DE10004387A1 - CMOS-kompatibler lateraler DMOS-Transistor und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Transitors - Google Patents
CMOS-kompatibler lateraler DMOS-Transistor und Verfahren zur Herstellung eines derartigen TransitorsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen CMOS-kompatiblen lateralen DMOS-Transistor und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Transistors. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, einen CMOS-kompatiblen DMOS-Transistor und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Transistors vorzuschlagen, der durch eine geeignete Layoutgestaltung wahlweise für sehr hohe Drainspannungen oder für die Leistungsverstärkung bei sehr hohen Frequenzen ausgelegt werden kann und der mit geringem Zusatzaufwand im Vergleich zu einer üblichen sub-mum-Fertigungstechnologie für CMOS-Schaltkreise herstellbar ist. DOLLAR A Ein Gate-Isolator des erfindungsgemäßen CMOS-kompatiblen lateralen DMOS-Transistors weist unter einem Steuergate im gesamten stromdurchflossenen (aktiven) Bereich eine einheitliche Dicke auf. Unter dem Steuergate ist eine die Transistorschwellspannung bestimmende oberflächennahe Zone mit erhöhter Dotierungskonzentration (Wellbereich) so angeordnet, dass sie die gesamte Fläche unter dem auf aktivem Gebiet liegenden Steuergate einnimmt und innerhalb eines sogenannten Driftraumes zwischen dem Steuergate und einem hochdotierten Draingebiet endet. Die gesamte Oberfläche des Driftraums ist von einer im Vergleich zum hochdotierten Draingebiet niedrig dotierten Zone vom Leitungstyp des Draingebietes (VLDD) bedeckt.
Description
Die Erfindung betrifft einen CMOS-kompatiblen lateralen DMOS-Transistor und ein Verfahren
zur Herstellung eines derartigen Transistors.
Es sind eine Vielzahl von lateralen DMOS-Transistorkonstruktionen sowohl für den Einsatz als
Hochspannungsbauelement mit mehr als 100 V Drainspannung, als auch für die
Hochfrequenzleistungsverstärkung bei mittleren Betriebspannungen, z. B. im Bereich zwischen
10 V und 20 V bekannt. Ein bekannter Typ von LDMOS-Konstruktionen verwendet einen
abgestuften Gateisolator zur Reduzierung der Feldstärke an der drainseitigen Kante des
Steuergates. Ein Beispiel sind die besonders für hohe Drainspannungen geeigneten sogenannten
Fieldgap oder Thick-Field-Drift Region Anordnungen, beispielsweise beschrieben in LYoshida
u. a., IEDM Tech. Dig. 1997, p. 51-53 sowie in T. R. Efland u. a., IEDM Tech. Dig. 1998, p. 679-
682. Letztere Konstruktion ist aber bei typischen Feldoxiddicken von ca. 0,5 µm nicht ohne
weiteres skalierbar für sehr hohe Grenzfrequenzen (Länge des Drifigebietes < 0,5 µm für
ft < 20 GHz) und nur bedingt kompatibel mit einer standardmäßigen CMOS-Technologie.
Trotz zusätzlicher Lackmaske für eine LDD-Implantation unter dem Feldgebiet ist bei modernen
Isolationstechniken, z. B. bei der sogenannten "Shallow Trench"-Technologie, die Dotierung der
Randbereiche des Feldgebietes problematisch. Andere Konstruktionen verwenden anstelle des
normalen dünnen Gate-Dielektrikums der Standardtransistoren einen gesondert erzeugten
dickeren Gateisolator für die DMOS-Strukturen im gesamten Steuergatebereich oder in einem
Teil desselben, vgl. T. R. Efland u. a., IEDM Tech. Dig. 1998, p. 679-682, was ebenfalls mit einem
erheblichen Zusatzaufwand verbunden ist und im ersteren Falle zusätzlich die Sättigungssteilheit
der Transistoren verringert. Weitere bekannte Konstruktionen (sogenannte Activgap oder Low
Voltage Planar Anordnungen, wie in I. Yoshida u. a., IEDM Tech. Dig. 1997, p. 51-53 und T. R.
Efland u. a., IEDM Tech. Dig. 1998, p. 679-682 beschrieben, vermeiden die obengenannten
technologischen Nachteile, indem sie im Wesentlichen nur den standardmäßigen CMOS-Prozess
zu ihrer Herstellung benötigen, erreichen aber keinen optimalen Kompromiss zwischen der
Drain-Durchbruchspannung, dem On-Widerstand (Ron) und der Grenzfrequenz. Insbesondere ist
die Gewährleistung einer ausreichenden Langzeitstabilität infolge verstärkter
Heißelektroneneffekte durch zu hohe Feldstärken an der drainseitigen Gatekante erschwert.
Kürzlich wurde vorgeschlagen, die Dotierung des LDD-Gebiets im Driftraum durch einen
sogenannten Splitt-LDD-Prozess abzustufen und dabei die LDD-Dotierung in Nähe der
Gatekante soweit zu verringern, dass in diesem Bereich bei hinreichender Drainspannung eine
vollständige Verarmung an freien Ladungsträgern erreicht wird und dadurch die
Heißelektroneneffekte und die Drain/Gate-Kapazität reduziert werden, vgl. S. Xu u. a., IEDM
Tech. Dig. 1999, p. 201-204. Bei diesem Vorschlag ist jedoch in jedem Falle eine zusätzliche
Lackmaske im Vergleich zum CMOS-Standardprozess erforderlich. Trotz dieser Maßnahme ist
der On-Widerstand Ron durch die notwendigerweise extrem geringe LDD-Dotierung in
Drainnähe verhältnismäßig hoch und eine gleichzeitige Realisierung von optimierten HF-DMOS-
Transistoren zusammen mit DMOS-Transistoren für sehr hohe Draindurchbruchspannungen und
niedrigem On-Widerstand Ron ist nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, die o. g. Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und einen
CMOS-kompatiblen DMOS-Transistor und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen
Transistors vorzuschlagen, der durch eine geeignete Layoutgestaltung wahlweise für sehr hohe
Drainspannungen oder für die Leistungsverstärkung bei sehr hohen Frequenzen ausgelegt werden
kann und der mit geringem Zusatzaufwand im Vergleich zu einer üblichen sub-µm-
Fertigungstechnologie für CMOS-Schaltkreise herstellbar ist.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand für eine gegebene
Durchbruchspannung den On-Widerstand Ron weiter zu verringern und die gleichzeitige
Herstellung optimierter DMOS-Transistoren für höchste Drainspannungen und andererseits für
höchste Grenzfrequenzen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche gelöst.
Ein Gate-Isolator des erfindungsgemäßen CMOS-kompatiblen lateralen DMOS-Transistors weist
unter einem Steuergate im gesamten stromdurchflossenen (aktiven) Bereich eine einheitliche
Dicke auf. Unter dem Steuergate ist eine die Transistorschwellspannung bestimmende
oberflächennahe Zone mit erhöhter Dotierungskonzentration (Wellbereich) so angeordnet, dass
sie die gesamte Fläche unter dem auf aktivem Gebiet liegenden Steuergate einnimmt und
innerhalb eines sogenannten Driftraumes zwischen dem Steuergate und einem hochdotierten
Draingebiet endet, wobei mindestens der gesamte Halbleiterbereich unmittelbar unter dem
hochdotierten Draingebiet eine deutlich geringere Dotierungskonzentration im Vergleich zu der
Dotierung im Wellbereich besitzt. Die gesamte Oberfläche des Driftraums ist von einer im
Vergleich zum hochdotierten Draingebiet niedrig dotierten Zone vom Leitungstyp des
Draingebietes (VLDD) bedeckt, in welcher eine Nettodotierungsmenge von 6 × 1012 cm2 nicht
überschritten ist und in welcher die gesamte Oberfläche des Driftraums im Wellbereich bei einer
anliegenden Drainspannung, die unter der Durchbruchsspannung des Gate-Isolators liegt, im
Wellbereich total an freien Ladungsträgern verarmt ist.
In einer Ausführungsform ist die Dotierung des VLDD-Gebietes auch außerhalb des Driftraums
des DMOS-Transistors auf allen nicht von dem Steuergate bedeckten Teilflächen der aktiven,
von Feldoxid freien Gebiete vorhanden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Nettodotierungsmenge im VLDD-Gebiet im
Wellbereich in Nähe der drainseitigen Kante des Steuergates höher als außerhalb des
Wellbereichs in unmittelbarer Nähe des hochdotierten Draingebietes.
Zur Herstellung eines derartigen CMOS-kompatiblen lateralen DMOS-Transistors wird das
VLDD-Gebiet großflächig durch eine Ionenimplantation dotiert.
In einer Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens erfolgt die Ionen-Implantation zur Dotierung
mindestens eines Teiles des VLDD-Gebietes durch eine Lackmaske.
Weiterhin wird die Herstellung des VLDD-Gebiets durch die Kombination einer durch eine
Lackmaske maskierten und einer großflächigen Ionenimplantation so erfolgen, dass bei der
maskierten Ionenimplantation der unmittelbar an das hochdotierte Draingebiet angrenzende
Bereich des Driftraumes abgedeckt wird.
Zur Maskierung der Dotierung des Wellbereichs ist die benutzte Lackmaske innerhalb des
Driftraumes an einer Maskenkante und/oder in der Nähe derselben mit kleinstmöglichen
Perforationen versehen, wobei die Implantationsenergie und die nach der Implantation wirksame
Wärmebelastung für den Wellbereich so gewählt sind, dass die Eindringtiefe des Wellbereichs im
Gebiet des Driftraumes mit den Abmessungen der Perforationen mindestens vergleichbar ist.
In einer speziellen Ausführungsform werden der Gate-Isolator, das Steuergate, der Sourcebereich
und die unmittelbar unter dem Steuergate liegende, die Schwellspannungen und andere die
Transistoreigenschaften bestimmende Zonen mit erhöhter Dotierungskonzentration (Wellbereich)
des DMOS-Transistors gemeinsam mit den entsprechenden Bestandteilen von auf dem gleichen
Halbleitersubstrat integrierten MOS-Transistoren für vergleichsweise niedrige
Betriebsspannungen erzeugt und weisen die gleichen Parameter auf wie die MOS-Transistoren.
Die Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung
hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von
Unterkombinationen schutzfähige Ausführungen darstellen, für die hier Schutz beansprucht wird.
Claims (8)
1. CMOS-kompatibler lateraler DMOS-Transistor, bei welchem ein Gate-Isolator unter einem
Steuergate im gesamten stromdurchflossenen (aktiven) Bereich eine einheitliche Dicke
aufweist dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Steuergate eine die
Transistorschwellspannung bestimmende oberflächennahe Zone mit erhöhter
Dotierungskonzentration (Wellbereich) so angeordnet ist, dass sie die gesamte Fläche unter
dem auf aktivem Gebiet liegenden Steuergate einnimmt und innerhalb eines sogenannten
Driftraumes zwischen dem Steuergate und einem hochdotierten Draingebiet endet, wobei
mindestens der gesamte Halbleiterbereich unmittelbar unter dem hochdotierten Draingebiet
eine deutlich geringere Dotierungskonzentration im Vergleich zu der Dotierung im
Wellbereich besitzt und dass die gesamte Oberfläche des Driftraums von einer im Vergleich
zum hochdotierten Draingebiet niedrig dotierten Zone vom Leitungstyp des Draingebietes
(VLDD) bedeckt ist, in welcher eine Nettodotierungsmenge von 6.1012/cm2 nicht
überschritten ist und in welcher die gesamte Oberfläche des Driftraums im Wellbereich bei
einer anliegenden Drainspannung, die unter der Durchbruchsspannung des Gate-Isolators
liegt, im Wellbereich total an freien Ladungsträgern verarmt ist.
2. CMOS-kompatibler lateraler DMOS-Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Dotierung des VLDD-Gebietes auch außerhalb des Driftraums des DMOS-
Transistors auf allen nicht von dem Steuergate bedeckten Teilflächen der aktiven, von
Feldoxid freien Gebiete vorhanden ist.
3. CMOS-kompatibler lateraler DMOS-Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Nettodotierungsmenge im VLDD-Gebiet im Wellbereich in Nähe der drainseitigen
Kante des Steuergates höher ist als außerhalb des Wellbereichs in unmittelbarer Nähe des
hochdotierten Draingebietes.
4. Verfahren zur Herstellung eines CMOS-kompatiblen lateralen DMOS-Transistors, im
Wesentlichen wie im Anspruch 1 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass das VLDD-
Gebiet großflächig durch eine Ionenimplantation dotiert wird.
5. Verfahren zur Herstellung eines CMOS-kompatiblen lateralen DMOS-Transistors, im
Wesentlichen wie im Anspruch 1 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen
implantation zur Dotierung mindestens eines Teiles des VLDD-Gebietes durch eine
Lackmaske erfolgt.
6. Verfahren zur Herstellung eines CMOS-kompatiblen lateralen DMOS-Transistors, im
wesentlichen wie im Anspruch 3 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass das VLDD-
Gebiet durch die Kombination einer durch eine Lackmaske maskierten und einer
großflächigen Ionenimplantation so erfolgt, dass bei der maskierten Ionenimplantation der
unmittelbar an das hochdotierte Draingebiet angrenzende Bereich des Driftraumes abgedeckt
wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die zur Maskierung der Dotierung des Wellbereichs benutzte Lackmaske innerhalb des
Driftraumes an einer Maskenkante und/oder in der Nähe derselben mit kleinstmöglichen
Perforationen versehen ist, wobei die Implantationsenergie und die nach der Implantation
wirksame Wärmebelastung für den Wellbereich so gewählt sind, dass die Eindringtiefe des
Wellbereichs im Gebiet des Driftraumes mit den Abmessungen der Perforationen mindestens
vergleichbar ist.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
der Gate-Isolator, das Steuergate, der Sourcebereich und die unmittelbar unter dem
Steuergate liegende, die Schwellspannungen und andere die Transistoreigenschaften
bestimmende Zone mit erhöhter Dotierungskonzentration (Wellbereich) des DMOS-
Transistors gemeinsam mit den entsprechenden Bestandteilen von auf dem gleichen
Halbleitersubstrat integrierten MOS-Transistoren für vergleichsweise niedrige
Betriebsspannungen erzeugt werden und die gleichen Parameter aufweisen wie die MOS-
Transistoren.
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2000
- 2000-03-31 DE DE2000104387 patent/DE10004387A1/de not_active Ceased
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