SE441134B - Felteffekttransistor med isolerad styrelektrod - Google Patents
Felteffekttransistor med isolerad styrelektrodInfo
- Publication number
- SE441134B SE441134B SE7906288A SE7906288A SE441134B SE 441134 B SE441134 B SE 441134B SE 7906288 A SE7906288 A SE 7906288A SE 7906288 A SE7906288 A SE 7906288A SE 441134 B SE441134 B SE 441134B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- region
- junction
- field effect
- zone
- effect transistor
- Prior art date
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims description 25
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 24
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 16
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 101150068246 V-MOS gene Proteins 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
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
- H01L29/02—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
- H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
-
- 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
- H01L29/0607—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 for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—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 for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
- H01L29/0615—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 for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
- H01L29/063—Reduced surface field [RESURF] pn-junction structures
-
- 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
- H01L29/7827—Vertical transistors
Landscapes
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Description
anríK V.-_:....a_ fèëçïï* 7906288-1 Trade där kanalen bildas består av ett sammanhängande område med en på vanligt sätt diffunderad zon, som tillsammans med det underliggande andra omradet utgör en p-n-övergång som går upp til ytan, är det svårt att na särskilt höga genom- brottsspänningar i fråga om p-n-övergången. Denna gengm- brottspänning har hittills uppgått till högst något hundra- tal volt, beroende bland annat på att denna spänning till stor del är avhängig randkrökningen hos p-n-övergången, det ogynnsamma fältet orsakat av detta samt ytan tillstànd. Där- för sker genombrottet vid ganska låg spänning på eller nära ytan.
Ett av uppfinningens syfte är att framställa en verti- kal fälteffektstransistor med en isolerad styrelektrod i en skära, i V-MOST-modell, som kan användas vid avsevärt högre source-drain-spänning än hittills tillgängliga V-MOS-tran- sistorer.
Uppfinningen bygger bl.a. på insikten av detta kan åstad- kommas genom lagom dopning och tjocklek på det första området plus ytterligare ett halvledaromráde av samma ledningstyp.
Ovanstående och andra syften uppnås enligt uppfinningen genom att en fälteffekttransistor av inledningsvis nämnt slag är så beskaffad, att första området bildar en p-n-övergång med andra omradet under, som i huvudsak är parallell med den första ytan och på sidorna åtminstone delvis begränsas av ett tredje område av den andra ledningstypen, som sträcker sig från den första ytan ner till andra ytan och med första om- rådet bildar en andra p-n-övergång med en lägre genombrotte- spänning än den första p-n-övergången. Vidare finns i första området ett fjärde område med första ledningstypen som grän- sar mot första ytan och skiljer första området från den första zonen. Detta område är kraftigare dopat än första området, vars tjocklek och dopningskoncentration är sa små, att nlr spänning läggs pa i baokriktningen .mellan första och andra området, utarmningszonen når från första p-n-övergången till första ytan genom hela första skiktet vid en spinning som är längre -övergången. än genombrottsspänningen för den andra p-n- ,-f' fšlšfßifi 7906288-1 Eftersom det första området med första ledningsslaget re- dan är helt utarmat av den första p-n-övergången upp till ytan vid lägre spänning än andra p-n-övergångens genombrottspänning, så reduceras fältstyrkan så pass mycket, att genombrottspänning- en ej längre bestäms i första hand av den andra p-n-övergången, som slutar i ytan, utan väsentligast av den första p-n-övergång- en, som går parallellt med ytan och som har en väsentligt hög- re genombrottspänning. Närvaron av det kraftigare dopade fjär- de omrâdet hindrar bristzonen att sträcka sig från botten upp till första zonen av andra ledningstypen som i allmänhet också är emitterzonen.
På så sätt kan man erhålla en mycket hög genombrottspän- ning mellan första och andra området som i vissa fall ligger i närheten av det ur dopningskoncentrationerna teoretiskt be- räknade värdena. Vidare kan om så önskas det tredje omrâdet få samma dopningskoncentration som andra omrâdet, som därvid blir utvidgat. Den andra p-n-övergången blir då den lokalt starkt krökta delen av p-n-övergången mellan första och andra område- na, vilken har en väsentligt lägre genombrottspänning än den del som är parallell med ytan.
En föredragen utföringsform anges i patentkrav 2. Därige- nom förhindras att en för hög fältstyrka nås för tidigt på el- ler nära ytan mellan fjärde området och andra p-n-övergången, då spänningen mellan första och andra området ökas, som följd av att bristzonen från den andra p-n-övergången tränger in i fjärde omrâdet.
Ehuru redan som följd av detta en väsentlig förbättring i genombrottspänningen ernås i samtliga fall, får man en yt- terligare förbättring, om fältstyrkan vid den andra p-n-över- gången görs ungefär lika stor som den i kanten av fjärde om- rådet. Som nedan förklaras tillsammans med ritningarna, bör de i patentkrav 3 angivna olikheterna gälla. om dessutom N . d väigs ungefär 111m med En: och L; 1,4.1o"5 v , blir ma: säkerhet maximala rältstyrmn vid första p-n-övergången mindre än ovannämnda maximum vid ytan, lá att genombrottsspänningen alltid först nås vid den första p-n-övergången och icke på eller nära ytan.
För att kunna lagra huvudparten av bristområdøts ludd- ning i andra området så att första områdets minimitjooklok 7906288-1 minskas, vill man oftast att andra områdets dopningskoneent_ ration åtminstone närmast första området är lägre än första områdets.
Oftast men inte alltid består andra området av en svag- dopad del intill första området och en starkare dopad del intill andra ytan, på vilken senare anslutningen (oftast drain-elektroden) finns anbringad. Bristzonen från första p-n-övergången kan utan olägenhet sträcka sig tvärs genom hela anordningen från den svagdopade till den starkare dopa- de delen. Det är ibland önskvärt att den svagdopade delen är så tjock, att vid den första p-n-övergàngens genombrottsspän- ning bristzonen sträcker sig in i det andra området något kortare än tjockleken hos den svagdopade delen. Emellertid måste i detta fall den icke-utarmade delen vara så tunn, att icke ett alltför stort motstånd uppstår.
Av teknologiska skäl framställts utföringsexemplet så, att första området av första ledningsslaget läggs på epit- axiellt på det andra området, ehuru andra framställningssätt är möjliga. _ Första området begränsat åt sidorna av skåran ooh där- jämte åtminstone delvis av p-n-övergången. I övrigt kan res- ten av första omràdet begränsas t.ex. av ett försänkt isole- ringsmönster eller en annan skara vars vägg är passiviserad.
Enligt ett annat lättframställt utföringsexempel kan första området dock fullständigt oms1utas,på de ställen det ej be- gränsas av skaran med styrelektroden,av ett tredje område, så att första omradet helt omslutes pa sidorna av skaran med styrelektroden sæmzav p.n.överg¿ngen, Vidare kan ofta med fördelemiüænelamnxden bestå av ett ledandg skikt ovanpå första ytan, vilket gränsar både till första zonen av andra ledningstypen (emitterz0nen) 0Ch fjärde omradet av första ledningstypen.
Uppfinningen beskrivs nu i detalj med hänvisning till bifo- gade ritningar, Fig 1 visar en fälteffekttransistor av vanlig typ dels 1 genomskärning och dels i pßrspêktiv» Fig 2 visar en fälteffekttransistor enligt föreliggande uppfinning dels i genomskärning och dels i perspektiv, ß V V, e___._._._í____.._. ___ . _ . _, __ , ..,_ _ .___ ,_,,-___ ._ __ 7906288-1 Fig 5A-E visar fältens utseende vid olika dimensioner och dopningsgrader, Fig 4 visar förhållandet mellan dopningsgraden ooh första områdets dimensioner i ett utföringsexempel, ooh Fig 5 visar ett annat utföringsexempel på uppfinningen.
Figurerna visaricke samtliga detaljer och är ej skalenli- ga. Motsvarande detaljer är 1 allmänhet likartat besiffrade.
I tvärsnittsbilderna är halvledaromradena av samma typ skugga- de åt samma hall.
För enkelhets skull antas att tvärsnittsplanet 1 fig 1 och 2 (ritningsplanet) ärdetsamma som fälteffekttranssistorns sym- metriplan,ehuu detta ej är nödvändigt.
Fig 1 visar en känd fälteffekttransistor med isolerad styrelektrod dels 1 genomskärning och dels 1 perspektiv. Fält- effekttransistorns kropp 11 är här utförd i kisel, fastän and- ra halvledarmaterial såsom Ge, GaAs osv kan användas. Halvle- darkroppen består av ett ö-format första område 1 av ett första ledningsslag, 1 detta fall en p-ledare, som gränsar till en första yta 8 och som omger en första zon 7 av den andra, här p-ledartypen som också den gränsar till ytan 8. Vidare omger ett andra område 2 av den andra, här n-ledartypen, det första området och bildar därvid en p-n-övergång 16. Detta område 2 består av en svagdopad del 2A intill det första omradet samt en starkare dopad del 2B, som är i kontakt med den andra ytan 10. I första ytan 8 finns en V-formig skara 12, som sträcker sig ned till område 2 genom första zonen 7 ooh första området 1. Väggen 12 1 skaran täcks av ett elektriskt isolatorskikt 13, i detta fall av kiseloxid, ehuru annat isolerande ämne, såsom t.ex. kiselnitrid, aluminiumoxid osv kan användas. En styrelektrod (kontakt G) i form av ett metallskikt 14 ligger på detisolerande skiktet 13. Till första zonen 7 ooh det andra området 2 finns anslutningar till emitter' 0011 kollektorælektmdef 1 form av metallskikt 9 och 15, varvid här elektroden 15 är ernitterelfiwdeï* (anslutning S) och elektroden 9 är kollektorelekuo- den (anslutning D), ehuru dessa roller är utbytbara.
Den fälteffekttransistor som hittills beskrivits har myo- ket kort kanallängd, som bestäms av tvärsnittet av det skikt- formade området 1 mellan ernitterzonen 7 och kollektorzonen 2. Det- P00 12 QÜ 45173 7906288-1 ta medför att transistorn är användbar även för mycket höga frekvenser.
Både dopningskoncentrationerna och dimensionerna hos den ovan beskrivna och förut kända fälteffekttransistorn är sådana, att vid genombrottsspänningen för p-n-övergången 16, området 1 ej ännu helt utarmats från den horisontella delen av övcrgàng- en 16 fram till ytan 8. Bristzonens gränser nära genombrottet visas i streckade linjer.
Av detta skäl kan genombrottspänningen för p-n-övergången 16 ej göras särskilt hög, bl.a. på grund av att rtndkrökningen och ytans tillstånd medför ett ogynnsamt elektriskt fält. Det- ta förklaras närmare nedan med hänvisning till fig 5 och 4.
Fig 2 visar en fälteffekttransistor enligt föreliggande uppfinning, på samma sätt dels i genomskärning och dels i per- spektiv. Skillnaden mot den i fig 1 visade består i följande: För det första bildas område 1 som ett epitaxiellt skikt, som tillsammans med det underliggande området 2 bildar en första p-n-övergång 5 som i stort sett går parallellt med första ytan 8, med sidobegränsningar åtminstone delvis men här helt och hål- let av ett kraftigt dopat tredje område 5 av det andra lednings- slaget, n-typ, som sträcker sig från första ytan 8 ned till andra området 2 och som med första området 1 bildar en andra p-n-övergång 6, vilken delvis pa grund av den starka dopningen av område 5 själv har en lägre genombrottsspänning än den första P-n-övergången 5. Dessutom finns i motsats till den i fig 1 visade fälttransistorn ett fjärde område 4 av första lednings- typen (p-ledare) intill första ytan 8 inom området 1 och skil- jer det första omradet 1 och den första zonen 7 från varandra ann har högre dopningskoncentration än det första omradet 1.Vidare är enligt uppfinningen dopningskonoentrationen N och tjoekleken d nos första området 1 så små, att bristzonen då man baokspän- ner första området 1 mot andra området 2 sträcker sig från första p-n-övergången 5 UPP till första ytan 8 qaxm1he1a1fi0CKkr ken av omradet 1 vid en spänning som är mindre än genombrotts- spänningen hos den andra p-n-övergången 6. Bristzonens gränser i detta fall har utmärkts med streckade linjer, liksom områdena 7, 4, 1.och 5:s gränser vid ytan 8 i perspektivdelarna av fig 1 och 2. 7906288-1 Eftersom område 1 i uppfinningens transistormodell helt utarmas långt innan genombrottsspänningen, minskas fältstyr_ kan vid ytan 8 avsevärt jämfört med den kända modellen i fig 1.
Anordningens genombrottsspänning bestäms därför till stor del av den horisontella p-n-övergången 5 som går djupt inne 1 halvledarkroppen och inte av den andra p-n-övergången 6 som går tvärs mot ytan 8. Man kan här uppnå en genombrottsspänning som närmar sig den som teoretiskt kan beräknas ur områdena 1 och 2:s respektive dopningskoncentrationer. Detta möjliggör framställning av V-MOS-traneistorer som tål flera hundra volt.
Följande dopningskoncentrationer och tjocklekar ha använts i den i fig 2 visade fälteffekttransistorn: Område Tjocklek Dopningskoncentration 7 2 Pm 10?O atomer/cm; 4 5 um(frå.n ytan 8) E ' íOlö " i (d=)5 om " " 8)(N=)2 .4015 " 2A loo pm 11.101” “ 2B 150 pm 1019 " Avståndet L i fig 2 är lika stort mnkring hela område 4 och är 170 Fm = 1,7o . 1o"2 om.
Utföringsexemplets genombrottsspänning mellan områdena 1 och 2 var ungefär 1000 volt.
Den endimensionellt beräknade genombrottsspänning@1VBnelkm 2 och 4 är 1200 volt. Genombrottsspänningen för p-n-övergången 6 skulle vara ca 150 volt (utan p-n-övergången 5). Vid denna spänning skulle bristskiktet sträcka sig från övergången 6 åt sidan, dvs i riktning mot område 4 ungefär 10 Pm' \llteå mindre än L.
Vid de givna tjocklekarna och dopningekoneentrationerna sträcker sig bristskiktet vid genombrottsepänningen i område 2 över en tjocklek gx1är något mindre än tjookleken hos området 2A, nämligen över 95 Pm; varvid man undviker ett bristekiktet från övergången 6 når området 4 vid en lägre spinning in genom- broggggpänningen för övergången 6 enbart dve om ej p-n-över- gången 5 funnes. 79062884 8 Vid dessa värden på N, d, L och VB för kisel (E== 11,7, E = 2,5 . 105 volt/cm, L och d i cm) fàr.vi, att v , 2,6 . 102613 -Lë = 2,02 _ 1011 N . d = 1012 och 5,1 . 105 'EE = 1,49 _ 1012 så att villkoret v J B 2,6 .1o2EE i-sN.d§s,1.1o5¿E är uppfyllt. Även det mest gynnsamma fallet N . agge _ 10555 = . ii _ 1 _ = 9 . LO cm 2 (i exemplet ovan ar N.d = 1012 cm 2) med L;1,4 . io'5 m, VB = 1,68 . 1o"2om (ovanför L = 1,7 , 1040,.) klarar olikheten med god marginal.
Området 4 som begränsar bristzonsbredden genom sin kraf- tiga dopning hindrar bristzonen från att sträcka sig från kolhadxm- -zonen upp till emitterzonen.
I exemplet ovan begränsas första omradet 1 på sidorna halt och hållet av skaran 12 och den andra p-n-övergången 6. Denna p-n-övergång 6 och alltsa omrâde 5 kan också ersättas längs na- gon del av omkretsen till området 1 med någon annan gräns, t.e¿, ett försänkt elektriskt isolfiringsmönster. g Liksom i fig 1 kortslutes kanalen med emitterzonen 3 av ett gemensamt ledande skikt 15 som ligger både mot zon 7 och område 4. Den del av ytan 8 som ej är i kontakt med elektrodskikten täcks av ett kiseloxidskikt 17, som framgår av fig 1.
Den här beskrivna fälteffekttransistorn kan framställas på konventionellt sätt med dopning, oxidering och etsning liksom för de kända V-MOS-transistorerna. Etsningen av den V-formade skaran tillgár bäst så, att man utgående från ett halvledarma- terial med yta i (100)-riktningen använder en selektiv etsare som t.ex. innehåller KOH. Skárans väggar löper längs (111)-p1a- nen, såsom känt Hr. Vidare beskrivning av framställningssättet syns överflödig, eftersom det ej är av avgörande betydelse för uppfinningen.
Det bör poängteras, att det fjärde området 4 kan sträcka sig ända fram till, eller t.o.m. något in 1, det andra området 2. Detta kan vid höga frekvenser och starka strömtätheter med- föra fördelar, dock till priset av en viss minskning i genom- brottsspänningen. 7906288-1 9 Med hjälp av fig BA-E och 4 skall ovannämnda använda dop- ningskoncentrationer och dimensioner nu ytterligare motiveras.
Pig 5A-E visar i fem fall fältet tvärs genom en diod,som motsvarar det ö-formade första området i föregående exempel.
Endast halva dioden visas, eftersom den är rotationssymmet- risk omkring axeln ES. Område 1 motsvarar det ö-formade "första området" i vardera av de föregående exemplen, p-n- -övergången 5 motsvarar den "första p-n-övergången", och p_n- -övergången 6 motsvarar den "andra p-n-övergången". I figu- rerna antas område 1 vara n-ledande och område 2 p-ledande, Detta kan dock vara tvärt om som i fig 1 och 2. Dopnings- koncentrationen för område 2 är densamma i alla figurer 5A-E.
När spänning pálägges mellan N--området 1 (via N+-kon- taktomràdet) och P'-området 2 i backriktningen på övergångarna 5 och 6, uppstår en fältfördelning Es längs ytan enligt kurvan S, medan variationen i vertikal riktning följer linjen B.
Fig 5A visar fallet då fullständigt utarming av område 1 inte har skett vid genombrottsspänningen. Ett högsta värde på fältstyrkan Es inträffar vid ytan vid p-n-övergången 6, som på grund av den kraftiga dopningen av P+-området 3, är högre än det högsta värde i vertikal riktning Eb i p-n-övergången 5. När den kritiska faitstyrkan E överskrids (rör kisei ca 2,5 . 105 volt/cm, något beroende av dopningen), sker genombrottet på ytan nära övergången 6, innan utarmningszonen (streckade lin- jer i fig 5A) i vertikalriktningen hunnit från övergången 5 upp till ytan.
Figurerna 5B-E visar sådana fall där dopningskonoentratio- nen N och tjockleken d hos skiktet 1 är sådana att skiktet 1 är fullständigt utarmat från övergång 5 till ytan innan genombrott- spänningen vid övergången 6 nåtts. över en del av spåret mellan områdena 3 och 4 är faitstyrkan Es isngqycan konstant, medan fait- toppar bildas både i övergång 6 och N+N-övergången 1 gränsen till område 4 (som resultat av dennas randkrökning).
I det fall som visas i tig 5B är toppvärdet högst vid över- gång 6, högre än värdet Eb vid övergång 5, så att genombrottet här Sker vid ytan men vid betydligt högre spänning än i fallet i fig 5A, enär fältstyrkefördelningen på ytan är mera homogen, varför topparna blir lägre. Fallet 5B kan härledas ur fall 35 t,ex. genom att minska tjookleken d av skiktet 1 med samma dopningskonoentrationer. 1)<){)}2 cpllyïldïrfir 7906288-1 10 Fig EC visar det omvända fallet mot fig 33 evad angår fält- styrkan på ytan. Här blir fältstyrketoppen 1 område 4:s kant myflkefi högre än vid p-n-övergången 6. Detta kan förekomma t.ex. da skikt 1 har hög resistivitet och område 1 utarmas innan ge- nombrottsspänningen nas. I detta fall kan genombrottet ske 1 kanten av område 4 när högsta fältstyrkan vid denna kant är hög- re än vid p-n-övergången 5.
Ett fördelaktigare fall visas i fig 3D. Där har man gjort dopningskoncentrationerna och tjockleken av omrade 1 så- dana, att de två fältstyrketopparna blir lika. Ehuru genom- brottet fortfarande sker på ytan när enligt fig 3D, maximala fältstyrkan Eb vid p-n-övergången 5 blir mindre än maxima på ytan, blir ändå maximala fältstyrkan på ytan lägre i detta fall genom att fältstyrkepyofilen S vid ytan blir symmetrisk än med en asymmetrisk fältfördelning, varför genombrottet sker först vid högre spänning.
Fig 3E slutligen visar ett fall där maximala ytfältstyr- kan vid en godtycklig baokspänning är lägre än maximala fält- styrkan vid p-n-övergången 5 tack vare dels ett lämpligt val av dopningskoncentration och tjocklek pa skiktet 1, dels en ökning av avståndet L vidgiven dopning av område 2. Därför sker genombrottet i detta fall alltid inne 1 halvledarkroppen vid p-n-övergången 5 och inte vid ytan.
Det bör vidare observeras, att vid för litet värde på L kommer ytfältstyrkan att öka totalspänningen mellan områdena 3 och 4 bestämmer ytan mellan kurvan S och lingen Es = O), så att genombrottet vid ytan sker vid en läng- re spänning.
Beräkningar visar, att högsta värden pa genombrottsspän- ningen fas inom den av linjerna A och B* begränsade ytan i fig 4. I fig 4 visas produkten av störatomskoncentrationen N 1 antal per omñ och tjockleken d i om av område 1 längs horisontella axeln, om man har kisel som halvledare och vär-_ det av 106. %+-mea L 1 om och vä 1 voit mäts längs vertikal- axeln. VB är B den endimensionellt beräknade genombrotts- spänningen hos p-n-övergången 5, dvs tolkat i fig }A-E så, att vi ber-ämm genombrottsspäxmingen 1 Nfiïïf-strmmuron un- der förutsättningen att dopningen av områdena 1 och 2 är homo- gen, att p-n-övergången 5 är helt skarp, att N*-omradet 4 är en rosa QUKHTY 79Û6288~1 11 försumbar serieresistans, samt att N+N'P_-strukturen utsträcks flßesränsat åt alla hall vinkelrätt mot axeln Es, under dessa antaganden kan värdet VB lätt oeräknas, vilket sçàr baskrivet i t.ex. S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, Wiley & Sons, New York 1969, kapitel 5.
I kiselfallet erhåller vi att för de värden på produkten N . d, som ligger mellan linjerna A och B, dvs för dem som uppfyller v Laloßvïë SN . d g 1,5 .1012 så uppfylls just villkoren för fig 3D (symmetriskt fält på ytan). "_ Om även villkoren för ig }E skall uppfyllas, dvs för- utom symmetriskt ytfält genombrott vid p-n-över- gängen 5, måste L, N och d väljas så, att man hamnar på eller i närheten av C-linjen 1 fig 4. Om I* > 1.4 . 1o'5.
V45 B _ gäller det väsentligen att N . d = 9 . 1011 cm'2.
Som redan påpekats gäller värdena i fig 4 för en kisel- transistor, som har kritiska faltstyrkan E ungefär 2,5 . 105 volt/om och en dielektricitetskonstant E. ungefär lika 11,7, Rent allmänt gäller, om relativa dielektricitetskonstanten är Öcmh kritiska fältstyrkan E, att för att komma mellan 1inJerna A och B, det maste gälla, att 2,6 .1o2EE ÉS ma <5; . 105 EE och för linjen C måste gälla Na = 3.1o5 8 E varvid även här kommer att gälla -XI-j- 2 1,4 . 1o'5 .
B Värdena på C och E kan slås upp i den tillgängliga littera- turen av dem som behärskar detta ämne. Evad gäller den kritiska fältstyrkan E, hänvisar vi till S.M. Sze, Physics of Bemioonduo-_ tor Devices, Wiley & Sons, Neu York 1969, sid 117, figur 25.
Av vad som ovan beskrivits med hänvisning till fig 31-E ooh 4 kan yrkesmannen välja den dopning och de dimensioner som 1 det aktuella fallet ärlämougastför att framställa en fälteffekttrsnn 7906288-1 12 sistor enligt uppfinningen. Det är ej alltid nödvändigt att undvika ytgenombrott (fig 4 : kurvan C), inte ens att stanna inom linjerna A och B i fig 4, eftersom man kan na höga yt- genombrottsspänningar även utanför detta område. Men vill- koret att det ö-formade omradet i vertikalriktning är full- ständigt utarmat innan ytgenombrotten är alltid ett krav.
Uppfinningen begränsas ej till det aktuella utförings- exemplet. Sa t.ex. behöver inte fälteffekttransistorn vara symmetrisk med avseende på tvärsnittet i fig 2; speciellt behöver inte avståndet mellan områdena 3 och 4 vara lika stort överallt. L blir då det kortaste avståndet. Avstån- det från skaran 12 till områdena Ä och 1 kan också vara olika på olika sidor av skaran.
I stället för en enda skara kan man ha flera skåror med var sin styrelektrod. Dessa styrelektroder kan sedan eventuellt vara förbundna med varandra. På så sätt kan fle- ra parallella fälteffektstrukturer erhållas, vilket visas i tvärsnittsbilden i fig 5.
Andra halvledarmaterial än kisel, såsom germanium, gal- liumarsenid osv, och andra isoleringsskikt än kiseloxid t.ex. kiselnitridhaltiga sådana, kan användas. Vidare kan led- ningstyperna i halvledarområdena omkastas.
Vidare behöver inte skaran 12 vara V-formad.
Fastän vi här har beskrivit en enstaka V-MOST som anpas- sats för höga ström- och spänningsvärden, kan en fälteffekt- transistor enligt uppfinningen lätt kombineras med andra V-MOS-transistorer och aktiva och passiva kretselement av an- nat slag pà samma halvledarplatta 1 en inteëreräd krets-
Claims (8)
1. Fälteffekttransistor med isolerad styrelektrod, vars halv- ledarkropp innefattar ett ö-format första område (1) av ett första ledningsslag, som gränsar till en första yta (8) och om- ger en första zon (7) av ett andra ledningsslag, även denna grän- sande till första ytan (8), vidare ett andra område (2) av and- ra ledningsslaget, som omger det första omrâdet (1) och med det- ta bildar en p-n-övergång (5), samt gränsar till den motsatt be- lägna andra ytan (10), varvid en skära (12) åstadkommits i förs- ta ytan (8) genom första zonen (7) och första omrâdet (1) ned i andra området (2), varvid skårans vägg är täckt av ett elektriskt isolatorskikt (13), på vilket en styrelektrod (G) är anordnad, och att emitter- och kollektorelektroder (15, 9) är anslutna till den första zonen (7) och det andra omrâdet (2), k ä n n e - t e c k n a d av att det första området (1) med det underliggan- de andra området (2) bildar en första p-n-övergång (5), som löper i huvudsak parallellt med den första ytan (8), men begränsas åt sidorna åtminstone delvis av ett tredje område (3) av det andra ledningsslaget som sträcker sig från den första ytan (8) ned till det andra området (2) och därvid med det första området (1) bil- dar en andra p-n-övergång (6) med lägre genombrottspänning än den första p-n-övergången (5), vidare av att ett fjärde område (4) av första ledningsslaget gränsande till första ytan (8) finns inom det första området (1), och skiljer det första omrâdet (1) och den första zonen (7) åt samt har en högre dopningskoncentration än första området (1), och av att dopningskoncentrationen och tjock- leken (d) hos det första området (1) är så små, att när en back- spänning mellan första (1) och andra (2) området pålägges, brist- zonen sträcker sig från den första p-n-övergången (5) ända till den första ytan (8) genom hela tjockleken (d) av det första områ- det (1) vid en elektrisk spänning som är lägre än den andra p-n- -övergångens (6) genombrottspänning.
2. Fälteffekttransistor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kortaste avståndet(L)frân kanten av fjärde området (4) upp till andra p-n-övergången (6) längs ytan är längre än det av- stånd längs ytan varöver bristzonen hörande till den andra p-n- -övergången (6) sträcker sig vid den senares genombrottspänning. 7906288-1 14
3. Fälteffekttransistor enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att dopningskoncentrationen.ßßuttryckt i atomer/cm3 och tjock- leken @)i cm hos första området uppfyller villkoren A___. 2 , fvfi - 5 2,6 .10 tE\,L-.gN.d s5,1.1o g E, varvid E är relativa dielektricitetskonstanten och E kritiska fält- styrkan i volt/cm, då lavingenombrott sker i första områdets (1) halvledarmaterial, L avståndet i cm från fjärde området (4) till andra p-n-övergången (6) och VB det endimensionellt beräknade värdet på genombrottspänningen mellan andra (2) och fjärde (4) om- rådena.
4. Fälteffekttransistor enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att produkten N.d uppgår till ungefär 3-0 -105 f. E ochL >,1,4 .1o'5 vB.
5. Fälteffekttransimxm enligt något av ovanstående krav, k ä n - n e t e c k n a d av att dopningskoncentrationen hos åtminstone den till det första området (1) gränsande delen (2A) av det andra området (2) är lägre än hos det första området.
6. Fälteffekttransistor enligt något av ovanstående krav, k ä n - n e t e c k n a d av att första området (1) är framställt som ett epitaxiellt skikt av första ledningsslaget ovanpå det andra området (2).
7. Fälteffekttransistor enligt något av ovanstående krav, k ä n - n e t e c k n a d av att första området (1) åt sidorna helt be- gränsas av skâran (12) och den andra p-n-övergången (6).
8. Fälteffekttransistor enligt något av ovanstående krav, k ä n - n e t e c k n a d av att styrelektroden (G) är bildad såsom ett ledande skikt (14) ovanpå den första ytan (8) och gränsar både till den första zonen (7) av det andra ledningsslaget och det fjär- de området (4) av det andra ledninqsslaget.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NLAANVRAGE7807834,A NL184551C (nl) | 1978-07-24 | 1978-07-24 | Veldeffekttransistor met geisoleerde stuurelektrode. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE7906288L SE7906288L (sv) | 1980-01-25 |
| SE441134B true SE441134B (sv) | 1985-09-09 |
Family
ID=19831290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE7906288A SE441134B (sv) | 1978-07-24 | 1979-07-23 | Felteffekttransistor med isolerad styrelektrod |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4233617A (sv) |
| JP (1) | JPS5518100A (sv) |
| CA (1) | CA1134056A (sv) |
| CH (1) | CH648694A5 (sv) |
| DE (1) | DE2927560C2 (sv) |
| FR (1) | FR2436503A1 (sv) |
| GB (1) | GB2026239B (sv) |
| IT (1) | IT1122227B (sv) |
| NL (1) | NL184551C (sv) |
| SE (1) | SE441134B (sv) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1131801A (en) * | 1978-01-18 | 1982-09-14 | Johannes A. Appels | Semiconductor device |
| NL186665C (nl) * | 1980-03-10 | 1992-01-16 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting. |
| US4345265A (en) * | 1980-04-14 | 1982-08-17 | Supertex, Inc. | MOS Power transistor with improved high-voltage capability |
| US4379305A (en) * | 1980-05-29 | 1983-04-05 | General Instrument Corp. | Mesh gate V-MOS power FET |
| NL187415C (nl) * | 1980-09-08 | 1991-09-16 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting met gereduceerde oppervlakteveldsterkte. |
| GB2103419A (en) * | 1981-08-04 | 1983-02-16 | Siliconix Inc | Field effect transistor with metal source |
| JPS58106870A (ja) * | 1981-12-18 | 1983-06-25 | Nissan Motor Co Ltd | パワ−ｍｏｓｆｅｔ |
| EP0326187A3 (en) * | 1982-05-20 | 1989-09-27 | Fairchild Semiconductor Corporation | Power mosfet structure |
| US4974059A (en) * | 1982-12-21 | 1990-11-27 | International Rectifier Corporation | Semiconductor high-power mosfet device |
| US4862242A (en) * | 1983-12-05 | 1989-08-29 | General Electric Company | Semiconductor wafer with an electrically-isolated semiconductor device |
| US4639761A (en) * | 1983-12-16 | 1987-01-27 | North American Philips Corporation | Combined bipolar-field effect transistor resurf devices |
| JPS61150378A (ja) * | 1984-12-25 | 1986-07-09 | Toshiba Corp | 電界効果トランジスタ |
| JPS6252969A (ja) * | 1985-08-30 | 1987-03-07 | Nippon Texas Instr Kk | 絶縁ゲ−ト型電界効果半導体装置 |
| US4755867A (en) * | 1986-08-15 | 1988-07-05 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Vertical Enhancement-mode Group III-V compound MISFETs |
| GB2227605A (en) * | 1989-01-30 | 1990-08-01 | Philips Electronic Associated | A vertical field effect semiconductor device |
| JPH073409U (ja) * | 1993-06-24 | 1995-01-20 | 株式会社九州ハマフオーム | 座布団 |
| AU6722396A (en) * | 1995-08-21 | 1997-03-12 | Siliconix Incorporated | Low voltage short channel trench dmos transistor |
| US6864520B2 (en) * | 2002-04-04 | 2005-03-08 | International Business Machines Corporation | Germanium field effect transistor and method of fabricating the same |
| JP4320167B2 (ja) * | 2002-12-12 | 2009-08-26 | 忠弘 大見 | 半導体素子及びシリコン酸化窒化膜の製造方法 |
| US7417266B1 (en) * | 2004-06-10 | 2008-08-26 | Qspeed Semiconductor Inc. | MOSFET having a JFET embedded as a body diode |
| JP2013069817A (ja) * | 2011-09-21 | 2013-04-18 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| US8633094B2 (en) | 2011-12-01 | 2014-01-21 | Power Integrations, Inc. | GaN high voltage HFET with passivation plus gate dielectric multilayer structure |
| US8940620B2 (en) | 2011-12-15 | 2015-01-27 | Power Integrations, Inc. | Composite wafer for fabrication of semiconductor devices |
| US8928037B2 (en) | 2013-02-28 | 2015-01-06 | Power Integrations, Inc. | Heterostructure power transistor with AlSiN passivation layer |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3924265A (en) * | 1973-08-29 | 1975-12-02 | American Micro Syst | Low capacitance V groove MOS NOR gate and method of manufacture |
| US4003036A (en) * | 1975-10-23 | 1977-01-11 | American Micro-Systems, Inc. | Single IGFET memory cell with buried storage element |
| DE2619713C2 (de) * | 1976-05-04 | 1984-12-20 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Halbleiterspeicher |
| DE2642615C2 (de) * | 1976-09-22 | 1986-04-24 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Halbleiterspeicher |
| US4084175A (en) * | 1976-09-30 | 1978-04-11 | Research Corporation | Double implanted planar mos device with v-groove and process of manufacture thereof |
| JPS5367381A (en) * | 1976-11-27 | 1978-06-15 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device |
| US4145703A (en) * | 1977-04-15 | 1979-03-20 | Supertex, Inc. | High power MOS device and fabrication method therefor |
-
1978
- 1978-07-24 NL NLAANVRAGE7807834,A patent/NL184551C/xx not_active IP Right Cessation
-
1979
- 1979-01-16 US US06/004,003 patent/US4233617A/en not_active Expired - Lifetime
- 1979-07-07 DE DE2927560A patent/DE2927560C2/de not_active Expired
- 1979-07-19 CA CA332,196A patent/CA1134056A/en not_active Expired
- 1979-07-20 IT IT24515/79A patent/IT1122227B/it active
- 1979-07-20 GB GB7925315A patent/GB2026239B/en not_active Expired
- 1979-07-20 CH CH6784/79A patent/CH648694A5/de not_active IP Right Cessation
- 1979-07-23 SE SE7906288A patent/SE441134B/sv not_active IP Right Cessation
- 1979-07-23 FR FR7918940A patent/FR2436503A1/fr active Granted
- 1979-07-24 JP JP9417279A patent/JPS5518100A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT1122227B (it) | 1986-04-23 |
| JPS644352B2 (sv) | 1989-01-25 |
| NL184551C (nl) | 1989-08-16 |
| DE2927560C2 (de) | 1983-12-22 |
| GB2026239B (en) | 1983-02-02 |
| SE7906288L (sv) | 1980-01-25 |
| US4233617A (en) | 1980-11-11 |
| FR2436503B1 (sv) | 1983-05-06 |
| FR2436503A1 (fr) | 1980-04-11 |
| IT7924515A0 (it) | 1979-07-20 |
| NL7807834A (nl) | 1980-01-28 |
| CA1134056A (en) | 1982-10-19 |
| CH648694A5 (de) | 1985-03-29 |
| DE2927560A1 (de) | 1980-02-07 |
| GB2026239A (en) | 1980-01-30 |
| NL184551B (nl) | 1989-03-16 |
| JPS5518100A (en) | 1980-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SE441134B (sv) | Felteffekttransistor med isolerad styrelektrod | |
| US10304953B2 (en) | Semiconductor device with stripe-shaped trench gate structures, transistor mesas and diode mesas | |
| US6462377B2 (en) | Insulated gate field effect device | |
| US6624472B2 (en) | Semiconductor device with voltage sustaining zone | |
| JP3860705B2 (ja) | 半導体装置 | |
| US9773706B2 (en) | Semiconductor device having field-effect structures with different gate materials, and method for manufacturing thereof | |
| US20010013613A1 (en) | Semiconductor device and a method of fabricating material for a semiconductor device | |
| ITMI970094A1 (it) | Substrato epitassiale di concentrazione graduata per dispositivo a semiconduttori avente una diffusione di completamento della | |
| SE432497B (sv) | Halvledaranordning med ett bipolert halvledarkopplingselement | |
| US9070580B2 (en) | Semiconductor device with a super junction structure based on a compensation structure with compensation layers and having a compensation rate gradient | |
| CN111279490A (zh) | 肖特基势垒二极管 | |
| JP6715567B2 (ja) | 半導体装置 | |
| US9368650B1 (en) | SiC junction barrier controlled schottky rectifier | |
| JP2018523301A (ja) | 炭化ケイ素超接合パワーデバイスの活性領域設計および対応する方法 | |
| EP3432361B1 (en) | Diamond mis transistor | |
| US20210043777A1 (en) | Trenched MOS Gate Controller Rectifier | |
| US9685552B2 (en) | Silicon carbide field effect transistor | |
| JP4889645B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| US10529867B1 (en) | Schottky diode having double p-type epitaxial layers with high breakdown voltage and surge current capability | |
| US20210098579A1 (en) | Schottky diode with high breakdown voltage and surge current capability using double p-type epitaxial layers | |
| US9613951B2 (en) | Semiconductor device with diode | |
| TWI670226B (zh) | 多溝槽半導體裝置 | |
| JP7055537B2 (ja) | 半導体デバイスおよびその製作方法 | |
| US7932536B2 (en) | Power rectifiers and method of making same | |
| TW201535678A (zh) | 半導體裝置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 7906288-1 Effective date: 19930204 Format of ref document f/p: F |