способ изготовления мощного дмоп-транзистора
Классы МПК: | H01L21/335 полевых транзисторов |
Автор(ы): | Бачурин В.В., Пекарчук Т.Н. |
Патентообладатель(и): | Государственное унитарное предприятие "Научно- производственное предприятие "Пульсар" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-08-24 публикация патента:
10.09.2002 |
Использование: в электронной полупроводниковой технике, в методах создания мощных кремниевых ДМОП-транзисторов с вертикальной структурой. Сущность изобретения: способ отличается наличием новой совокупности и последовательности технологических операций: наращивание дополнительного слоя нитрида кремния на поликремний в защитном покрытии, формирование слоя термической двуокиси кремния в защитном покрытии определенной толщины, локальное выращивание дополнительного слоя термической двуокиси кремния определенной толщины в окнах защитного покрытия над истоковыми областями транзисторных ячеек перед осаждением межслойного диэлектрика на лицевую сторону подложки, удаление защитного покрытия с лицевой стороны подложки и формирование подзатворного диэлектрика из термической двуокиси кремния, пассивированной фосфорносиликатным стеклом, и электрода затвора из низкоомного поликремния или тугоплавкого металла между дополнительными локальными слоями термической двуокиси кремния. Техническим результатом изобретения является повышение стойкости данных приборов к воздействию ионизирующих излучений (прежде всего к гамма-излучению) до уровня требований, предъявляемых к современной радиоэлектронной аппаратуре специального назначения. 1 с.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6
Формула изобретения
1. Способ изготовления мощного ДМОП-транзистора, включающий формирование защитного покрытия из термической двуокиси кремния и поликремния на лицевой стороне исходной кремниевой пп+- или рр+- подложки первого типа проводимости, вытравливание окон в защитном покрытии для формирования транзисторных ячеек и затворного узла в активной области структуры, создание в высокоомном слое подложки канальных областей транзисторных ячеек второго типа проводимости и внутри канальных областей шунтирующих прослоек второго типа проводимости и истоковых областей первого типа проводимости, осаждение межслойного диэлектрика на лицевую сторону подложки, вскрытие контактных окон истока и затвора в межслойном диэлектрике, формирование металлических электродов истока и затвора на лицевой стороне подложки и металлического электрода стока на ее тыльной стороне, отличающийся тем, что в защитном покрытии на поликремний дополнительно наращивают слой нитрида кремния, слой термической двуокиси кремния в защитном покрытии формируют толщиной dSiO2защ![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189031/8804.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189039/8805.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электронной полупроводниковой технике, в частности к методам создания мощных кремниевых ДМОП-транзисторов с вертикальной структурой. Известен типовой подход к формированию структуры активной области мощных ДМОП-транзисторов, принятый в качестве способа-аналога, который базируется на следующей совокупности и последовательности основных технологических операций: формирование защитного покрытия из термической двуокиси кремния и низкоомного поликремния (как правило легированного фосфором) на лицевой стороне исходной кремниевой пп+ - или рр+ - подложки первого типа проводимости; вытравливание окон в защитном покрытии для формирования транзисторных ячеек и общего затворного узла в активной области структуры; создание в высокоомном слое подложки в каждой транзисторной ячейке шунтирующей и канальной областей второго типа проводимости и истоковой области первого типа проводимости; осаждение межслойного диэлектрика (обычно из пиролитической двуокиси кремния, легированной фосфором) на лицевую сторону подложки; вскрытие контактных окон истока и затвора в межслойном диэлектрике; формирование металлических электродов истока и затвора на лицевой стороне подложки и металлического электрода стока на ее тыльной стороне (патент США 4970173 "Method of making high voltage vertical field effect transistor with improved safe operating area", опубликованный 13.11.1990 г.) В этом случае затворный узел, включающий в себя подзатворный диэлектрик из термической двуокиси кремния толщиной dпод и электрод затвора из низкоомного поликремния, формируется из защитного покрытия на начальной стадии технологического маршрута, а шунтирующие, канальные и истоковые области транзисторных ячеек создаются позже последовательным внедрением легирующих примесей в подложку и последующим диффузионным перераспределением внедренных примесей при использовании ранее сформированного затворного узла в качестве защитной маски при ионной имплантации или диффузионной загонке примесей в подложку. В итоге реализуется так называемая "ДМОП-структура с самосовмещенным относительно истока электродом затвора", являющаяся основой современных серий, но выпускаемых коммерческих приборов, в которой индуцированный канал первого типа проводимости образуется на торцах канальных областей, прилегающих к подзатворному диэлектрику, при приложении положительного потенциала к электроду затвора. Недостатком ДМОП-структуры, изготовленной по способу-аналогу, является то, что в ней высоколегированные шунтирующие области (прослойки) выходят за пределы канальных областей транзисторных ячеек, приводя к увеличению шага структуры и дополнительному искривлению объемной части стокового р-п перехода, и, как результат, к уменьшению плотности компоновки конструктивных элементов в активной области приборной структуры и снижению пробивных напряжений стока. В качестве прототипа выбран усовершенствованный вариант технологического процесса изготовления ДМОП-транзистора с вертикальной структурой, в соответствии с которым шунтирующие прослойки формируются после создания канальных областей транзисторных ячеек и полностью вписываются в их границы (Европейский патент 0481153А1 "Process for accomplishment of power MOS transistors with vertical current flow and transistor thus obtained", опубликованный 22.04.1992 г. ) При прочих равных условиях способ-прототип обеспечивает более высокую плотность компоновки конструктивных элементов в активной области ДМОП-структуры и более высокое пробивное напряжение стока по сравнению с аналогом. Однако и прототип, и другие известные модификации прототипа и способа-аналога не позволяют создавать мощные МДП-транзисторы с приемлемым для современной радиоэлектронной аппаратуры специального назначения уровнем стойкости к воздействию ионизирующих излучений, что является их основным недостатком. Низкая радиационная стойкость таких приборов обусловлена следующими причинами:- воздействием температур свыше 1000oС на затворный узел приборной структуры при создании шунтирующих прослоек и канальных областей транзисторных ячеек, приводящих к деградации первоначальных свойств подзатворного диэлектрика;
- отсутствием возможности использования каких-либо дополнительных мер для повышения радиационной стойкости подзатворного диэлектрика, в частности пассивации подзатворного диэлектрика фосфорносиликатным стеклом (в этом случае при последующих за пассивацией высокотемпературных процессах фосфор диффундирует из стекла в подзатворный диэлектрик на большую глубину, что приводит к резкому возрастанию токов утечки затвора, снижению пробивных напряжений диэлектрика, а зачастую и к его полному пробою);
- отсутствие возможности использования в качестве электрода затвора вместо поликремния какого-либо другого альтернативного материала. Цель настоящего изобретения повышение стойкости данных приборов к воздействию ионизирующих излучений (прежде всего к гамма-излучению) до уровня требований, предъявляемых к современной радиоэлектронной аппаратуре специального назначения. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления ДМОП-транзистора, включающем формирование защитного покрытия из термической двуокиси кремния и поликремния на лицевой стороне исходной кремниевой пп+ - или pp+ - подложки первого типа проводимости, вытравливание окон в защитном покрытии для формирования транзисторных ячеек и затворного узла в активной области структуры, создание в высокоомном слое подложки канальных областей транзисторных ячеек второго типа проводимости и внутри канальных областей шунтирующих прослоек второго типа проводимости и истоковых областей первого типа проводимости, осаждение межслойного диэлектрика на лицевую сторону подложки, вскрытие контактных окон истока и затвора в межслойном диэлектрике, формирование металлических электродов истока и затвора на лицевой стороне подложки и металлического электрода стока на ее тыльной стороне, в защитном покрытии на поликремний дополнительно наращивают слой нитрида кремния, слой термической двуокиси кремния в защитном покрытии формируют толщиной
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189089/2189089-1t.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189039/8805.gif)
- избежать деградации первоначальных свойств подзатворного диэлектрика и затворного узла в целом за счет исключения воздействия высоких температур (>1000oС) на уже сформированный затворный узел;
- использовать в необходимых случаях в качестве электрода затвора помимо поликремния и другие альтернативные материалы, в частности тугоплавкие металлы и их силициды;
- провести пассивацию подзатворного диэлектрика фосфорносиликатным стеклом для связывания поступающих из электрода затвора и образованных непосредственно в подзатворном диэлектрике под действием ионизирующего излучения подвижных зарядов в неподвижные комплексы;
- и, как результат, создать необходимые предпосылки для формирования радиационностойкого затворного узла приборной структуры. Локальное выращивание дополнительного слоя термической двуокиси кремния в окнах защитного покрытия над истоковыми областями транзисторных ячеек в заявляемом способе позволяет избирательно удалить оставшуюся после вытравливания окон часть защитного покрытия с лицевой стороны подложки и сформировать на этом месте затворный узел ДМОП-структуры, то есть изготовить приборную структуру, отличающуюся от "ДМОП-структуры с самосовмещенным относительно истока электродом затвора" лишь тем, что в ней электрод затвора на величину ошибки совмещения может выходить за пределы подзатворного диэлектрика и частично располагаться на локальном слое термической двуокиси кремния, внося таким образом дополнительный вклад во входную емкость ДМОП-структуры При толщине локального слоя термической двуокиси кремния блок над истоковыми областями транзисторных ячеек в 2-3 раза превышающей толщину подзатворного диэлектрика dпод, то есть при выполнении оговоренного в формуле изобретения условия dлок
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189039/8805.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189089/2189089-2t.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189089/2189089-3t.gif)
- в возможности повышения радиационной стойкости серийно выпускаемых мощных коммерческих ДМОП-транзисторов с вертикальной структурой посредством доработки базового технологического процесса их изготовления;
- в возможности создания нового поколения мощных кремниевых ДМОП-транзисторов и на их основе - нового поколения радиоэлектронной аппаратуры, отвечающей современным и перспективным требованиям по массогабаритным показателям, энергетическим параметрам, надежности, сроку службы и стойкости к спецфакторам. На фиг. 1, 2, 3, 4, 5 изображены основные этапы изготовления мощного кремниевого ДМОП-транзистора с вертикальной структурой согласно изобретению, где введены следующие обозначения:
1 - исходная кремниевая подложка с нижним высоколегированным и верхним слаболегированным слоями первого типа проводимости;
2 - трехслойное защитное покрытие;
3 - слой термической двуокиси кремния в защитном покрытии;
4 - слой поликремния в защитном покрытии;
5 - слой нитрида кремния в защитном покрытии;
6 - сквозные окна в защитном покрытии;
7 - канальные области транзисторных ячеек второго типа проводимости;
8 - высоколегированные шунтирующие прослойки в транзисторных ячейках второго типа проводимости;
9 - истоковые области транзисторных ячеек первого типа проводимости;
10 - локальные слои термической двуокиси кремния в окнах защитного покрытия над истоковыми областями транзисторных ячеек;
11 - подзатворный диэлектрик из термической двуокиси кремния, пассивированной фосфорносиликатным стеклом;
12 - электрод затвора из низкоомного поликремния или тугоплавкого металла;
13 - межслойный диэлектрик;
14 - контактные окна истока, вскрытые в межслойном диэлектрике и локальном слое термической двуокиси кремния;
15 - металлический электрод истока;
16 - металлический электрод стока. Пример
Предложенный способ был использован при изготовлении мощных переключательных п-канальных ДМОП-транзисторов с вертикальной структурой, рассчитанных на диапазон рабочих напряжений сток-исток до 250 В. Способ осуществляют следующим образом. На лицевой стороне исходной кремниевой пп+-подложки (1) с ориентацией кристаллографических осей по плоскости (100), состоящей из нижнего высоколегированного п+-слоя с удельным сопротивлением
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189022/961.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189022/961.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189089/2189089-4t.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189020/177.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189020/177.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189089/9633.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189020/177.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189020/177.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189089/9633.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189020/177.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189020/177.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189089/9633.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189020/177.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189089/2189089-5t.gif)
![способ изготовления мощного дмоп-транзистора, патент № 2189089](/images/patents/281/2189089/2189089-6t.gif)
а) в возможности создания мощных кремниевых ДМОП-транзисторов, эквивалентных по реализуемым конечным параметрам современным коммерческим ДМОП-транзисторам с самосовмещенным относительно истока электродом затвора, но обладающих существенно более высокой радиационной стойкостью, то есть расширенными функциональными возможностями;
б) в возможности повышения радиационной стойкости серийно выпускаемых мощных коммерческих ДМОП-транзисторов с вертикальной структурой посредством доработки базового технологического процесса их изготовления;
в) в возможности создания нового поколения мощных кремниевых ДМОП-транзисторов с вертикальной структурой и на их основе - нового поколения радиоэлектронной аппаратуры, отвечающей современным и перспективным требованиям по массогабаритным показателям, энергетическим параметрам, надежности, сроку службы и стойкости к спецфакторам.
Класс H01L21/335 полевых транзисторов