МДП-ТРАНЗИСТОР Советский патент 1994 года по МПК H01L29/784 

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике, в частности к МДП-транзисторам, и может быть использовано в интегральных схемах, пригодных для работы в широком температурном диапазоне, в том числе при сверхнизких температурах.

Целью изобретения является обеспечение возможности работы транзистора при пониженных температурах.

На чертеже изображен предлагаемый МДП-транзистор, схема.

МДП-транзистор включает полупроводниковую слабо легированную подложку 1 первого типа проводимости. В случае кремния концентрация легирующей примеси в подложке должна находиться в пределах 1 ˙ 10¹³-5 ˙ 10¹⁴ см^-3. Сильно легированные области истока 2 и стока 3 второго типа проводимости сформированы в подложке 1. Электрод затвора 4 сформирован на поверхности слоя диэлектрика 5 и перекрывает полностью канал 6 и частично области стока 3 и истока 2. Область 7 первого типа проводимости в инверсном канале более сильно легирована, чем подложка и находится на расстоянии от области стока 3, не меньшем, чем ширина W обратно-смещенного p-n-перехода стока при максимальном рабочем напряжении стока V_макс.

W = , , где ε_s - диэлектрическая проницаемость полупроводника;
N - концентрация легирующей примеси;
q - элементарный заряд.

Минимальные размеры области 7 не меньше, чем глубина приповерхностной области пространственного заряда (W_s) при условии инверсии обеднения
W_s = , , где К - постоянная Больцмана;
Т - абсолютная температура;
n_i - собственная концентрация носителей в полупроводнике;
N^* - концентрация примесей в области 7.

В свою очередь выбор величины N^* определяется требуемой величиной порогового напряжения
V_T = ϕ_ms- + + ,
где C_i - удельная емкость окисла;
Q_o - эффективный заряд в слое подзатворного диэлектрика (окисла);
q - заряд электрона;
ϕ_ms - разность работы выхода электрона из затвора и области 7.

Выбор верхнего предела концентрации определяется интенсификацией процесса образования интенсификацией процесса образования горячих носителей в области отсечки инверсионного канала вблизи обратно смещенного p-n-перехода стока. При сверхнизких температурах за счет существенного увеличения длины свободного пробега горячие носители возникают при меньших потенциалах стока чем при комнатной температуре. В n-канальных МДП-транзисторах известной конструкции с длиной канала 3 мкм в условиях сверхнизких температур этот процесс начинается уже при 3-4 В на стоке. Возникновение горячих электронов приводит за счет процесса ударной ионизации к возникновению потока электронов, направленного к стоку, и потока дырок в подложку и к истоку. Этот поток при сверхнизких температурах вызывает прямое смещение истока и соответственно дополнительную инжекцию электронов из истока к стоку, что приводит к искажению вольт-амперных характеристик транзистора. Уменьшение концентрации легирующей примеси в областях канала, прилегающего к стоку и истоку, ниже указанного уровня вызывает (за счет значительного уменьшения напряженности электрического поля в области отсечки канала) существенный сдвиг начала этого процесса в область заметно больших потенциалов стока.

Однако понижение концентрации легирующей примеси в подложке вызывает снижение порогового напряжения до значений ниже уровня помех или даже приводит к формированию нормально открытых n-канальных МДП-транзисторов. Для боpьбы с этим нежелательным эффектом в предлагаемом МДП-транзисторе сформирована дополнительная область в канале, более сильно легированная чем подложка. Наличие этой области приводит к восстановлению величины порогового напряжения до необходимого уровня. (56) Зи С. М. Физика полупроводниковых приборов, т. 2, М. : Мир, 1984, с. 5-80.

Патент США 4070687, кл. Н 01 L 29/78, 1978.

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике. Целью изобретения является обеспечение работы транзистора при пониженных температурах и больших напряжениях. МДП-транзистор содержит полупроводниковую подложку первого типа проводимости, сформированные в ней области стока и истока второго типа проводимости и электрод затвора. Между областями стока и истока создана дополнительная область первого типа проводимости, размещенная на расстоянии от области стока, большем ширины обедненной области обратно смещенного p - n-перехода стока при максимальном рабочем напряжении. Концентрация легирующей примеси в этой области превышает концентрацию легирующей примеси в подложке и определяется требуемой величиной порогового напряжения, минимальные размеры дополнительной области превышают ширину области пространственного заряда при инверсии на ее поверхности. Подложка выполнена с низкой концентрацией легирующей примеси, например 1·10¹³-8·10¹⁴cм^-3 для кремния. 1 ил.

МДП-ТРАНЗИСТОР, включающий кремниевую полупроводниковую подложку первого типа проводимости, сформированные в ней области стока и истока второго типа проводимости, затвора над областью канала, состоящего из трех частей, две из которых примыкают к областям стока и истока, а третья область расположена между ними и имеет более высокую концентрацию легирующей примеси по сравнению с двумя другими, причем минимальные размеры третьей области превышают ширину области пространственного заряда при инверсии на ее поверхности, отличающийся тем, что, с целью обеспечения работоспособности МДП-транзистора при низких температурах, подложка имеет концентрацию легирующей примеси, выбранную в интервале 10¹³ - 5 · 10¹⁴ см^-3.