高压工作场效应晶体管、其偏置电路以及高压电路制造技术

通过利用ＩＣ或ＬＳＩ的标准功率电源电压的晶体管的组成部分，或者利用其制造工艺，在ＩＣ或ＬＳＩ中形成高压工作场效应晶体管。为了提高场效应晶体管的工作电压，采取这样的措施：设置其电位分布根据漏极电位而变化的栅极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高压工作场效应晶体管、它们所用的偏置电路和使用它们的高压电路。该高压工作场效应晶体管是以这样一种电压工作的晶体管，其电压绝对值大于设计用于IC或者LSI中的标准功率电源电压的耐受电压的绝对值。
技术介绍
在常规的高压场效应晶体管中，如图1所示，在高耐压绝缘膜480上设有高耐压漏区380或者以高电位偏置的场电极580，以提高漏极耐压。当在MOSIC或者MOSLSI中用作标准晶体管的场效应晶体管的栅极长度成为和亚微米相等或者比亚微米更小的尺寸时，进行如图2所示这样的设计，场效应晶体管具有轻度掺杂的漏区——称为轻掺杂漏极(LDD)或者漏区延伸340，以耐受标准功率电源电压。但是，高耐压漏区要求杂质浓度比轻掺杂漏区的低、长度或者深度比轻掺杂漏区的大，或者满足其中两项或者全部三项。由于这个缘故，在JP 2002-314044A中，通过结合杂质浓度和结深度各不相同的三个区来形成高耐压。注意在图1和图2中，附图标记100表示半导体衬底，附图标记200表示源区，附图标记300表示漏区，附图标记400表示栅极绝缘膜，而附图标记500表示导电栅极。在这种情况下，当把高耐压场效应晶体管集成到IC或者LSI中时，为了形成高耐压的绝缘膜和高耐压的漏区，要求必须附加光掩模及额外的生产工序，这会导致高成本。此外，对于这样结构的晶体管，虽然有可能增高耐压，但是驱动电流的减小成了问题。同样，虽然用于标准电压的具有漏区延伸结构或者LDD结构的场效应晶体管的沟道长度能够增大以提高耐压，但是其提高程度低，并且驱动电流几乎与沟道长度成反比例的减小。当使用这种用于标准电压的场效应晶体管的栅极绝缘膜时，该场效应晶体管的耐压也同样受到该绝缘膜的耐压的限制。而且，假设在如硅晶绝缘体(SOI)的绝缘衬底之上的半导体薄膜中形成晶体管，则高电场集中于处于沟道漏极端的薄膜上。因此，通过使用现有技术来提高漏极耐压并维持大输出电流比在半导体衬底中形成晶体管的情况还要困难。
技术实现思路
根据上述，本专利技术的一个目的是利用场效应晶体管的结构部分，或者利用在标准功率电源电压之下IC或者LSI中工作的标准晶体管的工艺技术，在IC或LSI中形成高压工作的场效应晶体管。为了达到上述目的，在本专利技术中，采取措施在栅极中提供将电场绝对值向漏极增大的电位分布，以增大场效应晶体管(为了简明起见，此后均指“高压工作场效应晶体管”)的工作电压。为此，第一个解决方案采用如下结构和偏置条件。即，高压工作场效应晶体管至少包括衬底；在衬底表面设置的半导体沟道形成区；源区和漏区，用源区和漏区之间的半导体沟道形成区互相隔开；在半导体沟道形成区上设置的栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上设置的电阻性栅极；在该电阻性栅极的源区端部侧设置的源极侧电极，在该电阻性栅极的漏区端部侧设置的漏极侧电极，其中提供给源极侧电极信号电位，并提供给漏极侧电极偏置电位，该偏置电位的绝对值等于或大于给定电位的绝对值，且根据漏极电位的增大或减小而改变。也就是如图3所示，栅极500用电阻性材料制造，在该栅极的源区200侧具有源极侧电极520，在该栅极的漏区300侧具有漏极侧电极530。现有技术中，信号电位Vg作为源极侧栅极电位Vsg提供给源极侧电极520，将信号电位Vg供给场效应晶体管的栅极；并且，“其绝对值等于或大于给定电位的绝对值且根据漏极电位的增大或减小而改变”的电位Vd1，作为漏极侧栅极电位Vdg提供给漏极侧电极530。电位Vd1是比源极电位Vs更接近于漏极电位Vd的电位，将在后面进行详细的描述。假设Vdg＝Vd+Vg，那么当在沟道形成区130的耗尽层中的电荷或者假设为SOI衬底的所谓背栅极效应可被忽略时，如图4所示，离源极边缘为距离x处的栅极电位Vgx和沟道电位Vx显示出同样的变化。因此，在沟道内的电场变成接近为Vds/L恒定值(Vds＝(Vd-Vs)L为沟道长度)。从而，实现的漏极耐压值可达到接近Ec×L的最大值，该值由半导体的击穿电场Ec和沟道长度L的积来决定。在沟道里的每个点上，栅极和源极之间的电位差同样变成几乎是恒定值(Vg-Vs)，因此局部没有大的电位差出现。由于这个缘故，栅极绝缘膜的所需要的耐压不必像漏极耐压所需要的那么高，因而可以通过IC或LSI中的标准栅极绝缘膜的厚度实现高压工作。但是，实际上，有关的耐压被小于Ec×L的最大值的漏极一衬底结耐压所限制。要注意，虽然该结构和Vdg＝(Vd+Vg)的偏置条件作为文献1描述的实现可变电阻的方法而公知，但是在文献1即Yutaka Hayashi，KenjiNakahara，和Yasuo Tarui在电工实验室公报第40卷的第4和第5期的第73-81页(Bulletin of Electrotechnical Laboratory，Vol 40，Nos.4 and 5，pp.73 to 81)公开的“电阻性栅极可变电阻器”中，并没有公开将该结构用来实现高压工作。而且，如下所述，即使偏置电位处于Vdg＝(Vd+Vg)的偏置条件之外，也可以实现足够高压的工作。另外，即使在对栅极结构的要求不像文献1中所公开的条件那么严格时，仍可以获得高压工作的效果。也就是说，在文献1中，为了实现优良的线性可变电阻，要求源极侧电极和漏极侧电极仅在高于源区和漏区的地方接触电阻性栅极，并且该接触部分与沟道形成区的分界线对齐。但是，在本专利技术中，源极侧电极和漏极侧电极可接触电阻性栅极以在半导体沟道形成区之上形成延长重叠区。在本专利技术中，源极侧电极和电阻性栅极之间的接触部分甚至还可能延长到半导体沟道形成区之上的某个位置，这时就更有利于增益的设计。虽然在JP，06-069500，A(1994)中公开了用于使得有效沟道长度可变的类似结构，但并没有利用该结构作为实现高压工作的结构。另外，其中并没有公开本专利技术的偏置电位条件。上述的Vdg＝Vd+Vg＝Vd1是在理想情况中的电位供应条件。但是，即使当通过从Vd1中减去Vg而获得的值Vd2不是刚好为Vd本身时，如果该值Vd2是等于或大于Vd的值、或者是等于或小于Vd的值，只要该值Vd2表示比Vs更接近于Vd的电位，并且是根据Vd增大或减小中的增大和减小而变化的，也能出现高耐压效果。即使本专利技术中的高压工作场效应晶体管是在半导体衬底中形成的，或者即使本专利技术中的高压工作场效应晶体管是在SOI衬底中形成的，当在该半导体衬底的耗尽层中的电荷的影响或者施加在输出特性上的来自该衬底的背栅极偏置效应不被忽略时，在以(Vd+Vth2-Vth1)而不是Vd来取代Vd2的情况下，沟道内的电场分布也可变得均匀。Vth1表示在沟道的源极边缘的栅极阈值电压，而Vth2表示在沟道的漏极边缘的栅极阈值电压。Vth1和Vth2分别根据Vs和Vd而变化。在这样的方式中，从理想情况返回到实际问题中，因此在很多情况中，根据晶体管自身的二次效应和偏置电位供应电路的特性来建立Vd2＝Vd的关系未必是良策。如果Vd2与漏极电位一起增大或减小，而漏极电位绝对值很大，则在沟道的漏极边缘的电场和栅极绝缘膜的电位都是不严格的，因而可能实现高压工作场效应晶体管。另外，即使以Vd2代替Vd1而不包含Vg，或者即使包含在Vd1中的Vg由等于或者小于在IC或LSI内的电源电位的第一恒定电位Vs1代替，也能出现本文档来自技高网...

【技术保护点】
高压工作场效应晶体管，至少包括：衬底；在衬底表面内设置的半导体沟道形成区；源区和漏区，用源区和漏区之间的半导体沟道形成区互相隔开；在半导体沟道形成区上设置的栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上设置的电阻性栅极；在该电阻性栅极的源区末端侧设置的源极侧电极，以及在该电阻性栅极的漏区末端侧设置的漏极侧电极，其中，信号电位被供给源极侧电极，并给漏极侧电极提供其偏置电位的绝对值等于或大于给定电位的绝对值且根据漏极电位的增大或减小而改变的偏置电位。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：林丰，长谷川尚，吉田宜史，小山内润，
申请(专利权)人：精工电子有限公司，林丰，
类型：发明
国别省市：JP[日本]