RU2504865C1 - Cmos-transistor with vertical channels and common gate - Google Patents
Cmos-transistor with vertical channels and common gate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2504865C1 RU2504865C1 RU2012126430/28A RU2012126430A RU2504865C1 RU 2504865 C1 RU2504865 C1 RU 2504865C1 RU 2012126430/28 A RU2012126430/28 A RU 2012126430/28A RU 2012126430 A RU2012126430 A RU 2012126430A RU 2504865 C1 RU2504865 C1 RU 2504865C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- channels
- transistors
- cmos
- vertical
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к полупроводниковым приборам, а именно к комплементарным МОП-транзисторам и может быть использовано в цифровых инверторных схемах и устройствах памяти.The invention relates to semiconductor devices, namely to complementary MOS transistors and can be used in digital inverter circuits and memory devices.
Известен вертикальный полевой транзистор (ПТ), содержащий полупроводниковую подложку, сток (исток) с n+-типом проводимости, вертикальные проводящие каналы с n-типом проводимости, затвор, выполненный в виде металлической ленты, перфорированной в пределах полупроводниковой структуры, слои диэлектрика на нижней и верхней поверхностях ленты, которые прилегают к боковым поверхностям вертикальных каналов, и исток (сток) с n+-типом проводимости [1]. Между затвором и каналами образуются барьеры Шотки. Транзистор выполнен из арсенида галлия (GaAs).Known vertical field-effect transistor (PT) containing a semiconductor substrate, drain (source) with n + -type of conductivity, vertical conductive channels with n-type of conductivity, a gate made in the form of a metal tape perforated within the semiconductor structure, dielectric layers on the bottom and the upper surfaces of the tape, which are adjacent to the lateral surfaces of the vertical channels, and the source (drain) with n + type conductivity [1]. Schottky barriers form between the gate and the channels. The transistor is made of gallium arsenide (GaAs).
Однако в этом приборе используются вертикальные каналы только с n-типом проводимости.However, this device uses vertical channels with only n-type conductivity.
Известен вертикальный ПТ [2], содержащий подложку с n+-типом проводимости, которая является истоком (стоком) каналов с n-типом проводимости, металлические затворы, размещенные на непроводящих областях структуры прибора и образующие барьеры Шотки с каналами, а также стоки с n+-типом проводимости. Между подложкой и каналами расположены два дополнительных слоя. Первый эпитаксиальный слой с n+-типом проводимости является буферным между подложкой и каналами, второй слой изготовлен из AlGaAs. Все остальные области прибора изготовлены из GaAs. Кроме того, на том же кристалле дополнительно сформирован диод Шотки (ДШ). Вертикальный ПТ с ДШ образуют составное устройство.A known vertical PT [2] containing a substrate with an n + -type of conductivity, which is the source (drain) of channels with an n-type of conductivity, metal gates placed on non-conductive areas of the device structure and forming Schottky barriers with channels, as well as drains with n + -type of conductivity. Between the substrate and the channels are two additional layers. The first epitaxial layer with n + -type conductivity is a buffer between the substrate and channels, the second layer is made of AlGaAs. All other areas of the device are made of GaAs. In addition, a Schottky diode (DS) is additionally formed on the same crystal. A vertical focal point with a longitudinal beam forms a composite device.
Однако в этом приборе также используются вертикальные каналы только с n-типом проводимости.However, this device also uses vertical channels with only n-type conductivity.
Известен вертикальный ПТ [3], содержащий металлический вывод истока, омический контакт к истоку, исток, выполненный из полупроводника n+-типа проводимости, вертикальные проводящие каналы с n-типом проводимости, затвор, выполненный в виде металлической ленты, перфорированной в пределах полупроводниковой структуры, слои диэлектрика на нижней и верхней поверхностях ленты, которые прилегают к боковым поверхностям вертикальных каналов, и сток с n+-типом проводимости. Между затвором и каналами образуются барьеры Шотки. Для повышения выходной мощности прибора подложка из арсенида галлия заменена на диэлектрическую подложку с более высокой теплопроводностью. Также введен демпфирующий слой из пластичного металла между полупроводниковой структурой и диэлектрической подложкой с целью увеличения надежности и долговечности работы прибора за счет уменьшения в нем механических напряжений.Known vertical PT [3], containing the metal output of the source, ohmic contact to the source, the source made of an n + -type semiconductor, vertical conductive channels with n-type conductivity, the shutter made in the form of a metal tape perforated within the semiconductor structure , dielectric layers on the lower and upper surfaces of the tape, which are adjacent to the lateral surfaces of the vertical channels, and a drain with an n + type of conductivity. Schottky barriers form between the gate and the channels. To increase the output power of the device, the gallium arsenide substrate was replaced by a dielectric substrate with higher thermal conductivity. A damping layer of ductile metal was also introduced between the semiconductor structure and the dielectric substrate in order to increase the reliability and durability of the device by reducing mechanical stresses in it.
В этом приборе также используются вертикальные каналы только с n-типом проводимости.This device also uses vertical channels with only n-type conductivity.
Наиболее близким к заявленному устройству, выбранного в качестве прототипа, является КМОП-инвертор [4], состоящий из двух полевых транзисторов с каналами p- и n-типами проводимости (комплементарные транзисторы), включенные последовательно и имеющие структуру металл-окисел-полупроводник [МОП], который получил название КМОП-транзистор.The closest to the claimed device, selected as a prototype, is a CMOS inverter [4], consisting of two field-effect transistors with channels p- and n-types of conductivity (complementary transistors), connected in series and having a metal-oxide-semiconductor structure [MOS ], which is called a CMOS transistor.
Технология изготовления КМОП-транзисторов (КМОП (CMOS) технология) постоянно совершенствуется и является основой современной микро- и наноэлектроники [5]. При использовании объемной КМОП-технологии транзисторы размещают в объеме подложки, причем для формирования МОП-транзистора с каналом, имеющим одинаковый тип проводимости с подложкой, создают дополнительный карман. Области, в которых располагаются транзисторы изолированы друг от друга с помощью закрытого p-n-перехода. Для подавления эффекта «защелкивания» применяют охранные кольца или диэлектрик для изоляции комплементарных транзисторов.The manufacturing technology of CMOS transistors (CMOS technology) is constantly being improved and is the basis of modern micro- and nanoelectronics [5]. When using bulk CMOS technology, transistors are placed in the bulk of the substrate, and an additional pocket is created to form a MOS transistor with a channel having the same type of conductivity with the substrate. The areas in which the transistors are located are isolated from each other using a closed p-n junction. To suppress the snapping-in effect, guard rings or dielectric are used to isolate complementary transistors.
КМОП-транзисторы, изготовленные по технологии «кремний-на-изоляторе» (КНИ), размещают на изоляторе (окисле), который изолирует активную область прибора от подложки, причем имеется и вертикальная изоляция, поэтому транзисторы изолированы со всех сторон слоями окислов, благодаря чему исключается тиристорный эффект между комплементарными транзисторами. Использование технологии КНИ позволяет уменьшить расстояние между МОП-транзисторами, что приводит к увеличению плотности интеграции [5].CMOS transistors made using the silicon-on-insulator (SOI) technology are placed on an insulator (oxide), which isolates the active region of the device from the substrate, and there is also vertical isolation, so the transistors are isolated on all sides by oxide layers, so the thyristor effect between complementary transistors is eliminated. Using SOI technology allows you to reduce the distance between MOS transistors, which leads to an increase in integration density [5].
Однако различные конструкции известных КМОП-транзисторов имеют отличительную особенность. В каждом транзисторе исток, канал и сток расположены в горизонтальной плоскости (планарная структура), что приводит к увеличению размеров прибора и при использовании объемной КМОП-технологии необходимости применять специальные меры для устранения эффекта «защелкивания».However, various designs of known CMOS transistors have a distinctive feature. In each transistor, the source, channel and drain are located in a horizontal plane (planar structure), which leads to an increase in the size of the device and when using volume CMOS technology, it is necessary to apply special measures to eliminate the “snap” effect.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение размеров и упрощение конструкции КМОП-транзистора.The technical result of the invention is to reduce the size and simplify the design of a CMOS transistor.
Сущность изобретения: в приборе, содержащем комплементарные МОП-транзисторы, использована компактная структура с параллельно расположенными вертикальными каналами с p- и n-типами проводимости. Между транзисторами размещена непроводящая область (диэлектрик), на которой расположен общий затвор, изолированный от каналов диэлектриком-окислом. Толщина затвора должна соответствовать длинам каналов транзисторов и может иметь субмикронные размеры. Для уменьшения сопротивления затвора толщина его в средней части может быть больше, чем на краях затвора, контактирующих с изолирующим окислом канала.The inventive device containing complementary MOS transistors uses a compact structure with parallel vertical channels with p- and n-types of conductivity. Between the transistors there is a non-conductive region (dielectric), on which there is a common gate isolated from the channels by dielectric oxide. The gate thickness should correspond to the lengths of the transistor channels and may have submicron dimensions. To reduce the resistance of the gate, its thickness in the middle part may be greater than at the edges of the gate in contact with the insulating channel oxide.
Стоки каналов транзисторов соединены между собой с помощью омических контактов, расположенных на нижней стороне вертикальной структуры, а истоки транзисторов имеют отдельные выводы на верхней стороне структуры.The drains of the transistor channels are interconnected by ohmic contacts located on the lower side of the vertical structure, and the sources of the transistors have separate terminals on the upper side of the structure.
Вертикальная структура обеспечивает возможность уменьшения длин каналов, что позволит повысить быстродействие прибора, кроме того, комплементарные транзисторы изолированы друг от друга непроводящей областью (диэлектриком), поэтому паразитные биполярные n-p-n и p-n-p - транзисторы не образуются и устраняется эффект «защелкивания». В предлагаемом приборе объединены два комплементарных МОП-транзистора с вертикальными каналами и общим затвором в единую компактную структуру, благодаря чему достигается заявленный технический результат.The vertical structure makes it possible to reduce the length of the channels, which will increase the speed of the device, in addition, complementary transistors are isolated from each other by a non-conductive region (dielectric), therefore parasitic bipolar n-p-n and p-n-p transistors are not formed and the “snap” effect is eliminated. The proposed device combines two complementary MOS transistors with vertical channels and a common gate in a single compact structure, thereby achieving the claimed technical result.
На фиг.1 изображены возможный вариант прибора в плане и его поперечное сечение, где 1 - подложка, 2 и 3 - области с n- и р-типами проводимости соответственно, 4 и 5 - стоки транзисторов с р+- и n+-типами проводимости, 6 и 7 - истоки транзисторов с р+- и n+-типами проводимости. Стоки транзисторов соединены между собой с помощью электрода 8. Истоки транзисторов имеют отдельные выводы 9 и 10 соответственно. Затвор 11 является общим для комплементарных транзисторов. Совмещение затвора с областями 2 и 3 произведено с помощью непроводящей области 12. Затвор изолирован от областей 2 и 3 окислом 13 и 14 соответственно.Figure 1 shows a possible variant of the device in plan and its cross section, where 1 is the substrate, 2 and 3 are regions with n- and p-types of conductivity, respectively, 4 and 5 are drains of transistors with p + and n + types conductivity, 6 and 7 are the sources of transistors with p + and n + types of conductivity. The drains of the transistors are interconnected using an electrode 8. The sources of the transistors have separate terminals 9 and 10, respectively. Gate 11 is common to complementary transistors. The shutter is aligned with regions 2 and 3 using a non-conducting region 12. The shutter is isolated from regions 2 and 3 by oxide 13 and 14, respectively.
Прибор работает следующим образом. На исток 9 первого МОП-транзистора с каналом р-типа подают положительное напряжение U0 относительно истока 10 второго МОП-транзистора с каналом n-типа. Входной сигнал Uвx подают на общий затвор 11. Выходное напряжение Uвых снимают со стоков МОП-транзисторов 8. Когда Uвх≈0 (на входе логический «0») и входное напряжение меньше порогового напряжения второго транзистора, то n-канал не индуцируется и второй транзистор закрыт.Причем при Uвх<U0 напряжение затвор-исток первого транзистора оказывается отрицательным и может быть достаточным для включения первого транзистора. В этом случае Uвых<U0 (т.е. логическая «1»). Если Uвх≅U0 (на входе логическая «1») и Uвх больше порогового напряжения второго транзистора, то в области 3 индуцируется канал n-типа и второй транзистор открывается, а первый транзистор закрывается, поэтому Uвых≈0 (т.е. логический «0»).The device operates as follows. The source 9 of the first MOSFET with the p-type channel is supplied with a positive voltage U 0 relative to the source 10 of the second MOSFET with the n-type channel. The input signal U in is applied to the common gate 11. The output voltage U out is removed from the drains of the MOS transistors 8. When U in ≈ 0 (logical “0” at the input) and the input voltage is less than the threshold voltage of the second transistor, then the n-channel is not induced and the second transistor is closed. Moreover, at U I <U 0 , the gate-source voltage of the first transistor is negative and may be sufficient to turn on the first transistor. In this case, U o out <U 0 (ie logical “1”). If Uin ≅ U 0 (logical “1” at the input) and U in is greater than the threshold voltage of the second transistor, then an n-type channel is induced in region 3 and the second transistor opens and the first transistor closes, so U output ≈0 (i.e. logical “0”).
В стационарном состоянии один из транзисторов закрыт, поэтому ток через прибор определяется только токами утечек через переходы. В момент коммутации через прибор проходит короткий импульс тока. Незначительное потребление мощности в стационарном режиме является достоинством КМОП-транзисторов.In the stationary state, one of the transistors is closed, so the current through the device is determined only by leakage currents through the junctions. At the time of switching, a short current pulse passes through the device. Low power consumption in stationary mode is the advantage of CMOS transistors.
Прибор может быть изготовлен из кремния или из полупроводниковых материалов группы АIIIВV, обладающими более высокой подвижностью электронов.The device can be made of silicon or from semiconductor materials of group A III B V with higher electron mobility.
По сравнению с прототипом, предлагаемый КМОП-транзистор с общим затвором и вертикальной структурой позволит:Compared with the prototype, the proposed CMOS transistor with a common gate and a vertical structure will allow:
- уменьшить размеры и упростить конструкцию прибора;- reduce the size and simplify the design of the device;
- повысить быстродействие прибора за счет уменьшения длин каналов.- increase the performance of the device by reducing the length of the channels.
Источники информацииInformation sources
1. Hollis М.А., Bozler C.O., Nichols K.B., Bergeron N.J. Vertical transistor device fabricated with semiconductor regrowth. Патент №US4903089 (A), МПК: H01L 29/80, заявл. 02.02.1988 г., опубл. 20.02.1990 г.1. Hollis M.A., Bozler C. O., Nichols K.B., Bergeron N.J. Vertical transistor device fabricated with semiconductor regrowth. Patent No.US4903089 (A), IPC: H01L 29/80, claimed 02/02/1988, publ. 02/20/1990
2. Brar B.P.S., На W. Vertical field-effect transistor and method of forming the same. Патент №US7663183, заявл. 19.06.2007 г., опубл. 16.02.2010 г.2. Brar B.P.S., On W. Vertical field-effect transistor and method of forming the same. Patent No. US7663183, pending. 06/19/2007, publ. 02.16.2010
3. Семенов А.В., Хан А.В., Хан В.А. Вертикальный полевой транзистор. Патент №RU2402105, МПК: H01L 29/772, заявл. 03.08.2009 г., опубл. 20.10.2010 г.3. Semenov A.V., Khan A.V., Khan V.A. Vertical field effect transistor. Patent No. RU2402105, IPC: H01L 29/772, claimed 08/03/2009, publ. 10.20.2010 g.
4.Маллер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем. Пер. с англ. - М.: Мир, 1989 г., - с.543-551.4.Maller R., Keymins T. Elements of integrated circuits. Per. from English - M .: Mir, 1989, - p. 543-551.
5. Зебров Г.И. Физические основы кремниевой наноэлектроники. - Бином. Лаборатория знаний, 2011 г. - с.34-35, 159-161.5. Zebrov G.I. Physical foundations of silicon nanoelectronics. - Binom. Laboratory of Knowledge, 2011 - p. 34-35, 159-161.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012126430/28A RU2504865C1 (en) | 2012-06-25 | 2012-06-25 | Cmos-transistor with vertical channels and common gate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012126430/28A RU2504865C1 (en) | 2012-06-25 | 2012-06-25 | Cmos-transistor with vertical channels and common gate |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012126430A RU2012126430A (en) | 2013-12-27 |
RU2504865C1 true RU2504865C1 (en) | 2014-01-20 |
Family
ID=49786024
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012126430/28A RU2504865C1 (en) | 2012-06-25 | 2012-06-25 | Cmos-transistor with vertical channels and common gate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2504865C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU204091U1 (en) * | 2020-12-25 | 2021-05-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Сенсор Микрон" | Field effect transistor with vertical channel for microwave technology |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6461900B1 (en) * | 2001-10-18 | 2002-10-08 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. | Method to form a self-aligned CMOS inverter using vertical device integration |
US6773994B2 (en) * | 2001-12-26 | 2004-08-10 | Agere Systems Inc. | CMOS vertical replacement gate (VRG) transistors |
US7663183B2 (en) * | 2006-06-21 | 2010-02-16 | Flextronics International Usa, Inc. | Vertical field-effect transistor and method of forming the same |
RU2402105C1 (en) * | 2009-08-03 | 2010-10-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма Микран" | Vertical field transistor |
-
2012
- 2012-06-25 RU RU2012126430/28A patent/RU2504865C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6461900B1 (en) * | 2001-10-18 | 2002-10-08 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. | Method to form a self-aligned CMOS inverter using vertical device integration |
US6747314B2 (en) * | 2001-10-18 | 2004-06-08 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. | Method to form a self-aligned CMOS inverter using vertical device integration |
US6773994B2 (en) * | 2001-12-26 | 2004-08-10 | Agere Systems Inc. | CMOS vertical replacement gate (VRG) transistors |
US7663183B2 (en) * | 2006-06-21 | 2010-02-16 | Flextronics International Usa, Inc. | Vertical field-effect transistor and method of forming the same |
RU2402105C1 (en) * | 2009-08-03 | 2010-10-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма Микран" | Vertical field transistor |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Маллер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем. Перевод с английского. - М.: Мир, 1989, с.543-551. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU204091U1 (en) * | 2020-12-25 | 2021-05-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Сенсор Микрон" | Field effect transistor with vertical channel for microwave technology |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012126430A (en) | 2013-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10720510B2 (en) | Lateral transistors and methods with low-voltage-drop shunt to body diode | |
US7202528B2 (en) | Normally-off integrated JFET power switches in wide bandgap semiconductors and methods of making | |
EP2165367B1 (en) | Improved power switching transistors | |
CN106603052B (en) | Bidirectional normally-off device and circuit | |
US9184230B2 (en) | Silicon carbide vertical field effect transistor | |
US4556895A (en) | Field-effect transistor having a channel region of a Group III-V compound semiconductor and a Group IV semiconductor | |
JP6109931B2 (en) | High voltage junction field effect transistor | |
US8264015B2 (en) | Semiconductor device wherein a first insulated gate field effect transistor is connected in series with a second field effect transistor | |
US20130264654A1 (en) | Integrated Switching Device with Parallel Rectifier Element | |
KR101853562B1 (en) | Semiconductor device | |
US11139374B2 (en) | Field-effect transistors with semiconducting gate | |
JP2015523723A5 (en) | ||
US20090179273A1 (en) | Semiconductor device | |
JP2008258261A (en) | Semiconductor device | |
KR960015960A (en) | Semiconductor devices | |
RU2504865C1 (en) | Cmos-transistor with vertical channels and common gate | |
US10217814B2 (en) | Semiconductor device | |
RU2513644C1 (en) | Semiconductor device with negative resistance (versions) | |
US10600895B2 (en) | Power device | |
US6864550B2 (en) | Semiconductor device | |
Ghione et al. | Guest editorial special issue on GaN electronic devices | |
RU2466477C1 (en) | Semiconductor device with lambda diode characteristics | |
RU2550310C2 (en) | Semiconductor diode with negative resistance | |
JPH0418763A (en) | Dual gate type insulated gate bipolar transistor | |
JP2000114518A (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150626 |