NL8303834A - Halfgeleiderinrichting. - Google Patents

Halfgeleiderinrichting. Download PDF

Info

Publication number
NL8303834A
NL8303834A NL8303834A NL8303834A NL8303834A NL 8303834 A NL8303834 A NL 8303834A NL 8303834 A NL8303834 A NL 8303834A NL 8303834 A NL8303834 A NL 8303834A NL 8303834 A NL8303834 A NL 8303834A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
control electrode
zone
channel
semiconductor device
zones
Prior art date
Application number
NL8303834A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Philips Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Nv filed Critical Philips Nv
Priority to NL8303834A priority Critical patent/NL8303834A/nl
Priority to JP59231436A priority patent/JPS60175459A/ja
Priority to DE8484201597T priority patent/DE3469114D1/de
Priority to EP84201597A priority patent/EP0145053B1/en
Publication of NL8303834A publication Critical patent/NL8303834A/nl
Priority to US06/922,791 priority patent/US4717944A/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7831—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with multiple gate structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0642—Isolation within the component, i.e. internal isolation
    • H01L29/0649—Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps
    • H01L29/0653—Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps adjoining the input or output region of a field-effect device, e.g. the source or drain region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1025—Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1029—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1025—Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1029—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
    • H01L29/1033—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure
    • H01L29/1041—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure with a non-uniform doping structure in the channel region surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1025—Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1029—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
    • H01L29/1033—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure
    • H01L29/1041—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure with a non-uniform doping structure in the channel region surface
    • H01L29/1045—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure with a non-uniform doping structure in the channel region surface the doping structure being parallel to the channel length, e.g. DMOS like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/80—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
    • H01L29/812—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a Schottky gate
    • H01L29/8124—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a Schottky gate with multiple gate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

*- I
EHN 10821 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.
Halfgeleiderinrichting.
De uitvinding heeft betrekking op een half|£eiderinrichting met een halfgeleiderliGhaam bevattende tenminste een veldeffekttransistor met aan een oppervlak grenzende aart- en afvoerzones en een door de aan-en afvoerzones begrensd, aan het oppervlak grenzend kanaalgebied bestaan-5 de uit een aan de aanvoerzone grenzende eerste kanaalzone en een aan de afvoerzone grenzende tweede kanaalzone, een zich vanaf de aanvoerzone boven de eerste kanaalzone uitstrekkend eerste stuurelèktrodedeel en een zich boven de tweede kanaalzone tot aan de afvoerzone uitstrekkend tweede stuurelektrodedeel, waarbij de eerste en tweede stuurelektrodedelen 10 tezamen praktisch het gehele kanaalgebied bedekken en door een sperlaag van het kanaalgebied zijn gescheiden.
De genoemde sperlaag kan gevormd worden door een laag van elektrisch isolerend materiaal, door een gelijkrichtende raetaal-halfge-ieiderovergang {"Schottky"-overgang) of door een pn-overgang, voor zover 15 deze overgangen normaal in de keerrichting staan. In de beide laatstgenoemde gevallen spreekt men van resp. MESEET (Metal-Schottky-Field Effect Transistor) en JEET (Junction Field Effect Transistor).
Een halfgeleiderinrichting van de beschreven soort is bekend uit het artikel van Rodgers et al. in IEEE Journal of Solid State Circuits, 20 Vol. SC 10, October 1975, blz. 322-331. Daarin wordt beschreven een veldeffekttransistor van het zogenaamde DMOST-type. De eerste kanaalzone wordt daarbij gevormd door de aan de aanvoerzone grenzende lateraal gediffundeerde kanaalzone, en de tweede kanaalzone door het tussen de eerste kanaalzone en de afvoerzone gelegen deel van het substraat (het "drift-25 gebied"). De eerste en tweede stuurelektrodedelen vormen daarbij één sa-menhangende stuur elektrode„
Een aider voorbeeld van een dergelijke inrichting is een veldeffekttransistor met twee gescheiden geïsoleerde stuurelektroden, zoals beschreven in het artikel van Barsan in IEEE. Transactions on Electron 30 Devices, Vol. ED 28, mei 1981 blz. 523-534.
Veldeffekttransistors met geïsoleerde stuurelektrode warden in het algemeen aangeduid met de afkorting "MOST" (metal-oxide-semiccnductor transistor) of, juister en algemener, "IGEET" (insulated gate field effect 8303834 PHN 10.821 2 transistor). Deze afkortingen zullen in voorkomende gevallen ook in de onderhavige aanvrage worden gébruikt.
Bij de toepassing van veldeffekttransistors is een zeer belangrijke eigenschap de zogenaamde lineariteit van de transistor, dat wil 5 zeggen de mate waarin de steilheid g„ = / rr=—)„ (waarin de afvoer-
m ^ <Jvg /VDS
stroom, V de efféktieve stuureléktrodespannlng en V__ de spanning tussen y uo aan- en afvoerzone is) constant is bij variërende stuurspanning. Naast een goed hoogfrequentgedrag en een hoge steilheid is dan ook meestal een goede lineariteit zeer gewenst.
10 Onder de efféktieve stuurspanning V wordt in deze aanvrage y verstaan de werkelijke spanning op het eerste stuureléktrodedeel ten opzichte van de aanvoerzone, verminderd met de dreitpelspanning ten opzichte van de eerste kanaalzone.
Het is békend, dat een veldeffékttransistor een betere lineari-15 text vertoont naarmate het kanaal korter is. Voor het verkrijgen van de gewenste lineariteit in combinatie met goede boogfrequenteigeschappen en een hoge steilheid is echter een zeer kort kanaal, van ten hoogste 1 ^um, nodig. Dit kan onder omstandigheden technologische problemen opleveren.
20 Bij een veldeffékttransistor met twee geïsoleerde stuurelektroden van het gewone type, zoals in de laatstgenoemde publicatie beschreven, vertoont de steilheid als functie van de effectieve stuurspanning V .j op de eerste stuurelektrode (bij constante afvoerspanning en een constant spanningsverschil tussen de stuurelektroden) een maximumwaarde bij een 25 bepaalde grenswaarde van de stuurspanning V_^. Bij verdere toename van de stuurspanning daalt de steilheid, om vervolgens weer langzaam te stijgen zoals te zien is uit Figuur 14 van de publicatie IEEE Trans.El.Dev. ED28, p. 52^-534. De grenswaarde wordt onder meer bepaald door de verhouding tussen de lengten L1 en L2 van resp. de eerste en tweede 20 stuurelektrodedelen, hier dus de gescheiden stuurelektroden.
Een zelfde verloop van de g_ - V karakteristiek treedt ook pp mg bij een zogenaamde DMOS-transistor als beschreven in de eerstgenoemde publicatie IEEE Journal of Solid State Circuits SC10 (1975) p. 322-330, waarbij zowel de aanvoerzone als een eerste, hooggedoteerde kanaalzone 35 van het tegengestelde geleidingstype door dotering via eenzelfde maskeropening worden gevormd. De lengte van de eerste kanaalzone wordt dan bepaald door het verschil in laterale diffusie van de beide doterings-stoffen, en de tweede kanaalzone (het "driftgebied") wordt gevormd door 8303834 EHN 10.821 3 ' i een deel van de half geleiderlaag waarin de eerste kanaalzone en de aan— en afvoerzanes zijn aangebracht. Een dergelijke DMDST kan worden opgevat als een MOS-transistor met twee achter elkaar gelegen en onderling verbonden stuurelektroden, êên boven elke kanaalzone, die verschillende 5 dranpelspanningen hebben als gevolg van het verschil in oppervlaktedo-tering van de beide kanaalzones.
. De in bovenstaande gevallen optredende "piek" in de g^ - V karakteristiek verrat een, in het algemeen ongewenste, onregelmatigheid die het gedeelte van de karakteristiek waarbij de lineariteit voldoende 10 hoog is beperkt.
De onderhavige uitvinding beoogt onder meer, de genoemde onregelmatigheid in de - V karakteristiek te verminderen en het nagenoeg lineaire gedeelte van de karakteristiek te vergroten.
De uitvinding berust ónder meer op het inzicht, dat dit doel 15 kan worden bereikt door het geven van een geschikte vorm aan de beide stuurelektroden.
Een halfgeleider inrichting van de in de aanhef beschreven soort heeft daartoe volgens de uitvinding het kenmerk, dat in een richting dwars op de stroomrichting de verhouding ^1- tussen de lengte van het 20 eerste stuureléktrodeel en de lengte van het tweede stuurelektrodeel over ten minste 80% van de totale kanaalbreèdte varieert en kleiner is dan 1.
De veldeffektransistor volgaas de uitvinding kan worden cpgevat als parallelschakeling van een groot aantal veldeffékttransistors die elk
Li 25 twee stuurelektroden, doch een verschillende verhouding hebben.
De gr - V karakteristiek hiervan is de som van de g - V karakter-Ti g rag istieken van de parallel geschakelde deeltransistors, waarvan de eerder beschreven "pieken" elk bij een andere waarde van de stuurspanning optreden. Zodoende is er een gebied voor waar de dalende karakteristieken 3g de stijgende karakteristieken compenseren, en ontstaat er een resulterende karakteristiek met een veel groter gebied van nagenoeg ^constante steilheid gr dan bij een transistor met êên enkele, constante —^— verhouding, zoals hieronder nog nader zal worden toegelicht. _ Ί
Het deel van de kanaalbreedte waarover de verhouding - l2 35 niet kleiner dan 1 is levert, indien aanwazig, in het algemeen weinig of geen bijdrage tot de verhoging van de lineariteit. Volgens een voorkeursuitvoering heeft daarom dit deel een lengte nul, zodat de verhouding —3— over de gehele kanaalbreedte varieert en overal "7^—^1 is.
L2 L2 8303834 PHN 10.821 4
In dat geval levert de gehele kanaalbreedte een positieve bijdrage tot verhoging van de lineariteit.
De lengten en van beide stuurelektrodedelen kunnen beide, of één van beide variëren teneinde de gewenste variatie van l2 5 teweeg te brengen. Volgens een .voorkeursuitvoering varieert alleen de lengte van het tweede stuurelektrodedeel, terwijl de lengte overal een praktisch constante, kleine waarde heeft. Dit geval doet zich bijvoorbeeld voor bij een DMDS-transistor, waarbij het eerste stuurelektrodedeel zich bevindt boven de lateraal gediffundeerde kanaalzone 10 van de DMOS-transistor, die overal dezelfde lengte heeft, waarbij dit eerste stuurelektrodedeel tezamen met het ermee verbonden tweede stuurelektrodedeel de stuureléktrode van de DMOS-transistor vormt.
Volgens een andere voorkeursuitvoering werden de beide stuurelektrodedelen gevormd door de beide gescheiden stuurelektrodedelen 15 van een tetrode-veldeffekttransistor met geïsoleerde stuureléktrode.
De variatie van de verhouding jA- kan op^verschillende wijze plaatsvinden. Zo kunnen over de afstand waarbinnen — varieert L.L2 één of meer maxima en/of minima in de waarde van =-·— optreden. Met L. » -^2 voordeel echter verandert de verhouding in een richting dwars op l>2 20 de stroomrichting monotoon.
Opgemerlt zij nog, dat de lengten van de eerste en tweede stuurelektrodedelen hetzij continu, hetzij trapsgewijs kunnen variëren, waarbij in het laatste geval het aantal trappen liefst zo groot mogelijk zal worden gekozen, hetgeen overeenkomt met parallelschakeling van gen 25 zo groot mogelijk aantal veldeffekttransistors met verschillende “ verhouding. Hoe groter het aantal parallel geschakelde transistors is, hoe beter een goede lineariteit benaderd kan warden. Een continu ver-
L
loep van de -j3- -verhouding is dan ook de beste oplossing, maar bij door een computer gegenereerde maskertékeningen bijvoorbeeld zijn ge-3fl trapte lijnen in het algemeen onvermijdelijk.
De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van enkele uitvoerings voor beelden en de tekening, waarin Figuur 1 in bovenaanzicht een deel van een halfgeleider inrichting volgens de uitvinding toont, 35 Figuur 2 schematisch een dwarsdoorsnede door de inrichting van Figuur 1 weergeeft volgens de lijn II-II,
Figuur 3 schematisch het ontstaan van de g -V karakteristiek uit deel-karakteristieken van de vorm a,b,c, illustreert.
8303334
X
PHN 10.821 5
Figuur 4 het ontstaan van de vorm van deze deelkarakteristieken toont,
Figuur 5 een schakelschema van de inrichting volgens Figuur 1 en Figuur 2 toont,
Figuur 6 in bovenaanzicht een andere inrichting volgens de uitvinding 5 toont,
Figuur 7 schematisch een dwarsdoorsnede door de inrichting van Figuur 6 weergeeft volgens de lijn VII-VII,
Figuur 8 een schakelschema van de inrichting volgens Figuur 6 en Figuur 7 toont, 10 Figuur 9 in bovenaanzicht diverse variaties van de inrichting volgens de uitvinding toont.
Figuur 10 in bovenaanzicht een verdere inrichting volgens de uitvinding toont en
Figuur 11 schematisch een dwarsdoorsnede door de inrichting van Figuur 10 15 weergeeft volgens de lijn XI-XI.
De figuren zijn schematisch en niet op schaal getékend. Overeenkomstige delen zijn in de regel met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid.
Figuur 1 toont in bovenaanzicht, en Figuur 2 toont schematisch in dwarsdoorsnede (volgens de lijn II-II in Figuur 1). een halfgeleider-20 inrichting volgens de uitvinding met een halfgeleiderlichaam 1, in dit voorbeeld van silicium. Het halfgeleiderlichaam bevat een veldeffékt-transistor met geïsoleerde stuur elektrode. De (in dit voorbeeld dubbel uitgevoerde) veldeffékttransistor heeft een uit twee delen bestaande aanvoerzone 2 en een afvoerzone 3, die in dit voorbeeld gevormd worden 25 door n-type geleidende halfgeleiderzones die grenzen aan een oppervlak 4 van het halfgeleiderlichaam 1. Verder bevat de veldeffékttransistor een door de aan- en afvoerzones (2,3) begrensd, en aan het oppervlak 4 grenzend kanaalgebied, dat bestaat uit een aan de aanvoerzone 2 grenzende eerste kanaalzone 5 en een aan de afvoerzone 3 grenzende tweede 30 kanaalzone 6, die in dit voorbeeld ook elk uit twee delen bestaan, welke beide p-type geleidend zijn. De tweede kanaalzone 6 vormt een deel van het homogeen gedoteerde substraatgebied 11, dat zelf een deel van bijvoorbeeld een op een dragerlichaam aangegroeide epitaxiale laag kan zijn.
De hier beschreven veldeffékttransistor is van het D-M3ST-type, waarbij 3S de n-type aanvoerzone 2 en de p-type eerste kanaalzone 5 beide via hetzelfde doteringsmasker zijn aangetracht. Op het kanaalgebied (5,6) bevindt zich een isolerende laag 7, in dit voorbeeld van siliciumoxyde, waarop een stuureléktrode 8A,B is gelegen. Deze bestaat aan weerskanten van de 8303334 PHN 10.821 6 t * af voer elektrode uit een eerste stuurelektrodedeel 8A dat zich vanaf de aanvoerzone 2 boven de eerste kanaalzone 5 uitstrekt, en een tweede stuurelektrodedeel 8B dat zich boven de tweede kanaalzone 6 tot aan de afvoerzone 3 uitstrekt. De eerste en tweede stuurelektrodedelen 8A en 8B g zijn in dit voorbeeld met elkaar verbonden; zij vormen tezamen de stuur-elektrode 8 van de DMDS-transistor, die het gehele kanaalgebied (5,6) bedekt. De aan- en afvoerzones 2,3 zijn voorzien van aan- en afvoerelèktro-den 9 en 10. De aanvoerelektrode 9 maakt tevens contact met de kanaalzone 5.
10 Bij bekende DMQS-transistors van de hierboven beschreven soort is de lengte van elk der beide delen 8A en 8B van de stuurelektrode 8, d.w.z. hun afmeting in de richting van aanvoer- naar afvoerzone, overal even groot. De steilheid g varieert bij deze bekende transistors in afin hankelijkheid van de effectieve stuurspanning V en vertoont een maximum- ζΓ 15 waarde bij een bepaalde waarde van V , zoals eerder beschreven._ *3 L-
Volgens de uitvinding echter varieert de verhouding ~— tussen de lengte van het eerste stuurelektrodedeel 8A en de lengte L_ van het tweede stuurelektrodedeel 8B over ten minste 80% van de totale 1 Li kanaalbreedte b, terwijl daarbij |^-<1 is, zie Figuur 1. In dit voor-20 beeld is , de lengte van het eerste stuurelektrodedeel 8A dat zich boven de gediffundeerde kanaalzone 5 bevindt uiteraard overal gelijk, terwijl de lengte van het tweede stuurelektrodedeel 8B in een richting dwars op de stroomrichting van aan- naar afvoerzone monotoon verandert, zodat ook de verhouding — monotoon verandert.
25 In Figuur 3 geeft de getrokken lijn de variatie van de (op de theoretische limietwaarde voor zeer grote waarden van V genormaliseerde) 7 waarde van gm in afhankelijkheid van aan j?oor het enigszins vereenvoudigde geval van een DM0ST met variabele £ , waarbij de variatie niet, zoals in Figuur 1, continu is maar in 8 trappen geschiedt, overeen-30 kanend dus met 8 parallel geschakelde DMOS-transistors, met de volgende waarden van en L1 (^um) 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 L2 (^um) 1,50 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 6,00 8,00 iyi^ 0,33 0,25 0,20 0,17 0,13 0,10 0,08 0,06 35 De resulterende curve is vanaf een stuurspanning van ongeveer 2 Volt over een groot gebied vrijwel lineair. Zij is ontstaan uit de samenstellende gm - karakteristieken van de 8 parallelgeschakelde transistors, van welke karakteristieken er schematisch drie (a,b en c) in Figuur 3 zijn 8303834 H3N 10.821 7 aangeduid, behorende bij respectievelijk de kleinste, ongeveer de middelste, ai de grootste waarde van 1. Duidelijk bli jkt uit Figuur 3 de verbetering ten opzichte van elk der samenstellende karakteristieken.
Dat in het algemeen alleen een wezenlijke bijdrage tot verbe-5 tering van de lineariteit wordt geleverd door de delen van de transistor waarvoor geldt kan worden begrepen aan de hand van het volgende, zie Figuur 4.
In Figuur 4 is, evenals in Figuur 3, in horizontale richting de effectieve stuurspanning V en in verticale richting de (genormaliseerde) 10 steilheid g^ uitgezet. De gebroken lijn toont de g^-V^. karakteristiek voor een DMDS-transistor met een vaste waarde van—jJ— . Deze karakteristiek is de resultante van twee deelkarakter is tieken, de getrokken lijn A die het gedrag van een enkelvoudige M3ST met een kanaal gelijk aan de eerste kanaalzone, en de getrokken lijn B die het gedrag van een 15 enkelvoudige MDST met een kanaal gelijk aan de· totale (eerste + tweede) kanaalzone weerspiegelt. De karakteristieken A en B zijn ten opzichte van elkaar verschoven over een afstand Δ VT, die het verschil van de drempelspanningen van de eerste en tweede kanaalzone (veroorzaakt door het verschil in oppervlaktedotering) aangeeft.
20 De resultante van de karakteristieken A en B is de karakteris tiek C, met een overgang van een stijgend naar een dalend gedeelte bij Bij stuurspanningen lager dan zijn zowel de eerste als de tweede kanaalzone af geknepen (voor voldoend hoger afvoerspanning) en verken deze in het zogenaamde "penthodegebied", zodat het gedrag van 25 de transistor volledig bepaald wordt door de eerste kanaalzone, die slechts een beperkte stroom kan voeren. Voor stuurspanningen groter dan werkt de eerste kanaalzone in het "triodegebied" terwijl de tweede kanaalzone nog af geknepen is. Het gedrag van de totale transistor wordt nu bepaald door de beide kanaalzones tezamen (karakteristiek B). De re-30 sulterende karakteristiek C kant overeen met elk der curven a,b en c van Figuur 3.
Naarmate het verschil tussen de deelkarakteristieken A en B groter is wordt V kleiner en wordt de "piek" in de karakteristiek C meer geprononceerd. Het verschil tussen A en B wordt groter naarmate 35 de eerste kanaalzone t.olv. de totale kanaalzone korter is.
Wanneer de lengte van de eerste kanaalzone te groot wordt en meer dan de helft van de totale kanaalzone bedraagt of, met andere woorden, gelijk of groter wordt dan die van de tweede kanaalzone wordt 8 3 0 3 S 3 4 ♦ «* EHN 10.821 8 het verschil tussen de karakteristieken A en B zo klein dat in de resulterende karakteristiek C nagenoeg geen "piek" meer optreedt.
Om met voordeel van de samenstelling van dalende en stijgende delen van de karakteristieken zoals a, b en c in Figuur 3 gebruik te kunnen 5 maken moet dus de lengte van de (bestuurde) eerste kanaalzone, ofwel de lengte Lj van het eerste stuureléktrodedeel, kleiner zijn dan de lengte van de (bestuurde) tweede kanaalzone ofwel de lengte van het tweede stuurelektrodedeel.
In het voorbeeld van Figuur 1 en 2 bedroeg de totale kanaal-10 breedte b van de beschreven transistor 200 ^,um, terwijl het substraat 11 bestond uit p-type silicium met een soortelijke weerstand van ongeveer 30 Ohm cm. De kanaalzones 5 hadden een gemiddelde doteringsconcentra- 16 3 tie van ongeveer 5x10 atomen per cm , de aan- en afvoerzones (2,3) had- 20 3 den een gemiddelde dotering van ongeveer 10 atomen per cm . De dikte 15 van de oxydelaag 7 onder de stuurelektrode 8 was ongeveer 50 nm. De stuurelektrode bestond in dit voorbeeld uit hooggedoteerd polykristallijn silicium, doch kan ook uit metaal, bijvoorbeeld uit aluminium bestaan.
De transistor is tijdens bedrijf bijvoorbeeld geschakeld zoals aangegeven in het schema van Figuur 5. Het ingangssignaal Vi is 2g gesuperponeerd cp een gelijkspanning V, de afvoerspanning VQ kan bijvoorbeeld een waarde hebben van 20 Volt, en het uitgangssignaal V wordt afgenomen van de afvoerelektrode D.
In plaats van bij een DMOS-transistor kan de uitvinding ook worden toegepast bij een tetrode-veldeffékttransistor met twee ge-25 scheiden stuureléktroden. Zo'n transistor is in Figuur 6 in bovenaanzicht, en in Figuur 7 schematisch in dwarsdoorsnede (volgens de lijn VII-VII in Figuur 6) weergegeven. Deze veldeffékttransistor heeft twee stuurelektro-den 8A en 8B, met lengten van respectievelijk L1 en L_, waarvan de ver-houding — over de gehele kanaalbreedte in een richting dwars 3g op de stroomrichting van aanvoerzone 2 naar afvoerz o ik 3 monotoon verandert. De stuureléktroden zijn onderling gescheiden door een smalle spleet 20, die zo smal moet zijn dat een doorlopend stroomkanaal van aanvoerzone 2 naar afvoerzone 3 kan worden geïnduceerd. De hier getekende transistor is een transistor van het verrijkingstype met n-type aan- en 35 afvoerzones, en een p-type kanaalgebied (5,6). Overeenkomstige delen hebben in de figuren 1,2,6 en 7 dezelfde verwijzingscijfers. De doterings-concentraties van het substraat 11 (dat ook bijvoorbeeld een epitaxiale laag kan zijn) en van de aan- en afvoerzones 2 en 3 alsmede de dikte van « ........ ---------- 8303834 EEN 10.821 9 • £ de oxydelaag 7 kan weer dezelfde zijn als in het voorbeeld van Figuur 1 en 2. On een continu stroomkanaal tussen af- en aanvoerzone te garanderen, kan desgewenst onder de spleet 20 een smal n-type "eiland" 21 warden gevormd (gestippeld in Figuur 7), of kunnen de stuurelektroden elkaar S gedeeltelijk overlappen.
De transistor van Figuur 6 en 7 kan volgens het schema van Figuur 8 warden aangesloten. De. (gelijk-) voorspanningen van de stuur-elèktrode-aansluitingen en bedragen resp. Vj en + V^; het ingangssignaal V staat op de beide stuurelektrodedelen 8A en 8B. Door varia riatie van de spanningen en kan de vorm van de samenstellende g^-Vg karakteristieken, behorend bij de parallel geschakelde deeltransis-rors waarin de totale tetrode-MOS transistor verdeeld kan worden gedacht, binnen bepaalde grenzen worden gewijzigd. Zo kan een optimale lineariteit worden bereikt, en een resulterende g^-V^ karakteristiek analoog aan die 15 van Figuur 3 worden verkregen.
Bij de hierboven beschreven transistortypen veranderde, gezien in een richting dwars op de strocmrichttig van aanvoerzone naar afvoer-zone, de verhouding -jf— in beide gevallen monotoon. Dit is echter niet noodzakelijk, en afliankelijk van de omstandigheden kunnen verschillende 20 variaties van het~3— verloop warden toegepast. Enkele daarvan zijn . in bovenaanzicht weergegeven in de figuren 9A t/m F, die alle betrekking hebben op een MDS—igrans is tor met twee gescheiden stuurelektroden. In het bijzonder kan de *"j~--verhouding in plaats van monotoon via een extremum verleden, bijvoorbeeld via een minimum zoals in Figuur 9C en F. Ook kan 25 het -verloop lineair zijn zoals in Figuur 9D of E. Zo zijn er rog verscheidene andere mogelijkheden. Verder is het nog mogelijk dat -r·1— niet, zoals in de tot nu toe behandelde voorbeelden, over de hele kanaal-breedte varieert en kleiner is dan 1. Over een deel (hoogstens 20%) van de kanaalbreedte mag desnoods --2— groter dan 1 en/of constant 30 zijn. Zoals eerder gez^egd wordt echter de lineariteit het best bevorderd wanneer de conditie 1 en variabel" geldt voor de gehele kanaalbreedte.
In de tot nu toe beschreven voorbeelden vormen de kanaalzones in een richting dwars op de stroomrichting van aanr- naar afvoerzane één geheel. Dit is niet noodzakelijk, en onder omstandigheden kan het van ^ 35 voordeel zijn, het stroomkanaal door middel van scheidingszenes in een aantal parallel lopende, gescheiden stroken te verdelen. Figuur 10 toont in bovenaanzicht, en Figuur 11 toont schematisch in dwarsdoorsnede langs de lijn XE-XI, een veldeffekttransistor van het type van Figuur 6 en 7 8303834 EHN 10.821 10 waarbij echter het in het p-type substraat 11 geïnduceerde n-type stroomkanaal 31 bestaat uit stroken die onderling gescheiden zijn door scheidingsstroken 30, welke in dit voorbeeld oxydestroken zijn maar ook pp andere wijze gevormd kunnen worden. Elk van de genoemde stroken heeft 5 een bepaalde verhouding - j=p— , die van strook tot strook verschüt terwijl de eerste stuureléktrodedelen en ook de tweede stuurelektrodedelen alle onderling elektrisch verbonden zijn.
Tenslotte kunnen ook de aan- en afvoerzones zijn opgesplitst in onderling elektrisch gescheiden, bij de stroken behorende deel-aanvoer-10 zones en deel-afvoerzones, waarbij zowel de deel-aanvoerzones als de deel-afvoerzones onderling elektrisch verbonden zijn. Dit is in Figuur 10 net stippellijnen 32 aangeduid. De inrichting bestaat dan feitelijk uit L* onderling parallel geschakelde veldeffekttransistors waarvan de r-1— - l2 verhoudingen verschillen en waarvan de overeenkomstige elektroden onder-15 ling zijn doorverbonden.
De uitvinding is niet beperkt tot de beschreven uitvoerings-voorbeelden. Zo kunnen de stuurelektroden zowel uit metaal als uit een ander geleidend materiaal, bijvoorbeeld silicium of een metaalsilicide, bestaan.. De stuurelektroden kunnen door een ander isolerend materiaal dan 20 siliciumoxyde, bijvoorbeeld door siliciumnitride, dan wel door een Schottky-overgang of door een pn-overgang van het kanaalgébied zijn gescheiden. Verder kan het halfgeleidermateriaal van de inrichting in plaats van silicium een ander halfgeleidend element of een halfgeleidende verbinding zijn. Indien de inrichting een veldeffékttransistor met ge-25 isoleerde stuurelèktrode is kan deze in plaats van het verrij kings type ook van het verarmingstype zijn en,bij voorbeeld tot dit doel, een geïmplanteerde n- of p-type oppervlaktelaag bevatten.
30 1 8303834

Claims (7)

1. Halfgeleiderinrichthg met een halfgeleiderlichaam bevattende tenminste een veldeffekttransistor met aan een oppervlak grenzende aan- en afvoerzones en een door de aan-en afvoerzones begrensd, aan het oppervlak grenzend kanaalgebied bestaan-5 de uit een aan de aanvoerzone grenzende eerste kanaalzone en een aan de afvoerzone grenzende tweede kanaalzone, een zich vanaf de aanvoerzone boven de eerste kanaalzone uitstrekkend eerste stuurelektrodedeel en een zich boven de tweede kanaalzone tot aan de afvoerzone uitstrekkend tweede stuurelektrodedeel, waarbij de eerste en tweede stuurelektrode-10 delen tezamen praktisch het gehele kanaalgebied bedekken en door een sperlaag van het kanaalgebied zijn gescheiden, met het kenmerk, dat in Li een richting dwars op de strocmrichting de verhouding -=-— tussen h2 de lengte van het eerste stuurelektrodedeel en de lengte van het tweede s tuurelektrodedeel over ten minste 80% van de totale kanaal-15 breedte varieert en kleiner is dan 1.
2. Halfgeleider inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verhouding — over de gehele kanaalbreedte varieert en kleiner is dan 1. 3c Halfgeleiderinrichting volgens een der voorgaande conclusies, 20 met het kenmerk, dat de lengte van het eerste stuurelektrodedeel overal praktisch constant is.
4. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het eerste stuurelektrodedeel zich bevindt boven de lateraal gediffundeerde kanaalzone van een DMOS transistor, en tezamen met het ermee 25 verbonden tweede stuurelektrodedeel de stuur elektrode van de DMCS-transistor vormt.
5. Halfgeleiderinrichting volgens een der conclusies 1 tym 3 met het kenmerk, dat het eerste en tweede stuurelektrodedeel de eerste en tweede stuurelektrode van een tetrodeveldeffekttransistor met geïsoleerde 30 stuurelektrode vormen.
6. Halfgeleiderinrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verhouding ^ - in een richting dwars cp de strocmrichting monotoon verandert.
7. Halfgeleiderinrichting volgens een der voorgaande conclusies, 35 met het kenmerk, dat althans het kanaalgebied is cpgesplitst in een aantal zich van aanvoerzone naar afvoerzone uitstrékkende, onderling e-lektrisch gescheiden evenwijdige streken, waarbij elke strook een bepaalde verhouding -jA- heeft die van strook tot strook verschillend is, terwijl 8303834 2 PHN 10.821 12 de eerste stuureléktrodedelen en de tweede stuurelektrodedelen alle onderling elektrisch verbonden zijn.
8. Half geleider inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat ook de aan- en afvoerzones zijn opgesplitst in onderling elektrisch g gescheiden, bij de stroken behorende deelzones, waarbij de deelaanvoer-zones en ook de deelafvoerzones uitwendig onderling elektrisch verbonden zijn. 10 15 20 25 30 35 8303834
NL8303834A 1983-11-08 1983-11-08 Halfgeleiderinrichting. NL8303834A (nl)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8303834A NL8303834A (nl) 1983-11-08 1983-11-08 Halfgeleiderinrichting.
JP59231436A JPS60175459A (ja) 1983-11-08 1984-11-05 半導体装置
DE8484201597T DE3469114D1 (en) 1983-11-08 1984-11-05 Semiconductor device
EP84201597A EP0145053B1 (en) 1983-11-08 1984-11-05 Semiconductor device
US06/922,791 US4717944A (en) 1983-11-08 1986-10-23 Semiconductor device having a field effect transistor with improved linearity

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8303834A NL8303834A (nl) 1983-11-08 1983-11-08 Halfgeleiderinrichting.
NL8303834 1983-11-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8303834A true NL8303834A (nl) 1985-06-03

Family

ID=19842679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8303834A NL8303834A (nl) 1983-11-08 1983-11-08 Halfgeleiderinrichting.

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4717944A (nl)
EP (1) EP0145053B1 (nl)
JP (1) JPS60175459A (nl)
DE (1) DE3469114D1 (nl)
NL (1) NL8303834A (nl)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3739501A1 (de) * 1986-11-26 1988-06-01 Hewlett Packard Co Mos-transistor
KR950007353B1 (ko) * 1992-05-30 1995-07-10 정호선 시냅스 모스 트랜지스터
DE19719165A1 (de) * 1997-05-06 1998-11-12 Siemens Ag Halbleiterbauelement
JP4703324B2 (ja) * 2005-08-30 2011-06-15 株式会社東芝 半導体装置
EP2040299A1 (en) * 2007-09-12 2009-03-25 Forschungsverbund Berlin e.V. Electrical devices having improved transfer characteristics and method for tailoring the transfer characteristics of such an electrical device
US9935187B1 (en) * 2017-03-31 2018-04-03 Teresa Oh Ambipolar transistor and leakage current cutoff device using the same

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3374407A (en) * 1964-06-01 1968-03-19 Rca Corp Field-effect transistor with gate-insulator variations to achieve remote cutoff characteristic
US3745426A (en) * 1970-06-01 1973-07-10 Rca Corp Insulated gate field-effect transistor with variable gain
JPS528152B2 (nl) * 1972-08-10 1977-03-07
US3969745A (en) * 1974-09-18 1976-07-13 Texas Instruments Incorporated Interconnection in multi element planar structures
FR2411512A1 (fr) * 1977-12-06 1979-07-06 Lardy Jean Louis Porte logique a transistor mos multidrain
DE2852621C4 (de) * 1978-12-05 1995-11-30 Siemens Ag Isolierschicht-Feldeffekttransistor mit einer Drif tstrecke zwischen Gate-Elektrode und Drain-Zone
JPS5586163A (en) * 1978-12-23 1980-06-28 Fujitsu Ltd Mis semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
EP0145053A3 (en) 1985-07-24
JPS60175459A (ja) 1985-09-09
EP0145053B1 (en) 1988-01-27
US4717944A (en) 1988-01-05
DE3469114D1 (en) 1988-03-03
EP0145053A2 (en) 1985-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5473180A (en) Semiconductor device with an MOST provided with an extended drain region for high voltages
NL8102838A (nl) Laterale veldeffekttransistorinrichting met geisoleerde stuurelektrode.
US5258636A (en) Narrow radius tips for high voltage semiconductor devices with interdigitated source and drain electrodes
US4626879A (en) Lateral double-diffused MOS transistor devices suitable for source-follower applications
US6770951B2 (en) P-type LDMOS device with buried layer to solve punch-through problems and process for its manufacture
NL8005053A (nl) Halfgeleiderinrichting met gereduceerde oppervlakteveldsterkte.
NL8103218A (nl) Veldeffekttransistor met geisoleerde stuurelektrode.
NL8001409A (nl) Halfgeleiderinrichting.
NL8401983A (nl) Halfgeleiderinrichting met verhoogde doorslagspanning.
NL8204855A (nl) Veldeffekttransistor met geisoleerde stuurelektrode en werkwijze ter vervaardiging daarvan.
GB2089118A (en) Field-effect semiconductor device
NL8303834A (nl) Halfgeleiderinrichting.
DE19811604A1 (de) Halbleitereinrichtung mit hoher Durchbruchspannung
DE102015120747B4 (de) Transistorbauelement mit erhöhter gate-drain-kapazität
KR100560230B1 (ko) 횡형 박막 실리콘-온-인슐레이터 장치
US5381031A (en) Semiconductor device with reduced high voltage termination area and high breakdown voltage
NL8302731A (nl) Halfgeleiderinrichting.
US5103278A (en) Charge transfer device achieving a high charge transfer efficiency by forming a potential well gradient under an output-gate area
NL8005995A (nl) Halfgeleiderinrichting.
US4529994A (en) Variable capacitor with single depletion layer
US4280068A (en) Bulk channel charge coupled device having improved input linearity
GB2150746A (en) MOS transistor with surface accumulation region
US4665416A (en) Semiconductor device having a protection breakdown diode on a semi-insulative substrate
NL8200464A (nl) Halfgeleiderinrichting met gereduceerde oppervlakteveldsterkte.
US5714797A (en) Variable capacitance semiconductor diode

Legal Events

Date Code Title Description
A1B A search report has been drawn up
BV The patent application has lapsed