КРЕМНИЕВЫЙ ДМОП - ТРАНЗИСТОР

Областью применения данной полезной модели является микроэлектроника, а именно - конструкции современных полупроводниковых микросхем с мощными кремниевыми ДМОП-транзисторами.
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 n-типа проводимости (см., например, патент США 5517046 Int. CI. H01L 29/78 от 14.05.1996 г., патент США 7635621 B2, Int. C1. H01L 21/8238 от 22.12.2009 г.).
20
-3
Для формирования базовой p-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. Однако, в промышленности его применяют редко из-за высокой токсичности мышьяка и его соединений (например, арсина).
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является кремниевый ДМОП-транзистор, состоящий из базовой p-области, созданной методом диффузии, где формируется канал проводимости между истоком и стоком, области истока n-типа проводимости, сформированной методом диффузии фосфора 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).
Однако известно, что одновременно имплантированные в кремний бор и фосфор 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 фосфора в области, легированные бором значение коэффициента диффузии бора не контролируемо увеличивается, что приводит к появлению эффекта вытеснения (push-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 фосфора область истока испытывает сжатие, так как атомный радиус атомов фосфора меньше атомного радиуса атомов кремния, а область кремния вне истока - растяжение, что приводит к разбросу концентраций примесей в базовой p-области. Поэтому канал проводимости в базовой p-области с истока на сток также имеет больший разброс по пороговому напряжению и сопротивлению канала, что снижает выход годных изделий.
Целью полезной модели является увеличение процента выхода годных изделий путем повышения воспроизводимости параметров канала в базовой p-области за счет ослабления эффекта вытеснения.
p
Sb
p
p
sb
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 фосфора в базовой p-области, область истока дополнительно содержит на поверхности диффузионную область, легированную сурьмой, доза легирования которой определяется из соотношения 0,22 D≤D≤0,3 D, где: D - доза легирования фосфором, D - доза легирования сурьмой.
p
Sb
p
p
Sb
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что область истока дополнительно содержит на поверхности диффузионную область, легированную сурьмой, доза легирования которой определяется из соотношения 0,22 D≤D<0,3 D, где: D-доза легирования фосфором, D -доза легирования сурьмой.
Так как атомный радиус сурьмы составляет 1,36-1,41  и больше атомного радиуса фосфора, то при легировании сурьмой с дозой, указанной в интервале приведенном выше, эффект вытеснения областей, легированных бором, не наблюдается.
При меньших дозах легирования сурьмой эффект вытеснения областей, легированных бором сохраняется.
При больших дозах легирования сурьмой, чем оговорено, наблюдается обратный эффект - эффект втягивания базовой области (pull-эффект), что снижает напряжение пробоя кремниевого ДМОП-транзистора.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 приведен разрез предлагаемого кремниевого ДМОП-транзистора. Позициями на фиг. 1 обозначены:
1 - кремниевая подложка p-типа проводимости;
2 - эпитаксиальная пленка р-типа;
3 - n-карман;
4 - базовая p-область;
5 - сток;
6 - контакт к p-карману;
7 - область истока, сформированная методом диффузии фосфора;
8 - область истока, сформированная методом диффузии сурьмы;
9 - область подлегирования к базовой p-области;
10 - слой изолирующего окисла кремния;
11 - поликремниевый затвор;
12 - металлизация истока;
13 - металлизация стока
Предлагаемый кремниевый ДМОП -транзистор был изготовлен в составе микросхемы мощного полупроводникового стабилизатора на 5 В и 6 А, изготовленной по БиКМОП ДМОП-технологии. Ниже описана конструкция предлагаемого кремниевого ДМОП-транзистора и основные этапы его изготовления.
12
-2
13
-2
13
-2
13
-2
14
-2
15
-2
15
-2
12
-2
На кремниевой подложке p-типа проводимости 1 ориентацией 100, легированной бором до удельного сопротивления 12 Ом·см, сформирована эпитаксиальная пленка p-типа 2 толщиной 12 мкм и сопротивлением 9 Ом·см. Затем методом ионной имплантации формируется n-карман 3 - доза фосфора 5·10 см, энергия 70 кэВ, глубина 5.5 мкм. 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 4 - доза бора 5·10 см, энергия 40 кэВ, глубина 3.0 мкм; области стока 5 - доза фосфора 2.5·10 см, энергия 60 кэВ, глубина 1.8 мкм; области контакта к p-карману 6 - доза бора 9·10 см, энергия 40 кэВ, глубина 1.6 мкм; области подлегирования к базовой области 9 - доза бора 6·10 см, энергия 20 кэВ, глубина 1.0 мкм. При формировании n+ областей истока 7, 8 и подлегирование стока 5 вначале проводится имплантация фосфора - доза 6·10 см, энергия 40 кэВ, а затем имплантация сурьмы - доза 1,7·10 см, энергия 40 кэВ. После этого проводится диффузия фосфора и сурьмы при температуре 950°C в течение 20 мин, в результате которой фосфор разгоняется на глубину 1.0 мкм, а сурьма на 0,2 мкм. Далее маска окисла удаляется и выращивается подзатворный окисел толщиной 500. Через слой изолирующего окисла кремния 10 по всей поверхности проводится подлегирование бором с дозой 5·10 см и энергией 40 кэВ. Далее формируется поликремниевый затвор 11 легированный фосфором. Затем проводится осаждение пиролитического окисла и ФСС, травление контактов и формирование металлизации истока 12 и стока 13.
p
13
-2
Ниже в таблице приведена зависимость параметров кремниевого ДМОП-транзистора от дозы легирования истока сурьмой, при дозе легирования фосфором D=6·10 см.
Как видно из таблицы, при дополнительном легировании сурьмой с дозой, лежащей в указанном диапазоне, параметры кремниевых ДМОП-транзисторов более стабильны.