Мощный полевой транзистор с изолированным затвором

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК АЗ Ю (1 И 51)5 Н 01 1, 29 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИпО иэОВРетениям и ОтнРПРИ ГКНТ СССРЛРЩ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ГЗАТЕНТУ(33) 118 (46) 15.01,91, Б (71) Интернэшнл Ог 8) (72) Апександери Владимир Румен(56) Патент СЯА гъ 4115793,кп, Н 01 Ь 29/78, 1978.Патент СИА Р 4072975,кл. Н 01 Ь 29/78, 1978. устройстбратным ни(54) МОЩНЫЙ ПОЛКВой ТРАНЗИСТОР С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ(57) Изобретение отьосится к высокомощным полевым МОП-транзисторам, вчастности к структуре полевого МОПтранзистора, которая позволяет использовать егов высокомощныхвах с относительно высоким о Изобретение относится к высоко- мощному устройству полевого МОЛ-транзистора, в частности к структуре для устройства полевого МОП-транзистора, которая позволяет испольэовать его в высокомощных устройствах с относительно высоким обратным напряжением и низким сопротивлением включенного состояния. 2 напряжением и низким сопротивлением включенного состояния. Цепью изобретения является повышение мощности полевого транзистора. В мощном поле-. вом 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 с включенного состояния на единицу площади устройства более чем вдвое. Области истока имеют форму многоугольника, в частности форму шести- С угольника, для получения постоянного промежутка по основным длинам истоков, что обеспечивает высокую способность пропускания больших токов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.4 Ь Целью изобретения является повышее мощности полевого транзистора,На фиг. 1 изображен чип полевого МгЩ-транзистора, вид в плане; на О 4 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 отИспользуя П-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-типа- области 14 и 15 соответственно, Области 14 и 15 каналов располагаются под слоем 4 диоксида кремния затвора 3 и могут быть инвертированы соответствующим прикладыванием сигнала сме 50 поверхности полупроводниковой пластины при помощи слоя 4 диоксида кремния, Серпантиновая траектория 5, следующая за диоксидом кремния затво 5 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 полевых плат для облегчения распространения области обеднения, создаваемой во время приложения обратного напряжения. Каждый из электродов 115 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 пряжения. Все переходы формируются на этом эпитаксиальном слое, который может иметь относительно высокое удельное сопротивление, В предлагаемом транзисторе эпитаксиальный слой 9 имеет толщину порядка 35 мкм и удельное сопротивление порядка 20 Ом/см. Пред" почтительна вытянутая серпантиновая р+-область под каждым из электродов 1 и 2 истока, которая таким образом проходит вокруг серпантинового пути, показанного на Лиг, 1. Зти рф-области 10 и 11, показанные на Лиг. 2, име,ют максимальную глубину, которая силь" но увеличивается для того, чтобы образовать 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 У. 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 высоко- проводящей и содержит п -область 16, расположенную непосредственно под слоем 4 диоксида кремния затвора, при этом и -область имеет глубину порядка 4 мкм (предел изменения глубины - Э - 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 1 х 10В 1 х 10" атомов Фосфора на см при 50 кВ вслед за возбуждением диФАузий 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 15каналов более высокопроводящей, значительно снижается прямое сопротивлв"ние включенного состояния высокомощного переключающего устройства.Предполагается, что проводящие каналы области 14 и 15 изготавливаютсяиз р+-материала и инвертируются в про"водимость и-типа для обеспечения получения канала проводимости на основных носителях от истоков 1 и 2 в цент"ральную область 16 при прикладываниисоответствующего напряжения затвора,Однако все эти типы проводимости мо-гут быть изменены на обратные, следовательно, устройство будет работатьв качестве устройства р-канала, а неустройства п-канала,Два истока помещаются на одной итой же поверхности полупроводникового7 6рабатывания способности выдерживать высокое обратное напряжение, и глубину, зависящую от необходимого обратного напряжения для данного устройства. Таким образом, для 400 В-ного устройства нижняя и -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 6 мкм, Это не влияет на способность устройства выдерживать обратные напряжения, однако уменьшает сопротивление включенного состояния на единицу площади устройства более чем вдвое.Каждая из индивипуально 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 боль- шое 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 100 х 140 мил может быть образо,вано бб 00 шестиугольных областей ис тока для получения ширины эективно го каналапорядка 22000 мнл (558,8 мм),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.Калдая из многоугольных областей истока: имеет контакт при помощи однородного проводящего слоя, которыйвзаимодействует с индивидуальными гмногоугольными истоками через отверс тия в изолирующем слое, покрывающем 162181 чипа и разделяются в поперечном направлении друг относительно друга,Электрод затвора, нанесенный на обычный затворный оксид, располагаетсямел;цу истоками. Два канала проводи 5мости р-типа располагаются по затворам и разделяются друг относительнодруга основной областью п-типа проводимости. Ток от каждого истока может 10протекать через его соответствующийканал (после создания инверсионногослоя, определяющего канал). Такимобразом, проводимость основного носителя может протекать через основную 15область через чип к электроду стока.Зпектрбд стока может располагатьсяна противоположной стороне чипа илина области, отнесенной в боковом направлении от электродов истока. Такаяконд)игурация изготавливается с использованием необходимой технологии изготовления МОП-устройства типа П, которая позволяет точно производить выравнивание различных электродов и ка налов и использовать крайне небольшиедлины каналов,Данное устройство формируется вп-подложке, которая имеет относительно высокое удельное сопротивление, ко"30торое необходимо для получения требуемой способности обратного напряжения устройства. Например, для четырехсотвольтного устройства и-область будет иметь удельное сопротивление порядка 20 Ом/см. Однако та же самаянеобходимая характеристика удельногосопротивления обусловлена сравнительно высоким значением сопротивлениявключения устройства полевого МОПтранзистора при его использовании вкачестве мощного переключателя.В верхней части центральной основ-.ной области, к которой два инверсионных слоя подают ток к электроду стока, из материала с относительно низ-ким удельным сопротивлением может бытьобразована центральная область сразуже под оксидом кремния затвора, например, путем диЪАузии и+ в область это-. 50го канала без отрицательного воздействия на характеристики обратного напряжения устройства.Этот общий канал будет иметь верхнюю часть под оксидом кремния затвораи еще ниже основную часть, проходящую в направлении электрода стока.Эта нижняя часть имеет высокое удельное сопротивление, необходимое для вы 1621 Я 17области истока, причем эти отверстия могут быть сформированы при помощи стандартной фотолитограАической техники изготовления МОП-устройства ти 5 па П. Затем обеспечивается получение области контакта подушки истока для проводника истока и области соединения подушки затвора для вытянутых пальцев затвора. Область соединения 1 О стока изготавливается на обратной поверхности полупроводникового устройства.Множество таких устройств может быть сформировано на одной единствен ной полупроводниковой панели и отдельные элементы могут бить отделены друг от друга методом процарапывания или любым другим подходящим способом.Область р-типа проводимости, кото рая определяет канал под оксидом 1 кремния затвора, имеет относительно глубокую диффузионную часть подистоком. Таким образом, областьдюиЯузии 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 О воляет использовать устройства с бо" лее высокими обратнымн напряжениями. Формула изобретения1. Мощный полевой транзистор с изолированным затвором, сформированный в полупроводниковой высокоомной пластине, содержащей на основной по верхности по крайней мере одну пару . сформированных 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, сформированные на другой поверхности высокоомной полупроводниковой пластины, о т л и ч а ю щ и й с я 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 щ и й с я тем, что области истока имеют Форму многоугольника.3. Транзистор по пп. 1 и 2, о т" л и ч а ю щ и й с я тем, что области истока имеют Аорму шестиугольника.едакт ежнина КНТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина Заказ 4257ВНИИПИ Госуда ставитель В,Юдинахред М,Дидык Корректор М.Пожо Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытия113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/