CN1083162C - 击穿电压增加的双极绝缘体上硅晶体管 - Google Patents
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Abstract
一种双极绝缘体上硅晶体管，包括具有主表面的衬底(1)，所述主表面上的氧化层(2)，所述氧化层(2)上具有第一导电类型的硅层(3)，延伸进入所述硅层(3)具有第二导电类型的基区(4)，延伸进入所述基区(4)具有第一导电类型的发射区(5)，以及距所述基区(4)一段横向距离延伸进入所述硅层(3)具有所述第一导电类型的集电区(6)，所述第二导电类型的***区(8)延伸进入所述硅层(3)到达临近所述集电区(6)的所述发射区(5)相对侧的所述氧化层(2)，所述***区(8)的部分(8’)在至少部分发射区(5)下距基区(4)的下表面一段距离沿氧化层(2)的表面横向地向集电区(6)延伸，并且所述***区电连接到所述基区(4)。
Description
技术领域
本发明涉及双极绝缘体上硅晶体管，包括具有主表面的衬底，位于所述主表面上的氧化层，位于所述氧化层上具有第一导电类型的硅层，延伸进入所述硅层具有第二导电类型的基区，延伸进入所述基区具有第一导电类型的发射区，距所述基区一段横向距离延伸进入所述硅层具有所述第一导电类型的集电区。
发明背景
这种晶体管可从例如Torkel Arnborg和Andrej Litwin在IEEETransactions on Electron Devices杂志1995年1月，Vol.42，No.1的“集电极完全耗尽的新型高压双极绝缘体上硅晶体管的分析”中看到。
在已知的晶体管中，当和发射极电压相比衬底电压升高时，npn晶体管的击穿电压下降很快，而pnp晶体管正好相反。这是由于在晶体管的发射极下产生积累层的缘故，某个衬底电压值产生的积累层不能使发射极下的集电极完全耗尽并锁定电势。因此击穿电压与带埋层和外延层并且外延层的厚度和掺杂浓度与绝缘体上硅层类似的垂直晶体管的击穿电压相同，该击穿电压相当低。
对npn和pnp晶体管的击穿电压要求相同意味着衬底电压需要靠近施加的工作电压范围的中间值。因而降低了晶体管可能的最高电压。此外，就在为增加集电极偏置发生电势锁定之前，有时会发生软集电极击穿或穿通。
发明概述
本发明的目的在于通过改变电场，以减少或防止在发射极下的集电极-氧化层界面上产生积累层，而防止这种类型的击穿。
这可由本发明的晶体管获得，所述第二导电类型的***区延伸进入所述硅层直到相对于所述集电区的所述发射区相对侧的所述氧化层，所述***区的部分在至少部分发射区下沿氧化层的表面横向地向距基区一段距离的集电区延伸，并且所述***区电连接到所述基区。
因此，集电极完全耗尽的硅晶体管在发生击穿前，电压工作区域增加。
附图简述
下面结合附图详细介绍本发明。其中：
图1为根据本发明的晶体管的第一实施例的剖面示意图，
图2为根据本发明的晶体管的第二实施例的剖面示意图，
图3为根据本发明的晶体管的第三实施例的剖面示意图。
发明详述
图1显示的是根据本发明双极绝缘体上硅(SOI)npn晶体管的第一实施例。掺杂相反极性，发明也适用于pnp晶体管。
晶体管包括硅衬底1，在硅衬底的主表面上为二氧化硅的绝缘层2。
导电类型为N的杂质轻掺杂的硅层3形成在绝缘氧化层2上。
导电类型为P的杂质掺杂的基区4由硅层3的自由(free)表面延伸进入硅层3内。
导电类型为N的杂质重掺杂的发射区5由基区4的自由(free)表面延伸进入基区4内。
与基区4一段横向距离处，导电类型为N的杂质重掺杂的集电区6由硅层3的自由(free)表面延伸进入硅层3内。
为减少或防止发射区5下硅层3和氧化层2之间的界面上产生积累层，导电类型为P的杂质掺杂的***区7，即导电类型与基区相同，延伸进入硅层3到达临近集电区6的发射区5相对侧的氧化层2。
在图1显示的实施例中，***区7完全穿过基区4，并与基区4电接触。
图2显示的是根据本发明的双极SOI晶体管的第二实施例。
图2的晶体管的一般设计与图1的晶体管的一般设计相同，相同的元件采用相同的参考数字。
然而图2晶体管的***区8的设计与图1的晶体管的***区的设计不同，它包括距基区4的下表面一段距离沿氧化层2的表面横向地向集电区6延伸的部分8’。
根据本发明，***区8’在至少部分发射区5下沿氧化层2的表面横向地延伸。***区8的横向部分8’应最大程度地横向延伸到基区5的边缘，面向集电区6。
图3显示的是根据本发明的双极SOI晶体管的第三实施例。
图3的晶体管的一般设计与图1和图2的晶体管的一般设计并无差别，因此相同的元件采用相同的参考数字。
图3的晶体管包括距基区4一段横向距离延伸到氧化层2的***区9。
然而根据本发明，***区9和基区4通过外部导体10电互连。
图3的***区9也有与图2中的***区8的横向部分8’类似的横向部分(未显示)。
根据本发明的再一实施例(未显示)，***区部分延伸过基区4并且部分在基区4外。
在图1、2和3的实施例中，当电压施加在集电极6和基极4之间时，靠近***区的集电区发生横向耗尽，因而集电极和氧化层之间的界面处的积累层减小。
当基极穿通引起击穿时，基区的横向电场将增加基极和集电极之间的空间电荷层，从而延迟穿通。
同样，当碰撞电离引起击穿时，基区电场的重新分布导致电场强度降低并延迟了雪崩击穿。
图2的***区8、8’分别比图1和图3的***区7和9更难制造，但所有的***区实施例都使集电区全部耗尽的晶体管击穿前的电压工作区增加。
Claims (6)
1.一种双极绝缘依上硅晶体管，包括：
-具有主表面的硅衬底(1)，
-所述主表面上的氧化层(2)，
-所述氧化层(2)上具有第一导电类型的硅层(3)，
-延伸进入所述硅层(3)具有第二导电类型的基区(4)，
-延伸进入所述基区(4)具有第一导电类型的发射区(5)，以及
-距所述基区(4)一段横向距离延伸进入所述硅层(3)具有所述第一导电类型的集电区(6)
其特征在于，
所述第二导电类型的***区(8)延伸进入所述硅层(3)直至相对于所述集电区(6)的所述发射区(5)相对侧的所述氧化层(2)，所述***区(8)的部分(8’)在至少部分发射区(5)下沿所述氧化层(2)的表面横向地向距基区(4)一段距离的所述集电区(6)延伸，并且所述***区电连接到所述基区(4)。
2.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述***区(8)至少部分延伸穿过所述基区(4)。
3.根据权利要求2所述的晶体管，其特征在于，所述***区(8)完全延伸穿过所述基区(4)。
4.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述***区距所述基区(4)一段横向距离延伸。
5.根据权利要求4所述的晶体管，其特征在于，所述***区从外部连接到所述基区(4)。
6.根据权利要求1-6中的任意一项所述的晶体管，其特征在于，***区(8)的所述部分(8’)横向地延伸到基区(4)的边缘。
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