DE2143029B2 - Integrierte halbleiterschutzanordnung fuer zwei komplementaere isolierschicht-feldeffekttransistoren - Google Patents

Integrierte halbleiterschutzanordnung fuer zwei komplementaere isolierschicht-feldeffekttransistoren

Info

Publication number
DE2143029B2
DE2143029B2 DE19712143029 DE2143029A DE2143029B2 DE 2143029 B2 DE2143029 B2 DE 2143029B2 DE 19712143029 DE19712143029 DE 19712143029 DE 2143029 A DE2143029 A DE 2143029A DE 2143029 B2 DE2143029 B2 DE 2143029B2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
field effect
resistance
area
region
diffused
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19712143029
Other languages
English (en)
Other versions
DE2143029C3 (de
DE2143029A1 (de
Inventor
Terry George Lebanon N J Athanas (VStA)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RCA Corp
Original Assignee
RCA Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RCA Corp filed Critical RCA Corp
Publication of DE2143029A1 publication Critical patent/DE2143029A1/de
Publication of DE2143029B2 publication Critical patent/DE2143029B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2143029C3 publication Critical patent/DE2143029C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/07—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
    • H01L27/0705—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type
    • H01L27/0727—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with diodes, or capacitors or resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0255—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using diodes as protective elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/049—Equivalence and options
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/145—Shaped junctions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterschutzanordnung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine bekannte Art des Isolierschicht-Feldeffekttransistors, also eines Feldeffekttransistors mit isolierter Steuerelektrode, besteht aus einem Halbleitersubstrat mit einer planeren Oberfläche, an der im Substrat im Abstand voneinander Source- und Draingebiete angeordnet sind, die einen stromleitenden Kanal zwischen sich bilden. Auf der Oberfläche über dem Kanal ist eine Isolierschicht, gewöhnlich aus thermisch aufgewachsenem Siliciumdioxid, angebracht. Auf dieser Isolierschicht befindet sich eine Gate- oder Steuerelektrode, mit der an den Kanal ein elektrisches Feld angelegt wird. Siliciumdioxid hat eine Durchschlagfestigkeit von ungefähr 107 Volt/cm, so daß Spannungsstöße von ungefähr 10 Volt pro 100 A Oxiddicke auf der Steuerelektrode wahrscheinlich zum Durchschlag der Isolierschicht führen, so daß die Steuerelektrode nach dem Substrat kurzgeschlossen wird. Spannungen dieser Größenordnung sind bei der Herstellung, beim Testen, beim Zusammenbau und bei anderen Handhabungsvorgängen schwer zu vermeiden. Häufig kommt es vor, daß viel höhere Spannungen durch einfache Ansammlung von elektrostatischer Ladung auf dem menschlichen Körper erzeugt werden.
Auch in integrierten Schaltungen mit Isolierschicht-Feldeffekttransistoren sind die Isolierschichten der Gefahr des Durchschlags durch hohe Spannungsstöße ausgesetzt, so daß man derartige Anordnungen mit Schutzschaltungen gegen diese Beschädigung ausrüstet. Ein derartiger integrierter Schaltungsbaustein ist die sogenannte integrierte CMOS-Schaltung, die mit komplementären MOS-Transistoren vom Anreichungstyp mit sowohl N- als auch P-leitenden Kanälen ausgerüstet sind. Gewöhnlich sind die Transistoren in einem N-leitenden Scheibchen untergebracht, das ein diffundiertes P-leitendes Gebiet, die sogenannte P-Wanne, enthält. Die N-Transistoren sind innerhalb der P-Wanne, die P-Transistoren außerhalb der P-Wanne ausgebildet (FR-PS 15 11 986). Außerdem sind üblicherweise noch andere diffundierte Gebiete, beispielsweise P+ -diffundierte Gebiete für leitende Tunnel sowie für eine Ableitung verhindernde Schutzbänder vorgesehen.
Eine bekannte Eingangsschutzschaltung für integrierte CMOS-Schaltungen (RCA Appl. Note lCAN-6218) enthält einen strombegrenzenden Widerstand zwischen dem Eingangsanschluß und den zu schützenden Steuerelektroden, eine erste Diode, die mit ihrer Anode an die zu schützenden Steuerelektroden und mit ihrer Kathode an einen Betriebsspannungsanschluß der höchsten Spannung der Schaltung angeschlossen ist, und eine zweite Diode, die zwischen den gleichen Betriebsspannungsanschluß und den Eingangsanschluß geschaltet ist. Eine weitere Diode ist mit ihrer Anode an einen Betriebsspannungsanschluß der niedrigsten Spannung der Schaltung und mit ihrer Kathode an die zu schützenden Steuerelektroden angeschlossen. Bisher wurde bei dieser Schaltung der Strombegrenzungswiderstand durch ein P+-Gebiet realisiert, das gleichzeitig mit den Tunnel und Schutzbändern eindiffundiert wurde, entsprechend der in der Halbleitertechnologie üblichen Praxis, alle gleichartigen Gebiete gleichzeitig herzustellen. Der Widerstand kann so lang gemacht werden, daß er einen Wert von typischerweise ungefähr 500 0hm hat. Zugleich kann die eine Diodenfunktion durch den PN-Übergang zwischen dem Widerstandsgebiet und dem N-Substrat realisiert werden. Der Konzentrationsgradient im P+-Gebiet und die Untergrunddotierung des N-Substrats ergeben eine Durchschlagsspannung von ungefähr 50 Volt.
Die weitere Diodenl'unktion kann durch einen
PN-Übergang zwischen einer N+ -Diffusion und der P-Wanne mil einer typischen Durchschlagsspannung von ungefähr 25 Volt realisiert werden. Diese Anordnung kann mit Erfolg verwendet werden, hat jedoch den Nachteil, daß wegen des verhältnismäßig niedrigen spezifischen Flächenwiderstandes der p+-Widerstandsdiffusion eine ziemlich große Fläche des Schaltungsplättchens benötigt wird, da der Widerstand ziemlich lang sein muß, damit er einen ausreichend hohen Wert hat. Versuche, den spezifischen Flächenwiderstand der P+-Diffusion zu erhöhen, so daß der Widerstand kurzer gemacht werden kann, führten zu verringerten Produktionsausbeuten wegen Versagens der Schutzfunktion der gleichzeitig gebildeten P+-Schutzbänder. ,5
Aus der DT-OS 19 48 053 ist eine integrierte Schaltungsanordnung bekannt, bei der in die Oberfläche eines Halbleiterkörpers zwei rechteckförmige Widerstandsgebiete diffundiert sind, die einander überlappen und mit äußeren Leitern gekoppelt sind. Ferner ist bekannt, in einer integrierten Schaltung diffundierte Widerstände mit besonders hohem Widerstandswert dadurch zu schaffen, daß man den sogenannten Ausbreitungs-Widerstand der Basis eines Transistors benutzt, dessen Emittergebiete vom zum eigentlichen Widerstandsgebiet entgegengesetzten Leitungstyp seitlich über das Widerstandsgebiet übergreifen (E. K e ο η j i a η, Microeletronics, New York 1963, Seiten 311 bis 315).
Aus der FR-PS 15 35 920 ist eine integrierte Schaltung bekannt, bei der in ein N-Ieitendes Substrat unter einer ebenfalls N-Ieitenden Oberflächenepitaxialschicht ein »vergrabenes«, P-leitendes Widerstandsgebiet diffundiert ist, das einen relativ hohen Flächenwiderstand von z. B. 750 Ohm haben kann, weil die Oberflächenepitaxialschicht Inversionserscheinungen an der Oberfläche des Halbleiterkörpers verhindert. Zur Kontaktierung des Widerstandsgebietes sind an seinen beiden Enden P+-leitende Anschlußgebiete in der Oberflächenepitaxialschicht vorgesehen, die mit dieser zwar PN-Übergänge bilden, aber nicht zur Realisierung von Dioden dienen. Das Widerstandsgebiet weist dabei die gleiche Tiefe und den gleichen Konzentrationsgradienten der Dotierungsstoffe auf wie die Wannengebiete von im gleichen Halbleiterkörper ausgebildeten Sperrschicht-Feldeffekttransistoren.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Realisierungsmöglichkeit für eine Schutzanordnung der eingangs genannten Art für zwei Isolierschicht-Feldeffekttransistoren anzugeben, deren Strombegrenzungswiderstand onne Reeinträchtigung der übrigen Teile der Halbleiteranordnung mit genügend hohem Widerstandswert hergestellt werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Schutzanordnung.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß sowohl der Strombegrenzungswiderstand als auch die zugehörigen Dioden die gewünschten guten Eigenschaften haben.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 das Schaltschema einer integrierten CMOS-Schaltung mit einer Schutzschaltung,
Fig.2 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform der Schutzanordnung gemäß der Erfindung,
F i g. 3 eine Grundrißdarstellung eines Teils der Anordnung nach F i g. 2,
Fig.4 eine der Fig.3 ähnliche Grundrißdarstellung einer anderen Ausführungsform des gleichen Teils der Anordnung nach F i g. 2 und
Fig.5 eine Querschnittsdarstellung entlang der Schnittlinie 5-5 in F ig, 4.
Fig. 1 zeigt eine bekannte Schallung 10, die schaltungsmäßig auch die hier beschriebene Schutzanordnung repräsentiert. Die zu schützende CMOS-Schaltung ist in Fig. 1 durch eine einfache Inversions- oder Polaritätsumkehrstufe mit einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor 12 vom P-Typ und einem Isolierschichl-Feldeffekttransistor 14 vom N-Typ vertreten, die in Reihe zwischen einen mit Vddbezeichneten Speisespannungsanschluß 16 und einen Masseanschluß 18 geschaltet sind. Die Feldeffekttransistoren 12 und 14 haben isolierte Steuerelektroden 20 und 22, die zusammengeschaltet sind, so daß sie beide das gleiche Eingangssignal empfangen. Die Drainelektroden der Feldeffekttransistoren 12 und 14 sind gemeinsam an einen Ausgangsanschluß 23 angeschlossen.
Die dem Schutz der Isolierschichten der Feldeffekitransistoren 12 und 14 dienenden Schaltungselemente sind zwischen einen Eingangsanschluß 24, die Steuerelektroden 20 und 22 und die Anschlüsse 16 und 18 geschaltet. Zwischen dem Eingangsanschluß 24 und den Steuerelekiroden 20 und 22 liegt ein Widerstand 26. Zwischen den beiden Enden des Widerstandes 26 und dem Anschluß 16 liegen Dioden 28 und 29, die mit ihren Anoden an die Enden des Widerstandes 26 und mit ihren Kathoden gemeinsam an den Anschluß 16 angeschlossen sind. Bei der bekannten Anordnung ist. wie oben erläutert, eine durch das Widerstandsgebiet selbst gebildete verteilte oder durchgehende Diode vorhanden.
Zwischen den Anschluß 18 und die zu schützenden Steuerelektroden 20 und 22 ist eine Diode 30 geschaltet, die mit ihrer Anode an den Anschluß 18 und mit ihrer Kathode an die Steuerelektroden 20 und 22 angeschlossen ist.
Die Wirkungsweise der Schaltung 10 ist wie folgt: Bevor die Anordnung an Spannungsversorgungs- und Verbraucherschaltungen angeschlossen wird, kann es sein, daß die verschiedenen Anschlüsse mit extrem hohen Spannungsimpulsen, beispielsweise mit Impulsen, die sich durch elektrostatische Aufladung des menschli chen Körpers ergeben, beaufschlagt werden. Diese Spannungen können zwischen irgendwelchen der Anschlüsse 16, 18, 23 und 24 auftreten. Wenn z. B. der Eingangsanschluß 24 stark positiv gegenüber dem Anschluß 16 wird, werden die Dioden 28 und 29 in Durchlaßrichtung vorgespannt, und die maximale Spannung, die an der Isolierschicht des Feldeffekttransistors 12 auftreten kann, ist gleich dem Durchlaßspannungsabfall an den Dioden 28 und 29, d. h. ungefähr 1 Volt. Wenn der Eingangsanschluß 24 stark positiv gegenüber dem Masseanschluß 18 ist, wird die Diode 30 in Sperrichtung vorgespannt; da sie jedoch eine verhältnismäßig niedrige Sperrdurchbruchsspannung hat (ungefähr 25 Volt), ist die maximale Spannung an der Isolierschicht des Feldeffekttransistors 14 ungefähr 25 VuIt.
Wenn am Eingangsanschluß 24 ein Spannungsimpuls auftritt, der stark positiv gegenüber der Spannung am Ausgangsanschluß 23 ist, fließt aufgrund dieses Spannungsimpulses ein Strom vom Eingangsanschluß 24 über den Widerstand 26, die Diode 30 und von dort durch die Substrat-Source-Diode oder die Substrat-Drain-Diode des Feldeffekttransistors 14 zum Ausgangsanschluß 23. Durch den Feldeffekttransistor 12 fließt dagegen kein Strom, weil dieser Transistor in
diesem Fall gesperrt und seine Substrai-Sourcc- oder Substrat-Drain-Diode mit einer Durchbruchsspannung von ungefähr 50 Volt, d. h. mit ungefähr der doppelten Durchbruchsspannung der Diode 30 in Sperrichtung vorgespannt ist. Unter diesen Voraussetzungen ist die maximale Spannung, die an den Isolierschichten der beiden Feldeffekttransistoren 12 und 14 auftreten kann, gleich der Summe der Durchbruchsspannung der Diode 30 und dem Durchlaßspannungsabfall der Substrat-Sourcc- oder Substrat-Drain-Diode des Feldeffekttransistors 14, d. h. ungefähr 26 Volt.
Ähnliche Überlegungen gelten für den Fall, daß die anderen Anschlüsse 16, 18 und 23 mit dem hohen Spannungsimpuls beaufschlagt sind. Wenn beispielsweise der Anschluß 16 stark positiv gegenüber dem Eingangsanschluß 24 gespannt wird, fließt ein Strom durch den P-Ieitenden Feldeffekttransistor 12, der wegen der verhältnismäßig niedrigen Spannung an seiner Steuerelektrode leitend ist, sowie durch die Drain-Substrat-Diode des N-leitenden Feldeffekttransistors 14 und von dort durch die Diode 30 und den Widerstand 26 zum Eingangsanschluß 24. Die maximale Spannung an der Isolierschicht des Feldeffekttransistors 12 ist gleich der Summe aus dem Spannungsabfall an diesem Transistor (ungefähr 4 Volt) der Sperrdurchbruchsspannung der Drain-Substrat-Diode des Feldoffekttransistors 14 (ungefähr 25 Volt) und dem Durchlaßspannungsabfall der Diode 30 (ungefähr 1 Volt), d. h. ungefähr 30 Volt. Die Schaltung 10 begrenzt die Spannung an den Isolierschichten der Feldeffekttransistoren 12 und 14 unabhängig davon, wo der hohe Spannungsstoß auftritt, auf maximal ungefähr 30 Volt. Dieser Wert liegt weit unter der Durchschlagsspannung der Isolierschichten.
Fig. 2 und 3 zeigen den Aufbau eines integrierten Schaltungsbausteins 32 einschließlich der Schutzanordnung gemäß der Erfindung, der Schaltungsbaustein 32 besteht aus einem Körper 34 aus Halbleitermaterial wie Silicium, das in diesem Fall N-leitend ist und einen spezifischen Widerstand von ungefähr 0,1 bis 10 Ohmzentimeter hat. An der Oberfläche 36 des Körpers 34 befinden sich die Gebiete, welche die aktiven und passiven Schaltungselemente bilden.
Der Feldeffekttransistor 12 hai ein Sourcegcbict 38 und ein Draingebiet 39 vom P( -Leitungstyp, die an der Oberfläche 36 durch Eindiffundicren von Akzcptordolierstoffcn in bekannter Weise gebildet sind. Beispielsweise können diese Gebiete in der Weise hergestellt werden, daß man die Oberfläche 36 mit einer entsprechenden Maske abdeckt und dann den Körper 34 ungefähr 30 Minuten lang bei einer Temperatur von ungefähr 1000 bis HOO0C einer Quelle von p-Dotierstoffen wie Bor (?.. B. einer Bornitrid-Quelle) aussetzt. Dies ergibt eine verhältnismäßig flache P* -Diffusion von ungefähr 30 Ohm pro Flächeneinheit mit einem steilen Konzentrationsgefälle und folglich einem steilen PN-Übergang mit verhältnismäßig niedriger Durchbruchsspannung von ungefähr 30 Volt.
Als Substrat für den N-Icitenden Feldeffekttransistor !4 dient ein P-leitendes Wannengebiet 40 mit einer größeren Diffusionstiefe und einem weniger steilen Dotierstoffkonzentrationsgcfälle als bei den P +-leitenden Source- und Draingebieten 38 und 39. Das Wannengebict 40 kann z. B. in der Weise hergestellt werden, daß man die Oberfläche 36 entsprechend maskiert und dann die Anordnung bei einer Temperatur von ungefähr 800 bis 8200C einer Quelle von P-Dotierstoffen aussetzt, wozu wiederum aus Bornitrid gewonnenes Bor dienen kann. Dadurch ergibt sich ein flaches diffundiertes Gebiet im Körper 34 an der Oberfläche 36. Die Bordotierstoffe werden dann im Körper 34 umverteilt, indem man den Körper einige Minuten bis ungefähr 6 Stunden lang in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre auf ungefähr 12000C erhitzt. Vorzugsweise nimmt man als nächstes eine Herausdiffusion vor, um die Oberflächenkonzentration der Dotierstoffe in dem Wannengebiet 40 zu verringern. Zu diesem Zweck erhitzt man den Körper 34 ungefähr 30 Minuten bis b Stunden lang auf ungefähr 11000C in Wasserdampf. Dadurch ergibt sich in dem P-Wannengebiet 40 ein verhältnismäßig geringes Dotierstoffkonzentrationsgefälle sowie ein verhältnismäßig allmähler PN-Übergang mit dem N-Material des Körpers 34. Innerhalb des P-Wannengebietes 40 befinden sich das N4 -leitende Sourcegebiet 42 und das N4 -leitende Draingebiet 43 des Feldeffekttransistors 14, die auf übliche Weise durch Eindiffundieren von Phosphor hergestellt werden.
Die Steuerelektroden 20 und 22 der Feldeffekttransistoren 12 und 14 überlagern die Zwischenräume zwischen den entsprechenden Source- und Draingebieten und sind von diesen durch dünne Isolierschichten 44 und 45 getrennt, die z. B. durch Oxydieren der Oberfläche des Körpers 34 gebildet werden.
Ferner sind in Fig.2 ein den Feldeffekttransistor 14 umgebendes Schulzringgebiet 46 vom P4 -Typ sowie ein den Feldeffekttransistor 12 umgebendes Schutzringgebici 48 vom N4 -Typ gezeigt. Außerdem können noch andere P * - oder N + -Gebiete (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die als Widerstände, Tunnel oder dergleichen dienen.
F.rfindungsgcmäß wird die Funktion des Widerstandes 26 von einem diffundierten Widerstandsgebiet 50 vom P-Leitungstyp erfüllt, in welchem die Diffusionsiiefc und das Doticrstoffkonzentrationsgcfällc so gewählt sind, daß ein verhältnismäßig sanfter oder allmählicher PN-Übergang 52 zwischen dem Widerstandsgebiet 50 und dem umgebenden Material des Körpers 34 besteht. Der spezifische Flächenwiderstand im Widerstandsgebiet 50 kann ziemlich hoch sein. ?.. B. ungefähr 750 Ohm pro Flächeneinheit, so daß der Widerstand nicht sehr lang zu sein braucht, um einen erheblichen ohmschcn Wert zu haben. Zu diesem Zweck kann man das Widerstandsgebiet 50 gleichzeitig mit dem P-Wannengebict 40 nach dem oben beschriebenen Verfahren eindiffundieren.
Ein Grenzteil des Widerstandsgebietes 30 tritt an die Oberfläche 36 des Körpers 34, und auf diesen Grenzteil greifen P»-leitende Gebiete 34 und 33 über (Fig.3). Diese Gebiete sind also mit dem Widerstandsgebiet 30 elektrisch gekoppelt. Sie dienen als Anodengebiete für die Dioden 28 und 29, da sie mit dem Material des Körpers 34 PN-Übergänge 36 und 37 bilden. Das N-Material des Körpers 34 selbst bildet ein gemeinsames Kathodengebiet für die Dioden 28 und 29. Dieses Material ist in Üblicher Weise elektrisch mit dem Anschluß 16 der Schaltung 10 verbunden. Die Anodengebiete 34 und 33 können gleichzeitig z. B. mit dem Source- und dem Draingebiet 38 bzw. 39 des Feldeffekttransistors 12 eindiffundiert werden. Wie oben erwähnt, 1st das Dotlerstoffkonzentrationsgefälle in diesen Gebieten steil, so daß die Obergange 36 und 6s ebenfalls steil sind und eine Durchbruchsspannung von ungefähr 30 Volt haben.
Die Kontaktierung des Widerstandsgebietes erfolgt durch die Anodengebiete 34 und SS. da in diesen
Gebieten ein guter ohmscher Kontakt hergestellt werden kann. Man kann in bekannter Weise an diesen Gebieten metallische Zuleitungen 60 und 61 anbringen, die nach denjenigen Schaltungselemente!! geführt werden können, zwischen die das Widerstandsgebict 50 eingeschalte! werden soll.
Die Diodcnfunklion der Diode 30 nach IMg. t wird durch ein diffundiertes Kaihodcngebict 62 vom N+ -l.citungslyp an der Oberfläche 36 innerhalb des P-Wannengebictes 40, das als Anodengebict dient, erfüllt. Ein metallischer Kontakt 64 verbindet das Kathodengebiet 62 mit dem metallischen Kontakt 61 über eine sehcmatisch dargestellte Leitung 65.
IM g. 4 und 5 veranschaulichen eine andere Ausrührungsform des hier beschriebenen SehallungsbauMcins. Bei dieser Ausführungsforni sind beiderseits des Gren/tcilx des Widcrstandsgebictcs 50 zwei übergreifende N ' -Gebiete 66 und 67 vorhanden. Diese Gebiete verringern die Durchbruchsspannung der Dioden am Feldeffekttransistor 12, da hier der Durchbruch vorwiegend als Durchbruch von N ' nach P /wischen dem Widcrstandsgchiot 50 und den Gebieten 66 und 67 erfolgt. Die Gebiete 66 und 67 sowie das Kathodengebict 62 werden vorzugsweise gleich/.eiiig durch l.indiH'undicren von Phosphor aus /.. U. einer Phosphorox\chloridqucllc gebildet. Der Körper 34 wird ungefähr 2 Minuten lang auf ungefähr 1050" C in einer phosphorhaltigcn Atmosphäre und dann ungefähr 3 Minuten lang auf ungefähr 1050"C in einer phosphor-Ircien Atmosphäre erhitzt. Dies ergibt Gebiete vom N' -l.eitungstyp mit einem Flächenwiderstand von ungefähr 10 Ohm pro Fläeheneinheil sowie PN-Übergänge mit einer Durchbriichsspannung von ungefähr 25 Volt.
Die Gebiete 66 und 67 sollten, wie gezeigt, dicht bei der Kingangsseite des Widerstandsgebietes 50 angcbracht sein, so daß die dort angelegte Spannung durch den Spannungsabfall im Widerstandsgebiet 50 nicht erheblich verringert wird. Mit Hilfe des Abstiinucs zwischen den Gebieten 66 und 67 kann auch der effektive Widerstand des Widerstandsgcbietes 50
ίο kontrolliert werden. Die auf diese Weise gebildete Diode hat eine scharfe oder steile Durchlaßcharakteristik, so daß sich eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit ergibt.
Durch den beschriebenen Aufbau des Schaltungsbaustcins ergeben sich erhebliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. So kann der spezifische Widerstand der P' -Gebiete ziemlich niedrig gemacht werden, da für das Widerstandsgebiet 50 keine Diffusion wie für diese Gebiete erforderlich ist. Die Wirksamkeit der P^-r.chiitzbändcr, der Widerstand der P4 -Tunnel und die Source- und Drain-Widerstände sämtlicher P-Transistoren der Schaltung können somit optimal gestaltet werden. Die Kontaktwiderstände an den P^-Gebieten sind niedrig. Für die Schutzanordnung wird insgesamt weit weniger Mäche gebraucht als bei der bekannten Anordnung, so daß die Herstellungskosten für die Schaluingsbaustcinc wesentlich geringer sind, Fin weiterer Vorteil ist der verhältnismäßig hohe Widerstand (1000 Ohm und mehr), der aufgrund des höherer spezifischen Widerstandes im Widerstandsgebiet 5C erzielbar ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
IM 828/

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Integrierte Halbleiterschutzanordnung für zwei komplementäre Isolierschicht-Feldeffekttransistoren mil einem Halbleiterkörper eines ersten Leitungstyps, der angrenzend an seine eine Oberfläche mehrere diffundierte Gebiete enthält, welche mehrere elektrische Schaltungselemente einschließlich der beiden Feldeffekttransistoren bilden, von denen der eine Feldeffekttransistor Source- und Draingebiete des ersten Leitungstyps innerhalb eines diffundierten Wannengebietes eines zweiten, hierzu entgegengesetzten Leitungstyps aufweist, mit einem in den Halbleiterkörper angrenzend an die Oberfläche diffundierten Widerstandsgebiet des zweilcn Leiiungslyps, das zwischen einen Eingangsanschluß und die Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren geschaltet ist, und mit einer Anordnung, die innerhalb des Halbleiterkörpers drei Dioden bildet, von denen die eine Diode an das eine Ende des Widerstandsgebietes, eine andere Diode an das andere Ende des Widerstandsgebietes und die dritte Diode an die Steuerelektroden der beiden Feldeffekttransistoren angeschlossen ist. dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsgebiet (50) die gleiche Tiefe und den gleichen Konzentrationsgradienten der Dotierungsstoffe hat wie das Wannengebiet (40), daß die Anodengebiete (54, 55) der ersten beiden Dioden (28, 29) das Widerstandsgebiet (50) an einem an die Oberfläche (36) tretenden Grenzteil überlappen und mit dem Halbleiterkörper (34) PN-Übergänge (56, 57) bilden, die steiler sind und eine niedrigere Durchbruchsfestigkeit aufweisen als der zwischen dem W'<derstandsgebiet (50) und dem Halbleiterkörper (34) gebildete PN-Übergang, und daß die Zuleitungen (60, 61) zu dem Widerstandsgebiet (50) an die Anodengebiete (54, 55) der ersten beiden Dioden angeschlossen sind.
2. Halbleiterschutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsgebiet (50) in der Draufsicht die Form eines langgestreckten Rechtecks mit zwei verhältnismäßig langen Seiten und zwei verhältnismäßig kurzen Seiten hat und daß sich die Anodengebiete (54, 55) der ersten beiden Dioden (28,29) jeweils an einer dieser kurzen Seiten befindet.
3. Halbleiterschutzanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Halbleiterkörper (34) an dessen Oberfläche (36) beiderseits des Widerstandsgebietes (50) je ein diffundiertes Gebiet (66, 67) vom gleichen Leitungstyp wie der Halbleiterkörper befindet, die einen Teil der langen Seiten des Widerstandsgebietes (50) überlappen.
4. Halbleiterschutzanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kathodengebiet (62) der dritten Diode (30) durch ein Halbleitergebiet des ersten Leitungstyps gebildet ist, das in das zugleich als Anodengebiet dienende Wannengebiet (40) eindiffundiert ist.
DE2143029A 1970-09-18 1971-08-27 Integrierte Halbleiterschutzanordnung für zwei komplementäre Isolierschicht-Feldeffekttransistoren Expired DE2143029C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US7334370A 1970-09-18 1970-09-18

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2143029A1 DE2143029A1 (de) 1972-03-23
DE2143029B2 true DE2143029B2 (de) 1977-07-21
DE2143029C3 DE2143029C3 (de) 1978-03-23

Family

ID=22113174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2143029A Expired DE2143029C3 (de) 1970-09-18 1971-08-27 Integrierte Halbleiterschutzanordnung für zwei komplementäre Isolierschicht-Feldeffekttransistoren

Country Status (6)

Country Link
US (1) US3673428A (de)
JP (1) JPS5147312B1 (de)
CA (1) CA931279A (de)
DE (1) DE2143029C3 (de)
FR (1) FR2106614B1 (de)
GB (1) GB1321328A (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0267465A1 (de) * 1986-10-22 1988-05-18 Siemens-Elema AB Schutz für den Ausgangsschalter eines Schrittmachers

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3731116A (en) * 1972-03-02 1973-05-01 Us Navy High frequency field effect transistor switch
NL7212509A (de) * 1972-09-15 1974-03-19
US3777216A (en) * 1972-10-02 1973-12-04 Motorola Inc Avalanche injection input protection circuit
US4015147A (en) * 1974-06-26 1977-03-29 International Business Machines Corporation Low power transmission line terminator
FR2289051A1 (fr) * 1974-10-22 1976-05-21 Ibm Dispositifs a semi-conducteur du genre transistors a effet de champ et a porte isolee et circuits de protection cotre les surtensions
JPS5422862B2 (de) * 1974-11-22 1979-08-09
US3955210A (en) * 1974-12-30 1976-05-04 International Business Machines Corporation Elimination of SCR structure
JPS5189392A (de) * 1975-02-03 1976-08-05
DE2511488A1 (de) * 1975-03-15 1976-09-23 Bosch Gmbh Robert Cmos-inverter
US3967295A (en) * 1975-04-03 1976-06-29 Rca Corporation Input transient protection for integrated circuit element
US3999205A (en) * 1975-04-03 1976-12-21 Rca Corporation Rectifier structure for a semiconductor integrated circuit device
JPS5268382A (en) * 1975-12-05 1977-06-07 Hitachi Ltd Semiconductor circuit unit
US4057894A (en) * 1976-02-09 1977-11-15 Rca Corporation Controllably valued resistor
NL176322C (nl) * 1976-02-24 1985-03-18 Philips Nv Halfgeleiderinrichting met beveiligingsschakeling.
GB1549130A (en) * 1977-06-01 1979-08-01 Hughes Microelectronics Ltd Cm Monolithic integrated circuit
JPS5422781A (en) * 1977-07-22 1979-02-20 Hitachi Ltd Insulator gate protective semiconductor device
US4135955A (en) * 1977-09-21 1979-01-23 Harris Corporation Process for fabricating high voltage cmos with self-aligned guard rings utilizing selective diffusion and local oxidation
DE2929869C2 (de) * 1979-07-24 1986-04-30 Deutsche Itt Industries Gmbh, 7800 Freiburg Monolithisch integrierte CMOS-Inverterschaltungsanordnung
US4342045A (en) * 1980-04-28 1982-07-27 Advanced Micro Devices, Inc. Input protection device for integrated circuits
JPS5715459A (en) * 1980-07-01 1982-01-26 Fujitsu Ltd Semiconductor integrated circuit
JPS5737876A (en) * 1980-08-20 1982-03-02 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit apparatus
JPS57130461A (en) * 1981-02-06 1982-08-12 Hitachi Ltd Semiconductor memory storage
US4523189A (en) * 1981-05-25 1985-06-11 Fujitsu Limited El display device
JPS5825264A (ja) * 1981-08-07 1983-02-15 Hitachi Ltd 絶縁ゲート型半導体装置
JPS59181679A (ja) * 1983-03-31 1984-10-16 Nippon Denso Co Ltd 半導体装置
JPS60767A (ja) * 1983-06-17 1985-01-05 Hitachi Ltd 半導体装置
JPS6010765A (ja) * 1983-06-30 1985-01-19 Fujitsu Ltd 半導体装置
JPH0669101B2 (ja) * 1983-08-25 1994-08-31 松下電子工業株式会社 半導体装置の製造方法
JPS6097659A (ja) * 1983-11-01 1985-05-31 Matsushita Electronics Corp 半導体集積回路
JPS60123052A (ja) * 1983-12-07 1985-07-01 Hitachi Ltd 半導体装置
US4626882A (en) * 1984-07-18 1986-12-02 International Business Machines Corporation Twin diode overvoltage protection structure
US4757363A (en) * 1984-09-14 1988-07-12 Harris Corporation ESD protection network for IGFET circuits with SCR prevention guard rings
US4785339A (en) * 1986-10-03 1988-11-15 Ge Solid State Patents, Inc. Integrated lateral PNP transistor and current limiting resistor
US4736271A (en) * 1987-06-23 1988-04-05 Signetics Corporation Protection device utilizing one or more subsurface diodes and associated method of manufacture
US4890143A (en) * 1988-07-28 1989-12-26 General Electric Company Protective clamp for MOS gated devices
DE58906972D1 (de) * 1988-08-16 1994-03-24 Siemens Ag Bipolartransistor als Schutzelement für integrierte Schaltungen.
WO1991002408A1 (en) * 1989-07-28 1991-02-21 Dallas Semiconductor Corporation Line-powered integrated circuit transceiver
US5032742A (en) * 1989-07-28 1991-07-16 Dallas Semiconductor Corporation ESD circuit for input which exceeds power supplies in normal operation
JPH0888323A (ja) * 1994-09-19 1996-04-02 Nippondenso Co Ltd 半導体集積回路装置
US5629544A (en) * 1995-04-25 1997-05-13 International Business Machines Corporation Semiconductor diode with silicide films and trench isolation
JPH11345885A (ja) * 1998-06-02 1999-12-14 Nec Corp 半導体装置
FR2802339B1 (fr) 1999-12-09 2002-03-01 St Microelectronics Sa Transistor mos durcis

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1209271A (en) * 1967-02-27 1970-10-21 Hitachi Ltd Improvements in semiconductor devices
GB1170705A (en) * 1967-02-27 1969-11-12 Hitachi Ltd An Insulated Gate Type Field Effect Semiconductor Device having a Breakdown Preventing Circuit Device and a method of manufacturing the same
US3447046A (en) * 1967-05-31 1969-05-27 Westinghouse Electric Corp Integrated complementary mos type transistor structure and method of making same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0267465A1 (de) * 1986-10-22 1988-05-18 Siemens-Elema AB Schutz für den Ausgangsschalter eines Schrittmachers

Also Published As

Publication number Publication date
DE2143029C3 (de) 1978-03-23
CA931279A (en) 1973-07-31
FR2106614A1 (de) 1972-05-05
JPS5147312B1 (de) 1976-12-14
GB1321328A (en) 1973-06-27
US3673428A (en) 1972-06-27
FR2106614B1 (de) 1977-01-28
DE2143029A1 (de) 1972-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2143029C3 (de) Integrierte Halbleiterschutzanordnung für zwei komplementäre Isolierschicht-Feldeffekttransistoren
DE3851475T2 (de) Integrierte Schaltung mit vergrabene Dioden enthaltender Schützvorrichtung sowie zugehöriges Verfahren zur Hertellung.
DE1918222C3 (de) Isolierschicht-Feldeffekttransistor
DE2706623C2 (de)
DE2559360A1 (de) Halbleiterbauteil mit integrierten schaltkreisen
DE2313312A1 (de) Integrierte schaltung mit isolierte gate-elektroden aufweisenden feldeffekttransistoren
DE1944793C3 (de) Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiteranordnung
DE2047166A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE69010034T2 (de) Halbleiteranordnung mit einer Schutzschaltung.
DE2536277A1 (de) Halbleiteranordnung
DE2832154C2 (de)
DE2834759C2 (de) Schutzeinrichtung für die isolierte Gate-Elektrode eines MOS-Halbleiterbauelements
DE19528998C2 (de) Bidirektionaler Halbleiterschalter und Verfahren zu seiner Steuerung
DE1489894B2 (de) In zwei richtungen schaltbares halbleiterbauelement
DE3650638T2 (de) Integrierte Halbleiterschaltung mit Isolationszone
EP0000863A1 (de) Temperaturkompensierter integrierter Halbleiterwiderstand
DE1764791A1 (de) Halbleiterschalter
DE1949523C3 (de) Halbleiterbauelement mit einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor
DE19518339C2 (de) Halbleitereinrichtung und ein Verfahren zur Benutzung derselben
DE1589891B (de) Integrierte Halbleiterschaltung
DE2215850A1 (de) Schutzdiodenanordnung fuer gitterisolierte feldeffekttransistoren
DE2559361C2 (de) Halbleiterbauelement mit mehreren, Feldeffekttransistoren definierenden Zonen
DE2051623A1 (de) Steuerbare raumladungsbegrenzte Impedanzeinnchtung fur integrierte Schaltungen
DE2263075A1 (de) Monolithische integrierte halbleiteranordnung
DE1299766B (de) Thyristor und Verfahren zu seiner Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)