DE3104192C2

DE3104192C2 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE3104192C2
Application number: DE3104192A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Yokohama Komatsu
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-02-15
Filing date: 1981-02-06
Publication date: 1987-01-29
Also published as: GB2069756B; DE3104192A1; GB2069756A; JPS56114381A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit einer Isolierschicht (10), einer auf letzterer ausgebildeten ersten p-Zone (12-1) und einer ersten n-Zone (12-2), die eine erste Diode darstellen, sowie einer zweiten p-Zone (12-4) und einer zweiten n-Zone (12-3) zur Bildung einer zweiten Diode. Die erste p-Zone (12-1) grenzt bzw. schließt an die zweite n-Zone (12-3) an und ist von der zweiten p-Zone (12-4) isoliert, während die erste n-Zone (12-2) an die zweite p-Zone (12-4) angrenzt bzw. anschließt und gegenüber der zweiten n-Zone (12-3) isoliert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus IEEE journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-11, No. 4, August 1976, Seiten 431-442, ist eine derartige Halbleitervorrichtung in SOS/MOS-Technik bekannt. Bei dieser Halbleitervorrichtung liegen hochspannungsfeste MOS-Transistoren zusammen mit MOS-Schaltkreisen für Niederspannungen auf demselben SOS- Chip.
Bisher wurden Dioden in einer polykristallinen Siliziumschicht auf einer Isolierschicht durch Dotieren der Siliziumschicht mit verschiedenen Fremdatomen ausgebildet. Da derartige Dioden zwischen oder über in einem monokristallinen Siliziumsubstrat geformten Halbleiterelementen, wie Widerständen, Dioden, Transistoren, ausgebildet werden können, ist eine Halbleitervorrichtung mit in ihrer polykristallinen Siliziumschicht ausgebildeten Dioden einer höheren Integrationsdichte zugänglich als eine Halbleitervorrichtung, bei welcher die Dioden zusammen mit anderen Halbleiterelementen in einem monokristallinen Siliziumsubstrat ausgebildet sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung der eingangs genannten Art mit vergleichsweise kleiner, eingenommener Oberfläche, das heißt hoher Integrationsdichte zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einer Halbleitervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 6.
Die Erfindung ermöglicht eine Halbleitervorrichtung mit vergleichsweise kleinem Flächenbedarf und damit hoher Integrationsdichte.
Damit läßt sich eine Diodenschaltung herstellen, bei der Halbleiterzonen verschiedenen Leitungstyps in Form einer geschlossenen Schleife angeordnet und unerwünschte pn-Ubergänge mittels Leiterschichten kurzgeschlossen sind.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild einer an sich bekannten bidirektionalen bzw. Zweiwege-Diodenschaltung,
Fig. 2 eine Aufsicht auf eine bisherige, bei bidirektionale Diodenschaltung gemäß Fig. 1 bildende Halbleitervorrichtung,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 eine Aufsicht auf eine eine bidirektionale Diodenschaltung gemäß Fig. 1 bildende Halbleitervorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,
Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4,
Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 4,
Fig. 7 und 8 den Fig. 5 und 6 ähnelnde Darstellungen von Abwandlungen der Halbleitervorrichtung gemäß den Fig. 4 bis 6,
Fig. 9 eine Aufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 10 ein Schaltbild einer bisherigen Muting- bzw. Geräuschsperrsteuerschaltung mit einer bidirektionalen Diodenschaltung,
Fig. 11 eine Aufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, welche die bidirektionale Diodenschaltung bei der Geräuschsperrsteuerschaltung gemäß Fig. 10 bildet, und
Fig. 12 eine Aufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Im allgemeinen wird eine bidirektionale bzw. Zweiwege-Diodenschaltung mit zwei Dioden 1 und 2, die entgegengesetzte Polaritäten besitzen und auf die in Fig. 1 gezeigte Weise zueinander parallelgeschaltet sind, beispielsweise auf die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Art durch eine Halbleitervorrichtung geformt. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird die Diode 1 durch elektrische Verbindung sowohl einer Kollektorzone 3 als auch einer Basiszone 4 einer Transistorstruktur mit einer Elektrode 5 und Verbindung einer Emitterzone 6 mit einer Elektrode 7 hergestellt. Die Diode 2 wird auf ähnliche Weise und mit Abstand zur Diode 1 ausgebildet. Die beiden Dioden 1 und 2 werden durch Leiterschichten 8 und 9 verbunden.
Bei dieser bisherigen Halbleitervorrichtung nimmt jedoch die Verbindung der getrennt ausgebildeten Dioden eine vergleichsweise große Fläche ein.
Die in den Fig. 4 bis 6 dargestellte Halbleitervorrichtung weist ein isolierendes Substrat 10 und eine darauf ausgebildete Halbleiterzone 12 auf, die durch Ausbildung, beispielsweise durch chemisches Aufdampfen (CVD), einer polykristallinen Siliziumschicht auf dem isolierenden Substrat 10, selektives Abtragen des Mittelbereiches der polykristallinen Siliziumschicht durch z. B. Plasmaätzung zwecks Bildung einer Zwischenraumzone 14 und anschließendes Dotieren von Bereichen oder Zonen 12-1 bis 12-4, die durch zwei einander in der Zwischenraumzone 14 unter einem rechten Winkel schneidende Linien geviertelt sind, mit p- und n-Typ- Fremdatomen nach z. B. dem Ionenimplantationsverfahren geformt worden ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Zonen 12-1 und 12-4 p-Zonen, während die Zonen 12-2 und 12-3 n-Zonen darstellen. Auf der Halbleiterzone 12 wird eine Isolierschicht 16 vorgesehen; außerdem werden auf ihr Metallelektroden 18 und 20 zur elektrischen Verbindung der p- und n-Zonen 12-1 bzw. 12-2 mit den n- und p-Zonen 12-3 bzw. 12-4 über in der Isolierschicht 16 vorgesehenen Kontaktlöcher ausgebildet.
Es ist zu beachten, daß die Zonen 12-1 bis 12-4 in Form einer geschlossenen Schleife angeordnet sind. Dies bedeutet, daß sich die p-Zone 12-1 unter Bildung eines pn-Übergangsbereichs an die n-Zone 12-2 anschließt, während sie sich auch an die n-Zone 12-3 anschließt und mit dieser mittels einer Metallelektrode 18 elektrisch verbunden ist. Andererseits schließt sich die p-Zone 12-4 unter Bildung eines pn-Übergangsbereichs an die n-Zone 12-3 an, während sie sich auch an die n-Zone 12-2 anschließt und mit dieser über eine Metallelektrode 20 elektrisch verbunden ist. Weiterhin ist die p-Zone 12-4 durch die Zwischenraumzone 14 von der p-Zone 12-1 getrennt bzw. isoliert. Das Äquivalentschaltbild für die Halbleitervorrichtung gemäß den Fig. 4 bis 6 entspricht dem Schaltbild von Fig. 1. Die Halbleitervorrichtung gemäß den Fig. 4 bis 6 läßt sich jedoch miniaturisieren, indem die Größe des Zwischenraums 14 zum Trennen der p- und n-Zonen 12-1 bzw. 12-2 von den p- und n-Zonen 12-4 bzw. 12-3 reduziert wird. Beispielsweise kann der Zwischenraumzone 14 durch Plasmaätzung eine Größe von 2 x 2 µm bis 4 x 4 µm verliehen werden. Hierbei läßt sich die von der Halbleitervorrichtung eingenommene Fläche auf 10 x 10 µm bis 20 x 20 µm verringern.
Die Fig. 7 und 8 sind den Fig. 5 und 6 ähnelnde Schnittansichten einer Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die - ebenso wie die Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 4 bis 6 - vier auf einer Isolierschicht 10 ausgebildete Halbleiterzonen aufweist. Bei der Halbleitervorrichtung gemäß den Fig. 4 bis 6 wird die polykristalline Siliziumschicht in der Zwischenraumzone 14 und in Totzonen abgetragen. Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 7 und 8 werden dagegen Abschnitte einer polykristallinen Siliziumschicht in diesen Bereichen zur Herstellung von Oxidschichten selektiv oxidiert. Genauer gesagt: eine Siliziumoxidzone 22 als Isolierzone wird anstelle der Zwischenraumzone 14 vorgesehen, während eine Siliziumoxidschicht 24 am Rand der vier, die Zonen 12-1 bis 12-4 einschließenden Bereiche ausgebildet wird. Die Halbleitervorrichtung gemäß den Fig. 7 und 8 läßt sich ebenfalls miniaturisieren, weil die Zonen 12-1 und 12-2 mittels der vergleichsweise schmalen Siliziumoxidzone 22 gegenüber den Zonen 12-4 bzw. 12-3 isoliert werden können.
Fig. 9 ist eine Aufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Diese Halbleitervorrichtung ist mit einer Halbleiterzone 32 versehen, die auf dieselbe Weise wie die Halbleiterzone 12 bei der Halbleitervorrichtung gemäß den Fig. 4 bis 6 auf einer Isolierschicht ausgebildet ist. Die Halbleiterzone 32 umfaßt eine Anzahl von p- und n-Zonen 32-11 bis 32-44, die in Form einer Matrix abwechselnd sowohl in lotrechter als auch in waagerechter Richtung aneinander angrenzen. Wenn die Zone 32-22 vom p-Typ ist, sind die Zonen 32-11, 32-13, 32-31 und 32-33 vom p-Typ und die Zonen 32-12, 32-21, 32-23 und 32-32 vom n-Typ. Durch selektive Ausbildung von Elektroden auf den auf beschriebene Weise angeordneten pund n-Zonen kann eine gewünschte Diodenmatrixschaltung hergestellt werden.
10 veranschaulicht eine an sich bekannte Steuerschaltung für eine Geräuschsperrschaltung mit einer bidirektionalen bzw. Zweiwege-Diodenschaltung 40. Bei dieser Steuerschaltung bestehen Stromquellen 42 und 44 jeweils aus einer Differenzverstärkerschaltung, die an der einen Eingangsklemme eine Bezugsspannung und an der anderen Eingangsklemme eine Steuerspannung abnimmt. Bei einer Änderung der Steuerspannung nehmen die über die Stromquellen 42 und 44 fließenden Ströme die Größen (IO+Δ IO) bzw. (IO-Δ IO) an. Dabei ändert sich die Größe Δ IO mit einer Änderung der Steuerspannung. Mittels dieser Änderung der Steuerspannung zur Änderung der über die Stromquellen 42 und 44 fließenden Ströme werden die über die Dioden 40-1 bis 40-4 der Diodenschaltung 40 fließenden Ströme gesteuert. Die Ausgangsspannungen an Ausgangsklemmen Vl und V2 werden entsprechend den über diese Dioden 40-1 bis 40-4 fließenden Strömen gesteuert. Die Ausgangsspannungen von den Ausgangsklemmen V 1 und V 2 zusammen mit einer Ausgangsspannung an einer Ausgangsklemme V 3 dienen zur Ansteuerung eines nicht dargestellten Geräuschsperr-Schalterkreises.
Fig. 11 veranschaulicht eine Halbleitervorrichtung, welche die bidirektionale Diodenschaltung 40 bei der Steuerschaltung nach Fig. 10 bildet. Diese Halbleitervorrichtung umfaßt n-Zonen 40-5 bis 40-7, p-Zonen 40-8 bis 40-10 und Leiterschichten 40-11 bis 40-13. Die n-Zone 40-5 stößt oder grenzt unter Bildung der Diode 40-1 an die p-Zone 40-9 an, die p-Zone 40-8 grenzt unter Bildung der Diode 40-2 an die n-Zone 40-6 an, die n-Zone 40-7 grenzt unter Bildung der Diode 40-3 an die p-Zone 40-9 an, und die p-Zone 40-10 grenzt unter Bildung der Diode 40-4 an die n-Zone 40-6 an. Die Leiterschicht 40-1 1 dient zur elektrischen Verbindung der Zonen 40-5 und 40-8 mit der Ausgangsklemme V 1, während die Leiterschicht 40-12 die Zonen 40-6 und 40-9 elektrisch mit der Ausgangsklemme V 3 und die Leiterschicht 40-13 die Zonen 40-7 und 40-10 elektrisch mit der Ausgangsklemme V 2 verbinden. Weiterhin sind die Zonen 40-6 und 40-9 durch eine Isolierzone 40-14 elektrisch von den Zonen 40-5 bzw. 40-8 sowie durch eine Isolierzone 40-15 elektrisch von den Zonen 40-7 bzw. 40-10 isoliert. Die Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 11 kann wesentlich kleiner ausgebildet werden als eine Halbleitervorrichtung, bei welcher alle Halbleiterelemente der Schaltung nach Fig. 10 in einer monokristallinen Siliziumschicht ausgebildet sind, weil sie auf einer Isolierschicht geformt werden kann, unter welcher ein Halbleitergebilde vorgesehen ist, welches die anderen Halbleiterelemente der Schaltung gemäß Fig. 10 darstellen soll.
Der bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 in vier Abschnitte oder Zonen unterteilte Halbleiterbereich 12 kann in eine beliebige andere Zahl, z. B. sechs, Zonen unterteilt sein. Weiterhin können die Isolierzonen 14 und 22 eine beliebige andere Form besitzen. Anstelle der Leiterschicht 40-12 bei der Ausführungsform nach Fig. 11 können zudem getrennte Leiterschichten für die p- und n-Zonen vorgesehen sein, so daß eine Vollweg- Diodengleichrichterschaltung gebildet wird. Letztere läßt sich dadurch erhalten, daß die Halbleiterzone 12 in sechs Abschnitte unterteilt wird und die Leiterschichten auf die in Fig. 12 gezeigte Weise selektiv auf der Halbleiterzone 12 ausgebildet werden. In Fig. 12 sind die Zonen 40-1 bis 40-3 vom p-Typ und die Zonen 40-4 bis 40-6 vom n-Typ.
Darüber hinaus dienen eine Leiterschicht 40-7 zur elektrischen Verbindung der Zonen 40-1 und 40-4 und eine Leiterschicht 40-8 zur elektrischen Verbindung der Zonen 40-3 und 40-6. Bei dieser Vollweg-Gleichrichterschaltung wird ein Eingangswechselstrom an die Leiterschichten 40-7 und 40-8 angelegt, während ein Ausgangsgleichstrom von den Leiterschichten 40-2 und 40-5 abgenommen wird.

Claims

1. Halbleitervorrichtung, bestehend aus einer Isolierschicht, mehreren auf dieser ausgebildeten ersten Halbleiterzonen des einen Leitungstyps und mehreren auf der Isolierschicht ausgebildeten zweiten Halbleiterzonen des den ersten Halbleiterzonen entgegengesetzten Leitungstyps, wobei die zweiten Halbleiterzonen im Zusammenwirken mit den ersten Halbleiterzonen mehrere pn-Übergangsbereiche bilden, derart, daß zumindest erste und zweite der ersten Halbleiterzonen, die voneinander getrennt sind, sowie zumindest erste und zweite der zweiten Halbleiterzonen, die voneinander getrennt sind, abwechselnd aneinander angrenzen, wobei einzelne Halbleiterzonen unterschiedlichen Leitungstyps durch über diesen verlaufende Leiterschichten miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnd aneinander angrenzenden Halbleiterzonen (12-1, 12-2, 12-3, 12-4; 32-22, 32-22, 32-23, 32-32, 32-33; 40-5, 40-6, 40-7, 40-8, 40-9, 40-10) in Form einer geschlossenen Schleife angeordnet sind, derart, daß diejenigen Halbleiterzonen (12-1, 12-3, 12-4; 40-5, 40-8; 40-6, 40-9; 40-7, 40-10) die durch Leiterschichten (18; 20; 40-11; 40-12; 40-13) miteinander verbunden sind, aneinander angrenzend angeordnet sind, daß eine Zwischenraumzone (14, 22) zwischen den Halbleiterzonen des gleichen Leitungstyps vorgesehen ist, und daß eine Isolierschicht (16, 24) in einer zweiten Ebene über den pn-Übergangsbereichen liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte der erstgenannten Halbleiterzonen (32-13; 40-8) in Kontakt mit einer zweiten der zweitgenannten Halbleiterzonen (32-33; 40-6) ausgebildet und von der ersten der erstgenannten Halbleiterzonen (32-22; 40-9) isoliert ist, und daß eine dritte der zweitgenannten Halbleiterzonen (32-12; 40-5) in Kontakt mit der ersten und der dritten der erstgenannten Halbleiterzonen (32-22, 32-13; 40-9, 40-8) ausgebildet und von der zweiten der zweitgenannten Halbleiterzonen (32-23; 40-6) isoliert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Isolierzonen (22) in Bereichen ausgebildet sind, die selektiv durch erste bis dritte der erstgenannten Halbleiterzonen sowie erste bis dritte der zweitgenannten Halbleiterzonen festgelegt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß leitfähige bzw. Leiterschichten (40-11, 40-12, 40-13) zur elektrischen Verbindung von erster bis dritter der erstgenannten Halbleiterzonen mit zweiter, erster bzw. dritter der zweitgenannten Halbleiterzonen vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem durch erste und zweite der erstgenannten Halbleiterzonen sowie erste und zweite der zweitgenannten Halbleiterzonen festgelegten Bereich eine Isolierzone (22) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß leitfähige bzw. Leiterschichten (40-11, 40-12, 40-13) zur elektrischen Verbindung von erster und zweiter der erstgenannten Halbleiterzonen mit zweiter bzw. erster der zweitgenannten Halbleiterzonen zwecks Bildung einer bidirektionalen bzw. Zweiwege-Diodenschaltung vorgesehen sind.