Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом

Реферат

 

Использование: микроэлектроника. Сущность изобретения: полевой транзистор включает элементы защиты, который выполнен из части подложки, непосредственно примыкающей к центральной части области истока и/или стока. 3 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к конструкции полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом (ТПУП). Цель изобретения уменьшение геометрических размеров, исключение зависимости напряжения защиты от напряжения отсечки. На фиг.1 представлено сечение; на фиг.2 топология конструкции; на фиг.3 сечение конструкции с защитой как промежутка затвор-исток, так и затвор-сток. Перечень позиций на фиг.1-3: полупроводниковая подложка 1 первого типа проводимости; сформированный на ее поверхности полупроводниковый слой 2 второго типа проводимости; изолирующая область 3 первого типа проводимости; область 4 элемента защиты первого типа проводимости, располагающаяся под центральной частью истока и имеющая электрический контакт с подложкой; область 5 истока второго типа проводимости; область 6 затвора, пересекающаяся концами с изолирующей областью первого типа проводимости; область 7 стока второго типа проводимости; металлические контакты 8 к активным элементам структуры, включая металлизацию контактных площадок; область 9 элемента защиты первого типа проводимости; располагающаяся под центральной частью стока. Сущность изобретения заключается в следующем. Так как наиболее инжектирующей частью истока являются боковые стенки и часть дна, располагающиеся ближе всего к затвору, то размещение области 4 первого типа проводимости элемента защиты под центральной частью истока незначительно увеличивает паразитное сопротивление истока R_и (незначительно снижает крутизну S ПТУП) при одинаковых размерах области истока. В то же время при перенапряжении промежутка затвор-исток пробой в элементе защиты является объемным, что резко снижает влияние элемента защиты на параметры ПТУП после его многократного срабатывания. Локализация пробоя в объеме полупроводника снижает утечки, шумы и деградационные явления в элементе защиты данной конструкции-стабилитроне. При превышении напряжения затвор-исток свыше пробивного в элементе защиты U_защ и выполнении условия U_защ< U_зимакс, где U_зимакс максимальное напряжение затвор-исток ПТУП; происходит пробой (срабатывание элемента защиты) и стабилизируется напряжение (не происходит его дальнейшее увеличение) затвор-исток. Разброс напряжения U_защ по пластине не зависит от разброса напряжения отсечки U_отс толщины слоя второго типа проводимости, а только от разброса поверхностной концентрации областей первого и второго типа проводимостей, образующих элемент защиты, и от глубины залегания области второго типа проводимости, в данном случае истока. Суммарное изменение U_защ по пластине много меньше изменения U_защ, связанного с U_отс. Уменьшение площади всей структуры связано с тем, что элемент защиты выполняется под центральной областью истока и выполняется в одном кармане с ПТУП. В прототипе площадь подложки увеличивается на величину проекции области элемента защиты первого типа проводимости, в предлагаемом решении такого увеличения нет. Для изготовления ПТУП на поверхности полупроводниковой кремниевой подложки 1 первого типа проводимости выращивают эпитаксиальный слой 2 второго типа проводимости, в котором стандартными методами маскирования поверхности, фотолитографии, диффузии или ионного легирования формируют изолирующую область 3 первого типа проводимости, смыкающуюся с подложкой 1 и выделяющую в эпитаксиальном слое изолированную область, в которой формируются активные элементы транзистора. Одновременно с областью 3 формируются области 4, 9 первого типа проводимости. Стандартными методами в островной области формируют низкоомные области 5, 7 истока и стока. Завершают изготовление ПТУП формированием металлических контактов 8 к области истока, стока, затвора (изолирующей области и/или подложке). Рассмотрен режим работы ПТУП с элементом защиты промежутка затвор-исток. Аналогично работает и элемент защиты в виде области 9, расположенный под центральной частью стока. На фиг.3 представлена конструкция ПТУП с защитой как промежутка затвор-исток, так и затвор-сток. Пример конкретной реализации. ПТУП изготавливают на пластине монокристаллического кремния ориентации <111> р-типа проводимости толщиной 380 мкм и удельным сопротивлением = 0,5 Омсм с эпитаксиальным слоем 2 n-типа проводимости толщиной 3,5-4,2 мкм и = 0,8 Омсм марка пластины В эпитаксиальном слое 2 путем локальной диффузии бора в две стадии при температуре Т 1000^оС длительность t 27-30 мин на первой стадии и при Т 1200^оС и t 4 ч на второй стадии создают изолирующую область 3 р⁺-типа проводимости и с = 70 Ом/ и глубиной 3,7-4,3 мкм. Одновременно с изолирующей областью 3 формируют области 4,9 элемента защиты первого типа проводимости. Последующей локальной диффузией бора в две стадии при Т 950^оС с t 27-30 мин на первой стадии и при Т 1100^оС и t 1 час на второй стадии создают область 6 затвора р⁺-типа проводимости с 80 Ом/ и глубиной 1,3-1,8 мкм. Затем путем локальной диффузии фосфора при Т 1000^оС с t 30 мин одновременно создают область 5 и 7 истока и стока n⁺-проводимости с глубиной залегания 1-1,5 мкм с поверхностной концентрацией донорной примеси N_as2 10²⁰ см^-3. К областям 5, 7, 6 (и/или 3) формируют металлические контакты 8 из пленки алюминия толщиной 1,0 мкм. Область 6 затвора может не иметь собственно омического контакта, т. к. она контактирует через область 3 с подложкой 1, выполняющей функцию нижнего затвора ПТУП. Полученные интегральные ПТУП имеют следующие параметры: спектральная плотность шума f_ш 20 нВ/ при f 10 Гц в полосе f 1 Гц при U_си 2,5 В, ток стока I_с 1 мА; начальный сток стока I_со 2-8 мА; входная емкость, С_вх5 пФ; проходная емкость С_пр 1 пФ (элемент защиты отсутствует) и С_пр 2 пФ (с областью 9 элемента защиты); напряжение отсечки U_отс -0,5-3,0 В; напряжение защиты U_защ 6-7 В; ток утечки затвора I_ут.з. 110^-11 А при U_зи -5 В; ток защиты I_защ 10 мА. По сравнению с такой же конструкцией ПТУП без элементов защиты все параметры не изменяются, за исключением С_вх 3,5 пФ, С_пр0,8 пФ. По сравнению с прототипом ПТУП по изобретению имеет следующие преимущества: за счет уменьшения площади уменьшается ток утечки затвора (увеличивается входное сопротивление) ПТУП; так как лавинный пробой происходит в объеме полупроводника, проводимость в режиме пробоя при лавинном процессе выше, чем при использовании эффекта токового смыкания, то уменьшаются размеры элемента защиты при сохранении I_ут.з и t_ш после многократного срабатывания; существенно (до 4 раз) уменьшается разброс напряжения защиты и исключается зависимость напряжения защиты от напряжения отсечки.

Формула изобретения

ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С УПРАВЛЯЮЩИМ p-n-ПЕРЕХОДОМ, содержащий полупроводниковую подложку первого типа проводимости, полупроводниковую область второго типа проводимости, окруженную изолирующей областью первого типа проводимости, смыкающуюся с подложкой, в области второго типа проводимости сформированы области истока и стока второго типа проводимости, область затвора первого типа проводимости, контактирующая с изолирующей областью, элемент защиты, выполненный в виде области первого типа проводимости, металлические контакты к областям истока, стока, изолирующей области и/или подложки, отличающийся тем, что, с целью уменьшения геометрических размеров, исключения зависимости напряжения защиты от напряжения отсечки, элемент защиты выполнен из части подложки, непосредственно примыкающей к центральной части области истока и/или стока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3