Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом

(19) 8 (51) б ОБРЕТЕН етельст 2) 12.05.9 Комитет Российской Федераци по патентам и товарным знакам(57) Использование:Сущность изобретения: пвключает элементы заполнен из части подлоно примыкающей к цобласти истока и/или стоъИзобретение относится к микроэлектронике, а именно к конструкции полевых,транзисторов с управляющим р-и-переходом (ТПУП).Цель изобретения - уменьшение геометрических размеров, исключение зависимости напряжения защиты от напряженияотсечки.На фиг.1 представлено сечение; нафиг,2 - топология конструкции; на фиг.3 - 10сечение 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 15поверхности полупроводниковый слой 2второго типа проводимости; изолирующаяобласть 3 первого типа проводимости; область 4 элемента защиты первого типа проводимости, располагающаяся под 20центральной частью истока и имеющаяэлектрический контакт с подложкой; область 5 истока второго типа проводимости;область б затвора, пересекающаяся концами с изолирующей областью первого типа 25проводимости; область 7 стока второго типапроводимости; металлические контакты 8 кактивным элементам структуры, включаяметаллизацию контактных площадок; область 9 элемента защиты первого типа проводимости; располагающаяся подцентральной частью стока.Сущность изобретения заключается вследующем,Так как наиболее инжектирующей частью истока являются боковые стенки и частьдна, располагающиеся ближе всего к затвору, то размещение области 4 первого типапроводимости элемента защиты. под центральной частью истока незначительно увеличивает паразитное сопротивление истокаВ(незначительно снижает крутизну ЯПТУП) при одинаковых размерах области. истока. В то же время при перенапряжениипромежутка затвор-исток пробой в элементе защиты является объемным, что резкоснижает влияйие элемента защиты на параметры ПТУП после его многократного срабатывания. Локализация пробоя в объемеполупроводника снижает утечки, шумы и деградационные явления в элементе защитыданной конструкции-стабилитроне. Припревышении напряжения затвор-исток свыше пробивного в элементе защиты О,щ ивыполнении условия Озащ Озимаке где 55О - максимальное напряжение затвористок ПТУП; происходит пробой(срабатывание элемента защиты) и стабилизируетсянапряжение(не происходит его дальнейшееувеличение) затвор-исток. Разброс напряжения Ощ по пластине не зависит от рззброса напряжения отсечки Оотолщины 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 Ощ по пластине много меньше изменения Озащ, связанного с Оо, 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 об.лас гью 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 100 ртипа проводимости толщиной 380 мкм и удельным сопротивлением р = 0,5 Ом см с эпитаксиальным слоем 2 и-типа проводимости толщиной 3,5-4,2 мкм и р = 0,8 Ом смс мазка пластины380 ЭКДБ 05111В зпитаксиальном слое 2 путем локальной диффузии бора в две стадии при температуре Т = 1000 С длительность т= 27-30 мин на первой стадии и при Т = 1200 С и 1= 4 чна второй стадии создают изолирующую область 3 р-типа проводимости и сир = 70 Оман и глубиной 3,7-4,3 мкм.Одновременно с изолирующей областью 3 формируют области 4,9 элемента защиты 5 первого типа проводимости, Последующей локальной диффуэией бора в две стадии при Т" 950 С с г = 27-30 мин на первой стадии и при ТС и 1 = 1 час на второй стадии создают область 6 затвора р -типа проводи мости с р Ом/3 и глубиной 1,3-1,8 мкм. Затем путем локальной диффузии фосфора при Т - 1000 С с с " 30 мин одновременно создают область 5 и 7 истока и стока и+-и роводимости с глубиной залегания 1-1,5 мкм с 15 поверхностной концентрацией донорной примеси йэз =2 10 см20 .3К областям 5, 7, 6 (и/или 3) формируют металлические контакты 8 из пленки алюминия толщиной1,0 мкм. Область 6 затвора 20 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 25 следующие параметры: спектральная плотность шума Фш20 нВ/ /Гц при 1" 10 Гц в полосе Л 1- 1 Гц при О,= 2,5 В, ток стока 1, - 1 мА; начальный сток стока 1 с-8 мА;30Формула изобретенияПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С УПРАВЛЯЮЩИМ р-п-ПЕРЕХОДОМ, содержащий полупроводниковую подложку пер вого типа проводимости, полупроводниковую область второго типа проводимости, окруженную изолиру-ющей областью первого типа проводимости, смыкающуюся с подложкой, в 40 области второго типа проводимости сформированы области истока и стока второго типа проводимости, область затвора первого типа проводимости, кон 45 входная емкость, С, 5 пФ; проходная емкость Ср (1 пЭ(элемент защиты отсутствует)и Ср2 пФ (с областью 9 элемента защиты); напряжение отсечки Ос = -0,5-3,0 В; напряжение защиты Огщ 6-7 В; ток утечки затвора 1 т 31 10 1 А при О,= -5 В; ток защиты 1 щ10 мА. По сравнению с такой же конструкцией ПТУП без элементов защиты все параметры не изменяются, эа исключением С 3,5 пФ, Ср0,8 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 обьеме полупроводника, проводимость в режиме пробоя при лавинном процессе выше, чем при использовании эффекта токового,смыкания, то уменьшаются размеры элемента защиты при сохранении 1 ути тш после многократного срабатывания;- существенно (до 4 раэ) уменьшается разброс напряжения защиты и исключается зависимость напряжения защиты от напряжения отсечки.тактирующая 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,1828339 фирЛ Редактор В, Трубче Составитель И. Петрова ехред М,Моргентал оррект и аз 1615 Подписно Тираж НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб роизводственно-издательскиЯ комбинат "Патент", г,. Ужгород. ул. Гагарина, 10