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    公开号:WO1989007342A1
    申请号:PCT/DE1989/000014
    申请日:1989-01-13
    公开日:1989-08-10
    发明作者:Gerhard Conzelmann；Dietmar Haack；Gerhard Fiedler
    申请人:Robert Bosch Gmbh；
    IPC主号:H01L27-00
    专利说明:
    [0001] Leistunσs-Zener-Diode
    [0002] Stand der Technik
    [0003] Die Erfindung betrifft eine räumlich ausgedehnte monolithisch inte¬ grierte Leistungs-Zener-Diode nach der Gattung des Hauptanspruchs.
    [0004] Derartige Leistungs-Zener-Dioden sind bereits bekannt. Der Tempera- turkoefϊizient der Durchbruchspannung solcher Zener-Dioden im Ava- lanche-Bereich ist positiv, wodurch bei üblichen Sperrschichttempe- raturen die Verteilung der Stromdichte über die gesamte von der Zener-Diode eingenommene Fläche stabil ist. Der Temperaturkoeffizi¬ ent der Durchbruchspannung bleibt auch mit zunehmender Temperatur positiv, und zwar so lange, bis sein Wert infolge der thermischen Eigenleitung des Siliziums abnimmt, um schließlich negative Werte anzunehmen. Damit wird aber die Stromverteilung instabil und die Zener-Diode durch einen "pinch in" zerstört. Dies bedeutet, daß auch auf einer als Wärmesenke dienenden Grundplatte gut wärmeleitend be¬ festigte, räumlich ausgedehnte Leistungs-Zener-Dioden nur dann bei Temperaturen bis in den Bereich der thermischen Eigenleitung des Si¬ liziums hinein beanspruchbar sind, wenn - in nullter Näherung glei¬ che Bedingungen für die Wärmeableitung ihrer einzelnen Flächenele¬ mente vorausgesetzt - die Leistungsdichte und damit auch die Strom¬ dichte in ihren Flächenelementen in etwa gleich hoch ist. Damit dürfen aber in den metallischen Leitungsabschnitten von den An¬ schlußpunkten der beiden Elektroden bis zu den betrachteten Flächen¬ elementen keine Spannungsabfälle auftreten, die zu einer unter¬ schiedlichen Beanspruchung der Flächenelemente führen. Diese Bedin¬ gung ist bei den bekannten diskreten Leistungs-Zener-Dioden leicht einzuhalten, bei monolithisch integrierten wegen der im Verhältnis zu den realisierbaren Querschnitten sehr langen Leitungen jedoch nicht.
    [0005] Vorteile der Erfindung
    [0006] Die erfindungsgemäße Leistungs-Zener-Diode mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie bei Temperaturen bis in den Bereich der thermischen Eigenleitung des Siliziums hinein beanspruchbar ist. Dadurch können erheblich höhere Energie- und Leistungsdichten als mit den bekannten Strukturen er¬ zielt werden. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 24.
    [0007] Zeichnung
    [0008] Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 11 beschrieben:
    [0009] Figur 1 zeigt den Ausschnitt des Schaltbilds einer in Zellen struk¬ turierten räumlich ausgedehnten monolithisch integrierten Leistungs- Zener-Diode,
    [0010] Figur 2 die Ergänzung des Leiterbahn-Netzwerks mit den ohmschen Widerständen der Abschnitte der einzelnen Leiterbahnen. In Figur 3 sind die Zener-Dioden-Elemente zusätzlich mit Bahnwider¬ ständen versehen, die erfindungsgemäß zur Homogenisierung der Sperr¬ schichttemperatur der Z-Elemente dienen.
    [0011] Figur 4 zeigt den Gegenstand der Erfindung für gegeneinandergeschal- tete Zener-Dioden-Elemente,
    [0012] Figur 5 dasselbe wie Figur 4, jedoch mit einer εtromdurchflossenen Elektrode.
    [0013] In Figur 6 ist ein möglicher Bipolarprozeß dargestellt, und zwar in Figur 6a ein Schnitt durch die Maskenebenen, in Figur 6b das Layout des Ausschnitts eines Leistungstransistors mit Elementen einer Teil¬ diode.
    [0014] In den Figuren 7 und 8 sind Schnitte und Layouts von Zenerdiodenele- menten mit Bahnwiderstandselementen gemäß der Erfindung wiedergege¬ ben.
    [0015] Ferner zeigen die Figuren 9 und 10a, 10b die Layouts von Teildioden einer ausgeführten Leistungszenerdiode und
    [0016] Figur 11 ihre Anordnung innerhalb einer monolithisch integrierten Schaltung für große Ströme.
    [0017] Beschreibung
    [0018] Eine räumlich ausgedehnte Leistungszenerdiode läßt sich nach Figur 1 darstellen durch die Parallelschaltung einer Vielzahl einzelner Zenerdioden-Elemente 9ol, 9o2, ..., 9oX, 9pl, 9p2, ..., 9pX, ..., wo 9ol das erste Zenerdioden-Element der o-ten Spalte, 9pl das der p-ten Spalte usw. bedeutet; die einzelnen Elemente sind mittels des Leiterbahnnetzwerks 40, 60 zusammengschaltet. Bei der angegebenen Polarität ist 60 der positive Pol, 40 der negative; mehrere solcher Blöcke sind nun wieder mittels der Leitungen 600, 400 zusammenge¬ faßt; entsprechend führt der Anschluß 600 zum Pluspol der Betriebs¬ spannungsquelle, der Anschluß 400 zum Minuspol.
    [0019] Muß diese Anordnung hohe Stoßströme verarbeiten, so sind die ohmschen Widerstände der Leitungen des Leiterbahnnetzwerks nicht mehr zu vernachlässigen. In Figur 2 sind deshalb die Widerstände des Netzwerks eingeführt: mit 5ol, 5pl, ..., 5o2, 5p2, ... sind die Widerstandselemente der Haupt-Leitungsstränge 60, 40 bezeichnet, entsprechend mit 5oll, 5o21, ..., 5oXl und 5ol2, 5o22, ..., 5oX2, 5pll, ... die Widerstände der Leitungen innerhalb der einzelnen Spalten. Die Netzwerke der Figuren 1 und 2 sind nun beliebig erwei¬ terbar; auch können die in einer Spalte liegenden Elemente wieder in einer "Teildiode" zusammengefaßt sein.
    [0020] Die Querschnitte der einzelnen Leiter einer monolithisch integrier¬ ten Schaltung sind üblicherweise so ausgelegt, daß im praktischen Betrieb keine Elektromigration auftritt, sofern nicht andere Bedin¬ gungen, wie etwa störende Spannungsabfälle, größere Querschnitte er¬ fordern. Es wäre nun nicht nur unwirtschaftlich, sondern auch im Layout kaum zu realisieren, die Querschnitte auf die wenn überhaupt nur selten auftretenden Stoßströme auszulegen. Um andererseits wirt¬ schaftlich monolithisch integrierte Schaltungen für große Ströme bzw. Leistungen herzustellen, ist es notwendig, leistungsfähige Zenerdioden zu erhalten, was erfindungsgemäß dadurch realisisert wird, daß die Zenerdioden in mehrere Teildioden unterteilt sind, die wiederum flächensparend an geeigneten Stellen im Layout, und zwar wiederum möglichst im Zuge bereits vorhandener Leitungen für die Versorgung der Schaltung mit Betriebsspannung bzw. -ström angeordnet werden. Dabei können bei den aufzunehmenden großen Stoß- strömen, die bis zu mehreren zig A betragen können, Potentialdiffe¬ renzen bis zu 10 V und darüber innerhalb des die Teildioden verbin¬ denden Leiterbahnnetzwerks auftreten. Um die Stoßfestigkeit des Si¬ liziums bis in die thermische Eigenleitung hinein auszunutzen, ist es erforderlich, die Sperrschichttemperatur der einzelnen Teildioden und ihrer Elemente zu homogenisieren. Dies geschieht erfindungsgemäß nach Figur 3 mittels der den Elementen der Zenerdiode 9ol, 9o2, ..., 9oX in Reihe geschalteten Bahnwiderstandselemente 59oll, 59ol2, 59o21, 59o22, ..., 59oXl und 59oX2, wobei nicht nur die Potential¬ differenzen auszugleichen sind, sondern auch noch die Sperrschicht¬ temperatur der im Layout festgelegten Umgebung, je nachdem, ob etwa andere Leistungselemente benachbart sind oder nicht bzw. die Ver¬ hältnisse der Wärmeableitung durch Anpassen der Stromdichte bzw. Leistungsdichte in den Flächenelementen durch die Einheitsflächen der Elemente zu berücksichtigen sind. In Fällen, in denen sich die Aufteilung in Bahnwiderstands-Ele ente nicht lohnt, können die Widerstände auch zusammengefaßt den Teildioden vorgeschaltet sein.
    [0021] Wird die Verpolfestigkeit der monolithisch integrierten Schaltung gefordert, so ist eine gegengeschaltete Diode erforderlich; ist auch bei verpolter Betriebsspannung Stoßfestigkeit gefordert, so sind ge¬ gengeschaltete Zenerdioden, -Teildioden bzw., wie in Figur 4 darge¬ stellt, gegengeschaltete Zenerdioden-Elemente 9oll, 9ol2, 9o21, 9o22, ..., 9oXl, 9oX2 erforderlich; die restlichen Elemente sind wieder wie in den vorherigen Figuren bezeichnet.
    [0022] Liegt eine Teildiode mit wenigstens einer ihrer Elektroden im Zuge eines stromdurchflossenen Leitungszugs - bei langen Teildioden ist auch ihr eigener Strom zu beachten -, so ist der Spannungsabfall innerhalb dieser Elektrode entsprechend dem Widerstand 5o3 von Figur 5 zu berücksichtigen, d.h. die Bahnwiderstandselemente sind in etwa dem Potentialverlauf anzupassen. Es ist leicht einzusehen, daß, falls erforderlich, dieselbe Regelung auch für die nicht darge- stellte Gegenelektrode anzuwenden ist, sofern sich die Spannungsab¬ fälle in beiden Elektroden nicht gerade von selbst kompensieren.
    [0023] In den Figuren 6a und 6b ist beispielhaft ein möglicher Prozeß zur Darstellung des Gegenstands der Erfindung auf monokristallinem Si¬ lizium stilisiert, d.h. ohne den Versatz durch Unterätzung und Un¬ terdiffusion etc., dargestellt.
    [0024] Es bedeuten:
    [0025] 000 Substrat (p~)
    [0026] 001 "buried layer" (n+)
    [0027] 002 Untere Isolierungsdiffusion (p ) 100 Epitaxie (n~)
    [0028] 003 Obere Isolierungsdiffusion (p )
    [0029] 004 Kollektoranschlußdiffusion (n )
    [0030] 005 Basisdiffusion (p)
    [0031] 006 Emitterdiffusion (n )
    [0032] 007 Deckoxid
    [0033] 008 Metallisierung
    [0034] 009 Schutzschicht
    [0035] 070, 090 Kontaktfenster in den Ebenen 007, 009.
    [0036] Die beiden Isolierungs-Diffusionen 002, 003 sind weit, die Kollek¬ tor-Anschluß-Diffusion 004 eng von links unten nach rechts oben, das strukturierte Metall 008 dagegen von links oben nach rechts unten schraffiert wiedergegeben. Die Schutzschicht 009 kann aus einem Silan- oder Plasma-Oxid, aus einem Plasma-Nitrid oder einer anders¬ artigen Schicht bestehen.
    [0037] Figur 6a stellt einen Schnitt entlang der Linie GH von Figur 6b dar. In ihr sind die Bezeichnungen der Komponenten der Zellen (k), 1, m eines Leistungs-Transistors angegeben: 1 (1/4) mit 006 ist der Emit¬ ter, 021 mit 005 die Basis; der Kollektor ist über die Leitung 03kl und den Kollektoranschluß 004 zum "buried layer" 001 nach außen ge¬ führt. Zum Schutz des Leistungs-Transistors ist eine Leistungs¬ zenerdiode erforderlich. Sie ist in den Leistungs-Transistor hinein¬ integriert, und zwar über seine gesamte Fläche in Form einer Viel¬ zahl einzelner Zenerdioden-Elemente 9 (m/X) . Sie sind darge¬ stellt - hier Element 9(m/4) - mittels der Diffusionen "buried layer" 001, untere Isolation 002 und obere Isolation 003. Die Zener¬ dioden-Elemente sind wiederum zusammengefaßt in den Transistorzellen zu Teildioden und im Gesamtverband zur räumlich ausgedehnten Lei- stungs-Zenerdiode. Ferner bedeuten 041 die Masseleitung der 1-ten Zelle, die die negative Elektrode der m-ten Zenerdioden-Spalte bil¬ det, während der positive Pol in diesem Fall durch den Kollektoran¬ schluß der m-ten Zelle des zu schützenden Leistungstransistors ge¬ bildet ist. Stellvertretend ist hier der Kollektoranschluß der bei¬ den Halbzellen kl - 03kl - gezeichnet. Bei dieser Anordnung ist dar¬ auf zu achten, daß die in der Zenerdiode der Zelle erzeugte Wärme auch abfließen kann; der Abstand gegen die nächste Zenerdioden-Spal¬ te sollte deshalb mindestens in einer Richtung 25 % der Chipdicke nicht unterschreiten.
    [0038] Figur 6b ist das Plot des zugehörenden Layouts in gleicher Darstel¬ lung. Die kräftigsten Linien zeigen die Umrisse der Kontakt-Fenster, die beiden schwächsten die von Emitter und buried layer, die Basis ist nur wenig schwächer als die Kontaktfenster gezeichnet. Zusammen mit dem Schnitt nach Figur 6a lassen sich die entsprechenden Zonen eindeutig zuordnen.
    [0039] Figur 7 zeigt unter a den Schnitt CD und unter b das Layout des Ele¬ ments 9ol der o-ten Teildiode nach Figur 3 mit den Bahnwider- stands-Elementen 59oll und 59ol2; das erstere ist mit den n -do- tierten Diffusionen für den buried layer 001/1 und den Kollektoran¬ schluß 004/1 ausgeführt, das letztere mittels der p-dotierten unte¬ ren und oberen Isolierungs-Diffusion 002/1, 003/1; die Anode dieses Elements ist mittels der Masseleitung 40/1 angeschlossen, die Katho¬ de über die Leitung 60/1 zum Anschluß für die positive Betriebsspan¬ nung geführt. Die die Durchbruchspannung bestimmende Sperrschicht wird gebildet durch den buried layer 001 und die untere Isolation 002. Bei den vorgegebenen Layout-Maßen läßt sich der Widerstand der beiden Bahnwiderstands-Ele ente 59oll und 59ol2 etwa durch die Brei¬ te der Kollektoranschluß-Diffusion 004 variieren; wird sie von rechts nach links zurückgenommen, so steigt der Widerstand an; der Widerstand des Elements 59ol2 läßt sich beispielsweise verändern durch die Breite des Kontaktfensters 072; wird dieses nach links ausgedehnt, so wird der Widerstand kleiner. Isoliert ist dieses Ele¬ ment gegen die restliche monolithisch integrierte Schaltung mittels der unteren Isolierungs-Diffusion 002/2 und der oberen Isolie- rungs-Diffusion 003/2, die über die Leitung 40/2 an Masse liegen.
    [0040] In Figur 8 sind zwei Leistungs-Zenerdioden-Elemente 9oll und 9ol2 nach Figur 4 gegeneinandergeschaltet wiedergegeben, a ist der Schnitt EF, b das zugehörige Layout. Der Bahnwiderstand dieses Ele¬ ments ist im wesentlichen mittels der buried-layer-Diffuion 001/2 ausgeführt. Um bei der vorgesehenen Länge einen größeren Widerstand zu erhalten, sind aus dem buried-layer Flächenelemente 010 ausge¬ spart. Für eine niederohmige Querleitfähigkeit sorgen die Kollektor¬ anschluß-Diffusions-Zonen 004/2 und gegenüberliegend 004/3. Eine weitere Kollektoranschluß-Diffusions-Zone 004/4 schließt die Zusam¬ menfassung aller Elemente 9oXl zur Teildiode 91/11 gegen die an¬ grenzende Schaltung ab. Die Leitungen 40/3 und 60/2 führen wieder zum negativen bzw. positiven Anschlußfleck der Betriebsspannung; die Leitung 20/1 ist eine Signalleitung eines Regelverstärkers. Figur 9 zeigt das gesamte Layout der zur Teildiode 91/1 zusammenge¬ faßten Dioden-Elemente 9oll und 9ol2 mit ihren Widerstandselementen. Gut zu erkennen sind die ausgesparten Flächenelemente 010, die in der Mitte der Teildiode 91/1 zur thermischen Entlastung etwas brei¬ ter ausgführt sind als am Rand. Mit 600 ist der Anschlußfleck für die positive Betriebsspannung, mit 400/0 der für den Masseanschluß bezeichnet. Um die thermische Stoßfestigkeit der Metallisierung zu erhöhen, sind zusätzliche, nicht vom Diffusionsprozeß her vorgege¬ bene bzw. geforderte Oxidstufen 071 eingebracht. Die übrigen Be¬ zeichnungen sind bereits bekannt.
    [0041] Außer der Teildiode 91/1 enthält die monolithisch integrierte Schal¬ tung, ein Strom-Regler für Ströme bis 28A, im Kern weitere 6 Teil- dioden 91/2 bis 91/7, von denen 91/2 in Figur 10a und 91/6 in Figur 10b wiedergegeben sind. Alle Teildioden im Kern sind gleich aufge¬ baut - ähnlich der nach Figur 8 -; sie unterscheiden sich jedoch untereinander und gegen die Teildiode 91/1 in ihren Bahnwiderstän¬ den, da bei einem Stoßstrom von 20 A eine Potentialdifferenz auf der Leitung 60 von etwas über 10 V zwischen dem Anschlußfleck 600 und der Teildiode 91/7 auszugleichen ist; außerdem sind sie spiegelsym¬ metrisch zu ihrer Mittenachse AB angeordnet, wobei die Symmetrie durch das Layout des Leistungs-Transistors vorgegeben ist; die Teil¬ diode 91/2 setzt sich somit zusammen aus den gegeneinandergeschal- teten Dioden 91/21/1,2 und 91/22/1,2.
    [0042] Die mittig direkt unter der Leitung 60/10 liegenden Dioden 91/2 bis 91/7 sind für positive Stromstöße in Durchlaßrichtung gepolt; um die restliche Schaltung vor der starken Emission von Defektelektronen abzuschirmen, liegt ein geschlossener Ring 004/52 bis 004/57 der Kollektoranschluß-Diffusion um diese Dioden. Der Widerstand der Bahnwiderstands-Elemente zum Eliminieren der größeren Potentialdifferenzen zwischen den Teildioden 91/2 bis 91/7 ist mittels unterschiedlich breiter Kollektoranschluß-Diffusions-Zo¬ nen 004/62 bis 004/67 eingestellt; weitere Korrekturen zur Homogeni¬ sierung der SperrSchichttemperatur einer Teildiode mit stromdurch- flossener Elektrode nach Figur 5 sind durch die Fläche der Kontakt¬ fenster 92/21/070 usw. zum Anschluß der Leitung 60/10 vorgenommen; die etwas geringere Wärmeableitung in der Mitte der Teildiode ist durch einen etwas größeren Abstand der mittleren Kontaktfenster er¬ reicht. Die Kompensation aller Effekte könnte ebenso durch eine ge¬ eignete mathematisch herleitbare Funktion für die Randlinie der Kol¬ lektoranschluß-Diffusions-Zone und/oder beispielhaft der Randlinie der Kontaktfenster in der Isolierungs-Diffusions-Zone erreicht wer¬ den. Für die Korrekturen sind auch der Flächenwiderstand der buried-layer-Diffusionszone, die unter der Isolierungsdiffusion liegt und den pn-Übergang bildet, und evtl. auch die Flächenwider¬ stände anderer beteiligter Diffusionszonen zu berücksichtigen.
    [0043] Die Leitung 60/10 führt vom Anschlußfleck 600 zur Mitte des Chips und bildet dort eine Querspange zur Stromversorgung der Treiberstu¬ fen des Leistungs-Transistors; sie ist somit nur für einen maximalen. Strom von ca. 1 A ausgelegt, woraus sich der hohe Spannungsabfall unter Stoßbeanspruchung erklärt. Unter der Leitung 60 liegen die Teildioden 91/21/1,2 bis 91/71/1,2, während die Teildioden 91/22/1 bzw. 91/22/2 und folgende abgesetzt in Richtung der Zeilen des Lei¬ stungs-Transistors liegen; ihr Masseanschluß ist durch die Emit¬ ter-Versorgungsschienen der Zellen des Leistungs-Transistors - ent¬ sprechend 041 in den Figuren 6a, 6b - gebildet; da auf jede Teildio¬ de im Kern zwei Emitter-Versorgungsschienen entfallen, ist er außer¬ ordentlich niederohmig. In Figur 11 ist das Layout des Stromreglers mit einem aus 28 Zellen bestehenden Leistungs-Transistor angedeutet. Für das Layout und die Montage ist es vorteilhaft, stromstarke Verbindungen nach außen mit¬ tels vieler Einzeldrähte auszuführen, zumal sie mit automatisch ar¬ beitenden Dünndraht-Bondern schnell herzustellen sind. Die Elektro¬ den der Zellen der Zenerdiode 91 bzw. die der Elemente der Zenerdio¬ de 92 sind durch schwarz ausgefüllte Balken hervorgehoben; sie wur¬ den durch eine Rechenoperation auf dem CAD-System aus dem Original¬ steuerband für das Layout dieses Entwurfs gewonnen.
    [0044] Die in die Teildioden 91/1 bis 91/7 aufgespaltene bipolare Lei- stungs-Zenerdiode 91 liegt zwischen dem Kontaktfleck 600 für den positiven Pol und den Anschlußflecken 400/... für den negativen Pol der Betriebsspannung; dabei sind die Elektroden ihrer Teildiode 91/1 direkt mit den Anschlußflecken 600 und 400/0 verbunden, während ihre Teildioden 91/2 bis 91/7 mit einer ihrer Elektroden an den Leitungs¬ zug 60/10 und mit den beiden anderen Elektroden an die jeweils vom Anschlußfleck 400/... nach innen führenden Leitungszüge mit ange¬ schlossen sind; entsprechend für 91/2: 400/3 und 400/17, für 91/3: 400/5 und 400/19 bis zu 91/7 mit 400/13 und 400/27.
    [0045] Bei der unipolaren Leistungs-Zenerdiode 92 sind die Elemente der Teildioden 92/1 bis 92/28 jeweils in den entsprechenden Zellen des Leistungstransistors untergebracht. Um ihre Elemente zu verdeut¬ lichen, sind die Basis- und Emittergebiete der Zellen des Leistungs¬ transistors entfernt worden. Die Leitungszüge 400/1 bis 400/28 lie¬ gen auch über den Anoden der Elemente; wegen der einfarbigen Dar¬ stellung sind jedoch die Schraffuren innerhalb der Elemente nicht mehr zu erkennen.
    [0046] Die Festigkeit gegen Stoßbeanspruchungen so in das Layout mit mini¬ malem Flächenaufwand eingearbeiteter Leistungszenerdioden läßt sich durch die Lehre der Erfindung erheblich steigern.
    权利要求:
    ClaimsAnsprüche
    1. Räumlich ausgedehnte monolithisch integrierte
    Leistungs-Zener-Diode, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Homo¬ genisierung der Sperrschichttemperatur der einzelnen Flächenelemente der monolithisch integrierten Leistungs-Zener-Diode vorgesehen sind.
    2. Leistungs-Zener-Diode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Homogenisierung der Sperrschichttemperatur der einzelnen Flächenelemente aus zwischen den metallischen Anschlu߬ elektroden und der Avalanche-Sperrschicht liegenden Bahnwiderstands- elernenten bestehen.
    3. Leistungs-Zener-Diode nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Bahn- widerstandsele ente mit unterschiedlichem Widerstand.
    4. Leistungs-Zener-Diode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Bahnwiderstandselemente durch mindestens eine der n-dotierten Diffusionen wie buried-layer-Diffusion, Kollektoran¬ schluß-Diffusion und Emitter-Diffusion dargestellt sind.
    5. Leistungs-Zener-Diode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Bahnwiderstandselemente durch mindestens eine der p-dotierten Diffusionen wie die Isolierungs-Diffusion, die Basis-Diffusion und weitere p-dotierte Diffusionen dargestellt sind.
    6. Leistungs-Zener-Diode nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Widerstände durch unter¬ schiedliche Längen der Bahnwiderstandselemente dargestellt sind.
    7. Leistungs-Zener-Diode nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß niederohmigere Widerstände der Bahn¬ widerstandselemente dadurch erzeugt sind, daß in Abschnitten ihrer Länge mehr als eine n-dotierte und/oder p-dotierte Diffusion einge¬ bracht ist.
    8. Leistungs-Zener-Diode nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß hochohmigere Widerstände der Bahnwiderstands¬ elemente dadurch erzeugt sind, daß mindestens eine n-dotierte und/oder p-dotierte Diffusion über mindestens einen Teil der Länge eines Bahnwiderstandselements zonenweise ausgespart ist.
    9. Leistungs-Zener-Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die räumlich ausgedehnte monolithisch integrierte Leistungs-Zener-Diode aus mindestens zwei räumlich von¬ einander getrennten parallelgeschalteten Teildioden besteht.
    10. Leistungs-Zener-Diode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Widerstände der Leitungen des Metallisierungs¬ netzwerks zu den mindestens zwei räumlich voneinander getrennten parallelgeschalteten Teildioden zur Homogenisierung der Sperr¬ schichttemperatur ihrer Flächenelemente dienen.
    11. Leistungs-Zener-Diode nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei räumlich voneinander ge¬ trennten parallelgeschalteten Teildioden im Zuge der regulären Lei¬ tung(en) des Metallisierungsnetzwerks für die Versorgung mindestens eines Teils der monolithisch integrierten Schaltung mit Betriebs¬ strom angeordnet sind. - Λh -
    12. Leistungs-Zener-Diode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der mindestens zwei räumlich voneinander ge¬ trennten parallelgeschalteten Teildioden an die reguläre(n) Lei¬ tung(en) des Metallisierungsnetzwerks für die Versorgung mindestens eines Teils der monolithisch integrierten Schaltung mit Betriebs¬ strom angeschlossen sind.
    13. Leistungs-Zener-Diode nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Spannungsabfall im ohmschen Widerstand eines Ab¬ schnitts der regulären Leitung des Metallisierungsnetzwerks für die Versorgung mindestens eines Teils der monolithisch integrierten Schaltung mit Betriebsstrom, der jeweils zwischen zwei Teildioden liegt, durch einen höheren Bahnwiderstandsanteil der näher am An¬ schlußfleck für die Betriebsspannung liegenden Teildiode kompensiert ist.
    14. Leistungs-Zener-Diode nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Spannungsabfall im ohmschen Widerstand eines Ab¬ schnitts der regulären Leitung des Metallisierungsnetzwerks für die Versorgung mindestens eines Teils der monolithisch integrierten Schaltung mit Betriebsstrom, der eine Elektrode einer Teildiode bil¬ det, durch einen veränderbaren Bahnwiderstandsanteil der entlang der Elektrode liegenden Flächenelemente der Teildiode kompensiert ist.
    15. Leistungs-Zener-Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungs-Zener-Diode aus räumlich voneinander getrennten Teildioden besteht und daß die Stromdichte einer Teildiode bzw. ihrer Flächenelemente an die thermischen Be¬ dingungen ihrer Umgebung im Layout angepaßt ist, um die Sperr¬ schichttemperaturen der Flächenelemente aller Teildioden zu homoge¬ nisieren.
    16. Leistungs-Zener-Diode nach einem der Ansprüche 9 bis 15, gekenn¬ zeichnet durch die Aufteilung der Gesamtfläche der Leistungs-Zener-Diode in eine Vielzahl einzelner länglicher Teil¬ dioden, deren Abstand in einer Richtung senkrecht zu ihren Längs¬ achsen als Mittel zur Homogenisierung der Sperrschichttemperatur ihrer einzelnen Flächenelemente mindestens 25 % der Dicke des Sili¬ zium-Chips beträgt.
    17. Leistungs-Zener-Diode nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Teildioden der Leistungs-Zener-Diode Bestandteil mindestens einer der Zellen eines aus einer Vielzahl von parallelge¬ schalteten Zellen bestehenden Leistungstransistors sind.
    18. Leistungs-Zener-Diode nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Teildioden der Leistungs-Zener-Diode als Bestand¬ teil mindestens einer der Zellen des Leistungstransistors selbst in einzelne Elemente unterteilt sind.
    19. Leistungs-Zener-Diode nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elementen der Teildioden Komponenten der Zelle des Leistungstransistors angeordnet sind.
    20. Leistungs-Zener-Diode nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Elementen der Teildioden angeordneten Komponen¬ ten der Zelle des Leistungstransistors Widerstände enthalten, die zwischen den Teilemitter der Zelle des Leistungstransistors und die Emitterleitung geschaltet sind.
    21. Leistungs-Zener-Diode nach einem der Ansprüche 16 bis 20, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Stromdichte der Teildioden an die thermischen Bedingungen ihrer Umgebung im Layout angepaßt ist, um die Sperrschichttemperatur aller Teildioden zu homogenisieren.
    22. Leistungs-Zener-Diode nach einem der Ansprüche 16 bis 21, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Stromdichte der Elemente der Teil¬ dioden an die thermischen Bedingungen ihrer Umgebung im Layout an¬ gepaßt ist, um die Sperrschichttemperatur aller Teildioden zu homo¬ genisieren.
    23. Leistungs-Zener-Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die räumlich ausgedehnte monolithisch integrierte Leistungs-Zener-Diode aus zwei gegeneinandergeschalteten Teildioden besteht.
    24. Leistungs-Zener-Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die räumlich ausgedehnte monolithisch intgrierte Leistungs-Zener-Diode mittels der Isolierungsdiffusion und der "buried-layer"-Diffusion dargestellt ist und daß ihre Durch¬ bruchsspannung über den Gradienten der beiden Diffusionen einge¬ stellt ist.
    25. Leistungs-Zener-Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die räumlich ausgedehnte monolithisch integrierte Leistungs-Zener-Diode mittels der unteren und oberen Isolierungsdiffusion und der "burried-layer"-Diffusion dargestellt ist und daß ihre DurchbruchsSpannung über die Implantationsdosis der unteren Isolierungsdiffusion eingestellt ist.
    26. Leistungs-Zener-Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß um den Umfang der p-dotierten Anode im prozeßbedingten Abstand eine in sich geschlossene Kollektoranschlu߬ diffusion gelegt ist.
    27. Leistungs-Zener-Diode nach einem der Ansprüche 9 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierung mindestens im Bereich der Elektroden der hochbelastbaren Teildioden zusätzlich durch Stufen strukturiert ist.
    28. Leistungs-Zener-Diode nach einem der Ansprüche 9 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnwiderstandsanteile den Teildioden zusam¬ mengefaßt als konzentrierte Widerstände vorgeschaltet sind.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPH03502386A|1991-05-30|
    EP0398906B1|1994-11-09|
    EP0398906A1|1990-11-28|
    DE3841982A1|1989-08-10|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1989-08-10| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1989-08-10| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1990-06-27| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989901267 Country of ref document: EP |
    1990-11-28| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989901267 Country of ref document: EP |
    1994-11-09| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989901267 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DEP3802768.2||1988-01-30||
    DE3802768||1988-01-30||
    DE19883841982|DE3841982A1|1988-01-30|1988-12-14|Leistungs-zener-diode|
    DEP3841982.3||1988-12-14||DE1989508630| DE58908630D1|1988-01-30|1989-01-13|Leistungs-zener-diode.|
    EP89901267A| EP0398906B1|1988-01-30|1989-01-13|Leistungs-zener-diode|
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