DE1639254C

DE1639254C - Field effect semiconductor arrangement with insulated gate and a circuit element for preventing breakdown and method for their production

Info

Publication number: DE1639254C
Authority: DE
Inventors: Norio Kodaira; Takagi Takeshi Musashino; Kosa Yasunobu Kodaira; Kubo Masaharu Kokubunji; Kawagoe Hiroto Kodaira;(Japan) Anzai
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Publication date: 1972-11-16

Description

mit einer isolierten Gatterelektrode und die Angabe Zonen auf dem Halbleitergrundkörper und eine Gai-with an isolated gate electrode and the indication of zones on the semiconductor body and a Gai-

eines dafür geeigneten neuen Herstellungsverfahrens. terelektrode G auf dieser Schicht 4. Um in einem sol-a suitable new manufacturing process. terelectrode G on this layer 4. In order to be

Diese Aufgabe wird erfindungugemäß dadurch ge- chen Transistor die Steilheit Gm zu erhöhen und eineAccording to the invention, this object is achieved by increasing the slope Gm and a transistor

löst, daß die dritte Halbleiterzone eine geringere gute elektrische Charakteristik zu erhalten, ist diesolves that the third semiconductor zone to obtain a lower good electrical characteristic is the

Tiefe in dem Halbleitergrundkörper als die erste und 5 Isolierschicht 4 unter der Gatterelektrode G so dünnDepth in the semiconductor base body as the first and 5 insulating layers 4 under the gate electrode G so thin

die zweite Halbleiterzone aufweist wie möglich. Wenn indessen die Dicke dieser Schichthaving the second semiconductor zone as possible. If, however, the thickness of this layer

In einer weiter verbesserten Anordnung gemäß der gleich oder weniger als 1500 A ist, fällt ihre DurchErfindung ist außerdem ein Eingangsanschluß an der Schlagsspannung auf etwa 100 Volt ab. Ein an die dritten Zone mit einem Abstand von dem Leitelement Gatterelektrode angelegtes starkes Rauschen oder vorgesehen, von wo aus der Gatterelektrode über die io Fehlsignal oder das Elektrisierungsphänomen von dritte Zone und das Leitelement ein Steuersignal zu- einem äußeren elektrischen Feld infolge einer hochgeführt wird. kapazitiven Impedanz, die zwischen dem Gatter undIn a further improved arrangement according to which is equal to or less than 1500 A, its invention falls through There is also an input terminal to drop the strike voltage down to about 100 volts. One to the Third zone at a distance from the conductive element gate electrode applied strong noise or provided from where the gate electrode via the io false signal or the electrification phenomenon of third zone and the guide element a control signal to an external electric field as a result of a raised will. capacitive impedance between the gate and

Entsprechend der Anordnung gemäß der Erfindung dem Emitter existiert, verursacht einen Dauerdurchist, da die Sperrdurchschlagsspannung zwischen der schlag der Isolierschicht 4. Es ist bekannt, eine P-dritten Zone und dem Grundkörper beträchtlich klein 15 leitende Diffusionszone 6 in einem Teil der Grundwird, die Dicke der Isolierschicht untrar der Gatter- körperoberfläche zu bilden und diese Zone 6 durch elektrode sehr klein. Deshalb kann sogar ein geringes ein leitendes Element mit der Gatterelektrode zu ver- ^; der Gatterelektrode zugeführtes Signal eine ge- binden. Man nutzt die Durchbruchserscheinung eines wünschte Feldeffektcharakteristik ausreichend ge- so gebildeten PN-Oberganges 7 zur Verhinderung des ": währleisten. Der Schutz der Schicht vor dem Durch- 20 Durchschlags der Isolierschicht 4 aus. Die zwischen ; schlag infolge verschiedener Arten von Stoßspannun- der Zone 6 und dem Grundkörper 1 gebildete PN-gen ist sehr wirkungsvoll. Übergangsdiode wird Schutzdiode (oder Blockier-According to the arrangement according to the invention the emitter exists, causing a persistence because the reverse breakdown voltage between the breakdown of the insulating layer 4. It is known, a P-third zone and the base body becomes considerably small 15 conductive diffusion zone 6 in part of the basic thickness of the insulating layer untrar to the gate body surface and this zone 6 is very small due to the electrode. Therefore, even a small amount of a conductive element can be added to the gate electrode ^; the signal fed to the gate electrode bind a. The breakthrough phenomenon of a desired field effect characteristic of sufficiently formed PN junction 7 is used to prevent the protection of the layer from the breakdown of the insulating layer 4. The breakdown as a result of various types of surge voltage in the zone 6 and the base body 1 formed PN gene is very effective.

Weiter erscheint gemäß der vorstehend beschriebe- diode) genannt.Furthermore, according to the above-described diode) appears.

nen verbesserten Anordnung, da der Eingangsanschluß Die P-leitende Diffusionszone 6 wird gleichzeitignen improved arrangement, since the input terminal The P-type diffusion zone 6 is simultaneously

an der dritten Zone eingerichtet ist, wenn ein Signal as mit der Emitterzone 2 und mit der Kollektorzone 3is established at the third zone when a signal as with the emitter zone 2 and with the collector zone 3

über diesen Anschluß an die Gatterelektrode angelegt durch selektives Eindiffundieren einer Akzeptorver-applied via this connection to the gate electrode by selective diffusion of an acceptor

wird, eine Widerstandskomponente zwischen der unreinigung in den Grundkörper gebildet. Da dera resistance component is formed between the impurity in the base body. Since the

Schutzdiode und der Gatterelektrode. Daher wird die Feldeffekttransistor ein Anreicherungs-FET ist mitProtection diode and the gate electrode. Hence the field effect transistor is using an enhancement FET

Zeitkonstante des Eingangskreises der geschützten einem P-leitenden Kanal und die GatterelektrodeTime constant of the input circuit of the protected one P-channel and the gate electrode

Halbleiteranordnung, die mit der Schutzdiode parallel 30 während des Betriebs auf negativem elektrischenSemiconductor device that is connected to the protective diode in parallel 30 during operation on negative electrical

geschaltet ist, größer als die der Diode. So wird die Potential gegenüber dem Emitter ist, wird die ge-is switched, greater than that of the diode. So the potential is opposite the emitter, the

; Schutzwirkung der Diode gegen eine Stoßspannung wünschte Polarität der Schutzdiode die gleiche wie; Protective effect of the diode against a surge voltage desired polarity of the protective diode the same as

mit einer steilen Anstiegscharakteristik besonders ge- die einer PN-Übergangsdiode, die gleichzeitig mit derwith a steep rise characteristic, particularly like that of a PN junction diode, which operates simultaneously with the

sichert. In diesem Fall verteilt sich die Kapazität Emitter- und der Kollektorzone erhalten wird. So istsecures. In this case, the capacitance is distributed between the emitter and the collector zone. So is

eines zwischen der dritten Zone und dem Grund- 35 der gleichzeitige Diffusionsverfahrensschritt hinsicht-one between the third zone and the base- 35 the simultaneous diffusion process step with regard to-

; körper gebildeten PN-Überganges in der Längsrich- lieh der Herstellung passend und nutzbringend ange-; body-formed PN junction in the longitudinal direction borrowed the production appropriately and usefully

tung der Widerstandskomponente, so daß ein R-C- wendet.processing of the resistance component so that an RC turns.

Niedrigpaßfilter gleichwertig dem oben erwähnten Wenn der Schutz der Isolierschicht 4 unter derLow-pass filter equivalent to that mentioned above. When the protection of the insulating layer 4 under the

Eingangskreis angeschlossen wird. Dieses ergibt eine Gatterelektrode durch die Schutzdiode gesichert wer-Input circuit is connected. This results in a gate electrode being secured by the protective diode

Funktion der Unterdrückung einer Stoßspannung mit 40 den soll, muß die Durchbruchsspannung des PN-Function of suppressing a surge voltage of 40 denier, the breakdown voltage of the PN

einem beträchtlich hohen Spitzenwert, was anschei- Überganges in Sperrichtung viel kleiner als diea considerably high peak value, which appears to be much smaller than the reverse transition

nend zur Verhinderung eines Durchsrhlags der oben Durchschlagsspannung der Isolierschicht sein. So istto prevent breakdown of the above breakdown voltage of the insulating layer. So is

beschriebenen Schicht beiträgt. es erforderlich, daß der Widerstand des Grundkör-described layer contributes. it is necessary that the resistance of the

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung pers niedrig ist. Da in einem MOS-Transistor derThe invention is based on the low pers in the drawing. Since in a MOS transistor the

veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläu- 45 PN-Übergang zwischen dem Grundkörper und der45 PN junction between the base body and the illustrated embodiments

tert. Es zeigt Kollektorzone 3 gewöhnlich in Sperrichtung vorge-tert. It shows collector zone 3 usually in the blocking direction.

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen bekannten spannt ist, sollte seine Durchbruchsspannung undFig. 1 is a cross-section through a known stresses, its breakdown voltage and should

MOS-Feldeffekttransistor mit einer Schützdiode, daher auch der Widerstand des Grundkörpers hochMOS field effect transistor with a contactor diode, hence the resistance of the base body is high

F i g. 2 einen Querschnitt durch einen MOS-FeId- sein. Es hat bisher Schwierigkeiten gemacht, dieseF i g. 2 is a cross section through a MOS field. So far it has made this difficult

\ effekttransistor mit einer Schutzdiode gemäß einem 50 entgegengesetzten Forderungen zu erfüllen und eine \ effect transistor with a protective diode according to a 50 to meet opposite requirements and a

j Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung, wirkungsvolle Feldeffekt-Halbleitereinrichtung zuj embodiment of the invention, effective field effect semiconductor device too

j F i g. 3 eine teilweise vergrößerte Querschnitts- schaffen.j F i g. 3 create a partially enlarged cross-sectional view.

ansicht eines Transistors nach F i g. 2, Gemäß der Lehre nach der Erfindung wird eineview of a transistor according to FIG. 2, According to the teaching of the invention, a

j F i g. 4 ein Ersatzschaltbild des in F i g. 2 gezeig- Feldeffekthalbleitereinrichtung mit mindestens einemj F i g. 4 shows an equivalent circuit diagram of the circuit diagram shown in FIG. 2 shown field effect semiconductor device with at least one

ten Transistors, 55 PN-Übergang und einer isolierten Gatterelektrode inth transistor, 55 PN junction and an isolated gate electrode in

Fig. 5a und 5b einen Querschnitt durch einen der Oberfiächenzone eines Halbleitergrundkörpers Isoliergatterfeldeffekttransistor nach sinem anderen gebildet und ein weiterer PN-Übergang in der Ober-Ausführungsbeispiel der Erfindung und sein Ersatz- flächenzone flacher als der erste PN-Übergang erschaltbild. zeugt. Es ist besonders wünschenswert, daß der flacheFIGS. 5a and 5b show a cross section through one of the surface zones of a semiconductor base body Insulating gate field effect transistor formed after another and another PN junction in the upper embodiment of the invention and its replacement surface zone flatter than the first PN transition circuit diagram. testifies. It is particularly desirable that the flat

Zum Verständnis der Erfindung wird eine kurze 60 PN-Übergang 1 bis 2 μ dick ist. So kann der Durch-To understand the invention, a short 60 PN junction is 1 to 2 μ thick. So the through

Erklärung eines gut bekannten MOS-Feldeffekttran- schlag der Gatterelektrode der Einrichtung verhindertExplanation of a well-known MOS field effect drop on the gate electrode of the device prevented

sistors nach F i g. 1 gegeben, in welcher der Transi- werden,sistors according to FIG. 1 given in which the transi-

stör folgende Elemente umfaßt: Im folgenden werden Erklärungen eines Ausfüh-disturbance includes the following elements: In the following explanations of an execution

Einen N-leitenden Siliziumgrundkörper 1, zwei P- rungsbeispiels der Erfindung mit Hinweis auf F ig. 2An N-conductive silicon base body 1, two P- rungsbeispiels the invention with reference to F ig. 2

leitende Zonen 2 und 3 in der Oberfläche des SiIi- 65 gegeben. Ein N-leitender Siliziumgrundkörper 11 mitconductive zones 2 and 3 in the surface of the SiIi- 65 given. An N-conductive silicon base body 11 with

ziumgrundkörpers 1, eine Emitterelektrode 5 und einem spezifischen Widerstand von 1 bis 10 Ω · cmzium base body 1, an emitter electrode 5 and a specific resistance of 1 to 10 Ω · cm

eine Kollektorelektrode D, die an diesen Zonen ange- weist in seiner Hauptoberfläche ein Paar von P-leiten-a collector electrode D, which is attached to these zones in its main surface with a pair of P-conductors

bracht sind, eine Isolierschicht 4 zwischen den beiden den Diffusionszonen, und zwar eine Emitterzone 12an insulating layer 4 between the two diffusion zones, namely an emitter zone 12

und eine Kollektorzone 13 von verhältnismäßig großer Dicke von 4 bis 8 μηι auf. In einem anderen Teil der Hauptoberfläche wird eine verhältnismäßig flache P-lcitende Zone 16 von 1 bis 2 μπι (eine Diodenzone) erzeugt. Eine verhältnismäßig dünne Gatterisolierschicht 14.(z.B. Siliziumoxyd) mit einer Dicke von 1000 bis 1500 A wird zwischen der Emitter- und der Kollektorzone auf der Oberfläche des Grundkörpers angebracht. Diese Schicht dient zur Isolierung der Gatterelektrode 20c vom Grundkörper 11, wobei die Gatterelektrode so vorgesehen ist, daß sie einen Kanal 15 in der Oberfläche des Grundkörpers induziert. Eine Emitterelektrode S und eine Kollektorelektrode D sind ohmisch mit der Emitterzone 12 und der Koliektorzone 13 verbunden. Eine sich vom Eingangsanschluß 20 a erstreckende und ohmisch mit der Oberfläche der Diodenzone 16 verbundene Verbindungsschicht 20 ft liegt auf einer Isolierschicht 19 zwecks Verbindung mit der Gatterelektrode. 20 c, wobei die Isolierschicht 19 aus einer Siliziumoxydschicht ao von 5000 bis 10 000 A besteht, um einen Teil der Hauptoberfläche ohne ohmischen Kontakt damit zu passivieren. Obwohl in F i g. 2 die Verbindungsschicht 20 ft, die als einheitlicher Körper mit dem Eingangsanschluß 20 a gebildet ist, aus Bequemlichkeitsgründen mit der Gatterelektrode 20 a nicht zusammenhängend dargestellt ist, wird dieser Zusammenhang tatsächlich mittels einer aufgedampften Leitschicht, wie z. B. Aluminium, hergestellt. Der zwischen der Diodenzone 16 und dem Grundkörper 11 erzeugte PN-Übergang 17 ist so ausgebildet, daß im Vergleich mit der Durchschlagsspannung der Gatterisolierschicht 14 er eine genügend niedrigere Durchbruchsspannung aufweist. Zum Beispiel wird eine Durchschlagspannung der Gatterisolierschicht 14 von 100 und einigen Zehnern Volt gewählt, während die Durchbruchsspannung des PN-Übergangs 17 50 bis 60 VpH beträgt. Der PN-Übergang 17 mit einer so niedrigen Durchbruchsspannung kann durch eine flache Diffusionsschicht erhalten werden, wie sie vergrößert in F i g. 3 gezeigt ist. Der stärkstgerundete Teil 18 des flachen Übergangs 17 hat einen kleineren Radius als die Teile 18a und 18ft der tiefen Übergänge 17 a und 17 ft. Da sich das elektrische Feld am stärkstgerundeten Teil 18 konzentriert, tritt Durchbruch bei einer niedrigen Spannung ein. Wenn eine Selektivmaske einer anorganischen Siliziumverbindungsschicht auf der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers gebildet wird, um in bestimmte Teile davon eine Verunreinigung einzuführen, die den Leitfähigkeitstyp bestimmt, ist anzunehmen, daß die Verunreinigungsdiffusion in allen Richtungen fast unabhängig von der Kristallachse gleichmäßig verteilt wird. Daher kann der Kurvenradius am Teil 18 als im wesentlichen gleich der Tiefe des Übergangs angesehen werden.and a collector zone 13 of a relatively large thickness of 4 to 8 μm. In another part of the main surface, a relatively flat P-lcitende zone 16 of 1 to 2 μm (a diode zone) is generated. A relatively thin gate insulating layer 14 (for example silicon oxide) with a thickness of 1000 to 1500 Å is applied between the emitter and collector zones on the surface of the base body. This layer serves to isolate the gate electrode 20c from the base body 11, the gate electrode being provided in such a way that it induces a channel 15 in the surface of the base body. An emitter electrode S and a collector electrode D are ohmically connected to the emitter zone 12 and the collector zone 13. A connecting layer 20 ft extending from the input terminal 20 a and ohmically connected to the surface of the diode zone 16 lies on an insulating layer 19 for the purpose of connecting to the gate electrode. 20 c, wherein the insulating layer 19 consists of a silicon oxide layer ao of 5000 to 10,000 A in order to passivate part of the main surface without ohmic contact therewith. Although in FIG. 2, the connecting layer 20 ft, which is formed as a unitary body with the input terminal 20 a, is not shown coherently with the gate electrode 20 a for reasons of convenience. B. aluminum. The PN junction 17 produced between the diode zone 16 and the base body 11 is designed in such a way that it has a sufficiently lower breakdown voltage compared with the breakdown voltage of the gate insulating layer 14. For example, a breakdown voltage of the gate insulating layer 14 of 100 and a few tens of volts is selected, while the breakdown voltage of the PN junction 17 is 50 to 60 VpH. The PN junction 17 having such a low breakdown voltage can be obtained by a flat diffusion layer as enlarged in FIG. 3 is shown. The most rounded part 18 of the flat transition 17 has a smaller radius than the parts 18a and 18ft of the deep transitions 17a and 17ft. Since the electric field is concentrated on the most rounded part 18, breakdown occurs at a low voltage. When a selective mask of an inorganic silicon compound layer is formed on the surface of the semiconductor base body to introduce an impurity which determines the conductivity type into certain parts thereof, it is considered that the impurity diffusion is evenly distributed in all directions almost regardless of the crystal axis. Therefore, the radius of curvature at part 18 can be considered to be substantially equal to the depth of the transition.

Ein solcher gleichrichtender Übergang mit einer niedrigen Durchbruchsspannung kann auch durch andere Methoden, wie z. B. durch die epitaxiale Wachstumsmethode oder die Legierungsmethode erhalten werden.Such a rectifying junction with a low breakdown voltage can also through other methods, such as B. obtained by the epitaxial growth method or the alloy method will.

Das Ersatzschaltbild eines Feldeffekttransistors mit einer Schutzdiode ist in Fig.4 gezeigt. Der Schutz der Fcldeffekthalbleitercinrichtung vor einem Durchschlag wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 4 erläutert, in welchen gleiche Teile mit gleichen Be/ugszcichen verschen sind. Man betrachte einen !•'all, in dem ein Signal zwischen dem Grundkörper 11 und dem Eingangsanschluß 20 a angelegt wird, um dem PN-Übergang 17 eine Sperrvorspannung zu geben und um die Leitfähigkeit des Kanals 15 unter der Gatterelektrode 20 c des Feldeffekttransistors zu steuern. Das Signal hat in einem normalen Zustand eine Amplitude, die niedriger ajs die Durchschlagsspannung der Gatterisolierung 14 und zum Betrieb dieses Transistors geeignet ist. Wenn indessen ein Rauschen wegen seiner großen Amplitude am Eingangsanschluß 20 a zusammen mit dem oben genannten normalen Signal angelegt wird, findet ein Durchbruch des PN-Ubergangs 17 stau, und das Gatterpotential wird auf dem Durchbruchsspannungsniveau des PN-Übergangs blockiert, wodurch so der Durchschlag der Gatterisolierung 14 verhindert wird. Bei der Abwesenheit eines normalen Signals oder eines Rauschens wächst das Gatterpotential auch infolge der Elektrisierungserscheinung während des Nichtbetriebs des Transistors stark an, wodurch so eine Gefahr des Durchschlags der Isolierung 14 hervorgerufen wird. Auch in einem solchen Fall verhindert die Blockierwirkung des gemäß der Erfindung ausgebildeten PN-Überganges einen Durchschlag der Isolierung 14.The equivalent circuit diagram of a field effect transistor with a protective diode is shown in FIG. The protection the field effect semiconductor device before breakdown will now be described with reference to FIG and FIG. 4 explains in which parts that are the same with the same symbols are given away. Look at one ! • 'all in which there is a signal between the basic body 11 and the input terminal 20 a is applied to the PN junction 17 to a reverse bias give and to the conductivity of the channel 15 under the gate electrode 20 c of the field effect transistor steer. In a normal state, the signal has an amplitude that is lower than the breakdown voltage the gate isolation 14 and is suitable for the operation of this transistor. If, however, a Noise because of its large amplitude at the input terminal 20 a together with the above normal signal is applied, a breakdown of the PN junction 17 jams, and the gate potential is blocked at the breakdown voltage level of the PN junction, thus causing the breakdown the gate isolation 14 is prevented. In the absence of a normal signal or one With noise, the gate potential also increases due to the electrification phenomenon during non-operation of the transistor increases strongly, thus causing a risk of breakdown of the insulation 14 will. Even in such a case, the blocking effect prevents the one designed according to the invention PN junction a breakdown of the insulation 14.

Der im vorstehenden beschriebene Feldeffekttransistor mit einer solchen Schutzdiode kann nach folgendem Verfahren hergestellt werden.The field effect transistor described above with such a protective diode can according to the following Process are produced.

Zunächst wird ein N-leitender Siliziumgrundkörper 11 mit einem spezifischen Widerstand von 1 bis 10 Ω · cm und einer Dicke von etwa 200 μηι hergestellt, auf dessen Oberfläche ein Siliziumoxydfilm 19 von 5000 bis 10 000 A durch thermisches Aufwachsen erzeugt wird. Durch Anwendung der Photoätzbehandlung auf die Oxydschicht werden ein erstes Loch und ein zweites Loch für eine Emitterzone 12 und eine Kollektorzone 13 vorgesehen. Eine Akzeptorverunreinigung wie Bor wird durch diese Löcher in die Oberfiächenzone des Grundköroers eindiffundiert, um dadurch eine Emitterzone 12 und eine Kollektorzone 13 mit einer Tiefe von 4 bis 8 μΐπ herzustellen, wie in F i g. 2 gezeigt ist. Durch diese Diffusionsbehandlung werden die Löcher mit einem neuen Oxydfilm bedeckt. Ein drittes Loch für eine Diodenzone 16 wird an einer anderen StelL der Oxydschicht 19 angebracht. Eine Verunreinigung v»ie Bor wird durch das dritte Loch flach eindiffundiert, um eine Diodenzone 16 mit einer Tiefe von weniger als 2 μΐη, vorzugsweise etwa 1 μΐη, zu bilden. Es ist wünschenswert, daß die Diodenzone 16 eine kleine Fläche einnimmt, damit die Parallelkapazität C verkleinert wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Nach der flachen Diffusion wird das dritte Loch mit einem neuen Oxydfilm bedeckt. Anschließend wird ein Teil der dickeren Oxydschicht, die zwischen der Emitter- und der Kollektorzone liegt, entfernt, um die Oberfläche des Grundkörpers freizulegen. Dieser freigelegte Teil wird Hochtemperaturwasserdampf zwecks Oxydation ausgesetzt, so daß ein neuer Gatteroxydfilm 14 aus Siliziumoxyd mit einer Dicke von 1000 bis 1500 A aufwächst. Ein Teil der Oxydschicht auf der Diodenzone 16, der Emitierzone 12 und der Kollektorzone 13 wird entfernt, um je ein Loch für eine Elektrodenschicht an jeder Zone vorzusehen. Aluminium wird auf die Oberfläche des Grundkörpers und der Oxydschicht 14 und 19 aufgedampft. Nachher wird die Aluminiumschicht so entfernt, daß die Einpangsanschlußschicht 20a, die Verbindungsschicht 20ft in Berührung mit der Diodenzone 16 und der (iatter-First, an N-conductive silicon base body 11 with a specific resistance of 1 to 10 Ω cm and a thickness of about 200 μm, on the surface thereof, a silicon oxide film 19 of 5000 to 10,000 Å by thermal growth is produced. By applying the photo-etching treatment to the oxide layer, a first Hole and a second hole for an emitter zone 12 and a collector zone 13 are provided. An acceptor impurity like boron is diffused through these holes into the surface zone of the basic body, to thereby produce an emitter zone 12 and a collector zone 13 with a depth of 4 to 8 μΐπ, as in Fig. 2 is shown. Through this diffusion treatment, the holes are filled with a new one Oxide film covered. A third hole for a diode zone 16 is made at another point of the oxide layer 19 attached. An impurity such as boron is diffused flat through the third hole, by one Diode zone 16 with a depth of less than 2 μΐη, preferably about 1 μΐη to form. It is desirable that the diode zone 16 occupies a small area so that the parallel capacitance C is reduced, as shown in FIG. After the shallow diffusion the third hole is covered with a new oxide film. Then part of the thicker oxide layer is which lies between the emitter and the collector zone, removed to the surface of the base body to expose. This exposed part is exposed to high temperature water vapor for the purpose of oxidation, so that a new gate oxide film 14 of silicon oxide with a thickness of 1000 to 1500 Å grows. Part of the oxide layer on the diode zone 16, the emitting zone 12 and the collector zone 13 is removed to provide a hole for an electrode layer at each zone. Aluminum will vapor-deposited onto the surface of the base body and the oxide layer 14 and 19. Afterwards the Aluminum layer removed so that the capture connection layer 20a, the connection layer 20ft in contact with the diode zone 16 and the (iatter-

schicht 20c die Gatterschicht 20c, die Emitterelekrode S und Se KoSorelektrod'e D übrigbleiben, wodurch ein Aufbau gemäß F i g. 2 erhalten wird. SidiHerstellungsmethode kann derlayer 20c the gate layer 20c, the emitter electrode S and Se KoSorelectrodes D remain, whereby a structure according to FIG. 2 is obtained. Sidi manufacturing method can be the

3&£ Gatters wird durch diesen Aufbau um das Drei- bis Vierfache im Vergleich zum Stand der Technik nach F i g. 1 verbessert. Man beobachtet ζ Β beim FeIdeffekttransistor nach Fig.1. daß Anlegung e me 3 & £ Gatters is three to four times that of the prior art according to FIG. 1 improved. One observes ζ Β in the field effect transistor according to Fig.1. that creation e me

^rHS3^ rHS3

d? AbsÄ oder der KanaSJ& zwischen diesen de> Abstanaes oaeuer *. _il id died? AbsÄ or the KanaS J & between these de> Abstanaes oaeuer *. _il id die

die Anlegung einer solchen Spannung kaum einen Zwichenfall hervorruft und sogar die Anlegung vonthe application of such tension hardly anyone Incident and even the application of

dieser Zonen gesteuert.controlled by these zones.

t!h^t! h ^

Wie im Ersatzschaltbild nach Fi g 5b gezetgMst,As shown in the equivalent circuit diagram according to Fig. 5b,

die gleichdie gje.cnthe same the gje.cn

aoao

zu erzielento achieve

fo ge einer Jfollowing a J

zeitig mit der ^^^Xearly with the ^^^ X

genng sein. D.e genaue BJmdlung soteher ^be acceptable. D.e exact description soteher ^

durch Photoatzen sollte mit einer hohe er^ Praaaonby Photoatzen should be with a high he ^ Praaaon

durchgefuhrt werden welche»vomwhich are carried out »from

punkt aus »^^tel^point from »^ ^tel ^

thode erzielte Erzeugnis Jf f gS^^ _a5 method obtained product Jf f gS ^^ _a5

gemäß der Erfindung die Dtan ^der ^^ld^ ^Zo^ⁿ according to the invention the Dtan ^der ^ ^ld ^ ^Zo ^ ⁿ

12 und 13 getrennt von .der ^Diod 12 and 13, separated by .the ^diod

als die Diodenzone gemachmade as the diode zone

zwischen den beiden Lochernbetween the two holes

Zonen groß sein und ^Ε™^_π%^^η^Zones be large and ^Ε ™ ^ _π % ^^ η ^

Eigenschaften lassen_sichι durch ^e'J^e" ^ε\™" ^Properties let_sichι by ^e 'J ^e " ^ε \ ™" ^

einen Fea Fe

etwa 2 μΐη durchabout 2 μΐη through

derthe

von4^
PN-Obergangesof4 ^
PN transition

Ln der Größe Kollektor--Ln the size of the collector

hohen Wert, wahrendI ucj *^°f ™*\" j* * 17 mit einer gingen Tiefe von 1 bis 2 μΐη einen ^οΖΐ^™, daß auch ein Siiizium-high value, while I ucj * ^ ° f ™ * \ "j * * 17 with a depth of 1 to 2 μΐη went a ^ οΖΐ ^ ™, that also a silicon

»n !teile des Siliziumoxydfihnes 19 verwennitndfilrn an Stelle des Miiziumo y"No parts of the silicon oxide film 19 are used in place of the Miikumo y

det werden Kann. ^^ _{Feldeffekttran}.can be det. ^^ _{Field Effect Oil} .

i i Schutzelement in einem anderen geschaltet ist. Das heißt, daß man unter der Bedin- | _der ^ _n ^ _{die Emittere},_ek-ii protection element is switched in another. That means that under the condition | _the ^ _n ^ _{the emitters} , _e k-

Sode S auf einem nahezu gleichen elektrischen Poten_werde ^ ^ _{Stoß mit} If S at an almost equal electrical potential _{will be} ^ ^ _{shock with}

f _{oßen A litude>
die die} Durchschlagsspannung der Gatterisolierung 32 übersteigt, zwischen dem Eingangsanschluß 33 und der Emitterelektrode 5 angelegt wird und eine Sperrvorspannung am PN-_üb ⁸ _ergang27 der Diode ergibt, annehmen kann, daß _der J_urc ^g _{hbruch der} Diode viel eher auftritt als der Durchschlag der Gatterisolierung, da die Zeitkon_stante des Eingangskreises des Transistors, der parallel zur Diode geschaltet ist, durch die Einfügung des _Widerstandes 26 viel größer als die der Diode gemacht wird, die durch die Kapazität der Diode 27 und den äquivalenten Widerstand 30 des Grundkörpers 21 bestimmt wird. Der Widerstand 31 in F i g- 5 b zeigt den Ersatz-Widerstand in der Emitterzone 22 in Fig. 5 a, und der Widerstandswert ist etwa e.nige _ß. Niedrig-Paß-R-C-Filters f _{variables A litude> which} exceeds _the breakdown voltage of the gate insulation 32, between the input terminal 33 and the emitter electrode 5 is applied, and a reverse bias on the PN _üb ⁸ _erg ang27 of the diode results, can be considered that _the J _URC ^g _{hbruch the} diode rather occurs when the breakdown of the gate insulation, since the Zeitkon _constant of the input circuit of the transistor which is connected in parallel to the diode, Boar d of Management by the insertion of the _Wide 26 much larger than that of the diode is made, the 27 and the equivalent resistance by the capacitance of the diode 30 of the base body 21 is determined. The resistor 31 in Fig. 5b shows the equivalent resistance in the emitter zone 22 in Fig. 5a, and the resistance value is approximately equal to _ß . Low Pass RC Filters

durch die Widerstandskomponente der Diodenzone 26 und des PN-Übergang«» senkt die Amplitudedue to the resistance component of the diode zone 26 and the PN junction «», the amplitude is reduced

_einer Stoßspannung mit besonderer Art von Wellen- ^^ ^^ ^ ^ _{Durchschlag der Elektrode} nocl^ vollständiger verhindert wird. _an impulse voltage with a special kind of wave ^^ ^^ ^^ _{breakdown of the electrode} nocl ^ is prevented more completely.

Obwohl die vorstehenden Erläuterungen zu beson_{deren Ausführungsbeipielen der Erfindung} gegebenAlthough the above explanations are given to particular _{embodiments of the invention}

_wurden, kann es möglich sein leicht geringere Abweichungen vorzunehmen, ohne den Bereich der _was n, it may be possible to make slight deviations without changing the range of

Kombination einer einfach her-Combination of a simple

e^on^ge ^ on ^ g

Fine flache P-leitendl Diffusionszone 26Fine flat P-conductive diffusion zone 26

bis fZ S hat einen Eingangsanschluß 33 bisiMrn iiere ₆ a _tterelek_ bis fZ S has an input connection 33 bisiMrn iiere ₆ a _tterelek _

ffito Größenordnung von besteht in der flachen Diffusions-ffito order of magnitude consists in the shallow diffusion

Sn Anichiüssen 33 und 34. Die _3bi6F Sn Anichiüssen 33 and 34. The _3bi6F

f₂Ääer Sn Anichiüssen 33 und 3 zone^zwiscnen^ _{?7istetwa3bis6pF} f ₂ Ääer Sn Anichiuts 33 and 3 zone ^ between ^ _{? 7istwa3bis6pF}

DiiFunktion _zur Verhinderung des Durchschlags des ^ ^ ^ _Gelegenheh _ysn^ ^ ^^ DiiFunktion _to prevent the breakdown of the ^ ^ ^ ^ ^ ^^ _Gelegenheh _ysn

sprechend die Wahl zu treffen, daß man einen N-Kanal-Sperrschicht-FET und andere Feldeffekthalb_leitereinnchtungen m Kombination mit einer PN-Diode, einer NP-Diode, einer PNP-Diode oder einer NPN-Diode oder mit einer geeigneten Vorspannung verwendet, die solchen Dioden entsprechend einer erforderlichen Polarität eines Eingangssignals zukommt. to meet speaking, the choice that one uses an N-channel junction type FET, and other field-effect semi _leit ereinnchtungen m combination with a PN-diode, an NP diode, a PNP diode or an NPN diode, or with an appropriate bias voltage, which is assigned to such diodes in accordance with a required polarity of an input signal.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims

1 2 steps: production of a semiconductor base-patent claims: pers of a first conductivity tryp with a main surface, formation of two diffusion

1. Feldeffekthalbleiteranordnung mit isoliertem zonen eines zweiten Leitfähigkeitstyps mit beGatter und einem Schaltungselement zur Verhin- 5 stimmter Tiefe in der Hauptoberfläche des derung eines Durchschlages, bestehend aus einem Grundkörpers, Bildung einer dritten, im Vergleich Halbleitergrundkörper eines ersten Leitfähigkeits- zu den beiden ersten flacherea Diffusionszone des typs mit einer Hauptoberfläche, einer ersten und zweiten Leitfähigkeitstyps in der Hauptoberfläche, einer zweiten Halbleiterzone, eines zweiten Leit- Anbringen einer Isolierschicht auf der Hauptfähigkeitstyps in der Hauptoberfläche des Grund- io oberfläche zur Bedeckung wenigstens eines Teils körpers, einer dritten Halbleiterzone des zweiten des an der Hauptoberfläche frei liegenden Anteils Leitfähigkeitstyps in der Hauptoberfläche im Ab- . der zwischen dem Grundkörper und den tieferen stand zur ersten Halbleiterzone, einer Isolier- Diffusionszonen gebildeten PN-Übergänge und schicht auf der Hauptoberfläche des Grundkör- Anbringen von Elektroden an einem Teil der pers, die wenigstens einen Teil der zwischen der 15 Isolierschicht und zwei verschiedenen Teilen der ersten Zone und der zweiten Zone und dem flacheren Diffusionszone des zweiten Leitfähig-Grundkörper gebildeten PN-Übergänge bedeckt, keitstyps.1. Field effect semiconductor device with isolated zones of a second conductivity type with a gate and a circuit element for preventing 5 certain depth in the main surface of the Change of a breakthrough, consisting of a basic body, formation of a third, in comparison Semiconductor base body of a first conductivity to the first two flat diffusion zone of the types with a main surface, a first and second conductivity type in the main surface, a second semiconductor zone, a second conductive application of an insulating layer on the main capability type in the main surface of the base surface to cover at least a part body, a third semiconductor zone of the second of the exposed portion on the main surface Conductivity type in the main surface in the down. the one between the main body and the deeper ones stood to the first semiconductor zone, an insulating diffusion zone formed PN junctions and layer on the main surface of the base body attaching electrodes to part of the pers that at least part of the between the 15 insulating layer and two different parts of the first zone and the second zone and the flatter diffusion zone of the second conductive base body covered PN junctions formed, keittyp.

einer Gatterelektrodenschicht auf der Isolier- a gate electrode layer on the insulating

schicht, einer ersten, auf der Oberfläche der dritten Zone gebildeten Leitschicht, einem Leit- aolayer, a first conductive layer formed on the surface of the third zone, a conductive ao

element zur elektrischen Verbindung der Gatter- Die Erfindung bezieht sich auf eine Feldeffekthalb-element for the electrical connection of the gate- The invention relates to a field effect semi-

elektrodenschicht und der Leitschicht, und mit leiteranordnung mit isoliertem Gatter und einem einer gegenüber der Durchschlagspannung der Schaltungselement zur Verhinderung eines DurchIsolierschicht unter der Gatterelektrodenschicht schlags, bestehend aus einem Halbleitergrundkörper niedrigeren Durchbruchsspannung des zwischen »5 eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Hauptoberder dritten Zone und dem Grundkörper gebilde- fläche, einer ersten und einer zweiten Halbleiterzone ten PN-Übergangs, dadurch gekenn- eines zweiten Leitfähigkeitstyps in der Hauptoberzeichnet, daß die dritte Halbleiterzone (16 fläche des Grundkörpers, einer dritten Halbleiterzone bzw. 26) eine geringere Tiefe in dem Halbleiter- des zweiten Leitfähigkeitstyps in der Hauptoberfläche grundkörper (11 bzw. 21) als die erste und die 30 im Abstand zur ersten Halbleiterzone, einer Isolierzweite Halbleiterzone (12, 13 bzw. 22, 23) auf- schicht auf der Hauptoberfläche des Grundkörpers, weist. die wenigstens einen Teil der zwischen der erstenelectrode layer and the conductive layer, and with a conductor arrangement with an insulated gate and a one against the breakdown voltage of the circuit element to prevent a blow-through insulation layer under the gate electrode layer, consisting of a semiconductor base body lower breakdown voltage of the area formed between »5 of a first conductivity type with a main surface of the third zone and the main body, a first and a second semiconductor zone th PN junction, characterized by a second conductivity type in the main above that the third semiconductor zone (16 surface of the base body, a third semiconductor zone or 26) a shallower depth in the semiconductor of the second conductivity type in the main surface base body (11 or 21) as the first and 30 at a distance from the first semiconductor zone, an insulating second semiconductor zone (12, 13 or 22, 23) on the main surface of the base body, shows. the at least part of the between the first

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Zone und der zweiten Zone und dem Grundkörper kennzeichnet, daß eine zweite Leitschicht (34) gebildeten PN-Übergänge bedeckt, einer Gatterelekan der dritten Zone (26) im Abstand zur ersten 35 trodenschicht auf der Isolierschicht, einer ersten, auf Leitschicht (33) derart vorgesehen ist, daß der der Oberfläche der dritten Zone gebildeten Leit-Gatterelektrode (G) über die zweite Leitschicht schicht, einem Leitelement zur elektrischen Verbinein Eingangssignal zuführbar ist. dung der Gatterelektrodenschicht und der Leitschicht,2. Arrangement according to claim 1, characterized ge zone and the second zone and the base body indicates that a second conductive layer (34) covers formed PN junctions, a gate electrode of the third zone (26) at a distance from the first 35 electrode layer on the insulating layer, a first Conductive layer (33) is provided in such a way that the conductive gate electrode (G) formed on the surface of the third zone can be fed via the second conductive layer to a conductive element for electrical connection of an input signal. formation of the gate electrode layer and the conductive layer,

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- und mit einer gegenüber der Durchschlagsspannung kennzeichnet, daß der zwischen der ersten (33) 40 der Isolierschicht unter der Gatterelektrodenschicht und der zweiten Leitschicht (34) in der dritten niedrigeren Durchbruchsspannung des zwischen der Zone (26) bestehende Widerstand einen so gro- dritten Zone und dem Grundkörper gebildeten PN-ßen Wert zur Bestimmung einer Schaltungszeit- Übergangs und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, konstante aufweist, daß beim Anlegen einer die Eine solche Anordnung ist aus dem Katalog der Durchschlagsspannung der Isolierschicht (32) 45 General Microelectronics Inc., California, USA, vom unter der Gatterelektrode (G) übersteigenden Februar 1965 bekannt.3. Arrangement according to claim 2, characterized and with one opposite the breakdown voltage indicates that the one between the first (33) 40 of the insulating layer under the gate electrode layer and the second conductive layer (34) in the third lower breakdown voltage of the between the Zone (26) existing resistance such a large third zone and the base body formed PN-ßen value to determine a circuit time transition and a method for their production, constant has that when creating one the such an arrangement is from the catalog of Breakdown voltage of the insulating layer (32) 45 General Microelectronics Inc., California, USA, dated known under the gate electrode (G) exceeding February 1965.

Spannung zwischen der zweiten Leitschicht und Allgemein wird bei einer Halbleitereinrichtung mitThe voltage between the second conductive layer and the general is in a semiconductor device with

der ersten Zone (22) und beim so erzielten Auf- einer isolierten Gatterelektrode, wie z.B. einem MIS= treten einer Sperrvorspannung am PN-Übergang (MetallisoIatorhalbleiter-)FeldeffekttransistorzurVer-(27), zwischen dem Grundkörper (21) und der 50 hinderung eines Durchschlags der isolierten Gatterdritten Zone, die Spannung des PN-Überganges elektrode oder des dielektrischen Durchschlags einer dessen Sperrdurchbruchsspannung erreicht, bevor unter der Gatterelektrode angeordneten Isolierschicht die Durchschlagsspannung der Isolierschicht (32) infolge einer äußeren Stoßspannung die Umkehrerreicht ist. durchbruchserscheinung einer Diode ausgenutzt undof the first zone (22) and in the case of an isolated gate electrode, such as an MIS = a reverse bias occurs at the PN junction (metal isolator semiconductor) field effect transistor for ver- (27), between the base body (21) and the prevention of a breakdown of the insulated gate third zone, the voltage of the PN junction electrode or the dielectric breakdown of a whose reverse breakdown voltage is reached before the insulating layer arranged under the gate electrode the breakdown voltage of the insulating layer (32) due to an external surge voltage is reversed. breakdown phenomenon of a diode is exploited and

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- 55 dadurch eine Stoßspannung, wie z. B. ein großes Störkennzeichnet, daß der Halbleitergrundkörper N- signal oder ein Rauschsignal mit konstantem Niveau Leitung aufweist und die darin gebildeten drei blockiert. Indessen waren einige Verbesserungen in Zonen P-Leitung und daß die Tiefe der dritten solch einer bekannten Einrichtung wünschenswert, Zone (26) 2 μΐη nicht übersteigt. weil der Schutzeffekt nur in einer Niederspannungs-4. Arrangement according to claim 2, characterized thereby, a surge voltage, such as. B. a large disturbance indicates that the semiconductor body N-signal or a noise signal with a constant level Has line and blocked the three formed therein. Meanwhile, some improvements were in Zones P-line and that the depth of the third such known facility is desirable Zone (26) does not exceed 2 μΐη. because the protective effect is only available in a low-voltage

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- 60 zone oder bei einer Stoßspannung mit einer speziellen kennzeichnet, daß nur ein Teil (28) des zwischen Wellenform erzielbar ist. Außerdem schlägt, wenn dem Grundkörper (21) und der dritten Zone (26) eine Stoßspannung mit einer äußerst steilen Anstiegsgebildeten PN-Überganges (27) als Schutzdiode charakteristik angelegt wird, die Isolierschicht oft dient. durch, bevor die Schutzdiode funktioniert.5. Arrangement according to claim 2, characterized by 60 zone or in the case of an impulse voltage with a special one indicates that only a portion (28) of the intermediate waveform is achievable. It also suggests when the base body (21) and the third zone (26) a surge voltage with an extremely steep rise formed PN junction (27) is applied as a protective diode characteristic, the insulating layer often serves. before the protection diode works.

6. Verfahren zum Herstellen einer Feldeffekt- 65 Eine Aufgabe der Erfindung ist, ausgehend von der halbleiteranordnung mit einem Schaltungselement eingangs genannten Anordnung, die Schaffung einer zur Verhinderung eines Durchschlags nach An- verbesserten Durchschlagsverhinderungs-Sch'altkreisspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfah- einrichtung für eine Feldeffekthalbleiteranordnung6. Method for producing a field effect 65 An object of the invention is, starting from the semiconductor arrangement with a circuit element initially mentioned arrangement, creating a to prevent a breakdown according to an improved breakdown prevention circuit claim 1, characterized by the following method device for a field effect semiconductor arrangement