SE464949B - SEMICONDUCTOR SWITCH - Google Patents
SEMICONDUCTOR SWITCHInfo
- Publication number
- SE464949B SE464949B SE8903761A SE8903761A SE464949B SE 464949 B SE464949 B SE 464949B SE 8903761 A SE8903761 A SE 8903761A SE 8903761 A SE8903761 A SE 8903761A SE 464949 B SE464949 B SE 464949B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- transistor
- transistors
- source
- drain
- channel
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 26
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020776 SixNy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 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
- H01L29/66—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
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/78696—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/0688—Integrated circuits having a three-dimensional layout
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
- H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
- H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
- H01L27/092—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
- H01L27/0922—Combination of complementary transistors having a different structure, e.g. stacked CMOS, high-voltage and low-voltage CMOS
-
- 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
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/4908—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET for thin film semiconductor, e.g. gate of TFT
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Description
464 949 en låg ledresistans. Detta syfte uppnås i hög grad med en halvledar- komponent enligt uppfinningen. 464 949 a low joint resistance. This object is largely achieved with a semiconductor component according to the invention.
Vad som kännetecknar en sådan komponent framgår av bifogade patentkrav.What characterizes such a component is stated in the appended claims.
FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-7. Fig 1 visar den principiella uppbyggnaden av en komponent enligt uppfinningen. Fig 2 visar schematiskt hur en komponent enligt upp- finningen kan anslutas till styr- och belastningskretsar. Fig 3 visar hur de båda transistorerna vid en komponent enligt uppfinningen kan förses med s k stoppzoner vid kanalområdenas ändar. Fig 4 visar en alternativ ut- föringsform med en enda stoppzon hos varje transistor. Fig 5a och 5b visar hur enligt två alternativa utföringsformer av uppfinningen styrsignaler tillförs komponenten och hur organ för alstrande av lämpliga styrspänningar är integrerade med komponenten. Fig 6 visar en alternativ utföringsform, där substratet utgöres av en kiselskiva, i vilken den undre av komponentens båda transistorer är utbildad. Fig 7a, 7b, 7c och 7d visar successiva steg vid ett exempel på ett förfarande för framställning av en komponent enligt uppfinningen.DESCRIPTION OF FIGURES The invention will be described in the following in connection with the appended claims Figures 1-7. Fig. 1 shows the basic structure of a component according to the invention. Fig. 2 schematically shows how a component according to the finding can be connected to control and load circuits. Fig. 3 shows how the two transistors of a component according to the invention can be provided so-called stop zones at the ends of the canal areas. Fig. 4 shows an alternative embodiment. liner with a single stop zone of each transistor. Figures 5a and 5b show how according to two alternative embodiments of the invention control signals supplied to the component and how means for generating suitable control voltages are integrated with the component. Fig. 6 shows an alternative embodiment, wherein the substrate is a silicon wafer, in which the lower part of the component both transistors are trained. Figs. 7a, 7b, 7c and 7d show successive steps in an example of a process for the manufacture of a component according to the invention.
BESKRIVNING Av UTFöRINGsExmæEL Fig 1 visar en halvledarkomponent enligt uppfinningen. Komponenten är anordnad på ett substrat 1 i form av en kiselskiva. På skivan är utbildad ett elektriskt isolerande kiseldioxidskikt 2, vilket skiljer komponenten från substratet. På ytan av kiseldioxidskiktet 2 är ett monokristallint kiselskikt 3 anbringat, i vilket en första fälteffekttransistor är utbil- dad. Transistorn har ett N+-dopat sourceområde 31, ett P-dopat kanalomràde 32 och ett N+-dopet drainområde 33. Sourceområdet är försett med en anslut- ningskontakt 311 och en tilledning 312. Drainområdet är på samma sätt för- sett med en kontakt 331 och en tilledning 332. På ytan av kiselskiktet 3 är ett elektriskt isolerande kiseldioxidskikt 4 anordnat, och ovanpå detta ett andra monokristallint kiselskikt 5. I det sistnämnda kiselskiktet är en andra fälteffekttransistor utbildad, vilken har det P+-dopade sourceområ- det 51, det N-dopade kanalområdet 52 samt det P+-dopade drainomràdet 53.DESCRIPTION OF EMBODIMENT EXAMPLES Fig. 1 shows a semiconductor component according to the invention. The component is arranged on a substrate 1 in the form of a silicon wafer. On the disc is trained an electrically insulating silica layer 2, which separates the component from the substrate. On the surface of the silica layer 2 is a monocrystalline silicon layer 3 is applied, in which a first field effect transistor is formed. dad. The transistor has an N +-doped source region 31, a P-doped channel region 32 and an N + doped drain area 33. The source area is provided with a connection socket 311 and a line 312. The drain area is similarly seen with a contact 331 and a lead 332. On the surface of the silicon layer 3 is an electrically insulating silica layer 4 is provided, and on top of this one second monocrystalline silicon layer 5. In the latter silicon layer is one second field effect transistor is formed, which has the P +-doped source region. the 51, the N-doped channel region 52 and the P +-doped drain region 53.
Sourceområdet är försett med en kontakt 511 och en tilledning 512, och drainområdet är försett med en kontakt 531 och en tilledning 532. De båda 464 949 fälteffekttransistorerna är av anrikningstyp. I den undre fälteffekttran- sistorn 31-33 är source- och drainområdena av N-typ och transistorn en s k NMOS-transistor. I den övre transistorn 51-53 är source- och drainområdena av P-typ och transistorn en s k PMOS-transistor.The source area is provided with a contact 511 and a lead 512, and the drain area is provided with a contact 531 and a supply 532. Both 464 949 the field effect transistors are of the enrichment type. In the lower field effect trans- system 31-33, the source and drain regions are of the N-type and the transistor a so-called NMOS transistor. In the upper transistor 51-53 are the source and drain regions of the P-type and the transistor a so-called PMOS transistor.
Kiseldioxidskiktet 2 bör ha en tjocklek på minst 1 pm och har företrädes- vis, åtminstone vid högre arbetsspänningar, en tjocklek på 5-10 pm. Kisel- skikten 3 och 5 kan ha en tjocklek på 60 nm och kiseldioxidskiktet 4 en tjocklek på 20 nm. Längden hos fälteffekttransistorernas kanalområden (avståndet mellan en transistors source- och drainkontakt) beror av den arr :spänning för vilken komponenten är avsedd. Längden kan företrädesvis ligga inom intervallet 10-100 pm. Vid en maximal spärrspänning på exempel- vis 160 V kan kanalområdenas längd vara 18 ym och vid en arbetsspänning på 300 V 30-50 Fm. Dopningen hos transistorernas source- och drainområden kan 18_102o -3 ligga inom intervallet 10 cm och hos deras kanalområden inom intervallet 1015-1017 cm-3.The silica layer 2 should have a thickness of at least 1 μm and preferably have wise, at least at higher operating voltages, a thickness of 5-10 pm. Silicon- layers 3 and 5 may have a thickness of 60 nm and the silica layer 4 one thickness of 20 nm. The length of the channel regions of the field effect transistors (the distance between a transistor's source and drain socket) depends on it arr: voltage for which the component is intended. The length can preferably be in the range of 10-100 pm. At a maximum cut-off voltage of example- vis 160 V, the length of the duct areas can be 18 μm and at a working voltage of 300 V 30-50 Fm. The doping of the source and drain regions of the transistors can 18_102o -3 lie within the range of 10 cm and at their channel areas within range 1015-1017 cm-3.
Kanalområdena bör vara så utformade att laddningsbalans råder mellan dessa båda områden. Detta innebär att antalet störatomer per ytenhet bör vara detsamma för båda områdena, dvs att produkten av skikttjocklek och stör- ämneskoncentration per volymenhet bör vara densamma.The channel areas should be designed so that a charge balance prevails between them both areas. This means that the number of interference atoms per unit area should be the same for both areas, ie that the product of layer thickness and size substance concentration per unit volume should be the same.
Som framgår av fig 1 har den undre transistorns kanalområde 32 något större längd än den övre transistorns kanalområde 52. Även andra utföringsformer är möjliga, och exempelvis kan på det sätt som visas med de streckade linjerna a och b den undre transistorns source- och drainomrâden förlängas in mot kanalområdet så att dettas längd blir densamma som längden hos den övre transistorns kanalområde.As can be seen from Fig. 1, the channel region 32 of the lower transistor has slightly larger length than the channel region 52 of the upper transistor. Also other embodiments are possible, and for example can in the way shown with the dashed lines a and b of the source and drain regions of the lower transistor are extended towards the channel area so that its length becomes the same as the length of it the channel region of the upper transistor.
Kanalområdenas bredd (deras utsträckning vinkelrätt mot papperets plan i fig 1) anpassas på lämpligt sätt i beroende av önskad strömhanterings- förmåga hos komponenten. Eventuellt kan, för uppnående av önskad ström- hanteringsförmåga, ett flertal komponenter parallellkopplas.The width of the duct areas (their extent perpendicular to the plane of the paper in Fig. 1) is suitably adapted depending on the desired current management ability of the component. Optionally, in order to achieve the desired current handling capability, several components are connected in parallel.
Alternativt kan komponenten enligt uppfinningen anordnas på ett elektriskt isolerande substrat, t ex en safirskiva. Oxidskiktet 2 kan då vara väsent- ligt tunnare än vad som ovan angivits. 464 949 Enligt en annan utföringsform kan det tjocka kiseldioxidskiktet 2 ersättas med ett på ett kiselsubstrat anordnat polykristallint diamantskikt, på vilket ett tunt kiseldioxidskikt kan vara anordnat.Alternatively, the component according to the invention can be arranged electrically insulating substrate, such as a sapphire wafer. The oxide layer 2 can then be substantially thinner than stated above. 464 949 According to another embodiment, the thick silica layer 2 can be replaced with a polycrystalline diamond layer arranged on a silicon substrate, on which a thin layer of silica may be provided.
Fig 2 visar principen för hur komponenten enligt uppfinningen ansluts till styr- och belastningskrets. Komponenten är schematiskt visad som ingående i en integrerad krets A. Kretsen innehåller förutom den i fig 1 visade kompo- . nenten även motstånd 61, 62 anslutna mellan transistorernas sourceanslut- ningar 312, 512 resp drainanslutningar 532, 332. Den undre transistorns sourceanslutning 312 och drainanslutning 332 utgör kretsens huvudanslut- ningar och är i fig 2 visade inkopplade till en schematisk belastningskrets bestående av en spänningskälla 9 och ett belastningsobjekt 10. Styrspän- ningskällor 71, 72 är anslutna mellan de båda transistorernas sourceanslut- ningar 312, 512 resp drainanslutningar 332, 532. Styrspänningskällorna slås till och från med hjälp av ett kopplingsorgan med kontakterna 81, 82. Styr- spänningskällorna avger lämpligen lika stora spänningar.Fig. 2 shows the principle of how the component according to the invention is connected to control and load circuit. The component is schematically shown as part of an integrated circuit A. In addition to the component shown in Fig. 1, the circuit contains. resistors 61, 62 also connected between the source terminals of the transistors. 312, 512 and drain terminals 532, 332. The lower transistor source connection 312 and drain connection 332 constitute the main connection of the circuit. and are shown in Fig. 2 connected to a schematic load circuit consisting of a voltage source 9 and a load object 10. The control voltage sources 71, 72 are connected between the source connections of the two transistors. 312, 512 and drain connections 332, 532. The control voltage sources are switched on to and from by means of a coupling means with the contacts 81, 82. the voltage sources suitably emit equal voltages.
Vid det i fig 2 visade läget hos kopplingsorganet 81, 82 är den tillförda styrspänningen u noll, och de båda transistorernas sourceområden hålls på samma potential med hjälp av motståndet 61, och de båda drainområdena på inbördes samma potential med hjälp av motståndet 62. Med den i figuren visade polariteten hos spänningskällan 9 spärrar den i figuren vänstra övergången hos den undre transistorn och den högra övergången hos den övre transistorn. Rymdladdningsområden utbildas vid de spärrande övergångarna och tar upp den påtryckta spänningen. På grund av den relativt sett svagare dopningen hos kanalområdena får rymdladdningsskikten störst utsträckning i dessa områden, vilka tar upp större delen av den påtryckta spänningen.At the position of the coupling member 81, 82 shown in Fig. 2, it is supplied the control voltage u is zero, and the source ranges of the two transistors are kept on the same potential by means of the resistor 61, and the two drain regions on mutually the same potential by means of the resistor 62. With that in the figure shown the polarity of the voltage source 9 blocks it in the figure on the left the junction of the lower transistor and the right junction of the upper transistor. Space charging areas are trained at the blocking transitions and absorbs the applied voltage. Due to the relatively weaker the doping of the channel areas gets the space charge layers to the greatest extent in these areas, which absorb most of the applied voltage.
Vid tillslag av styrspänningen genom slutning av kontakterna 81, 82 blir styrsignalen u lika med styrspänningskällornas spänning. Den övre transis- torn får en positiv potential i förhållande till den undre. Styrspännings- källornas spänning och därmed potentialskillnaden mellan de båda transis- torerna kan exempelvis vara 5 V. Potentialskillnaden gör att en P-ledande . kanal induceras i den övre transistorns kanalområde närmast isolations- skiktet 4, och en N-ledande kanal induceras i den undre transistorns kanal- _ område närmast isolationsskiktet 4. De båda transistorerna övergår alltså till ledande tillstånd och en belastningsström kan flyta från spännings- källan 9 genom den undre transistorn och belastningsobjektet 10. De båda inducerade kanalerna påverkar och förstärker varandra, och en hög ladd- 464 949 ningsbärartäthet kan erhållas i kanalerna, i typfallet 5-1012 - 1013 cm_2.When the control voltage is switched on by closing the contacts 81, 82 becomes the control signal u equal to the voltage of the control voltage sources. The upper transis- tower has a positive potential in relation to the lower one. Control voltage the voltage of the sources and thus the potential difference between the two transitions the towers can, for example, be 5 V. The potential difference makes a P-conductor. channel is induced in the channel region of the upper transistor closest to the isolation layer 4, and an N-conducting channel is induced in the channel of the lower transistor. area closest to the insulation layer 4. The two transistors thus merge to conductive state and a load current can flow from the voltage the source 9 through the lower transistor and the load object 10. The two induced channels influence and reinforce each other, and a high charge 464 949 carrier density can be obtained in the channels, typically 5-1012 - 1013 cm_2.
Denna laddningsbärartäthet är väsentligt högre än vad som har varit möj- ligt att uppnå vid tidigare kända komponenter av aktuellt slag, exempelvis vid den genom svenska utläggningsskriften 460 ÄÄ8 kända komponenten. Denna höga laddningsbärartäthet gör att de ledande kanalerna får hög konduktans, av samma storleksordning som en konventionell MOS-transistor, och kompo- nenten enligt uppfinningen har därför låg resistans i ledtillståndet. Sam- tidigt kan en komponent enligt uppfinningen i icke ledande tillstånd ta upp hög spänning mellan source- och drainkontakterna, detta på grund av den svaga dopningen i kanalområdena och på grund av att rymdladdningarna i kanalområdena på ömse sidor av det isolerande skiktet Ä balanserar varand- ra. En komponent enligt uppfinningen far därför en väsentligt högre effekt- hanteringsförmåga per ytenhet än hittills kända MOS-transistorer. Effekt- hanteringsförmågan närmar sig den hos bipolära transistorer, men en kor :- nent enligt uppfinningen har på grund av frånvaron av minoritetsladdnings- bärare väsentligt högre snabbhet än en bipolär transistor.This charge carrier density is significantly higher than what has been possible can be achieved with previously known components of the type in question, for example at the component known through the Swedish exposition 460 ÄÄ8. This high charge carrier density means that the conductive channels have a high conductance, of the same order of magnitude as a conventional MOS transistor, and components The agent according to the invention therefore has low resistance in the joint condition. Sam- early on, a component of the invention in a non-conductive state may take up high voltage between the source and drain contacts, this is due to it weak doping in the channel areas and due to the space charges in the channel areas on either side of the insulating layer Ä balance each other ra. A component according to the invention therefore has a significantly higher efficiency. handling capacity per unit area than hitherto known MOS transistors. Effect- handling capability approaches that of bipolar transistors, but a cow: - according to the invention, due to the absence of minority charge carrier significantly higher speed than a bipolar transistor.
Som ovan nämnts är i det icke ledande tillståndet den ena av en transistors båda övergångar spärrande. På grund av de balanserade dopningarna och den tunna mellanliggande oxiden sträcker sig ett rymdladdningsområde både i den övre och den undre transistorn från drainområdet fram till sourceområdet.As mentioned above, in the non-conductive state, it is one of a transistor both transitions blocking. Because of the balanced doping and it thin intermediate oxide extends a space charge area both in it upper and lower transistors from the drain region to the source region.
Den påtryckta spänningen mellan source- och drainområdena kan då vid sourceområdet skapa ett elektriskt fält som verkar injicerande. Vid en viss längd hos kanalområdet och en viss maximal påtryckt spänning måste därför dopningen i kanalområdet vara så hög att det injicerande fältet icke når fram till motsatt PN-övergång. Detta begränsar komponentens maximala arbetsspänning. Fig 3 visar hur detta problem kan elimineras genom att kanalområdet närmast source- och drainområdena förses med stoppzoner som har samma ledningstyp som kanalområdet men högre dopning än detta. Fig 3 visar en sådan utföringsform av en komponent enligt uppfinningen, och stoppzonerna är där betecknade med 5Ä, 55 resp 34, 35. När den påtryckta spärfingen över komponenten ökar minskar stoppzonen med sin högre dopning det serala fältstyrkan så att injektion undviks. Vid en sådan komponent kan nanalområdenas dopning göras väsentligt svagare än vid en komponent enligt fig 1 och 2. Denna svagare dopning har i fig 3 markerats med u resp n. Kanalområdenas svaga dopning gör att i icke ledande tillstånd är fältstyrkan genom hela kanalområdet hög och approximativt konstant, vilket möjli; 'r en hög arbetsspänning hos komponenten. Vid den i fig 3 visade 464 949 utföringsformen av en komponent enligt uppfinningen erhålles dock vid den spärrande övergången ett fältstyrkemaximum som begränsar den maximalt påtryckta spänningen.The applied voltage between the source and drain areas can then increase the source area create an electric field that acts as an injector. At a certain length of the channel region and a certain maximum applied voltage must therefore the doping in the channel area be so high that the injecting field does not reach until the opposite PN transition. This limits the component's maximum working voltage. Fig. 3 shows how this problem can be eliminated by the channel area closest to the source and drain areas is provided with stop zones such as has the same lead type as the channel area but higher doping than this. Fig. 3 shows such an embodiment of a component according to the invention, and the stop zones are there denoted by 5Ä, 55 and 34, 35 respectively. When pressed the sparring over the component increases decreases the stop zone with its higher doping the serial field strength so that injection is avoided. At such a component the doping of the nanal areas can be made significantly weaker than with a component according to Figs. 1 and 2. This weaker doping has in Fig. 3 been marked with u resp n. The weak doping of the channel areas means that in non-conductive conditions are field strength throughout the channel area is high and approximately constant, which possible; 's a high operating voltage of the component. At the one shown in Fig. 3 464 949 however, the embodiment of a component according to the invention is obtained with it blocking the transition a maximum field strength limit applied voltage.
Nyssnämnda nackdel kan elimineras med hjälp av den i fig 4 visade ut- föringsformen. Vid denna har varje transistor endast en stoppzon, 35 resp 54, och dessa är anordnade vid motsatta ändar av kanalområdena. När tran- sistorernas sourceområden 31, 51 påtrycks en positiv spänning i förhållande till drainområdena 33, 53 blir fältstyrkan i kanalområdena approximativt konstant och lika med den maximalt i komponenten uppträdande fältstyrkan.The aforementioned disadvantage can be eliminated by means of the embodiment shown in Fig. 4. the form of conduct. At this, each transistor has only one stop zone, 35 resp 54, and these are arranged at opposite ends of the channel areas. When trans- the source regions 31, 51 of the sensors are applied a positive voltage in relation to the drain areas 33, 53, the field strength in the channel areas becomes approximately constant and equal to the maximum field strength occurring in the component.
Härigenom erhålles en mycket god spänningsupptagande förmåga hos komponen- ten. Detta gäller dock endast för den nyss angivna polariteten hos den på- tryckta spänningen. För att möjliggöra hög spänningsupptagande förmåga i båda riktningarna kan därför två komponenter enligt fig 4 seriekopplas motvända.This results in a very good voltage-absorbing capacity of the component. ten. However, this only applies to the recently specified polarity of the printed voltage. To enable high voltage absorption capacity in In both directions, therefore, two components according to Fig. 4 can be connected in series reverse.
I det ovan beskrivna utföringsexemplet av uppfinningen är i icke ledande tillstånd den påtryckta styrspänningen noll. Alternativt kan en negativ styrspänning påtryckas under detta intervall. En negativ styrspänning mellan de två transistorsystemen undertrycker också injektionen. Behovet av stoppskikt och deras dopningsgrad kan alltså optimeras med hänsyn till graden av negativ styrspänning när switchen skall vara oledande.In the above-described embodiment of the invention is in non-conductive state the applied control voltage is zero. Alternatively, a negative control voltage is applied during this interval. A negative control voltage between the two transistor systems also suppresses the injection. The need of stop layers and their degree of doping can thus be optimized with regard to the degree of negative control voltage when the switch is to be non-conductive.
Vid en halvledarkomponent enligt uppfinningen bör kanalområdenas dopnings- profiler företrädesvis vara sådana att potentialerna i de båda kanalområ- dena följs åt, dvs att inom hela kanalområdets utsträckning potentialerna i varje godtyckligt par av mittför varandra belägna punkter är lika eller möjligast lika. Härigenom undviks andra spänningspåkänningar över isola- tionsskiktet 4 än de som orsakas av styrspänningen. Detta kan åstadkommas exempelvis genom att kanalområdenas dopning görs låg såsom vid de i fig 3 och 4 visade komponenterna. Fältstyrkan i varje kanalområde blir då app- roximativt konstant, och potentialen i varje kanalomrâde varierar linjärt mellan source- och drainområdet. Detta medför den önskvärda potentiallik- heten mellan varje par av två mittför varandra belägna punkter hos de båda kanalområdena.In the case of a semiconductor device according to the invention, the doping profiles are preferably such that the potentials in the two channel ranges these are followed, ie that within the entire range of the channel area the potentials in any pair of opposite points are equal or as equal as possible. This avoids other stresses across the insulation. layer 4 than those caused by the control voltage. This can be achieved for example by making the doping of the channel areas low as in those in Fig. 3 and 4 showed the components. The field strength in each channel area then becomes roximatively constant, and the potential in each channel area varies linearly between the source and drain area. This results in the desired potential between each pair of two opposite points of the two the channel areas.
Fig Sa visar hur vid en utföringsform av uppfinningen organ för tillförande av styrspänningar är integrerade med själva komponenten. Komponenten A ut- görs alltså av en integrerad krets, vilken förutom de båda fälteffekttran- 464 949 sistorerna även innehåller motstånden 61, 62 samt två diodbryggor 11, 12.Fig. 5a shows how in an embodiment of the invention means for supply of control voltages are integrated with the component itself. Component A is thus made by an integrated circuit, which in addition to the two field effect transformers 464 949 the resistors also contain resistors 61, 62 and two diode bridges 11, 12.
Komponenten har anslutningarna B, C för belastningsströmmen. När ka' önen- ten skall bringas i ledande tillstånd tillförs anslutningarna 17, lt en växelspänningssignal s. Denna tillförs likriktarbryggorna via kondensatorer 13, lü resp 15, 16. Från diodbryggorna erhålles då likspänningarna u, vilka på ovan beskrivet sätt styr komponenten till ledande tillstånd.The component has the connections B, C for the load current. When can the island the connection must be brought into the conducting state, supplied to the connections 17, lt one alternating voltage signal p. This is applied to the rectifier bridges via capacitors 13, lü and 15, 16, respectively. From the diode bridges the DC voltages u, which are obtained in the manner described above controls the component to a conductive state.
Fig 5b visar en alternativ 1_föringsform av anordningen enligt fig Sa. Den integrerade kretsen A innehåller förutom de båda fälteffekttransistorerna två uppsättningar likriktarbryggor - lla, llb; 12a, 12b - samt två uppsätt- ningar inverterare - Ila, Ilb, Ilc; I2a, I2b, I2c. Bryggcrna lla, l2a till- förs en konstant växelspänniag P via anslutningarna 17a, 17b och kondensa- torerna 13a, 13b, 15a, 15b, t ex av sådan amplitud att bryggorna avger likspänningar av storleksordningen 5 V. Dessa likspänningar tillförs inver- terarna som matningsspänningar. När komponenten skall vara ledande tillförs en styrsignal i form av en växelspänning S till styranslutningarna 18a, l8b. Över motstånden 61a, 62a alstras då en styrlikspänning som gör ut- gång >ignalen hos inverterarna Ila och I2a "låg" och hos inverterarna Ilb och I2b "hög", dvs styrspänningarna "u" blir positiva och komponenten blir ledande och hålls ledande så länge styrsignalen S tillförs. När styrsigna- len S borttages blir utspänningen från bryggorna llb, 12b noll, utsigna- lerna från inverterarna Ila och I2a blir "hög" och från inverterarna Ilb och I2b "låg", och styrspänningarna "u" blir negativa. Komponenten blir icke-ledande, och den negativa styrspänningen "u" undertrycker injektion och ökar därmed spänningshållfastheten hos komponenten.Fig. 5b shows an alternative embodiment of the device according to Fig. 5a. The integrated circuit A contains in addition to the two field effect transistors two sets of rectifier bridges - lla, llb; 12a, 12b - and two sets of inverters - Ila, Ilb, Ilc; I2a, I2b, I2c. Bryggcrna lla, l2a till- a constant alternating voltage P is passed through the connections 17a, 17b and the condenser the towers 13a, 13b, 15a, 15b, for example of such amplitude that the bridges emit DC voltages of the order of 5 V. These DC voltages are supplied in as supply voltages. When the component is to be conductive is added a control signal in the form of an alternating voltage S to the control connections 18a, l8b. A control DC voltage is then generated across the resistors 61a, 62a which makes time> the ignition of the inverters 11a and I2a "low" and of the inverters 11b and I2b "high", i.e. the control voltages "u" become positive and the component becomes conductive and is kept conductive as long as the control signal S is applied. When the control signal If the output voltage is removed, the output voltage from the bridges 11b, 12b becomes zero, from the inverters 11a and I2a becomes "high" and from the inverters 11b and I2b "low", and the control voltages "u" become negative. The component becomes non-conductive, and the negative control voltage "u" suppresses injection and thereby increases the stress strength of the component.
Vid de ovan beskrivna utföringsformerna av uppfinningen är båda fälteffekt- transistorerna utbildade i tunna halvledarskikt, av vilka det undre är anordnat på ett elektriskt isolerande skikt, beläget på ett substrat. Fig 6 visar en alternativ utföringsform av uppfinningen, där den undre transis- torn är utbildad direkt i substratet, vilket utgörs av en monokristallin kiselkropp 1. Denna har vid den undre transistorn en P-dopad zon 32a, vilken utgör transistorns kanalområde. I denna zon är utbildade N-ledande områden 31a, 33a, vilka utgör transistorns source- resp drainområden. I övrigt är komponenten utformad på tidigare beskrivet sätt.In the above-described embodiments of the invention, both field effects are the transistors formed in thin semiconductor layers, of which the lower one is arranged on an electrically insulating layer, located on a substrate. Fig. 6 shows an alternative embodiment of the invention, in which the lower transition tower is formed directly in the substrate, which is a monocrystalline silicon body 1. This has at the lower transistor a P-doped zone 32a, which is the channel region of the transistor. In this zone are trained N-leaders regions 31a, 33a, which constitute the source and drain regions of the transistor, respectively. IN otherwise, the component is designed as previously described.
En komponent enligt uppfinningen kan framställas på ett flertal olika sätt.A component according to the invention can be manufactured in a number of different ways.
En föredragen framställningsmetod skall nedan beskrivas i anslutning till fig 7. I en monokristallin kiselskiva X alstras genom jonimplantation av 464 949 syre resp kväve genom skivans i figuren övre yta ett kiseldioxidskikt 101 och ett kiselnitridskikt 102 (SixNy). De utanför de båda nyssnämnda skikten liggande delarna 104, 105, 106 av kiselkroppen påverkas ej av denna behand- ling. Fig 7a visar kiselkroppen efter jonimplantationen. Härefter alstras genom någon känd metod (t ex termisk oxidering och/eller deponering) ett kiseldioxidskikt 103 på kroppens yta, vilket visas i fig 7b. I fig 7c visas kiselkroppen X vänd upp och ned. En andra kropp Y av monokristallint kisel har på likaledes känt sätt försetts med ett kiseldioxidskikt 201 på sin yta. De båda kropparna förs ihop på det i fig 7c med pilen antydda sättet.A preferred method of preparation will be described below in connection with Fig. 7. In a monocrystalline silicon wafer X is generated by ion implantation of 464 949 oxygen or nitrogen through the upper surface of the disc in the figure a silica layer 101 and a silicon nitride layer 102 (SixNy). Those outside the two layers just mentioned lying parts 104, 105, 106 of the silicon body are not affected by this treatment. ling. Fig. 7a shows the silicon body after the ion implantation. Hereafter generated by any known method (eg thermal oxidation and / or deposition) a silica layer 103 on the surface of the body, as shown in Fig. 7b. Fig. 7c shows the silicon body X turned upside down. A second body Y of monocrystalline silicon has in a similarly known manner been provided with a silica layer 201 on its surface. The two bodies are brought together in the manner indicated by the arrow in Fig. 7c.
Redan vid rumstemperatur sker då en bondning mellan skivorna. Bondningen kan förstärkas genom en värmebehandling i temperaturområdet 800-1000 °C.Even at room temperature, bonding takes place between the boards. The bond can be strengthened by a heat treatment in the temperature range 800-1000 ° C.
Genom en efterföljande etsbehandling bortetsas delen 106 av kiselkroppen X, varvid nitridskiktet 102 tjänar som stoppskikt vid etsningen. Härefter bortetsas nitridskiktet 102. Den sålunda framställda kroppen visas i fig 7d. Kiselkroppen Y utgör substrat, kiseldioxidskikten 201 och 103 bildar ett elektriskt isolerande skikt mellan substratet och halvledarkomponenten enligt uppfinningen, i det monokristallina tunna kiselskiktet 104 utbildas komponentens undre transistor, kiseldioxidskiktet 101 tjänstgör som elektrisk isolering mellan komponentens båda transistorer och i det övre monokristallina kiselskiktet 105 utbildas komponentens övre transistor. Den önskade dopningen av transistorernas olika områden kan exempelvis göras med hjälp av jonimplantation, antingen efter de ovan beskrivna framställnings- stegen eller också tidigare under framställningsförloppet.By a subsequent etching treatment, the part 106 of the silicon body X is etched away. wherein the nitride layer 102 serves as a stop layer in the etching. Hereafter the nitride layer 102 is etched away. The body thus produced is shown in FIG 7d. The silicon body Y forms a substrate, the silicon dioxide layers 201 and 103 form an electrically insulating layer between the substrate and the semiconductor component according to the invention, in the monocrystalline thin silicon layer 104 is formed the lower transistor of the component, the silica layer 101 serves as electrical isolation between the two transistors of the component and in the upper the monocrystalline silicon layer 105 is formed the upper transistor of the component. The The desired doping of the different regions of the transistors can, for example, be done with by means of ion implantation, either after the above-described steps or also earlier in the production process.
Komponenten enligt uppfinningen har ovan beskrivits som en halvledarswitch för användning som kopplingsorgan. Komponenten kan användas även i andra sammanhang, t ex som styrbart element i integrerade digitala kretsar.The component according to the invention has been described above as a semiconductor switch for use as a coupling means. The component can also be used in others context, for example as a controllable element in integrated digital circuits.
Komponenten kan utom som kopplingsorgan även användas för steglös styrning i analoga kretsar.In addition to the coupling means, the component can also be used for stepless control in analog circuits.
I fig 2 utgörs komponentens utgångskrets av en spänningskälla och ett belastningsobjekt. Utgångskretsen kan emellertid vara av godtyckligt slag, t ex ett digitalt eller analogt kretselement eller krets.In Fig. 2, the output circuit of the component consists of a voltage source and a load object. However, the output circuit may be of any kind, eg a digital or analog circuit element or circuit.
Claims (14)
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE8903761A SE464949B (en) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | SEMICONDUCTOR SWITCH |
| PCT/SE1990/000678 WO1991007780A1 (en) | 1989-11-09 | 1990-10-19 | Semiconductor switch |
| JP51546390A JPH05501479A (en) | 1989-11-09 | 1990-10-19 | semiconductor switch |
| EP19900916841 EP0540516A1 (en) | 1989-11-09 | 1990-10-19 | Semiconductor switch |
| CA 2069911 CA2069911A1 (en) | 1989-11-09 | 1990-10-19 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE8903761A SE464949B (en) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | SEMICONDUCTOR SWITCH |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE8903761D0 SE8903761D0 (en) | 1989-11-09 |
| SE8903761L SE8903761L (en) | 1991-05-10 |
| SE464949B true SE464949B (en) | 1991-07-01 |
Family
ID=20377432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE8903761A SE464949B (en) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | SEMICONDUCTOR SWITCH |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0540516A1 (en) |
| JP (1) | JPH05501479A (en) |
| CA (1) | CA2069911A1 (en) |
| SE (1) | SE464949B (en) |
| WO (1) | WO1991007780A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998005076A2 (en) * | 1996-07-26 | 1998-02-05 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Semiconductor component for high voltage |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5684320A (en) * | 1991-01-09 | 1997-11-04 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having transistor pair |
| JP3135939B2 (en) * | 1991-06-20 | 2001-02-19 | 富士通株式会社 | HEMT type semiconductor device |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS577161A (en) * | 1980-06-16 | 1982-01-14 | Toshiba Corp | Mos semiconductor device |
| US4593300A (en) * | 1984-10-31 | 1986-06-03 | The Regents Of The University Of Minnesota | Folded logic gate |
| SE460448B (en) * | 1988-02-29 | 1989-10-09 | Asea Brown Boveri | DOUBLE DIRECT MOS SWITCH |
-
1989
- 1989-11-09 SE SE8903761A patent/SE464949B/en not_active IP Right Cessation
-
1990
- 1990-10-19 JP JP51546390A patent/JPH05501479A/en active Pending
- 1990-10-19 CA CA 2069911 patent/CA2069911A1/en not_active Abandoned
- 1990-10-19 WO PCT/SE1990/000678 patent/WO1991007780A1/en not_active Application Discontinuation
- 1990-10-19 EP EP19900916841 patent/EP0540516A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998005076A2 (en) * | 1996-07-26 | 1998-02-05 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Semiconductor component for high voltage |
| WO1998005076A3 (en) * | 1996-07-26 | 1998-03-05 | Ericsson Telefon Ab L M | Semiconductor component for high voltage |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE8903761D0 (en) | 1989-11-09 |
| SE8903761L (en) | 1991-05-10 |
| WO1991007780A1 (en) | 1991-05-30 |
| EP0540516A1 (en) | 1993-05-12 |
| JPH05501479A (en) | 1993-03-18 |
| CA2069911A1 (en) | 1991-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS5943827B2 (en) | protection circuit | |
| GB2073490A (en) | Complementary field-effect transistor integrated circuit device | |
| JPH0347593B2 (en) | ||
| TWI524509B (en) | Integrated field effect transistors with high voltage drain sensing | |
| KR920003319B1 (en) | Semiconductor device and its manufacturing method of bipolar transistor | |
| US20110254120A1 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
| US10199368B2 (en) | Stucture for protecting an integrated circuit against electrostatic discharges | |
| US4109272A (en) | Lateral bipolar transistor | |
| SE464949B (en) | SEMICONDUCTOR SWITCH | |
| US3742318A (en) | Field effect semiconductor device | |
| US20070077738A1 (en) | Fabrication of small scale matched bi-polar TVS devices having reduced parasitic losses | |
| US12057444B2 (en) | Operating voltage-triggered semiconductor controlled rectifier | |
| SE512661C2 (en) | Lateral bipolar hybrid transistor with field effect mode and method at the same | |
| US4761679A (en) | Complementary silicon-on-insulator lateral insulated gate rectifiers | |
| GB2208257A (en) | Overvoltage protector | |
| JP4838421B2 (en) | Analog switch | |
| JPH0888290A (en) | Semiconductor device and using method therefor | |
| JPS63148671A (en) | Device preventive of electrostatic breakdown in semiconductor integrated circuit device | |
| EP0272753B1 (en) | Complementary silicon-on-insulator lateral insulated gate rectifiers | |
| JP2854900B2 (en) | Semiconductor device | |
| JPH05121425A (en) | Bipolar electrostatic-induction transistor | |
| JP2576758B2 (en) | Semiconductor element | |
| JPH01125987A (en) | Semiconductor variable capacitance device | |
| KR100300674B1 (en) | Slope Concentration Epitaxial Board of Semiconductor Device with Resurf Diffusion | |
| JPH0214781B2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NAL | Patent in force |
Ref document number: 8903761-8 Format of ref document f/p: F |
|
| NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 8903761-8 Format of ref document f/p: F |