Мощный полевой транзистор с изолированным затвором Советский патент 1991 года по МПК H01L29/78 

1

(21)2835965/25

(22)11.10.79

(31)951310; 38662

(32)13.10Л8; 01.05.79

(33)US

(46) 15.01.91. Бгап. 9 2

(71)Интернэшнл Ректифиер Корпорейшн (US)

(72)Александер Лндов, Томас Герман и Владимир Руменник (US)

(53)621.382(088.8)

(56)Патент США № 4115793, кл. Н 01 L 29/78, 1978.

Патент США Р 4072975, кл. Н 01 L 29/78, 1978.

(54)МОЩНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ

(57)Изобретение относится к высокомощным полевым МОП-транзисторам, в частности к структуре полевого МОП- транзистора, которая позволяет использовать его в высокомощных устройствах с относительно высоким обратным

Изобретение относится к высокомощному устройству полевого МОП-транзистора, в частности к структуре для устройства полевого МОП-транзистора, которая позволяет использовать его в высокомощных устройствах с относительно высоким обратным напряжением и низким сопротивлением включенного состояния.

напряжением и низким сопротивлением включенного состояния. Целью изобретения является повышение мощности полевого транзистора. В мощном ПОЛР- вом транзисторе с изолированным затвором, содержащем в вькокоомной пластине базовые области, в каждой из которых сформированы области истока противоположного им типа проводимости, затвор, сформированный между базовыми областями, и область стока на противоположной стороне, область пластины между базовыми областями выполнена с проводимостью не менее чем в 2 раза большей проводимости высокоомной пластины, что уменьшает сопротивление включенного состояния на единицу площади устройства более чем вдвое. Области истока имеют форму многоугольника, в частности форму шестиугольника, для получения постоянного промежутка по основным длинам истоков, что обеспечивает высокую способность пропускания больших токов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Целью изобретения является повышение мощности полевого транзистора.

На фиг. 1 изображен чип полевого МДП-транэистора, вид в плане; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Мощный полевой транзистор имеет два электрода 1 и 2 истока, которые , разделены металлизированным электро- цом 3 затвора, отнесенным от

(Л

о ю

СР

см

поверхности полупроводниковой пластины при помоги слоя 4 диоксида кремния. Серпантиновая траектория 5, следующая за диоксидом кремния затво- ра, имеет длину 50 см и 667 неровностей, которые изображены на фиг.1. Может быть также использована другая ширина каналов. Электроды 1 и 2 истока могут быть продлены в боковом направлении, чтобы служить в качестве палевых плат для облегчения распространения области обеднения, создаваемой во время приложения обратного напряжения. Каждый из электродов 1 .. и 2 истока подает ток к общему электроду стока 6, который крепится на нижней части чипа 7. Кремниевый чип 7 формируется на nf-подложке 8, которая может иметь толщину порядка 14 милей (0,356 мм). Эпитаксиальный слой 9 наг носится на подложку 8, является коомным п -типа проводимости и имеет толщину и удельное сопротивление в зависимости от требуемого обратного на- пряжения. Все переходы формируются на этом эпитаксиальном слое, который может иметь относительно высокое удельное сопротивление. В предлагаемом транзисторе эпитаксиальнын слой 9 име- ет толщину порядка 35 мкм и удельное сопротивление порядка 20 Ом/см. Предпочтительна вытянутая серпантиновая р -область под каждым из электродов 1 и 2 истока, которая таким образом проходит вокруг серпантинового пути, показанного на фиг. 1. Эти р -облас- ти 10 и 11, показанные на фиг. 2, име .ют максимальную глубину, которая сильно увеличивается для того, чтобы об- разовать большой радиус кривизны. Это позволяет устройству выдерживать более высокие обратные напряжения. Глубина областей 10 и 11 предпочтительно равна 4 мкм в месте обозначения на фиг. 2 индексом X и 3 мкм в месте, .обозначенном индексом Y.

Используя D-МОП технологию две

п -области 12 и 13 формируются под электродами 1 и 2 истока соответственно и в месте с р -областями 10 и 11 определяют области каналов п-типа - области 14 и 15 соответственно. Облас- ти 14 и 15 каналов располагаются под слоем 4 диоксида кремния затвора 3 и могут быть инвертированы соответствующим прикладыванием сигнала сме«

5

щения к затвору 3 для того, чтобы обеспечить проводимость от истока 1 и истока 2 через инверсионные слои в центральную область, расположенную под затвором 3 и затем к электроду стока 6. Области 14 и 15 каналов могут иметь каждый длину порядка 1 мкм. Значительная часть этой центральной области изготавливается высокопроводящей и содержит п -область 16, расположенную непосредственно под слоем 4 диоксида кремния затвора, при этом п -область имеет глубину порядка 4 мкм (предел изменения глубины - 3-6 мкм). В то время, как ее точная удельная проводимость неизвестна н изменяется по глубине, она является высокой относительно п -области, расположенной под ней. В частности, область 16 имеет высокую удельную проводимость, которая определялась бы общей дозой введенных ионов порядка 1x10 - 1x1 атомов фосфора на см2 при 50 кВ вслед за возбуждением диффузий при температурах от 1150°до 1250°С в течение 30 - 240 мин. Формируя область 16 из относительно высокопроводящего п -материала посредством диффузии или другой операции значительно улучшаются характеристики устройства и прямое сопротивление включенного состояния устройства снижается вдвое.

Наличие области 16 высокой удельной проводимости не влияет на характеристики обратного напряжения устройства. Делая область под слоем 4 оксида затвора и между областями 14 и 15 каналов более высокопроводящей, значительно снижается прямое сопротивление включенного состояния высокомощного переключающего устройства.

Предполагается, что проводящие каналы области 14 и 15 изготавливаются из р -материала и инвертируются в проводимость n-типа для обеспечения получения канала проводимости на основ- ных носителях от истоков 1 и 2 в центральную область 16 при прикладывании соответствующего напряжения затвора. Однако все эти типы проводимости могут быть изменены на обратные, следовательно, устройство будет работать в качестве устройства р-канала, а не устройства п-канала.

Два истока помещаются на одной и той же поверхности полупроводникового

516

чипа и разделяются в поперечном направлении друг относительно друга. Электрод затвора, нанесенный на обычный затворный оксид, располагается между истоками. Два канала проводимости р-типа располагаются по затворам и разделяются друг относительно друга основной областью n-типа проводимости. Ток от каждого истока может протекать через его соответствующий канал (после создания инверсионного слоя, определяющего канал). Таким образом, проводимость основного носителя может протекать через основную область через чип к электроду стока. Электрод стока может располагаться на противоположной стороне чипа или на области, отнесенной в боковом направлении от электродов истока. Такая конфигурация изготавливается с использованием необходимой технологии изготовления МОП-устройства типа D, которая позволяет точно производить выравнивание различных электродов и ка- налов и использовать крайне небольшие длины каналов.

Ланное устройство формируется в n-подложке, которая имеет относительно высокое удельное сопротивление, ко торое необходимо для получения требуемой способности обратного напряже- ния устройства. Например, для четырехсотвольтного устройства n-область будет иметь удельное сопротивление по- рядка 20 Ом/см. Однако та же самая необходимая характеристика удельного сопротивления обусловлена сравнительно высоким значением сопротивления включения устройства полевого МОП- транзистора при era использовании в качестве мощного переключателя.

В верхней части центральной основ-; ной области, к которой два инверсионных слоя подают ток к электроду сто- ка, из материала с относительно низким удельным сопротивлением может быт образована центральная область сразу же под оксидом кремния затвора, например, путем диффузии п+ в область это- го канала без отрицательного воздействия на характеристики обратного напряжения устройства.

Этот общий канал будет иметь верхнюю часть под оксидом кремния затвора и еще ниже основную часть, проходящую в направлении электрода стока. Эта нижняя часть имеет высокое удельное сопротивление, необходимое для вы76

рабатывания способности выдерживать высокое обратное напряжение, и глубину, зависящую от необходимого обратного напряжения для данного устройства. Таким образом, для 400 В-ного устройства нижняя п -область может иметь глубину порядка 35 мкм, в то время как для 90 В-ного устройства она имеет глубину порядка 8 мкм. Другие глубины выбирают в зависимости от требуемого обратного напряжения устройства для обеспечения получения необходимой более толстой области истощения., требуемой для предотвращения пробоя во время состояния подачи обг ратного напряжения. Более верхнюю часть общего канала делают относительно высокспроводящей п4 -области до глубины порядка от 3 до 6 мкм, Это не влияет на способность устройства выдерживать обратные напряжения, однако уменьшает сопротивление вклю- ченного состояния на единицу площади устройства более чем вдвое.

Каждая из индивидуально разнесенных областей истока является много-, угольной по конфигурации, предпочтительно шестиугольной, для обеспечения получения постоянного промежутка по основным длинам истоков, расположен- ных на поверхности тела. Крайне большое число небольших шестиугольных элементов истока может быть образовано на одной и той же поверхности полупроводника для заданного устройства. Например, в чипе, имеющем размеры порядка 100x140 мил может быть образовано 6600 шестиугольных областей истока для получения ширины эффективного канала порядка 22000 мил (558,8мм), таким образом, устройство получает очень высокую способность пропускания больших токов.

Промежуток между соседними истоками может содержать структуру поли- силиконового затвора или структуру любого другого затвора, где структура затвора контактирует по поверхности устройства при помощи вытянутых контактных пальцев затвора, которые гарантируют получение хорошего контакта по всей поверхности устройства.

Каждая из многоугольных областей истока г имеет контакт при помощи однородного проводящего слоя, который взаимодействует с индивидуальными г многоугольными истоками через отверс тия в изолирующем слое, покрывающем

области истока, причем эти отверстия могут быть сформированы при помощи стандартной фотолитографической техники изготовления МОП-устройства типа D. Затем обеспечивается получение области контакта подушки истока для проводника истока и области соединения подушки затвора для вытянутых пальцев затвора. Область соединения стока изготавливается на обратной поверхности полупроводникового устройства.

Множество таких устройств может быть сформировано на одной единствен- ной полупроводниковой панели и отдельные элементы могут быть отделены друг от друга методом процарапывания или любым другим подходящим способом

Область р-типа проводимости, кото- рая определяет канал под оксидом кремния затвора, имеет относительно глубокую диффузионную часть под истоком. Таким образом, область диффузии р-типа будет иметь большой радиус кривизны в эпитаксиальном , формирующем тело устройства. Эта более глубокая диффузия или более глубокий переход улучшает градиент напряжения на краях устройства и поз- воляет использовать устройства с более высокшм обратными напряжениями

0

5

0 0

5

Формула изобретения

1.Мощный полевой транзистор с изолированным затвором, сформированный в полупроводниковой высокоомной пластине, содержащей на основной верхности по крайней мере одну пару сформированных на расстоянии одна от другой базовых областей первого типа проводимости, в каждой из которых выполнены высоколегированные области истока второго типа проводимости, затвор над основной поверхностью между базовыми областями и область стока, включающую высоколегированный слой второго типа проводимости с электродом, сформированные на другой поверхности высокоомной полупроводниковой пластины, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности, область пластины, ограниченная базовыми областями и основной поверхностью, выполнена с проводимостью, не менее чем в два раза большей проводимости высокоомной пластины и глубиной 3 6 мкм.

2.Транзистор по п. 1, отличающийся тем, что области истока имеют форму многоугольника.

3.Транзистор по пп. 1 и 2, о т- личающийся тем, что области истока имеют форму шестиугольника.

5 г

фиё-i

1

Л /1// t ХЧУЧУч

л(

Ј%% #ff%# l

| j р.- „« YVj 1 /|

у.: ,v, Я4 UT j .+

i x// ;v/74 1 /;

JLJ

//

Л

, А-А

1

1/

уК

C

Фиг. 2