Интегральная структура

 

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СТРУКТУРА, выполненная на полупроводниковой подложке , содержащая полевой транзистор с верхним и нижним затворами и биполярный р-п-р транзистор, изолированные друг от друга р-п переходом,. причем канал полевого и база р-п-р транзисторов имеют равномерное рас .пределение примеси противоположного подложке типа проводимости, верхний затвор полевого и эмиттер р-п-р-тран знсторов, а также нижний затвор полевого и коллектор р-п-р транзисторов выполнены в виде одинаковьк .областей и имеют одноименный тин проводимости , отличают а я с я тем, что, с целью повышения максимально допустимого рабочего напряжения структуры, в базе р-п-р транзистбра выполнена дополнительная об- fS ласть того же типа проводимости, при мыкающая к эмиттеруi а градиент кон (Л ;центрации примеси в ней не менее с

„„740077

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц4 Н 01 L 27/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4ь

Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flQ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2628178/18-25 (22) 13.06.78 (46) 23 ° 04.88. Бюл. М- 15 (72) М.А.Портнягин, С.З.Ротман, Л.М.Остаповский и С.П.Власов (53) 621.382 (088.8) (56) Патент Франции й- 2336798, кл. Н 01 L 27/04, опублик. 1972.

Патент ФРГ В 1764571. кл. 21 g 11/02 (Н 01 L 27/08), опублик. 1971. (54)(57) ИНТЕГРАЛЬНАЯ СТРУКТУРА, выполненная на полупроводниковой подложке, содержащая полевой транзистор с верхним и нижним затворами и биполярный р-и-р транзистор, изолированные друг от друга р-и переходом,. причем канал полевого и база р-и-р трннзисторов имеют равномерное распределение примеси противоположного подложке типа проводимости, верхний затвор полевого и эмиттер р-и-р-транзисторов, а также нижний затвор полевого и коллектор р-и-р транзисторов выполнены в виде одинаковых областей и имеют одноименный тип проводимости, отличающаяся тем, что, с целью повышения максимально допустимого рабочего напряжения структуры, в базе .р-п-р транзистора выполнена дополнительная область того же типа проводимости, примыкающая к змиттеру; а градиент кон» центрации примеси в ней не менее

5 10 см .

740OZV

Изобретение относится к производству интегральных микросхем и может быть использовано при создании монолитных дифференциальных операционных усилителей, аналоговых ключей, компараторов, преобразователей уровня.

Известна полупроводниковая интегральная структура, включаюшая веотикальные р-и-р и и-р-и-биполярные транзисторы, где на полупроводниковой подложке р-типа проводимости образованы эпитаксиальные слои йротйвоположного типа проводимости.

Недостатком данной интегральной полупроводниковой структуры является низкое допустимое напряжение коллектор-эмиттер р-п-р-транзистора. При увеличении напряжения коллектор-эмиттер происходит распространение облас-20 ти пространственного заряда коллекторного р-и-перехода в область эпитаксиальной базы.

Для повышения допустимого рабочего напряжения коллектор-эмиттер в даннойд5 полупроводниковой интегральной структуре необходимо увеличить толщину базы, но при этом снизить предельную частоту коэффициента усиления по току, так как частота обратно пропор- 30 циональна толщине квазинейтральной базы.

Наиболее близким техническим реше— нием" является монолитная интегральная структура, содержащая полевой транзис- 5 тор "с верхним и ниЖним затворами и биполярный транзистор, изолированные друГ от друга р-и-переходом причем .канал полевого и база биполярного транзисторов ййеет равномерное распределение примеси противоположного подложке типа проводимости, верхний затвор полевого и эмиттер р-и-р-транзисторов, а также нижнйй" затвор полевого и коллектор р-и-р-транзисторов 45 выполнены в виде одинаковых областей и имеют одноименный тип проводимости.

Недостатком данной монолитной интегральной структуры является то, что при увеличении толщины базы р-и-р-транзистора до величины необходимой для повышения его допустимого напряжеййя, происходит увеличение толщйны канала полевого транзистора, что вызывает увеличение напряжения отсечки и увеличение управляющего сиг55

1 наЛа. При этом снижается предельная частота р-n -p-транзистора. Кроме то-; го", в р"n-р-транзисторе имеет место модуляция базы, что понижает выход= ное сопротивление этого транзистора, Таким Образом, известная полупроводниковая структура не позволяет одновременно получать полевые транзисторы с малым напряжением отсечки и р-и-р-транзисторы с высоким допустимым рабочим напряжением и с высоким выходным сопротивлением.

Цель изобретения — повышение максимально допустимого рабочего напряжейия структуры за счет повышения допустимого напряжения коллектор-, эмиттер, выходного сопротивления и предельной частоты р-и-р-транзистора при сохранении малого управляющего напряжения полевого транзистора.

Цель достигается тем, что в базе р-и-р-транзистора выполнена дополнительная область того же типа проводимости, примыкающая к эмиттеру, а градиент концентрации примеси в ней не менее 5 ° 10 см .

Интегральная структура содержит полупроводниковую подложку 1 р-типа с образованными на ней эпитаксиальными слоями 2 и 3 противоположного типа проводимости. В верхнем эпитаксиальном слое 2 выполнены области

/ р-и-р-транзистора: эмиттер 4, база 5, коллектор 6 (часть коллектора расположена в эпитаксиальном слое 3).

В эпитаксиальной базе транзистора выполнена дополнительная область 7 того же типа проводимости с поверхностной концентрацией донорной примеси N = 6 10 см . Указанная концентрация примеси дополнительной области превышает концентрацию примеси в остальной области базы, которая составляет N р = 5 10 см ; Область 8, выполненная на границе эпитаксиального слоя 3 и подложки 1 предотвращает смыкание области коллектора с подложкой. Для получения омических контактов к базе и коллектору выполнены области 9 и 10 соответственно.

Аналогично в верхнем эпитаксиальном слое 2 выполнены области полевого транзистора . области стоки (истока) 11, канал 12 верхнего затвора

13 и нижнего затвора 14. Скрытый слой 15, совпадающий по типу проводимо cTH с э пит аксиаль ными слОями 9 образован в подложке для предотвращения смыкания области нижнего затвора полевого транзистора с подложкой.

Редактор Н.Сильнягина Техред А.Кравчук Корректор N. Цемчик

Заказ 3375

Тираж 746 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

74007

При подаче и дальнейшем повышении напряжения коллектор-эмиттер р-и-ртранзистора происходит распространение области пространственного заряда

5 в эпитаксиальной части базы быстрее, чем в области коллектора, так как концентрация примеси в коллекторной области выше, чем в эпитаксиальной базе. При некотором напряжении кол- 10 лектор-эмиттер область пространственного заряда достигает дополнительной области, которая уменьшает быстрое распространение обедненного слоя коллекторного р-и=перехода, так 15 как концентрация дополнительной области выше концентрации базы. Поэтому чтобы произошло смыкание коллектора с эмиттером (" прокол" базы), необходимо приложить более высокое напряже- 20 ние коллектор-эмиттер, чем в структуре прототипа.

Введение дополнительной области в эпитаксиальную базу при малой толщине базы, позволяет повысить допус- 25 тимое напряжение коллектор-эмиттер, предельную частоту усиления тока в р-п-р-транзисторе при сохранении малого управляющего сигнала полевого транзистора с р-и-переходом. ЭО

Кроме этого в р-п-р-транзисторе, за счет введения дополнительной области, снижается эффект модуляции базы, вследствие чего повышается выходное сопротивление Транзистора, Э5

Таким образом, предложенное конструктивное решение позволяет повысить, допустимое напряжение коллектор-эмиттер, выходное сопротивление и предельную частоту усиления тока р-п Р40 транзистора, при сохранении малого управляющего напряжения полевого транзистора.

Электрофизические параметры предложенной полупроводниковой структуры

45 следующие: подложка р-типа проводимости с удельным сопротивлением = 10 Ом .см; первый эпитаксиальный слой п-типa проводимости толщиной 4 мкм и удельным сопротивлением р= 1,0 Ом см;

7

4 второй эпитаксиальный слой и -типа проводимости толщиной 6 мкм и удельным сопротивлением р = 1,0 Ом см; скрытый слой n -типа проводимости . с поверхностным сопротивлением R3 = ,= 30 Ом/0 поверхностное сопротивление разделительной диффузии p+-типа проводимости R g = 8 Ом/и поверхностное сопротивление "скрытого слоя р òèïÿ проводимости К5

160 OM/а (коллектор р-п-р и нижний затвор полевого транзистора); поверхностное сопротивление дополнительной области базы и-типа проводимости р-п-р-транзистора R > -=

240 Ом/о поверхностное сопротивление эмит4. терной области р -типа проводимости р-и-р-транзистора и верхнего затвора полевого транзистора Rg " 25 Ом/о поверхностное сопротивление подлегирующих областей исток (сток) поле-вого и базы р-п-р-транзисторов, а также эмиттера п-р-и-транзистора n "Ф

-типа проводимости — R = 12 Ом/о поверхностное сопротивление базы и-р-п-транзистора . — R > = 200 Ом/0

Параметры предложенной интегральной структуры значительно превышают параметры известной структуры. На основе предложенной полупроводниковой интегральной структуры были разработаны ряд дифференциальных операционных усилителей, аналоговые ключи и преобразователи уровня.

Реализация интегральных схем, например, операционных усилителей с полевыми транзисторами на входе, на основе предложенной структуры позво" лила повысить следующие выходные параметры: увеличить выходное напряжение в три раза; расширить диапазон питающих напряжений (вместо +9 В) до +18 В; повысить коэффициент усиления в пять раз, повысить частоту единичного усиления в два раза.