DE2531846A1

DE2531846A1 - Integrierter halbleiterschaltkreis

Info

Publication number: DE2531846A1
Application number: DE19752531846
Authority: DE
Inventors: Yasukazu Inoue; Masanori Kikuchi
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1974-07-16
Filing date: 1975-07-16
Publication date: 1976-01-29
Also published as: GB1518984A; US4115709A; DE2531846C2

Description

Die Erfindung betrifft einen integrierten Halbleiterschaltkreis mit Feldeffekttransistoren (im folgenden FET's genannt) mit isolierten Gates, und insbesondere betrifft die Erfindung den Schutz eines derartigen Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate in einem derartigen Schaltkreis.

V/enn ein elektrisches Feld an eine Drain-Elektrode eines FET mit isoliertem Gate angelegt wird und dieses elektrische Feld eine Oberfläehendurchbruchsspannung eines pn-Übergangs zwischen dem Drain-Bereich und dem Substrat des l'ransistors übersteigt, tritt zwischen der Drain- und der Gate-Elektrode

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ein Durchbruch der Isolation auf, und der Transistor wird zerstört. Diese Erscheinung ist besonders bemerkenswert, wenn das Gate-Potential geerdet oder der Transistor in seinem abgeschalteten Zustand ist und wenn die Gate-Schicht dünner und die Kanallänge kürzer wird. Diese Erscheinung tritt sowohl bei nals auch bei p-Kanal-FET's mit isoliertem Gate auf, ist jedoch insbesondere bei η-Kanal-Transistoren bemerkenswert.

Die kürzliche Entwicklung von integrierten Schaltkreisen mit Feldeffekttransistoren (im folgenden PET-ICs genannt) mit isoliertem Gate, die eine höhere Geschwindigkeit und eine größere Kapazität aufweisen, führt zu einer dünneren Gate-Schicht und einer kürzeren Kanallänge der FET's mit isolierten Gate, wodurch die Zerstörung der Transistoren auf Grund der Drain-Spannung verstärkt wird. Außerdem ist bei dem FET-IG mit isoliertem Gate eine Ausgangselektrode mit der Drain- oder der Source-Elektrode eines Ausgangstransistors verbunden, und eine der Verbindungsstellen oder -kissen für die Außenelektroden auf dem IC-Chip dient als Ausgangselektrode. Daher ist der Ausgangetransistor in seinem abgeschalteten Zustand gegen Zerstörung verletzlich auf Grund der Drain- oder Source-Spannung und wird tatsächlich oft durch elektrische Ladungen zerstört, die sich auf der Ausgangselektrode während der Herstellung oder während der darauffolgenden nachbehandlung oder durch eine Rauschspannung ansammeln, die an der Ausgangselektrode während des realen oder während des Testbetriebes anliegt. Derartige Zerstörungen treten nicht nur bei Au. s gangs-

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trensistoren, sondern auch bei anderen i'ransistoren, beispielsweise für Adressenschaltkreise, auf. Dies erschwert die Behandlung der Vorrichtung und verringert die Herstellungsausbeute oov/ie die Zuverlässigkeit der Vorrichtung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schutzeinrichtung zu schaffen, um den Durchbruch der Drain-Gate-Isolation oder die Zerstörung eines FET mit isoliertem Gate wegen des elektrischen Feldes zu verhindern, das an der Drain- oder Source-Elektrode des Transistors anliegt.

Erfindungsgemäß wird eine Gate-gesteuerte Mode mit einer niedrigeren Übergangsdurchbruchspannung verwendet als die Durchbruchöspannung des Drain-Übergangs des zu schützenden ■!Transistors. Die Gate-gesteuerte Diode ist mit der Drain- oder Source-Elektrode des zu schützenden !Transistors verbunden. V. enn der zu schützende !Transistor ein Ausgangstransistor des Schaltkreises ist, ist es vorzuziehen, daß die Gate-gesteuerte Diode mit einem Punkt zwischen der Ausgangselektrode Drain- oder Source-Elektrode) des Transistors und der Verbindungsstelle, wie der Äusgangselektrode, verbunden ist. Der Aufbau der Gate-gesteuerten Diode ist ähnlich einem FET mit isoliertem Gate, außer daß sie keinen Source-Bereich aufweist. Lit anderen Worten v/eist die Gate-gesteuerte Diode zwei benachbarte Halbleiterbereiche entgegengesetzten Leitertyps auf, zwischen denen ein pn-übergang ist, wobei zwei Elektroden mit Ohmschem Kontakt entsprechend mit den zwei Bereichen verbun-

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den sind, ein Gate-Isolator eine Abdeckung von einem Teil der Oberfläche des einen Bereiches über den pn-übergang hinaus zu einem Seil der Oberfläche des anderen Bereiches bildet und eine Gate-Elektrode über dem Gate-Isolator vorgesehen ist. Bei der vorliegenden Erfindung sind die beiden Elektroden mit Ohm-Behern Kontakt der Gate-gesteuerten Diode elektrisch mit der Drain-Elektrode bzv.. dem Substrat des zu schützenden 'Transistors verbunden, so daß der pn-übergang der Gate-gesteuerten Diode elektrisch parallel zu dem Drain-Übergang des 'iransistors mit der gleichen Polarität verbunden ist. Die Durchbruchsspannung des pn-übergangs der Gate-gesteuerten Diode kann niedriger eingestellt werden als die des Drain-Übergangs des Transistors, und zwar durch Steuerung zumindest eines Faktors der Dotierungskonzentration eines oder beider der zwei Bereiche, der Dicke des Gate-Isolators und der Polarität und der Amplitude der an der Gate-Elektrode der Diode angelegten Spannung. Es ist möglich, den pn-übergang der Diode in dem Substrat auszubilden, in dem die Drain- und Source-Übergänge des Transistors ausgebildet werden, oder alle diese Übergänge können in dem gleichen Substrat gleichzeitig ausgebildet werden. Darüber hinaus können sowohl die Gate-Isolatoren des Transistors als auch die Gate-gesteuerte Diode gleichzeitig ausgebildet werden.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fi₀. 1 ein Diagramm der Durchbruchsspannung eines ^bergangs als Funktion einer Gate-Spannung sowohl vor als auch nach dem auslösenden üreignis,

Fig. 2 ein Diagramm der Durchbruchsspannung eines tbergangs einer Gate-gesteuerten Diode mit Gate-Isolatoren-verschiedener Dicken als Funktion einer Gate-Spannung,

Fig. 3 die Beziehung zwischen der Durchbruchaspannung eines «bergangs und der Konzentration der Dotierung eines Substrates,

Fig. 4 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsforia,

Fig. 5 ein Beispiel des Aufbaus eines integrierten Halbleiterschaltkreises geaäß Fig. 4,

Fig. 5(A) eine Aufsicht auf einen Schaltkreis gemäß Fig. 4,

Fig. 5(B) einen Querschnitt entlang der Linie B-B¹ der Fig. 500 in Pfei!richtung,

Fig. 6 ein Schaltbild einer anderen erfindungsgeinäßen Ausführungsform und

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Fig. 7 einen Querschnitt eines Beispiels des Auf b aus eines integrierten Ilalbleiterschaltkreises gemäß Pig. 6.

Der Zerstörungsvorgang eines PEi mit isoliertem Gate wegen der Drain-Spannung unteracheidet sich von dem wegeu der Gr ate-Spannung, wobei ein G-at.^-Isolator durch einlegen einer sehr hohen Gate-Spannung zerstört wird. \;enn eine Spannung, die zumindest höher ist als die Durchbruciisßpannung des Drainuberganges, an eine Drain-Elektrode .-angelegt wird, tritt ein Avalanche-Durchbruch an dem Drain-übergang auf, und heiße Ϊrager werden dadurch erzeugt und in den Gate-Isolator injiziert. ',. enn der Avalanche-Burchbruch auch durch die Drain-Spannung nach dem Auslöseereignis auftritt, wird wegen der bipolaren I'ransistorwirkung eines parasitären Transistors ein starker Stromverstärkung sine chani emu s ausgelöst, wobei der parasitäre transistor durch die Drain (n⁺)-Substrat (p)-Source (n⁺)-Struktur (im !«'alle eines n-Kanal-ΐΐϊ) gebildet wird, und eine große Anzahl dieser i'räger wird in den Gate-Isolator injiziert. Da sich die !,!enge der injizierten Ladungen in dem Gate-Isolator nicht sättigt, so folgt daraus, daß der Gate-Isolator thermisch zerstört wird. Ua eine derartige Serstörung des Gate-Isolators zu verhindern, ist es notwendig, 1 . den Durchbruch des Drain-Überganges zu verhindern und 2. die Source-Elektrode abzutrennen, um die Bildung des parasitären bipolaren i'ransistors zu verhindern. lürfindungsgeiiiaß wird der Punkt 1 fur den zu schützenden Transistor dadurch erreicht, daß eine Schutzeinrichtung verwendet wird, in der

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Punkt 2 berücksichtigt wird.

Erfindungsgemäß v/ird eine Gate-gesteuerte Diode als Schutzeinrichtung verwendet, deren Durchbruchsspannung des pn-uber_oanges niedriger ist als die Durchbruchsspannung des Drain-Iberganges. Daher tritt der Cbergangsdurchbruch nur bei der u-ate-gesteuerten .Liode auf. v;enn eine große Spannung an der Divin-ilcktiOde anliegt, und kein schädlicher Durchbruch tritt au de;.i Drain-wbei'gang auf und dadurch \.'ird die Zerstörung des transistors verhindert. Dabei tritt eine Injektion einer großen nnzeuil heißer „rager nicht in den Jate-Isolator der Diode auf, und dadurch v/ird diese nicht zerstört.

Die Durchbruchsspamiung eines pn-Lberganges hängt in erster linie von der Dotierungskonzentration der Bereiche auf beiden leiten des Überganges ab. ,Venn die Isolationsschicht auf der freien Seite des Übergangs dünn ist, hängt sie aul3erde:.i von der Dicke der Isolationsschicht ab. außerdem hängt sie von der G-ate-Spannung ab, die an der 2· a te— Elektrode auf der dünnen Gate-isolierenden Schicht in der Gate-gesteuerten Diode anliegt. Daher wird die Durchbruchssparuiung der G-a.te-gesteuerten Diode niedriger eingestellt als die Drain-Durchbruchssparmung, und avar durch Einstellung zumindest einer der Dctierungskonzentratiouon, der Dicke des G-ate-Isola-tors oder der G-ate-Spannunr ·

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Die 3?ig. 1 bis 3 zeigen die Durchbruchsspannung von pn-über gängen der Gate-gesteuerten Diode und des n-Kanal-PEE, die gleichzeitig durch Erzeugung von η-dotierten Bereichen in das gleiche p-dotierte Silicxuinsubstrat gebildet werden. Gemüß Fig. 2 "betrafen die Dotierungskonzentration (C_p) und die Span-

15 —3 nung (Vomj) äes Substrates 1 χ 10 cm bau. -5 Volt, oo daß

die LborgangSQurchbruchsspannung (BV) niedriger wird, wenn die Dicke (2βγ) der SiOp-G-ate-Isolatorschicht dünner wird. Palis daher der Gate-Isolator des Transistors 1C00 il dick ist, kann BV der Gate-gesteuerten Diode niedriger gemacht v/erden als das BV der Drain-Elektrode, indem die Dicke der Gate-Isolator-Diode 5OC L dick gemacht v/ird. Gemäß Pig. 1 und 2 wird die Übergangsdurchbruchsspannung (BV) kleiner, wenn die an der Gate-Slektrode angelegte Gate-Spannung niedriger wird, wobei die Dicke des Gate-Isolators die gleiche ist. Daher ist es ionier möglich, das BV der Gate-gesteuerten Diode geringer einzustellen als das der Drain-Llektrode, und zwar durch Anlegen einer negativen Spannung an die Gate-Elektrode der Diode, da an der Gate-L'lektrode des n-ICanal-FSi¹ keine oder eine positive Spannung cnliegt. Bei p-Kanal-i'ransistoren niinnit BV ab bei zunehmendem Y„, und daher sollte eine positive Spannung zu. dem genannten Zweck an dem Gate der Diode angelegt werden. Pig. 3 zeigt, daß die bbergangsdurchbruchsspannung abnimmt, wenn die Dotierungskonzentration zunimmt, und zwar selbst dann, wenn die Dicke der Gate-Schicht und die Gate-Spannung konstant sind (1000 A bzw. 0 Volt). Falls der Drain-Bereich des Transistors in den pdotierten Siliciumsubstrat bei einer Dotierungskonzentration

► a.

von 1 χ 10 cm ^ ausgebildet ist, beträgt die Durehbruehss ρ tarnung des Drain-Übergangs dieses 'transistors etv/a 25 Volt, \;ie dies durch Punkt A gekennzeichnet ist, \.Obei der transistor in dem abgeschalteten Zustand ist; durch Bilden des ndotiertun Bereichs der -Grate-gesteuerten Diode in einem p⁺- clotierten Bereich nit der Dotierungskonzentration von 16 —3

1 χ 10 cm ^ in denselben Substrat ist es möglich, die Durchbiß chs spannung dei" !Diode auf etwa 18 Volt einzustellen, wie dies durch den Punkt B gekennzeichnet ist, die geringer ist als die Drain-Durchbruchsspannung bei 7 Volt. Da ein hochdotierter Bereich, oder sogenannter "lianals topp "-Bereich ("channel stopper"-region), der die gleiche Leitungsart wie, jedoch eine höhere Dotierungskonzentration als das Substrat aufweist, oft zn der Gberflllche des Substrates mit Ausnahme der aktiven Bereiche ausgebildet wird, an denen 'iransistoren deshalb angeordnet werden, un die Erzeugung der Oberflächeninversionsschicht zu verhindern, ist es leicht möglich, die ^"bergangsdurchbruchsspannung der Gate-gesteuerten Diode zu verringern, ohne irgendeinen zusätzlichen Herstelluiigsschritt beim Herstellen des pn-übergangs der Diode in diesem hochdotierten Kanalstopi^-Bereich. Da der Durchbruch des Diain-"überganges und des tberganges der Gate-gesteuerten Diode den gleichen Mechanismus des Cberfläehendurehbruchs eines pn-Übergmiges darstellt, der durch eine isolierte Gate-Llektrode gesteuert wird, besteht Lein unterschied der Zeitkonstanten des Durchbruchs. Daher ]:ann eine ^ohe Spannung an der Drain-lileLtrode wirksam durch die Gate-gesteuerte Diode abgeschnitten werden.

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..elin der Grate-Isolator sehr dünn ist, wird die t.borgangsdurchbruchsspannung einmal durch Injektion von löchern in den Gate-Isolator nach dem Avalanche-Durchbruch des Überganges erhöht. Diese Erscheinung wird als Verschiebung ("pushing" oder "welk out"-phcnoi;!2non) bezeichnet. Die iJerstürung des ü-ate-Isolutors tritt gleiohzeitig auf, wenn diese Verschiebungserscheinung abgeschlossen ist. Daher kann die Zerstörung des Gate-Isolators dadurch verhindert werden, daß der schließliche Durchbruch des Drain-überganges nach der Verschiebung verhindert v;ird, oder indem die schließliche Durclibruchsspannung des -bergangs der Gate-gesteuerten Diode nach der Verschiebung co gesteuert v/ird, daß sie niedriger ίεΐ als die Durchbruchs spannung des Drain-Cberganges εη ünde. Jalls die anfängliche Durchbruchsspannung des Diodenüberganges vor dem Auftreten der Verschiebung niedriger ist als die cec Drain-L'berganges, ist die Durchbruchs spannung am linde nach deu Auftreten der Verschiebung ebenfalls niedriger ::ls die den Drein-Überganges. I?i£;. 1 zeigt, daß die Durchbruchsspannung cn ii'nde, gekeimseichnet durch eine Line D, höher ist als dio anfängliciie DurciibruchDspcrü'iung geuäf] linie G, jedoch noch i-.-bhängig von der G- at ο -Sp aunung.

Hit Deaug auf die i'ig. 4 und 5 -.:ird oiiie er ο te crfindunrc- XQaLBe iiusfülirungsfona beschrieben. Diese Ausführungsforti weist einen PiJi¹ 2- mit isoliertem Gate auf, und zwar uit einer Gateülelztrode 5» einer Drain-x.lel:trode 6, einer bource-ilektrode 7 und einea Substrat 8, wobei eine Gate-gesteuerte Schutzdiode D^

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'509 88 5/ 1 00Λ

eine jato-Elektrode ·'.-. ::incn Bereich IC eines Leitert^ps und ein Substrat 11 des entgegengesetzten Leitertyps r,raf''..Gist. Lie G-o.te-Elektrode 5 des xrcusistors i' ist nit einer Si~::.lloitung 2 verbunden und seine Source-Slektrode 7 ißt geerdet, \.aixrend die Drain-Elektrode 6 mit einem Ausgang oder einer Außenelektrode 1 und sein Substrat 8 mit einer Substrat-Elektrode 3 verbunden ist. Der Bereich 10 und das Substrat 11 entgegengesetzten leitert^-pü der -uiode D₁ sind nit der Drain-Elektrode 6 "csv:. de:„ Substrat S des iransistors ϊ. verbunden, \.lihrend die G-ate-Llektrode 9 der Diode nit einer Gkvte-Spannungi>quelle -; verbunden ist, die ne^tvfcive I-olaritat bei einem n-itanal-Jransistor 'U₁ und die positive Polarität bei einen p-Kanal-Jri.u;.sistor '2. auf\.cist. Der Schaltkreis der Pi^. 4 kann auf einen und denselben Halbleitersubstrat 8 hergestellt werden, '..ic dies in den Fi^. 5(a) und 5(13) beispielhaft dargestellt ist. In deLi p-dotierten Siliciunsubstrat 8 sind z\m± n-dotierte Bereiche 7 und 13 mit der gleichen !riefe ausgebildet. Einer der η-dotierten Bereiche 7 ist die Source-L'lektrode des !£ranoistors i' , und ein 'Heil 6 des anderen Bereiches 15» der an dtn Üource-Iereich 7 nit einer schmalen Lücke angrenzt, ist die Lrain-lilektrode des i'ransistors 'U₁. Lber dieser schmalen Lücke sind ein dünner SiG₀-G-CtC-Isolator 14 und eine PoIysiliciv.ra-0-ί. te-ilektrode 5 des Transistors i' geschichtet. Eine Aluniniumschicht 12 der Erdleitung steht in Verbindung mit einen Jeil ces Source-Bereiches ¹J, und eine Signt-1 leitung 2 cus iiluniinium ist nit der Gate-Elektrode 5 verbunden. Ein verlängertes Ende 16 des η-dotierten Bereiches 13 ist mit einer

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Ausgangsleitung 1 der Aluminiumschient verbunden, während ein anderes Ende 10 des η-dotierten Bereiches 13 den Bereich eines Leitertyps der Diode D. bildet. Auf der Seite dieses Bereiches 10 und des benachbarten Substratbereiches, das ein Substrat 11 entgegengesetzten Leitertyps der Diode D- bildet, sind ein dünner SiOp-Gate-Isolator 15 und eine Polysilicium-Gate-Elektrode S der Diode D₁ geschichtet. Eine Aluminiumschicht 4 steht in Berührung mit der Gate-Elektrode 9 und dem Substrat Die Substrat-Elektrode 3 ist an der Rückseite des Substrates 8 befestigt.

Falls das Potential der Gate-Signalleitung 2 null Volt beträgt, so daß der !Transistor T₁ abgeschaltet ist, und falls das Potential der Substrat-Elektrode 3 und daher das der Gate-Spannungeleitung 4 der Mode D₁ bei -5 Volt festgehalten wird, betragen die Durchbruchsspannungen des Drain-Überganges zwischen dem η-dotierten Bereich 6 und dem Substrat 8 und des Überganges der Diode D₁ zwischen dem η-dotierten Bereich 10 und dem Substrat 8 etwa 25 Volt bzw. etwa 20 Volt, wie dies aus der Linie C der Pig. 1 hervorgeht. Palis eine Rauschspannung an der Ausgangselektrode 1 anliegt, wird der Übergang der Diode D₁ zunächst unterbrochen, und seine Durchbruchsspannung steigt bis auf etwa 25 Volt durch die Verschiebungserscheinung, wie dies auB der Linie D der Pig. 1 hervorgeht. Da hier keine parasitäre n⁺ - ρ - n⁺ -Transistorstruktur in der llähe des Bereiches 10 vorliegt, tritt keine große Stromverstärkungswirkung auf, und der Gate-Isolator 15 der Diode wird nicht zer-

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. distort. Duiior ist der Drain.-..bergung des Transistors x frei von einen Durchbruch, -and der transistor Ϊ. ist geschützt.

3e± einer anderen Ausführungsfοrn der .:/.rfinduiig gemäß Fig. 6 ist eine Source-L'lehtrode 1C2 eines Ausgangs eines "jW2 JJ₁- i.:it isolierte... Cfate geerdet, und seine Drain-DleLtrode 1C> ist UbDr ein I.r>cdanzelenent Z, das weggelassen v/erden l:onn, nit einer .ausgangselektrode verbunden, Liiine a-ate-Ülolrtrode 1 Cv einer Gk-te-gesteuerten Diode D₁^ ist geerdet, und ein Bereic— 1C4 eines Leitcrt^ps und das Substrat des entgegengesetzten rt~;os sind nit der Drain-Llelrtrode 10-3 bzw. einen Subc!es -ausgarigstri-'iisistors 2_Λι, verbunden. Dieser Ochr.ltder Fig. S kann beispielsweise genä2 i'ig. 7 realisiert werden. Durch selehtives Diffundieren von Phosphor in die Oberfläche eines p-dotierten Siliciuusubstrates 101 nit einem spezifischen ..idersttiid von etw;? 10 £l -cm werden n-dotierte BereiCiC 1C2. 102 und 1C4 nit der Oberflachen-P-.osphorhonzentra-

1 -¹· —5
tion von etwa 10 ' cm gebildet, die als Source- und Drainillektroden des i'rai'isistors i' ^ bzw·, als η-dotierter Boreich der Diode L-._Λ verwendet werden, üin p⁺-doticrter Ltreich 105 mit der Oberflächen-Dotierungskonzentratioi; von etwa 10 cc"'' wird durch selektive Diffusion von '3or gebildet, go daij ein pn-überging nit den η-dotierten Bereich 104 der Diode D₁., gebildet ..ird. Dieser p⁺--dotierts Dereich dient ruß erden als

!stopper" su^. Verhindern der ieldiwversion. Die aus Ki

hergestellten U--.. te-Isolatoren 106 und 116 des l'r ins is to rs Ϊ_Λ^

und der Diode L₁- "..orden durcn thernisclie Oxydation des üili-

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ciumsub Streites 101 bis zu. üiner Schichtdicke von etwa. 1000 λ gebildet, und eine Feld-SiOg-Schicht 107 v/ird außerdem durch thermische Oxydation mit einer Dicke von etwa 1 Llikron gebildet. Poly kristalline Silioiumschiehten 103 und 109 für die u-cte-Llektroden des ^runsictors Ά' und der Diode D... '..'erden durch thermische Zersetzung, von SiIL gebildet. Durch Verwendung einer aufgedampften Aluniniunschiclit werden Erdleitungen 110 und 113, die jeweils in IContakt mit der Source-iJlektrode 102 des transistors und mit der Gate-Elektrode 109 der Diode stehen, eine G-ate-Signallcitun^ 111, die mit der Gate-jJlektrode 103 des Transistors verbunden ist, und eine Aus?jangsleitun£j 112 je-"bildet, die sowohl uit der Drain-illektrode 105 des i'ransißtors als auch mit den η-dotierten Bereich 104 der Diode in Verbindung steht. Llit diesem «.ufor-va, "bei eine ei Potential dec Substrates 101 von -5 Volt und bei geerdeter Gate-Elektrode 108 des Transistors, betna^en die Durchbi-uciisspannimgen des Draiiv-übcrganges zwischen der Drain-iJlektrode 103 und den Substrat 101 und des .bergan^et; zwischen dem n-dotierten Bereich 1C4 der Diode und dem ~j -dotierten Bereich 105 25 bzw. 10 Volt. Die Sch'.velleriüpaiuiung, bei der eine n-arti/je Inversionsschicht unter dei._ i'eldoxyd 107 gebildet \.ird, betrug y} Volt, -..älu-ünd die iiauptdurchbruchsspaiaiunü^n des i-ber^cji^s Zwischen dem Here ich 102 oder 103 und dem Substrat 101 und dea lbc.rü<:üv;s 'δ\:±- schen den Bereichen 104 und 105 SC \>z\;. *j\, Volt bstru^cn. Ds trat keine Zerstörung des üus^angütransistors j.·.,., wereu der auf der ^us^mi^gelektrode r.n^cvuar.miolteii Lrdun^on und ;.egen dor -ill die Ausgangs elektrode v:'ihrc:id des i^cb- und des realen Bo-

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_Λ ORIGINAL INSPECTM)

triebe ο cngele^ten llaiisciispunnui;^ auf.

Unter Verwendung des Prinzips der ersten Ausführungsform ist es Höflich, die Durclibruchs spannung der G-ate-gesteuerteii Diode weiter zu verringern, iiideu die G-cte-iilolrtrode 1C9 der Diode nicht r.:it der Erde, sondern nit einer negativen üpannungsquelle, beispielsweise dom Substrat 101, von -5 Volt verbunden wird.

Die Erfindung ist hauptsächlich in Verbindung nit einem n-Kianal-Peldeffekttransistor nit isolierten G-ate beschrieben worden. Die Serstörung des G-ate-Isolators tritt, wie oben beschrieben, leicht bei n-Kanal-Eransistoren auf, und zwar wegen des Unterschiedes in Injektionsvermögen von löchern und Elektronen in den Gate-Isolator. Der gleiche Effekt tritt prinzipiell auch bei einen p-Kanal-i'ransistor auf, und datier ist die Erfindung auch auf p-ILunal-Feldeffekttransistoren nit isolierten Gate anwendbar. auSerden war die Beschreibung auf die Gate-Zerstörung v/egsn der Drain-Spannung gerichtet. Falls jedoch eine Ausgangselektrode rait der Source-Elektrode verbunden ist, tritt die gleiche Gate-Zerstörung auf Grund einer großen, an der Souree-Slektrode angelegten Spannung auf. In diesen Fall wird die Gate-geateuerte Diode gemäß der Erfindung nicht mit der Drain-Elektrode, sondern nit der Source-Elektrode verbunden. Obgleich die Transistoren der Ausführungsformen Silicium-Gate-2ransistoren sind, können die erfindungsgemäßen Maßnahmen entsprechend auf Aluniniun-Gate-^ransistoren und andere Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate übertragen werden.

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Claims

Patentansprüche

M.) Integrierter Schaltkreis nit einen Feldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode und einer Schutzeinrichtung zum Schutz der Gate-Isolation, dadurch β c Iz e η η ζ c i c h -■ net. daß die Schutzeinrichtung eine uit der Drain- oder der 3ource-21ektrode (6, 103 bzw. 7, 102) des transistors (S₁, T₁₀) verbundene, Gate-gesteuerte Diode (D₁, D₁₀) aufweist, deren lir.rchbruchsspannung geringer ist als die Durchbruchaspannung dec Drain- bzw. Source-Übergangs des transistors (T₁, ^₁₀) ·
2. Integrierter Schaltkreis mit einen Feldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode sowie Source- und Drain-Klektroce und mit einer Schutzeinrichtung, wobei jeder pn-'übergang zwischen einem Substrat und jeder Source- und Drain-Elektrode ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Schutzeinrichtung eine Gate-gesteuerte Diode (D₁, D₁₀) mit einem pn-lbergang aufweist, der elektrisch parallel zu dem pn-Überg.ang zwischen dem Substrat (8, 101) und der Drain- oder Source-Elektrode (6, 105 bzw. 7, 102) ist, wobei die Durchbruchsspannung des pn-Übergangs der Gate-gesteuerten Diode (5, 108) niedriger ist als die des pn-Übergangs zwischen dem Substrat (8, 101) und der Drain- bzw. Source-Blektrode (6, 103 "bzw. 7, 102) des transistors (T₁, U₁₀)·

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3. Schaltkreis nach Anspruch 2, dr.durch gekennzeichnet , daiJ die Drain- bzw. oource-Elektrode (G, bzv. 7, 1C2) nit oiiicr iiu slangs elektrode des Schaltkreises verbunden ist, \/obei die uate-^esteuerte Diode (D₁, D.-,) vor der Zerstörung der Isolation einerseits arischen der Drain- bav;. Souree-^lektrode (6, 103 bzv/. 7, 1C2) und anderer sei ta der G;.te-21ektrode (5, 108) durch ein elektrisches PeId ?,n der Außenelektrode schützt.
4. Schaltkreis nc.cL· iiiicpruch 2 oder 3,· dadurch £ e - I: β ι: ii ζ e i e h η e t . da£ eier ρη-Lbergtuic der Gate-gesteuerten Diode (D., D-]-.) in den gleichen Substrat (β, 1C1) vie eiern de& xrausistors (LJ₁, U₁-) r:us_oebildet ist.

I I ν
5. Sciieltlroia nach eineia der jüisprüche 2 bis 4, dadurch £, e h ο ü χι ζ e i c h η e t , άεΐί der G-ate-Llektrode (4_} 1CS^:) der uiite-{jesteuerten Diode (D₁, D-ι..Ο ein derartiges elektrisches Potential auf uhr bar ist, so dais die Dur clibruchs spannung des pn-übergancs der Gute-^esteuerten Diode (D₁, £_1C) kleiner ist als die des pn-Über^angs zv/ischeii der Drain- bzw. Source-Elektrode (6. 103 bz\;. 7, 1C2) und dem Substrat (8, 101) ist.
6. Schaltkreis nach einen der Ansprüche 2 bis 5> dadurch gekennzeichnet , daß die Schichtdicke des Isolc.-tors zwischen der Gate-Elektrode (5, 108) einerseits und der Drain- bzw. Source-Elektrode (6, 103 bzw. 7, 1C2) geringer ist als etwa 1000 A.

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ORIGINAL INSPEC· 1,

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7. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Gate-Isolator der Gategesteuerten Diode (D₁, D₁₀) aus im wesentlichen denselben Laterial hergestellt und im wesentlichen die gleiche Schichtdicke aufweist wie der Gate-Isolator des Transistors (I', ^₁₀)
8. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennz eichnet , daß der Gate-Elektrode (4, 109) der Gate-gesteuerten Diode (D.., D-iq) eine Spannung mit einer Polarität zuführbar ist, die der der Gate-Elektrode (5, 108) des Transistors (2,., 2-jq) zugeführten Spannung entgegengesetzt ist.
9· Schaltkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Gate-Elektrode (4, 109) der Diode (D₁, D₁₀) mit dem Substrat (8, 101) verbunden ist.
10. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennze ichne t , daß ein Bereich des gleichen leitfähigkeitstyps wie und einer höheren Dotierungskonzentration als das Substrat (8, 101) in einem Seil des Substrates (8, 101) ausgebildet ist, in dem der pn-übergang der Gate-gesteuerten Diode (D-, 2■»/-.) ausgebildet ist.
11. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Gate-Elektrode (4, 109) der Gate-gesteuerten Diode (D.., ^_{1 G}) geerdet ist.

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12. Integrierter Schaltkreis, g e 1: e η η ζ e i c ii η e t dureli ein I'albleitersubstrat dea ei-ieu Leitfähigkeitstyps, Source- unc. Drain-Eereiclie entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps eines Feldeffekttransistors mit isolierter Gate-Elektrode, der getrennt auf der Oberfläche des Substrates mit pn-übergän- gen ausgebildet ist, durch einen Gate-Isolator des i'ransistors, aer auf der Oberfläche des Substrates zwischen den Source- und den Drain-Bereichen ausgebildet ist, v.obei eine Gate-Elektrode des i'ransistors auf den Gate-Isolator ist, durch einen Bereich entgegengesetzten leitfähigkeitεtyps einer Gate-gesteuerten Diode, die auf der Oberfläche dei> Substrates mit einem pn-übergang ausgebildet ist, durch einen Gate-Isolator der Diode, der kontinuierlich auf der überfläche des Bereichs des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in der llähe des pn-Lbergangs der Diode und auf der Oberfläche des Substrates in der ITähe des pn-Ubergangs der Diode ausgebildet ist, und durch eine Gate-Elektrode der Diode auf deren Gate-Isolator, wobei der Bereich des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps der Diode elektrisch mit dem Drain-Bereich des i'ransistors verbunden und die Durchbruchsspannung des pn-Übergangs der Diode niedriger ist als die des pn-Übergangs zv;ischen dem Substrat und dem Drain-Bereich des Transistors.
13. Schaltkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Drain-Bereich des Transistors elektrisch mit einer Außenelektrode des Schaltkreises verbunden ist.

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14. Schaltkreis nach Anspruch 12 oder 13» dadurch g e kennzeichne t , daß die Dicke des G-ate-Isolators des Transistors zwischen 1000 und 300 Angstrom beträgt.
15· Schaltkreis nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Gate-Isolatoren des Transistors und der Diode in in wesentlichen demselben Material ausgebildet sind und im wesentlichen die gleiche Dicke aufweisen.
16. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 12 bis 15» dadurch gekennzeichnet , daß die G-ate-Elektrode des Transistors mit einer Signalquelle der einen Polarität und die G-ate-Elektrode der Diode mit einer Spannungsquelle der entgegengesetzten Polarität verbunden sind.
17. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß der Bereich des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps der Diode mit dem Drain-Bereich des l'ransistors in dem Substrat verbunden ist.
18. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 12 bis 17» gekennzeichnet durch einen weiteren Bereich des einen Leitfähigkeitstyps mit einer höheren Dotierungskonzentration als das Substrat, der an dessen Oberfläche in Kontakt mit dem Bereich des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps der Diode ausgebildet ist.

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