Интегральный N-канальный МОП-транзистор Советский патент 1993 года по МПК H01L29/78 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в быстродействующих п-МОП и К-МОП интегральных схемах повышенной надежности.

Целью изобретения является повышение надежности, максимального рабочего напряжения и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в известном интегральном п-канальном МОП-транзисторе, выполненном в полупроводниковой подложке р-типа проводимости и содержащем области истока, стока п-типа проводимости, электрод затвора, затворной диэлектрик, охранную область р-типа проводимости, которая примыкает к областям стока, истока и канала, а также изолирующий диэлектрик, в охранной области сформирована зона того же типа проводимости с повышенным содержанием основных носителей, которая удалена от области стока

рзг:с70йн;-;й Hfc: ;.ib:-:aK on-О-вкан. Фвохр потенциалы изгиба зон

лчст-м пространственного заркда облает, с-..льнг--лнверси, (paeHbie} удвоенному

СТОКЯ 3 .ХраИНОИ ОЛЗСТ::, S П ивН: ПЯЦ И..iOi8 -.,;;, .:;. 0.;;Ц.лл с o6u;:THi ;.( ЭНЭКОМ) СООСНОВНЫХ носитэлз:/ схрйнной з лйсту; -х / йв слоел; Л i сблнсту: |{ нялг; у охранной

зоне ОПрбДелЯГО .:Л л. Л;- -:Л-5/iSC ГЛ ЛОЛ r;n:;-;;Efu;;

НИИ:/УЛЮР дсл;лсгй;«се изменение порогол „,,„т„„,„г,« ; .,„,,го„„„л---;,-п зклплуг at определяемое областью

„ ,; у лэрисл:; ,: лектриков состветственно;

-ма1Л-Л -л:ЛС; ЗарЛД г- :КТрС Ла: ных :-)ос1;тйлсй 3 о5л5П и канэпй, г;хоаилгл;,

ОИлялтм и -эoм. ЛсойЛ ;; ля СОСЛНОШенКЭ ПОЛучеНО ИЗ ИЗ

,.охп И Фв, -- потенииэлы ияплпя ,.-. -Зслл ыл ,,:-:лг:шп1ент теории МОП-транзизон ппу сильнпз-й мкааплим в пбцап-гял лзлл- - Р йьрзжзе-г условие равенства нулю ,

ля п-,тянм™/| оЙля-тз, )/; лтрпгп О-С гЗПрйЖеКИЯ ПарЭЗИТНОГО ТрЭНAUpor - аопуст,шор и иененмл. nonofол-с-гслл - .л-однной области под изолируюного напояжении лпанзислоол -- ,. дигля ггрико л после аоздействия

..--,.- -лл-шлирукицегоЛшученкя, уменьшающего

iJn: T--максималлкпе няппя1леиие лмля- -ооогоэо- -лзпдяжвчие рабочего транзистония: - , 5л Сч- уг1е -,члл MKTir: л ., sb-роде iToro соотношений испольл кзс)лирунэщегсдмалекгр;/лд -лляна лагке экспериментально полученп- -П -1-- -- ; -л ч-;J;-:.;: я ;Л S Л CVHVib Iv., наведенного В

Ою -Л411рл ;л: кил трлнзистора в процессе

л а6оголлол(..0чоллм лпккретной И С:

.- Л1-алл-;Э;: лнлость Затворного диэй:лп-- : : - Л-ЛЕ, И SO Л Иру ЮЩв ГО И 33Д - Д1Л:пекитическая прпнмцземость

Пэ-ял . дл л.гдежного исключения па-Ел .Л1и;(ОЛ ЛПС:ДЦ Л-л ipa НЗКСТОрОВ ПОД

.л;а.-; :: гл:лн;-л.1н,нлп;л., pssHOiv; URMT- конV -;:.лл СрНОЙ В ДОПОЛНИДгл-л: :чгч-|- С повышенной

...гце--.л.;л„ .1йй, -д сленной от областей лолм-Фемниевым затво :jM . с ЛиЛИдИНЬ: ДИЗЛе1СТрИКа.

..лл,лл-л-л .л- йлоз -лежду облястязди мстол.лл-Л-е -se менее ширины обла; й:.-..:: : «;-:нO Л ЛЯОЯДа ОблЭСТИ

::лл.----л .к- зе-ги сдзлжиг; удовлет

.„„с)5н

л :чс;:и И Дсхрз ХОНЦсНТраЦИИ

.л:л л: хЕнгл1й. охрянной , f&BOAD:-: лотенцмгл изги1. лглзврси / S областях

- ной лблглги :.: зоны соотве ет- -J-}- ЛЛ;;..;; f- ;,7з:.:б:-Л-ЛлЛ; ПОрОГОХ-; Л .:.--: :v:.-:f :-;-,:-,р ;; .-.рПивССб

максимальное напряжение питания, т.е. максимальный потенциал на электродах транзистора;

Сз и Сиз - удельные емкости затворного и изолирующего диэлектриков;

dn3 и da - толщины изолирующего и затворного диэлектриков соответственно;

q - заряд электрона; п - диэлектрическая проницаемость полупроводника.

Приведенное соотношение получено исходя из соотношения, связывающего концентрации акцепторов в охранной области с концентрацией акцепторов в канальной области, и выражает условие равенства порогового напряжения паразитного транзистора максимальному напряжению питания после воздействия ионизирующего излучения, вызвавшего изменению порогового напряжения рабочего транзистора на AJJnop.

Для дополнительного повышения надежности и быстродействия концентрация акцепторной примеси в дополнительной зоне охранной области, удаленной от областей стоков, должна быть максимально возможной, т.е. значительно выше минимального значения, задаваемого приведенным неравенством.

Высокая концентрация акцепторной примеси в дополнительной зоне охранной области позволяет эффективно подавлять паразитные тиристорные эффекты, если пканальный транзистор используется в КМОП структуре, а также более эффективно, т.е. с уменьшением потерь, передавать потенциал подложки между транзисторами в интегральных схемах.

При этом, поскольку зона с повышенной концентрацией акцепторной примеси удалена от областей стоков, повышение концентрации в ней не приводит к ухудшению таких параметров, как токи утечки и пробивные напряжения, а также емкостей стоковых переходов, а это ведет к снижению потребляемой мощности, повышению надежности и быстродействия интегральных схем, использующих п-канальные транзисторы с заявляемой конструкцией,

В соответствии с изобретением была изготовлена К-МОП ИС, включающая выполненные в кремниевой подложке КЭФ 4,5 с ориентацией поверхности по плоскости 100 низколегированную бором область ртипа проводимости глубиной 7 мкм и концентрацией в приповерхностной области 2.10 1/см, слой изолирующего диэлектрика толщиной 4500 А, затворный диэлектрик толщиной 900 А, на котором выполнены электроды затвора из поликристаллического кремния п-типа проводимости. В подложке р-типа проводимости в окнах, образованных споем изолирующего диэлектрика п-типа проводимости глубиной 1 мкм и кон5 центрацией 1. I/CM. Под нижней поверхностью изолирующего диэлектрика выполнены первые охранные области р-типа проводимости глубиной 1 мкм и концентрацией 9.10 1/см, причем за счет

0 боковой диффузии примеси первые охранные области распространяются в стороны от изолирующего диэлектрика и примыкает к краям затворного диэлектрика под электродом затвора и краям областей истоков,

5 стоков.

Под слоем изолирующего диэлектрика на расстоянии 5 мкм от областей истоков, стоков выполнена вторая охранная область р+-типа проводимости глубиной 2 мкм и

0 концентрацией у поверхностей 1.10 1/см.

Изготовленные п-канальные МОП-транзисторы имели следующие характеристики: пороговое напряжение транзистора 1,4 В,

5 пороговое напряжение паразитного канала в первой охранной области под изолирующим диэлектриком 18 В, пороговое напряжение паразитного канала во второй охранной области под изолирующим диэ0 лектриком более 100 В, напряжение пробоя сток-подложка 18-20 В, сдвиг порогового напряжения рабочего транзистора при облучении на мсточиике Со с поглощенной

.дозой 1.10 рад 0.5 В, сдвиг порогового на5 пряжения паразитного канала в первой охранной области под изолирующим диэлектриком при облучении на источнике с поглощенной дозой 1.10 рад 14 В, Таким образом, изготовленные образ0 цы п-канальных МОП-транзисторов выдерживают воздействие ионизирующих излучений с дозой 1.10 рад без появления утечек к встроенным каналам как под затворным, так и под изолирующим диэлект5 риками имея при этом напряжение пробоя 18-20 В.

п-Канальные МОП-транзисторы, известные по прототипу, при обеспечении стойкости к ионизирующим излучениям на уровне

0 1,10 рад имеют пробивное напряжение всего 8-9 В связи с необходимой для первой охранной области концентрацией акцепторов 2.10 I/CM и, кроме того, повышенные емкости и токи утечки переходов сток

5 (исток) - подложка. Те же транзисторы с концентрацией примеси в охранной обла. сти 9.10 1/см имеют напряжение пробоя сток (исток) - подложка 18-20 В, но не обеспечивают надежной работы транзисторов при напряжении питания +10 В в связи

с появлением утечек между стоками {истоками) соседних транзисторОВ после облучения их на Y -источнике с дозой 1.10 рад (на затворе паразитных транзисторов присутствует + 10 В при остаточком порогового напряжении их 18-14 4В ).

Использование п-канальных транамсторов, например, в К-МОП и интегральных схемах позволит повысить их надежность за счет подавления паразитных т / ристорных

эффектое в плотно упакованных crpyKtypax (при плотности размещения более 5 инвергоров в 1 Mivr), увелкчен 1к напряжений пробо сток-подаокка с 7-9 В до В и

устранения паразитных каналов npii воздействии монизмрующего излучения с пон.пощенной дозой 1,10 раз и более при сохранении высокого быстродействия (задержка менее 3 н/с) м малой потребляемой

мощности.