КРЕМНИЕВЫЙ ДМОП - ТРАНЗИСТОР

Областью применения данной полезной модели является микроэлектроника, а именно - конструкции современных полупроводниковых микросхем с мощными кремниевыми ДМОП-транзисторами, дискретными ДМОП-транзисторами и в биполярных транзисторах с изолированным затвором (БТИЗ).
Известны полупроводниковые микросхемы с мощными кремниевыми ДМОП-транзисторами, состоящими из базовой p-области, созданной методом диффузии, где формируется канал проводимости между стоком и истоком, области стока п-типа проводимости (см., например, патент США 5517046 Int. C1. H01L 29/78 от 14.05.1996 г., патент США 7635621 В2, Int. C1. H01L 21/8238 от 22.12.2009 г. ).
20
-3
Для формирования базовой р-области используется диффузия бора из газообразных или ионно-легированных источников. В качестве примеси для диффузионных областей истоков обычно используется фосфор, вводимый в кремний из газообразных или ионно-легированных источников. Выбор фосфора обусловлен равенством коэффициентов диффузии бора и фосфора и большой растворимостью фосфора в кремнии. Для уменьшения сопротивления областей истока уровень легирования выбирают достаточно высоким (примерно 10 и более см). Кроме фосфора, в качестве примеси для диффузионных областей истоков, можно использовать мышьяк. Применение мышьяка позволяет уменьшить поверхностное сопротивление слоев практически в два раза по сравнению с фосфором, что улучшает параметры сопротивления ДМОП транзисторов в открытом состоянии. Однако, в промышленности его применяют редко из-за высокой токсичности мышьяка и его соединений (например, арсина) и мышьяк из-за малого коэффициента диффузии мало пригоден для формирования ДМОП-транзисторов с высоким напряжением пробоя сток-исток.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является кремниевый ДМОП-транзистор, состоящий из базовой р-области, созданной методом диффузии, где формируется канал проводимости между истоком и стоком, области истока n-типа проводимости, сформированной методом диффузии мышьяка в базовой p-области (см., например, статью в журнале IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES. VOL. 37. NO. 4. APRIL 1990 «Optimally Scaled Low-Voltage Vertical Power MOSFET's for High-Frequency Power Conversion)) pp. 1141-1153, fig. 15b). Применение мышьяка для формирования истоков ДМОП-транзистора уменьшает примерно в 1,5-2 раза сопротивление участков металлизация-исток, металлизация-сток.
Однако известно, что одновременно имплантированные в кремний бор и мышьяк взаимодействуют в процессе термообработок, что приводит к результирующему распределению примесей, существенно отличающемуся от распределения в случае, когда эти примеси внедрены в кристалл отдельно.
Так, при диффузии мышьяка в области, легированные бором, значение коэффициента диффузии бора не контролируемо уменьшается, что приводит к появлению эффекта вдавливания (pull-эффект) областей, легированных бором (см. книгу Р. Маллера, Т. Кейсминса «Элементы интегральных схем)), перевод с английского Е.З. Мазеля и Л.С. Ходоша, Москва, Мир, 1989 г., с. 122-123). Данный эффект наблюдается из-за того, что при внедрении атомов мышьяка область истока испытывает растяжение, так как атомный радиус атомов мышьяка несколько больше атомного радиуса атомов кремния, а область кремния вне истока - сжатие, что приводит к разбросу концентраций примесей в базовой р-области. Поэтому канал проводимости в базовой р-области с истока на сток также имеет больший разброс по пороговому напряжению, сопротивлению канала и пробивному напряжению сток-исток, что снижает выход годных изделий.
Целью полезной модели является увеличение процента выхода годных изделий путем повышения воспроизводимости параметров канала в базовой р-области за счет ослабления эффекта взаимодействия базовой примеси и примеси истока и повышения напряжения пробоя.
As
B
P
As
B
B
P
As
Указанная цель достигается тем, что в отличие от известного устройства в предлагаемой полезной модели кремниевого ДМОП-транзистора, состоящего из базовой p-области, созданной методом диффузии, где формируется канал проводимости между истоком и стоком, области истока n-типа проводимости, сформированной методом диффузии мышьяка в базовой p-области, отличающаяся тем, что область истока дополнительно содержит между областью истока сформированной методом диффузии мышьяка и базовой p-областью диффузионную область, легированную фосфором, доза легирования которой определяется из соотношения 0,6D-2D≤D≤2,2D-2D, где D-доза легирования бором D -доза легирования фосфором, D -доза легирования мышьяком.
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что между областью истока сформированной методом диффузии мышьяка и базовой p-областью располагается диффузионная область легированная фосфором.
Так как атомный радиус фосфора составляет 1,1  и меньше атомного радиуса мышьяка, то при легировании фосфором с дозой, указанной в интервале приведенном выше, эффект вытеснения и вдавливания областей, легированных бором, не наблюдается.
При меньших дозах легирования фосфором наблюдается обратный эффект - эффект втягивания базовой области (pull-эффект), что снижает напряжение пробоя кремниевого ДМОП-транзистора.
При больших дозах легирования фосфором, эффект вытеснения областей сохраняется.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурой. На фиг. 1 приведен разрез предлагаемого кремниевого ДМОП-транзистора.
Позициями на фиг. 1 обозначены:
1 - кремниевая подложка n-типа проводимости;
2 - эпитаксиальная пленка n-типа;
3 - базовая p-область, созданная методом диффузии бора;
4 -область подлегирования к базовой p-области и делительные кольца;
5 - область истока, сформированная методом диффузии мышьяка;
6 - область истока, сформированная методом диффузии фосфора;
7 - подзатворный окисел;
8 - поликремниевый затвор;
9 - пиролитический окисел и ФСС;
10 - металлизация истока;
11 - металлизация стока.
Ниже описана конструкция предлагаемого кремниевого ДМОП-транзистора и основные этапы его изготовления. Предлагаемый кремниевый ДМОП-транзистор был изготовлен на напряжения 600 В и ток 20 А.
14
-2
15
-2
15
-2
15
-2
На кремниевой подложке n-типа проводимости 1 ориентацией 100, легированной сурьмой до удельного сопротивления 0,01 Ом·см, сформирована эпитаксиальная пленка n-типа 2 толщиной 70 мкм и сопротивлением 60 Ом·см. Далее проводится пирогенное окисление и формируется жесткая маска окисла толщиной 0.4 мкм, которая позволяет точно совместить различные области ДМОП-транзистора. Затем проводится дополнительное пирогенное окисление для получения в окнах маски тонкого окисла толщиной 360 . Через полученную маску методом ионной имплантации и диффузии формируются следующие области: базовая p-область 3 - доза бора 2·10 см, энергия 50 кэВ, глубина 3.2 мкм; области подлегирования к базовой p-области и делительные кольца 4 - доза бора 6·10 см, энергия 50 кэВ, глубина 1.6 мкм. При формировании n+ областей истока 5, 6 вначале проводится имплантация фосфора - доза 2·10 см, энергия 70 кэВ, а затем имплантация мышьяка - доза 4·10 см, энергия 120 кэВ. После этого проводится диффузия фосфора и мышьяка при температуре 950°С в течение 50 мин, в результате которой фосфор разгоняется на глубину 1.8 мкм, а мышьяк на 0,9 мкм. Далее маска окисла удаляется и выращивается подзатворный окисел 7 толщиной 500 . Далее формируется поликремниевый затвор 8, легированный фосфором. Затем проводится осаждение пиролитического окисла и ФСС 9, травление контактов и формирование металлизации истока 10. Стоком является подложка эпитаксиальной структуры 1, где формируется стандартная металлизация титан-никель-серебро 11 общей толщиной 1,5 мкм.
As
B
15
-2
14
-2
Ниже в таблице приведена зависимость параметров кремниевого ДМОП-транзистора от дозы легирования истока фосфором, при дозе легирования мышьяком D=4·10 см и дозе легирования бором D=2·10 см.
Как видно из таблицы (позиции 3 и 4), при дополнительном легировании мышьяком с дозой, лежащей в указанном диапазоне, параметры кремниевых ДМОП-транзисторов более стабильны.