DE1803392A1 - Schutzvorrichtung fuer einen Feldeffekttransistor - Google Patents

Schutzvorrichtung fuer einen Feldeffekttransistor

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DE1803392A1 DE19681803392 DE1803392A DE1803392A1 DE 1803392 A1 DE1803392 A1 DE 1803392A1 DE 19681803392 DE19681803392 DE 19681803392 DE 1803392 A DE1803392 A DE 1803392A DE 1803392 A1 DE1803392 A1 DE 1803392A1
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Dipl-Ing Klaus Reindl
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2,
Berlin und München Y.'ittelsbacherplatz 2
pa 68/3027 5803392
Schutzvorrichtung für einen Feldeffekttransistor
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzvorrichtung für einen Feldeffekttransistor mit einer Quellen-, Senken- und Torelektrode, "bei der zum Schutz des Torisolators des Feldeffekttransistors gegen irreversible elektrische Durchschläge parallel zu dessen Torelektrode eine Schutzdiode liegt.
Feldeffekttransistoren bestehen im wesentlichen aus einem Halbleiterkörper, in dem zwei voneinander getrennte n- oder p-leitende Bereiche angeordnet sind. Zwischen diesen Bereichen und von diesen und dem Grundkörper durch eine Isolierschicht (Torisolator) getrennt, befindet sich eine Metallelektrode, auch Torelektrode genannt. Mit Hilfe dieser Metallelektrode kann durch Anlegen einer Spannung die Zahl der zum Ladungstransport beitragenden Ladungsträger im Halbleiterkörper zwischen den beiden n- bzw. p-dotierten Bereichen gesteuert werden. Liegt nun zwischen den beiden n-bzw. p-dotierten Bereichen eine Potentialdifferenz, so ist der dann zwischen ihnen fließende Strom abhängig von der zur Verfügung stehenden Zahl von freien Ladungsträgern und damit von der an der Torelektrode angelegten Spannung.
Zum Schutz des Torisolators von Feldeffekttransistoren gegen Durchschläge wurden bisher Zenerdioden verwendet. Im Sperrbereich dor Zenerdiode vor dem Lawinendurchbruch führt diese einen Sperretrora etwa proportional zur Wurzel aus der anliegenden Spannung, was einem Gleichstrorav/ider stand von ungefähr 1Cri: entspricht. Da die Zenerdiode parallel zum
FA 9/493/956 Kot/TS
2. 10. 1968 , - 2 -
0411
PA 9/493/956 - 2 -
14. 1 ζ
10 bis 10 -Q aufweisenden lorisolatorwidcrstand des Feldeffekttransistors liegt, wird der Singangswiderstand ■des Feldeffekttransistors durch den Widerstand der Zenerdiode bestimmt. Dies ist aber unerwünscht, denn ein Feldeffekttransistor soll einen möglichst groSen Singaiigswiderstand haben, und dies auch bei höheren Spannungen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Saeiiteile der Zenerdiode zu vermeiden und eine Schutzdiode anzugeben, deren Gleichstromwiderstand auch.bei steigender anliegender Spannung nahezu konstant bleibt. Diese Diode soll .einfach herstellbar sein, insbesondere boi der Fertigung zusammen mit einem Feldeffekttransistor.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schutzdiode eine Metall-Isolator-Halbleiter-Schiclitfolge besitzt.
Dies hat den Vorteil, daß damit bis zur Durchschlagsfeidstärke ein Gleichstromwiderstand der Schutzdiode von ca.
1112
10 bis 10 ^) erhalten bleibt. Der Eingangsviiderstand der erfindungsgemäßen Anordnung liegt also zwei Ms drei Größenordnungen höher als der bisher bekannter Feldeffekttransistoren mit einer Zener-Schutzdiode, Der ausgenutzte Effekt ist, daß bei hohen Feldstärken die leitfähigkeit der angegebenen Diode stark ansteigt, ötv/a innerhalb eines Volts um eine Zehnerpotenz."Die für einige Minuten ohne Zerstörung (irreversibler Durchbruch der Isolator-Schicht) ableitbare Stromdichte beträgt 10"2 Ms 10""1. J£/csl2·.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist ixe-Isolatorschicht eine Siliciumnitridschicht oder"gesplitterte Siliciuradioxidschicht. Dessen Verwendung als Isolator hat Sien'als !besonders aweckraäßig erwiesen.
Bin© weitere vorteilhafte Ausbildung tor ErfiMisg besteht*
009621/0680
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darin, daß der Torisolator des Feldeffekttransis^tors aus zwei Schichten besteht, wobei eine Schicht eine Silieiumnitridschicht ist. Damit ist die Wahrscheinlichkeit eines Durchschlage des Torisolators noch ViGSentlich herabgesetzt. Eine solche Anordnung bildet den nach heutigen Erkenntnissen stabilsten Torisolator.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß der Halbleitergrundkörper des Feldeffekttransistors gleichzeitig die Halbleiterschicht der Schutzdiode darstellt und daß auf dem Halbleitergrundkörper die Schutzdiode und darauf die Metallschicht der Schutzdiode aufgebracht ist. Damit ist eine besonders einfache und zweckmäßige Fertigungsweise der gesamten Anordnung möglich.
Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Feldeffekttransistor mit einer erfindungsgemäßen Schutzdiode, die Fig. 2 die Charakteristik einer solchen Diode.
In einem p-dotierten Halbleiter 1 befinden sich zwei im Abstand voneinander angeordnete n+ -leitende Bereiche 2, 4, von denen der mit einer Metallelektrode 6 der Quelle und der andere mit einer Metallelektrode 8 der Senke verbunden ist. Znischen den beiden n+ -leitenden Bereichen ist eine Torelektrode angeordnet, bestehend aus einer Metallelektrode 10, einer dünnen pyrolytischen Silieiumnitridschicht 12 und einem hochreinen thermisch erzeugten Oxid H} das als Torisolator dient. Auf dem Halbleiter 1 befinden sich noch ein pyrolytisches phosphordotiertes Oxid 16 und ein thermisches Oxid 20, das beim Diffusionsprozeß des Phosphors dem pyrolytischen Oxid zur Herstellung der beiden η -leitenden Bereiche als Maskierung dient. Zwischen dem Oxid 16 und den Metallelektroden 6, 8 ist eine dünne Schicht pyrolytisches Siliciumnitrid 12. Im Abstand von dem oben beschriebenen Feldeffekttransistor ist eine Metallschicht 22 angeordnet, die vom Halbleiter 1 durch eine pyrolytische
009*25/0660
PA9A9V956 -4- T80339
Siliciumnitridschicht 24 getrennt ist, und so eine MIS (Metall, Isolator, Halbleiter)-Diode 26 bildet. Die Metallschicht 22 ist mit dem Metall 10 durch eine Verbindung 28 leitend verbunden.
Die Steuerspannung kann bei 30 angelegt werden, riit ihr kann dann der zwischen der Metallelektrode 6 der Quelle und der Metallelektrode 8 der Senke, die sich auf verschiedenem Po.tential befinden, fließende Strom gesteuert werden. Yferden an das Metall 10 zu hohe Spannungen angelegt, so werden diese über die Verbindung 28 und die MIS-Diode 26 abgebaut, bevor der Torisolator H durchschlägt.
In Pig. 2 ist die Kennlinie der erfindungsgemäßen Schutzdiode dargestellt. Auf der Abszisse ist die Feldstärke in Megavolt/cm auf der Oronate die Stromdichte in A/cm aufgetragen=
5 Patentansprüche
2 Figuren
00982S/0660 - 5 -

Claims (5)

■" "!"IS! ϊ; - Tl Il Patentansprüche
1. Schutzvorrichtung für einen Feldeffekttransistor mit
einer Quellen-, Senken- und Torelektrode, bei der zum Schutz des Torisolators des Feldeffekttransistors gegen irreversible elektrische Durchschläge parallel zu dessen Torelektrode eine Schutzdiode liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzdiode eine Metall-Isolator-Halbleiter-Schichtfolge besitzt.
2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorschicht eine Siliciuinnitridschicht ist.
3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorschicht eine gesplitterte Siliciumdioxidschicht ist.
4. Schutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Torisolator des Feldeffekttransistors aus zwei Schichten besteht, wobei eine Schicht eine Siliciuinnitridschicht ist.
5. Schutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4} dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleitergrundkörper des Feldeffekttransistors gleichzeitig die Halbleiterschicht der Schutzdiode darstellt, und daß auf dem Halbleitergrundkörper die Isolierschicht und darauf die Metallschicht der Schutzdiode aufgebracht ist.
00982S/0660
Leerseite
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