DE1639254A1 - Feldeffekthalbleitereinrichtung mit isoliertem Gatter und einem Durchschlagverhinderungsschaltelement sowie Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Feldeffekthalbleitereinrichtung mit isoliertem Gatter und einem Durchschlagverhinderungsschaltelement sowie Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
Patentanwälte
Dfpl.-Ing. R. Beetz u.
Dipl.-Ing. Lamprecht ~' 1 R ^ Q ? R Λ
Dfpl.-Ing. R. Beetz u.
Dipl.-Ing. Lamprecht ~' 1 R ^ Q ? R Λ
291H) 26. 2· 196b
Feldeffekthalblei teileinrichtung mit isoliertem
Gatter und. einem Durehschlagverhinderungssehalt-.
element sowie Verfahren zu Ihrer Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Feldeffekthalbleitereinrichtung
alt isoliertem Gatter und einem Durehsohlagverhinderungsschaltelement
und ein Verfahren zu ihre? Her« stellung.
Allgemein wird bei einer Halbleitereinrichtung mit einer
isolierten Gatterelektrode, wie z.B. einem MIS« (Metallisolatorhalbleiter-.) Typ-Feldeffekttransistor zur Verhinderung eines
Durchschlage der isolierten. Gatterelektrode oder des dielektrischen
Durchschlags einer unter der Gatterelektrode angeordneten
Isolierschicht infolge einer äußeren Stoßspannung dl@ Umkehrdurchbruchseracheinung einer Diode ausgenutzt und
dadurch eine Stoßspannung, wie z.B. ein großes Störsignal
oder ein Rauschsignal mit konstantem Niveau blockiert. Indessen
waren einige Verbesserungen in solch einer bekannten
8l-(Pos.13.^9I)-TpE (0)
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Einrichtung wünschenswert, ff ell der Schutzeffekt nur in einer
Niederspannungszone oder bei einer Stoßspannung mit einer speziellen Wellenform erzielbar ist. Außerdem schlägt, wenn
eine StoGJspannung mit einer äußerst stellen AnStiegscharakter1-StIk
angelegt wird, die Isolierschicht oft durch, bevor die Schutzdiode funktioniert.
line Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer ver-
Ψ besserten Durohschlagsverhlnderungs-Schaltkrelseinrlchtung
für eine Feldeffekthalbleltereinriohtung mit einer isolierten
Gatterelektrode und die Angab« einee dafür geeigneten
neuen Herstellungsverfahrens·
Ziel der Erfindung ist aucä die;jP&haffung eines entsprechen
den Isoliergattertyp^-PeXd^ff *kr*-5;ran2i stora mit einer Schaltjc?$i!se&nrl3h&uxig
a«r *&h%?:-i;M*m^ ·:*©- GatteröurehbruchphMnomens
eines TF&z-i&hTmns ssus- Karst-s71ar*g
Diese Aufgabe wird erfindtsiigsgemäS im wesentlichen dadurch
gelöst, daß die Halbleltereinrishtung einen Halbleitergrundkörper
β1ϊϊ@ι? ersteii LeitfHhigkeitstvpe^ eine erste Halblelterzone
eines sx:alten Leitfähigkeitstyps 1" der Hauptoberfläche
des Grundk^rpers, eine wenigstens einen Teil der Oberfläche
des Grundknrpers bedeckende Isolierschicht, eine auf dieser Schicht gebildete Gatterelektrode, eine zweite Halbleiterschichfc
sines zweiten Leitfähigkeitstyps in der Hauptoberi©,
die flaeher als die erste Zone und mit einem Abstand
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von dieser ausgebildet let, und ein Leiteletnent zur Verbindung
der zweiten Zone und der Gatterelektrode umfaßt« Die Durchbruchserscheinung eines PN-Übergangs, der zwischen den
Grundkörper und der zweiten Zone gebildet ist, wird zur Verhinderung des Durchbruchs der Schicht ausgenutzt, d.h.,
daß der PN-Übergang als Schutzdiode oder Blocklerdiode verwendet wird.
In einer welter verbesserten Schaltkrelselnrichtung gemäß
der Erfindung 1st außerdem ein Eingangsanschlue an der zweiten
Zone mit einem Abstand von dem Leitelement vorgesehen«, von wo
aus der Gatterelektrode über die zweite Zone und das Leltelement ein Steuersignal zugeführt wird.
Entsprechend der Einrichtung gemäß der Erfindung ist, da die Urakehrdurohschlagsspannung zwischen der zweiten Zone und
dem Grundk^rper beträchtlich klein wird, die Dicke der Isolierschicht unter der Gatterelektrode sehr klein. Deshalb kann sogar ein geringes der Gatterelektrode zugeführtes Signal eine
gewünschte Peldeffektcharakteristlk ausreichend gewährleisten. Der Schutz der Schicht vor dem Durchschlag infolge verschiedener Arten von Stoßspannungen ist sehr wirkungsvoll.
Welter erscheint geisäß der vorstehend beschriebenen verbesserten Einrichtung, da der Eingangsanschluß an der zweitem
Zone eingerichtet ist, wenn ein Signal über diesen Anschluß an die Gatterelektrode angelegt wird, eine Widerstandskornftonerite
009828/0561
zwischen der Schutzdiode und der Gatterelektrode. Daher wird
die Zeltkonstante des.Eingangskreises der geschützten Halbleitereinrichtung, die mit der Schutzdiode parallel geschaltet
ist, größer als die der Diode. So wird die Schutzwirkung der Diode gegen eine Stoßspannung mit einer steilen Anstiegscharakteristik besondere gesichert. In diesem Fall verteilt
sich die Kapazität eines zwischen der zweiten Zone und dem GrundkSrper gebildeten PN-Überganges in der Längsrichtung
der Widerstandskomponente, so daß ein R-C Kiedrlgpaßfliter
gleichwertig dem oben erwähnten Eingangskreis angeschlossen wird. Dieses ergibt eine Funktion der Unterdrückung einer
Stoßspannung mit einem beträchtlich hohen Spitzenwert, was anscheinend zur Verhinderung eines Durchschlage der oben beschriebenen Schicht beiträgt.
Die Erfindung wird nun anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbelsplele näher erläutert. Es zeigen«
effekttransistor mit einer Schutzdiode;
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen HOS-Feldeffekttransistor
mit einer Schutzdiode gemäß einem Aueführungsbeispiel
der Erfindung;
Fig. 3 eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht eines
Transistors nach Flg. 2;
Flg. kr ein äquivalentes Schaltkreisdiegramm eines in Flg.
gezeigten Transistors;
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''ri;' .c -i'.iiöii Quarsohnitt diireh einen XsolU erga. !-^:?
•'■.γγ^γ: /ι ;^":«'ökt;v-.;ansiat.or nach oiriem aMei-er* Aiuaf";S-i?-'iii../:■:;?.spial
dta· Erfindung und ein dieaom
äqu;.-v-ilο.-jes SshaXiitefidacliegramm.
Zum ¥&:>:&;' iinäialB dsr Erfindung wird eine kurze
öines gut "DCiIv'vint.avi KOS-Peldeffslstfeyaaeistors nach Flg. 1 gegsben,
in welcher 4ei' Transistor folgende Elemente umfaßt:
Einen M»Typ-.Si.lis?-vjiisrimdkRrpoi'1 I9 zwei Zonen 2 und 3 "^oia P-Typ
in der Obsyf.l£:öhc '"!es SiligiumgrundiSfirpers I9 eine Emitterelelr-·
trode 8 und eine Koll-skfcoreXekfefOde O9 die an diesen Zonen
angebracht, idiid, eins isolierschicht k>
zwischen den beiden Zonen auf dem Halbleit.es'grundkHyper und eine Gattsrelektrode G
auf diesem· Sohioht 4·. Ite in einem solchen Transistor die Stall"
heit Gia gti erhöhen nwX sine gute elektriache Charakteristik
SU erhalten, Leb die isolierschicht ^ unter der Gatterelektrode G
-irorzugswelse a« nVhm wie möglich. Wenn indessen die Dicke dieser
Schicht gleich oder weniger als I500 8 ist, fällt ihre Durch=»
sehlagsspannung z.Bo auf etwa 100 Volt ab. Ein an die Gatterelektrode
angelegtes starkes Rauschen oder Fehlsignal oder das Elektrisierungsphänomen von einem äußeren elektrischen
Feld infolge einer hochkapazitiven Impedanz, die zwischen dem Gatter und dem Emitter existiert, verursacht einen Dauerdurchschlag
der Isolierschicht ^. Es wird vorgeschlagen, eine P-Typdiffusionszone 6 in einem Teil der GrundkHrperoberfläche
zu bilden und diese Zone 6 durch ein leitendes Element mit -
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BAD ORIGINAL
der Gatterelektrode zu verbinden. Man nutzt die Durchbruohserscheinung
eines so gebildeten PN-Überganges 7 zur Verhinderung
des Durchschlags der Isolierschicht Jf aus. Die zwischen
der Zone 6 und dem Grundkörper 1 gebildete PN-Ubergangsdiode
wird Schutzdiode (oder Blockierdiode) genannt.
Die P-TypdiffusionsEone 6 wird gleichzeitig mit der
Emitterzone 2 und der Kollekfcorzone 3 durch selektives Eindiffundieren
einer P-Typverunrelnigung in den Grundkörper
gebildet» Da der Feldeffekttransistor von der P-Kanalverstärkunss
art und die Gatterelektrode während des Betriebs auf negativem elektrischen Potential gegenüber dem Emitter 1st, wird die
gewünschte Polarität ä&T Schutzdiode 2ie gleiche wie die einer
Pü-Überg&agsdiode, die gleichzeitig mit der Emitter- und der
r^l^-BktorEsn© erhalten v;ii£- £0- *■-.&% de? gleichzeitige Dlffusioneverf
ahrenesclir-itt Mnsis&tli-eli der !Js^etelliing "passend und nutzbringend
angewendete
Wenn der Schutz der Isolierschicht ^ unter der Gatterelektrode
durch die Schutzdiode gesichert werden soll, muß die Umlrehrdurehbruahsspannung des PN-Oberganges viel kleiner
als die Durchschlagsspannung der Isolierschicht sein. So ist
es erforderlich, daß der Widerstand des Grundknrpers niedrig '
ist. Da in einem KOS-Tranalstor der PN-Übergang zwischen dem
Grundlcörper und- ärn? Kollefetoizone 3 gewöhnlich in umgekehrter
Richtung vorgespannt ist, sollte seine Durchbruchsspannung
anä daher auch der Widerstand des Grundkörpers hoch sein. Es
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BAD ORSGlNAL
hat bisher Schwierigkeiten gemacht, diese entgegengesetzten Forderungen cu erfüllen und eine wirkungsvolle Peldeffekt-Halblelterelnrlchtung zu schaffen«
Gemfiß der Lehre nach der Erfindung wird eine Feldeffekthalblelterelnrlchtung mit mindestens einem PN-Übergang und
einer isolierten Gatterelektrode In der Oberflächenzone
eines HalbleltergrundkKrpers gebildet und ein weiterer PN-Übergang in der Oberflächenzone flacher als der erste PN-Übergang erzeugt· Es ist besonders wünschenswert, daß der flache
PN-Übergang 1 bis 2 *u dick 1st. So kann der Durchschlag der
Gatterelektrode der Einrichtung verhindert werden.
Im folgenden werden Erklärungen eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit Hinweis auf Fig. 2 gegeben. Ein B-Typ-SillziunsgrundkHrper 11 mit einem Widerstand von 1 bis 10 Jl.3 era weist
In seiner Hauptoberfläche ein Paar von P-Typdlffusionszqnen,
und zwar eine Emitterzone 12 und eine Kollektorzone 13 von
verhältnlsmäBig groBer Dicke von 4 bis 8 ax auf. In einem .
anderen Teil der Hauptoberf lache wird eine verhältnismäßig
flache F-Typzone 16 von 1 bis 2 ,u (eine Diodenzone) erzeugt.
Eine verhältnismäßig dünne Gatterlsoliersohicht 1*1- (z.B.
Slliziumoxyd) mit einer Dicke von loCDbls 1500 Ä wird zwischen
der Emitter- und der Kollektorzone auf der Oberfläche des Grundkörpers angebracht. Diese Schicht dient zur Isolierung
der Gatt er elektrode 20c vom Grundkörper 11, wobei die Gatterelektrode so vorgesehen 1st, daß sie einen Kanal 15 in der
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ORIG!?-lAL INSPEGTE
Oberfläche des Grundkörpers induziert· Eine Emitterelektrode S und eine Kollektorelektrode D sind ohmisch mit der Emitterzone
12 und der Kollektorzone 13 verbunden. Eine sich vom Eingangsansohluß 20a erstreckende und ohmisch mit der Oberfläche
der Diodenzone 16 verbundene Verbindungsschicht 20b liegt auf einer Isolierschicht 19 zwecks Verbindung mit der
Gatterelektrode 2Oc5 wobei die Isolierschicht 19 aus einer
Sillziuraoxydschicht von 5000 bis 10000 8 besteht, um einen Teil
der Hauptoberfläche ohne ohmischen Kontakt damit zu passivieren. Obwohl in Fig. 2 die Verbindungsschicht 20b, die
als einheitlicher Kfiroer mit dem Eingangsanschluß 20a gebildet
1st, aus Bequemlichkeitsgrunden mit der Gatterelektrode 20c nicht zusammenhängend dargestellt ist, wlrä dieser
Zusammenhang tatsächlich mittels einer aufgedampften Leitschicht, wie z.B. Aluminium hergestellt. Der zwischen der
Diodenzone 16 und dem Grundkfjrper 11 erzeugte PN-Übergang
.ist so ausgebildet, daß im Vergleich mit der Durchschlagsspannung
der Gatterisollersahicht i4 or eine genügend niedrigere Durchbruöhespannung
aufweist. Zum Beispiel wird eine Durchschlagsspannung der Gat'cerisolierschlcht Ik von 100 und einigen Zehnern
Volt gewählt, während die Durohbruchspannung des PN-Ubergangs
50 bis 60 Volt beträgt.'Der PN-Übergang 17 mit einer so niedrigen
Durchbruchssu--rmung kann durch eine flache Diffusicnsscihicht
erhalten vxerden- vie ele \-ergrößert in Fig. 3 gezeigt ist. Der
stärkatßsrunöefce Teil 18 des flachen Übergangs 17 hat eine
Run ung t\lc die Teile 18a und 18b der tiefen übergän-009828/0551
SAD
ge 17a uns 17b· Da eloh das elektrische Feld am stärketgerundeten Tell 18 konzentriert, tritt Durchbruch bei einer niedrigen
Spannung ein· Wenn eine Selektivmaske einer anorganischen
Slliziumverblndungsschicht auf der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers gebildet wird, um in bestimmte Teile davon eine
Verunreinigung einzuführen, die den Leitfähigkeitstyp bestiinat,
ist anzunehmen» daß die yerunreln-lgungedtftfuslon In allen
Richtungen fast unabhängig von der Krlstallachse gleiohväSig
verteilt wird. Daher kann der Kurvenradlus am stärkstgerundeten
Teil als in wesentlichen gleich der Tiefe des Übergangs angesehen
werden.
Ein solcher gleichrichtender übergang mit einer niedrigen
Durchbruchsspannung kann auch durch andere Methoden, wie z.B. epitaziale Wachstumsmethode und Legierungsmethode erhalten
werden.
Ein Beispiel eines Feldeffekttransistors mit einer Schutzdiode 1st äquivalent In Fig. k gezeigt. Der Schutz der FeIdaffekthalbleltereinrichtung vor einem Durchschlag wird nun
unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und k erläutert, in welchen
gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Man betrachte einen Fall, in dem ein Signal zwischen dem Grundkörper 11 und dem ^ingangsanschluß 20a angelegt wird, um dem
PN-Übergang 17 eine Umkehrvorspannung zu geben und die Leitfähigkeit des Kanals 15 unter der Gatterelektrode 20c des FeId-
00 9828/0551
effskttr&nsistore zu steuern. Das Signal hat in einem ndraalen
Zustand eine Amplitude, die niedriger als die Durchschlagsapannung der Gatter Isolierung i*f und zum Betrieb dieses Transistors geeignet ist. Wenn indessen ein Rauschen wegen seiner
großen Amplitude am Eingangsanschluß 20a zusasmen Bit dem obengenannten normalen Signal angelegt wird, findet ein Durch»
bruch des PH-Übergangs 17 statt, und das Gatterpotential wird auf dem Durchbruohsspannungsniveau des PN-Übergangs blockiert,
wodurch so der Durchschlag der Gatt er isolierung 14- verhindert
wird. Bei der Abwesenheit eines normalen Signals oder eines Rauschens wächst das Gatt«rpotential such infolge der Elektrisierungserscheinung während des Niehtbetrlebs des Transistors
stark an, wodurch so eine Qef&hr des Durchschlags der Isolierung I^ hervorgerufen wird. Auch in eines! solchen Fall verhindert' die Block!©rrflrkaag las PN-ft-s?gaiiges gemäS der Erfindung oinen £u?c?.}.sehXas>
.&©*"" ia^l &
Der laa vorstehenden beschriebene Feldeffekttransistor
fc mit einer solchen Schutzdiode kann nach folgendem Verfahren hergestellt werden.
Zunächst wird ein E-Typ»Sillziiimgrundkr5rper 11 mit einem
Widerstund von 1 bis 10 JfX * cm und einer Dicke von etwa 200 .\x
hergestellt, auf dessen Oberfläche ein Siliziumoxydfilm 19 '
von 5000 bis 10000 S durch thermisches Aufwachsen erzeugt wird.
Durch Anwendung der Photoätzbehandlung auf die Oxydschicht
werden ein erstes Loch und ein zweites Loch für eine Emitter-
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zone 12 und «In· Kollektorzone 13 vorgesehen. Eine Akzeptor-▼erunrelnlgung wie Bor wird durch diese Löcher In die Oberflflehenzone dee Grundk8rpers eindiffundiert, um dadurch eine
emitterzone 12 und eine Kollektorzone 13 alt einer Tiefe Ton *t ble 8 αχ herzustellen, wie In Pig· 2 gezeigt 1st.
Durch diese Dlffuelonebehandlung werden die LSoher mit eines
neuen Oxydfilm bedeckt· tin drittes Loch ftlr eine Dlodenzon«
wird an einer anderen Stelle der Oxydeohieht 19 angebracht.
Eine Verunreinigung wie Bor wird durch das dritte Loch flach
•indiffundiert, um eine Dlodenzone 16 mit einer Tiefe von weniger als 2 /Uf vorzugsweise etwa 1 <u η bilden. Ee 1st
wünschenswert, dafl die Diodenzone 16 eine kleine Fläche
einnimmt, damit die Parallelkapazit&t C verkleinert wird,
wie in Flg. k gezeigt ist. Nach der flachen Diffusion wird
das dritte Looh mit einem neuen Oxydfilm bedeckt. AnschlieSend
wird ein Teil der diokeren Oxydsohioht, die zwischen der
Emitter- und der Kollektorzone liegt, entfernt, um die Oberfläche des Grundkörpers freizulegen. Dieser freigelegte Teil (
wird Hoohtemperaturwasserdampf zwecks Oxydation ausgesetzt,
so daß ein neuer Gatteroxydfilm Ik aus Siliziumoxyd mit
einer Dioke von 1000 bis 1500 S aufwachst. Ein Teil der Oxydsohicht auf der Dlodenzone 16, der Emitterzone 12 und der
Kollektorzone 13 wird entfernt, um Je ein Loch für eine
Elektrodensohloht an jeder Zone vorzusehen. Aluminium wird
auf die Oberfl Hohe des GrundkBrpers und der Oxydsohleht 14-
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und 19 Aufgedampft. Nachher wird die Alumlniumsehlcht so ent·
ferat, daß die Eingang«an«.chluSftehloht 2Oa9 die Verbindungaeöhloht 20b In Berührung mit der Diodenzone 16 und der Gatter«
eohloht 20c, die Gatterschicht 20of die Emitterelektrode S
und die Kollektorelektrode D übrigbleiben, wodurch ein Aufbau
gemäß Pig· 2 erhalten wird.
- - Entsprechend dieser Heratellungeeethode kann der Mangel ·
einer bekannten Methode« der sich In der gleichmäßigen und
flachen Ausbildung der Zonen 12 und 13 zeigt, d.h. die Schwierigkeit der Steuerung des Abstände« oder der Kanalbrelte zwischen
diesen Zonen, überwunden werden. Im einzelnen wird die Kanalbrelte üblicherweise durch den Abstand aewlsehen einem Paar
von Löchern, die Im Oxydfilm zur Bildung von Emitter« und
Kollektorzonen vorgesehen sind, und die Diffusionstiefe
dieser Zonen gesteuert. Die Kanalbrelte wird In den meisten
>
Fällen so eingerichtet, daß sie einige /U beträgt. Gemäß der
.bekannten Methode sollte, um solch eine geringe Breite zu erzielen, der Abstand zwischen den Löchern Infolge einer flachen
Diffusionsbehandlung, die gleichzeitig mit der Diodenzone gemacht wird, äußerst gering sein. Die genaue Behandlung solcher
Lftoher durch Fhotoätzen sollte mit einer höheren Präzision durchgeführt werden, welche vom praktischen Standpunkt aus naohteilig ist. Gemäß der bekannten Methode erzielte Erzeugnisse
sind nicht gleichmäßig. Da gemäß der Erfindung die Diffusion
der beiden Zonen 12 und 13 getrennt von der Diodenzone und
009828/0551
tiefer als die Dlodenstme gemacht wird« kann, der Abstand
«wischen den beiden Löchern zur Bildung der beiden Zonen
groß sein, und Erzeugnisse gleichmäßiger Eigenschaften lassen sich durch einen einfachen Herstellungeprozeß herstellen. Zum
Beispiel erzeugt man einen Feldeffekttransistor mit einer Kanalbreite von etwa 2 /U duroh Wahl des Abstandes zwischen den
Löchern in der Größe von 10 al und der Diffusionstief· der Emitter- und Kollektorzonen in der Größe von h /U. Die
Durchbruchsspannung des Kollektor-PN-Übergange· hat duroh {
Auswahl eines hohen Widerstandes des Grundkörpers einen gewünschten hohen Wert, während der des Dloden-PN-Übergangee
mit einer geringen Tiefe von 1 bis 2 /u einen erwünscht geringen Wert hat·
Es ergibt sich für die Fachleute ohne weiteres, daß auch ein Siliziumnitridfilm anstelle des Siliziumoxydfilmee
19 verwendet werden kann·
. Die Fig. 5a und 5b zeigen einen Feldeffekttransistor
mit einem Sohutzelement. in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung und.einen zugehörigen Äquivalentschaltkreis· In diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5a sind alle
Elemente mit Ausnahme einer Schutzelementzone 26 gleich denen nach Fig. 2. Erklärungen hinsichtlich der Fig· 5a und 5b sind
folgende. Eine flache F-Typdlffuslonezone 26 von 1 bis 2 ,u
Tiefe hat einen Eingangsanschluß 33 und eine Verbindungsschicht 3*t in Verbindung mit einer Gatterelektrode 32. Ein Widerstand
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der Größenordnung mm einigen k-Π. besteht In der flachen
Diffuslonssone 26 zwischen den Anschlüssen 33 und 3^. Die
Kapazität eines Überganges 27 ist etwa 3 bis 6 pP. Die
Funktion zur Verhinderung des Durchschlage des Gatters wird durch diesen Aufbau uv das Drei- bis Vierfache la Vergleich
sun Stand der Technik nach Pig· 1 verbessert· Man beobachtet z.B. belwPeldeffekttranslstör nach* Pig. 1, das Anlegung
einer Schrittwellenspannung von etwa 15 Volt χα einer Durohschlagswahrseheinliehkeit ·*οη im wesentlichen lOOjt ftthrt,
während bei diesem Ausführungsbeispiel dl* Anlegung einer
solohen Spannung kaum einen Zwischenfall hervorruft und sogar
die Anlegung von 4-00 Volt nur £ti einer 4o£lgen Durchschlage»
wahrsohelnliohkeit ftthrt·
E® gibt aeh3?«re Gründe fHr ei» so gutes Resultat. Vie im
A^ttivalentsefcftltkreis nach Fig. 5b gesaigt ist, kann man annehmen,
d&ß d©r EMteil 28 des PH-ü'^erganges WJ in Pig· 5a als Blockier·
diode wirkt und daß ein Widerstand 26 zwischen eine» AnsehluS
der Biookierdiode und der Gatterelektrode G eingeschaltet ist·
Das heißt, daß man unter der Bedingung, daß der GrundkSrper und die Emitterelektrode S auf einem nahezu gleichen elektrischen Potential gehalten werden, wenn eine StoSspannung Mit
einer großen Amplitude, die die Durohsehlagsspannung der Gatter-'
isolierung 32 übersteigt, zwischen dem Eingangsansohluß 33
und der Emitterelektrode S angelegt wird und eine Umkehrvorspannung am PN-Übergang 27 der Diode ergibt, annehmen kann, daß
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BAD OkSGINAL
der Durolibruch der Diode viel eher auftritt als der Durchschlag
der Gatterisolierung, da die Zeitkonetante des Eingangskreises des Tranaletore, der parallel zur Diode geschaltet 1st, durch
die Einfügung des Widerstandes 26" viel größer als die der Diode
gemacht wird, die durch die Kapazität der Diode 2? und den äquivalenten Widerstand 30 des Grundkörpers 21 bestlnmt wird·
Der Widerstand 31 in Pig· 5b zeigt den äquivalenten Widerstand
in der Emitterzone 22 in FIg, 5a, und der Widerstandewert 1st
•turn einige Oha· Die Bildung eines Nledrig-PaB-B-C-Filtere
durch die Wlderatandskomponente der Diodenzone 26 und des PN-Oberganges 27 senkt die Amplitude einer StoSepannung alt besonderer Art von Wellenform, wodurch weiter der Durchschlag
der Elektrode noch vollständiger verhindert wird.
Obwohl die vorstehenden Erläuterungen zu besonderen Ausführungsbei spiel en der Erfindung gegeben wurden, kann es für
die Fachleute mäglioh sein, leicht geringere Abweichungen
vorzunehaen, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
FN-Diode und eines P-Kanal-Verstärkungstjrp-MOSFBT besonders
beschrieben wurde, ist es, wenn es die Gelegenheit verlangt, ein leichtes, entsprechend die Wahl zu treffen, daß man einen
N-Kanal-Sperrschicht-FET und andere Feldeffekthalbleltereinriohtungen in Kombination mit einer PN-Dlode, einer NP-Diode,
einer PNP-Diode oder einer NPN-Diode oder mit einer geeigneten
Vorspannung verwendet, die solchen Dioden entsprechend einer erforderlichen Polarität eines Eingangssignals zukommt.
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Claims (7)
1. Feldeffekthalbleitereinrichtung mit isoliertem Gatter und
einem Durchsohlagverhinderungsschaltelement, gekennzeichnet
durch einen Halbleitergrundkörper (11 bzw. 21) eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Hauptoberfläche, eine erste
Halbleiterzone (12,13 bzw. 22,23) eines zweiten Leltfähig-
keitstyps in der Hauptoberfläche des GrundkSrpere, eine
zweite Halbleiterzone (16 bzw. 26) eines zweiten Leitfähigkeitetyps in der Hauptoberfläche in Abstand zur ersten Halbleiterzone mit geringerer Tiefe als der der ersten Zone, eine
Isolierschicht (l*f bzw. 32) auf der Hauptoberflache des Grundkörpers unter Bedeckung wenigstens einen Teils eines Anschlusses
eines zwischen der ersten Zone und dem GrundkSrper gebildeten
PN-Uberganges, eine Gatterelektrodensohloht (20c bzw. G)
auf der Isolierschicht, eine erste, auf der Oberfläche der zweiten Zone gebildete Leitschicht (10 bzw. 33)» ein Leitelement (z.B. 20b) zur elektrischen Verbindung der Gatterelektrodenschicht und der Leitschicht und eine gegenüber der
Durchschlagβspannung der Isolierschicht unter der Gatterelektrode niedrigere Umkehrdurchbruchsspannung des zwischen
der zweiten Zone (16 bzw. 26) und dem Grundkörper (11 bzw. 21) gebildeten PN-Übergangee (1? bzw. 27).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine zweite Leitschicht (3*0 an der zweiten Zone (26) im Ab-
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stand zur srsten Leitschicht (33) vorgesehen ist, wodurch der
Gatterelektrode (G) Über die zweite Leitschicht sin Eingangssignal zuführbar 1st.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der ersten (33) und der zweiten Leitschicht (3*0
in der zweiten Zone (26) bestehende Widerstand einen ausreichend großen Wert zur Bestimmung einer Sohaltungszeltkonstante aufweist, daß beim Anlegen einer die Durchschlags spannung der |
Isolierschicht (32) unter der Gatterelektrode (G) übersteigenden Spannung zwischen der zweiten Leitschicht und der ersten
Zone (22,23) und beim so erzielten Auftreten einer Umkehrvorspannung am PN-Übergang (2?) zwischen dem Grundkörper (21)
und der zweiten Zone die Spannung des PN-Überganges dessen Umkehrdurohbruchsspannung erreicht, bevor die Durchschlagsspannung der Isolierschicht (32) erreicht ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste und der zweite Leitfähigkeitstyp N- bzw. P-Typ j
ist und die Tiefe der zweiten Zone (26) 2 /U nicht übersteigt.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Teil (28) des zwischen dem GrundkSrper (21) und der
zweiten Zone (26) gebildeten PN-Überganges (2?) als Schutzdiode dient.
6. Verfahren zur Herstellung einer Feldeffekthalbleltereinrlchtimg mit einem Durchschlagsverhlnderungselement, gekennzeichnet
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durch folgende Verfahrensschritte» Herstellen eines Halbleitergrundkörpers eines ersten LeltfShlgkeitstyps mit einer Hauptoberfläche, Bildung mindestens einer Diffusionszone eines
zweiten Leitfähigkeitstyps mit bestimmter Tiefe in der Hauptoberfläche des Grundkörpers, Bildung einer weiteren, im Vergleich zur ersten flacheren Diffusionszone eines zweiten Leitfähigkeit styps in der Hauptoberflöohe, Anbringung einer I sol 1 ersohl oht auf der Hauptoberfläche zur Bedeckung wenigstens eines
Teils des an der HauptoberflSohe freiliegenden Anteile eines
zwisohen dem Grundkörper und der tieferen Diffusionszone gebildeten PN-Überganges und Anbringung von Elektroden an
einem Teil der Isolierschicht und zwei verschiedenen Teilen
der flachen Diffusionszöne des zweiten Leitfähigkeitstyps·
7. Verfahren nach Anspruch o, äa&srch gekennzeichnet, daß der
erste Leitfähigkaitstyp vom N-Typ usid der zweite vom P-Typ
ist.
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| NL (1) | NL6802684A (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4742015A (en) * | 1984-03-07 | 1988-05-03 | Telefunken Electronic Gmbh | Method for producing a protective arrangement for a field-effect transistor |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3936862A (en) * | 1968-10-02 | 1976-02-03 | National Semiconductor Corporation | MISFET and method of manufacture |
| JPS4836598B1 (de) * | 1969-09-05 | 1973-11-06 | ||
| JPS5126772B1 (de) * | 1969-09-29 | 1976-08-09 | ||
| US3673427A (en) * | 1970-02-02 | 1972-06-27 | Electronic Arrays | Input circuit structure for mos integrated circuits |
| JPS5122794B1 (de) * | 1970-06-24 | 1976-07-12 | ||
| US3673428A (en) * | 1970-09-18 | 1972-06-27 | Rca Corp | Input transient protection for complementary insulated gate field effect transistor integrated circuit device |
| JPS5321838B2 (de) * | 1973-02-28 | 1978-07-05 | ||
| FR2319267A1 (fr) * | 1973-07-03 | 1977-02-18 | Radiotechnique Compelec | Dispositif electroluminescent a seuil |
| FR2289051A1 (fr) * | 1974-10-22 | 1976-05-21 | Ibm | Dispositifs a semi-conducteur du genre transistors a effet de champ et a porte isolee et circuits de protection cotre les surtensions |
| US3967295A (en) * | 1975-04-03 | 1976-06-29 | Rca Corporation | Input transient protection for integrated circuit element |
| US4039869A (en) * | 1975-11-28 | 1977-08-02 | Rca Corporation | Protection circuit |
| US4102714A (en) * | 1976-04-23 | 1978-07-25 | International Business Machines Corporation | Process for fabricating a low breakdown voltage device for polysilicon gate technology |
| US4092619A (en) * | 1976-12-27 | 1978-05-30 | Intel Corporation | Mos voltage controlled lowpass filter |
| US4342045A (en) * | 1980-04-28 | 1982-07-27 | Advanced Micro Devices, Inc. | Input protection device for integrated circuits |
| JPS5737876A (en) * | 1980-08-20 | 1982-03-02 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit apparatus |
| NL8100347A (nl) * | 1981-01-26 | 1982-08-16 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting met een beveiligingsinrichting. |
| JPS57130476A (en) * | 1981-02-05 | 1982-08-12 | Sony Corp | Semiconductor device |
| US4523189A (en) * | 1981-05-25 | 1985-06-11 | Fujitsu Limited | El display device |
| US4406997A (en) * | 1981-09-30 | 1983-09-27 | International Business Machines Corporation | Method and means for minimizing the effect of short circuits in flat panel displays |
| JPS6010765A (ja) * | 1983-06-30 | 1985-01-19 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| US5610089A (en) * | 1983-12-26 | 1997-03-11 | Hitachi, Ltd. | Method of fabrication of semiconductor integrated circuit device |
| US5276346A (en) * | 1983-12-26 | 1994-01-04 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor integrated circuit device having protective/output elements and internal circuits |
| JPH0646662B2 (ja) * | 1983-12-26 | 1994-06-15 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置 |
| US4890143A (en) * | 1988-07-28 | 1989-12-26 | General Electric Company | Protective clamp for MOS gated devices |
| JP3111576B2 (ja) * | 1992-01-06 | 2000-11-27 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
| US20060044716A1 (en) * | 2004-08-31 | 2006-03-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | ESD protection circuit with improved trigger-on voltage |
| US9356144B1 (en) * | 2009-08-11 | 2016-05-31 | Rf Micro Devices, Inc. | Remote gate protection diode for field effect transistors |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3390314A (en) * | 1964-10-30 | 1968-06-25 | Rca Corp | Semiconductor translating circuit |
-
1968
- 1968-02-19 GB GB8030/68A patent/GB1170705A/en not_active Expired
- 1968-02-23 US US00707857A patent/US3754171A/en not_active Expired - Lifetime
- 1968-02-26 NL NL6802684A patent/NL6802684A/xx unknown
- 1968-02-26 FR FR1563109D patent/FR1563109A/fr not_active Expired
- 1968-02-26 DE DE19681639254 patent/DE1639254B2/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4742015A (en) * | 1984-03-07 | 1988-05-03 | Telefunken Electronic Gmbh | Method for producing a protective arrangement for a field-effect transistor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB1170705A (en) | 1969-11-12 |
| DE1639254B2 (de) | 1972-03-30 |
| NL6802684A (de) | 1968-08-28 |
| US3754171A (en) | 1973-08-21 |
| FR1563109A (de) | 1969-04-11 |
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|---|---|---|---|
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