DE3626858A1

DE3626858A1 - Schutzstruktur fuer integrierte schaltungen

Info

Publication number: DE3626858A1
Application number: DE19863626858
Authority: DE
Inventors: Nicholas Paul Cowley
Original assignee: Plessey Overseas Ltd
Current assignee: Plessey Semiconductors Ltd
Priority date: 1985-08-09
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1987-02-19
Also published as: JPS6290964A; GB8520038D0; GB2179494B; GB2179494A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzstruktur für integrierte Schaltungen.

Bisher vorgeschlagene Schutzstrukturen für die Verwendung in elektrostatisch empfindlichen Vorrichtungen wie inte grierten Schaltungen können Dioden, Thyristoren, Transisto ren oder Kombinationen dieser Bauelemente enthalten. Sol che Schutzstrukturen sind nachteilig, da sie gemäß bestimm ter Technologien hergestellt werden müssen, die die für die Herstellung der verbleibenden Teil der integrierten Schaltung verfügbaren Technologien einschränken. Bis zu einem gewissen Ausmaß führt die angewendete Schutzstruktur daher zu einer Einschränkung der Art der gesamten inte grierten Schaltungsstruktur, die hergestellt werden kann, was eine Verschlechterung des Verhaltens der integrierten Schaltung zur Folge haben kann.

Außerdem ist eine Schutzstruktur vorgeschlagen worden, die zwei Diffusionszonen enthält, die durch eine epitakti sche Schicht hindurch bis zum Kontakt mit einer Zwischen schicht diffundiert sind, wobei die Zonen den gleichen Leitungstyp haben. Diese Schutzstruktur hat den Nachteil, daß zwischen den zwei Diffusionszonen Kanäle entstehen können, die zu einem unerwünschten Ladungsabfluß in der Schutzstruktur führen, der die Struktur schließlich weni ger effektiv als Schutzschaltung macht. Außerdem kann es zu einer parasitären Transistorwirkung kommen.

Mit Hilfe der Erfindung soll eine Schutzstruktur geschaf fen werden, mit der die oben erwähnten Probleme beseitigt werden und die die Herstellung integrierter Schaltungen unter Verwendung anderer Herstellungstechnologien ermög licht.

Die nach der Erfindung ausgebildete Schutzstruktur für eine integrierte Schaltung ist gekennzeichnet durch ein Substrat eines ersten Leitungstyps, eine epitaktische Schicht eines zweiten Leitungstyps über dem Substrat, eine Zwischenschicht des zweiten Leitungstyps zwischen dem Substrat und der epitaktischen Schicht, eine Diffusions zone des zweiten Leitungstyps, die sich durch die epitak tische Schicht erstreckt und mit der Zwischenschicht in Kontakt steht, und eine weitere Diffusionszone des ersten Leitungstyps, die sich in die epitaktische Schicht er streckt und über der Zwischenschicht liegt.

Der erste Leitungstyp kann positiv dotiert sein, also der P-Leitungstyp sein, und der zweite Leitungstyp kann nega tiv dotiert sein, also der N-Leitungstyp sein.

Die weitere Diffusionszone kann sich durch die epitakti sche Schicht erstrecken und mit der Zwischenschicht in Kontakt stehen.

Der weiteren Diffusionszone kann eine flache Zone des gleichen Leitungstyps wie die weitere Diffusionszone zugeordnet sein, falls die weitere Diffusionszone mit der Zwischenschicht in Kontakt steht.

Die Dotierungskonzentration der Diffusionszone ist vor zugsweise größer als die der epitaktischen Schicht.

Die Dotierungszone der weiteren Diffusionszone ist vor zugsweise größer als die des Substrats.

Die Dotierungskonzentration der Zwischenschicht ist vor zugsweise größer als die der epitaktischen Schicht.

Die Zwischenschicht erstreckt sich vorzugsweise in seit licher Richtung nicht wesentlich über die seitlichen Grenzen der Diffusionszone und der weiteren Diffusions zone hinaus.

Eine Isolationszone des ersten Leitungstyps, deren Dotie rungskonzentration vorzugsweise größer als die des Substrats ist, kann in der epitaktischen Schicht so vor gesehen sein, daß sie die Schutzstruktur umgibt, wodurch diese isoliert wird.

Der Diffusionszone und/oder der Isolationszone kann eine sich in seitlicher Richtung erstreckende flache Zone zuge ordnet sein.

Auf der epitaktischen Schicht kann eine Oxidschicht ange bracht sein.

Die Diffusionszone, die weitere Diffusionszone, die Isolationszone oder irgendeine Konbination dieser Zonen weisen vorzugsweise ein Kontaktfenster auf, das vertieft sein kann; eines dieser Fenster oder alle diese Fenster können zur Reduzierung der Ladungskonzentration an den Fensterecken abgeschrägte Ecken aufweisen.

Die Diffusionszone kann sich in Umfangsrichtung um die weitere Diffusionszone erstrecken, so daß eine Leitungs zone zwischen der Diffusionszone und der weiteren Diffu sionszone ausgedehnt werden kann.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schutz struktur nach der Erfindung,

Fig. 2 eine modifizierte Version der Ausführungsform von Fig. 1,

Fig. 3a ein nicht vertieftes Kontaktfenster in einer Diffusionszone,

Fig. 3b ein vertieftes Kontaktfenster in der Diffusions zone und

Fig. 4 eine Diffusionszone der Schutzstruktur, die sich in Umfangsrichtung um eine weitere Diffu sionszone erstreckt.

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Schutz struktur gezeigt, die eine epitaktische Schicht 2 des N⁻-Leitungstyps enthält, die auf einem Substrat 4 des P⁻-Leitungstyps angebracht ist. Zwischen der epitakti schen Schicht 2 und dem Substrat 4 befindet sich eine ver grabene Zwischenschicht 6.

Eine Diffusionszone 8 des gleichen Leitungstyps und ähnli che Dotierung wie die Zwischenschicht 6 wird durch die epitaktische Schicht 2 diffundiert, und sie ist so ange ordnet, daß sie mit der Zwischenschicht 6 in Kontakt steht. Die Diffusionszone 8 weist eine flache Zone 10 auf, die sich in seitlicher Richtung über die seitliche Aus dehnung der Diffusionszone 8 hinaus in die epitaktische Schicht 2 erstreckt. Die flache Zone 10, die den gleichen Leitungstyp und eine ähnliche Dotierung wie die Diffusions zone 8 hat, erleichtert den Kontakt der Diffusionszone 8 mit einer Elektrode 10 durch ein Kontaktfenster 14.

In der epitaktischen Schicht 2 ist eine weitere Diffusions zone 16 so gebildet, daß sie über der Zwischenschicht 6 liegt. Die weitere Diffusionszone 16 hat den P⁺-Leitungs typ, und sie weist eine größere Dotierungskonzentration als das Substrat 4 auf. In dieser Ausführung ist die wei tere Diffusionszone 16 eine flache Diffusionszone. Die weitere Diffusionszone 16 ist durch ein Kontaktfenster 20 mit einer Elektrode 18 verbunden.

Die Schutzstruktur ist mittels einer Isolationszone 22 isoliert, die den gleichen Leitungstyp und eine ähnliche Dotierungskonzentration wie die weitere Diffusionszone 16 hat und die sich durch die epitaktische Schicht bis in Kontakt mit dem Substrat 4 erstreckt. Die Isolations zone 22 umgibt die Schutzstruktur; sie kann ringförmig ausgebildet sein (wobei die entsprechende rechte Seite in Fig. 1 weggelassen ist). Der Isolationszone 22 ist eine flache Zone 24 zugeordnet, die durch ein Kontaktfenster 28 mit einer Elektrode 26 verbunden ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Schutzstruktur unterscheidet sich von der Schutzstruktur von Fig. 1 dadurch, daß die weitere Diffusionszone 16 durch die epitaktische Schicht 2 hindurch diffundiert ist, so daß sie mit der Zwischen schicht 6 in Kontakt steht.

Die epitaktische Schicht 2 ist mit einer Feldoxidschicht 30 bedeckt, die während der Herstellung der flachen Schicht 10, der weiteren Diffusionszone 16 und der flachen Zone 24 als Maske dienen kann. Die Oxidschicht 30 ist mit einer Kontaktoxidschicht 32 bedeckt, damit die vertieften Kon taktfenster 14, 20 bzw. 28 entstehen.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schutzstruktur kann als Schutzstruktur für eine Versorgungsspannung V _cc einer integrierter Schaltung verwendet werden, wobei in diesem Fall die Elektrode 12 an die Spannung V _cc und die Elektrode 18 an Masse gelegt sind. Für positive Übergänge an der Elektrode 12 tritt an einer Diode, die an der Gren ze zwischen der weiteren Diffusionszone 16 und der epitak tischen Schicht 2 gebildet ist, ein Durchbruch in Sperr richtung auf, wenn die Spannung an der Elektrode 18 die Durchbruchspannung der Diode überschreitet. Wenn der Durch bruch eintritt, fließt der Strom aus der Quelle der Ver sorgungsspannung V _cc über die Elektrode 18 nach Masse ab. Die Spannung an der Elektrode 12 ist daher an die in Sperrichtung vorliegende Durchbruchspannung geklemmt. Bei negativen Übergängen wird die an der Grenze zwischen der weiteren Diffusionszone 16 und der epitaktischen Schicht 2 gebildete Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt, so daß die Elektrode 10 an die in Durchlaßrichtung vorliegende Übergangsspannung der Diode geklemmt wird. Wenn die Span nung an der Elektrode 12 über die in Vorwärtsrichtung geltende Übergangsdurchbruchspannung hinaus negativ wird, wird wiederum Strom über die Elektrode 18 nach Masse ab geleitet.

Für den Fall, daß sich die weitere Diffusionszone 16 durch die epitaktische Schicht 2 hindurch bis in Kontakt mit der Zwischenschicht 6 erstreckt, wie in Fig. 2 dargestellt ist, wirkt die Schutzstruktur in der gleichen oben be schriebenen Weise, wenn sie so angeordnet ist, daß sie die Versorgungsspannung V _cc einer integrierten Schaltung schützt, mit der Ausnahme, daß die Diode eine P⁺N⁺-Diode an der Grenze zwischen der weiteren Diffusionszone 16 und der Zwischenschicht 6 ist.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform kann so ausgebildet sein, daß eine integrierte Schaltungs struktur gegen elektrostatische Entladungen zur Versor gungsspannung V _cc geschützt wird. In diesem Fall ist die Elektrode 12 an die Versorgungsspannung V _cc angeschlossen, und die Elektrode 18 ist an die Struktur der integrierten Schaltung angeschlossen.

Im Falle von Fig. 1, bei welchem die weitere Diffusions zone 16 flach ist, wird die Spannung an der Elektrode 18 bei positiven Übergängen an diese Elektrode 18 auf die in Durchlaßrichtung vorhandene Übergangsspannung der Diode an der Grenze der weiteren Diffusionszone 16 und der epi taktischen Schicht 2 über der Versorgungsspannung geklemmt, d. h. der Spannung V _cc. Wenn die Diode leitend wird, fließt Strom in die Quelle der Versorgungsspannung V _cc. Bei nega tiven Übergängen an der Elektrode 18 tritt ein Durchbruch der Diode in Sperrichtung auf, und übermäßiger Strom fließt über die Elektrode 12 zur Versorgungsspannungs quelle ab.

Für den Fall, daß die weitere Diffusionszone 16 die Zwi schenschicht 6 berührt, sind die Vorgänge ähnlich mit der Ausnahme, daß die Diode eine P⁺N⁺-Diode ist.

Die Isolationszone 22 kann an Masse gelegt sein, und sie ergibt zusätzlich zu der P⁺N⁺-Diode oder der Diode an der Grenze zwischen der weiteren Diffusionszone 16 und der epitaktischen Schicht 2 eine parallele Diode nach Masse, falls die Versorgungsspannung V _cc durch die Schutz struktur geschützt wird.

Fig. 3a zeigt eine nicht vertiefte Ausführung des Kon taktfensters 20. Dies ist eine andere Art der Konstruktion gegenüber der Konstruktion der Kontaktfenster 14, 20 und 28 der Fig. 1 und 2. Fig. 3b zeigt eine vertiefte Konstruktion des Kontaktfensters 20 entsprechend der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Konstruktion. Wie aus Fig. 3a zu erkennen ist, erstreckt sich das Kontaktoxid 32 nicht nach unten bis zur Oberfläche der weiteren Diffusionszone 16, während sich das Kontaktoxid 32 in Fig. 3b nach unten bis zu der weiteren Diffusionszone 16 erstreckt. Die vertiefte Konstruktion hat den Vorteil, daß ein Durchstoßen von der Elektrode 18 aus zwischen der Elektrode 18 und der epitaktischen Schicht 2 in den Gebieten A und A′ nicht stattfindet.

Fig. 4 zeigt eine mögliche Ausgestaltung der Diffusions zone 8 in bezug auf die weitere Diffusionszone 16. Die Ansicht von Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Strukturen, und sie zeigt, daß sich die Diffusionszone 8 in Umfangsrichtung um zu mindest einen Hauptteil der weiteren Diffusionszone 16 er strecken kann. Diese Anordnung ist vorteilhaft, da sie eine Erweiterung des Bereiches für Leitungszwecke zwischen den zwei Zonen ermöglicht und die Durchbruchspannung herab setzt. Außerdem zeigt Fig. 4, daß die Ecken der Diffusions zonen 8 oder 16 abgeschrägt sein können, damit an den Ecken dieser Zonen Ladungskonzentrationen reduziert werden können.

Claims

1. Schutzstruktur für eine integrierte Schaltung, gekenn zeichnet durch ein Substrat (4) eines ersten Leitungstyps, eine epitaktische Schicht (2) eines zweiten Leitungstyps über dem Substrat (4), eine Zwischenschicht (6) des zwei ten Leitungstyps zwischen dem Substrat (4) und der epi taktischen Schicht (2), eine Diffusionszone (8) des zwei ten Leitungstyps, die sich durch die epitaktische Schicht (2) erstreckt und mit der Zwischenschicht (6) in Kontakt steht, und eine weitere Diffusionszone (16) des ersten Leitungstyps, die sich in die epitaktische Schicht (2) erstreckt und über der Zwischenschicht (6) liegt.

2. Schutzstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der erste Leitungstyp der P-Leitungstyp ist und daß der zweite Leitungstyp der N-Leitungstyp ist.

3. Schutzstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß sich die weitere Diffusionszone (16) durch die epitaktische Schicht (2) erstreckt und mit der Zwi schenschicht (6) in Kontakt steht.

4. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration der Diffusionszone (8) größer als die der epitaktischen Schicht (2) ist.

5. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration der weiteren Diffusionszone (16) größer als die des Substrats (4) ist.

6. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration der Zwischenschicht (6) größer als die der epitaktischen Schicht (2) ist.

7. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zwischenschicht (6) nicht wesentlich über die Seitengrenzen der Diffusionszone (8) und der weiteren Diffusionszone (16) hinaus erstreckt.

8. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der epitaktischen Schicht (2) eine Isolationszone (22) des ersten Leitungstyps ange bracht ist, die die Schutzstruktur umgibt und diese da durch isoliert.

9. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusionszone (8) eine sich in seitlicher Richtung erstreckende flache Zone (10) zugeordnet ist.

10. Schutzstruktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß der Isolationszone (22) eine sich in seitlicher Richtung erstreckende flache Zone (24) zugeordnet ist.

11. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der epitaktischen Schicht (2), der Diffusionszone (8) der weiteren Diffusionszone (16), der Isolationszone (22) oder jeder Kombination die ser Zonen eine Oxidschicht (30) angebracht ist, die ver tiefte Kontaktfenster (14, 20, 28) aufweist.

12. Schutzstruktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß die Kontaktfenster (14, 20, 28) zur Reduzierung der Ladungskonzentration an den Eckbereichen abgeschrägte Ecken aufweisen.

13. Schutzstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Duffusionszone (8) in Umfangsrichtung um die weitere Diffusionszone (16) erstreckt.