ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР Российский патент 2011 года по МПК H01L27/88 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к области силовых полупроводниковых приборов, в частности к силовым ДМОП-транзиторам.

Известно множество конструкций мощных силовых ДМОП-транзисторов, которые отличаются от биполярных транзисторов повышенной скоростью переключения, высокими рабочими напряжениями и токами, линейными характеристиками и высокими рабочими температурами (Журнал «Компоненты и технология», №4, 2007 год, с.100-104).

Одной из основных задач, решаемых при конструировании конкурентоспособных силовых ДМОП-транзисторов является задача снижения сопротивления в открытом его состоянии - R_си без увеличения размеров кристалла и ухудшения других параметров.

Основная конструкция, широко применяемая до изобретения, изображена на фиг.1 - конструкция силового Р (или N) канального ДМОП-транзистора, содержащая локальный окисел 1, подзатворный диэлектрик 2, поликремниевый электрод-затвор 3, межслойный диэлектрик 4, истоковый металлический электрод 5, Р+ (N+) область истока 6, N+/N- (или Р+/Р-) области истока/канала 7/8, Р- (N-) область стока 9, Р+ (N+) область стока 10, область металлизации стока 11, L_и - длину истоковой области от металлизации истока до канала.

Так как R_си прямо пропорционально длине истоковой области-Lи, то для уменьшения последней был выбран технологический процесс с боковой изоляцией затворов - фиг.2, на которой изображена конструкция силового ДМОП-транзистора с боковой изоляцией затворов, содержащая локальный окисел 1, подзатворный диэлектрик 2, поликремниевый электрод-затвор 3, истоковый металлический электрод 5, Р+ (N+) область истока 6, N+/N- (или Р+/Р-) области истока/канала 7/8, Р- (N-) область стока 9, Р+ (N+) область стока 10, область металлизации стока 11, L_и - длину истоковой области от металлизации истока до канала, межслойную изоляцию 12 затвора, боковую изоляцию 13 поликремневого электрода-затвора 3, область 14 подтравливания межслойного диэлектрика на краях периферийного поликремния, включая крайнюю ячейку, причины которого объяснены далее.

Для осуществления технологического процесса, после подзатворного окисления, нанесения, поликремния, легирования поликремния, нанесения межслойного диэлектрика - СТ- SiO₂ делалась фотогравировка «Затворы» с плазмохимическим неярковыраженным анизотропным травлением CT-SiO₂ и поликремния (с отношением скоростей вертикальной и горизонтальной составляющих как ~4/1) до подзатворного диэлектрика, в результате чего создавался затворный электрод с верхней межслойной изоляцией, но боковые поверхности поликремневых затворов оставались неизолированными.

На следующем этапе происходило создание боковой изоляции, для чего после легирования соответствующими примесями монокремниевых областей ячеек, образованных отверстиями в поликремневом затворе, на всю поверхность пластин наносился СТ-ФСС, и сразу же стравливался плазмохимическим неярко выраженным анизотропным способом (с отношением скоростей вертикальной и горизонтальной составляющих как ~4/1) до подзатворного диэлектрика в ячейках. При этом СТ-ФСС на боковых стенках поликремния оставался не стравленным, образуя боковую изоляцию 13, затворов. Но результаты подобного способа создания боковой изоляции 13 затворов оказались невоспроизводимыми от партии к партии. При анализе брака было установлено, что причиной брака является вскрытие межслойного диэлектрика на боковой, ближайшей к периферии, грани крайних ячеек (фиг.2), что привело к короткому замыканию истокового электрода 5 (Al-истока) с затворным поликремнием.

Было также обнаружено, что если затворный поликремний одновременно является и электродом перекрытия периферийного истокового P/N перехода, имеющего ширину поликремния, более чем в два раза превышающую расстояние по поликремнию между ячейками, то при плазмохимическом неярко выраженном анизотропном травлении SiO₂ (при соотношении скоростей бокового подтравливания относительно вертикальной скорости травления ~1/4). при создании боковой изоляции затворного поликремния, на поликремнии перекрытия боковая изоляция подтравливается до вскрытия изолируемого поликремния на краях расширенной области перекрытия (фиг.2). При этом крайняя грань затвора в крайней ячейке замыкалась на истоковую металлизацию, что приводило к браку.

Было сделано предположение, что такая особенность краевого поликремния связана с особенностью потока ионов при плазмохимическом травлении (ПХТ) межслойного диэлектрика. Дело в том, что топологически-краевой поликремний, образующий перекрытие периферийного P/N перехода и крайнюю часть крайней ячейки, имеет гораздо бóльшую ширину периферийного поликремния, чем поликремний между ячейками внутри матрицы и эта краевая большая поверхность поликремния, заряжаясь плазмой одноименным зарядом, отталкивает плазму к краям под бóльшим углом к вертикали, чем между ячейками, что и приводит к боковому подтравливанию межслойного бокового диэлектрика - фосфоросиликатного стекла (СТ-ФСС) только на краевом широком поликремнии и замыканию затворного краевого поликремния с истоковой металлизацией в крайней ячейке матрицы.

В связи с высоким процентом брака по вышеуказанной технологии изготовления ДМОП-транзисторов в заявленном изобретении была поставлена задача на повышение выхода годной готовой продукции - ДМОП-транзисторов при уменьшенном сопротивлении ДМОП-транзисторов в открытом состоянии при минимизации емкостей и без ухудшения других параметров.

Технический результат достигается тем, что полупроводниковый прибор, содержащий сток, исток, состоящий из транзисторных.ячеек и периферийного р-n перехода, расположенных под электродом-затвором, а также из металлического электрода истока, расположенного над электродом-затвором, поликремневый электрод-затвор, изолированный от истоковых областей диэлектриком, содержащий в средней части матрицу транзисторных ячеек и периферийную краевую часть, перекрывающую над диэлектриком истоковый периферийный р-n переход, отличается тем, что краевая часть поликремневого электрода-затвора, перекрывающая над диэлектриком истоковый периферийный р-n переход, топологически отделена от крайней ячейки матрицы транзисторных ячеек и не перекрывается истоковой металлизацией, причем краевая часть поликремневого электрода-затвора, перекрывающая над диэлектриком истоковый периферийный р-n переход, топологически отделена от крайней ячейки матрицы транзисторных ячеек на расстоянии, равном 0,6-1,4 расстояния по поликремнию между транзисторными ячейками. При этом краевой эффект подтравливания боковой изоляции, который имеет место на отделенной периферийной части, становится безопасным, так как над ним нет истокового электрода - фиг.3, на которой изображена конструкция силового ДМОП-транзистора с боковой изоляцией затворов, с разрывом периферийного поликремния и безопасным подтравом межслойного диэлектрика, содержащая локальный окисел 1, подзатворный диэлектрик 2, поликремниевый электрод-затвор 3, истоковый металлический электрод 5, Р+ (N+) область истока 6, N+/N-(или Р+/Р-) области истока/канала 7/8, Р- (N-) область стока 9, Р+ (N+) область стока 10, область металлизации стока 11, L_и - длину истоковой области от металлизации истока до канала, межслойную изоляцию 12 затвора, боковую изоляцию 13 поликремневого электрода-затвора 3, область 14 подтравливания межслойного диэлектрика на краях периферийного поликремния, область 15 разрыва периферийного поликремния.

На фиг.3 показан область 15 разрыва периферийного поликремния, в результате чего область 14 подтравливания межслойного диэлектрика на краях периферийного поликремния становится безопасной и не влияет на повторяемость изготовления ДМОП-транзисторов от партии к партии.

В соответствии с заявленным изобретением были разработаны 4 типа р-канальных транзисторов в бескорпусном исполнении:

- КП7229А-5 с Uси=-100 B, Rси отк=0,055 Oм;

- КП7229Б-5 с Uси=-100 B, Rси отк=0,060 Oм;

- КП7229В-5 с Uси=-80 B, Rси отк=0,050 Oм;

- КП7229Г-5 с Uси=-80 B, Rси отк=0,055 Oм

и 4 типа р-канальных транзисторов, конструктивно выполненных в металлопластмассовых корпусах КТ-28-2 (ТО-220):

- КП7229А с Uси=-100 B, Rси отк=0,0550 м, Ic=-40 А;

- КП7229Б с Uси=-100 B, Rси отк=0,0600 м, Ic=-40 А;

- КП7229В с Uси=-80 B, Rси отк=0,0500 м, Ic=-40 А;

- КП7229Г с Uси=-80 B, Rси отк=0,0550 м, Ic=-40 А.

По своим параметрам разработанные р-канальные силовые ДМОП-транзисторы находятся на уровне лучших зарубежных аналогов и превосходят все отечественные.

Были изготовлены три опытные партии ДМОП-транзисторов, в которых брак, вызванный замыканием истоков с периферией затворов, отсутствовал. Таким образом, поставленная задача изобретения была достигнута.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к области силовых полупроводниковых приборов, в частности к силовым ДМОП-транзиторам. Сущность изобретения: в полупроводниковом приборе, содержащем сток, исток, состоящий из транзисторных ячеек и периферийного p-n перехода, расположенных под электродом-затвором, а также из металлического электрода истока, расположенного над электродом-затвором, поликремневый электрод-затвор, изолированный от истоковых областей диэлектриком, содержащий в средней части матрицу транзисторных ячеек и периферийную краевую часть, перекрывающую над диэлектриком истоковый периферийный p-n переход, краевая часть поликремневого электрода-затвора, перекрывающая над диэлектриком истоковый периферийный p-n переход, топологически отделена от крайней ячейки матрицы транзисторных ячеек и не перекрывается истоковой металлизацией. Изобретение обеспечивает снижение сопротивления силовых ДМОП-транзисторов в открытом состоянии, без увеличения размеров кристалла и ухудшения других параметров. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Полупроводниковый прибор, содержащий сток, исток, состоящий из транзисторных ячеек и периферийного p-n перехода, расположенных под электродом-затвором, а также из металлического электрода истока, расположенного над электродом-затвором, поликремневый электрод-затвор, изолированный от истоковых областей диэлектриком, содержащий в средней части матрицу транзисторных ячеек и периферийную краевую часть, перекрывающую над диэлектриком истоковый периферийный p-n переход, отличающийся тем, что краевая часть поликремневого электрода-затвора, перекрывающая над диэлектриком истоковый периферийный p-n переход, топологически отделена от крайней ячейки матрицы транзисторных ячеек и не перекрывается истоковой металлизацией.

2. Полупроводниковый прибор по п.1, отличающийся тем, что краевая часть поликремневого электрода-затвора, перекрывающая над диэлектриком истоковый периферийный p-n переход, топологически отделена от крайней ячейки матрицы транзисторных ячеек на расстоянии, равном 0,6-1,4 расстояния по поликремнию между транзисторными ячейками.