ПОЛЕВОЙ МДП-ТРАНЗИСТОР Российский патент 2008 года по МПК H01L29/78 

Изобретение предназначено для использования в интегральной микроэлектронике при разработке и производстве одноканальных и взаимодополняющих МДП ИС цифрового и аналогового применения.

Известен полевой МДП-транзистор [патент USA №5851861, НПК 438/166, публ. 1998, «MIS semiconductor device having an LDD structure and a manufacturing method therefor» пункт 6 формулы патента], содержащий полупроводниковую подложку первого типа проводимости, затвор из проводящего материала, расположенный на упомянутой полупроводниковой подложке и изолированный от нее слоем диэлектрика, области стока, истока второго типа проводимости и область охраны первого типа проводимости, расположенные в вышеупомянутой полупроводниковой подложке, обладающие повышенной концентрацией легирующей примеси относительно концентрации легирующей примеси в вышеупомянутой полупроводниковой подложке, причем области истока и стока состоят из двух частей с разной концентрацией легирующей примеси в каждой части, и эти части расположены встык друг к другу, и при этом низколегированные области стоков, истоков перекрывают область охраны, а затвор расположен как над каналом, так и над областью охраны.

Недостатками этой конструкции полевого МДП-транзистора являются заниженный процент выхода годных из-за наличия рельефа изолирующего диэлектрика, появление сбоев при работе ИС в условиях внешних воздействий из-за невысокой концентрации примеси в областях охраны, высокая величина разброса значений электрических характеристик в связи с разбросом геометрических размеров по длине канала из-за изменения геометрии затвора по торцам во время процессов окисления, происходящих при изготовлении прибора, и одновременным изменением поверхностной концентрации примеси в областях стоков, истоков и в области охраны, малое быстродействие из-за большой величины проходных емкостей затвор - сток, образуемых за счет большого перекрытия затвором областей охраны и областей стока - истока и перекрытия областей стока областью охраны.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является полевой МДП-транзистор [патент USA №6078082 А, МПК 7 Н01L 29/76, публ. 2001, «Полевой транзистор с многосекционным каналом"], содержащий полупроводниковую подложку первого типа проводимости, затвор из проводящего материала, расположенный на упомянутой полупроводниковой подложке и изолированный от нее слоем диэлектрика, области стока, истока второго типа проводимости, при этом область стока содержит два последовательно включенных участка, один из которых, главный, имеет высокую концентрацию легирующей примеси, и дополнительный участок, расположенный между каналом и главным участком, который имеет низкую концентрацию легирующей примеси, причем дополнительные области истока и стока, прилежащие к затвору, покрыты пристеночным к затвору диэлектриком.

Недостатком этой конструкции полевого МДП-транзистора являются те же самые свойства, что и в аналоге, но проявляющиеся несколько в меньшей степени, а именно низкая стойкость к внешним воздействием и заниженный процент выхода годных чипов из-за высокой величины разброса значений электрических характеристик в связи с изменением геометрических размеров по длине канала из-за изменения геометрии затвора по торцам во время процессов окисления, происходящих при изготовлении прибора, и одновременным изменением поверхностной концентрации примеси в областях стоков, истоков и в области охраны, малое быстродействие из-за большой величины проходных емкостей затвор - сток, образуемых за счет большого перекрытия затвором областей охраны и перекрытия областей стока - истока областью охраны.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в повышении стойкости к внешним воздействиям, процента выхода годных изделий за счет повышения концентрации легирующей примеси в охранной зоне, повышения воспроизводимости электрических параметров и характеристик элементов МДП-транзистора и повышении быстродействия за счет уменьшения величин проходных емкостей МДП-транзистора.

Поставленная задача решается в полевом МДП-транзисторе, содержащем полупроводниковую подложку первого типа проводимости, затвор из проводящего материала, расположенный на упомянутой полупроводниковой подложке и изолированный от нее слоем диэлектрика, области стока, истока второго типа проводимости, при этом области стока, истока, каждая, содержат два последовательно включенных участка, главный и дополнительный, при этом главные участки областей стока и истока имеют высокую концентрацию легирующей примеси, а дополнительные участки областей стока, истока, расположенные между каналом и главными участками, имеют низкую концентрацию легирующей примеси, при этом вышеуказанные дополнительные участки областей стока и истока, каждые, расположенные между каналом и вышеуказанными главными участками стока и истока, простираются в вышеуказанную полупроводниковую подложку глубже, чем вышеуказанные главные участки стока и истока и заключают эти главные участки стока и истока внутри себя, перекрывая их в полупроводниковой подложке, а на поверхности полупроводниковой подложки граница этого дополнительного участка с одной стороны, как минимум, совмещена с проекцией одной из сторон затвора на полупроводниковую подложку, а с других сторон отстоит от границы области охраны на величину, не меньшую, чем сумма величин ширины областей пространственного заряда, образуемых в полупроводниковой подложке областями стока, истока и областью охраны, при этом проекция торцевых областей концов затвора на поверхность полупроводниковой подложки совмещена с границей области охраны, а вся поверхность полупроводниковой подложки, включая области стока, истока, область охраны и область полупроводниковой подложки, расположенной между упомянутыми областями, покрыта диэлектриком, толщина которого не больше толщины затвора, этот диэлектрик содержит контактные окна, находящиеся под металлической разводкой, расположенной на этом диэлектрике, и на затворе.

Таким образом, отличительными признаками изобретения являются расположение главных участков областей стока, истока, имеющих высокую концентрацию легирующей примеси, внутри дополнительных участков областей стока, истока, имеющих низкую концентрацию легирующей примеси, а граница этого дополнительного участка с одной стороны, как минимум, совмещена с проекцией одной из сторон затвора на полупроводниковую подложку, а с других сторон отстоит от границы области охраны на величину, не меньшую, чем сумма величин ширины областей пространственного заряда, образуемых в полупроводниковой подложке областями стока, истока и областью охраны, при этом проекция торцевых областей концов затвора на поверхность полупроводниковой подложки совмещена с границей области охраны, а вся поверхность полупроводниковой подложки, включая области стока, истока, область охраны и область полупроводниковой подложки, расположенной между упомянутыми областями, покрыта диэлектриком, толщина которого не больше толщины затвора, этот диэлектрик содержит контактные окна, находящиеся под металлической разводкой, расположенной на этом диэлектрике, и на затворе.

Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении:

стойкости к внешним воздействиям за счет повышения концентрации легирующей примеси в охранной зоне до максимальных значений, процента выхода годных изделий за счет повышения воспроизводимости электрических параметров и характеристик элементов МДП-транзистора, быстродействия за счет уменьшения величин проходных емкостей МДП-транзистора.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1÷5 схематически представлены топология полевого МДП-транзистора, вид сверху, и схематические виды разрезов структуры полевого МДП-транзистора.

На фиг.1 схематически представлена топология полевого МДП-транзистора. Топология представляет собой вид сверху на полевой МДП-транзистор, до вскрытия контактных окон к областям стока, истока и охраны,

где:

1 - кремниевая полупроводниковая пластина первого типа проводимости,

2 - изолирующая область между дополнительными областями стока 8 и истока 3 и областью охраны 9,

3 - главная область истока,

4 - дополнительная область истока, расположенная между затвором 6 и главной областью истока 3,

5 - торец затвора,

6 - затвор,

7 - дополнительная область стока, расположенная между затвором 6 и главной областью стока 8,

8 - главная область стока,

9 - область охраны.

На фиг.2 схематически представлена топология полевого МДП-транзистора. Топология представляет собой вид сверху на полевой МДП-транзистор, со вскрытыми в диэлектрике контактными окнами, к областям стока, истока и охраны,

где:

1 - кремниевая полупроводниковая пластина первого типа проводимости,

2 - изолирующая область между дополнительными областями стока 8 и истока 3 и областью охраны 9,

3 - главная область истока,

4 - дополнительная область истока, расположенная между затвором 6 и главной областью истока 3,

5 - торец затвора,

6 - затвор,

7 - дополнительная область стока, расположенная между затвором 6 и главной областью стока 8,

8 - главная область

10 - контактное окно к области охраны,

11 - контактное окно к истоку,

12 - контактное окно к области стока.

На фиг.3 схематически представлена топология полевого МДП-транзистора. Топология представляет собой вид сверху на полевой МДП-транзистор, с металлической разводкой, создающей электрические контакты к затвору и через контактные окна создающей электрические контакты к областям стока, истока и охраны,

где:

1 - кремниевая полупроводниковая пластина первого типа проводимости,

2 - изолирующая область между дополнительными областями стока 8 и истока 3 и областью охраны 9,

3 - главная область истока,

4 - дополнительная область истока, расположенная между затвором 6 и главной областью истока 3,

5 - торец затвора,

6 - затвор,

7 - дополнительная область стока, расположенная между затвором 6 и главной областью стока 8,

8 - главная область стока,

9 - область охраны,

10 - контактное окно к области охраны, через которое осуществлен контакт к области охраны 9, перекрытое металлической разводкой,

11 - контактное окно к истоку, через которое осуществлен контакт к области истока 3, перекрытое металлической разводкой,

12 - контактное окно к области стока,

13 - металлическая разводка контакта к области охраны,

14 - металлическая разводка контакта к области истока,

15 - металлическая разводка контакта к области затвора,

16 - металлическая разводка контакта к области стока.

На фиг.4 схематически представлен разрез структуры полевого МДП-транзистора, произведенный вдоль по длине затвора, поперек его ширины,

где:

1 - кремниевая полупроводниковая пластина первого типа проводимости,

2 - изолирующая область между дополнительными областями стока 8 и истока 3 и областью охраны 9,

3 - главная область истока,

4 - дополнительная область истока, расположенная между затвором 6 и главной областью истока 3,

5 - торец затвора,

6 - затвор,

7 - дополнительная область стока, расположенная между затвором 6 и главной областью стока 8,

8 - главная область стока,

9 - область охраны,

10 - контактное окно к области охраны,

11 - контактное окно к истоку,

12 - контактное окно к области стока,

13 - металлическая разводка контакта к области охраны,

14 - металлическая разводка контакта к области истока,

15 - металлическая разводка контакта к области затвора,

16 - металлическая разводка контакта к области стока.

На фиг.5 схематически представлен разрез структуры полевого МДП-транзистора, произведенный вдоль ширины затвора, поперек его длины,

где:

1 - кремниевая полупроводниковая пластина первого типа проводимости,

2 - изолирующая область между дополнительными областями стока 8 и истока 3 и областью охраны 9,

5 - торец затвора,

6 - затвор,

7 - дополнительная область стока, расположенная между затвором 6 и главной областью стока 8,

8 - главная область стока,

9 - область охраны,

10 - контактное окно к области охраны,

15 - металлическая разводка контакта к области затвора.

Пример полевого МДП-транзистора.

Полевой МДП-транзистор расположен на пластине кремния 1 (фиг.1÷5) электронного типа проводимости с ориентацией (100) и сопротивлением 4,5 Ом^×см, сверху которой находится подзатворный окисел с толщиной, равной 20 нм, на котором расположен затвор из поликристаллического кремния толщиной, равной 0.5 мкм.

Области стоков и истоков окружены областью охраны 9, которая расположена на расстоянии не менее 3 мкм от областей стока и истока.

Торцы затвора транзистора выступают за границы стоков и истоков на эту же величину (фиг.5).

Толщина матричного диэлектрика, в котором вскрыты контактные окна к областям (10÷12), расположенным в полупроводниковой пластине, равна 0,5 мкм, что позволяет произвести контакт металлизированной разводки к области затвора непосредственно, без вскрытия контактных окон (фиг.5).

Толщина металлической разводки (13÷16) равна 1 мкм.

Изобретение предназначено для использования в интегральной микроэлектронике при разработке и производстве одноканальных и взаимодополняющих МДП ИС цифрового и аналогового применения. Сущность изобретения: в полевом МДП-транзисторе области стока и истока каждая содержат два последовательно включенных участка, главный и дополнительный, при этом главные участки областей стока и истока имеют высокую концентрацию легирующей примеси, а дополнительные участки, расположенные между каналом и главными участками, имеют низкую концентрацию легирующей примеси. Вышеуказанные дополнительные участки простираются в вышеуказанную полупроводниковую подложку глубже, чем вышеуказанные главные участки и заключают эти главные участки внутри себя, перекрывая их в полупроводниковой подложке, а на поверхности полупроводниковой подложки граница этого дополнительного участка с одной стороны, как минимум, совмещена с проекцией одной из сторон затвора на полупроводниковую подложку, а с других сторон отстоит от границы области охраны на величину, не меньшую, чем сумма величин ширины областей пространственного заряда, образуемых в полупроводниковой подложке областями стока, истока и областью охраны, при этом проекция торцевых областей концов затвора на поверхность полупроводниковой подложки совмещена с границей области охраны, а вся поверхность полупроводниковой подложки покрыта диэлектриком, толщина которого не больше толщины затвора. Техническим результатом изобретения является повышение стойкости к внешним воздействиям, процента выхода годных, быстродействия. 5 ил.

Полевой МДП-транзистор, содержащий полупроводниковую подложку первого типа проводимости, затвор из проводящего материала, расположенный на упомянутой полупроводниковой подложке и изолированный от нее слоем диэлектрика, области стока, истока второго типа проводимости, при этом области стока, истока каждая содержат два последовательно включенных участка, главный и дополнительный, при этом главные участки областей стока и истока имеют высокую концентрацию легирующей примеси, а дополнительные участки областей стока, истока, расположенные между каналом и главными участками, имеют низкую концентрацию легирующей примеси, отличающийся тем, что вышеуказанные дополнительные участки областей стока и истока каждые, расположенные между каналом и вышеуказанными главными участками стока и истока, простираются в вышеуказанную полупроводниковую подложку глубже, чем вышеуказанные главные участки стока и истока, и заключают эти главные участки стока и истока внутри себя, перекрывая их в полупроводниковой подложке, а на поверхности полупроводниковой подложки граница этого дополнительного участка с одной стороны, как минимум, совмещена с проекцией одной из сторон затвора на полупроводниковую подложку, а с других сторон отстоит от границы области охраны на величину, не меньшую чем сумма величин ширины областей пространственного заряда, образуемых в полупроводниковой подложке областями стока, истока и областью охраны, при этом проекция торцевых областей концов затвора на поверхность полупроводниковой подложки совмещена с границей области охраны, а вся поверхность полупроводниковой подложки, включая области стока, истока, область охраны и область полупроводниковой подложки, расположенной между упомянутыми областями, покрыта диэлектриком, толщина которого не больше толщины затвора, этот диэлектрик содержит контактные окна, находящиеся под металлической разводкой, расположенной на этом диэлектрике, и на затворе.