-
Die
Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterdiodenanordnung sowie
ein integriertes Halbleiterbauteil unter Verwendung der erfindungsgemäßen integrierten
Halbleiterdiodenanordnung.
-
Bei
vielen technischen Einrichtungen und gerade im Bereich der Steuerung
von Leistungsschaltungen sind Schutzstrukturen notwendig, die z. B.
eine Belastung der elektronischen Schaltkreise durch elektrostatische
Entladungen, nämlich
sogenannte ESD-Lasten verhindern. Dazu werden zum Beispiel Hochspannungsdioden
als Freilaufdioden eingesetzt. Häufig
müssen
dabei zusätzliche
Maßnahmen
ergriffen werden, um diese Schutzelemente selbst zu schützen und/oder
um die Schutzelemente und deren Herstellung in bestehende Herstellungskonzepte
und Strukturen integrieren zu können.
-
In
DE 27 07 870 C2 ist
eine Schaltungsanordnung zur Verstärkungssteuerung eines Nutzsignals
mittels einer Stromspiegelschaltung beschrieben. Hierzu wird ein
Multiemitter-Transistor in der Stromspiegelschaltung eingesetzt.
Die Emittergebiete des Multiemitter-Transistors sind mittels Widerständen miteinander
verbunden, jedoch nicht kurzgeschlossen. Ebenso befindet sich die
Basis des Multiemitter-Transistors auf einem im Vergleich zu dem Potential
der Emitter anderen Potential. Ein Kurzschluss zwischen Emitter
und Basisgebieten ist damit nicht gegeben. Ebenso zeigt eine andere,
aus der
DE 27 07 870
C2 bekannte Struktur keine direkt benachbarten und kurzgeschlossenen
Anodengebiete entgegengesetzten Leitungstyps, da Emittergebiete in
einem gemeinsamen p-leitenden Bereich eingebettet sind, wobei aber
ein Emittergebiet eine im Vergleich zu den anderen Emittergebieten
vergleichsweise höhere
laterale Ausdehnung hat und von diesen anderen Emittergebieten wiederum
eines eine seinerseits größere laterale
Ausdehnung besitzt.
-
Weiterhin
beschreibt die
EP 1
193 766 A1 eine Halbleitervorrichtung mit einem Bipolartransistor,
der sich durch eine hohe Umschaltzeit sowie eine erhöhte „safe operating
area” auszeichnet.
Ein Bipolartransistor hat im Anodenbereich alternierend angeordnete
Anodengebiete von entgegengesetztem Leifähigkeitstyp.
-
Aus
der
EP 0 926 740 A2 ist
eine als vertikaler Thyristor ausgebildete Schutzdiode bekannt.
Eine Thyristorstruktur weist einen rückseitigen Anodenkontakt auf,
so dass die Elektrodenanschlüsse
des Thyristors auf der Vorder- sowie Rückseite angebracht sind. Außerdem hat
die Thyristorstruktur zwischen der Kathode und der Anode vier entgegengesetzt
dotierte und benachbarte Gebiete.
-
Schließlich ist
in der
US 5,627,715
A eine Schaltung beschrieben, die dem Schutz bei Verpolung
der Versorgungsanschlüsse
dient. Ein Bauelement dieser Schaltung ist ein lateraler pnp-Transistor mit
Emitter, Basis und Kollektor, wobei Emitter und Basis nicht kurzgeschlossen
sind. Alternierende und entgegengesetzt dotierte Anodengebiete sind
nicht vorhanden. Vielmehr ist lediglich das Kollektorgebiet lateral
zwischen dem Emittergebiet und der Basis angeordnet.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Halbleiterdiodenanordnung
bereitzustellen, die sich mit einem besonders geringen Aufwand und
mit besonders robusten ESD-Schutzeigenschaften
in bestehende Herstellungstechnologien, insbesondere vom BCD-(Bipolar-CMOS-DMOS-)Typ integrieren
oder integriert ausbilden lässt.
-
Gelöst wird
die Aufgabe durch eine integrierte Halbleiterdiodenanordnung mit
den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Ferner
wird die Aufgabe gelöst
durch ein integriertes Halbleiterbauteil mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruchs 13. Bevorzugte Ausführungsformen
der integrierten Halbleiterdiodenanordnung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
-
Die
erfindungsgemäße integrierte
Halbleiterdiodenanordnung weist einen Anodenbereich auf. Des Weiteren
ist ein Kathodenbereich eines zweiten und vom ersten Leitfähigkeitstyp
verschiedenen Leitfähigkeitstyps
vorgesehen. Der Anodenbereich und der Kathodenbereich sind in einem
Halbleitermaterialbereich ausgebildet und in einer ersten Erstreckungsrichtung
angeordnet. Dabei ist insbesondere der Anodenbereich zuoberst vorgesehen.
Der Anodenbereich hat eine Anordnung in mindestens einer zweiten
und lateralen Erstreckungsrichtung in einem Querschnitt alternierend
auftretender und zueinander direkt benachbarter erster und zweiter
Anodengebiete vom ersten Leitfähigkeitstyp
bzw. vom zweiten Leitfähigkeitstyp.
Der Anodenbereich weist als Teil der Anordnung der Anodengebiete
ein erstes besonderes Anodengebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp auf.
Dieses besitzt eine vergleichsweise größere laterale Ausdehnung als
die weiteren Anodengebiete des Anodenbereichs desselben Leitfähigkeitstyps. Außerdem ist
dieses erste besondere Anodengebiet so vorgesehen, dass es bei einem
Betriebsmodus mit elektrostatischer oder ESD-Belastung als Emitterbereich
eines in der integrierten Diodenanordnung parasitär ausgebildeten
Bipolartransistors dient. Die alternierend auftretenden und zueinander
direkt benachbarten ersten und zweiten Anodengebiete des Anodenbereichs
sind kurzgeschlossen.
-
Es
tritt somit unter anderem der Kernaspekt zutage, wonach der Anodenbereich
und insbesondere die Anordnung der Anodengebiete ein erstes besonderes
Anodengebiet vom zweiten Leit fähigkeitstyp
aufweisen. Dieses ist so vorgesehen, dass es als Emitterbereich
des parasitär
ausgebildeten Bipolartransistors oder npn-Transistors im ESD-Belastungsfall
dient.
-
So
wird auf besonders einfache Art und Weise eine integrierte Halbleiterdiodenanordnung
mit robuster ESD-Schutzstruktur in besonderen Technologien integriert
bereitstellbar.
-
Benachbart
zum ersten besonderen Anodengebiet ist ein zweites besonderes Anodengebiet vom
ersten Leitfähigkeitstyp
vorgesehen, angeordnet und/oder ausgebildet, so dass dieses als
Basisbereich oder als Basisanschlussbereich des in der integrierten
Diodenanordnung parasitär
ausgebildeten Bipolartransistors, insbesondere npn-Transistors dient.
Eine zweite Kernidee ist also bei dieser Ausführungsform das Vorsehen eines
zweiten besonderen Anodengebietes vom ersten Leitfähigkeitstyp, und
zwar benachbart zum ersten besonderen Anodengebiet. Dieses zweite
besondere Anodengebiet ist so vorgesehen, dass es als Basisbereich
oder Basisanschlussbereich des in der integrierten Diodenanordnung
parasitär
ausgebildeten npn-Transistors dient.
-
Zusätzlich oder
alternativ können
unterhalb der Anodengebiete der Anordnung des Anodenbereichs sowie
unterhalb des zweiten besonderen Anodengebiets zusätzliche
Gebiete vom ersten Leitfähigkeitstyp
so vorgesehen sein, dass durch diese ein vergleichsweise niedriger
Basisbahnwiderstand des in der integrierten Diodenanordnung parasitär ausgebildeten
npn-Transistors
einstellbar oder eingestellt ist. Als dritte zusätzliche oder alternative Maßnahme sind
bei diesem Beispiel unterhalb der Anodengebiete der Anordnung Anodengebiete
sowie unterhalb des zweiten besonderen Anodengebiets zusätzliche Gebiete
vom ersten Leitfähigkeitstyp
so vorgesehen, dass diese das Ausbilden eines vergleichsweise niedrigen
Basisbahnwiderstands des in der integrierten Halbleiterdio denanordnung
parasitär
ausgebildeten npn-Transistors bewirken.
-
Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterdiodenanordnung
ist es vorgesehen, dass die Ausbildung des vergleichsweise niedrigen
Basiswiderstands dadurch erreicht wird, dass die Dotierstoffkonzentration
der zusätzlichen
Gebiete vom ersten Leitfähigkeitstyp
höher gewählt wird
als die Dotierstoffkonzentration in einem vorgesehenen einbettenden
Wannengebiet, welches die weiteren Anodengebiete des Anodenbereichs
aufnimmt.
-
Bei
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen integrierten
Halbleiterdiodenanordnung ist es vorgesehen, dass das erste besondere
Anodengebiet eine laterale Ausdehnung besitzt, welche mindestens
etwa das doppelte der lateralen Ausdehnung der weiteren Anodengebiete
des Anodenbereichs beträgt.
-
Hinsichtlich
der geometrischen Anordnungen von Anodenbereich und Kathodenbereich
ergeben sich über
die entsprechenden Auswahlmöglichkeiten
hinsichtlich der ersten und zweiten Erstreckungsrichtungen verschiedene
Möglichkeiten.
-
Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
ist es vorgesehen, dass die erste Erstreckungsrichtung eine laterale
Erstreckungsrichtung ist, insbesondere in Bezug auf den Halbleitermaterialbereich,
in welchem die integrierte Halbleiterdiodenanordnung ausgebildet
ist, oder in Bezug auf einen Oberflächenbereich davon. Alternativ
kann die erste Erstreckungsrichtung auch eine entsprechend vertikal
gewählte
Erstreckungsrichtung sein.
-
Bei
einer anderen zusätzlichen
oder alternativen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen integrierten
Halbleiterdiodenanordnung ist es vorgesehen, dass die zweite Erstreckungsrich tung
eine laterale Erstreckungsrichtung ist, und zwar insbesondere wieder
in Bezug auf den Halbleitermaterialbereich, in welchem die integrierte
Halbleiterdiodenanordnung ausgebildet ist, oder in Bezug auf einen
Oberflächenbereich
davon. Auch hier bildet sich als Alternative eine vertikale Ausrichtung
der zweiten Erstreckungsrichtung an.
-
Besonders
bevorzugt ist die Struktur, bei welcher für die integrierte Halbleiterdiodenanordnung die
erste Erstreckungsrichtung und die zweite Erstreckungsrichtung identisch
und lateral ausgerichtet sind, so dass der Anodenbereich und der
Kathodenbereich lateral nebeneinander und zueinander benachbart
ausgebildet sind.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen integrierten
Halbleiterdiodenanordnung ist es vorgesehen, dass die Anordnung
der Anodengebiete eine alternierende Abfolge von drei bis zehn Anodengebieten
aufweist.
-
Besonders
bevorzugt wird gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der integrierten Halbleiterdiodenanordnung, dass die Anodengebiete zueinander
im Wesentlichen konzentrisch ausgebildet sind, insbesondere in Bezug
auf ihre jeweilige Grundfläche
und/oder in Bezug auf die zweite Erstreckungsrichtung.
-
Es
ist von besonderem Vorteil, wenn das erste besondere Anodengebiet
vom zweiten Leitfähigkeitstyp
in Bezug auf die Anordnung der Anodengebiete als zentrales oder
zentral liegendes Gebiet ausgebildet ist.
-
Alternativ
dazu kann es vorteilhaft sein, wenn dabei als erstes besonderes
Anodengebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp
in Bezug auf die Anordnung der Anodengebiete ein peripheres oder
peripher liegendes Gebiet ausgebildet ist.
-
Hinsichtlich
der Formgebung der ersten und zweiten Anodengebiete und der besonderen
Anodengebiete bieten sich verschiedene Ausführungsformen an, die auch in
vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden können.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen integrierten
Halbleiterdiodenanordnung ist es vorgesehen, dass jedes der ersten und
zweiten Anodengebiete und/oder jedes der ersten und zweiten besonderen
Anodengebiete jeweils eine Grundfläche in Form eines Kreises,
einer Ellipse oder eines Rechtecks in der zweiten Erstreckungsrichtung
aufweist.
-
Auch
die Leitfähigkeitstypen
können
in unterschiedlicher Art und Weise ausgewählt und miteinander kombiniert
werden.
-
Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
ist es vorgesehen, dass der erste Leitfähigkeitstyp ein p-Typ ist und
dass der zweite Leitfähigkeitstyp
ein n-Typ ist.
-
Alternativ
dazu ist es vorgesehen, dass der erste Leitfähigkeitstyp ein n-Typ ist und
dass der zweite Leitfähigkeitstyp
ein p-Typ ist.
-
Es
ist also erfindungsgemäß grundsätzlich denkbar,
die ersten und zweiten Leitfähigkeitstypen im
Hinblick auf den n-Typ und den p-Typ miteinander zu vertauschen.
Entsprechend dieser Vertauschung findet dann auch eine Vertauschung
von Anodenbereich und Kathodenbereich im Vergleich zu den in den 1A und 1B gezeigten
Strukturen statt. Des Weiteren wird dann bei den entsprechenden durch
Vertauschung ausgebildeten Ausführungsformen
dann auch parasitär
ein pnp-Transistor als Bipolartransistor gebildet.
-
Ein
weiterer Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
integriertes Halbleiterbauteil, insbesondere in einer sogenannten BCD-Technologie
vorzusehen, bei welchem eine erfindungsgemäße integrierte Halbleiterdiodenanordnung
vorgesehen ist.
-
Diese
und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden anhand der
nachfolgenden Erläuterungen
weiter verdeutlicht:
-
Problemstellungen
-
Durch
die Erfindung sollen verschiedene Problemfelder gelöst werden.
Durch das Bereitstellen einer Hochvoltdiode oder Freilaufdiode als
robuste ESD-Struktur, insbesondere in BCD-Technologie, werden unter Anderem folgende
Probleme gelöst:
- a) Zum Verpolschutz von Schaltungen wird eine Diode
benötigt,
die zum einen ESD-fest oder ESD-schützbar ist und die zum anderen
im Fall negativer Spannungen an der Anode nicht ins Substrat injiziert
(siehe 5).
- b) Bei Low-Side-Schaltern mit induktiver Last setzt man eine
Diode als Freilaufdiode zwischen zwei externen Pins ein (siehe 6).
-
Beim
Abschalten des Ausgangstransistors öffnet die Freilaufdiode einen
Strompfad zum Abklingen des Stroms durch die Induktivität. Ein Vorteil
der erfindungsgemäßen Hochvoltdiode
gegenüber
einer gewöhnlichen
Diode liegt in ihrer geringeren Verstärkung des pnp-Transistors im
Substrat durch einen zusätzlichen
npn-Transistor. Da die Freilaufdiode zwischen zwei externen Pins
parallel zur Last angeschlossen wird, muss sie entweder selbst robust sein,
um einer ESD-Belastung VCC gegen EXC zu widerstehen, oder sich über eine
ESD-Struktur schützen
lassen.
-
Grundidee
-
Die
Erfindung beschreibt unter anderem eine ESD-Struktur in Form einer
Hochvoltdiode mit geringem Substratstrom und kur zer Sperrverzögerungszeit.
Ein externer ESD-Schutz oder aufwändige Guardringkonstruktionen
sind somit hinfällig.
-
Eigenschaften und Vorteile
-
Ein
Kern der Erfindung basiert z. B. unter anderem auf der Vereinigung
einer ESD-Diode mit einer substratstromarmen Hochvoltdiode mit geringer Sperrverzögerungszeit
derart, dass die ESD-Robustheit und das Diodenverhalten erhalten
bleiben. Gegenüber
dem Aufbau der substratstromarmen Hochvoltdiode mit geringer Sperrverzögerungszeit
(vgl. 2) unterscheidet sich die neue ESD-robuste Hochvoltdiode
unter anderem gegebenenfalls z. B. durch folgende Eigenschaften
(vgl. 1A; 1B).
- a) Neben der abwechselnden Anordnung von p+/n+-Gebieten im
Anodengebiet befindet sich ein größeres n-Gebiet, welches bei
ESD-Belastung als Emitter des parasitären npn-Transistors wirkt.
- b) Unterhalb der n+/p+-Gebiete
im Anodengebiet sowie unterhalb des optionalen zusätzlichen p+-Basisanschlusses neben dem größeren n-Gebiet
befinden sich optional zusätzliche
p-Gebiete, welche
zur Erniedrigung des Basisbahnwiderstands des parasitären Bipolartransistors,
insbesondere npn-Transistors führen.
Hiermit wird sichergestellt, dass der Bipolartransistor, insbesondere
npn-Transistor, mit dem größeren n-Gebiet als Emitter
im ESD-Fall zuerst triggert und den Strom übernimmt.
-
Es
können
elektrothermisch simulierte 2D-Strom-, Feld- und Temperatur-Verteilungen
einer ESD-robusten Hochvoltdiode z. B. während einer Stromrampe 10 mA/μm in 5 ns
erzeugt werden. Diese Stromrampe gibt die Verhältnisse einer ESD-Entladung
wieder. Der Stromtransport erfolgt über den parasitären npn-Transistor mit dem
größeren n-Gebiet
als Emitter. Nach 100 ns Strombelastung ergibt sich eine Zunahme
der maximalen Temperatur auf Grund der thermischen Belastung durch
den Strompuls, jedoch keine Bewegung der Stromverteilung in Randbereiche,
die in der Regel zur Zerstörung
des Bauelements führt.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der
Grundlage bevorzugter Ausführungsformen
näher erläutert.
-
1A, 1B sind
seitliche Querschnittsansichten bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen integrierten
Halbleiterdiodenanordnung.
-
2 ist
eine entsprechende seitliche Querschnittsansicht einer integrierten
Halbleiterdiodenanordnung aus dem Stand der Technik.
-
3A–F sind
schematische Draufsichten auf Anodenbereiche bevorzugter Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen integrierten
Halbleiterdiodenanordnung.
-
4A–D zeigen
ebenfalls Draufsichten auf Anodenbereiche anderer bevorzugter Ausführungsformen
der integrierten Halbleiterdiodenanordnung.
-
5-6 zeigen
Schaltbilder möglicher Anwendungsgebiete
der erfindungsgemäßen integrierten
Halbleiterdiodenanordnung.
-
Nachfolgend
werden funktionell und strukturell ähnliche oder äquivalente
Strukturen oder Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, ihre
jeweilige Detailbeschreibung wird nicht in jedem Fall ihres Auftretens
oder in jedem Fall ihrer Nennung wiederholt.
-
1B zeigt
eine erste bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterdiodenanordnung 10,
welche in einem erfindungsgemäßen integrierten
Halbleiterbauteil 100 verwendet wird.
-
Die
erfindungsgemäße Halbleiterdiodenanordnung 10 ist
in einem Halbleitermaterialbereich 20 ausgebildet, welcher
einen im Wesentlichen planaren Oberflächenbereich 20a besitzt.
Dieser Halbleitermaterialbereich 20 wird in der in 1 gezeigten Ausführungsform von einem p-Substrat 20p gebildet,
in welchem verschiedene Dotiergebiete ausgebildet sind. Diese Dotiergebiete
sind zum einen n–-dotierte Epitaxiegebiete 21.
Des Weiteren ist ein p-dotiertes Wannengebiet 25 für den Anodenbereich 12,
A ausgebildet. Dieser p-dotierte Wannenbereich 25 reicht bis
zum Oberflächenbereich 20a des
Halbleitermaterialbereichs 20. An der Oberfläche 20a wird
der Wannenbereich 25 von der Anordnung 11 der
ersten und zweiten Anodengebiete 12p und 12n sowie
der ersten und zweiten besonderen Anodengebiete 12e bzw. 12b gebildet.
-
Die
ersten Anodengebiete 12n sind n+-dotiert.
Die zweiten Anodengebiete 12p sind p+-dotiert. Das
erste besondere Anodengebiet 12e ist ebenfalls n+-dotiert, wogegen das zweite besondere Anodengebiet 12b p+-dotiert ist.
-
Benachbart
zum Anodenbereich 12, A ist ein Kathodenbereich 14,
K ausgebildet, welcher funktionell im Wesentlichen von den n-dotierten
Gebieten 21, 22 und 23 gebildet wird.
Wie bereits oben teilweise erläutert
wurde, können
die Kathode oder der Kathodenbereich 14, K als funktionelle
Einheit der zusammenwirkenden Gebiete, 21, 22 und 23 aufgefasst
werden. Das Gebiet 21 kann auch als n–-dotierte
Epitaxieschicht 21 aufgefasst werden. Der oben bereits
erwähnte
Basisleitungsbereich 22 kann mit seiner n+-Dotierung
auch als buried layer 21 vom n+-Typ
bezeichnet werden. Das Gebiet 23 schließlich ist ebenfalls n+-dotiert, trägt auch zur Wirkungsweise der Kathode 14,
K bei, ist aber letztlich ein Gebiet 14a, Ka zur Kontaktierung
des Kathodenbereichs 14, K.
-
Insgesamt
gesehen ergibt sich aus der Ausführungsform
der 1B somit, dass aufgrund des Zusammenwirkens der
Gebiete 21, 22 und 23 und aufgrund ihrer
geometrischen Anordnung zueinander und zum Anodenbereich 12,
A, die Anordnung des Anodenbereichs 12, A und des Kathodenbereichs 14,
K zueinander lateral und vertikal erfolgt, so dass im Sinne der
Erfindung zwei erste Erstreckungsrichtungen Z1 und Z2, nämlich lateral
im zugrunde liegenden Halbleitersubstrat 20 und vertikal
dazu, vorliegen.
-
Unterhalb
des Anodenbereichs 12, A und von diesem durch die n–-dotierte
Epitaxieschicht 21 beabstandet, ist der Basisleitungsbereich 22 mit n+-Dotierung vorgesehen, welcher in Verbindung steht
mit dem Kathodenbereich 14, K. Das p-Substrat 20p ist über weiter
vorgesehene p-dotierte Gebiete 24 mit einer Feldplattenstruktur
zur Feldabschirmung verbunden, die bis zum Oberflächenbereich 20a des Halbleitermaterialbereichs 20 reicht.
-
Deutlich
erkennbar sind in der Ausführungsform
der 1B die für
diese Ausführungsform
wesentlichen Merkmale.
-
Zum
einen ist dies, wie das bereits oben im Detail beschrieben wurde,
das Vorhandensein des ersten besonderen Anodengebiets 12e vom
zweiten Leitfähigkeitstyp,
hier also mit n-Dotierung.
-
Zum
anderen ist dies das zusätzliche
Vorsehen eines weiteren besonderen Anodengebiets 12b vom
ersten Leitfähigkeitstyp,
also hier mit p-Dotierung.
-
Im
Betrieb wirkt bei ESD-Belastung das erste besondere Anodengebiet 12e als
Emitterbereich E für
den parasitär
ausge bildeten npn-Transistor P, wogegen in diesem Modus das weitere
besondere Anodengebiet 12b als entsprechender Basisbereich
B oder Basisanschlussbereich BA des parasitär ausgebildeten npn-Transistors
P dient.
-
Als
weiteres Merkmal sind die unterhalb der ersten und zweiten Anodengebiete 12n und 12p und unterhalb
des zweiten besonderen Anodengebiets 12b ausgebildeten
zusätzlichen
Gebiete 12z1 und 12z2 vom ersten Leitfähigkeitstyp,
hier also mit p-Dotierung
vorgesehen.
-
Wie
sich aus der Darstellung der 1B ergibt,
sind die Anodengebiete 12n, 12p, 12e sowie 12b in
einer gegebenen Erstreckungsrichtung X, im Sinne der Erfindung also
in der zweiten Erstreckungsrichtung, angeordnet, welche mit der
Erstreckungsrichtung Z für
die Anordnung von Anodenbereich 12, A zu Kathodenbereich 14,
K identisch ist, wobei letztere mit der erfindungsgemäß vorgesehenen
ersten Erstreckungsrichtung Z übereinstimmt.
-
Während die
Ausführungsform
der 1B dahingehend bevorzugt ist, dass sie neben dem
ersten besonderen und zusätzlichen
Anodengebiet 12E ein weiteres zweites und zusätzliches
besonderes Anodengebiet 12B und entsprechend im unteren
Bereich vorgesehene zusätzliche
Gebiete 12z1, 12z2 vom ersten Leitungstyp p aufweist,
stellt die Ausführungsform
der 1A praktisch eine Minimalversion der erfindungsgemäßen integrierten
Halbleiterdiodenanordnung 10 dar. Dabei sind gemäß der vorliegenden
Erfindung das zweite besondere Anodengebiet 12b sowie die
unterhalb des Anodenbereichs 12a vorgesehenen weiteren
Gebiete vom ersten Leitungstyp nämlich
mit p-Dotierung
nicht vorgesehen, so dass der Basisleitungswiderstand R1 des parasitären Bipolartransistors
P in der Strecke vom ersten zusätzlichen
Anodengebiet 12e vom zweiten Leitfähigkeitstyp n zum direkt benachbarten,
also vorangehenden Anodengebiet 12p mit p+-Dotierung
gebildet wird. Die erfin dungsgemäß vorgesehene
Funktionsweise wird aber dadurch dennoch gewährleistet.
-
2 zeigt
in einer zu den 1A, B ähnlichen Darstellung eine herkömmliche
integrierte Halbleiterdiodenanordnung 10', welche in einem gewöhnlichen
integrierten Halbleiterbauteil 100' vorgesehen ist. Zwar ist hier
auch eine entsprechende Anordnung 11 von Anodengebieten 12n und 12p für den Anodenbereich 12,
A zu erkennen, jedoch fehlen hier zum einen das erste besondere
Anodengebiet 12e und das zweite besondere Anodengebiet 12b und darüber hinaus
auch die Mehrzahl der Gebiete 1271, 1272 vom ersten Leitfähigkeitstyp,
hier also Gebiete mit einer p-Dotierung, unterhalb der Anordnung 11. Daher
ergeben sich bei der Halbleiterdiodenanordnung 10' aus dem Stand
der Technik die erfindungsgemäß geforderten
Vorteile nicht.
-
Die 3A bis 3F zeigen
in schematischer Draufsicht verschiedene Anordnungen 11 für Anodengebiete 12n, 12p, 12e, 12b für den Anodenbereich 12,
A bevorzugter Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen integrierten
Halbleiterdiodenanordnung 10.
-
Bei
diesen Ausführungsformen
sind sämtliche
ersten, zweiten und besonderen Anodengebiete 12n, 12p, 12e und 12b in
Bezug auf Ihre Grundfläche als
zueinander konzentrische Dotierstoffgebiete ausgebildet. In diesem
Fall sind sämtliche
Anodengebiete 12n, 12p, 12e und 12b in
etwa kreisförmig
ausgebildet. Die Erstreckungsrichtung X für die Abfolge der Anordnung 11 der
Anodengebiete 12n, 12p, 12e, 12b ist
hier jeweils eine Radialrichtung. Die Anodengebiete 12n, 12p, 12e, 12b sind
alternierend mit den Dotierungen p+ bzw.
n+ ausgebildet. Bei den Ausführungsformen
der 3A, 3B und 3E liegen die
ersten und zweiten besonderen Anodengebiete 12e und 12b peripher,
das heißt
vom Zentrum der Anordnung 11 gesehen, außen. Bei
den Ausführungsformen
der 3C, 3D und 3F sind die
ersten und zweiten besonderen Anodengebiete 12e und 12b dage gen
als zentral liegende Dotiergebiete ausgebildet. Bei den Ausführungsformen
der 3E und 3F kommt
zur Erstreckungsrichtung X für
die alternierende Abfolge der Anordnung 11 der Anodengebiete 12n, 12p, 12e, 12b zusätzlich eine azimutale
oder Winkelrichtung φ für die inneren
oder zentral gelegenen Anodengebiete 12n, 12p bzw.
für die
außen
gelegenen Anodengebiete 12n, 12p hinzu.
-
Auch
die Ausführungsformen
der 4A bis 4D zeigen
konzentrische Abfolgen für
die Anordnung 11 der Anodengebiete 12n, 12p, 12e, 12b,
wobei jedoch hier die Anodengebiete 12n, 12p, 12e, 12b eine
rechteckige Grundfläche
in der lateralen Erstreckungsrichtung X besitzen. Bei den Ausführungsformen
der 4A und 4B liegen
die ersten und zweiten besonderen Anodengebiete 12e und 12b peripher,
wogegen sie bei den Ausführungsformen
der 4C und 4D zentral
liegen.
-
- 10
- erfindungsgemäße integrierte
Halbleiterdiodenanordnung
- 10'
- integrierte
Halbleiterdiodenanordnung aus dem Stand der Technik
- 11
- Anordnung
von Anodengebieten
- 12
- Anodenbereich,
Anode
- 12b
- zweites
besonderes Anodengebiet
- 12e
- erstes
besonderes Anodengebiet
- 12n
- zweites
Anodengebiet
- 12p
- erstes
Anodengebiet
- 12z1
- zusätzliches
p-dotiertes Gebiet
- 12z2
- zusätzliches
p-dotiertes Gebiet
- 14
- Kathodenbereich,
Kathode
- 20
- Halbleitermaterialbereich
- 21
- Grundsubstrat,
p-Substrat
- 21
- Epitaxiegebiet,
n–-dotiertes
Gebiet
- 22
- n+-dotiertes Gebiet, Basisleitungsgebiet
- 23
- n+-dotiertes Gebiet für die Kathode
- 24
- p-dotiertes
Gebiet für
den Feldplattenkontakt
- 25
- p-dotiertes
Wannengebiet für
die Anode
- A
- Anodenbereich,
Anode
- K
- Kathodenbereich,
Kathode
- P
- parasitärer npn-Transistor
- R1
- Basisleitbahnwiderstand
für den
parasitären npn-Transistor
P
- R2
- Basisleitbahnwiderstand
für den
parasitären npn-Transistor
T2
- T1
- parasitärer pnp-Transistor
- T2
- parasitärer npn-Transistor
- X
- zweite
Erstreckungsrichtung
- Z
- erste
Erstreckungsrichtung
- Z1
- erste
Erstreckungsrichtung, lateral
- Z2
- erste
Erstreckungsrichtung, vertikal
- ϕ
- zweite
Erstreckungsrichtung