JPS6349915B2 - - Google Patents
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- JPS6349915B2 JPS6349915B2 JP57059195A JP5919582A JPS6349915B2 JP S6349915 B2 JPS6349915 B2 JP S6349915B2 JP 57059195 A JP57059195 A JP 57059195A JP 5919582 A JP5919582 A JP 5919582A JP S6349915 B2 JPS6349915 B2 JP S6349915B2
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- gate
- type
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- fet
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/80—FETs having rectifying junction gate electrodes
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体集積回路装置(以下ICと称す)
に係り、特にクローズドゲート形の接合形電界効
果トランジスタ(以下J−FETと称す)を組込
んだ集積回路装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as IC).
In particular, the present invention relates to an integrated circuit device incorporating a closed-gate junction field effect transistor (hereinafter referred to as J-FET).
最近、種々の機能の異なる素子を複合化し、新
たな機能を持たせた複合ICが発表されているが、
その1つとして入力インピーダンスが高く混変調
の少ない各種増幅器、あるいはスルーレートが高
い事を利用した高速積分回路等にJ−FETを組
込んだ複合ICがある。 Recently, composite ICs have been announced that combine various elements with different functions to provide new functions.
One of these is composite ICs that incorporate J-FETs into various amplifiers with high input impedance and low cross-modulation, or high-speed integration circuits that take advantage of high slew rates.
J−FETはバイポーラ・トランジスタに比べ、
入力インピーダンスが高い、スイツチングスピー
ドが速いまたは、電流性雑音が小さい等の特長が
あるが、これらJ−FETの特長のうち高周波特
性をさらに生かす構造のJ−FETとして、第1
ゲートと第2ゲートとを電気的に接続したオープ
ンゲート形に対して、第1ゲートと第2ゲートと
を電気的に分離し、かつpn接合面積の大きな第
1ゲートをソース領域と電気的に接続し、接合面
積の小さい第2ゲートをJ−FETのゲートとし
て使つて動作させるいわゆるクローズドゲート形
のJ−FETが考えられている。 Compared to bipolar transistors, J-FETs
It has features such as high input impedance, high switching speed, and low current noise, but among these J-FET features, the first J-FET has a structure that takes advantage of the high frequency characteristics.
In contrast to the open gate type in which the gate and the second gate are electrically connected, the first gate and the second gate are electrically separated, and the first gate with a large pn junction area is electrically connected to the source region. A so-called closed gate type J-FET is being considered, which operates by connecting the two gates and using the second gate, which has a small junction area, as the gate of the J-FET.
以下、図面を用いて従来のクローズドゲート形
のJ−FETの構造および動作原理を説明する。
第1図aは従来のクローズドゲート形のnチヤン
ネルJ−FETの平面パターン図、第1図bは第
1図aのB−B線での断面図である。図にお
いて、1はp形半導体基板、2はその上に形成さ
れたn形半導体層、3はn形半導体層2の一部を
他の部分と分離するためのp形分離領域、4はp
形分離領域3で囲まれたn形半導体層2の一部に
その表面からp形不純物を環状に拡散してp形半
導体基板1へは到達しないように形成されたp形
第2ゲート領域、5はp形第2ゲート領域4で囲
まれたn形半導体層2の部分からなるn形ドレイ
ン領域、6はp形分離領域3とp形第2ゲート領
域4とで挾まれた部分からなるn形ソース領域、
7はp形第2ゲート領域4とp形半導体基板1と
で挾まれた部分からなるチヤネル領域、8は表面
絶縁膜、9はp形第2ゲート領域4とn形チヤネ
ル領域7との間のpn接合、14,15および1
6はそれぞれ表面絶縁膜8を貫通してp形第2ゲ
ート領域4、n形ドレイン領域5及びn形ソース
領域に接続するように形成された第2ゲート電
極、ドレイン電極およびソース電極である。そし
て、p形半導体基板1は第1ゲート領域としての
機能を有し、p形分離領域3を通り、このp形分
離領域3の表面上にまでまたがつて形成されてい
るソース電極16を介してソース領域6と電気的
に接続されている。 The structure and operating principle of a conventional closed gate J-FET will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1a is a plan pattern diagram of a conventional closed gate type n-channel J-FET, and FIG. 1b is a sectional view taken along line B--B in FIG. 1a. In the figure, 1 is a p-type semiconductor substrate, 2 is an n-type semiconductor layer formed thereon, 3 is a p-type isolation region for separating a part of the n-type semiconductor layer 2 from other parts, and 4 is a p-type semiconductor layer.
a p-type second gate region formed by diffusing p-type impurities into a part of the n-type semiconductor layer 2 surrounded by the type isolation region 3 in an annular shape from the surface thereof so as not to reach the p-type semiconductor substrate 1; Reference numeral 5 denotes an n-type drain region consisting of a portion of the n-type semiconductor layer 2 surrounded by the p-type second gate region 4, and 6 consists of a portion sandwiched between the p-type isolation region 3 and the p-type second gate region 4. n-type source region,
7 is a channel region consisting of a portion sandwiched between the p-type second gate region 4 and the p-type semiconductor substrate 1; 8 is a surface insulating film; 9 is between the p-type second gate region 4 and the n-type channel region 7; p-n junctions, 14, 15 and 1
Reference numerals 6 denote a second gate electrode, a drain electrode, and a source electrode, which are formed so as to penetrate the surface insulating film 8 and connect to the p-type second gate region 4, the n-type drain region 5, and the n-type source region, respectively. The p-type semiconductor substrate 1 has a function as a first gate region, and the p-type semiconductor substrate 1 passes through the p-type isolation region 3 and extends over the surface of the p-type isolation region 3 via a source electrode 16. and is electrically connected to the source region 6.
このFETはn形ソース領域6とp形の第2ゲ
ート領域4との間に逆バイアス電圧を印加するこ
とによりチヤネル領域7へ空乏層が延び、n形ソ
ース領域6とn形ドレイン領域5との間のチヤネ
ル領域7を介するコンダクタンスが変化するよう
に動作させる電圧駆動形の素子である。そして、
J−FETが動作する最大周波数を示す性能指数
をMとすると
M=gn/CG
ここで、gn:相互コンダクタンス
CG:ゲート容量=ゲート・ソース間
容量CGS+ゲート・ドレイン間容量CGD
で表わされる。上式から判るように、J−FET
の高周波特性をよくするためには、ゲート容量
CG、特にミラー効果の関係でCGDを小さくする必
要があるが、クローズドゲート形のJ−FETで
は上述のようにゲート接合面積が小さい構造にな
つており、CGS、CGDともに小さく、高周波特性が
特に良好であるという特長をもつている。 In this FET, a depletion layer is extended to the channel region 7 by applying a reverse bias voltage between the n-type source region 6 and the p-type second gate region 4, and the n-type source region 6 and the n-type drain region 5 are This is a voltage-driven element that is operated so that the conductance through the channel region 7 between them changes. and,
If the figure of merit indicating the maximum frequency at which the J-FET operates is M, then M = g n /C G where, g n : Mutual conductance C G : Gate capacitance = Gate-source capacitance C GS + Gate-drain capacitance Represented by C GD . As you can see from the above formula, J-FET
In order to improve the high frequency characteristics of
It is necessary to reduce C G and especially C GD due to the mirror effect, but closed gate J-FETs have a structure with a small gate junction area as mentioned above, so both C GS and C GD are small, It is characterized by particularly good high frequency characteristics.
しかし、このクローズドゲート形のJ−FET
において、ゲート(第2ゲート領域)4に逆バイ
アス電圧を印加されると、pn接合9から空乏層
が延びるが、この空乏層がソース領域6と接続さ
れた第1ゲート領域1へ到達すると、パンチスル
ー現象が起こり、電流が流れはじめる。このパン
チスルー現象は逆バイアス電圧が数Vで起こるの
で、クローズドゲート形のJ−FETのゲート・
ソース間耐圧BVGCは数Vしかないという欠点を
有していた。 However, this closed gate type J-FET
When a reverse bias voltage is applied to the gate (second gate region) 4, a depletion layer extends from the pn junction 9, but when this depletion layer reaches the first gate region 1 connected to the source region 6, A punch-through phenomenon occurs and current begins to flow. This punch-through phenomenon occurs at a reverse bias voltage of several volts, so the gate of a closed-gate J-FET
The source-to-source breakdown voltage BVGC had the drawback of being only a few volts.
このような理由で、クローズドゲート形J−
FETは高いBVGSを必要とする回路にはこのまま
では使用できず、またクローズドゲート形J−
FETの有効性が余り認められていなかつたこと
もあつて、従来はもつぱらオープンゲート形のJ
−FETが使用されていた。 For this reason, closed gate type J-
FETs cannot be used as they are in circuits that require high BV GS , and closed gate type J-
Partly because the effectiveness of FETs was not well recognized, conventionally open gate type J
−FET was used.
この発明は以上のような点に鑑みてなされたも
ので、クローズドゲート形J−FETの特長を生
かすため、そのゲート・ソース間の耐圧を実効的
に向上させたクローズドゲート形J−FETを提
供することを目的としている。 This invention was made in view of the above points, and in order to take advantage of the features of the closed gate J-FET, it is an object of the present invention to provide a closed gate J-FET that effectively improves the withstand voltage between the gate and source. It is intended to.
第2図はこの発明の一実施例を示す平面パター
ン図、第2図bはそのB−B線での断面図
で、第1図は従来例と同等部分は同一符号で示し
その説明は省略する。この実施例の第1図の従来
例と異なる点は、p形分離領域3内にn形の島領
域10を設け、両者間にpn接合11を形成させ、
このようにして構成されるダイオードのアノード
側であるp形分離領域3を、その上に延びてきて
いる電極16を介してJ−FETのソース領域6
に接続し、ダイオードのカソード側であるn形島
領域10の表面に形成したカソード電極16aを
この実施例の見掛け上のソース電極として使用す
る点にある。 Fig. 2 is a planar pattern diagram showing an embodiment of the present invention, Fig. 2b is a sectional view taken along the line B-B, and Fig. 1 shows parts equivalent to the conventional example with the same symbols and their explanations are omitted. do. This embodiment differs from the conventional example shown in FIG. 1 by providing an n-type island region 10 within the p-type isolation region 3 and forming a p-n junction 11 between the two.
The p-type isolation region 3, which is the anode side of the diode constructed in this way, is connected to the source region 6 of the J-FET via the electrode 16 extending above it.
The cathode electrode 16a formed on the surface of the n-type island region 10 on the cathode side of the diode is used as the apparent source electrode of this embodiment.
第3図aはこの実施例の電圧印加状態を示す等
価回路で、nチヤネルFETではその動作電圧ゲ
ートG・ソースS間ではゲートG側が負に、ソー
スS側が正になるように印加され、また、ソース
S・ドレインD間ではソースS側が負に、ドレイ
ンD側が正になるように印加される。このような
電圧印加状態では、ダイオードの逆方向耐圧を
BVD、ダイオードを挿入しないときの従来のクロ
ーズド形J−FETのゲート・ソース間耐圧を
BVGSとすると、この実施例の見掛け上のゲー
ト・ソース間耐圧BV′GSは次の通りになる。 FIG. 3a is an equivalent circuit showing the voltage application state of this embodiment. In an n-channel FET, the operating voltage is applied between the gate G and the source S so that the gate G side is negative and the source S side is positive. , is applied between the source S and the drain D so that the source S side is negative and the drain D side is positive. Under such voltage application conditions, the reverse breakdown voltage of the diode is
BV D is the gate-source breakdown voltage of a conventional closed type J-FET when no diode is inserted.
Assuming BV GS , the apparent gate-source breakdown voltage BV′ GS of this embodiment is as follows.
BV′GS=BVGS+BVD
一方、ドレインD・ソースS回路ではダイオー
ドが順方向に挿入された形になつており、ドレイ
ンD・ソースS回路にバイアス電圧V′DSが印加さ
れると、ダイオードのpn接合11のビルドイン
ポテンシヤルVTが逆バイアスとして働くので、
V′DSがVTより小さい間はドレインD・ソースS間
電流I′DSは流れない。V′DSがVTより大きくなると
はじめてI′DSが流れるようになり、J−FETはそ
の動作を始めるが、I′DSの流れ始めたときのゲー
トG・ドレインD間の電圧V′DSはV′DS=V′DS+
V′GSであるから、V′GSが零VであつてもV′DGV′DS
(≒VT)が印加された形となる。その結果、第2
ゲート領域4・チヤネル領域7間のpn接合9に
V′DS分だけの逆バイアス電圧が印加されたことに
なり、この実施例のJ−FETのI′DSは従来のJ−
FETのそれより小さくなる。第3図bはこの実
施例の出力特性を示す図で、V′DSがpn接合のビル
ドインポテンシヤル分の電圧0.6V以上にならな
いと動作せず、この間は発熱等のパワーロスとし
て消費されるが電力用以外の小信号の用途では、
この位のパワーロスは問題にならない。また、
VGS=0VのときのIDSである飽和ドレイン電流IDSS
はこの実施例では前述のように第4図に参考まで
に出力特性を示した従来のJ−FETよりV′SG=
VT(≒0.6V)が印加される分だけ小さくなるが、
これも製造段階であらかじめI′DSSを大きく設定し
コントロールすれば全く問題とならず、FETと
して問題なく動作させることができる。 BV' GS = BV GS + BV D On the other hand, the drain D/source S circuit has a diode inserted in the forward direction, and when the bias voltage V' DS is applied to the drain D/source S circuit, the diode Since the build potential V T of pn junction 11 acts as a reverse bias,
While V' DS is smaller than V T , the drain D-source S current I' DS does not flow. I' DS starts to flow for the first time when V' DS becomes larger than V T and the J-FET starts its operation, but the voltage V' DS between gate G and drain D when I' DS starts flowing is V′ DS = V′ DS +
Since V′ GS , even if V′ GS is zero V, V′ DG V′ DS
(≒V T ) is applied. As a result, the second
At the pn junction 9 between the gate region 4 and channel region 7
This means that a reverse bias voltage equal to V' DS is applied, and I' DS of the J-FET in this embodiment is equal to that of the conventional J-FET.
It is smaller than that of FET. Figure 3b is a diagram showing the output characteristics of this embodiment.It does not operate unless V' DS becomes 0.6V or more, which corresponds to the build potential of the p-n junction. For small signal applications other than
This amount of power loss is not a problem. Also,
The saturated drain current I DSS is I DS when V GS = 0V
In this example, as mentioned above, V′ SG =
It becomes smaller by the amount of V T (≒0.6V) applied, but
This will not be a problem at all if I'DSS is set large and controlled in advance at the manufacturing stage, and the FET can be operated without problems.
以上実施例ではnチヤネルJ−FETについて
説明したが、この発明はpチヤネルJ−FETに
ついても適用できる。 In the above embodiments, an n-channel J-FET has been described, but the present invention can also be applied to a p-channel J-FET.
以上詳述したように、この発明では従来のクロ
ーズドゲート形J−FETのBVGSが小さく応用範
囲が狭いという欠点をダイオードをソースに直列
に接続した構造にすることによつて補い、クロー
ズドゲート形J−FETを活用してその高周波特
性が良好であるという特長を十分に発揮させるこ
とができる。更に、第2ゲート部の接合とダイオ
ードの接合とのビルドインポテンシヤルがソー
ス・ゲート間に挿入されるようになるので、この
範囲の電圧値であればゲート・ソース間を順バイ
アスしても入力インピーダンスは低下せず、この
ことは回路設計上の自由度を拡大する効果があ
る。なお、この発明はダイオードを1個挿入する
のみであるから集積回路の製造においてマスクパ
ターンを一部変更するだけで、製造プロセスその
他は従来と全く同様に製造できる。 As detailed above, this invention compensates for the shortcoming of the conventional closed-gate J-FET, which has a small BV GS and has a narrow range of application, by using a structure in which a diode is connected in series with the source. By utilizing J-FET, it is possible to fully utilize its feature of good high frequency characteristics. Furthermore, the build potential between the second gate junction and the diode junction is inserted between the source and gate, so if the voltage is within this range, even if the gate and source are forward biased, the input impedance will remain the same. does not decrease, which has the effect of expanding the degree of freedom in circuit design. Incidentally, since the present invention only requires the insertion of one diode, the manufacturing process and other aspects of the integrated circuit can be manufactured in exactly the same manner as in the prior art, by only partially changing the mask pattern.
第1図aは従来のクローズドゲート形J−
FETの平面パターン図、第1図bは第1図aの
B−B線での断面図、第2図aはこの発明の
一実施例を示す平面パターン図、第2図bはこの
第2図aのB−B線での断面図、第3図aは
この実施例の電圧印加状態を示す等価回路、第3
図bはこの実施例の出力特性図、第4図は参考ま
でに示す従来のJ−FETの出力特性図である。
図において、1は半導体基板、2は半導体層、
3は分離領域、4は第2ゲート領域、5はドレイ
ン領域、6はソース領域、10は半導体領域、1
6はソース電極である。なお、図中同一符号は同
一または相当部分を示す。
Figure 1a shows the conventional closed gate type J-
A planar pattern diagram of the FET, FIG. 1b is a sectional view taken along the line B-B of FIG. 1a, FIG. 3. A is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 3, and FIG.
FIG. b is an output characteristic diagram of this embodiment, and FIG. 4 is an output characteristic diagram of a conventional J-FET shown for reference. In the figure, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a semiconductor layer,
3 is an isolation region, 4 is a second gate region, 5 is a drain region, 6 is a source region, 10 is a semiconductor region, 1
6 is a source electrode. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
体基板、この半導体基板上に形成された第2伝導
形の半導体層、およびこの半導体層内に形成され
第1伝導形を有し他の部分と電気的に分離する分
離領域に囲まれた上記半導体層の部分の内に上記
半導体基板との間に所定の間隔をおいて環状に形
成された第1伝導形の第2ゲート領域を有し、上
記環状の第2ゲート領域で囲まれた上記半導体層
の部分をドレイン領域とし、上記分離領域と上記
第2ゲート領域とで挾まれた上記半導体層の部分
をソース領域とする接合形電界効果トランジス
タ、並びに上記分離領域の表面部の一部に第2伝
導形の半導体領域を形成し上記分離領域との間で
構成されたダイオードを備え上記ソース領域の表
面に形成されるソース電極が上記分離領域の表面
にまで延在するようにすることによつて上記接合
形電界効果トランジスタのソース回路に上記ダイ
オードが直列に接続され得るようにしたことを特
徴とする半導体集積回路装置。1. A semiconductor substrate of a first conductivity type constituting a first gate region, a semiconductor layer of a second conductivity type formed on this semiconductor substrate, and other parts formed in this semiconductor layer and having a first conductivity type. a second gate region of the first conductivity type formed in an annular shape at a predetermined distance from the semiconductor substrate within a portion of the semiconductor layer surrounded by an isolation region that is electrically isolated from the semiconductor substrate; , a junction field effect in which a portion of the semiconductor layer surrounded by the annular second gate region is a drain region, and a portion of the semiconductor layer sandwiched between the isolation region and the second gate region is a source region. A transistor, a semiconductor region of a second conductivity type is formed on a part of the surface of the isolation region, and a diode is configured between the transistor and the isolation region, and a source electrode formed on the surface of the source region is connected to the isolation region. A semiconductor integrated circuit device, characterized in that the diode extends to the surface of the region so that the diode can be connected in series to the source circuit of the junction field effect transistor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57059195A JPS58175873A (en) | 1982-04-07 | 1982-04-07 | Semiconductor integrated circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57059195A JPS58175873A (en) | 1982-04-07 | 1982-04-07 | Semiconductor integrated circuit device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58175873A JPS58175873A (en) | 1983-10-15 |
| JPS6349915B2 true JPS6349915B2 (en) | 1988-10-06 |
Family
ID=13106392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57059195A Granted JPS58175873A (en) | 1982-04-07 | 1982-04-07 | Semiconductor integrated circuit device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58175873A (en) |
-
1982
- 1982-04-07 JP JP57059195A patent/JPS58175873A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58175873A (en) | 1983-10-15 |
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