JP2016530490A - 電荷検出のための集積センサデバイス - Google Patents
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- H01L27/0623—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with bipolar transistors
Abstract
Description
−第1のドーピング型の半導体基板と、
−基板内でデバイスの埋め込み層として機能し、基板表面下に位置する第2のドーピング型の第1の領域であって、基板の平面に見られる直角多角形を構成する、第1の領域と、
−BJTのベースおよびMOSFETのドレインドリフト領域として機能し、基板表面から垂直にある距離、前記基板の中に延在して、前記基板内の第2のドーピング型の埋め込み層と接触してそれと半導体接合を形成する第1のドーピング型の第2の領域であって、基板の平面に見られる直角多角形を構成する、第2の領域と、
−第1のドーピング型の前記第2の領域を包囲および囲繞し、基板表面から垂直にある距離、前記基板の中に延在して、第2のドーピング型の埋め込み層と電気接触し、前記領域に表面で少なくとも1つの抵抗接点を提供する第2のドーピング型の第3の領域であって、基板の平面に見られる直角多角形を構成する、第3の領域と、
−前記第2の領域および第3の領域の前記基板表面上、および前記領域にわたる誘電体膜であって、前記誘電体膜上に矩形導電ストライプの形態で少なくとも1つのゲート電極を形成し、前記ストライプが、前記第2の領域と第3の領域との間の界面を重ね合わせ、前記第2の領域および第3の領域の部分の中に延在し、基板の平面での前記ゲート電極ストライプが、第2の領域と第3の領域との間の界面に沿って走る、誘電体膜と、
−BJTのエミッタとして機能する、表面から前記第2の領域の中に、かつその内側に延在する、第2の導電型の直角多角形の形態の少なくとも1つの第4の領域であって、第2の領域と第3の領域との間の界面と平行な水平面にある、少なくとも1つの第4の領域と、
−MOSFETのソースとして機能する矩形ゲート電極ストライプに隣接し、かつそれによってわずかに重ね合わせられる前記第3の領域の表面から、その領域の中に延在する前記第1の導電型の第5の領域であって、前記第2の領域と第3の領域との交点から離れた側面に位置する基板の平面にあり、前記矩形ゲート電極ストライプによって並置され、かつわずかに覆われ、基板の平面に見られる直角多角形を構成する、第5の領域と、
−表面から、第2の導電型の前記第3の領域の中に延在し、前記第3の領域に抵抗接点を提供する前記第2の導電型の第6の領域であって、ゲート電極ストライプおよび第1の導電型の第2の領域から離れて位置する基板の平面にある、第6の領域と、
−前記第2の領域の区分の中に延在し、それによりMOSFETのドレインドリフト領域として機能する低抵抗率領域を提供する前記第1の導電型の第7の領域であって、前記第2の領域内の前記矩形ゲート電極ストライプに隣接し、かつそれによって重ね合わせられ、前記矩形ゲート電極ストライプによって並置され、かつわずかに覆われた基板の平面にあり、MOSFETのドレインドリフト領域およびBJTへのベースとして同時に機能し、それによりベース電流に低抵抗供給路を提供する、第7の領域と、を備える。
Claims (20)
- 横型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)と、半導体基板に配置されたバイポーラ接合トランジスタ(BJT)とを備える集積センサデバイスであって、前記MOSFETは、縦型BJTのベースに直列に接続され、
前記MOSFETは、前記半導体基板表面で接続されるように配置され、前記BJTのエミッタは、前記半導体基板表面に位置し、
前記MOSFETのドレインドリフト領域は、前記半導体基板内の前記BJTの前記ベース領域の一部であり、これにより、前記ドレインドリフト領域は、前記BJTの前記ベースと電気接触し、
前記MOSFETの前記ドレインドリフト領域から前記BJTの前記エミッタまでの距離は、前記エミッタとコレクタとして機能する任意の埋め込み層との間の垂直距離を超えることを特徴とする集積センサデバイス。 - 前記デバイスの破壊電圧は、前記縦型BJTのBVCEOによって決定されることを特徴とする請求項1に記載の集積センサデバイス。
- 前記MOSFETのゲート電極(156)は、n領域(130)とp領域(125)との間の界面を重ね合わせることを特徴とする請求項1に記載の集積センサデバイス。
- 動作中の前記MOSFETは、サブスレッショルド領域でバイアスされ、前記BJTは、活性領域でバイアスされることを特徴とする請求項1に記載の集積センサデバイス。
- 複数の接点/ビアおよび金属層(複数可)(165)によって前記フローティングゲート電極(156)に電気的に接続されたイオン感応性電極(163)をさらに備え、前記イオン感応性電極の表面は、基準ゲート電極(170)が取り付けられるイオン含有溶液(160)と接触し、電極は、外部デバイス接続および信号抽出のために、前記BJTのコレクタとして機能する前記埋め込み層(120)と接触する第3の領域(130)、前記BJTのエミッタとして機能する第4の領域(145)、前記MOSFETのソースとして機能する第5の領域(140)、および前記第3の領域(130)に抵抗接点を提供する第6の領域(135)と抵抗接触して配置されることを特徴とする請求項1に記載の集積センサデバイス。
- 前記集積センサデバイスは、前記エミッタ/ベースを通る仮想垂直平面(122)に対して鏡映され、それ故に、前記MOSFET/BJT配置を二重にすることを特徴とする請求項1に記載の集積センサデバイス。
- 同じ基板上の複数の前記構造は、感応性を高めるために並列に電気的に接続されることを特徴とする請求項1に記載の集積センサデバイス。
- 同じ基板上の複数の前記構造は、個別または集団で電気的に接続され、各々が別個の検知動作を許可することを特徴とする請求項1に記載の集積センサデバイス。
- 前記イオン感応性電極(163)は、Au、Pt、Pd、およびAlからなる金属からなることを特徴とする請求項1に記載の集積センサデバイス。
- 前記イオン感応性電極(163)の表面は、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、または窒化ケイ素で覆われることを特徴とする請求項1に記載の集積センサデバイス。
- 前記MOSFETは、p型であり、前記BJTは、npn型であることを特徴とする請求項1に記載の集積センサデバイス。
- 前記MOSFETの前記ドレインドリフト領域(126)は、高利得フローティングベースのバイポーラ接合トランジスタ(BJT)の前記ベース領域(125)の一部であり、前記デバイスは、
−第1のドーピング型の半導体基板(115)と、
−前記基板(115)内で前記デバイスの埋め込み層として機能し、かつ前記基板表面下に位置する第2のドーピング型の第1の領域(120)であって、前記基板の平面に見られる直角多角形を構成する、第1の領域と、
−前記BJTのベースおよび前記MOSFETのドレインドリフト領域(126)として機能し、かつ前記基板表面から垂直にある距離、前記基板の中に延在して、前記基板(115)内の第2のドーピング型の前記埋め込み層(120)と接触してそれと半導体接合を形成する第1のドーピング型の第2の領域(125)であって、前記基板の平面に見られる直角多角形を構成する、第2の領域(125)と、
−第1のドーピング型の前記第2の領域(125)を包囲および囲繞し、かつ前記基板表面から垂直にある距離、前記基板の中に延在して、前記第2のドーピング型の前記埋め込み層(120)と電気接触して前記領域に前記表面で少なくとも1つの抵抗接点を提供する第2のドーピング型の第3の領域(130)であって、前記基板の平面に見られる直角多角形を構成する、第3の領域(130)と、
−前記第2の領域(125)および前記第3の領域(130)の前記基板表面上、および前記領域にわたる誘電体膜(157)であって、前記誘電体膜(157)上に矩形導電ストライプの形態で少なくとも1つのゲート電極156を形成し、前記ストライプが、前記第2の領域(125)と前記第3の領域(130)との間の界面を重ね合わせ、前記第2の領域および第3の領域の部分の中に延在し、前記基板の平面での前記ゲート電極ストライプ(156)が、前記第2の領域(125)と前記第3の領域(130)との間の界面に沿って走る、誘電体膜(157)と、
−前記BJTのエミッタとして機能する、表面から前記第2の領域(125)の中に、かつその内側に延在する、第2の導電型の直角多角形の形態の少なくとも1つの第4の領域(145)であって、前記第2の領域(125)と前記第3の領域(130)との間の界面と平行な水平面にある、少なくとも1つの第4の領域(145)と、
−前記MOSFETのソースとして機能する、前記矩形ゲート電極ストライプ(156)に隣接し、かつそれによってわずかに重ね合わせられる前記第3の領域(130)の表面から、その領域の中に延在する前記第1の導電型の第5の領域(140)であって、前記第2の領域(125)と前記第3の領域(130)との交点から離れた側面に位置する前記基板の平面にあり、前記矩形ゲート電極ストライプ(156)によって並置され、かつわずかに覆われ、前記基板の平面に見られる直角多角形を構成する、第5の領域(140)と、
−表面から、第2の導電型の前記第3の領域(130)の中に延在し、前記第3の領域(130)に抵抗接点を提供する前記第2の導電型の第6の領域(135)であって、前記ゲート電極ストライプ(156)および第1の導電型の前記第2の領域(125)から離れて位置する前記基板の平面にある、第6の領域(135)と、
−前記第2の領域(125)の区分の中に延在し、それにより前記MOSFETのドレインドリフト領域として機能する低抵抗率領域を提供する前記第1の導電型の第7の領域(126)であって、前記第2の領域(125)内の前記矩形ゲート電極ストライプ(156)に隣接し、かつそれによって重ね合わせられ、前記矩形ゲート電極ストライプ(156)によって並置され、かつわずかに覆われた前記基板の平面にあり、前記MOSFETのドレインドリフト領域および前記BJTへのベースとして同時に機能し、それにより前記ベース電流に低抵抗供給路を提供する、第7の領域(126)と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の集積センサデバイス。 - 前記第1のドーピング型の第8の領域(141)は、前記MOSFETの前記ドレインドリフト領域(126)の一部で低抵抗率短絡として機能する前記第2の領域(125)の内側のある距離で前記表面下に形成され、前記第8の領域は、前記矩形ゲート電極ストライプ(156)および前記第2の領域(125)内の前記酸化物分離(119)に隣接し、前記第8の領域は、前記ゲート電極(156)および前記酸化物分離(119)に並置された前記基板の前記にあることを特徴とする請求項12に記載の集積センサデバイス。
- 前記第2の型の第8のドープ領域(127)は、前記第2の領域(125)の内側のある距離で前記表面下に形成され、前記第2の型の前記埋め込み層(120)と電気接触し、前記第2の領域(125)と半導体接合を形成し、前記第8の領域は、コレクタペデスタル(127)を形成し、前記第4のエミッタ領域(145)から垂直に分離されることを特徴とする請求項12に記載の集積センサデバイス。
- 第2の導電型の前記第8のドープ領域(127)は、ドーパントの高エネルギーイオン注入によって得られることを特徴とする請求項12に記載の集積センサデバイス。
- 前記MOSFETの囲繞されたゲート電極構造(156)は、前記エミッタを含む第1の導電型の前記第2の領域(125)の周囲に形成されることを特徴とする請求項12〜15のいずれかに記載の集積センサデバイス。
- 前記MOSFETの前記囲繞されたゲート電極構造(156)には、少なくとも1つのゲートタップが提供されることを特徴とする請求項16に記載の集積センサデバイス。
- エミッタである第2の導電型の前記第4の領域(145)は、前記基板表面から垂直に第1の導電型の前記第2の領域(125)の中にある距離延在する凹型誘電体層(119)によってすべての側面上で包囲されることを特徴とする請求項12乃至15のいずれか1項に記載の集積センサデバイス。
- 埋め込み領域を構成する第2の導電型の前記第1の領域(120)は、高エネルギーイオン注入によって形成され、前記基板表面の0.5〜1.0μm下に垂直に位置し、さらにその中に位置することを特徴とする請求項12に記載の集積センサデバイス。
- 請求項1に記載の縦型BJTの外部ベースと共通して接続されたドレインを有するMOSFETであって、前記MOSFETは、n型のものであり、前記BJTは、pnp型のものであることを特徴とするMOSFET。
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HENG YUAN ET AL.: "Highly sensitive ion sensor based on the MOSFET-BJT hybrid mode of a gated lateral BJT", SENSORS AND ACTUATORS B: CHEMICAL, vol. 181, JPN6018020228, 7 February 2013 (2013-02-07), pages 44 - 49, ISSN: 0003809645 * |
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