SE427598B - Halvledardiod avsedd att inga i integrerade kretsar - Google Patents

Description

15 20 25 30 ¶8105Ûl+0-3 Försök att ytterligare reducera substratströmmen redovisas i de offentliggjorde svenska patentansökningarna 77070688 och 7707251-0. I den först nämnda ansökan utnyttjar man det förhållandet att verkningsgraden hos parasittransi- storns emitter kan försämras genom att koppla samman NPN-transistorns emitter med diodens anod. Den andra ansökan gar ut pa att dessutom lägga en P-dopad zon runt anoden.

Vid transistorer avsedda för höga spänningar är det utrymme isolationsomradet upptar avsevärt. Vid ökad spänning mäste nämligen epitaxiskiktets tjocklek ökas för att ge plats at det djupare utarmningsomradet för kolIektor-basövergången hos transistorerna. Da isolationsomradet härmed mäste diffunderas längre ner, kommer pa grund av den samtidiga sidodiffusionen omradet att kräva större utrymme. Det är känt att reducera detta utrymme genom ett förfarande där man före paläggning av det epitaktiska skiktet deponerar dopämnen av samma slag som de som användes vid isolationsdiffusionen under de områden där isolationsdiffusionen senare skall ske. Genom att lata dessa dopämnen diffunde- ra upp i det epitaktiska skiktet erhålles tillsammans med det uppifran neddifun- derade isolationsomradet ett isolatíonsomrade med mindre utbredning.

Vid transistorer för högre spänningar är det också känt att sänka kollektorns resistans genom att lata kollektorns starkt dopade kontaktomrade sträcka sig ner till bottendiffusionen.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN I Utnyttjandet av samtliga ovannämnda atgärder kan minska substratströmmen till ca 5 % av diodströmmen. Vid kretsar för högre spänningar ger dock även denna reducerade substratström upphov till problem pa grund av den effektut- veckling den förorsakar da dioden ligger nära kretsens pluspotential.

Vid t ex en diodström pa 500 mA i ledriktningen betyder 5 % substratläckström en extra effektutveckling på lW då dioden ligger ca 140V ovanför substratets potential. Denna effektutveckling är av samma storleksordning som den effekt- utveckling som erhålls för en viss krets och ger därför en klar begränsning av kretsens belastningsl alighet.

Enligt uppfinningen är det möjligt att minska substratläckströmmen till helt 10 15 20 25 81050li0-3 försumbara värden. Detta sker med en diod som är utförd på det sätt som framgår av bifogade patentkrav.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar i sektion och figur 2 i en planvy principen för en monolítisk integrerad diod utförd enligt uppfinningen. Figur 3 visar en detalj av en integrerad krets med en diod enligt uppfinningen.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM I figurerna betecknar 11 ett kiselhalvledarsubstrat av p-typ försett med en första bottendiffusion av n-typ som har utförts så att ett starkt n+-dopat område 12 erhålls. Över bottendiffusionen 12 finns en andra bottendiffusion 13 av p-typ likson en undre yttre isolationsring 14 av p-typ. Över substratet finns ett epitaktiskt n-skikt 15. l detta finns indiffunderat en övre, yttre isolations- ring 16, som når ner till den undre isolationsringen 14 samt en inre ring 17 som når ned till den övre bottendiffusionen 13. Ringen 17 och den övre bottendiffu- sionen utgör diodens anod. Samtliga dessa områden är av p+-typ. I n-området 23 som bildar diodens katod finns en nd--kontaktdiffusion 18. En nïdiffusion 19 förbinder bottendiffusionen 12 med halvledarbrickans yta där den är försedd med en kontaktering 20 som ör förbunden med kontakteringen 21 på anodanslut- ningen. Denna anslutning har till uppgift att ge omrâdet 12 en definierad potential eftersom pn-övergången 13-12 kan bli förspänd så att ström kan gå till substratet vid snabba strömändringar då dioden går från ledande till oledande tillstånd.

Att omradet 19 diffunderats ner ända till omrâdet 12 beror på att en lågohmig strömbana krävs ner till detta område. En större del av diodens ström i framriktningen kommer att gå denna väg då skiktet 12 verkar som kollektor i den transistor som bildas av skikten 12, 13 (bas) och 23 (emitter). Skulle serieresistansen i kretsen till underdiffusionen vara stor finns risk att övergång- en mellan ntskiktet 12 och p+-skiktet 13 får en förspänning i backriktningen varvid strömläckning kan ske till substratet. Om däremot skikten 12 och 13 hålls på praktiskt taget samma potential är läckningen försumbar frånsett en mycket liten backström i backriktningen. 10 15 20 25 LN O 3105040-3 ”Som ett exempel på en diod enligt uppfinningen har tillverkats en krets avsedd att drivas vid 4ÜV spänning. Det epitaktiska skiktet 15 hade en resistivitet på 3 ohmcm och var l6'/um tjockt. pih-diffusionen 13 var ca 8 /um tjock och avståndet mellan detta område och katodkontaktomradet 18 var 5 lum. Da en ström pà 500 mA passerade dioden i ledarriktningen uppmättes en substratström under 1 /uA. Kretsens effektutveckling i övrigt lag under 0,5W varför tillskottet från substratläckströmmen är helt försumbart. Detta kan jämföras med de bästa kända dioderna där substratläckströmmen uppgår till ca 5 % av diod- strömmen. Om dioden ligger 4ÛV över substratets potential innebär detta en förlusteffekt pa lW, dvs dubbla förlusteffekten för kretsen i övrigt.

Dioden enligt uppfinningen kan helt tillverkas enligt de processer som används för tillverkning av transistorer avsedda för hög spänning i integrerade kretsar.

Detta framgår av figur 3 som visar en diod enligt uppfinningen och en transistor T i samma substrat ll. Transistorn T har sitt kollektorskikt 33 i det epitaktiska skiktet 33. Under skiktet 33 ligger ett subkollektorskikt av n+-typ som via n+- diffusionen är förbundet med kollektorkontakten C. I kollektorskiktet är bas- skiktet 31 och emitterskiktet 38 indiffunderade på vanligt sätt. Transistorns isolationsdiffusion 36 är framställd i tvâ steg pa samma sätt som visats för dioden enligt figur 2.

Följande diffusionssteg används vid tillverkningen; 1 Deponering av dopämne för nïomrädena' 12 och 32 2 lndiffusion av deponeringarna enligt punkt 1 3 Deponering av dopämne för p+-områdena 13, 14 och 34 4 Pàläggning av det epitaktiska n-dopade skiktet 15 5 Deponering av dopämne :in pïomrsaena 16, 17 ash 36 6 Deponering av dopämnen till nflområdena 19 och 39 7 Indiffusion av de enligt punkterna 5 och 6 deponerade dopämnena 8 Deponering av dopämne till det p-dopade basomràdet 31 i transistorn 9 Indiffusion av dopämnet enligt punkt 8 lÜ Deponering av dopämnen för katodkontaktomrâdet 18 och emittern 38 ll Indiffusion av områdena enligt punkt 10 Dessa processer är helt konventionella och har tidigare beskrivits i litteraturen.

Claims (1)

1. D 81050læ0-3 PATENTKRAV 1 Halvledardiod avsedd att ingå i integrerade kretsar även innefattande transistorer och utformad i ett substrat (ll) av en första ledningstyp (p) försett med en första högdopad bottendiffusion (12) av den andra ledningstypen (n) och ett däröver liggande epitaktiskt skikt (15) av den andra ledningstypen (n) i vilket diodens ena skikt 23 är utformat och till vilket en kontakt (22) är ansluten som utgör diodens ena pol (K), k ä n n e t e c k n a d av en andra högdopad bottendiffusion (13) av den första ledningstypen (p) belägen i det epitaktiska skiktet omedelbart över den första bottendiffusionen (12), ett ringformat, högdopat område (17) av den första ledningstypen (p) vilket omsluter diodens ena skikt (23) och gör kontakt med den andra bottendiffusionen (13) samt en högdopad kontaktdiffusion (19) av den andra ledningstypen (n) vilken gör kontakt med nämnda första bottendiffusion (12), varvid anslutningar (ZD, 21) till det ringformade omrâdet (17) och kontakt- diffusionen (19) är sammankopplade och utgör diodens andra pol (A).