ДМОП ТРАНЗИСТОР

Полезная модель относится к области электронной техники, а именно к металл-окисел-полупроводник транзистору с двойной диффузией (ДМОП), и может быть использована как в качестве дискретного прибора, так и в качестве элемента при создании интегральных микросхем различного назначения.
Известен ДМОП транзистор [1], включающий формирование N+скрытого слоя и эпитаксиального слоя N-типа на кремниевой подложке Р-типа, формирование подзатворного окисла, нанесение слоя поликристаллического кремния, формирование базы транзистора Р-типа, N-дрейфовой области, N+стоковых и истоковых областей, металлических контактов к затвору, к базе, к стоковой и истоковой областям.
Одним из главных недостатков такого транзистора является эффект "прокола" (продавливания) базы N+истоком в случае использования ионного легирования фосфора в сток-истоковые области N+типа, что приводит к ухудшению основных параметров транзистора.
Технический результат полезной модели заключается в усовершенствовании конструкции ДМОП транзистора с целью исключения эффекта "прокола" (продавливания) базы, улучшения электрических параметров транзистора: уменьшение величины тока утечки сток-исток, увеличение пробивного напряжения, а также в минимизации количества фотолитографий изготовления транзистора в составе интегральной микросхемы (ИМС).
Технический результат достигается тем, что ДМОП транзистор, сформированный на подложке Р-типа со скрытым слоем N+типа и эпитаксиальным слоем Р- или N- типа, в N-кармане, с поликремниевым затвором, расположенным на поверхности N-кармана, базой Р-типа, сформированной в N-кармане самосовмещением по маске поликремниевого затвора, истока N+типа, сформированного в базе Р-типа ионной имплантацией по маске поликремниевого затвора, стока N+типа, сформированного в N-кармане ионной имплантацией по маске полевого окисла, включает в себя в области истока глубокий слой Р+типа с фиксированным расстоянием от 0.5 до 1 мкм до затвора и скругление внутренних прямых углов поликремниевых затворов в ячейках транзистора. Для изготовления ИМС, имеющей в составе заявленный ДМОП транзистор, необходимо всего лишь 13 фотолитографических операций.
Сущность полезной модели поясняется фиг.1-12, где фиг.1 - сечение прототипа ДМОП транзистора, фиг.2 - сечение предлагаемого ДМОП транзистора, фиг.3-9 - предлагаемая конструкция ДМОП транзистора в составе ИМС, фиг.10 - конструктивные особенности ячеек ДМОП транзистора, фиг.11-12 - вид характеристики пробивного напряжения ДМОП транзистора, и заключается в том, что в ДМОП транзисторе расстояние между Р+глубоким слоем и поликремниевым затвором фиксировано в диапазоне от 0,5 мкм до 1,0 мкм (фиг.2, зависит от конкретной производственной линии) и поликремниевый затвор имеет скругления внутренних углов в ячейках (фиг.10, длина скруглений 1-1.4 мкм). Это позволяет избежать прокола базы N+истоком и тем самым уменьшить уровень утечек между стоком и истоком. Эффект уменьшения величины утечки заключается в следующем: база Р-типа формируется ионной имплантацией по поликремниевому затвору, поликремниевый затвор используется как маска, скругление внутренних углов поликремниевого затвора обеспечивает равномерное распределение концентрации примеси в базе под затвором после разгонки (диффузии) примеси; Р+глубокий слой компенсирует эффект каналирования фосфора в истоке, расстояние от Р+глубокого слоя до затвора должно быть таким, чтобы обеспечивало достаточную концентрацию бора под N+истоком. Такая конструкция ДМОП транзистора позволяет уменьшить утечки сток-исток и тем самым увеличить пробивное напряжение транзистора, при этом такой важный параметр как сопротивление транзистора в открытом состоянии не изменяется. Концентрации легирующих примесей в диффузионных слоях технологического процесса подобраны таким образом, что тринадцать фотолитографий позволяют получить в составе элементной базы не только ДМОП, но и высоковольтные и низковольтные МОП, высоковольтный полевой транзисторы, высоковольтные и низковольтные NPN, низковольтные PNP транзисторы, диоды Зенера и Шотки.
Транзистор формируется в подложке Р-типа 40 со скрытым слоем N+типа 43. Затем выращивается эпитаксиальный слой Р-типа или N-типа 41 (фиг.3). Скрытый слой N+типа 43 уменьшает влияние биполярного паразитного PNP транзистора.
Следующий (фиг.4) карман N-типа 42 формируется в эпитаксиальной пленке Р-типа и после разгонки сливается со скрытым слоем 43.
Следующий этап - формирование полевого окисла 53 и глубокого Р+ слоя 45 (фиг.5). Дрейфовая N-область транзистора расположена под полевым окислом. Горизонтальный размер полевого окисла (от 0,5 до 0,8 мкм) определяет длину дрейфовой области; чем меньше этот размер, тем меньше сопротивление транзистора в открытом состоянии. Использование полевого окисла также уменьшает емкость Миллера и увеличивает пробивное напряжение сток-исток транзистора. Фиксированное расстояние Р+глубокого слоя 45 до поликремниевого затвора компенсирует эффект каналирования фосфора в базе ДМОП транзистора.
Поликремниевый затвор 46 осаждается на поверхность подзатворного окисла 44 (фиг.6). Затем поликремний легируется фосфором.
База Р-типа 49 формируется ионным легированием по маске поликремния. Поликремниевый затвор ячеек ДМОП транзистора имеет скругления внутренних углов (фиг.10). Такая конструкция затвора позволяет добиться равномерного распределения концентрации примеси в базе ДМОП транзистора под поликремниевым затвором.
Следующие (фиг.8) сток 54 и исток 52 формируются с использованием слоя 100. Для легирования стоковой и истоковой областей может использоваться как фосфор, так и сочетание мышьяк + фосфор.
Следующим шагом формируется Р+ область 48 контакта к базе ДМОП. Металлические контакты ко всем областям транзистора завершают его формирование. Процесс формирования металлических контактов включает образование силицида титана для использования его в качестве барьерного металла диода Шоттки. Конечная структура показана на фиг.9.
Дрейфовая область транзистора также может быть сформирована отдельной фотолитографической операцией и последующим ионным легированием фосфора с целью снижения сопротивления транзистора в открытом состоянии.
Пример использования полезной модели.
ДМОП транзистор, изображенный на фиг.9, 10 изготовлен в составе ИМС 2А DC-DC конвертера. Расстояние от Р+глубокой области до затвора транзистора составляет 1 мкм, длина скругления внутренних углов затвора ячеек транзистора составляет 1 мкм, длина полевого окисла 53 в дрейфовой области 0.8 мкм, шаг ДМОП ячейки 10 мкм. В технологическом процессе использовался подзатворный окисел 25 нм, металлизация толщиной 2 мкм, число фотолитографических масок 13.
На фиг.11 показана характеристика пробивного напряжения сток-исток для 2000 ячеек структуры, изображенной на фиг.9, 10 (кривая 2), в сравнении со структурой без скругления внутренних углов затвора и с расстоянием 1.5 мкм от Р+глубокого слоя до затвора (кривая 1). У новой конструкции ДМОП транзистора не наблюдается существенной величины утечки при напряжении сток-исток 30 В, что позволяет обеспечивать работоспособность ИМС при максимальном напряжении питания 30 В.
Для исключения утечки сток-исток ДМОП транзистора в 18 В технологическом процессе (фиг.12, кривая 2) расстояние от Р+глубокого слоя должно быть 0.8 мкм, что связано с большей концентрацией примеси в N-кармане.
2
2
Удельное сопротивление ДМОП транзистора в открытом состоянии при напряжении сток-исток 0.2 В не изменяется и составляет 43 мОм·мм при напряжении на затворе 5 В для 30 В технологического процесса и 27 мОм·мм для 18 В технологического процесса.
Таким образом, данное техническое решение обеспечивает уменьшение величины утечки сток-исток и тем самым позволяет увеличить пробивное напряжение транзистора. При этом такой важный параметр как сопротивление транзистора в открытом состоянии не изменяется, кроме того, конструкция ДМОП транзистора характеризуется малым числом фотолитографических масок 13, что обеспечивает удешевление изделий ИМС, изготовленных по этому технологическому процессу.
Источники информации
1. Патент США №5,517,046, МПК H01L 29/78, May 14, 1996.