DE19719165A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem monolithisch integrierten oder diskret ausgeführten ak­ tiven Schaltelement wie insbesondere einer steuerbaren Diode, Triode, Tetrode, oder einem Transistor, welches Schaltelement ein von konstruktions- und/oder fertigungsbedingten Parame­ tern vorbestimmtes Steuerverhalten aufweist.

Bei MOS-Bauelementen hängt die Verstärkung bekanntlich vom eingestellten Arbeitspunkt bzw. der angelegten Gate-Vorspan­ nung ab, so daß die Verstärkung über eine Variation des Ar­ beitspunktes geregelt werden kann. Bei einer bevorzugten An­ wendung eines solchen Halbleiterbauelementes bei Fernseh- Tunern kommen MOS-Tetroden zum Einsatz, bei denen eine Re­ gelspannung über ein separates Gate zugeführt wird, wobei ei­ ne zu regelnde Verstärkung typischerweise über einen Bereich von über 40 dB möglich ist. Bei dieser Art der Regelung wer­ den größere Bereiche der Übertragungskennlinie durchfahren. Hierbei stellen Arbeitspunkte im Bereich von Krümmungen in der Übertragungskennlinie problematische Stellen dar, da an diesen insbesondere bei größeren Pegeln oftmals Signalverzer­ rungen auftreten. Das Großsignalverhalten kann sich drastisch verschlechtern. Bei der Anwendung bei Fernseh-Tunern treten beispielsweise an solchen Übertragungsbereichen häufig Ein­ brüche im Intermodulationsabstand auf. Bei Empfängern jeder Art wird mit zunehmender Senderdichte und Senderfeldstärken aber gerade diese Intermodulationsfestigkeit wichtig. Allge­ mein sind gleichmäßig flach verlaufende Regelkennlinien gün­ stig, da sie von der Anwendung her besser beherrschbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbau­ element mit einem monolithisch integrierten oder diskret aus­ geführten aktiven Schaltelement wie insbesondere einer bei Tunern zur Anwendung gelangenden MOS-Tetrode mit einer ver­ besserten Regelcharakteristik zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch das Halbleiterbauelement nach An­ spruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Schaltelement durch eine aus wenigstens zwei oder mehreren Teilkomponenten glei­ cher Funktion zusammengesetzte Baugruppe ausgebildet ist, wo­ bei sich die Teilkomponenten in wenigstens einem qualitativen oder quantitativen Parameterwert voneinander unterscheiden. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß sich die wenigstens zwei Teilkomponenten des Schaltelementes zumindest in einem geome­ trischen und/oder technologischen Gestaltparameterwert unter­ scheiden, und parallel geschaltet sind. Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung stellen die Teilkompo­ nenten des aktiven Schaltelementes MOS-Zellen mit unter­ schiedlichem Steuerverhalten dar.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, verschiedene MOS-Zellen des aktiven Schaltelementes mit wenigstens gering­ fügig unterschiedlichem Regelverlauf auszubilden und diese im Sinne einer Gesamtwirkung des Bauelementes parallel zu schal­ ten. Da auf diese Weise nicht alle MOS-Zellen den gleichen Regelverlauf besitzen, tritt in der Gesamtwirkung eine Mitte­ lung über die einzelnen Teilkomponenten des Schaltelementes auf. Durch eine geeignete Kombination unterschiedlicher MOS- Zellen gelingt es, eine Reduzierung der Krümmung an kriti­ schen Stellen der Übertragungskennlinie des Bauelementes zu erzielen, und dadurch die gesamte Regelcharakteristik des Bauelementes zu verbessern.

Ein unterschiedliches Regelverhalten der auf demselben Halb­ leiterchip ausgebildeten Teilkomponenten des Schaltelementes kann vorteilhafterweise durch folgende konstruktions- bzw. fertigungsbedingte Maßnahmen erzeugt werden:

• a) Einstellen unterschiedlicher Einsatzspannungen der jewei­ ligen Teilkomponenten aufgrund unterschiedlicher technolo­ gischer Parameter bei ansonsten gleichen geometrischen Merkmalen der Teilkomponenten. Bei dem bevorzugten Anwen­ dungsfall eines MOS-Halbleiterbauelementes kann beispiels­ weise eine unterschiedliche Gateoxiddichte der Teilkompo­ nenten und/oder eine unterschiedliche Kanalimplantation der Teilkomponenten vorgenommen werden.
• b) Darüber hinaus ist auch eine Einstellung unterschiedlicher geometrischer Merkmale der Teilkomponenten bei im übrigen gleichen technologischen Parametern der Teilkomponenten des Schaltelementes denkbar. Beispielsweise können durch Ausbilden unterschiedlicher Gate-Längen und/oder Gate- Abstände bei gleicher Technologie in Teilbereichen des Halbleiterchips ortsabhängige längenbezogene Steilheiten und/oder Widerstandsgebiete der Teilkomponenten einge­ stellt werden.
• c) Bei aktiven Schaltelementen mit mehreren Steuerelektroden können unterschiedliche Verhältnisse der Eigenschaften der wenigstens zwei Steuerelektroden eingestellt werden. Bei­ spielsweise sind bei MOS-Tetroden mit zwei Steuerelektro­ den bzw. Steuer-Gates G1 und G2 unterschiedliche G1 zu G2- Verhältnisse einstellbar.

Die vorgenannten Maßnahmen a) bis c) zur Einstellung unter­ schiedlicher qualitativer oder quantitativer Parameterwerte der Teilkomponenten können untereinander auch kombiniert oder mehrfach kombiniert sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles weiter erläutert. Im ein­ zelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer MOS-Triode in Draufsicht mit zwei Teilkomponenten unterschiedlicher Einsatzspannung; und

Fig. 2 einen Vergleich der Übertragungskennlinien von her­ kömmlichen und erfindungsgemäßen MOS-Trioden, wobei nach oben die Steilheit in Abhängigkeit der nach rechts in willkürlichen Einheiten aufgetragenen Gate- Spannung dargestellt ist.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt ein auf einem Silizium-Halbleitersubstrat 1 ausgebil­ detes aktives Schaltelement in Form einer MOS-Triode 2 mit einem Source-Bereich 3, Gate-Bereich 4, Drain-Bereich 5, wo­ bei das Schaltelement durch zwei Teilkomponenten und ausgebildet ist, die funktionell gleichartige, parallel ge­ schaltete MOS-Zellen des Schaltelementes 2 darstellen. Neben den unterschiedlichen Geometriemerkmalen, hier unterschiedli­ che Flächenbelegungen der Teil-Source-Bereiche 3a, 3b, Teil- Gate-Bereiche 4a, 4b, sowie Teil-Drain-Bereiche 5a, 5b unter­ scheiden sich die beiden MOS-Zellen im dargestellten Fall vor allem durch unterschiedlich eingestellte Kanalimplantationen: Die Teilkomponente besitzt gegenüber der Teilkomponente eine etwa um 1,2 V geringere Einsatzspannung. In der Gesamt­ wirkung ergibt sich eine Mittelung des Regelverlaufes über die einzelnen Teilkomponenten, wodurch eine gewünschte Glät­ tung der Übertragungskennlinie des Halbleiterbauelementes er­ zielt werden kann, die folgendermaßen erklärt werden kann: Durch eine unterschiedliche Einsatzspannung der beiden Teil­ komponenten verursacht, beginnt im Vergleich zu einem her­ kömmlichen Bauelement ohne Variation der Grundzelle eine Teilkomponente des Bauelementes bei geringerer Spannung und die andere Zelle bei einer deutlich höheren Spannung abzure­ geln. Dadurch wird der Regelverlauf des Halbleiterbauelemen­ tes über einen größeren Spannungsbereich gestreckt. Im Ergeb­ nis ist die Abregelkurve gestreckter und weniger gekrümmt.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Grafik, wie eine flache­ re Kennlinie im Anlaufbereich eingestellt werden kann. Darge­ stellt ist die Steilheit (Y-Achse) in Abhängigkeit der Gate- Spannung (X-Achse) in willkürlichen Einheiten. Das Größenver­ hältnis der beiden Teilkomponenten liegt hierbei bei 1 : 5, der Unterschied der Einsatzspannungen der jeweiligen Teilkompo­ nenten bei etwa 1,2 V. Die Linie a gibt die Kennlinie der kleineren Teilkomponente wieder, die Linie b diejenige der größeren Teilkomponente . Die Linie a + b gibt den Verlauf der Übertragungskennlinie des aktiven Schaltelementes 2 nach Fig. 1 insgesamt wieder, also bei einer Kombination der bei­ den parallel geschalteten Teilkomponenten a + b. Zum Ver­ gleich zeigt die gestrichelte Linie die Kennlinie einer nicht unterteilten Triode mit einer Einsatzspannung entsprechend der Teilkomponente b, jedoch mit den geometrischen Abmessun­ gen entsprechend der Summe von a und b wieder. Ein Vergleich der Kurve a + b mit der gestrichelten Linie demonstriert den Vorteil des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes.

Bezugszeichenliste

1

Silizium-Halbleitersubstrat

2

MOS-Triode

3

,

3

a,

3

bSource-Bereiche

4

,

4

a,

4

bGate-Bereiche

5

,

5

a,

5

bDrain-Bereiche
a, b, a + b Kennlinien
und Teilkomponenten

Claims (5)

1. Halbleiterbauelement mit einem monolithisch integrierten oder diskret ausgeführten aktiven Schaltelement (2) wie ins­ besondere einer steuerbaren Diode, Triode, Tetrode, oder ei­ nem Transistor, welches Schaltelement (2) ein von konstrukti­ ons- bzw. fertigungsbedingten Parametern vorbestimmtes Steu­ erverhalten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (2) durch eine aus wenigstens zwei oder mehreren Teilkomponenten (a, b) gleicher Funktion zusam­ mengesetzte Baugruppe ausgebildet ist, wobei sich die Teil­ komponenten (a, b) in wenigstens einem qualitativen oder quantitativen Parameterwert voneinander unterscheiden.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die wenigstens zwei Teilkomponenten (a, b) des Schaltelementes (2) zumindest in einem geometrischen und/oder technologischen Gestaltparameterwert unterscheiden, und par­ allel geschaltet sind.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkomponenten (a, b) des aktiven Schaltelementes (2) MOS-Zellen mit unterschiedlichem Steuerverhalten darstel­ len.

4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Teilkomponente (a, b) des aktiven Schaltelementes (2) eine Steuerelektrode (4) aufweist, und die unterschiedli­ chen Parameterwerte der Teilkomponenten (a, b) durch unter­ schiedliche Einsatzspannungen und/oder unterschiedliche Geo­ metriemerkmale der Teil-Steuerelektroden (4a, 4b), insbeson­ dere unterschiedliche Elektrodenlängen und/oder Elektrodenab­ stände, bei ansonsten gleichen technologischen Parameterwer­ ten der Teilkomponenten (a, b) ausgebildet sind.

5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Schaltelement (2) wenigstens zwei oder mehr Steuerelektroden besitzt, und die unterschiedlichen Parame­ terwerte der Teilkomponenten (a, b) durch unterschiedliche Verhältnisse der Eigenschaften der wenigstens zwei Steuere­ lektroden ausgebildet sind.