Высоковольтный МОП-транзистор

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ - управляющая компания холдинга ИНТЕГРАЛ(72) Авторы Леонов Николай Иванович Гетьман Сергей Николаевич Дудар Наталия Леонидовна Лемешевская Алла Михайловна(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ - управляющая компания холдинга ИНТЕГРАЛ(57) Высоковольтный МОП-транзистор, содержащий кремниевую подложку со сформированной в ней дрейфовой областью с противоположным подложке типом проводимости, в которой сформирована область того же типа проводимости, что и подложка, область стока, сформированную в дрейфовой области, область истока, сформированную в области того же типа проводимости, что и подложка, отличающийся тем, что дрейфовая область выполнена перекрывающей сформированную в ней область того же типа проводимости,что и подложка, а над местом перекрытия сформирована поликремниевая шина электрического соединения. Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к конструкции высоковольтного МОП-транзистора, и может быть использовано как в качестве дискретного прибора, так и в качестве элемента при создании больших и сверхбольших интегральных схем различного назначения. Известна конструкция высоковольтного МОП-транзистора 1, имеющая дрейфовую область, расположенную в эпитаксиальной пленке противоположного типа проводимости на полупроводниковой подложке того же типа проводимости, области затвора, истока и 18093 1 2014.04.30 стока. Область истока высоковольтного МОП-транзистора расположена в области того же типа проводимости, что и эпитаксиальная пленка. Под областью того же типа проводимости, что и эпитаксиальная пленка, расположен скрытый слой того же типа проводимости. Данная конструкция высоковольтного МОП-транзистора обладает следующими недостатками 1. Наличие скрытого слоя и эпитаксиальной пленки усложняет технологический процесс создания высоковольтных транзисторов 2. Низкое пробивное напряжение сток-исток транзистора из-за высокой напряженности электрического поля вблизи сильнолегированного скрытого слоя. Наиболее близкой по технической сущности к заявленному решению является конструкция высоковольтного МОП-транзистора 2, имеющая дрейфовую область, расположенную в полупроводниковой подложке противоположного типа проводимости, области затвора, истока и стока. Область истока расположена в области высоковольтного МОПтранзистора того же типа проводимости, что и подложка. Известному техническому решению присущ следующий недостаток область того же типа проводимости, что и подложка высоковольтного МОП-транзистора, закорочена с подложкой, что не позволяет поднять напряжение на истоке транзистора выше, чем напряжение подложки, поскольку пробивное напряжение между областью того же типа проводимости, что и подложка высоковольтного МОП-транзистора, и подложкой равно нулю. Заявляемое изобретение позволяет использовать высоковольтный МОП-транзистор с напряжением на истоке до 30 В и заземленной подложке. Поставленная задача решается тем, что в высоковольтном МОП-транзисторе, содержащем дрейфовую область, расположенную в полупроводниковой подложке противоположного типа проводимости, область затвора, области стока и истока, расположенные в области высоковольтного МОП-транзистора того же типа проводимости, что и подложка,с целью увеличения пробивного напряжения между областью того же типа проводимости,что и подложка высоковольтного МОП транзистора, и подложкой дрейфовая область перекрывает область того же типа проводимости, что и подложка, а поликремниевая шина электрически соединена с областью того же типа проводимости, что и подложка, и накрывает дрейфовую область в месте перекрытия ею области того же типа проводимости, что и подложка. Использование идентичного или сходного конструктивного признака не обнаружено. Для нормальной работы высоковольтного МОП-транзистора область истока электрически закорочена с областью того же типа проводимости, что и подложка, это предотвращает включение паразитного биполярного транзистора исток-база (область того же типа проводимости, что и подложка)-дрейфовая область благодаря предотвращению смещения в прямом направлении перехода исток-база (область того же типа проводимости, что и подложка). Включение паразитного биполярного транзистора резко уменьшает пробивное напряжение сток-исток высоковольтного МОП-транзистора. Поскольку область того же типа проводимости, что и подложка высоковольтного МОП-транзистора, имеет тот же тип проводимости, что и подложка, в которой сформирован транзистор, и исток электрически закорочен с областью того же типа проводимости, что и подложка, то напряжение, прикладываемое к истоку, всегда соответствует напряжению на подложке. Как правило,напряжение на подложке равно нулю. Следовательно, поднять потенциал на истоке выше нуля не представляется возможным. Для осуществления возможности поднять потенциал истока выше потенциала подложки необходимо электрически изолировать область того же типа проводимости, что и подложка высоковольтного МОП-транзистора, от самой подложки. Другими словами, необходимо между областью того же типа проводимости,что и подложка, и подложкой расположить область противоположного типа проводимости, например дрейфовую область. Однако дрейфовая область в высоковольтном транзисторе имеет низкую концентрацию примеси, что ведет к образованию паразитного МОП 2 18093 1 2014.04.30 транзистора и образованию утечки между областью того же типа проводимости, что и подложка транзистора, и подложкой. Для предотвращения утечки между областью того же типа проводимости, что и подложка высоковольтного МОП-транзистора, и подложкой необходимо запереть паразитный МОП-транзистор, подав на затвор паразитного транзистора потенциал области того же типа проводимости, что и подложка. В результате обеспечивается электрическая изоляция области того же типа проводимости, что и подложка высоковольтного МОП-транзистора, от подложки, что позволяет подать потенциал истока выше потенциала подложки. Сущность изобретения заключается в том, что в высоковольтном МОП-транзисторе дрейфовая область перекрывает область того же типа проводимости, что и подложка, а поликремниевая шина электрически соединена с областью того же типа проводимости,что и подложка, и накрывает дрейфовую область в месте перекрытия ею области того же типа проводимости, что и подложка, в результате чего обеспечивается электрическая изоляция области того же типа проводимости, что и подложка высоковольтного МОПтранзистора, от подложки, что, в свою очередь, позволяет поднять потенциал истока выше потенциала подложки. Конструкция высоковольтного МОП-транзистора известна 3, однако сравнение свойств заявляемого и известного решений показало, что именно перекрытие дрейфовой областью области того же типа проводимости, что и подложка высоковольтного МОПтранзистора, и наличие поликремниевой шины, которая является затвором паразитного МОП-транзистора, соединенной с областью того же типа проводимости, что и подложка,и накрывающей дрейфовую область в месте перекрытия ею области того же типа проводимости, что и подложка, позволяет изолировать область того же типа проводимости, что и подложка, и истока от подложки. На фигуре изображена вертикальная структура заявляемого высоковольтного МОПтранзистора с истоком первого типа проводимости 1, сформированном в области второго типа проводимости 2, которая, в свою очередь, сформирована в слаболегированной дрейфовой области первого типа проводимости 3, дрейфовая область 3 сформирована в слаболегированной подложке второго типа проводимости 4 и перекрывает область того же типа проводимости 2, что и подложка, на расстояние , над дрейфовой областью первого типа проводимости сформирован локальный окисел 5, над областью того же типа проводимости, что и подложка, сформирован подзатворный окисел 6, над которым расположены область затвора 7 высоковольтного МОП-транзистора и область поликристаллической шины 8, которая является затвором паразитного МОП-транзистора, область стока 9 первого типа проводимости сформирована в дрейфовой области 3. Перекрытие дрейфовой областью области того же типа проводимости, что и подложка высоковольтного МОП-транзистора, и наличие поликристаллической шины, которая является затвором паразитного МОП-транзистора (фигура) позволили изолировать область того же типа проводимости, что и подложка, и область истока высоковольтного МОПтранзистора от подложки и тем самым дали возможность поднимать потенциал истока выше потенциала подложки. Пример. На фигуре изображена структура высоковольтного МОП-транзистора, полученная в процессе производства, являющегося элементом интегральной схемы. В полупроводниковой подложке 4, легированной бором, методом ионной имплантации фосфора дозой 0,2 мкКл/см 2 сформирована дрейфовая область 3 глубиной 8 мк, над дрейфовой областью методом термического окисления сформирован локальный окисел толщиной 1,2 мк, в дрейфовой области 3 методом ионной имплантации примеси бора сформирована область того же типа проводимости, что и подложка высоковольтного МОП-транзистора. Область того же типа проводимости, что и подложка, сформирована таким образом, что дрейфовая область перекрывает область того же типа проводимости,3 18093 1 2014.04.30 что и подложка, на расстояние . Над областью того же типа проводимости, что и подложка, методом термического окисления сформирован подзатворный окисел 6 толщиной 42 нм. Над подзатворным окислом сформированы поликремниевый затвор 7 высоковольтного МОП-транзистора и поликремниевый затвор 8 паразитного МОП-транзистора. По маске затвора 7 методом ионной имплантации примеси фосфора в области того же типа проводимости, что и подложка высоковольтного транзистора, сформирован исток транзистора 1 и посредством этой же ионной имплантации сформирован сток транзистора 9. У полученного экспериментального образца высоковольтного МОП-транзистора пробивное напряжение сток-исток составляет более 650 В, а пробивное напряжение истокподложка составляет более 30 В. В прототипе предлагаемого изобретения пробивное напряжение сток-исток составляет более 500 В, а пробивное напряжение исток-подложка отсутствует, поскольку область того же типа проводимости, что и подложка, конструктивно закорочена с подложкой. Таким образом, предложенная конструкция высоковольтного МОП-транзистора обеспечивает работу схемы в заданном диапазоне напряжений на стоке и истоке, что в конечном итоге обеспечивает работоспособность ИС, повышает процент выхода годных микросхем примерно на 70 . Предложенная конструкция высоковольтного МОП-транзистора позволяет увеличить в сравнении с прототипом диапазон подаваемых на структуру транзистора напряжений сток-исток и исток-подложка, как следствие, обеспечивает работу интегральной схемы в требуемом диапазоне напряжений питания. Источники информации 1. Патент США 5504608, МПК 01 21/823401 21/76, 1996. 2. Патент США 2001/0030346, МПК 01 21/33601 29/7601 29/94, 2001. 3. Патент США 7888222, МПК 01 21/336, 2011. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4