DE2917690A1

DE2917690A1 - Isolierschicht-feldeffekttransistor mit ringfoermigem gate

Info

Publication number: DE2917690A1
Application number: DE19792917690
Authority: DE
Inventors: Andrew Gordon Francis Dingwall
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1978-05-09
Filing date: 1979-05-02
Publication date: 1979-11-15
Also published as: JPS54147787A; DE2917690C3; DE2917690B2; GB2020484B; IT7921725A0; GB2020484A; US4173022A; IT1112216B

Description

Dr.-Ing. Reimar König ■ Oipl.-ing. Klaus Bergen Cecllienallee 76 A Düsseldorf 3D Telefon -4ΞΞΟΟΒ Patentanwälte

79T7690

30. April 1979 32 869 B

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A₀)

»Isolierschicht-Feldeffekttransistor mit ringförmigem Gate"

Die Erfindung "betrifft einen Isolierschicht-Feldeffekttransistor mit ringförmigem "bzw. eine geschlossene Geometrie aufweisendem Gate, welches von der Source-Zone umschlossen ist und die Drain-Zone mit einem dieser zugewandten, als Polygon mit geraden Kanten ausgebildeten inneren Rand umschließt. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Herstellen des Isolierschicht-Feldeffekttransistors (IGFET). Vorzugsweise ist ein Isolierschicht-Feldeffekttransistor angesprochen mit einem an einer Hauptfläche eines Halbleiterkörpers des einen Leitungstyps vorgesehenen, ringförmig geschlossenen, aus einer auf der Hauptfläche liegenden Isolierschicht und auf dieser befindlichen leitenden Schicht bestehenden Gate, einer in den Halbleiterkörper hineinreichenden und das Gate umschließenden Sourcezone des anderen Leitungstyps sowie einer in den Halbleiterkörper hineinreichenden, von dem Gate umschlossenen Drainzone des zweiten Leitungstyps, wobei die äußere Form der Drainzone, d.h. deren Randform durch den inneren Rand des Gates bestimmt ist und dieser Rand als Polygon mit geraden Kanten ausgebildet ist. Isolierschicht-Feldeffekttransistoren mit ringförmig geschlossenem Gate sind in der US-PS 4 063 27k beschrieben.

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In den meisten Anwendungsfällen von Isolierschürt-Feldeffekttransistoren sind hohe Lawinen-Durchbruchsspannungen erwünscht, weil dann die Spannungsbelastbarkeit entsprechend groß ist. Es gibt jedoch Anwendungsfälle, in denen Transistoren (IGFET) mit niedrigerer Lawinen-Durchbruchsspannung oder Kombinationen von Transistoren (IGFET) mit hoher und niedriger Lawinen-Durchbruchsspannung in einer einzigen integrierten Schaltung zusammengefaßt werden sollen. Zu diesen Anwendungsfällen gehören Schutzkreis-Schaltungen, Transistoren des FAMOS-Typs (Floatinggate Avalanche Metal Oxide Semiconductor), welche in durch Feldwirkung zu programmierenden Speichern angewendet werden, MNOS-Transistoren (MNOS = Metal Nitride Oxide Semiconductor) oder Beispiele, bei denen das Tunneln von hochangeregten Elektronen bzw. Glüh-Elektronen eines Lawinen-Übergangs wichtig ist.

Der in der genannten US-PS 4 063 274 beschriebene, grundlegende Isolierschicht-Feldeffekttransistor mit rechteckigem Gate wird in komplementär-symmetrischen integrierten Schalfe-

kreisen angewendet, welche unter der Bezeichnung "CL"-

2 Schaltkreise bekannt geworden sind. Die Bezeichnung CL ist dabei die Abkürzung des englischen Ausdrucks '"Closed CMOS Logic". Wenn in Betrieb befindliche C²L-Bauelemente in der Dunkelheit durch ein Mikroskop beobachtet werden, ist zu sehen, daß die Ecken des eingeschlossenen Drains zuerst "aufleuchten", das bedeutet, daß die Lawine von den Drain-Ecken ausgeht.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, die Durchbruchsspannung eines Isolierschicht-Feldeffekttransistors mit geschlossenem Gate bei der Herstellung willkürlich größer oder kleiner als bei dem mit rechteckigem Gate ausgestatteten Isolierschicht-Feldeffekttransistor vorzugeben.

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Bei einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor mit ringförmigem, von der Souroezone umschlossenem und die Drainzone mit einem dieser zugewandten als Polygon mit geraden Kanten bzw. geradlinigen Segmenten ausgebildeten inneren Rand umschließendem Gate besteht die erfindungsgemäße Lösung im Kern darin, daß die Größe der durch benachbarte Kanten eingeschlossenen Winkel bei höherer Durchbruchsspannung größer als bei niedrigerer Durchbruchsspannung ist. Die Lösung kann auch so verstanden werden, daß die Winkel zwischen den geradlinigen Segmenten bzw. den Kanten von 90° abweichen und im Hinblick auf eine Steuerung der Durchbruchsspannung des Transistors ausgewählt sind. Zu dem Verfahren zum Herstellen eines Isolierschicht-Feldeffekttransistors mit geschlossenem Gate besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß die Größe der durch benachbarte Kanten eingeschlossene Winkel im Hinblick auf ein Anheben der Durchbruchsspannung vergrößert bzw. im Hinblick auf ein Absinken der Durchbruchsspannung vermindert wird ₀

Durch die Erfindung ist ein Isolierschicht-Feldeffekttransistor (IGFET) mit geschlossener Gate-Geometrie und einer durch Abgehen des äußeren Drain-Randes bzw. des inneren Gate-Randes von der bekannten Rechteck-Form zu steuernden Lawinen-Charakteristik geschaffen worden.

Anhand der schematischen Zeichnung werden weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf einen bekannten in C L-Vorrichtung verwendeten IGFET mit geschlossenem Gate}

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

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Fig. 5 Ms 5 Draufsichten auf erfindungsgemäße IGFBTs.

Die Fig. 1 und 2 beziehen sich auf einen IGFET 10 mit geschlossener Gate-Geometrie, wie er etwa in der US-PS 4 063 274 beschrieben worden ist. Zu dem IGFET 10 gehören eine Drainzone 12, eine Sourcezone 14 und ein leitendes Gate 16. Das Gate 16 besitzt eine geschlossene, rechteckige Geometrie, d.h. es schließt die Drainzone 12 in der Zeichenebene gemäß Fig. 1 bzw. an der Oberfläche des Bauelements vollkommen ein. Unterhalb des leitenden Gates befindet sich eine z.B. aus Siliziumdioxid bestehende Isolierschicht 18. Die Drainzone 12 und die Sourcezone 14 werden normalerweise in einem aus Silizium bestehenden Substrat 20 gebildet. Das Substrat kann anfangs entweder N- oder P-leitend sein. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel ist das Substrat 12 P-leitend, während die Drain- und Sourcezone 12, 14 aus N-leitendem Silizium bestehen.

Zum Herstellen komplementär-symmetrischer Isolierschicht-Feldeffekttransistoren (IGFETs) auf einem einzelnen Substrat kann ein P-leitendes Substrat 20 als P-leitende Wanne in einem N-leitenden Körper gebildet werden, so daß ein N-Kanal-IGFET entsteht. Demgegenüber lassen sich P-Kanal-IGFETs durch Einbringen von P-leitenden Source- und Drainzonen in einem N-leitenden Körper erzeugen.

Bei der Rechteck-Struktur des Gates 16 gemäß Fig. 1 ist das Auftreten einer Lawine beobachtet worden, welche von den Ecken 22 zwischen dem Gate 16 und der Drainzone 12 ausgeht. Es hat sich im Rahmen der Erfindung ferner herausgestellt, daß die Lawinen-Durchbruchsspannung angehoben wird, wenn die inneren Winkel des Gates 16 bzw. die Winkel von dessen inneren Rand größer als 90° gemacht werden.

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Erfindungsgemäß hat sich weiterhin ergeben, daß die Lawinen-Durchbruchsspannung herabzusetzen ist, wenn die inneren Winkel des Gates des IGEET mit geschlossenem Gate verkleinert werden.

In Fig. 3 ist die Draufsicht auf ein Gate 24 eines IGFET 26 dargestellt. Das Gate 24 umgibt eine Drainzone 28 und ist von einer Sourcezone 30 umgeben. Die inneren Winkel des Gates 24 betragen jeder 135° und bilden eine achteckig geformte Drainzone 28. Vorausgesetzt, daß die Dotierstoff-Konzentration des IGFET 26 mit demjenigen des IGFET 10 übereinstimmen, ist die Durchbruchsspannung des IGFET 26 etwa T0# höher als diejenige des IGFET 10,

In Fig. 4 ist die Draufsicht auf das Gate 32 eines IGFET 34 gezeigt. Das Gate 32 umgibt eine Drainzone 36 und ist von einer Sourcezone 38 umgeben. Die inneren Winkel des Gates 32 betragen jeder 150° und bilden so eine zwölfeckige Drainzone 26 mit zwölf Seiten. Unter der Voraussetzung, daß die Dotierstoff-Konzentrationen der IGFETs 34 und 10 gleich sind, ist die Durchbruchsspannung des IGFET 34 um etwa 13% größer als diejenige des IGFET 10.

In Fig. 5"ist die Draufsicht auf das Gate 40 eines IGFET 42 dargestellt worden. Das Gate 40 umschließt eine Drainzone 44 und ist von einer Sourcezone 46 umschlossen. Jeder innere Winkel des Gates 40 beträgt 60°; sie bilden eine dreieckige Drainzone 44. Unter der Voraussetzung, daß die Dotierstoff-Konzentrationen der IGFETs 42 und 10 gleich sind, ist die Durchbruchsspannung des IGFET 42 bis zu etwa 1396 unter diejenige des IGFET 10 herabgesetzt.

Es sei darauf hingewiesen, daß die äußere Form bzw. der äußere Rand der Gates 16, 24, 32 und 40 der IGFETs 10, 26, 34 und 42 im allgemeinen als Rechteck ausgebildet ist

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aber ohne Einfluß auf die Durchbruchsspannung der Transistoren verändert werden kann. Im Rahmen der Erfindung ist vielmehr experimentell bestätigt worden, daß es die Form der inneren Ecken bzw. die Form des äußeren Randes der Drainzone ist, welche die Durchbruchsspannung beeinflußt. Schließlich sei bemerkt, daß der innere Rand des Gates bzw. der äußere Rand der Drainzone vorzugsweise gleichwinklig sein, d.h. in den Ecken gleiche Winkel haben sollo Es sind jedoch erfindungsgemäß - je nach den Bedingungen des speziellen Falles - auch andere Winkel- bzw. Seitenverhältnisse möglich.

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Claims

-T-

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St₀A.)

Patentansprüche:

Hi Isolierschicht-Feldeffekttransistor mit ringförmigem Gate, welches von der Sourcezone umschlossen ist und die Drainzone mit einem dieser zugewandten als Polygon mit geraden Kanten ausgebildeten inneren Rand umschließt, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe der durch benachbarte Kanten eingeschlossenen WinkeL bei höherer Durchbruchsspannung größer als bei niedrigerer Durchbruchsspannung ist.

2. Isolierschicht-FeLdeffekttransistor mit einem an einer HauptfLäche eines HaLbIeiterkörpers des einen Leitungstyps VOrgesehenen, ringförmig geschiossenen, aus einer auf der HauptfLache Liegenden Isolierschicht und auf dieser befindlichen leitenden Schicht bestehenden Gate, einer in den HaLbLeLterkörper hineinreichenden, das Gate umschließenden Sourcezone des anderen Leitungstyps, sowie einer in den HaLbLeiterkürper hineinreichenden, von dem Gate umschlossenen Drainzone des zweiten Leitungstyps, wobei die Form der Drainzone durch den inneren Rand des Gates bestimmt üst und dieser Rand als PoLygon mit geraden Kanten auijgebiLdet ist, d a d u r c h g e k e η η zeichnet , daß die WinkeL zwischen den Kanten von ^CJU abuu Lohen und im HinbLLck auf eine Steuerung der Durohbruohüspannung der Transistoren (26, 34, 42) ausgewäh L t s ind.

Transistor nach Anspruch I oder 2, d a d u r c h gekennzeichnet , daß die Winkel gleich sind.

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4. Transistor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1

bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der innere Rand des Gates (24, 32) mindestens fünf Winkel aufweist.

5. Transistor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der innere Rand des Gates (40) drei Winkel aufweist.

6. Transistor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Kanten und Winkel des inneren Gate-Randes die Form eines gleichseitigen Dreiecks bilden.

7. Verfahren zum Herstellen eines Isolierschicht-Feldeffekttransistors mit ringförmigem Gate, welches von der Sourcezone umschlossen ist und die Drainzone mit einem dieser zugewandtön, als Polygon mit geraden Kanten ausgebildeten inneren Rand umschließt, insbesondere zum Herstellen eines Isolierschicht-Feldeffekttransistors nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe der durch benachbarte* Kanten eingeschlossenen Winkel bzw. die Zahl der Kanten zum Anheben der Durchbruchsspannung vergrößert oder zum Absenken der Durchbruchsspannung vermindert wird.

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ORIGINAL INSPECTED