Мощный полевой транзистор с изолированным затвором

Мощный полевой транзистор с изолированным затвором

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК

{51)5 Н 01 L 29/78

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AATEHTY (56) Патент США Р 4115793, кп. Н 01 L 29/78, 1978.

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

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ДО ЙЭОБРетениям и ОТКРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (2f) 2835965/25 (22) 11.10.79, (31) 951310; 38662, (32) 13. 10. 78; 01. 05. 79 (33) Us (46) 15.01.91. Бюп. ?> 2 (71 ) Интернэшнл Ректифиер Корпорейшн (vs) (72) Апександер Лидов, Томас Герман и Владимир Руменник (VS) (53) 621.382(088.8) (54) МОННЫИ ПОЛКВой ТРАНЗИСТОР С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ (57) Изобретение отьосится к высокомощным полевым МОП-транзисторам, в частности к структуре полевого МОПтранзистора, которая позволяет использовать егов высокомощных устройствах с относительно высоким обратным

Изобретение относится к высокомощному устройству полевого МОЛ-транзистора, в частности к структуре для устройства полевого MOII-транзистора, которая позволяет испольэовать его в высокомощных устройствах с относительно высоким обратным напряжением и низким сопротивлением включенного состояния.,Я0„„1621817 А 3

2 напряжением и низким сопротивлением включенного состояния. Цепью изобретения является повышение мощности полевого транзистора. В мощном поле-.

soM транзисторе с изолированным затвором, содержащем в высокоомной 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 s.ï. ф-лы, 2 ил.

Целью изобретения является повышение мощности полевого транзистора.

На фиг. 1 изображен чип полевого

ЩЩ-транзистора, 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 электроцои 3 затвора, отнесенным от

i 621817

Используя D-МОП технологию две и -области 12 и 13 формируются под электродами 1 и 2 истока соответственно и в месте с р -областями 10 и 11 определяют области каналов и-типаобласти 14 и 15 соответственно. Области 14 и 15 каналов располагаются под слоем 4 диоксида кремния затвора 3 и могут быть инвертированы соответствующим прикладыванием сигнала сме50 поверхности полупроводниковой пластины при помощи слоя 4 диоксида кремния. Серпантиновая траектория 5, следующая за диоксидом кремния затво5 ра, имеет длину 50 см и 667 неровностей, которые изображены на фиг .1.

Может быть также использована другая ширина каналов. Злектроды 1 и 2 истока могут быть продлены в боковом направлении, чтобы служить в качестве полевых плат для облегчения распространения области обеднения, создаваемой во время приложения обратного напряжения. Каждый из электродов 1 .. 15 и 2 истока подает ток к общему электроду стока 6, который крепится на ниж" ней части чипа 7. Кремниевый чип 7 формируется на и -пбдложке 8, которая может иметь толщину порядка 14 милей (0,356 мм). Зпитаксиальный слой 9 на-.. носится на подложку 8, является высо-.. коомным и -типа проводимости и имеет толщину и удельное сопротивление в зависимости от требуемого обратного на- 25 пряжения. Все переходы формируются на этом эпитаксиальном слое, который может иметь относительно высокое удельное сопротивление. В предлагаемом транзисторе эпитаксиальный слой 9имеет 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. Зти р+-области 10 и 11, показанные на фиг. 2, име.ют максимальную глубину, которая силь" но увеличивается для того, чтобы об- 40 раэовать большой радиус кривизны. Зто позволяет устройству выдерживать более высокие обратные напряжения. Глубина областей 10 и 1 1 предпочтительно равна 4 мкм в месте обозначения на фиг. 2 индексом Х и 3 мкм в месте, ;обозначенном индексом Y. 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 и --область имеет глубину порядка 4 мкм (предел изменения глубиныЭ вЂ” 6 мкм). В то время, как ее точная удельная проводимость неизвестна и изменяется по глубине, она является высокой относительно и "области, расположенной под ней. В частности, область

16 имеет высокую удельную проводимость, которая определялась бы общей дозой введенных ионов порядка 1х10

В»

1x10" атомов фосфора на см 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 и"-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 сопротивлв" ние включенного состояния высокомощного переключающего устройства.

Предполагается, что проводящие каналы области 14 и 15 изготавливаются из р+-материала и инвертируются в проводимость и-типа для обеспечения получения канала проводимости на основ ных носителях от истоков 1 и 2 в цент" ральную область 16 при прикладывании соответствующего напряжения затвора.

Однако все эти типы проводимости мо- гут 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

7 6 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 устрой" ства для обеспечения получения необходимой более толстой области истощения, требуемой для предотвращения пробоя во время состояния подачи об-. ратного напряжения. Более верхнюю часть общего канала делают относи+ тельно высокспроводящей и -области до глубины порядка от 3 до б мкм.

Это не влияет на способность устройства выдерживать обратные напряжения, однако уменьшает сопротивление включенного состояния на еднницу площади устройства более чем вдвое.

Каждая из индивидуально разнесенных областей .истока является многоугольной по конфигурации, предпочти.тельно 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 по-. рядка 100х140 мил может быть образо,вано 6600 шестиугольных областей истока для получения ширины эффективно го каналапорядка 22000мнл (558,8 мм), таким образом, устройство получает очень высокую способность пропускания больших токов.

Промежуток меяду соседними истоками может содержать структуру полисиликонового 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, имеет контакт при помощи однородного проводящего слоя, который .! взаимодействует с индивидуальными г многоугольными истоками через отверс тия в изолирующем слое, покрывающем

167181 чипа и разделяются в поперечном направлении друг относительно друга.

Электрод затвора, нанесенный на обыч. ный затворный оксид, располагается мел;цу истоками. Два канала проводи5 мости р-типа располагаются по затворам и разделяются друг относительно друга основной областью и-типа проводимости. Ток от каждого истока может 10 протекать через его соответствующий канал (после создания инверсионного слоя, определяющего канал). Таким образом, проводимость основного носителя может протекать через основную 15 область через чип к электроду стока.

Зпектрбд 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.

Данное устройство формируется в п-подложке, которая имеет относительно высокое удельное сопротивление, ко-30 торое необходимо для получения требуемой способности обратного напряже-ния устройства. Например, для четырехсотвольтного устройства и-область будет иметь удельное сопротивление порядка 20 Ом/см. Однако та же самая необходимая характеристика удельного сопротивления обусловлена сравнительно высоким значением сопротивления включения устройства полевого МОП- 4g транзистора при его использовании в качестве мощного переключателя.

В верхней части центральной основ-. ной области, к которой два инверсионных слоя полают ток к электроду стока, из материала с относительно низ-

vèì удельным сопротивлением может быть образована центральная область сразу же под оксидом кремния затвора, например, путем диффузии n+ в область это-. 50 го канала без отрицательного ьюздействия 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 вы1621817 области истока, причем эти отверстия могут быть сформированы при помощи стандартной фотолитограАической техники изготовления MOII-устройства ти5 па D. Затем обеспечивается получение области контакта подушки истока для проводника истока и области соединения подушки затвора для вытянутых пальцев затвора. Область соединения 1ð стока изготавливается на обратной поверхности полупроводникового устройства.

Множество таких устройств может быть сАормировано на одной единствен- 15 ной полупроводникоьой панели и отдельные элементы могут бить отделены друг от друга методом процарапывания или любым другим подходящим способом.

Область р-типа проводимости, кото- 2п рая определяет канал под оксидом 1 кремния затвора, имеет относительно глубокую диффузионную часть под истоком. Таким образом, область диффузии р-типа будет иметь большой радиус кривизны в эпитаксиальном и -слое, формирующем тело устройства.

Эта более глубокая диААузия или более глубокий переход улучшает градиент напряжения на краях устройства и поз- 30 воляет использовать устройства с более высокими обратнымн напряжениями.

Формула изобретения

1. Мощный полевой транзистор с изолированным затвором, сформированный в полупроводниковой высокоомной пластине, содержащей на основной по верхности по крайней мере одну пару . сАормированных на расстоянии одна от другой базовых областей первого типа проводимости, в.каждой из которых выполнены высоколегированние области истока второго типа проводимости, затвор над основной поверхностью между базовыми областями и область стока, включающую высоколегированный слой второго типа проводимости с электродом, сАормированные 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, о т л ич а ю шийся тем, что области истока имеют форму многоугольника.

3. Транзистор по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю шийся тем, что области истока имеют Аорму шестиугольника.

1621Я17

Составитель В.Юдина

Редактор А.Лежнина Техред М.Дидык Корректор М.Пожо

Заказ 4257 Тираж Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101