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Dokumentenidentifikation DE102005027368A1 28.12.2006
Titel Halbleiterschutzstruktur für eine elektrostatische Entladung
Anmelder ATMEL Germany GmbH, 74072 Heilbronn, DE
Erfinder Dudek, Volker, Dr., 74336 Brackenheim, DE;
Graf, Michael, Dr., 71397 Leutenbach, DE;
Klaussner, Manfred, 74080 Heilbronn, DE;
Dietz, Franz, 74257 Untereisesheim, DE
DE-Anmeldedatum 14.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005027368
Offenlegungstag 28.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.12.2006
IPC-Hauptklasse H01L 23/60(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 27/082(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Halbleiterschutzstruktur (10), geeignet für eine elektrostatische Entladung (ESD)
- mit einem ersten Teilbereich (12), der einen ersten, insbesondere parasitären Bipolartransistor zur Ableitung der elektrostatischen Entladung aufweist, und
- mit einem zweiten Teilbereich (14a, 14b), der einen zweiten, insbesondere parasitären Bipolartransistor aufweist,
- wobei ein erstes Basishalbleitergebiet (34, 46, 42) des ersten Bipolartransistors an ein zweites Basishalbleitergebiet (34', 46', 42') des zweiten Bipolartransistors grenzt,
- wobei das erste Basishalbleitergebiet (34, 46, 42) des ersten Bipolartransistors und das zweite Basishalbleitergebiet (34', 46', 42') des zweiten Bipolartransistors einen selben Leitungstyp aufweisen und
- wobei der erste Bipolartransistor und der zweite Bipolartransistor derart ausgebildet sind, dass zur Ableitung der elektrostatischen Entladung zumindest temporär ein Basisquerstrom von dem zweiten Basishalbleitergebiet (34', 46', 42') in das erste Basishalbleitergebiet (34, 46, 42) fließt und den ersten Bipolartransistor aufsteuert.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterschutzstruktur, die für eine elektrostatische Entladung (ESD) geeignet ist.

Aus der US 6,873,505 B2 ist ein Halbleiterbauelement bekannt, dass einen Schutzschaltkreis für elektrostatische Entladungen aufweist, der mit einer gemeinsamen Entladungsleitung (CDL) verbunden ist. In einem Ausführungsbeispiel der US 6,873,505 B2 umfasst das Halbleiterbauelement eine Vielzahl von Bondpads, denen jeweils ein Schutzschaltkreis zugeordnet ist. Zum Schutz ist ein gesteuerter Halbleitergleichrichter (SCR) aus einem pnp-Bipolartransistor und einem npn-Bipolartransistor, dessen Auslösespannung durch eine Zenerdiode als Auslöseelement reduziert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Halbleiterschutzstruktur für eine elektrostatische Entladung weiter zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird durch die Halbleiterschutzstruktur mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.

Demzufolge ist ein Halbleiterschutzstruktur vorgesehen, die für eine elektrostatische Entladung (ESD) geeignet ist. Die Halbleiterschutzstruktur weist einen ersten Teilbereich mit einem ersten, insbesondere parasitären Bipolartransistor zur Ableitung der elektrostatischen Entladung auf. Zudem weist die Halbleiterstruktur einen zweiten Teilbereich mit einem zweiten, insbesondere parasitären Bipolartransistor auf. Die Bipolartransistoren können dabei laterale oder vertikale Bipolartransistoren sein. Vorzugsweise ist die Halbleiterschutzstruktur ausschließlich durch den ersten Teilbereich und den zweiten Teilbereich gebildet. Die Bipolartransistoren sind vorteilhafterweise als parasitäre Bipolartransistoren einer Feldeffekttransistorstruktur ausgebildet. Beispielsweise ist ein Drainhalbleitergebiet der Kollektorbereich, ein Sourcehalbleitergebiet der Emitterbereich und eine Wanne mit einem Bulk-Anschluss ist der Basisbereich des ersten Bipolartransistors und/oder des zweiten Bipolartransistors.

Ein erstes Basishalbleitergebiet des ersten Bipolartransistors im ersten Teilbereich der Halbleiterschutzstruktur grenzt unmittelbar an ein zweites Basishalbleitergebiet des zweiten Bipolartransistors des zweiten Teilbereichs. Zwischen dem ersten Basishalbleitergebiet und dem zweiten Basishalbleiter ist daher weder eine Metall- noch ein Isolationsmaterial vorgesehen. Durch das unmittelbare angrenzen des ersten Basishalbleitergebietes an das zweite Basishalbleitergebiet sind diese miteinander leitfähig verbunden.

Das erste Basishalbleitergebiet des ersten Bipolartransistors und das zweite Basishalbleitergebiet des zweiten Bipolartransistors weisen dabei einen selben Leitungstyp auf. In einer ersten, bevorzugten Ausgestaltungsvariante ist das erste Basishalbleitergebiet und das zweite Basishalbleitergebiet p-dotiert. Hingegen ist in einer zweiten Ausgestaltungsvariante das erste Basishalbleitergebiet und das zweite Basishalbleitergebiet n-dotiert.

Der erste Bipolartransistor und der zweite Bipolartransistor sind derart ausgebildet sind, dass zur Ableitung der elektrostatischen Entladung zumindest temporär ein Basisquerstrom von dem zweiten Basishalbleitergebiet in das erste Basishalbleitergebiet fließt und den ersten Bipolartransistor aufsteuert.

Hierzu ist in einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass ein erster Basis-Emitter-Übergang des ersten Bipolartransistors einen geringern Widerstand aufweist, als ein zweiter Basis-Emitter-Übergang des zweiten Bipolartransistor. Alternativ oder in Kombination ist in einer anderen Weiterbildung vorgesehen, dass eine Ladungsträgergeneration in einer ersten Kollektor-Basis-Diode des ersten Bipolartransistors kleiner ist als eine Ladungsträgergeneration in einer zweiten Kollektor-Basis-Diode des zweiten Bipolartransistors.

Eine andere vorteilhafte Lösung der gestellten Aufgabe sieht vor, dass eine erste Kollektor-Basis-Diode des ersten Bipolartransistors eine größere Durchbruchspannung aufweist als eine Kollektor-Basis-Diode des zweiten Bipolartransistors. Die Durchbruchspannung ist dabei vorzugsweise durch den Zenereffekt überwiegend beeinflusst. Die unterschiedlichen Durchbruchspannungen der ersten Kollektor-Basis-Diode und der zweiten Kollektor-Basis-Diode wird vorzugsweise mit der Ausbildung der Halbleiterschutzstruktur für den zumindest temporären Basisquerstrom, der von dem zweiten Basishalbleitergebiet in das erste Basishalbleitergebiet fließt, kombiniert.

Eine andere vorteilhafte Lösung der gestellten Aufgabe sieht vor, dass der erste Bipolartransistor des ersten Teilbereichs eine größere Stromverstärkung aufweist als der zweite Bipolartransistor des zweiten Teilbereichs. Der Unterschied in der Stromverstärkung wird in einer ersten Variante durch einen Unterschied in der Basisweite zwischen dem ersten Bipolartransistor und dem zweiten Bipolartransistor erzielt. Eine zweite, mit der ersten Variante kombinierbare Variante sieht für eine unterschiedliche Stromverstärkung einen Unterschied in der Dotierstoffkonzentration von dem ersten Basishalbleitergebiet zu dem zweiten Basishalbleitergebiet vor. Ebenfalls ist es möglich, die Dotierstoffkonzentration im Emitterhalbleitergebiet des ersten Bipolartransistor und des zweiten Bipolartransistors unterschiedlich auszubilden. Diese dritte Variante kann ebenfalls mit der ersten Variante und/oder mit der zweiten Variante kominiert werden.

Vorteilhafterweise sind der erste Bipolartransistor und der zweite Bipolartransistor parallel geschaltet, so dass auch beide Emitterhalbleitergebiete und beide Kollektorhalbleitergebiete des ersten Bipolartransistors und des zweiten Bipolartransistors jeweils miteinander leitfähig verbunden sind. Vorteilhafterweise grenzen auch die Kollektorhalbleitergebiete des ersten Bipolartransistors und des zweiten Bipolartransistors und/oder die Emitterhalbleitergebiete des ersten Bipolartransistors und des zweiten Bipolartransistors jeweils unmittelbar aneinander.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die insbesondere parasitären Bipolartransistoren als geschlossene Struktur, insbesondere als Ringstruktur ausgebildet sind. Als Ringstrukturen sind runde oder ovale Strukturen vorteilhaft. Diese ermöglichen den für elektrostatische Entladungen kritischen Anschluss, im Falle von pnp-Bipolartransistoren den Kathodenanschluss der Halbleiterschutzstruktur, in den Innenbereich der Halbleiterschutzstruktur anzuordnen. Weiterhin werden durch die geschlossene Struktur Randeffekte an Grenzflächen insbesondere zu Dielektrika reduziert oder sogar vollständig ausgeschlossen.

In einer Ausgestaltung ist entlang des Außenbereichs der geschlossenen Struktur ein pn-Übergang vorgesehen, der in seiner Form die geschlossene Struktur vollständig nachbildet. Der pn-Übergang ist dabei durch die Halbleiterschutzstruktur selbst gebildet. Dieser ist vorteilhafterweise der Kollektor-Basis-pn-Übergang des ersten Bipolartransistors und des zweiten Bipolartransistors.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass innerhalb der geschlossenen Struktur der zweite Teilbereich zumindest teilweise ein Krümmungsbereich ist. Vorzugsweise ist der erste Teilbereich ausschließlich durch gerade Strukturabschnitte charakterisiert.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das zweite Basishalbleitergebiet eine geringere Dotierstoffkonzentration als das erste Basishalbleitergebiet auf. Ist das Basisgebiet beispielsweise in mehrere Dotierstoffprofile unterteilt, ist vorteilhafterweise der Unterschied in der Dotierstoffkonzentration zumindest in einer dieser Unterteilungen eingebracht. Beispielsweise kann eine (separate) Implantation oder Eindiffusion von Dotierstoffen in einen Bereich des Basishalbleitergebiets durch eine Maskierung des zweiten Basishalbleitergebiets reduziert sein.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine erste Zenerdurchbruchspannung einer ersten Kollektorbasisdiode des ersten Bipolartransistors des ersten Teilbereichs größer ist als eine zweite Zenerdurchbruchspannung einer zweiten Kollektorbasisdiode des zweiten Bipolartransistors des zweiten Teilbereichs. Die Zenerdurchbruchspannung ist dabei beispielsweise von einem Abstand zwischen einem hoch p-dotiertem Kollektorhalbleitergebiet und einem hoch n-dotiertem Basishalbleitergebiet eines pnp-Transistors abhängig. Analoges gilt für einen npn-Bipolartransistor. Weiterhin ist die Zenerdurchbruchspannung von einer Dotierstoffkonzentration in dem Basishalbleitergebiet abhängig.

Für eine unterschiedliche Zenerdurchbruchspannung ist daher vorteilhafterweise zumindest einer der Parameter aus dem Abstand und der Dotierstoffkonzentration unterschiedlich ausgebildet. Bevorzugt ist die zweite Zenerdurchbruchspannung aufgrund einer gegenüber dem ersten Teilbereich geringeren Distanz zwischen einem hochdotierten Basisanschlusshalbleitergebiet des zweiten Basishalbleitergebiets des zweiten Teilbereichs und einem hochdotierten Kollektoranschlussgebiets des zweiten Teilbereichs niedriger ist als die erste Zenerdurchbruchspannung im ersten Teilbereich, die durch eine größere Distanz zwischen einem hochdotierten Basisanschlusshalbleitergebiet des ersten Basishalbleitergebiets des ersten Teilbereichs und einem hochdotierten Kollektorhalbleitergebiet des ersten Teilbereichs charakterisiert ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind ein Anschluss eines Kollektorhalbleitergebiets von einem Anschluss eines Emitterhalbleitergebiets des ersten Teilbereichs und/oder des zweiten Teilbereich an einer Oberfläche der Halbleiterschutzstruktur durch ein Dielektrikum getrennt. Eine vorteilhafte Ausdehnung dieses Dielektrikums in die Tiefe der angrenzenden Halbleiterschicht ermöglicht zudem eine Zenerdurchbruchspannung durch eine Verlängerung der Distanz zwischen hoch p-dotiertem Halbleitergebiet und hoch n-dotiertem Halbleitergebiet in die Tiefe zu vergrößern.

Weiterhin ist vorteilhafterweise ein vergrabenes Dielektrikum zur Isolation des Kollektorhalbleitergebiets, des Basishalbleitergebiets oder des Emitterhalbleitergebiets gegenüber einem Substrat vorgesehen (SOI-Struktur). Hierzu alternativ oder in vorteilhafter Kombination weist die Halbleiterschutzstruktur eine mit Dielektrikum isolierte Grabenstruktur zur Isolation gegenüber einer benachbarten Halbleiterstruktur auf.

Im Folgenden wird die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel anhand zeichnerischer Darstellungen näher erläutert.

Es zeigen

1 eine schematische Draufsicht auf eine Halbleiterschutzstruktur, die für eine elektrostatische Entladung geeignet ist,

2 eine schematische Schnittansicht durch die Halbleiterschutzstruktur der 1,

3 eine weitere schematische Schnittansicht durch die Halbleiterschutzstruktur der 1,

4 eine schematische erste Strom-Spannungs-Kennlinie, und

5 eine schematische zweite Strom-Spannungs-Kennlinie, die der Halbleiterschutzstruktur der 1 zugeordnet ist.

Eine schematische Draufsicht auf eine Halbleiterschutzstruktur 10 zeigt die 1. Diese ist für elektrostatische Entladungen geeignet und wird auch als ESD-Struktur (engl. electro-static-discharge) bezeichnet. Diese Halbleiterschutzstruktur 10 ist mit einer integrierten Schaltung 32 verbunden, die gegen elektrostatische Entladungen durch die Halbleiterschutzstruktur 10 geschützt werden soll. Die integrierte Schaltung 32 ist mit Anschlüssen 24 und 30 mit einer Versorgungsspannungsquelle 26 verbunden. Über diese Anschlüsse 24 und 30 können zudem elektrostatische Entladungen einwirken. Zum Schutz ist die Halbleiterschutzstruktur 10 ebenfalls mit diesen Anschlüssen 24 und 30 verbunden. Vorteilhafterweise ist die Halbleiterschutzstruktur 10 mit der zu schützenden integrierten Schaltung 32 auf einem Halbleiterplättchen gemeinsam integriert und in demselben Herstellungsprozess hergestellt. Im Gegensatz zur Halbleiterschutzstruktur 10, deren Draufsicht in 1 dargestellt ist, sind der integrierte Schaltkreis 32 und die Anschlüsse 30, 24 nur funktional als Block dargestellt.

Die Halbleiterschutzstruktur 10 weist einen ersten Teilbereich 12 und einen zweiten Teilbereich 14a und 14b auf. Während der erste Teilbereich 12 ausschließlich gerade Abschnitte innerhalb der Halbleiterschutzstruktur 10 aufweist, weist der zweite Teilbereich zwei Krümmungsbereiche 14a und 14b auf. Dabei grenzen der erste Teilbereich 12 und der zweite Teilbereich 14a, 14b aneinander, so dass diese eine geschlossene Struktur in Form eines Ovals bilden. Diese wird auch als Ringstruktur bezeichnet. Ein Anodenbereich 16 ist mittels einer Anodenmetallisierung 22 an den Anschluss 24 angeschlossen. Der Anodenbereich 16 ist der Form der Ovalstruktur angepasst. Der Anodenbereich 16 bildet zudem eine äußere Begrenzung der Ovalstruktur. Ein Kathodenbereich 18 ist dagegen im Inneren der Ovalstruktur angeordnet. Der Kathodenbereich 18 ist mittels einer Kathodenmetallisierung 28 an den Anschluss 30 angeschlossen. Der Anodenbereich 16 und der Katodenbereich 18 sind an der Oberfläche der Halbleiterschutzstruktur 10 durch ein Dielektrikum 20 der Breite a voneinander getrennt.

In 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II durch die Halbleiterschutzstruktur 10 schematisch dargestellt. Die Schnittansicht ist dabei von der Anodenmetallisierung 22 bis zur Kathodenmetallisierung 28 begrenzt. Mit Ausnahme der Anodenmetallisierung 22 ist die Halbleiterschutzstruktur 10 dabei bezüglich der Achse des Ovals symmetrisch ausgebildet. Die Metallisierung 22 der Anode und die Metallisierung 28 der Kathode sind beispielsweise über eine nicht dargestellte Silizidschicht mit darunter liegenden Halbleiterbereichen 16, 42 und 44 leitend verbunden.

Im Folgenden wird die Halbleiterschutzstruktur 10 für einen pnp-Bipolartransistor näher erläutert. Das mit der Anodemetallisierung 22 leitend verbundene Halbleitergebiet 16 ist hoch p-dotiert und bildet ein Kollektorhalbleitergebiet 16 des pnp-Bipolartransistors. Ebenfalls hoch p-dotiert ist das Halbleitergebiet 44, das das Emitterhalbleitergebiet 44 bildet.

Ein Basishalbleitergebiet 34, 46, 42 ist hingegen n-dotiert. Hoch n-dotiert ist ein Anschlussgebiet 42 des Basishalbleitergebietes (34, 46, 42), das einen niederohmigen Anschluss an die Kathodenmetallisierung 28 bewirkt. Das Anschlussgebiet 42 der Basis und das Emitterhalbleitergebiet 44 sind über die Kathodenmetallisierung 28 kurzgeschlossen und weisen somit stets gleiches Potential auf. Die Gebiete 46, 34 und 40 sind hingegen niedriger n-dotiert. Dabei weist das Gebiet 34 wiederum eine geringere Dotierstoffkonzentration auf, als die Gebiete 46 und 40. Die, eine Stromverstärkung des pnp-Transistors beeinflussende Dotierstoffkonzentration innerhalb der Basis ist dabei maßgeblich durch zumindest eine der Dotierstoffkonzentrationen in den n-dotierten Halbleitergebieten 46 und 34 bestimmt. Ein weiterer Einflussfaktor ist die Basisweite W, die durch den Abstand zwischen den beiden p-dotierten Halbleitergebieten 16 und 44 des Kollektor beziehungsweise des Emitters bestimmt ist.

Zwischen dem Emitterhalbleitergebiet 44 und dem Kollektorhalbleitergebiet 16 erstreckt sich das Dielektrikum 20 der Breite a. Das Dielektrikum 20 kann in eine Vertiefung STI (shallow trench isolation) eingebracht werden. Als Dielektrikum kann beispielsweise ein PECVD-Oxid verwendet werden. Die Basisweite W ist von der Tiefe dieser mit dem Dielektrikum 20 gefüllten Vertiefung abhängig. Ein weiteres Dielektrikum 36 Isoliert das Halbleitergebiet 34 der Basis von dem Halbleitersubstrat 38, so dass eine so genannte SOI-Struktur (semiconductor on insulator) ausgebildet ist. Weiterhin kann die Halbleiterschutzstruktur 10 durch in 2 nicht dargestellte, isolierte Grabenstrukturen gegenüber benachbarten Halbleiterstrukturen isoliert sein. Zudem sind die, an die Oberfläche grenzenden Halbleiterbereiche 16, 42, 44, etc. durch eine Schicht 48 aus Bor-Phosphor-Silikat-Glas (BPSG) bedeckt.

Aufgrund des Kurzschlusses von dem Basishalbleiteranschlussgebiet 42 und dem Emitterhalbleitergebiet 44 durch die Kathodenmetallisierung 28 zeigt die Halbleiterschutzstruktur 10 zudem ein Zenerverhalten. Der Zenereffekt zwischen dem Kollektorhalbleitergebiet 16 und dem Basishalbleitergebiet 42, 46, 34 wird dabei ebenfalls durch eine Menge von Parametern, wie die Dotierstoffkonzentration in den Halbleitergebieten 34 und 46 sowie durch den Abstand zwischen dem hoch p-dotierten Kollektorhalbleitergebiet 16 und dem hoch n-dotierten Basishalbleiteranschlussgebiet 42 beeinflusst. Erreicht die Raumladungszone dabei das hoch n-dotierte Basishalbleiteranschlussgebiet 42 erfolgt der Zenerdurchbruch. Zusätzlich zum Zenereffekt erfolgt auch durch den Avalanche-Effekt eine Ladungsträgergenerierung, die ein Aufschalten des pnp-Bipolartransistors bewirken kann.

Um im Falle einer elektrostatischen Entladung den im Schnitt II-II dargestellten pnp-Bipolartransistor früher aufzuschalten, ist parallel zur Kollektorbasisdiode, die zumindest durch die Halbleitergebiete 16, 34, 46 und 42 gebildet ist, ein Auslöseelement (engl. trigger element) geschaltet. Dieses Auslöseelement bewirkt bereits bei kleineren Spannungen einen Stromfluss parallel zur Kollektorbasisdiode in das Basishalbleitergebiet 34, 46, 42. In der Halbleiterschutzstruktur 10 ist das Auslöseelement durch den zweiten Teilbereich 14a, 14b gebildet. Der zweite Teilbereich 14a, 14b ist dabei innerhalb zumindest einer Krümmung der Ovalstruktur angeordnet.

Das Auslöseelement ist im Ausführungsbeispiel ebenfalls ein weiterer pnp-Bipolartransistor, der in 3 als schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie I-I gezeigt ist. Ein Basishalbleitergebiet 34', 46', 42' des weiteren Bipolartransistors grenzt dabei unmittelbar an das Basishalbleitergebiet 34, 46, 42 des in 2 im Schnitt dargestellten pnp-Bipolartransistors. Beide Basishalbleitergebiete 34, 46, 42 und 34', 46', 42' weisen dabei denselben Leitungstyp auf. In diesem Ausführungsbeispiel der 1 grenzen ebenfalls ein Kollektorhalbleitergebiet 16' des weiteren Bipolartransistors an das Kollektorhalbleitergebiet 16 des in 2 im Schnitt dargestellten pnp-Bipolartransistors. In diesem Ausführungsbeispiel der 1 grenzen ebenfalls ein Emitterhalbleitergebiet 44' des weiteren Bipolartransistors an das Emitterhalbleitergebiet 44 des in 2 im Schnitt dargestellten pnp-Bipolartransistors. Der pnp-Bipolartransistor und der weitere pnp-Bipolartransistor sind dabei bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften unterschiedlich.

Um die unterschiedlichen Eigenschaften zu erreichen, weist der weitere pnp-Bipolartransistor eine andere Dotierstoffkonzeniration in zumindest einem der Halbleitergebieten 16', 40', 34', 46', 42' oder 44' gegenüber den jeweils zugeordneten Halbleitergebiet 16, 40, 34, 46, 42 oder 44 auf. Eine andere Möglichkeit um unterschiedliche Eigenschaften zu erreichen ist ein geometrischer Unterschied, wobei beispielsweise eine Breite a' des Dielektrikums 20 des weiteren pnp-Bipolartransistors von der Breite a und damit beispielsweise eine Basisweite W' des weiteren pnp-Bipolartransistors von der Basisweite W verschieden ist.

Um die Stromverstärkung im weiteren pnp-Bipolartransistor im zweiten Teilbereich 14a, 14b geringer auszubilden als im ersten Teilbereich 12 ist beispielsweise a' größer als a. Eine weitere Möglichkeit eine Ausbildung für eine geringere Stromverstärkung im zweiten Teilbereich 14a, 14b besteht darin, die Dotierstoffkonzentration in den Basishalbleitergebieten 34' und/oder 46' gegenüber den Basishalbleitergebieten 34 beziehungsweise 46 zu reduzieren. Da der zweite Teilbereich 14a, 14b als Auslöseelement fungiert, ist vorzugsweise die Ladungsträgergeneration in diesem zweiten Teilbereich höher. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass der Zenereffekt im zweiten Teilbereich 14a, 14b bei kleineren Spannungen einsetzt.

Für kleinere Zenerspannungen ist die Distanz zwischen dem Kollektorhalbleitergebiet 16' und dem Basisanschlusshalbleitergebiet 42' des weiteren pnp-Bipolartransistors des zweiten Teilbereichs 14a, 14b gegenüber der Distanz zwischen dem Kollektorhalbleitergebiet 16 und dem Basisanschlusshalbleitergebiet 42 des pnp-Bipolartransistors des ersten Teilbereichs 12 verkürzt.

Eine andere, hiermit auch kombinierbare Möglichkeit besteht darin, dass die Dotierstoffkonzentration in zumindest einem der Basishalbleitergebiete 34' oder 46' des zweiten Teilbereichs 14a, 14b gegenüber den korrespondierenden Dotierstoffkonzentration der Basishalbleitergebiete 34 beziehungsweise 46 des ersten Teilbereichs 12 reduziert ist, so dass eine Kollektor-Basis-Raumladungszone die n+ Dotierung des Basisanschlusshalbleitergebiets 42' bei kleineren Spannungen erreicht.

Alternativ zu zwei pnp-Bipolartransistoren können auch zwei npn-Bipolartransistoren verwendet werden. In diesem Fall sind die Leitungstypen der einzelnen Halbleitergebiete zu invertieren. Vorzugsweise wird dabei die Kathode innerhalb des Ovalstruktur und die Anode im Außenbereich der Ovalstruktur angeordnet.

Das bedingt durch eine hohe Zenerspannung verursachte, so genannte snap back – Verhalten ist in 4 schematisch dargestellt. Die über Kollektorstrom IC und Kollektorspannung UCE eines Bipolartransistors dargestellte Kennlinie 54 zeigt eine snap-back-Spannung 56 bei etwa 28 Volt. Mittels der Halbleiterschutzstruktur der 1 bis 3 werden dagegen die Kennlinien 56 der 5 erzielt, die keinen snap-back-Effekt aufweisten. Die Auslösespannung von ca. 8 Volt kann durch elektrische Eigenschaften des Auslöseelementes im zweiten Teilbereich 14a, 14b beeinflusst werden.


Anspruch[de]
Halbleiterschutzstruktur (10) geeignet für eine elektrostatische Entladung (ESD)

– mit einem ersten Teilbereich (12) der einen ersten, insbesondere parasitären Bipolartransistor zur Ableitung der elektrostatischen Entladung aufweist, und

– mit einem zweiten Teilbereich (14a, 14b), der einen zweiten, insbesondere parasitären Bipolartransistor aufweist,

– wobei ein erstes Basishalbleitergebiet (34, 46, 42) des ersten Bipolartransistors an ein zweites Basishalbleitergebiet (34', 46', 42') des zweiten Bipolartransistors grenzt,

– wobei das erste Basishalbleitergebiet (34, 46, 42) des ersten Bipolartransistors und das zweite Basishalbleitergebiet (34', 46', 42') des zweiten Bipolartransistors einen selben Leitungstyp aufweisen, und

– wobei der erste Bipolartransistor und der zweite Bipolartransistor derart ausgebildet sind, dass zur Ableitung der elektrostatischen Entladung zumindest temporär ein Basisquerstrom von dem zweiten Basishalbleitergebiet (34', 46', 42') in das erste Basishalbleitergebiet (34, 46, 42) fließt und den ersten Bipolartransistor aufsteuert.
Halbleiterschutzstruktur (10) geeignet für eine elektrostatische Entladung (ESD), insbesondere nach Anspruch 1,

– mit einem ersten Teilbereich (12) der einen ersten, insbesondere parasitären Bipolartransistor zur Ableitung der elektrostatischen Entladung aufweist, und

– mit einem zweiten Teilbereich (14a, 14b), der einen zweiten, insbesondere parasitären Bipolartransistor aufweist,

– wobei ein erstes Basishalbleitergebiet (34, 46, 42) des ersten Bipolartransistors an ein zweites Basishalbleitergebiet (34', 46', 42') des zweiten Bipolartransistors grenzt,

– wobei das erste Basishalbleitergebiet (34, 46, 42) des ersten Bipolartransistors und das zweite Basishalbleitergebiet (34', 46', 42') des zweiten Bipolartransistors einen selben Leitungstyp aufweisen, und

– wobei eine erste Kollektor-Basis-Diode des ersten Bipolartransistors eine größere Durchbruchspannung aufweist als eine Kollektor-Basis-Diode des zweiten Bipolartransistors.
Halbleiterschutzstruktur (10) geeignet für eine elektrostatische Entladung (ESD), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

– mit einem ersten Teilbereich (12) der einen ersten, insbesondere parasitären Bipolartransistor zur Ableitung der elektrostatischen Entladung aufweist, und

– mit einem zweiten Teilbereich (14a, 14b), der einen zweiten, insbesondere parasitären Bipolartransistor aufweist,

– wobei ein erstes Basishalbleitergebiet (34, 46, 42) des ersten Bipolartransistors an ein zweites Basishalbleitergebiet (34', 46', 42') des zweiten Bipolartransistors grenzt

– wobei das erste Basishalbleitergebiet (34, 46, 42) des ersten Bipolartransistors und das zweite Basishalbleitergebiet (34', 46', 42') des zweiten Bipolartransistors einen selben Leitungstyp aufweisen, und

– wobei der erste Bipolartransistor eine größere Stromverstärkung aufweist als der zweite Bipolartransistor.
Halbleiterschutzstruktur (10) geeignet für eine elektrostatische Entladung (ESD), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die insbesondere parasitären Bipolartransistoren als geschlossene Struktur, insbesondere als Ringstruktur ausgebildet sind. Halbleiterschutzstruktur (10) geeignet für eine elektrostatische Entladung (ESD), nach Anspruch 4, bei der ein pn-Übergang die geschlossene Struktur vollständig umläuft. Halbleiterschutzstruktur (10) geeignet für eine elektrostatische Entladung (ESD), nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei der innerhalb der geschlossenen Struktur der zweite Teilbereich (14a, 14b) zumindest teilweise ein Krümmungsbereich ist. Halbleiterschutzstruktur (10) geeignet für eine elektrostatische Entladung (ESD), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das zweite Basishalbleitergebiet (34', 46', 42') eine geringere Dotierstoffkonzentration aufweist als das erste Basishalbleitergebiet (34, 46, 42). Halbleiterschutzstruktur (10) geeignet für eine elektrostatische Entladung (ESD), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine erste Zenerdurchbruchspannung einer ersten Kollektorbasisdiode des ersten Teilbereichs (12) größer ist als eine zweite Zenerdurchbruchspannung einer zweiten Kollektorbasisdiode des zweiten Teilbereichs (14a, 14b). Halbleiterschutzstruktur (10) geeignet für eine elektrostatische Entladung (ESD), nach Anspruch 8, bei der die zweite Zenerdurchbruchspannung durch eine geringere Dotierstoffkonzentration in dem zweiten Basishalbleitergebiet (34', 46', 42') niedriger ist als die erste Zenerdurchbruchspannung. Halbleiterschutzstruktur geeignet für eine elektrostatische Entladung (ESD), nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei der die zweite Zenerdurchbruchspannung aufgrund einer gegenüber dem ersten Teilbereich (12) geringeren Distanz zwischen einem hochdotierten Basisanschlusshalbleitergebiet (42') des zweiten Basishalbleitergebiets des zweiten Teilbereichs (14a, 14b) und einem hochdotierten Kollektorhalbleitergebiets (16') des zweiten Teilbereichs (14a, 14b) niedriger ist als die erste Zenerdurchbruchspannung im ersten Teilbereich (12). Halbleiterschutzstruktur geeignet für eine elektrostatische Entladung (ESD), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Anschluss eines Kollektorhalbleitergebiets (16, 16') von einem Anschluss eines Emitterhalbleitergebiets (44, 44') des ersten Teilbereichs (12) und/oder des zweiten Teilbereich (14a, 14b) an einer Oberfläche der Halbleiterschutzstruktur durch ein Dielektrikum (20) getrennt sind. Halbleiterschutzstruktur geeignet für eine elektrostatische Entladung (ESD), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein vergrabenes Dielektrikum (36) zur Isolation gegenüber einem Substrat (38) und/oder eine mit Dielektrikum isolierte Grabenstruktur zur Isolation gegenüber einer benachbarten Halbleiterstruktur aufweist.






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