Zenerdiode mit Bezugsdiode und Schutzdiode
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Die Erfindung betrifft eine Zenerdiode mit einem Halbleiterkörper mit
einer mit mehr als 10¹&sup8; Atome/ cm³ dotierten Oberflächenzone, in der durch Diffusion
zumindest zwei Gebiete mit praktisch der gleichen Konzentration an Dotierungsatomen
verschafft worden sind, welche Gebiete an eine Oberfläche der Oberflächenzone
grenzen und pn-Übergänge mit der Oberflächenzone bilden, wobei ein erstes Gebiet einen
kleineren lateralen Querschnitt und eine geringere Tiefe als ein zweites Gebiet hat und
beide Gebiete mit einer an der Oberfläche angebrachten ersten Anschlußelektrode
verbunden sind, während eine zweite Anschlußelektrode, die frei von den Gebieten liegt,
auf dem Halbleiterkörper verschafft worden ist.
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Eine wie oben beschriebene Zenerdiode hat wegen der verhältnismäßig
hohen Konzentration Dotierungsatomen der Oberflächenzone eine verhältnismäßig
niedrige Zenerspannung von unter ungefähr 10 V. Die von dem ersten Gebiet gebildete
kleinere Diode, die auch Bezugsdiode genannt wird, hat eine niedrigere Zenerspannung
als die von dem zweiten Gebiet gebildete größere Diode, die Schutzdiode genannt wird.
In einer praktischen Ausführungsform hat das erste Gebiet eine Querschnitt von
beispielsweise 1000 um² und eine Tiefe von 1 um, während das zweite Gebiet einen
Querschnitt von 10000 um² und eine Tiefe von 1,5 um hat. Bei einem verhältnismäßig
kleinen durch die Zenerdiode fließenden Strom von beispielsweise 250 uA wird nur die
Bezugsdiode leiten. Bei höheren Strömen von beispielsweise 100 uA fließt der Strom
praktisch vollständig durch die Schutzdiode. Da die Bezugsdiode einen verhältnismäßig
kleinen Querschnitt hat, ist die Stromdichte durch diese Diode bei einem Strom von 250
uA verhältnismäßig groß. Daher hat die Zenerdiode bei diesem niedrigen Strom von
250 uA eine verhältnismäßig steile Strom/Spannungs-Kennlinie.
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Die französische Patentanmeldung Nr. 81 05 132 beschreibt eine
Zenerdiode der eingangs erwähnten Art, in der ein ringförmiges zweites Gebiet ein
scheiben
förmiges erstes Gebiet umgibt, wobei die Gebiete teilweise überlappen. Das zweite
Gebiet wird von einer stark dotierten polykristallinen Siliciumschicht in Form eines
Ringes mit Hilfe einer verhältnismäßig tiefen Diffusion gebildet. Das erste Gebiet wird
dadurch gebildet, daß eine zweite stark dotierte epitaktische Siliciuschicht aufgebracht
wird, die die polykristalline Schicht überlappt, woraufhin das erste Gebiet durch flache
Diffusion gebildet wird.
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Obwohl die beschriebene bekannte Zenerdiode eine Strom/Spannungs-
Kennlinie aufweist, die viel steiler ist als die einer Standard-Zenerdiode, ist die Steilheit
der Strom/Spannungs-Kennlinie für einige Anwendungen nicht ausreichend.
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Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine
Zenerdiode zu verschaffen, die eine Strom/Spannungs-Kennlinie hat, die steiler ist als die der
bekannten Zenerdiode.
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Gemäß der Erfindung ist die Anordnung hierzu dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Gebiet einen durch laterale Diffusion der genannten Dotierungsatome
gebildeten gekrümmten Rand hat, welcher gekrümmte Rand zumindest teilweise frei von
dem zweiten Gebiet liegt.
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Hierdurch wird erreicht, daß die Strom/Spannungs-Kennlinie steiler ist,
als die der bekannten Zenerdiode.
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Eine Zenerdiode kann infolge eines Durchbruchs eines
Raumladungsgebietes bei einem pn-ÜbergangStrom leiten. Dieser Durchbruch kann über zwei
Mechanismen erfolgen, die an sich bekannt sind, nämlich Zenerdurchbruch, auch Tunneln
genannt und Lawinendurchbruch. Bei Zenerdioden mit einer Zenerspannung über ungefähr
10 V ist nur Lawinendurchbruch von Bedeutung. Bei Zenerspannungen unter 10 V
gelten sowohl der Lawinen- als auch der Zenermechanismus. Wenn Zenerdurchbruch
erfolgt, ist die Strom/Spannungs-Kennlinie nicht sehr steil. Im Fall von
Lawinendurchbruch ist die Strom/Spannungs-Kennlinie steil. Lawinendurchbruch wird initiiert, wenn
eine kritische elektrische Feldstärke im Raumladungsgebiet überschritten wird. Da der
Rand des ersten durch laterale Diffusion gebildeten Gebietes zumindest teilweise frei
von dem zweiten Gebiet liegt, wird eine Krümmung in dem Übergang der Bezugsdiode
erzeugt. Daher wird das elektrische Feld örtlich in der Krümmung stärker, so daß das
kritische elektrische Feld für Lawinendurchbruch früher erreicht wird und Durchbruch
der Zenerdiode eher über den Lawinenmechanismus erfolgt als über den
Zenermechanismus. Die Strom/Spannungs-Kennlinie der Zenerdiode wird daher steiler sein.
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Ein Rand, der zumindest teilweise frei von dem zweiten Gebiet liegt, kann
dadurch verschafft werden, daß beispielsweise das erste und das zweite Gebiet
vollständig voneinander getrennt sind. Eine solche Zenerdiode kann in sehr einfacher Weise
dadurch hergestellt werden, daß beispielsweise die beiden Gebiete mit verschiedenen
Diffusionen durch unterschiedliche Öffnungen in einer Oxidschicht verschafft werden,
die genügend weit voneinander entfernt liegen. Ein Nachteil ist jedoch, daß zwischen
den Gebieten infolge von Injektion von Ladungsträgern in das Oxid eine Zunahme von
Leckströmen durch die Zenerdiode auftreten kann, was die Strom/Spannungs-Kennlinie
der Zenerdiode beeinflussen kann. Vorzugsweise hat die Zenerdiode ein zweites Gebiet,
das das erste Gebiet umgibt und teilweise überlappt, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Vertiefung, unter der das erste Gebiet liegt, in der Oberfläche bis zu einer solchen Tiefe
vorhanden ist, daß der Rand bis unter das zweite Gebiet hervorsteht. Probleme mit
Leckströmen treten infolge der teilweisen Überlappung der beiden Gebiete nicht auf,
während das Hervorstehen des Randes des ersten Gebietes bis unter das zweite Gebiet
zu einer Krümmung in dem Übergang der Bezugsdiode führt. Eine solche Vertiefung
kann sehr einfach in einem Ätzschritt hergestellt werden. Das erste Gebiet kann dann
von einer stark dotierten Schicht aus, die in der Vertiefung vorgesehen ist, diffundiert
werden. Der pn-Übergang hat eine Krümmung am Rand der Vertiefung, so daß das zum
Initiieren des Lawinendurchbruchs erforderliche elektrische Feld hier früher erreicht
wird.
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Vorzugsweise hat die Vertiefung eine Tiefe zwischen 0,5 und 2
Mikrometer, das erste Gebiet eine Tiefe zwischen 0,5 und 1,5 Mikrometer und das zweite
Gebiet eine Tiefe zwischen 1,5 und 3 Mikrometer. Für einen guten Betrieb der Zenerdiode
muß die Zenerspannung der Schutzdiode natürlich höher sein als die der Bezugsdiode,
das heißt die Tiefe des zweiten Gebietes muß größer sein als die Tiefe des ersten
Gebietes. Eine solche Tiefe der Vertiefung kann gut reproduzierbar in einem Ätzprozeß
hergestellt werden, wobei die Tiefe des ersten und des zweiten Gebietes so sind, daß das
erste und das zweite Gebiet genügend genau in einem Diffusionsprozeß ohne extrem
lange Diffusionsdauern hergestellt werden kann.
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Ein zusätzlicher Vorteil wird erhalten, wenn der laterale Querschnitt des
ersten Gebietes Ecken hat. Der Übergang wird dann mit einem kreisförmigen
Querschnitt von ungefähr den gleichen Abmessungen verglichen, der örtlich zusätzlich am
Ort der Ecke gekrümmt ist, so daß das elektrische Feld dort zunehmen wird und
Durchbruch der Bezugsdiode vorzugsweise über den Lawinenmechanismus erfolgt. Ein
regelmäßiges Vieleck hat den Vorteil, daß eine gleichartige Zunahme des elektrischen Feldes
an jeder Ecke erhalten wird, so daß der Übergang nicht an einer der Ecken eher
durchbrechen wird als an den anderen. Bei Querschnitten von regelmäßigen Vielecken mit
mehr als vier Ecken ist die Ecke so groß, daß der Effekt der Krümmung des
pn-Übergangs im Vergleich zu einem Kreis verhältnismäßig klein ist. Ein zusätzlicher Vorteil
wird erhalten, wenn der Querschnitt ein regelmäßiges Dreieck oder Viereck ist. Der
Winkel ist im Falle von Dreiecken oder Vierecken kleiner oder gleich 90º, was
ausreichend ist, um eine deutliche zusätzliche Krümmung des pn-Übergangs zu erhalten. In
der Praxis werden die Ecken einen gewissen Krümmungsradius haben, vorzugsweise
einen Krümmungsradius zwischen 0 und 5 um. Die Ecke ist dann genügend scharf, um
in der Praxis eine deutliche Krümmung des pn-Übergangs zu erhalten.
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Die erste Anschlußelektrode der Zenerdiode kann aus einer Metallschicht
hergestellt werden oder teilweise aus einer stark dotierten epitaktischen Siliciumschicht,
wie in der bekannten Zenerdiode. Vorzugsweise ist die Zenerdiode dadurch
gekennzeichnet, daß eine stark dotierte Polysiliciumschicht über dem ersten und dem zweiten
Gebiet vorgesehen ist, welche Schicht als erste Anschlußelektrode wirkt. Eine solche
polykristalline Siliciumschicht kann einfacher als eine Epitaxieschicht mit einem CVD-
Prozeß mit einer hohen Konzentration an Dotierungsatomen verschafft werden. Diese
Polysiliciumschicht wird als stark dotierte Quelle zur Diffusion der Gebiete während der
Herstellung der Zenerdiode verwendet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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Fig. 1 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Zenerdiode,
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Fig. 2 einen Querschnitt einer alternativen Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Zenerdiode,
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Fig. 3 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Zenerdiode,
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Fig. 4, 5 verschiedene Stadien der Herstellung einer Zenerdiode nach
Fig. 1.
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Die Zeichnung ist rein schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche
Teile sind in der Zeichnung im allgemeinen mit den gleichen Bezugszeichen angegeben.
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Fig. 1 zeigt eine Zenerdiode mit einem Halbleiterkörper 1 mit einer
Oberflächenzone 1', dotiert mit mehr als 10¹&sup8; Atomen/cm³, in der durch Diffusion
zumindest zwei Gebiete 2, 3 mit praktisch der gleichen Konzentration an
Dotierungsatomen verschafft werden, welche Gebiete an eine Oberfläche 4 der Oberflächenzone 1'
grenzen und pn-Übergänge 5, 6 mit der Oberflächenzone 1' bilden, wobei ein erstes
Gebiet 2 einen kleineren lateralen Querschnitt und eine geringere Tiefe als ein zweites
Gebiet 3 hat und beide Gebiete 2, 3 mit einer an der Oberfläche 4 angebrachten ersten
Anschlußelektrode 7, 8 verbunden sind, während eine zweite Anschlußelektrode 9, die
frei von den Gebieten 2 und 3 liegt, auf dem Halbleiterkörper 1 verschafft wird.
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Zenerdioden werden hauptsächlich zur Lieferung einer Bezugsspannung in
elektrischen Schaltungen verwendet. Hierzu ist es wichtig, daß eine zu der Zenerdiode
gehörende Strom/Spannungs-Kennlinie sehr steil ist. Eine große Steilheit ist nicht so
einfach zu realisieren, insbesondere für Zenerdioden mit Zenerspannungen unter
ungefähr 10 V. Infolge der verhältnismäßig hohen Konzentration an Dotierungsatomen in der
Oberflächenzone 1' bildet die oben beschriebene Zenerdiode eine Zenerdiode für
verhältnismäßig niedrige Zenerspannungen unter ungefähr 10 V. Die Zenerspannung der
pn-Übergänge 5 und 6 steigt mit zunehmender Tiefe der Gebiete 2 und 3 in den durch
die Diffusion verschafften Gebieten 2 und 3 mit praktisch der gleichen Konzentration an
Dotierungsatomen an, wobei der laterale Querschnitt jedes Gebietes die Stromdichte
beeinflußt. Die Stromdichte wird mit kleineren lateralen Querschnitten größer sein. Je
größer die Stromdichte ist, desto steiler ist die Strom/Spannungs-Kennlinie der
Zenerdiode. Die Zenerdiode von Fig. 1 umfaßt zwei parallel geschaltete pn-Übergänge 5
und 6, die als zwei Hilfszenerdioden wirken. Wenn ein verhältnismäßig kleiner Strom
von beispielsweise ungefähr 250 uA durch die Zenerdiode vorliegt, wird die erste
Hilfszenerdiode, die nur zu dem pn-Übergang 5 mit einem verhältnismäßig kleinen lateralen
Querschnitt von beispielsweise ungefähr 1000 um² gehört, leiten, so daß eine steile
Strom/Spannungs-Kennlinie erhalten wird. Eine Bezugsspannung kann gut mit Hilfe der
Zenerdiode mit einer solchen Strom/Spannungs-Kennlinie definiert werden. Diese erste
Hilfszenerdiode wird daher manchmal als Bezugsdiode bezeichnet. Bei höheren Strömen
kann die Bezugsdiode jedoch durch die hohe Stromdichte zerstört werden. Daher ist
eine zweite Hilfszenerdiode, die zu dem pn-Übergang 6 gehört, vorhanden, die auch
Schutzdiode genannt wird. Die Schutzdiode hat wegen der größeren Tiefe des zweiten
Gebietes 3 eine etwas höhere Zenerspannung als die Bezugsdiode, beispielsweise
ungefähr 0,5 V höher. Wenn jetzt der Strom durch die Bezugsdiode zunimmt, wird die
Spannung an der Zenerdiode auch zunehmen. Sobald diese Spannung über die
Zenerspannung der Schutzdiode ansteigt, wird diese letztere Diode auch leitend werden. Die
Schutzdiode hat einen größeren lateralen Querschnitt, beispielsweise ungefähr 10.000
um², so daß die Schutzdiode mehr Strom leitet als die Bezugsdiode bei zunehmendem
Strom durch die Zenerdiode. Bei einem höheren Strom von beispielsweise 100 mA wird
der Strom praktisch vollständig durch die Schutzdiode fließen.
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Obwohl die beschriebene Zenerdiode eine verhältnismäßig steile Strom/
Spannungs-Kennlinie aufweist, ist die Steilheit der Strom/Spannungs-Kennlinie für
einige Anwendungen nicht ausreichend. Gemäß der Erfindung hat daher das erste
Gebiet 2 einen durch laterale Diffusion gebildeten Rand 10, der zumindest teilweise frei
von dem zweiten Gebiet 3 liegt.
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Durchbruch von Zenerdioden wird durch zwei unterschiedliche
physikalische Erscheinungen beeinflußt: Zenerdurchbruch, der auch Tunneln genannt wird, und
Lawinendurchbruch. Im Fall des Zenerdurchbruchs transportiert ein hohes elektrisches
Feld ein Elektron über einen Tunnelmechanismus vom Valenzband zu einem
Leitungsband. Im Falle des Lawinendurchbruchs werden über einen Wärmemechanismus
Ladungsträger in Form von Elektronen und Löchern gebildet. Bei einer kritischen
elektrischen Feldstärke in dem Raumladungsgebiet können diese Ladungsträger so viel
kinetische Energie absorbieren, bevor sie mit einem Kristallgitter zusammenstoßen, daß
bei dem Stoß neue Ladungsträger aus dem Gitter ausgelöst werden und ihrerseits mehr
neue Ladungsträger auslösen können. So wird ein Lawineneffekt erzeugt. In
Zenerdioden mit einer Schwellenspannung über ungefähr 10 V ist Lawinendurchbruch der
überwiegende Faktor. Diese Dioden haben eine sehr steile Strom/Spannungs-Kennlinie. In
Zenerdioden mit einer Schwellenspannung unter ungefähr 10 V sind sowohl Zener- als
auch Lawinendurchbruch wichtig. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das
Vorhandensein eines durch laterale Diffusion gebildeten Randes 10 am ersten Gebiet 2,
das zumindest teilweise frei vom zweiten Gebiet 3 liegt, zu einer starken Krümmung
des pn-Übergangs örtlich nahe des Randes führt. Das elektrische Feld wird infolge
dieser Krümmung stärker. Das für Lawinendurchbruch erforderliche kritische
elektrische Feld wird dann früher erreicht als ohne den Rand 10.
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Die Zenerdiode von Fig. 1 wird mit Schutzringen 12 versehen, um
Durchbruch an einem äußeren Rand 11 des zweiten Gebietes 3 zu verhindern, das heißt,
es gibt Gebiete 12 des gleichen Leitungstyps wie die Gebiete 2 und 3, aber mit viel
größerer Tiefe als die letzteren Gebiete. Durchbruch am äußeren Rand 11 wird
hierdurch verhindert.
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Fig. 2 zeigt eine Zenerdiode mit einem Rand 10, der frei von dem
zweiten Gebiet 3 liegt, weil das erste Gebiet 2 und das zweite Gebiet 3 vollständig
voneinander getrennt sind. Eine solche Zenerdiode kann sehr schnell gefertigt werden, indem
beispielsweise die beiden Gebiete 2, 3 mit unterschiedlichen Diffusionen durch
verschiedene Öffnungen 13, 14 verschafft werden, die genügend weit voneinander entfernt in
eine Oxidschicht 15 liegen. Während der Herstellung der Zenerdiode wird dann
beispielsweise die Öffnung 13 in der Oxidschicht 15 zuerst verschafft, woraufhin die stark
dotierte Schicht 7 verschafft wird. Aus dieser Schicht 7 wird das Gebiet 3 durch eine
tiefe Diffusion gebildet. Dann wird die Öffnung 14 verschafft, woraufhin die stark
dotierte Schicht 8 aufgebracht wird. Das Gebiet 2 wird aus dieser Schicht über eine flache
Diffusion verschafft. Wegen der geringeren Tiefe des Gebietes 2 hat der Rand 10 dann
eine schärfere Krümmung als ein Rand 16 des zweiten Gebietes 3. Durchbruch der
Zenerdiode wird daher am Rand 10 des ersten pn-Übergangs 5 erfolgen. Ein Nachteil
der Zenerdiode von Fig. 2 ist jedoch, daß, infolge von Injektion von Ladungsträgern
in das Oxid 15, zwischen den Gebieten 2 und 3 über die Oberfläche 4 eine Zunahme
von Leckströmen durch die Zenerdiode auftreten kann, was die
Strom/Spannungs-Kennlinie der Zenerdiode beeinflussen kann. Fig. 1 zeigt, daß die erfindungsgemäße
Zenerdiode daher ein zweites Gebiet 3 hat, das das erste Gebiet umgibt und es teilweise
überlappt, wobei eine Vertiefung 17, unter der das erste Gebiet 2 liegt, in der
Oberfläche 4 bis zu einer solchen Tiefe vorhanden ist, daß der Rand 10 bis unter das zweite
Gebiet 3 hervorsteht. Wegen der teilweisen Überlappung 18 der beiden Gebiete 2, 3
treten keine Probleme mit Leckströmen auf, während das Hervorstehen des Randes 10
des ersten Gebietes 2 bis unter das zweite Gebiet 3 zu einer Krümmung in dem
Über
gang 5 der Bezugsdiode führt, so daß das zum Initiieren eines Lawinendurchbruchs
erforderliche kritische Feld hier früher erreicht wird.
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Vorzugsweise hat die Vertiefung eine Tiefe von zwischen 0,5 und 2 um.
Eine Vertiefung 17 kann dann einfach und mit genügender Genauigkeit mit Hilfe
beispielsweise eines Plasmaätzschrittes hergestellt werden. Gemäß der Erfindung hat das
erste Gebiet 2 eine Tiefe zwischen 0,5 und 1,5 um und das zweite Gebiet 3 eine Tiefe
zwischen 1,5 und 3 um. Solche Tiefen für Gebiete 2 und 3 können mit Hilfe eines
Diffusionprozesses noch innerhalb einer begrenzten Zeitdauer, kürzer als ungefähr zwei
Stunden, erhalten werden. Natürlich muß für einen guten Betrieb der Zenerdiode die
Zenerspannung der Schutzdiode höher sein als die der Bezugsdiode, das heißt die Tiefe
des zweiten Gebietes 3 muß größer sein als die Tiefe des ersten Gebietes 2. Die Tiefen
des ersten und des zweiten Gebietes sind derart, daß das erste und das zweite Gebiet
genügend genau mit einem Diffusionsprozeß hergestellt werden können.
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Fig. 3 zeigt einen lateralen Querschnitt der Zenerdiode von Fig. 1. In
der Praxis hat das Gebiet 3 laterale Abmessungen von ungefähr ein hundert bis mehrere
hundert Mikrometer, während das Gebiet 2 laterale Abmessungen von einigen zehn
Mikrometer hat. Erfindungsgemäß hat der laterale Querschnitt des ersten Gebietes 2
Ecken 19. Der Übergang 5 ist dann im Vergleich zu einem kreisförmigen Querschnitt
des ersten Gebietes 2 mit ungefähr den gleichen Abmessungen örtlich zusätzlich am Ort
der Ecke 19 gekrümmt, so daß das elektrische Feld dort zunehmen wird und
Durchbruch der Bezugsdiode hauptsächlich durch den Lawinenmechanismus erfolgen wird. In
einem regelmäßigen Vieleck findet sich die gleiche Zunahme des elektrischen Feldes an
jeder der Ecken 19, so daß der Übergang nicht vorzugsweise an eine der Ecken 19 im
Hinblick auf die anderen durchbrechen wird. Im Falle von Querschnitten von
regelmäßigen Vielecken mit mehr als vier Ecken ist jede Ecke so groß, daß die Auswirkung auf
die Krümmung des pn-Übergangs im Vergleich zu einem Kreis verhältnismäßig klein
ist. Ein zusätzlicher Vorteil wird erhalten, wenn der Querschnitt ein regelmäßiges
Dreieck oder Viereck ist, wobei die Ecke 19 kleiner oder gleich 90º ist, ausreichend, um
eine deutliche zusätzliche Krümmung des pn-Übergangs 5 zu erhalten. In der Praxis
werden die Ecken einen gewissen Krümmungsradius 20 haben, vorzugsweise einen
Krümmungsradius zwischen 0 und 5 um. Die Ecke 19 ist dann scharf genug, um eine
deutliche Krümmung des pn-Übergangs 5 zu erhalten.
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Die erste Anschlußelektrode 7, 8 der Zenerdiode kann beispielsweise aus
einer Metallschicht, wie Aluminium oder Silber hergestellt werden. Erfindungsgemäß
wird eine stark dotierte (mehr als 10¹&sup9; Dotierungsatome pro cm³) Polysiliciumschicht 7,
8, die als erste Anschlußelektrode wirkt, über dem ersten und dem zweiten Gebiet
aufgebracht. Die polykristalline Siliciumschicht 7, 8 kann in einfacher Weise über einen
CVD-Prozeß mit hoher Konzentration an Dotierungsatomen aufgebracht werden,
beispielsweise 1 · 10²&sup0; Atome/cm³. Bei der Herstellung der Zenerdiode wird diese
Polysiliciumschicht 7, 8 als stark dotierte Quelle zur Diffusion der Gebiete 2 und 3
verwendet. Beispielsweise wird dann eine Polysiliciumschicht 7 auf der Oberfläche 4
aufgebracht und in solcher Weise strukturiert, daß die Schicht eine Oberfläche 4 nur dort
bedeckt, wo das zweite Gebiet 3 erzeugt werden soll. Das zweite Gebiet 3 wird dann
über eine Diffusion von Dotierungsatomen gebildet. Dann wird die Polysiliciumschicht
8 mit der gleichen Konzentration an Dotierungsatomen dort aufgebracht, wo das erste
Gebiet 2 erzeugt werden soll, woraufhin das erste Gebiet 2 mit einer Diffusion kürzerer
Dauer oder einer Diffusion bei niedrigerer Temperatur gebildet wird.
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Als Beispiel einer Ausführungsform soll jetzt beschrieben werden, wie
eine für eine Zenerspannung von 5,4 V geeignete Zenerdiode hergestellt werden kann.
Für andere Zenerspannungen geeignete Zenerdioden können durch Anpassung der
Anzahl Dotierungsatome in der Oberflächenzone des Halbleiterkörpers und der Tiefen und
Dotierungsniveaus der Gebiete 2 und 3 hergestellt werden.
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Der Ausgangspunkt ist eine monokristalline n-Siliciumscheibe 1 mit einer
Konzentration von 3 · 10¹&sup8; Sb-Dotierungsatomen (12 mΩcm). Diese Scheibe 1 wird
thermisch oxidiert, 1100ºC, 90 Minuten, so daß eine Oxidschicht 15 erzeugt wird. In
dieser Oxidschicht 15 wird zur Diffusion des Schutzringes 12 eine Öffnung 21
angebracht. Der Schutzring 12 wird in einem Standardprozeß beispielsweise mit Implantation
oder Diffusion angebracht. So wird ein Schutzring 12 mit einer Konzentration von
7 · 10¹&sup9; Atome/cm³ und einer Tiefe von 5 um gebildet. Während der Diffusion des
Schutzringes 12 wird die Öffnung 21 in der Oxidschicht 15 wieder teilweise oxidiert.
Dann wird dort, wo das erste Gebiet 2 und das zweite Gebiet 3 erzeugt werden sollen,
in der Oxidschicht 15 eine Öffnung 22 mit einem Durchmesser von 230 um hergestellt
(siehe Fig. 4). In der Öffnung wird die Polysiliciumschicht 7 mit einem
Dotierungsniveau von 1,25 10²&sup0; B-Atome/cm³ und einer Dicke von 1,6 um aufgebracht. Mit
einem Plasmaätzprozeß wird jetzt eine Öffnung 23 mit einem quadratischen lateralen
Querschnitt von 30 · 30 um dort, wo das erste Gebiet 2 kommen soll, in die Schicht 7
geätzt. Auch wird dann in dem Halbleiterkörper 1 die Vertiefung 17 mit einer Tiefe von
1 um verschafft. In der Vertiefung 17 wird eine Oxidschicht angebracht. Die zweite
Schicht 3 wird anschließend durch Diffusion von B-Atomen aus der Schicht 7 während
120 Minuten bei 950ºC gebildet. Das Gebiet 3 hat dann eine Tiefe von 1,5 um. Der zu
der Schutzdiode gehörende pn-Übergang 6 ist dann gebildet worden. Die Oxidschicht in
der Vertiefung schützt die Oberfläche in der Vertiefung 17 während dieser Diffusion
vor unerwünschter Dotierung. Das Oxid in der Vertiefung wird dann in einem
Ätzschritt entfernt. Es ergibt sich eine Diode wie in Fig. 5 gezeigt. Die zweite
Polysiliciumschicht 8 mit dem gleichen Dotierungsniveau und der gleichen Dicke wie die
Polysiliciumschicht 7 wird jetzt aufgebracht und strukturiert. Die Bezugsdiode wird
dadurch aufgebracht, daß B-Atome aus der Schicht 8 30 Minuten lang bei 950ºC
diffundiert werden. Die Tiefe des ersten Gebietes beträgt dann 1 um, mit einem lateralen
Querschnitt mit einem Krümmungsradius 20 von 5 um. Die Polysiliciumschichten 7 und
8 dienen nicht nur als Quellen für Dotierungsatome, um Gebiete 2 und 3 herzustellen,
sondern auch als Anschlußelektrode der Zenerdiode. Die Zenerdiode wird dann mit
einer Metallisierung auf der Anschlußelektrode 7, 8 (in Fig. 1 nicht abgebildet) und
mit einer Anschlußelektrode 9 versehen, beispielsweise einer Silberschicht.
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Eine auf dieser Weise hergestellte Zenerdiode hat eine Zenerspannung von
5,40 V und eine sehr steile Strom/Spannungs-Kennlinie. Im Vergleich mit einer
bekannten Zenerdiode wurden die folgenden Parameter gemessen. Die Impedanz der bekannten
Zenerdiode bei 250 uA beträgt 91,7 Ω, die der erfindungsgemäßen Zenerdiode 23,4 Ω.
Die Spannungsdifferenz zwischen einer Spannung bei einem Strom von 100 uA und
einer Spannung bei einem Strom von 1 mA beträgt für die bekannte Zenerdiode
86,5 mV gegenüber 9,0 mV für die erfindungsgemäße Zenerdiode. Der Leckstrom
durch die Diode bei einer Spannung, die 80% der Zenerspannung beträgt, ist 2,3 uA
für die bekannte Zenerdiode gegenüber 0,62 uA für die erfindungsgemäße Zenerdiode.