Дмоп транзистор

Полезная модель относится к области электронной техники, а именно к металл-окисел-полупроводник транзистору с двойной диффузией (ДМОП), и может быть использовано как в качестве дискретного прибора, так и в качестве элемента при создании интегральных микросхем различного назначения. В основу положена задача усовершенствования 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 минимизация количества фотолитографий изготовления транзистора в составе интегральной микросхемы. В ДМОП транзисторе расстояние между Р+глубоким слоем и поликремниевым затвором фиксировано в диапазоне от 0,5 мкм до 1,0 мкм и поликремниевый затвор имеет скругления внутренних углов в ячейках длиной 1-1.4 мкм, это позволяет обеспечить равномерное распределение концентрации примеси в базе под затвором после разгонки (диффузии) и скомпенсировать эффект каналирования фосфора в истоке. Такая конструкция ДМОП транзистора обеспечивает высокое пробивное напряжение транзистора, при этом 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.

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.

Удельное сопротивление ДМОП транзистора в открытом состоянии при напряжении сток-исток 0.2 В не изменяется и составляет 43 мОм·мм² при напряжении на затворе 5 В для 30 В технологического процесса и 27 мОм·мм² 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.

1. ДМОП транзистор, включающий эпитаксиальный слои N-типа на кремниевой подложке P-типа со скрытым слоем N+типа, подзатворный окисел, поликремниевый затвор, активные области P-базы, N+стока и истока, металлические контакты ко всем областям транзистора, отличающийся тем, что включает в себя в области истока глубокий слой P+типа с фиксированным расстоянием от 0,5 до 1 мкм до затвора, скругления внутренних прямых углов поликремниевых затворов в ячейках транзистора с длиной скругления от 1 до 1,4 мкм, и изготавливается с использованием интегрального технологического процесса, содержащего 13 фотолитографических масок.

2. ДМОП транзистор по п.1, отличающийся тем, что для создания N-дрейфовой области используется дополнительная фотолитография с последующим ионным легированием фосфора.

3. ДМОП транзистор, включающий эпитаксиальный слой P-типа на кремниевой подложке P-типа со скрытым слоем N+типа, подзатворный окисел, поликремниевый затвор, активные области P-базы, N+стока и истока, металлические контакты ко всем областям транзистора, отличающийся тем, что включает в себя в области истока глубокий слой P+типа с фиксированным расстоянием от 0,5 до 1 мкм до затвора, скругления внутренних прямых углов поликремниевых затворов в ячейках транзистора с длиной скругления от 1 до 1,4 мкм, и изготавливается с использованием интегрального технологического процесса, содержащего 13 фотолитографических масок.

4. ДМОП транзистор по п.3, отличающийся тем, что для создания N-дрейфовой области используется дополнительная фотолитография с последующим ионным легированием фосфора.