高跨导高厄利(Early)电压模似(Mos)晶体管制造技术

高跨导高Ｅａｒｌｙ电压的ＭＯＳ晶体管——ＨＧＥＴ，属于一族新型半导体集成器件．它能在常规的ＭＯＳ工艺下制造出跨导为２０～４０ｍ∴，Ｅａｒｌｙ电压为４０～５０Ｖ的器件．这种器件放大器的电压增益可达５７ｄｂ．它的等效电路是由两个ＭＯＳ管和一个双极型晶体管复合构成，它的工艺简单，又能比普通的ＭＯＳ器件的芯片面积小β倍，用于模拟电路中即能获得高增益，又因互补作用，能灵活满足不同电路的设计要求．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
高跨导高厄利(Early)电压模似(MOS)晶体管，简称HGET。属于一族新型半导体集成器件。(以下称厄利为Early、模似为MOS)为了使MOS器件有源负载单极放大器得到高增益，必须提高MOS管的跨导和输出阻抗。有一种现行的高跨导晶体管，是由一个MOS晶体管和一个双极型晶体管按达林顿式复合成(如图1的A)，这种晶体管的跨导可以达到20m ，但它们Early电压很低，约小于5伏。另一种现行的高输出阻抗MOS晶体管，是由两个MOS晶体管按共源-共栅形式复合而成(如图1的B)，这种晶体管输出阻抗很高(几十KΩ～几百KΩ)，但它的跨导比较低，约小于10mU。现行的这两种晶体管的缺点是或是高跨导低输出阻抗，或是低跨导高输出阻抗，不能作到既高跨导，又高输出阻抗。本专利技术的高跨导，高Early电压晶体管，是将上述两种晶体管的高跨导和高Early电压的优点结合在一起，並专利技术了新的结构和版图，经检索国内外技术资料和专利文献HO1L，没有我所专利技术的高跨导高Early电压晶体管，即HGET。本专利技术的目的是提供一种高跨导高Early电压的MOS晶体管，其制造工艺能够和长沟(大于3微米)的MOS器件工艺相容。这样就可以用普通MOS工艺制作出高增益器件。HGET是把上述两种，高跨导(图1A)和高Early电压(图1B)两种晶体管的优点结合起来，作成一类新的半导体集成器件，它们的等效电路如附图2，3所示。它的特点是在现行的高跨导MOS晶体管(图1A所示)的输出端接一个耗尽型、共栅接法的MOS管。根据不同的晶体管类型和不同的复合方式，HGET有下述四种(一)两个NMOS晶体管M1、M2和一个npn双极型晶体管Q复合，如图2A。(二)两个PMOS晶体管M1、M2和一个PNP双极型晶体管Q复合，如图2B。这两种HGET管是互补的，其等效电路的特征是M1的漏极、M2的源极和Q的集电极短接，M1的源极和Q的基极短接，M2的栅极和Q的发射极短接。对外引出三端是M2的源极，M1的栅极和Q的发射极分别作为HGET的D、G、S三端。称甲类复合。(三)两个NMOS晶体管M1、M2和一个PNP双极型晶体管Q复合，如图3A所示。(四)两个PMOS晶体管M1、M2和一个npn双极型晶体管Q复合，如图3B所示。(三)和(四)两种HGET也是互补的。其等效电路的特征是M1的漏极和Q的基极短接，M1的源极、Q的集电极和M2的栅极短接，M2的源极和Q的发射短接。对外引出的三端是M2的漏极。M1的栅极和M1的源极分别作HGET管的D、G、S三端。称乙类复合。如上所述，在HGET的等效电路中，因M1和Q组成的达林顿式管可以得到高跨导，而其栅极偏置的M2又可有较高的输出阻抗，这样HGET就即有高跨导的性能，又有高Early电压的性能。由于M2的共栅偏置，它能降低由M1和Q的输出导纳和反馈电容，因而HGFT有较高的稳定性。HGET是一族半导体器件，它包括了两个互补对，即4种管子，因此它可以灵活地适应于各种不同的电路要求，这是本专利技术的一个优点。HGET的电流，开启电压，跨导，Early和开路电压增益，可以近似下列公式表示ID≈(1+β)K′S1(VGs-Vbe-VT1)2VT＝VT1+VbeGm≈(1+β)gm1VA≈VA2+(1+A2)VA1A＝(1+A2)A1式中S1，gm1，VA1，VT1，A1，分别是M1管的宽长比，跨导，Early，开启电压和开路电压增益。VA2和A2分别是M2管的Early电压和开路电压增益，K′是跨导因子，β是Q的共射极放大系数，调整M1的开启电压VT1，可以得到增强型或耗尽型的甚至零开始电压的HGET，这是本专利技术的另一个优点。附图4描述了本专利技术的图2A的一个实施例，是第一种HGET的实施结构和版图其特征是在N型衬底上作P1阱和P2阱，并在P1阱内作N+1和N+2两个区，N+1区作为Q的发射极並引出S极，由N+3区到P1阱的一端与P2阱、P1阱间的N+3一侧作栅极G1，P1阱与N+2区在K处短接，N+2区作为M1的源极，而P1阱即是Q的基区，又是M1的衬底，这样M1的衬底与源短接就减少了HGET的衬偏效应，N+3区位于P1阱和P2阱之间，它即作为M1的漏极，又作M2的源极，还是Q的集电极。在P2阱内作N+4区，作为M2的漏极也是HGET的D极，P2阱与N型衬底在F处短接，同样可以消除了M2的衬底效应。附图4中的剖视图A-A′的C区是一个双极型晶体管和C1区的MOS晶体管，组成了一个独立的HGET。HGET晶体管的结构实施工艺，采用标准的CMOS金属栅工艺，见《MOS集成电路工艺规范》科技文献出版社，1980年。其主要工艺流程如图6。工艺和器件的参数如下N型单晶衬底<100>面，电阻率3～6ΩCm。P阱B离子注入剂量8×1012/Cm2，能量170kev。P阱推进温度1150℃，3.5小时～4小时，通干氧。结深为3.2～3.5μmN区扩磷结深2.2～2.5μm，β约为50～100栅氧厚度900～1000 耗尽调整P注入剂量3.0×1012/Cm2，能量120Kev当器件参数S1＝ 360/10 (μm)和S＝ 360/20 (μm)时，上述的器件，跨导可达20～40m ，Early电压可达40～50伏。图5是图2B的结构和版图，即第二种HGET的实施方案，其结构版图与第一种HGET完全类似，仅是将N型衬底，P阱和N+区分别改成P型衬底，N阱和P+区。其实施工艺，也作相应的改变。采用图4、5结构所制的HGET管，具有高跨导，高Early电压的特性，这是现行器件所达不到的。用有源器件作负载，HGET放大器的单级增益可达到57db，增益带宽积约为2.5MHz。图面说明图1A为现行的高跨导晶体管的等效电路。图1B为现行的高输出阻抗晶体管等效电路。图2A两个NMOS管和一个npp晶体管复合的HGET等效电路。图2B两个PMOS管和一个pnp晶体管复合的HGET等效电路。图3A两个NMOS管和一个pnp晶体管的HGET等效电路。图3B两个PMOS管和npn晶体管的HGET等效电路。图4A第一种HGET管实施的结构版图。图4B″″″″的剖视图。图5A第二种HGET管的实施结构版图。图5B″″″″的剖视图。图6主要工艺流程图。参考文献《MOS场效应晶体管的应用》中译本，邮电出版社1982菅野卓雄D-S KUO etc“Modeling the Turn- off Characteristics of the Bipolar-MOS Transistor”IEEE Vol.EDL-6 No.5 P21本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由一个ＭＯＳ晶体管和一个双极型晶体管（图１、Ａ）或者由两个ＭＯＳ晶体管（图１、Ｂ）构成的半导体集成器件，其特征在于增加了一个ＭＯＳ晶体管或一个双极型晶体管，一共由三支管子（二只ＭＯＳ晶体管，一只双极型晶体管）复合构成甲乙两类（因为晶体管有两种类型，一类有两种等效复合方式）一共四种复合方式。甲类复合方式：ＭＯＳ晶体管Ｍ↓［１］的源极和三极管Ｑ的基极连结，ＭＯＳ晶体管Ｍ↓［２］的栅极和晶体管Ｑ的发射极连接，Ｍ↓［１］的漏极、Ｑ的集电极和Ｍ↓［２］的源极连结，Ｍ↓［１］、Ｍ ↓［２］是ＮＭＯＳ晶体管时，Ｑ是ＮＰＮ型晶体管，这是一种方式（图２、Ａ），Ｍ↓［１］Ｍ↓［２］是ＰＭＯＳ晶体管时，Ｑ是ＰＮＰ型晶体管，构成另一种复合方式（图２、Ｂ）。乙类复合方式：Ｍ↓［１］的源极、Ｍ↓［２］的栅极和Ｑ的集电极连接，Ｍ↓ ［１］的漏极和Ｑ的基极连结，Ｍ↓［２］的源极和Ｑ的发射极连结，当Ｍ↓［１］、Ｍ↓［２］是ＮＭＯＳ时，Ｑ是ＰＮＰ管，构成一种复合方式（图３、Ａ），当Ｍ↓［１］、Ｍ↓［２］是ＰＭＯＳ时，Ｑ是ＮＰＮ管，这是另一种复合方式（图３、Ｂ）。

【技术特征摘要】
1.一种由一个MOS晶体管和一个双极型晶体管(图1、A)或者由两个MOS晶体管(图1、B)构成的半导体集成器件，其特征在于增加了一个MOS晶体管或一个双极型晶体管，一共由三支管子(二只MOS晶体管，一只双极型晶体管)复合构成甲乙两类(因为晶体管有两种类型，一类有两种等效复合方式)一共四种复合方式。甲类复合方式MOS晶体管M1的源极和三极管Q的基极连结，MOS晶体管M2的栅极和晶体管Q的发射极连接，M1的漏极、Q的集电极和M2的源极连结，M1、M2是NMOS晶体管时，Q是NPN型晶体管，这是一种方式(图2、A)，M1M2是PMOS晶体管时，Q是PNP型晶体管，构成另一种复合方式(图2、B)。乙类复合方式M1的源极、M2的栅极和Q的集电极连接，M1的漏极和Q的基极连结，M2的源极和Q的发射极连结，当M1、M2是NMOS时，Q是PNP管，构成一种复合方式(图3、A)，当M1、M2是PMOS时，Q是NPN管，这是另一种复合方式(图3、B)。2.按照权力要求1所说的甲类复合方式...

【专利技术属性】
技术研发人员：马龙，钱其，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]