DE1614145B2

DE1614145B2 -

Info

Publication number: DE1614145B2
Application number: DE19671614145
Authority: DE
Priority date: 1966-03-29
Filing date: 1967-03-28
Publication date: 1970-10-29
Also published as: FR1517240A; NL150950B; DE1614145A1; GB1186421A; NL6704262A; US3764864A; CH475653A; BE696173A; SE307198B

Description

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Die Erfindung betrifft einen Feldeffekttransistor Potentials des Abschirmgatters G₂ unabhängig von mit isoliertem Gatter. der an das Steuergatter G₁ gelegten Spannung be-Bei bekannten Feldeffekttransistoren mit isolier- stimmt wird, wie in den F i g. 3 und 4 veranschauten Gattern tritt manchmal auf Grund des dielek- licht. F i g. 3 zeigt eine Kennlinie eines n-Kanaltrischen Durchschlags seines Gatteroxyds ein perma- 5 Doppelgatter-MOS-Transistors und F i g. 4 eine nenter Durchschlag auf. Kennlinie eines p-Kanal-Doppelgatter-MOS-Tran-

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, sistors.

einen Feldeffekttransistor mit isolierten Gattern zu Der MOS-Transistor ist der gebräuchlichste unter schaffen, der frei von einem solchen Dauerdurch- den Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gatter. Bei schlag ist. io diesem Transistor wird Silizium als Halbleitermate-Erfindungsgemäß wird ein solcher Dauerdurch- rial und SiO₂ als Gatterisolator verwendet,
schlag eines Feldeffekttransistors mit isolierten Gat- Wie aus den F i g. 3 und 4 ersichtlich, kann der tern dadurch verhindert, daß in der Nähe einer maximale Abflußstrom I_DS durch Festsetzen des Quelle ein Bereich angeordnet ist, der einen mit Potentials des Abschirmgatters G₂ auf verschiedene einem Halbleitersubstrat, auf das der Feldeffekttran- 15 Werte verändert werden. Dieser maximale Abflußsistor aufgebaut oder in das er eingebettet ist, gebil- strom wird kleiner, je kleiner das Potential des Abdeten PN-Übergang einschließt und der mit einem schirmgatters G₂ im n-Kanal-Transistor wird und je Gatter in elektrisch leitender Verbindung steht und mehr sich letzteres dem positiven Potential im geeignet ist, einen über den PN-Übergang in Sperr- p-Kanal-Transistor nähert. Wenn der Maximai-Richtung fließenden Strom zwischen der Quelle und 20 strom I_DS in obiger Weise begrenzt wird, ist die Gedem Gatter bei einer Spannung fließen zu lassen, die fahr einer Beschädigung des Transistors durch geringer ist als die Durchschlagspannung des Gatter- Überstrom völlig ausgeschaltet. Es bleibt jedoch eine isolierfilms. Ursache für Beschädigungen, nämlich der dielek- 'Λ'

Obwohl das Prinzip der Erfindung für alle Arten irische Durchschlag des Gatterisolators auf Grund von Isoliergatter-Feldeffekttransistoren mit isolier- 25 zu hoher Spannung am Steuergatter G₁.
ten Gattern anwendbar ist, ist es besonders vorteil- Durch die Erfindung wird ein wirksames Mittel haft, wenn es bei einem Transistor mit zwei oder zur Verhinderung des dielektrischen Durchschlagens mehr Gattern zur Anwendung kommt. des Steuergatters G₁ in einem Isoliergatter-Feldeffekt-Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung transistor mit zwei oder mehreren Gattern geschaffen, ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der 30 In den F i g. 5 und 6 sind für gleiche Teile wie in Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise ver- den Fig. 1 und 2 gleiche Bezugszeichen verwendet anschaulicht, und zwar zeigt . worden. Der dielektrische Durchschlag wird dabei F i g. 1 eine schematische Darstellung eines be- durch Einsetzen einer Diode zwischen das Steuerkannten n-Kanal-Isoliergatter-Feldeffekttransistors gatter G₁ und die Quelle verhindert. Die Diode 10 mit zwei Gattern, 35 wird in Vorwärtsrichtung von der Quelle zum Steuer-Fig. 2 eine schematische Darstellung eines be- gatter G₁ in den n-Kanal-Isoliergatter-Feldeffektkannten p-Kanal-Isoliergatter-Feldeffekttransistors transistor eingesetzt, wie in F i g. 5 dargestellt, wähmit zwei Gattern, rend die Diode 11 in umgekehrter Richtung in den F i g. 3 und 4 Diagramme, die die Kennlinien der p-Kanal-Isoliergatter-Feldeffekttransistor eingesetzt Transistoren der F i g. 1 bzw. 2 zeigen, 40 wird, wie in F i g. 6 dargestellt.

F i g. 5 und 6 schematische Darstellungen von Bei der Erfindung ist eine solche Diode im gleichen

Feldeffekttransistoren der oben beschriebenen Art Halbleiterplättchen ausgebildet wie der Transistor,

mit je zwei Gattern und Genauer gesagt, die Diode liegt zwischen dem

F i g. 7 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform Halbleitersubstrat und dem Steuergatter G₁. ' des Feldeffekt-Transistors gemäß F i g. 5 und 6. 45 Der einen Übergang mit dem Halbleitersubstrat Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf bildende Bereich liegt nahe an der Quelle, und wenn einen Feldeffekttransistor mit zwei Isoliergattern bei- die Potentialdifferenz zwischen der Quelle und dem spielsweise erläutert. Steuergatter G₁ groß wird, werden auf Grund des In den F i g. 1 und 2, die einen η-Kanal- bzw. Durchgriffsphänomens fortlaufend Bereiche mit einen p-Kanal-Feldeffekttransistor zeigen, ist in der 5° hohem elektrischen Feld in der Richtung vom Nähe einer Quelle 1 bzw. 6 ein Steuergatter 2 bzw. 7 Steuergatter G₁ zur Quelle gebildet, die einen großen oder ein erstes Gatter G₁ (F i g. 7) vorgesehen, das durchfließenden Strom ergeben. Wenn im n-Kanalden Ladungsträgerstrom steuert, während in der Isoliergatter-Feldeffekttransistor das Steuergatter G₁ Nähe eines Abflusses 4 bzw. 9 ein Abschirmgatter 3 positiv beaufschlagt ist, wird der Abflußstrom größer, bzw. 8 oder ein zweites Gatter G₂ (F i g. 7) vor- 55 dieses Größerwerden wird jedoch, wie oben beschriegesehen ist. Durch die Anordnung des Abschirm- ben, durch das Potential des Abschirmgatters G₂ begatters wird die elektrostatische Kapazität zwischen hindert. Infolgedessen steigt die Spannung an, der dem Steuergatter und dem Abfluß auf Bruchteile dielektrische Durchschlag im Steuergatter G₁ auf eines Zehntels der Kapazität ohne Abschirmgatter Grund der Spannungserhöhung wird jedoch verhinverringert, wodurch die Verwendung in Bereichen 60 dert, weil der Strom, da die Lawinendurchschlaghoher Frequenz erleichtert wird. Darüber hinaus spannung zu dieser Zeit in der Diode 10 erreicht ist, wird durch Beaufschlagen des Steuergatters und des im Steuergatter G₁ fließt und, wenn ein Widerstand Abschirmgatters mit Signalen das Verwendungs- mit dem Steuergatter G₁ in Reihe geschaltet ist, ein gebiet des Feldeffekttransistors mit Isoliergatter sehr Spannungsabfall stattfindet.

stark erweitert. 65 Im p-Kanal-Isoliergatter-Feldeffekttransistor wird

Die hier interessierende Verwendung bezieht sich der Abflußstrom größer, wenn das Potential des

auf die Tatsache, daß die dem maximalen Abfluß- Steuergatters G₁ in negativer Richtung wächst. Das

strom auferlegte Begrenzung durch die Wahl des Ansteigen des Abflußstroms wird jedoch durch das

Claims

3 4

Potential des Abschirmgatters G₂ behindert und ein B e i s ρ i e 1 2

weiterer Anstieg der Spannung zwischen dem

Steuergatter G₁ und der Quelle wird durch das Als Halbleitersubstrat wurde η-Silizium mit

Fließen des Lawinendurchschlagstroms in der 6 Ωαη und als Gatteroxydfilm wurde ein durch ther-

Diode 11 verhindert. 5 mische Oxydation von Silizium hergestellter Film

Es ist zu bemerken, daß eine solche Durchschlag- einer Dicke von 2000 A verwendet, schutzdiode leicht in dem gleichen Plättchen her- Die Abmessungen des auf diese Weise hergestellgestellt werden kann, in dem der Transistor ausgebil- ten MOS-Transistors waren die gleichen wie bei dem det ist. Im n-Kanal-Isoliergatter-Feldeffekttransistor im Beispiel 1 beschriebenen n-Kanal-MOS-Transiwerden das Substrat p-leitend und die Quelle und io stör. Zur Herstellung der Quelle, des Abflusses, der der Abfluß η-leitend gedopt. Wie sich demnach aus Insel und des Diodenübergangs wurde Bor unter der Polarität der Diode 10 in F i g. 5 ergibt, braucht Verwendung von Boroxyd diffundiert. Die Tiefe der die Diode 10 nur gleichzeitig mit der Quelle und dem Diffusion betrug 1 μ. Der auf diese Weise hergestellte Abfluß durch η-leitendes Dopen des Substrats aus- p-Kanal-MOS-Transistor wurde zur Verstärkung vergebildet zu werden. ¹S wendet und der Abflußstrom floß durch in bezug zur

Da das Substrat im p-Kanal-Transistor η-leitend Quelle negatives Beaufschlagen des Gatters. Beim

ist, sind Quelle, Abfluß und Diode 11 durch p-leiten- p-Kanal-Transistor wird auch an den Abfluß in be-

des Dopen leicht gleichzeitig herzustellen. Die Diode zug zur Quelle negative Spannung gelegt. Bei Er-

10 bzw. 11 wird somit auf dem gleichen Substrat höhung der Spannung des Steuergatters G₁ in nega-

ohne zusätzliches Verfahren angeordnet. ²° üver Richtung fand der Durchgriff durchschnittlich

Im folgenden sind Verwendungsmöglichkeiten der bei 20 V statt.

Erfindung bei MOS-Transistoren näher erläutert. Diese Spannung ist genügend niedriger als die

dielektrische Durchschlagsspannung des Oxyds, wo-

_R . -I₁ durch der dielektrische Durchschlag des Gatters

üeispiei ι _{a5 wirksam} verhindert wurde.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß

In dem in F i g. 7 dargestellten MOS-Transistor die Erfindung verwendet werden kann, ohne daß wird p-Silizium mit 6 Ωαη als Halbleitersubstrat das Halbleitermaterial, das Isolierfilmmaterial und verwendet, und ein durch thermischey Oxydation des das Elektrodenmetall irgendwie beschränkt wird. Siliziums gebildeter Oxydfilm einer Dicke von 2000 A 30 Daher ist es möglich, als Halbleitermaterial Silizium, wird als Gatteroxydfilm verwendet. Die Durch- Germanium, Galliumarsenid od. dgl. und als Isolierschlagsspannung eines solchen Gatteroxydfilms be- film Siliziumdioxyd, Siliziummonoxyd, Magnesiumtrug 120 V. fluorid, Siliziumnitrid od. dgl. zu verwenden.

Zwischen der Quelle 1 und dem Abfluß 4 und Es ist besonders darauf zu achten, daß, obwohl unter dem Oxydfilm wurde ein Bereich 13 einer 35 die Erfindung mit Bezug auf einen Isoliergatter-Breite von 10 μ und des gleichen Leitfähigkeitstyps Feldeffekttransistor mit zwei oder mehr Gattern wie die Quelle und der Abfluß ausgebildet. Dieser beschrieben worden ist, bei dem eine Diode zwischen Bereich wird eine Insel genannt. Die Abstände zwi- Steuergatter und Quelle liegt, um einen dielekschen der Quelle 1 und der Insel 13 und zwischen irischen Durchschlag zu verhindern, bei Verwendung der Insel 13 und dem Abfluß 4 wurden beide mit 40 der Erfindung bei einem gewöhnlichen Isoliergatter-8 μ festgesetzt. Die Größe des zwischen dem Steuer- Feldeffekttransistor mit nur einem Gatter ein bemergatter G₁ und der Quelle liegenden Diode 10 betrug kenswerter Vorteil erzielt wird. Beim Zusammen-20 ■ 10 μ und bildete einen Diodenübergang 14 mit bauen und Einstellen eines mit einem Ringgatterdem Substrat 12. Ein ringförmiger Abschnitt 5, von Feldeffekttransistor arbeitenden Stromkreises besteht dem der Oxydfilm entfernt wurde, war derart an- 45 ein häufig zu beobachtender Fehler, der einen geordnet, daß der Umfang der Diode 10 nicht mit Durchschlag hervorruft, darin, daß eine Spannung der Quelle 1 durch das Oxyd hindurch verbunden zwischen das Gatter und seine Quelle gelegt wird, war. Der kleinste Abstand α zwischen dem Dioden- ohne zwischen die Quelle und den Abfluß eine übergang 14 und der Quelle 1 betrug 6 μ und die Spannung zu legen. Bei einem Feldeffekttransistor Verbindung zwischen dem Übergang und dem 5° der oben beschriebenen Art wird ein solcher Durch-Steuergatter G₁ wurde mit einem Metalldraht her- schlag wirksam verhindert. Die Erfindung als solche gestellt. Die Quelle 1, der Abfluß 4, die Insel 13 und kann bei allen Arten von Isoliergatter-Feldeffektder Diodenübergang 14 wurden alle durch Diffundie- transistoren ohne Rücksicht auf die Anzahl der darin ren von Phosphor hergestellt. Die Tiefe der Diffusion vorhandenen Gatter verwendet werden, betrug 1 μ. Zur Verbesserung der Stabilität wurde 55
Phosphor leicht in den Oxydfilm diffundiert. Die

»Pinch-off-Spannung« eines solchen Transistors be- Patentanspruch: trug etwa — 1V und dieser Transistor war für die
Verstärkungsweise geeignet, bei der das Steuergatter G₁ positiv beaufschlagt ist. Wenn die Spannung 60 Feldeffekttransistor mit isoliertem Gatter, g e des Steuergatters G₁ bis auf 60 V erhöht wurde, trat kennzeichnet durch einen in der Nahe der Durchgriff zwischen dem Steuergatter G₁ und einer Quelle (1) angeordneten Bereich (10, 11), der Quelle ein. Die erzielte Spannung war genügend der einen mit einem Halbleitersubstrat (12), auf niedriger als die dielektrische Durchschlagsspannung das der Feldeffekttransistor aufgebaut oder in des Gatteroxydfilms und der Schutz gegen den auf 65 das er eingebettet ist, gebildeten PN-Übergang Grund des dielektrischen Durchschlags des Oxydfilms (14) einschließt und der mit einem Gatter auftretenden Dauerdurchschlag erwies sich als ge- (2, 7, G₁) in elektrisch leitender Verbindung nü«end. steht und geeignet ist, einen über den PN-Über-

gang in Spernchtung fließenden Strom zwischen der Quelle (1) und dem Gatter (2, 7, G₁) bei einer Spannung fließen zu lassen, die geringer ist als die Durchschlagspannung des Gatterisolierfilms.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen