che non può verificarsi scarica disruptivo.

Nella fig. 3 è mostrata una vista dall'alto sul la disposizione 40 a semi-conduttori mostrata nella fig. 2, che presenta una alimentazione di tensione interna con partitore di tensione integrato su un trasistore Darlington NPN pia nare. Le parti uguali a quelle in fig. 2 sono dotate di nuo- , vo degli stessi contrassegni e non sono qui illustrate ancorai una volta.

La resistenza 42 del partitore di tensione forma una zona conduzione p allungata, incorporata per diffusione dalla superficie principale. La concentrazione superficiale della resistenza p e di circa 1,5 x 10 cm .La sua profondità di penetrazione nell'aria n 14 di elevato valore omico| 60 Ohm cm, è di circa 31 Mm (ciò corrisponde ad una lunghezza caratteristica uguale ad 11 Mm). Essa è separata : dall'ampiezza w uguale 125 Mm dall'aria n 46. per l'aria n 46 si sceglie una concentrazione superficiale di 10 cm per una lunghezza caratteristica di C uguale a 3,6M m. Lo <1 >spessore dello strato di ossidi 26 è di 2 Alla fine del processo di produzione le ampiezze d e di riportate in fig. k sono pari a 50 rispettivamente 40 firn. Fra la resistenza 42 del partitore di tensione ed un'aria di base 48 dello stadio} finale si trova laria n<+ >44 di elevato drogaggio. Superiormente si trova la lastra elettrodica 28 separata galvanica- i mente dallo strato di ossidi 26. Questa tramite un foro di contatto 50 è connessa alla resistenza di partitore di tensio ne. All'estremità lato-collettore del partitore di tensione ] la resistenza 42 del partitore di tensione tramite la lastra elettrodica esterna 34 è collegata con l'aria n 44. Una base di eccitatore qui indicata con 52. Le aree indicate con 54 e 56 rappresentano le aree emettitoriche dell'eccitatore rispettivamente dello stadio finale. Tramite finestre di con! tatto 53 e 60 le aree di base sono connesse ad una metalliz zazione di base 62 e 64. Con 66 e 68 sono indicate le finestre di contatto emettitoriche mentre la metalizzazione emeti titorica dello stadio finale è indicata con 70. Per motivi di chiarezza non sono riportati resistenze di derivazione, differenti spessori di ossidi, diodi inversi, accorgimenti per La compensazione della temperatura, transistori laterali ecc. della fig. 3.

Nella disposizione mostrata nelle figg. 2 e 3 la capacità di blocco della resistenza 42 del partitore di tensione è decisamente superiore alla tensione di rottura U im- , portata in base all'equazione citata ulteriormente in precedenza . La seguente tabella mostra risultati di una Devicesimulati in bidimensionale per differenti densità di carica superficiale, che illustrano i risultati raggiungibili.

1. Aggiuntivamente aggiustaggio degli errori del le zone metalliche in ragione di 10 Mm in direzione area di base 20

2. Aggiungivamente aggiustaggio degli errori del le aree metalliche in ragione di 10 in direzione delle fosse di segatura 46.

L'invenzione non è limitata agli esempi mostrati nelle figure 1 fino a 3, ma ad esempio è possibile una sequenza inversa di drogaggio, in cui l'aria n 14 è a drogaggio p mentre l'aria p 20 è a drogaggio n ecc. La disposizione mostrata a semi-conduttore per influenzare una tensione di rottura oltre che per transistori, specialmente per transistori Darligton è adatti anche per diodi.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Disposizione a semi-conduttori per influenzare la tensione di rottura di transistori con un'elettrodo di co pertura, che è disposto al di sopra di un'aria di carica spa, zìale, e separato per quanto mediante uno strato di ossidi e· situato ad un potenziale, definito da un partitore di tensio; ne, fra una base e dun collettore, caratterizzato dal fatto . che l'elettrodo di opertura è formato da due lastre elettrodiche, reciprocamente separate, laddove ad una prima lastra elettrodica (28)si impegna su unagiunzione (30)fra un'aria di collettore n di elevato drogaggio e un'aria di collettore 1 n di debole drogaggio (l4)sull'aria di collettore n di de - 1 bole drogaggio (M) e su una giunzione (32)fra l'aria di collet! tore n a debole drogaggio (14)ed un'aria di base (p20), di una seconda lastra elettrodica è4) è contattata in parte allo stra to di ossidi (26)e in parte con l'aria di collettore n<+ >ad alto drogaggio (22).
2. Disposizione a semi-conduttori secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che lastre elettrodi che (28;34)sono eseguite come lastre elettrodiche estendentesi ad anello.
3. Disposizione a semi-conduttori secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la lastra elettrodica (34) trova competamente all'interno dell’aria di collettore n<+ >(22)
4. Disposizione a semi-conduttori secondo una dejl le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che peli un partitore di tensione (36), integrato monoliticamente, una re sistenza (2) di partitore di tensione è incorporata al di sotto dello strato di ossidi (26)fra due aree di collettore n (44)e J (l6)e presenta una distanza W dall'aria di collettore n<+ >06)conattata con la lastra elettrodica (34).
5. Disposizione a semi-conduttori secondo una del le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la lastra elettrodica (28)si sovrappone alla resistenza (42) del partitore di tensione in ragione di un'ampiezza di e termina al di sopra dell'aria collettore n (14) fra la resistenza (42 del partitore di tensione e l'aria di collettore n<+ >(6).
6. Disposizione a semi-conduttori secondo una del le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'ampiezza di e la distanza W possiedono un rapporto selziona le, cosicché per un preassegnato andamento di drogaggio della aria di collettore n (14) di dorgaggio dell'aria di collettore (46)e della resistenza (42)del partitore di tensione la tensione di blocco della resistenza (12)del partitore di tensione è superiore ad una tensione di rottura U.
7. Disposizione a semi-conduttori secondo una del le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la lastra elettrodica (28)tramite una finestra di contatto (50), passante per lo strato di ossidi (26), è collegata con la resistenza (42)del partitore di tensione.
8. Disposizione a semi-conduttori secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le lastre elettrodiche 34)e l'aria fra le lastre elettrodiche 28;34)sono dotate di uno strato di passivazione elettroisolante.