DE2226613C3 - Schutzvorrichtung für einen Isolierschicht-Feldeffekttransistor - Google Patents

Schutzvorrichtung für einen Isolierschicht-Feldeffekttransistor

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Description

findung ist in Fig. 1 dargestellt. Das Bauelement 42 umfallt ein Substrat 44 aus kristallinem Isoliermaterial, beispielsweise Saphir, Spinell od, dgl. Auf einer Oberfläche 46 des Substrats 44 sind im Abstand zwei dünne Filme 48 und SO, beispielsweise in der Größennrdnung von K)Ot)O A aus Halbleitermaterial wie Silizium ausgebildet. Innerhalb des Filmes 48 ist ein Feldeffekttransistor 52 angeordnet, der eine Sourcezone 54 und eine Drainzone 56, beide p-leitend, sowie eine η-leitende K.analzone 58 enthält. Die Obetfläche 60 des Halbleitermaterialfilms 48 wird von einer Schicht 62 aus dielektrischem Material, beispielsweise Siliziumdioxyd, von einer Dicke in der Größenordnung von 1000 A bedeckt. Ferner sind eine Source- und eine Drainelektrode 64 bzw. 66 auf der Oberfläehe der Schicht 62 vorgesehen, durch deren Öffnungen sie Kontakt zu ihren entsprechenden Zonen bilden. Auf der dielektrischen Schicht 62 ist über der Kanalzone 58 ferner eine Steuerelektrode 68 vorgesehen. Die Elektroden 64, 66 und 68 können aus ir- a° gendeinem leitenden Material, beispielsweise aus Aluminium, bestehen.
Die Schutzvorrichtung 70 für den Transistcif 52 befindet sich innerhalb des Filmes 50 und enthält eine Mehrzahl benachbarter Bereiche aus Halbleitermaterial abwechselnden — also jeweils entgegengesetzten - Leitungstyps. Auf diese Weise sind bei der hier beschriebenen Ausführungsform fünf η-leitende Bereiche 72, die mit vier p-leitenden Bereichen 74 abwechseln, vorgesehen, wobei zwischen jedem Paar von benachbarten Bereichen 72 und 74 ein pn-übergang 76 gebildet wird, der eine Zener- oder Durchbruchdiode darstellt. Infolge des abwechselnden Leitungstyps der benachbarten Bereiche 72 und 74 haben nebeneinander befindliche Dioden die entgegengesetzte Polarität, d. h. daß die Diodenreihenschaltung aus jeweils gegeneinandergeschaltetcn Dioden besteht.
Über dem Film 50 befindet sich eine Schicht 78 aus einem schützenden Material wie Siliziumdioxyd. Leitende Anschlüsse 82 und 84 aus Metallschichten, beispielsweise Aluminium, stehen durch die Schicht 78 hindurch in Kontakt mit den beiden Endbereichen 72 des Bauelementes 70. Ein Anschluß 84 ist elektrisch mit Hilfe einer Leitung 86 an die Steuerelektrode 68 des Transistors 52 angeschlossen, der andere Anschluß 82 ist elektrisch mit Hilfe einer Leitung 87 entweder an die Source- oder die Drainelektrode des Transistors, im vorliegenden Fall an die Drainelektrodc 66, angeschlossen. Die beiden Leitungen 86 und 87 sind schematisch dargestellt und brauchen hinsichtlich ihrer Ausführung nicht näher beschrieben zu werden.
In dem bisher beschriebenen Ausmaß ist die Schutzvorrichtung 70 bekannt. Zur Verbesserung ihrcr Zuverlässigkeit sind Schichten 90 aus einem elektrisch leitenden Material wie z. B. Aluminium, Wolfram od. dgl. unmittelbar auf der Oberseite eines Teiles der Bereiche 72 und 74 angeordnet. Vorzugsweise bedecken die Schichten 90 praktisch die gesamte obere Fläche jedes Bereiches 70 und 72 (siehe auch Fig. ft), jedoch sind die Schichten 90 voneinander getrennt, damit die pn-Übergänge 76 zwischen den Bereichen 72 und 74 nicht kurzgeschlossen werden. Die elektrische Leitfähigkeit der Schichten 90 ist größer als diejenige der Bereiche 70 und 72 und aus noch zu erläuternden Gründen vorzugsweise so groß wie möglich. Die Betriebsweise des R'iuclementes 70 ist nachfolgend ebenfalls erläutert.
Bei der Herstellung des in Fig. 1 dargestellter» Bauelementes wird ein dünner Film 48-50 (Fig. 2> aus Silizium zunächst auf ein Substrat 44 epitaktisch abgelagert. Da die Kanalzone 58 des Transistors 52 bei der hier beschriebenen Ausführungsform n-leitend ist, wird der Film 48-50 vorzugsweise mit diesem Leitungstyp abgelagert, Die Maßnahmen zur epitaktischen Ablagerung dotierter Schichten aus Halbleitermaterial auf kristallinen Isolatoren sind bekannt. Der Film 48-50 hat einen relativ hohen spezifischen Flächenwiderstand in der Größenordnung von 100 000 Ohm/Quadrat, damit der Transistor 52 mit bestimmten gewünschten elektrischen Eigenschaften, z. B. einer niedrigen Schwellenspannung, ausgebildet werden kann.
Unter Verwendung bekannter Maskenätztechniken wird der Film 48-50 in zwei getrennte Filmteile 48 und 50 getrennt, wie Fig. 3 zeigt. Dann werden die verschiedenen Bereiche ausgebildet, welche den Transistor 52 und die Schutzvorrichtung 70 bilden sollen. Die Source- und Drainzonen 54 und 56 des Transistors können beispielsweise dadurch gebildet werden, daß man eine nicht dargestellte Diffusionsmaske über einen zentralen Teil des Films 48 bringt und ein p-Leitung verursachendes Material wie Bor in die nicht abgedeckten Bereiche des Filmes 48 hineindiffundieren läßt. Der Bereich des Filmes 48 unterhalb der Diffusionsmaske zwischen Source- und Drainzone 54 bzw. 56 bildet die Kanalzone. Die Source- und Drainzone 54 bzw. 56 werden bei der hier beschriebenen Ausführungsform auf einen Widerstand von W Ohm/Quadrat dotiert.
In gleicher Weise kann man bekannte Maskendiffusionsverfahren zur Umwandlung von Teilen des Films 50 von der p-Leitung, wie er niedergeschlagen worden ist, in die η-leitenden Bereiche 74 anwenden, ferner läßt sich mit Hilfe dieser Verfahren auch die Leitfähigkeit des die η-leitenden Bereiche 72 bildenden Materials vergrößern. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform sind beispielsweise die n- und p-leitenden Bereiche 72 und 74 des Bauelementes 70 bis zum Degenerierungswert dotiert, d. h. die Dotierstoff konzentration ist größer als 5 X K)1'' atom/cm1.
Anschließend wird die dielektrische Schicht 62 (Fig. 4) auf den Film 48 und die Schutzschicht 78 auf den Film 50 ausgebildet. Verwendet man Filme 48 und 50 aus Sizilium, dann lassen sich die Schichten 62 und 78 sehr bequem aus Siliziumdioxid herstellen, indem man die Oberflächenschichten der Filme 48 und 50 in bekannter Weise thermisch oxydiert. Dann werden durch die Schichten 62 und 78 Öffnungen 80 nach bekannten Maskenätzverfahren ausgebildet, so daß Oberflächenteile der Sourcezone 54 und der Di aiivone 56 des Transistors 52 und ferner Oberflächenteile der Bereiche 72 und 74 der Schutzvorrichtung 70 freigelegt werden. Anschließend wird eine Metallschicht aus dem Werkstück abgelagert, welche in Kontakt mit den freiliegenden Oberflächenteilen der versuiiedenen Zonen stehen, und diese Metallschicht wird anschließend unter Verwendung bekannter photolithogfaphischer Teehnike* so begrenzt, daß die Sourceelektrode 64, die Drainelektrodc 06, die Steuerelektrode 68 und die beiden Anschlüsse 82 und 84 für die Schutzvorrichtung 70 sowie die einzelnen Schichten 90 entstehen. Wie sehematisch angedeutet ist, werden die Kontakte 86 und 87 in der Metallschicht ebenfalls begrenzt, so daß die Anschlüsse 82
und 84 mil der Drainelektrodc 66 h/w. der Steuer- stand dieser Bereiche relativ gering, so daß auch große elektrode 68 des Transistors 52 verbunden werden. Strome von der Schutzvorrichtung 70 verarbeitet wer-Die Schutzvorrichtung 70 arbeitet in folgender den. ohne daß diese überhitzt oder beschädigt wird Weise Infolge der Degencrierungsdotieriing der Be- Auch verringern die leitenden Schichten 90 den Wireiche 72 und 74. welche die Dioden bilden, beträgt * derstand des Bauelementes, so daß noch höhere die Durchlaßspannung etwa 0.7 V und die Zener- Strome fließen können.
DurchbtuchsspannungfSperrspannungJetwad V. Bei Man kann Schulzvorrichtungen 70 mit unter der dargestellten Ausfuhrungsform mit acht Dioden schicdlichcn Durchbrucltisspaniiungen und untersind bei jeder Vorspannung beider Polaritäten zwi- schicdlichcn Strombelastbarkcilcn vorsehen, indem sehen den Anschlüssen 82 und 84 vier Dioden in 10 man die Zahl der Dioden der Vorrichtung verändert Durchlaßrichtung und vier Dioden in Spcrrichtung Ferner kann die Strombelastbarkcit erhöht werden vorgespannt. Die Durchbruchsspannung der Schiit/ wenn man den Querschnittsbereich der Dioden vercinrichtung 70 betragt daher in beiden Richtungen großen. Zur Einsparung von Plat/ auf dem Substrat 4 ν 0.7 Vt-Ix l· V - 27 V. Diese Spannung ist nieil fur eine dichtere Packung der verschiedenen Kompo riger als die Durclibruchsspannung der dielektrischen ·5 Hinten auf einem einzelnen Substrat und zur Vcrrin-Isolationsschicht 62 fur die Steuerelektrode, welche geriingdcr Gesamtkosten des Bauelementes 42 bildet bei etwa 70 V liegt. Die Durchbruchsspannung der man den Film 50 der Schutzvorrichtung 70 jedoch s( Schutzvorrichtung 70 ist also beträchtlich höhet als klein wie möglich aus.
die üblicherweise an die Steuerelektrode 68 des T ran- Andere Materialien fur die verschiedenen Kompo sistors angelegten Signalspannungen, die in Betrieb ao nenten des Bauelementes 42 lassen sieh verwenden maximal in der Größenordnung von 20 V liegen wobei die Auswahl solcher Materialien dem Fach-Wenn im Gebrauch des Bauelementes 42 eine sta- manu überlassen bleibt.
libelle Spannung, die durch den in Fig 1 gestrichelt Ils seien nun die Funktionen der leitenden Schieb dargestellten Kondensator 91 veranschaulicht wird. ten 90 besehrieben .Ein bei den bekannten Schul/vordem Transistor 52 zwischen Steuerelektrode 68 und a5 richtungen der hiei beschriebenen Art. jedoch ohm Drainelektrodc· 66 aufgeprägt wird, dann besieht ein die leitenden Schichten 911). auftretendes Problem he Endladungswcg von einem Belag des Kondensators sieht darin, daß der zweite Durchbruch an einen 91 durch die Leitung 86. die Schutzvorrichtung 70 pn-(!berf>ang des Bauelementes infolge einer sehwa und die Leitung 87 zurück /um anderen Belag des chen Stc-iie oder eines Defektes am pn-Übcrgang auf Kondensators. Der Kondensator wird auf diese Weise 3° tritt, und daß weitere /weite Durchbrüchv. häufig aiii über einen Simmweg cn'ladcn. welcher die Steuer- andere pn-Übcrgänge libergreifen, welche solchi eli-ktrodcnisiiherschicht 60 nichl enthält, so daß der Fehler nichl aufweisen. Eine Hypothese fur das Über-I ransistor 52 gegen Schaden geschützt ist Der in eier greifen des /weiten Durchbruches sei im Zusammen Zeichnung mit 91 veranschaulichte Kondensator ist hang mit Fig. 5 angeführt
al·» elektrisches Äquivalent fur beispielsweise einen 35 Die Schutzvorrichtung 94 gemäß Fig. 5 ist dei
mn dem Bauelement umgehenden nichl geerdet η Schutzvorrichtung 70 ähnlich, mit der Ausnahme, dal1
Menschen dargestellt, der bestimmte Anschlüsse des die leitenden Schichten 90 fehlen. Zum Zwecke dei
Bauelementes berührt. Erläuterung sei angenommen, daß ein gestrichelt an-
Wenneine durch den Kondensator92symbolisierte gedeuteter Bereich 96 der Vorrichtung 94 an cinerr
statische Spannung dem "Transistor 52 zwischen 40 der pn-Übcrgänge 76 der Vorrichtung in irgcndcinei
Sourceelcktrode 64 und Gate-Elektrode 68 aufge- Weise fehlerhaft ist. so daß an ihm ein zweiter Durch
prägt wird, dann \crläuft der Entladungswcg von ei- bruch auftritt. Ferner sei abgenommen, daß die andc-
nem Belag des Kondensators 92 durch die Leitung rcn pn-Ubergänge der Vorrichtung keine Defekk
86. die Schutzvorrichtung 70. die Leitung 87 zur enthalten und somit innerhalb begrenzter Betriebsbe-
DiTüinelcktrode 66. durch den Halbleiterkörper des 45 dingungen kein zweiter Durchbruch an ihnen auftre-
Transistors 52 über die Drainzone 56. den Kanal 58 ten wurde.
unil die Sourcezonc 54 zur Sourceelektrode 64 und Obwohl man das Phänomen des z.weiten Durch-
von dort zum anderen Belag des Kondensators Wie- bruchs schon lange kennt, ist es noch nicht völlig ge-
derum ist die Isolierschicht 62 fur die Steuerelektrode klärt. Eine Abhandlung darüber findet sich in den Ap-
nicht in diesem Entladungswcg enthalten, so daß ein 5° plied Physics Letters. Bd. IS, Nr. 1'), Seiten 468-471
Durchbruch dieser Schicht verhindert ist. (15. Mai ll)71) im Aufsatz »Stroboscopic Investiga-
In dem eben er ..ahnten Fall, in welchem die Entla- tion of Thermal Switching In An Avalanching Diode«
dung der statischen Ladung über den Halbleiterkörper Generell ist ein zweiter Durchbruch dadurch charak
des Transistors 52 erfolgt, fließt der Strom durch zwei terisiert, daß eine starke Verringerung des elektri-
pn-Übergängc. von denen einer hinsichtlich der 55 sehen Widerstandes im betroffenen Bereich eintritt
Stromflußrichtung in Sperrichtung vorgespannt ist. so daß der normalerweise mitt gleichförmiger Strom-
Während dies theoretisch zu einer Beschädigung des dichte durch den gesamten pn-übergang fließende
Transistors führen kann, hat man bei Tests unter Ver- Strom auf einen kleinen Bereich des pn-Übergangs
wcndung der Schutzvorrichtung gemäß Fig. 1 keine nämlich den Durchbruchsbersich, konzentriert wird
solchen Schaden festgestellt. In jedem Falle wird eine 6e wo demzufolge eine sehr hohe Stromdichte auftritt
Entladung von Strömen durch den Halbleiterkörper Infolge dieser hohen Stromdichte tritt eine hohe Wi-
des Transistors vermieden, wenn man eine zusätzliche derstandserwärmung auf, die häufig zu einem perma-
und getrennte Schutzvorrichtung 70, welche hier nicht nenten Schaden des Bauelementes, mindestens irr
gesondert dargestellt ist. auf dem Substrat 44 vorsieht Bereich des zweiten Durchhruchs, führt.
und mit der Steuerelektrode 68 sowie der Sourceelek- 65 Hinsichtlich der hier beschriebenen Bauelement«
trode 64 verbindet. tritt noch eine weitere Wirkung des zweiten Durch-
Die Bereiche 72 und 74 des Bauelementes 70 sind hruchs auf. nämlich daß infolge der Stromkonzentra
stark dotiert. Demzufolge ist der spezifische Wider- tion durch einen kleinen Teil des pn-Übergangs ar
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der Stelle des /weiten Dufchhruehs. wie dies in Hg. 5 durch die Strompfeile dargestellt ist, die Slrompfadc durch den übrigen Teil des Hauelementes ebenfalls konzentriert wurden. Obwohl also die Strompfade in Richtung auf den Durchbruehsbcrcich 96 /um Konvergicrcn und in Richtung vom Durchbruchsbereich weg /um Divergieren neigen, ist die Größe der Konver^ ;nz bzw. Divergenz des Strompfades nicht ausreichend hoch, um das Auftreten ungewöhnlich hoher Stromdichten an denjenigen pn-Übergängen aus/.uschließen, die demjenigen am nächster' 'iegen. an welchem der zweite Durchbruch auftritt. Diese hohen Stromdichten, die über denen liegen, fiir welche das Bauelement bemessen ist. verursachen auch an diesen keine Defekte aufweisenden pn-Obergängen einen /weiten Durchbruch. Obgleich die Schutzvorrichtung 94 bei ihrer Herstellung also nur einen defekten pn-Obergang hat, verursacht dieser eine Defckt-Slörung auch in mehreren anderen pn-Übcrgängen.
Eine Funktion der leitenden Schichten 90. welche ao nach der Erfindung vorgesehen sind, liegt in der HnI-koppelung der verschiedenen pn-Übergänge der Schutzvorrichtung gegeneinander hinsichtlich der Stromwegkonzentrationen, welche durch einen /weiten Durchbruch in einem pn-Übergang verursacht werden. Wie Fig. η zeigt, ist infolge der stark leitenden Schichten 90 das Ausmaß der Konvergenz der Strompfade in Richtung auf die /weite Durchbruchsstelle 98 und das Ausmaß der Divergenz der Strompfade von dieser Stelle weg so groß, daß nur in einem sehr schmalen Bereich sich die Stromlinien zusammendrängen. Die Stromdichten an den benachbarten pn-Übergängcn werden damit praktisch nicht vergrößert. S(J daß an diesen Übergängen, wenn sie in Ordnung sind, kein zweiter Durchbruch auftritt. Das Ausmaß der Konvergenz und Divergenz der Strompfade hängt von der elektrischen Leitfähigkeit der Schichten 90 und natürlich auch von den elektrischen Leitfähigkeiten der verschiedenen Bereiche 72 und 74 ab. Bei den bekannten Schutzvorrichtungen, wie sie in Fig. 5 mit 94 bezeichnet sind, sind die elektrischen Leitfähigkeiten der verschiedenen dotierten Bereiche nicht so groß, daß die Konvergenz und Divergenz der Stromlinien ausreichend groß ist, um ein Auftreten von zweiten Durchbrüchen in den benachbarten Übergängen zu vermeiden. Es ist bisher nicht erkannt worden, daß so starke Konvergenzen und Divergenzen der Stromlinien notwendig sind, um das Problem des Übergreifens des zweiten Durchbruches zu lösen.
Ein weiterer Vorteil der leitenden Schichten 90 besteht darin, daß sie parallele Pfade niedrigen Widerstands für den durch die Schutzvorrichtung fließenden Strom bilden und auf diese Weise die elektrische Widerstandserwärmung der Schutzvorrichtung herabsetzen und damit überhaupt die Gefahr des Auftretens eines zweiten Durchbruches vermindern.
Wegen der Verringerung des elektrischen Widerstandes der Schutzvorrichtung infolge der leitenden Schichten 90 ist es weiterhin möglich, die Längen der einzelnen Bereiche 72 und 74 im Vergleich zum Stande der Technik zu vergrößern, ohne daß der Widerstand der Schutzvorrichtung dadurch erhöht würde. Vergrößerte Abstände zwischen den pn-Übergängen 76 der Schutzvorrichtung sind jedoch erwünscht, damit die thermische Kopplung zwischen den pn-Übergängen verringert wird und auch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens und des Übergreifens von zweiten Durchbrüchen herabgesetzt wird.
Je großer die Abmessungen der leitenden Schichten 90 hinsichtlich der Größe der Bereiche 72 und 74 sind, um so wirksamer sind die Schichten 90 hinsichtlich der Erhöhung der Zuverlässigkeil der Schutzvorrichtungen. [Line Begrenzung der Größe der leitenden Schichten 90 liegt jedoch darin, daß sie nicht so dicht beieinander liegen sollen, daß die pn-Übergänge 7(i /wischen den Bereichen 72 und 74 kurzgeschlossen werden.
Beispiel Il
Zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit einer übermäßigen Überhitzung der leitenden Schichten 90 beim Auftreten eines /weiten Durchbruches an einem der pn-Ühergänge 76 ist es manchmal außerdem /weckmäßig(mit einer unten erwähnten Ausnahme), mindestens einen minimalen Abstand /wischen den Schichten 90 und den pn-Übergängen 76 vorzusehen. Ein Grund hierfür liegt darin, daß die /weiten Durchbruchc nicht notwendigerweise permanente Schaden oder Zerstörungen der pn-Ühergänge. an denen sie auftreten, zur Folge haben müssen. Das heißt, daß in manchen Beispielen die pn-Übergänge sich wieder vollständig regenerieren oder nur ganz leicht beschädigt sind. Wenn jedoch eine übermäßige Erhitzung einer oder mehrerer der Schichten 90 infolge des Auftretens eines solchen zweiten Durchbruches auftreten, dann können Dauerschäden der Vorrichtung auftreten, die beispielsweise auf das Eintreten schädlicher metallurgischer Reaktionen zwischen den Schichten 90 und dem darunter liegenden Halblciterfilm zurückzuführen sind. Das Problem der Überhitzung der .Schichten 90 läßt sich verringern und der Abstand zwischen den Schichten 90 und den pn-Übergängen 76 entsprechend herabsetzen, wenn man Metalle verwendet, die gegen derartige, durch hohe Temperaturen verursachte Erscheinungen weniger anfällig sind. So kann man für die Schichten 90 beispielsweise ein Metall wie Wolfram verwenden. Bei Verwendung von Aluminium für die Schichten 90 lassen ich schädliche metallurgische Reaktionen zwischen Aluminium urrj dem Silizium vermeiden, wenn man eine Schicht 100 (Fig. 7) eines Maskierungsmaterials wie Titan (mit einer Dicke in der Größenordnung von KK)O A) zwischen den Schichten 90 und dem Siliziumfilm 50 anordnet.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, welche für die leitenden Schichten 90 Aluminium verwendet, haben die Schichten 90 eine Dicke von 5000 A und eine Länge zwischen den pn-Übcrgängen von 0,01 mm und eine Breite von 0,15 mm. Der Abstand zwischen den Schichten 90 und den pn-Übergängen 76 liegt in der Größenordnung von 0,01 mm. Die Bereiche 72 und 74 haben eine Länge von 0,03 mm und eine Breite von 0,15 mm. Über diese Schutzvorrichtung sind Entladungsströme mit Spitzenwerten von 2 A15 geflossen, ohne daß Beschädigungen aufgetreten wären.
Beispiel III
■ Obgleich die einzelnen Schichten 90 zur Verhinderung eines Kurzschließer der pn-Übergänge 76 zwischen den Bereichen 72 und 74 voneinander getrennt sein sollen, sind bei der in Fig. 8 beschriebenen Ausführungsform die leitenden Schichten 102 so angeordnet, daß sie über den verschiedenen pn-Übergängen 76 liegen, jedoch sind zwischen den Schichten 102 und dem Film 50 an den pn-Übergängen Isolier-
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schichten 78 vorgesehen. Kin Vorteil dieser Ausfiihrungsform liegt darin, dall die stark leitenden Schichten 102 die Austrittsstellen der pn-Übergänge an der Oberfläche überdecken und auf diese Weise den durch die pn-Übergänge fließenden l.eckstrom herabset-/en.
Beispiel IV
Kino weitere Auafiihrungsform der Erfindung ist in Fig. y dargestellt. Hierbei sind die liereiche 72 und 74, vorzugsweise die η-leitenden Bereiche 72 in Richtung /wischen den pii-Ohcrgiingen 76 so kurz wie
IO
möglich. Vorteilhaft ist hierbei, dall der Gesamtwiderstand der Schul vorrichtung kleiner wird. Wenn die Bereiche 72 so geringe Längen wie beispielsweise 2 Mikron haben, dann ist der Oberflächenbereich des Bereiches 72 so klein, daü es schwierig wird, leitende Schichten in Kontakt mit ihm auszubilden. Daher sind bei dieser Ausfiihrungsform die leitenden Schichten 90 nur auf den großen Bereichen 74 angeordnet. Obgleich die leitenden Schichten 90 also nicht auf abwechselnden Bereichen der Schutzvorrichtung liegen, wird deren Zuverlässigkeit dennoch gegenüber dem Stande der Technik verbessert.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

ι 2 Bauelement ist nachstehend genauer beschrieben und Patentansprüche: zeichnet sich durch die Fähigkeit zur Entladung relativ großer Ströme und durch die gleiche Durch-
1. Schutzvorrichtung für einen Isolierschicht- brucbsspannung für beide Polaritätsrichtungen einer Feldeffekttransistor mit einem isolierenden Sub- 5 angelegten Spannung aus. Eine ähnliche Scnutzvorstrat und einem darauf angeordneten dünnen Film richtung ist aus der DE-OS 2 047 166 bekannt, woaus Halbleitermaterial, der aus benachbarten Be- bei ein bipolarer Schutztransistor vorgesehen ist, der reichen entgegengesetzten Leitungstyps besteht, ja bekanntlich auch aus zwei gegeneinander gedie in Reihe geschaltete Dioden bilden, die zwi- schalteten Dioden besteht.
sehen die Gate-Elektrode und die Source- oder l0 Problematisch bei einer solchen Dickfilmscautz-Drain-Elektrode des Isolierschicht-Feldeffekt- einrichtung ist jedoch, daß infolge unterschiedlicher transistors geschaltet sind, dadurch gekenn- Gründe, beispielsweise eines Fehlers im Halbleiterzeichnet, daß die einzelnen Bereiche (72, 74) material am pn-Übergang des Bauelementes, gelcmit Metallüberzügen (90) versehen sind, die von- gentlich ein kleiner Bereich des pn-Übergangs besoneinander getrennt sind und die den durch die be- 1S ders gefährdet ist, beim Betrieb des Bauelementes in treffenden Bereiche gegebenen elektrischen Wi- den sogenannten zweiten Durchbruch zu gelangen, derstand gegenüber einem von Diode zu Diode Das bedeutet, daß im Betrieb beim Fließen eines Strofließenden Strom herabsetzen. mes der elektrische Widerstand des fehlerhaften Be-
2. Schutzvorrichtung nach Anspruch I, dadurch reichs des pn-Übergangs plötzlich abnimmt, so daß gekennzeichnet, daß die Metallüberzüge aus einer »o praktisch der gesamte durch den pn-Übergang flieauf dem Halbi-iiterfilm angeordneten Titanschicht ßende Strom auf den Bereich des zweiten Durch-(100) und eiiit;r darauf befindlichen Aluminium- bruchs konzentriert wird. Dadurch entsteht eine schicht (90) bestehen. starke lokale Überhitzung dieses Bereiches, welche
3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, den pn-Übergang beschädigen kann. Von weit größedadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche 35 rer Bedeutung ist jedoch, daß sich der zweite Durchdes Halbleiterfilms (50) über den Begrenzungen bruch an einem pn-Ubergang leicht auf andere pn-(76) zwischen den Bereichen Schichten (78) aus Übergänge ausbreiten kann, welche keine solchen Isoliermaterial angeordnet sind. Defekte aufweisen, se daß auch diese Übergänge beschädigt werden. Zwar kommt es häufig vor, daß ein
30 zweiter Durchbruch in einem einzelnen pn-Übergang
von Bauelementen der hier beschriebenen Art die
Brauchbarkeit dieses Bauelementes für den vorhergesehenen Zweck nicht nennenswert beeinträchtigt.
Die Erfindung betrifft ei:ie Sch-izvorrichtung für wenn jedoch der zweite Durchbruch in der beschrie-
einen Isolierschicht-Feldeffekttransistor, wie sie im 35 bencn Weise von einem auf andere pn-Übergänge
Oberbegriff des Anspruchs 1 vorau· gesetzt ist. übergreift, dann wird das Bauelement in der Tat un-
Die Erfindung eignet sich insbesondere für die An- brauchbar.
Wendung bei Feldeffekttransistoren mit isolierte) Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaf-Steuerelektrode, ist jedoch hierbei nicht auf solche fung einer Schutzvorrichtung, welche nicht nur ein Feldeffekttransistoren beschränkt, die aus dünnen 40 Übergreifen eines zweiten Durchbnschs von einem Halbleitermaterialfilmen bestehen. Feldeffekttransi- pn-Übergang der Schutzvorrichtung auf einen andere stören mit isolierter Steuerelektrode enthalten be- ausschaltet, sondern überhaupt das Auftreten eines kanntcrweise eine Source- und eine Drainzonc aus solchen zweiten Durchbruches verhindert. Diese Auf-Halbleitcrmaterial eines Leitungstyps, die durch einen gäbe wird durch die im Kennzeichenteil des AnKanal aus Halbleitermaterial des entgegengesetzten 45 Spruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.
Leitungstyps getrennt sind. In unmittelbarem Kontakt Weiterbildungen der Erfindung sind in den Untcrmit der Sourcczone und der Drainzonc sind Elektro- ansprüchen gekennzeichnet. Kombinationsschichten den vorgesehen, während eine über dem Kanal bc- gemäß Anspruch 2 für die Metallüberzüge sind jedoch findliche Steuerelektrode von diesem durch eine rela- grundsätzlich aus der US-PS 356750K bekannt,
tivdünne Schicht dielektrischen Materials getrennt ist. 50 Die Erfindung ist hn folgenden an Hand der Dar-
Beim Betrieb derartiger Feldeffekttransistoren Stellungen einiger Ausführungsbeispiele näher erläu-
entsteht häufig eine statische elektrische Spannung tert. Es zeigt
zwischen der Steuerelektrode und der Kanalzonc, Fig. I einen Querschnitt durch ein Bauelement
welche zu einem Spannungsdurchbfuch der Isola- nach der Erfindung mit Schaltungsverbindungen,
tionsschicht führt und das Bauelement beschädigt. 55 Fig. 2 bis 4 verschiedene Schritte eines Herstel-
Zum Schutz vor solchen Schaden hat man verschic- lungsverfahrcnsfürdas in Pig. I dargestellte Bauelc-
dcne Schalr.ungsmaßnahmcn entwickelt, beispiels- ment,
weise schaltet man zwischen die Steuerelektrode und Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Schutzeinrichtung
die Kanalzone Bauteile mit niedriger Durchbruchs- nach dem Stande der Technik,
spannung, welche dafür sorgen, daß sich die statische 60 P'g· 6 eine der Fig. 5 entsprechende Draufsicht auf
Spannung auf einem anderen Wege als durch die eine Schutzeinrichtung nach der Erfindung, und
Steiierelektfodenisfiliersehieht entladt. Fig. 7 bis 1J Querschnitte durch verschiedene Atis-
Eine in letzter Zeit entwickelte Schutzmaßnahme, fuhrungsformen i.ler Erfindung,
die sich insbesondere für in Form dünner Filme aus . .
Halbleitermaterial ausgebildete Bauelemente eignet, gs Bjispiel I
besteht darin, dall man innerhalb eines dicken Filmes Ein Beispiel für ein Bauelement 42 in Form eines aus Halbleitermaterial eine Reihe von gegeneinander Diinnfilm-FeldciTekttransistors mit isolierter Steuerin Reihe geschalteten Dioden ausbildet. Kin solches elektrode mit einer Schutzvorrichtung gemäß der Er-
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