DE3200634A1

DE3200634A1 - Mis-feldeffekttransistor mit ladungstraegerinjektion

Info

Publication number: DE3200634A1
Application number: DE19823200634
Authority: DE
Inventors: Jenö Dr.-Ing. 8000 München Tihanyi
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-02-02
Filing date: 1982-01-12
Publication date: 1983-07-21

Description

MIS-Feldeffekttransistor mit Ladungsträgerinjektion
Die Erfindung bezieht sich auf einen MIS-Feldeffekttransistor mit einem Halbleitersubstrat vom ersten Leitungstyp, mit mindestens einer in einer der Oberflächen des Substrats eingebetteten Kanalzone vom entgegengesetzten Leitungstyp und mit einer in die Kanalzone eingebetteten Sourcezone vom ersten Leitungstyp, mit einer an diese Oberfläche angrenzenden Drainzone und einer mit der anderen Oberfläche verbundenen Drainelektrode, mit minde stens einer Gateelektrode, die auf einer auf der einen Oberfläche angebrachten Isolierschicht sitzt, mit mindestens einer in die eine Oberfläche eingebetteten Injektorzone vom entgegengesetzten Leitungstyp, die über einen Kontakt an eine Spannung anschließbar ist, nach Patent ... .. . .... .. (Anmeldung P 31 03 444.6).
Im Hauptpatent ist eine Maßnahme beschrieben, mit deren Hilfe der Durchlaßwiderstand Ron eines MIS-FET herabgesetzt werden kann. Dies ist insbesondere bei MIS-FET für maximale Sperrspannungen oberhalb etwa 300 V notwendig#, da der Durchlaßwiderstand etwa proportional zu U2>5 sperr anwächst und für die genannte maximale Sperrspannung den Durchlaßwiderstand eines für die gleiche Sperrspannung ausgelegten Bipolartransistors übersteigt. Mit Hilfe der Injektorzone können Ladungsträger in die schwachdotierte Drainzone injiziert werden, was zu einer Erhöhung der Konzentration von Ladungsträgerpaaren und damit zu einer Quasierhöhung der Dotierung in der Drainzone führt. Damit läßt sich beispielsweise eine Herabsetzung des Ron um den Faktor 3 erzielen.
Die Injektion von Ladungsträgern erfordert einen Strom, der der Steuerspannungsquelle des FET entnommen wird. Da diese wegen der normalerweise geringen Ansteuerleistung für einen FET nur für geringe Leistungen ausgelegt ist, stellt der Injektorstrom eine große Belastung dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen MIS-FET gemäß Hauptpatent so weiterzubilden, daß die mittlere Belastung der Steuerspannungsquelle herabgesetzt werden kann.
Dies wird dadurch erreicht, daß in die Injektorzone eine Zone des ersten Leitungstyps eingebettet ist, die kleinere Fläche als die Injektorzone hat, daß die Dotierung dieser Zone so auf die Dotierung der Injektorzone abgestimmt ist, daß beide Zonen gemeinsam als Zenerdiode wirken, und daß der Kontakt auf der genannten Zone angeordnet und elektrisch mit der Gateelektrode verbunden ist.
Hiermit läßt sich die Wirkung der Injektorzone bis zu einer gewissen Gatespannung, bei der der Strom und damit die Verluste relativ klein sind, ausschalten. Bei höherer Gatespannung mit entsprechend ansteigenden Verlusten tritt die Injektorzone in Tätigkeit und verringert den Durchlaßwiderstand Ron Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Figur näher erläutert. Diese zeigt einen Schnitt durch einen MIS-FET.
Der MIS-FET hat eine Drainzone 1 mit mindestens einer in die eine Oberfläche des Substrats eingebetteten Kanalz3-ne 2. In die Kanalzone 2 ist eine Sourcezone 3 eingebettet. Die Drainzone 1 ist beispielsweise schwach n-dotiert, während die Kanalzone 2 stark p-dotiert und die Sourcezone 5 stark n-dotiert ist. In die gleiche Oberfläche des Substrats ist eine p-dotierte Injektorzone 4 eingebettet. In die Injektorzone 4 ist eine weitere Zone 5 eingebettet, die wie die Drainzone 1 n-dotiert ist.
Sie hat kleinere Fläche als die Injektorzone 4. Sowohl die Zone 4 als auch die Zone 5 sind gegenüber der Drainzone 1 stark dotiert. Auf der genannten Oberfläche des Substrats sitzen Isolierschichten 6, auf der Gateelektroden 7 angeordnet sind. Die Gateelektroden 7 überlappen einerseits einen Teil der Kanalzone 2 und einen Teil der Sourcezone 3 und andererseits die Injektorzone 4.
Die Uberlappung der Injektorzone 4 ist nicht unbedingt erforderlich, es reicht aus, wenn die seitliche Kante der Gateelektrode 7 über dem an die Oberfläche tretenden Teil des pn-Übergangs 12 liegt. Die Zone 5 ist mit einem Kontakt 8 kontaktiert, während die Kanalzonen 2 und die Sourcezonen 3 über eine Elektrode 9 an der Sourcespannung liegen. Der Kontakt 8 ist elektrisch mit den Gateelektroden 7 verbunden, die an der Gatespannung +UG liegen. Dabei kann dem Kontakt 8 zur Strombegrenzung ein Widerstand 13 vorgeschaltet sein. Die Drainzone 1 ist an der anderen Oberfläche des Substrats über eine stark n-dotierte Zone 10 und über eine Drainelektrode 14 mit der Drainspannung +UD verbunden.
Bei Anlegen einer Gatespannung und einer Drain-Sourcespannung mit der eingezeichneten Polarität bildet sich in den Kanalzonen 2 an der Oberfläche des Substrats unter den Gateelektroden 7 ein Kanal aus, über den negative Ladungsträger in die Drainzone fließen. Durch wirkung der positiven Gatespannung wird unter den Gateelektroden eine Akkumulationsschicht 11 aus negativen Ladungsträgern aufgebaut, die praktisch ohmschen Charakter hat.
Dadurch, daß die Gateelektroden 7 bis an die Injektorzone 4 heranreichen oder diese überlappen, wird das Po- tential in der Umgebung der Injektorzone negativer. Bis zum Erreichen der Zenerspannung der aus der Tnjektorzone 4 und der Zone 5 gebildeten Zenerdiode bleibt die Injektorzone 4 jedoch inaktiv. Wird die Gatespannung +UG bis zur Zenerspannung erhöht, so beginnt die Injektorzone 4 positive Ladungsträger zu emittieren. In der Umgebung der Injektorzone 4 kommt es damit zu einer Konzentration von Ladungsträgerpaaren und der Durchlaßwiderstand des zwischen den Sourcezonen 3 und der Drainelektrode 14 liegenden Stromweges wird herabgesetzt. Mit steigender Gatespannung und steigendem Strom steigt auch die Injektionswirkung der Injektorzone 4, so daß der Durchlaßwiderstand Ron mit größeren Strömen abgesenkt wird und die Verluste klein gehalten werden. Bei geringen Strömen, bei denen die Verluste noch keine große Rolle spielen, unterbleibt die Injektion und die Steuerspannungsquelle wird nicht belastet.
Als Beispiel für die Dimensionierung der Zonen 4 und 5 sei eine Dotierung der Zone 4 von 1018 Atomen c 3 und eine mittlere Dotierung der beispielsweise durch Ionenimplantation dotierten Zone 5 von 1019 Atomen cm 3 genannt. Damit läßt sich eine Zenerspannung von 5 bis 10 V einstellen.
1 Figur 2 Patentansprüche Leerseite

Claims

Patentansprüce 1. MIS-Feldeffekttransistor mit einem Halbleitersubstrat vom ersten Leitungstyp, mit mindestens einer in einer der Oberflächen des Substrats eingebetteten Kanalzone vom entgegengesetzten Leitungstyp und mit einer in die Kanalzone eingebetteten Sourcezone vom ersten teitungstyp, mit einer an diese Oberfläche angrenzenden Drainzone und einer mit der anderen Oberfläche verbundenen Drainelektrode, mit mindestens einer Gateelektrode, die auf einer auf der einen Oberfläche angebrachten Isolierschicht sitzt, mit mindestens einer in die eine Oberfläche eingebetteten Injektorzorie vom entgegengesetzten Leitungstyp, die über einen Kontakt an eine Spannung anschließbar ist, nach Patent ... .. . .... .* (Anmeldung P 31 03 444.6), d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß in die Injektorzone (4) eine Zone (5) des ersten Leitungstyps eingebettet ist, die kleinere Fläche als die Injektorzone hat, daß die Dotierung dieser Zone so auf die Dotierung der Injektorzone (4) abgestimmt ist, daß beide Zonen gemeinsam als Zenerdiode wirken, und daß der Kontakt (8) auf der genannten Zone angeordnet und elektrisch mit der Gateelektrode (7) verbunden ist.
2. MIS-FET nach anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Kontakt (8) über einen Widerstand (13) mit der Gateelektrode (7) verbunden ist.