Brevet FR2752337A1 — publié le 19980213

La présente invention concerne les transistors métal-oxyde-semiconducteur de type horizontal à double diffusion (LDMOS). Dans certaines applications des transistors LDMOS, par exemple les commutateurs LDMOS, il est souhaitable que la résistance drain-source à l'état conducteur, soit RDSON, soit aussi petite que possible, de façon que la tension drain-source et, par conséquent, la dissipation de puissance soient faibles. La résistance d'état conducteur RDSON bun LDMOS dépend de la résistance du canal, Rch, et de la résistance de migration, Rdrift, sur la région de migration, qui est la région comprise entre la région de grille et la région de drain. La résistance de migration Rdrift vaut environ 2/3 de la résistance d'état conducteur RDSON, et la résistance de canal est d'environ 1/3 de la résistance d'état conducteur RDSON. Dans un transistor LDMOS normal, celui-ci comprend une pluralité de doigts interdigités de source et de drain. Dans un tel transistor LDMOS, il est possible de réduire la résistance d'état conducteur RDSON en augmentant la largeur des doigts. Toutefois, ceci augmente l'aire du transistor LDMOS et, par conséquent, le coût de ce transistor. Le brevet des EUA ? 5 192989 décrit un transistor LDMOS ayant une résistance d'état conducteur réduite qui possède une matrice de diffusions circulaires de source et de drain dans un ensemble hexagonal. Toutefois, le fait d'avoir des diffusions cellulaires de drain et de source a pour conséquence qu'il y a moins d'aire pour la circulation du courant et que, par conséquent, la résistance est plus élevée que dans un transistor LDMOS ayant des doigts interdigités de source et de drain. De plus, lorsque le drain est cellulaire, la région de drain et le contact de drain présentent tous deux une petite aire, et, par conséquent, la région de migration entourant la région de drain est petite. Puisque l'aire de la région de migration détermine la capacité d'entretien de tension du transistor LDMOS, ces transistors LDMOS cellulaires présentent une capacité réduite d'entretien de tension. Le besoin existe donc d'un transistor LDMOS qui possède une résistance d'état conducteur réduite sans avoir une augmentation de l'aire globale du transistor. En d'autres termes, le besoin existe d'un transistor DMOS dont le produit RDSON*AIRE, où AIRE désigne l'aire active du transistor, est réduit. Selon l'invention, il est proposé un transistor LDMOS qui comprend une pluralité de cellules de transistor disposées suivant des lignes parallèles, chaque cellule de transistor comprenant: une région de source formée dans une aire de matière semiconductrice et entourée par une région de grille, la région de grille d'une cellule de transistor étant connectée aux régions de grille des cellules de transistor qui sont voisines suivant une ligne respective ; et une région de drain formée dans l'aire de matière semiconductrice et autour de la région de grille, la région de drain étant séparée de la région de grille par une région de migration, les régions de drain et de migration des cellules de transistor présentes dans chacune des lignes étant respectivement connectées de façon à former des doigts intégrés de drain et de migration autour des régions de grille des cellules de transistor dans chacune des lignes, où les doigts de drain et de migration intégrés sont non rectilignes de manière à augmenter la largeur du doigt de migration intégré dans la direction des lignes. Puisque la résistance d'état conducteur RDSON varie en proportion inverse de la région de migration, les doigts de drain et de migration non rectilignes à largeur accrue selon l'invention permettent une réduction de la résistance d'état conducteur RDSON. De plus, l'invention procure une augmentation de l'aire de la région de migration, ce qui augmente la capacité d'entretien de tension du transistor LDMOS selon l'invention, par comparaison avec les transistors LDMOS connus. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est une représentation simplifiée en section droite d'une partie d'un transistor LDMOS; la figure 2 est une représentation suivant une vue en plan de dessus d'une partie d'un transistor LDMOS connu; la figure 3 est une vue en plan de dessus simplifiée d'une partie d'un transistor LDMOS selon l'invention; les figures 4 à 6 sont des vues en section droite d'une partie d'un transistor LDMOS selon l'invention, à différents stades de sa fabrication; la figure 7 est une représentation de circuit du transistor LDMOS formé selon le processus décrit en liaison avec les figures 4 à 6; la figure 8 est une vue en plan de dessus d'une partie d'un transistor LDMOS selon un mode de réalisation préféré de l'invention, formé selon le procédé décrit en liaison avec les figures 4 à 6 la figure 9 montre une partie de la figure 2, ci-dessus présentée, de manière plus détaillée, où un contact de drain est inclus ; et la figure 10 montre une partie de la figure 8 ci-dessus présentée, dans laquelle un contact de drain est montré de manière plus détaillée. Sur la figure 1, est présenté un schéma d'un transistor LDMOS qui possède une région de source 2, une région de grille 4 et une région de drain 6. Le canal est formé par une région 10 et possède une longueur 8 qui est définie par la différence entre les deux diffusions qui forment la région 10 et la région de source 2. La région 12 formée entre la région de grille 4 et la région de drain 6 est appelée la région de migration, laquelle région de migration possède une longueur 14 et une largeur 22. Le canal possède une résistance Rch, une région d'accumulation placée entre la région de migration 12 et le canal 10 possède une résistance d'accumulation Racc, et la région de migration possède une résistance de migration Rdrift. La résistance d'accumulation Racc est négligeable. Comme mentionné cidessus, Rch vaut environ 1/3 RDSON et Rdrift vaut environ 2/3 RDSON. On se reporte maintenant à la figure 2, qui montre un schéma du LDMOS classique, comprenant une pluralité de doigts interdigités de source 2, de drain 6, de migration 12 et de grille 4. Selon cette disposition, le courant circule parallèlement d'un doigt de source 2 à un doigt de drain 6, de sorte que, plus la largeur des doigts est grande, et plus la résistance de dérive Rdrif est petite. En d'autres termes, plus la largeur 22 de la région de migration 12 est petite, et plus la résistance de dérive Rdrift est petite, si bien que la résistance d'état conducteur RDSON est d'autant plus petite. Toutefois, pour réduire la résistance d'état conducteur, il faut augmenter la largeur des doigts, ce qui augmente la taille du transistor LDMOS. Il faudrait donc réduire la résistance d'état conducteur sans augmenter notablement l'aire du transistor LDMOS. On se reporte maintenant à la figure 3, qui montre une représentation simplifiée du schéma de deux cellules de transistor 50 d'un transistor LDMOS selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Chaque cellule de transistor 50 comprend une région de source 52 entourée par une région de grille 54. Les régions de grille 54 de cellules de transistor adjacentes placées suivant une ligne sont connectées à des noeuds respectifs 56. Une région de drain 58 est formée autour de la région de gnlle 54 et est séparée de la région de grille 54 par une région de migration 60. Les régions de drain 58 et de dérive 60 sont formées sensiblement autour de toute la région de grille 54 à l'exception de l'endroit où les régions de grille adjacentes 54 sont connectées aux noeuds 56. Au voisinage des noeuds 56, les régions de drain 58 des cellules adjacentes suivant chaque ligne sont connectées de façon que chaque ligne de cellules de transistor possède un premier doigt de drain intégré 59 et un premier doigt de migration intégré 61 entourant un côté des régions de gnlle 54 ainsi qu'un deuxième doigt de drain intégré 65 et un deuxième doigt de migration intégré 63 entourant l'autre côté des régions de grille 54. Les premiers doigts de drain intégrés 59 et les deuxièmes doigts de drain intégrés 65 ainsi que les premiers doigts de migration intégrés 61 et les deuxièmes doigts de migration intégrés 63 des cellules de transistor de chaque ligne sont non rectilignes autour de la région de grille afin d'augmenter la largeur de la région de migration dans la direction de la ligne respective de cellules de transistors Dans le mode de réalisation préféré qui présenté sur la figure 3, la région de source 52 possède une forme sensiblement carrée et les régions de drain 58 et de migration 60 possèdent des formes en marches d'escalier ou en zigzag. Toutefois, la région de source 52 peut avoir d'autres formes, comme une forme circulaire ou une forme hexagonale, ou même une forte pentagonale, ou encore d'autres types de formes polygonales. Pour ces autres formes, la région de grille entoure la région de source et les régions de drain et de migration présentent des formes en zigzag qui entourent des régions de grille. On va maintenant présenter un procédé de formation d'un transistor LDMOS à canal N selon l'invention, en liaison avec les figures 4 à 7. On fait croître sur un substrat 82 ayant le type de conductivité P, une couche épitaxiale 80 du type de conductivité N. On dépose sur la couche épitaxiale N 80 des couches d'oxyde 84 épaisse et mince afin de former une région active 86 du transistor LDMOS, comme représenté sur la figure 4. Dans l'aire active 86, dont une partie seulement est présentée sur la figure 5, on dépose du silicium polycristallin sur la couche d'oxyde mince 84, puis on lui applique un tracé de motif et une gravure afin de former des régions de grille 88. On forme un masque sur les régions de grille 88 et la couche d'oxyde mince 84, puis, entre les régions de grille 88, on forme par implantation des régions 90 de type de conductivité PHV, par exemple à l'aide d'ions de bore (B11+). Après formation des régions PHV 90 par implantation, on forme dans les régions PHV 90 des régions 92 de type de conductivité PSD, en utilisant un masque, comme cela est bien connu dans la technique, et comme on peut le voir sur la figure 6. On utilise un autre masque pour implanter une matière de type de conductivité NSD dans les régions PHv 90 et dans la couche épitaxiale 80. Les régions NSD 94 se trouvant dans les régions PHv 90 forment les régions de source tandis que les régions NSD 96 se trouvant dans la couche épitaxiale 80 forment les régions de drain. La région de la couche épitaxiale 80 se trouvant entre la région de grille 88 et la région de drain NSD 96 est la région de migration 98, qui possède une longueur 99. On effectue ensuite un dépôt dit de métallisation afin de former des contacts pour la région de source 94 et la région PSD 92 (la source est couplée à la région PSD/PHV de corps), les régions de drain 96 et de grille 88 de toutes les cellules du transistor LDMOS. Le symbole réservé à un tel transistor LDMOS est présenté sur la figure 7. Une vue en plan de dessus de cinq cellules de transistor 100 d'un LDMOS à canal N selon l'invention, qui a été fabriqué selon le procédé ci-dessus décrit est présentée sur la figure 8. Les régions analogues à celles des figures 4 à 7 sont désignées par les mêmes numéros de référence. Chaque cellule de transistor 100 comprend une région de source NSD 94 possédant un contact de source 102 et entourée par une région de grille 88. Les régions de grille 88 de cellules adjacentes comprises dans une ligne sont connectées. Une région de drain 96 est formée autour de la région de grille 88 et est séparée de la région de gnlle 88 par une région de migration 98. Les régions de drain 96 de toutes les cellules de transistor formant une ligne, par exemple la ligne 106, sont connectées de manière à former deux doigts de drain intégrés 108, 110 qui possèdent des formes non rectilignes, et deux doigts de migration non rectilignes intégrés 112, 114. En comparant les figures 2 et 8, on pourra noter que la forme non rectiligne des doigts de migration 112, 114 et de drain 108, 110 augmente la largeur de ces doigts par comparaison avec la largeur des régions de drain et de migration du transistor LDMOS connu qui est représenté sur la figure 2 et que, de plus, la combinaison des régions de source avec les régions de grille environnantes et les doigts non rectilignes selon l'invention offre une augmentation de la largeur des doigts de drain et de migration sans augmenter l'aire du transistor. La distance entre les contacts de source du transistor LDMOS selon l'invention, lorsque ceux-ci sont fabriqués à l'aide du procédé SmartMOS 3, de la société Motorola, zinc., est d'environ 17,4 tam, que l'on comparera aux 19,4 m du transistor LDMOS de la figure 2, obtenu par ce même procédé SmartMOS 3. En fait, l'augmentation de la largeur de la région de migration peut aller jusqu'à 30%. Puisque la résistance d'état conducteur RDSON varie en proportion inverse de la région de migration, l'invention permet une réduction de la résistance de l'état conducteur RDSON. Par conséquent, l'invention permet de réduire le produit RDSON*AIRE, où AIRE est l'aire active du transistor. On se reporte maintenant à la figure 9, qui montre une partie du transistor LDMOS connu tel que le montre la figure 2. les règles conceptuelles imposent typiquement que, dans le procédé SmartMOS 3, un contact de drain 120 ait une longueur minimale 122 de 1,76 ,um et que la région de drain 6 ait une distance minimale 124 de 0,88 î'm de part et d'autre du contact de drain 120. Ainsi, le doigt de drain du transistor LDMOS connu demande une longueur minimale de 3,52cri. Un mode de réalisation préféré du transistor LDMOS selon l'invention réduit la longueur totale nécessaire du drain en utilisant efficacement la forme non rectiligne des doigts de drain. Dans le mode de réalisation préféré de la figure 8, le transistor LDMOS possède de petits contacts de drain sensiblement quadrilatéraux 104 qui sont placés à intervalles le long des doigts de drain intégrés 108, 110. Les contacts 104 sont placés à un sur deux des sommets 130 de chaque doigt de drain en forme de zigzag 108, 110. Comme on peut le voir sur la figure 10, chaque sommet 130 est conçu de manière à avoir une plus grande longueur que le reste des doigts de drain, de sorte que la distance 132 entre tous les côtés du contact de drain 104 et la région de drain est encore égale ou supérieure à 0,88,ut. Toutefois, la longueur du reste du doigt de drain est d'au moins 1,76,um. Par conséquent, l'invention peut avoir une diffusion de drain d'une aire plus petite, par comparaison avec les transistors LDMOS connus, ce qui signifie que le transistor LDMOS selon l'invention aura une plus faible résistance entre son drain et sa source. Bien que des contacts de drain carrés 104 aient été présentés sur les figures 8 et 10, on aura compris que d'autres formes de contacts pourraient également être mises en oeuvre. Dans la description donnée ci-dessus, le transistor LDMOS selon l'invention a été décrit sous la forme d'un dispositif à canal N. Toutefois, l'invention peut également être appliquée à un dispositif à canal P. On aura donc compris qu'il n'est pas envisagé de limiter l'invention à des régions ayant le type de conductivité particulier fixé dans la description ci-dessus. De plus, l'invention est également applicable à d'autres types de transistors LDMOS, comme des LDMOS à oxyde de champ et n'est pas limité au modèle particulier décrit ci-dessus. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif, non limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Transistor LDMOS, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de cellules de transistor disposées en lignes parallèles, chaque cellule de transistor comprenant: une région de source formée dans une aire de matière semiconductrice et entourée par une région de grille, la région de grille d'une cellule de transistor étant connectée aux régions de grille des cellules de transistor adjacentes suivant une ligne respective ; et une région de drain formée dans l'aire de matière semiconductrice et autour de la région de grille, la région de drain étant séparée de la région de grille par une région de migration, les régions de drain et de migration des cellules de transistor qui se trouvent dans chacune des lignes étant respectivement connectées de façon à produire des doigts de drain et de migration intégrés autour des régions de grille des cellules de transistor se trouvant dans chacune des lignes, où les doigts de drain et de migration intégrés sont non rectilignes de façon à augmenter la largeur du doigt de migration intégré dans la direction des lignes. 2. Transistor LDMOS selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région de source possède une forme sensiblement polygonale, et que les doigts de drain et de migration de chacune des lignes ont chacun une forme en zigzag. 3. Transistor LDMOS selon la revendication 2, caractérisé en ce que la région de source possède une forme sensiblement carrée, et les doigts de drain et de migration de chacune des lignes ont chacun une forme en zigzag. 4. Transistor LDMOS selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pluralité de contacts de drain de forme quadrilatérale situés à intervalles les uns des autres le long de chaque doigt de drain intégré, où chacun des doigts de drain intégrés possède, à l'emplacement des sommets de sa forme en zigzag, une longueur supérieure à la longueur du reste du doigt de drain intégré respectif, et où les contacts de drain sont placés en un sur deux des sommets des doigts de drain en forme de zigzag. 5. Transistor LDMOS selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région de source possède une forme sensiblement circulaire, et les doigts de drain et de migration de chacune des lignes ont chacun une forme en zigzag.