RU205193U1 - DMOS transistor with increased threshold voltage - Google Patents
DMOS transistor with increased threshold voltage Download PDFInfo
- Publication number
- RU205193U1 RU205193U1 RU2021108410U RU2021108410U RU205193U1 RU 205193 U1 RU205193 U1 RU 205193U1 RU 2021108410 U RU2021108410 U RU 2021108410U RU 2021108410 U RU2021108410 U RU 2021108410U RU 205193 U1 RU205193 U1 RU 205193U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- gate
- dmos
- threshold voltage
- type
- Prior art date
Links
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims abstract description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 3
- 230000036039 immunity Effects 0.000 abstract description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical group [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
Landscapes
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области электронной техники, а именно к транзистору металл-окисел-полупроводник с двойной диффузией (ДМОП), и может быть использована как в качестве дискретного прибора, так и в качестве элемента при создании интегральных микросхем различного назначения. В основу положена задача усовершенствования ДМОП транзистора с целью повышения его помехоустойчивости. При работе в ключевом режиме зачастую требуется, чтобы транзистор не срабатывал до определённого значения напряжения на затворе, например, при наличии помех. Результат может быть достигнут путем повышения порогового напряжения транзистора. В ДМОП в n-канальном транзисторе, содержащем Р+глубокий слой, активные области P типа, области истоков N+типа, подзатворный окисел и поликремниевый затвор, использование в качестве затвора плёнок поликристаллического кремния p-типа проводимости вместо традиционного применяемого поликристаллического кремния n-типа позволяет получать более высокие значения порогового напряжения, при этом не наблюдается увеличения сопротивления канала транзистора. Такие ДМОП транзисторы могут быть использованы в логических ключевых схемах при необходимости противодействия срабатыванию от воздействия ложных помех.The utility model relates to the field of electronic engineering, namely to a double diffusion metal-oxide-semiconductor (DMOS) transistor, and can be used both as a discrete device and as an element in the creation of integrated circuits for various purposes. The basis is the task of improving the DMOS transistor in order to increase its noise immunity. When operating in the key mode, it is often required that the transistor does not operate up to a certain value of the gate voltage, for example, in the presence of interference. The result can be achieved by raising the threshold voltage of the transistor. In the DMOS in an n-channel transistor containing a P + deep layer, P type active regions, N + type source regions, gate oxide and polysilicon gate, using p-type polycrystalline silicon films as a gate instead of the traditional n-type polycrystalline silicon allows you to get higher values of the threshold voltage, while there is no increase in the resistance of the transistor channel. Such DMOS transistors can be used in logic key circuits when it is necessary to counteract triggering from the influence of false interference.
Description
Полезная модель относится к области электронной техники, а именно к ДМОП транзистору с двойной диффузией, и может быть использована как в качестве дискретного прибора, так и в качестве элемента при создании интегральных микросхем различного назначения.The utility model relates to the field of electronic engineering, namely to a DMOS transistor with double diffusion, and can be used both as a discrete device and as an element in the creation of integrated circuits for various purposes.
Известен ДМОП транзистор, включающий слой n+ типа, эпитаксиальный слой n-типа на кремниевой подложке, подзатворный окисел, слой поликристаллического кремния, базу транзистора р-типа, n- дрейфую область, n+ истоковые области, металлические контакты к затвору, к базе, к стоковой и истоковой областям (RU №127514, МПК H01L 29/00, 27.04.2013).A known DMOS transistor, including an n + type layer, an n-type epitaxial layer on a silicon substrate, a gate oxide, a polycrystalline silicon layer, a p-type transistor base, an n-drift region, n + source regions, metal contacts to the gate, to the base, to the drain and source areas (RU No. 127514, IPC H01L 29/00, 04/27/2013).
Одним из недостатков такого транзистора является невысокое пороговое напряжение в случае использования фосфора для легирования поликремниевого затвора, что приводит к снижению помехозащищенности транзистора.One of the disadvantages of such a transistor is a low threshold voltage in the case of using phosphorus for doping the polysilicon gate, which leads to a decrease in the noise immunity of the transistor.
Задача полезной модели - увеличение порогового напряжения транзистора и повышение его помехозащищенности.The task of the utility model is to increase the threshold voltage of the transistor and increase its noise immunity.
Технический результат - увеличение порогового напряжения транзистора и повышение его помехозащищенности The technical result is an increase in the threshold voltage of the transistor and an increase in its noise immunity
Технический результат достигается тем, что в ДМОП транзисторе, включающем эпитаксиальный слой N- типа на кремниевой подложке N+ типа, активные области P типа, области истоков N+ типа, подзатворный окисел, поликремниевый затвор, металлические контакты ко всем областям транзистора, в качестве затвора используются плёнки поликристаллического кремния p-типа проводимости. The technical result is achieved by the fact that in a DMOS transistor, including an N-type epitaxial layer on a silicon N + substrate, P type active regions, N + type source regions, gate oxide, polysilicon gate, metal contacts to all transistor regions, films are used as a gate polycrystalline silicon p-type conductivity.
Если легировать поликремниевый затвор бором, то изменение энергетической диаграммы приведёт к увеличению работы выхода из поликремниевого затвора, что увеличит пороговое напряжение транзистора и улучшит его помехозащищенность.If the polysilicon gate is doped with boron, then a change in the energy diagram will lead to an increase in the work function of the polysilicon gate, which will increase the threshold voltage of the transistor and improve its noise immunity.
На фиг. 1 изображено поперечное сечение элементарной ячейки предлагаемого ДМОП транзистора, где:FIG. 1 shows a cross-section of the elementary cell of the proposed DMOS transistor, where:
1 - алюминий,1 - aluminum,
2 – межслойная изоляция,2 - interlayer insulation,
3 – поликремниевый затвор,3 - polysilicon gate,
4 – подзатворный диэлектрик.4 - gate dielectric.
Пример использования полезной модели.An example of using the utility model.
Были изготовлены ДМОП транзисторы, структура которых изображена на фиг.1. Were manufactured DMOS transistors, the structure of which is shown in figure 1.
Транзисторы формировались на эпитаксиальных n-n+-структурах кремния, с удельным сопротивлением эпитаксиальной плёнки 6 – 8 Ом·см. Для проведения сравнительного анализа были изготовлены транзисторы с легированием поликремниевого затвора разными примесями.The transistors were formed on epitaxial nn + silicon structures, with a resistivity of the epitaxial film of 6 - 8 Ohm cm. To carry out a comparative analysis, transistors were manufactured with doping of the polysilicon gate with various impurities.
Карман р-типа был образован ионной имплантацией бора дозой 10-15 мкКл/см2 с последующей разгонкой на глубину, порядка, 4,0 мкм. Карманы n+ , образованные диффузией фосфора на глубину 0,6 мкм, служили истоком транзистора. Диффузия фосфора осуществлялась в те же окна, что и ионное легирование бора (р-карман), это позволило осуществить операцию самосовмещения канала транзистора.The p-type pocket was formed by ion implantation of boron with a dose of 10-15 µC / cm 2 , followed by distillation to a depth of about 4.0 µm. The n + pockets formed by the diffusion of phosphorus to a depth of 0.6 μm served as the source of the transistor. Diffusion of phosphorus was carried out in the same windows as ion doping of boron (p-pocket), this made it possible to carry out the operation of self-alignment of the transistor channel.
Для уменьшения влияния вертикального паразитного биполярного n+-p-n--n+-транзистора, в центр транзисторных ячеек проводилась диффузия бора на глубину порядка 2,0 мкм (р+ карман). В качестве подзатворного диэлектрика транзистора использовалась комбинация пленок SiO2-Si3N4 с суммарной толщиной около 0,15 мкм. Пленка поликристаллического кремния, толщиной около 0,5 мкм, выполняющая роль затвора, осаждалась поверх затворного диэлектрика методом разложения моносилана. Для уменьшения сопротивления затвора в плёнку поликристаллического кремния проводилась диффузия примеси. При этом в первой группе транзисторов легирование поликремния осуществлялось при температуре 870ºС фосфором, а второй – бором.To reduce the influence of a vertical parasitic bipolar n + -pn - -n + -transistor, boron was diffused into the center of the transistor cells to a depth of about 2.0 μm (p + pocket). A combination of SiO 2 -Si 3 N 4 films with a total thickness of about 0.15 μm was used as the gate dielectric of the transistor. A film of polycrystalline silicon, about 0.5 µm thick, acting as a gate, was deposited over the gate dielectric by the decomposition of monosilane. To reduce the gate resistance, an impurity was diffused into the polycrystalline silicon film. In this case, in the first group of transistors, polysilicon was doped at a temperature of 870 ° C with phosphorus, and in the second - with boron.
Конфигурация поликремниевого затвора в центральной части кристалла между транзисторными ячейками формировалась фотолитографией, с последующим удалением поликремния в плазме СF4 в ненужных областях. Изоляция между электродами истока и поликремниевым затвором осуществлялась последовательным осаждением диэлектрических плёнок Si3N4-SiO2-Si3N4 с последующим вытравливанием контактных окон к транзисторным ячейкам и поликремниевому затвору. Далее, поверх сформированного изолятора напылялась плёнка алюминия толщиной 1-1,4 мкм вакуумно-термическим способом, с последующим формированием электродов истока (объединяющего все транзисторные ячейки) и затвора. Для контакта к стоку, на обратную сторону пластины напылялась система металлизации Ti-Ni-Au, и осаждалось гальваническое золото толщиной 3-4 мкм.The configuration of the polysilicon gate in the central part of the crystal between the transistor cells was formed by photolithography, followed by the removal of polysilicon in the CF 4 plasma in unnecessary regions. The insulation between the source electrodes and the polysilicon gate was carried out by sequential deposition of dielectric films Si 3 N 4 -SiO 2 -Si 3 N 4 , followed by etching the contact windows to the transistor cells and the polysilicon gate. Further, on top of the formed insulator, an aluminum film with a thickness of 1-1.4 μm was deposited by a vacuum-thermal method, followed by the formation of the source electrodes (uniting all transistor cells) and the gate. For contact to the drain, a Ti-Ni-Au metallization system was deposited on the reverse side of the plate, and galvanic gold 3-4 µm thick was deposited.
По завершению технологического цикла проводились измерения электрических характеристик транзисторов на измерителе параметров полупроводниковых приборов Л2-56. Контролируемыми параметрами являлись: напряжение лавинного пробоя транзисторов в режиме: Uзи = 0 В, Ic = 10 мкА; ток стока транзисторов в режиме: Uзи = 3,5 В, Uси = 0,5 В; и пороговое напряжение транзисторов в режиме: Uзи = Uси; Iс = 1,0 мА.Upon completion of the technological cycle, the electrical characteristics of the transistors were measured on an L2-56 semiconductor device parameter meter. The controlled parameters were: voltage of the avalanche breakdown of transistors in the mode: Uz = 0 V, Ic = 10 μA; drain current of transistors in the mode: Uzi = 3.5 V, Usi = 0.5 V; and the threshold voltage of transistors in the mode: Uzi = Usi; Iс = 1.0 mA.
В таблице 1 представлены результаты измерений электрических параметров транзисторов с разным типом проводимости поликремниевого затвора. Видно, что при легировании поликремниевого затвора бором, вместо фосфора, пороговое напряжение транзисторов выросло с 1,1-1,2 В до 1,4-1,5 В. При этом падения тока стока транзисторов в заданном режиме не наблюдалось. Table 1 shows the results of measurements of the electrical parameters of transistors with different types of conductivity of the polysilicon gate. It can be seen that when the polysilicon gate was doped with boron, instead of phosphorus, the threshold voltage of the transistors increased from 1.1-1.2 V to 1.4-1.5 V. At the same time, no drop in the drain current of the transistors was observed in the given mode.
Таким образом, использование в n-канальных транзисторах в качестве затвора плёнок поликристаллического кремния p-типа проводимости позволяет получать более высокие значения порогового напряжения. Использование в логических ключевых схемах n-канальных ДМОП транзисторов с поликрикремниевыми затворами p-типа может быть рекомендовано для увеличения их помехозащищенности.Thus, the use of p-type polycrystalline silicon films as a gate in n-channel transistors makes it possible to obtain higher threshold voltages. The use of n-channel DMOS transistors with p-type polysilicon gates in logic key circuits can be recommended to increase their noise immunity.
Таблица 1 Table 1
(Uси = 0,5 В;
Uзи = 3,5 В)Iс, mA
(Usi = 0.5 V;
Uzi = 3.5 V)
(Uзи = 0 В,
Ic = 10 мкА)Usi samples, V
(Uzi = 0 V,
Ic = 10 μA)
(Uси = Uзи;
Iс = 1 мА)Uzi pore, V
(Usi = Usi;
Iс = 1 mA)
n+-поликремниевым затворомTransistors with
n + polysilicon shutter
р+-поликремниевым затворомTransistors with
p + -polysilicon shutter
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021108410U RU205193U1 (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | DMOS transistor with increased threshold voltage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021108410U RU205193U1 (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | DMOS transistor with increased threshold voltage |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU205193U1 true RU205193U1 (en) | 2021-07-01 |
Family
ID=76823081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021108410U RU205193U1 (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | DMOS transistor with increased threshold voltage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU205193U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2825073C1 (en) * | 2024-03-26 | 2024-08-19 | Садыгов Зираддин Ягуб оглы | Avalanche transistor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1762342A1 (en) * | 1990-01-16 | 1992-09-15 | Научно-исследовательский институт "Восток" | Insulated-gate field-effect transistor |
| US20060022278A1 (en) * | 2004-08-02 | 2006-02-02 | Shanjen Pan | Method and structure for a low voltage CMOS integrated circuit incorporating higher-voltage devices |
| RU163911U1 (en) * | 2015-12-07 | 2016-08-20 | Зао "Группа Кремний Эл" | SILICON DMOS TRANSISTOR |
| RU2665584C2 (en) * | 2015-07-07 | 2018-08-31 | ООО "Трейд Плюс" | Method of manufacturing cmos structures |
-
2021
- 2021-03-29 RU RU2021108410U patent/RU205193U1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1762342A1 (en) * | 1990-01-16 | 1992-09-15 | Научно-исследовательский институт "Восток" | Insulated-gate field-effect transistor |
| US20060022278A1 (en) * | 2004-08-02 | 2006-02-02 | Shanjen Pan | Method and structure for a low voltage CMOS integrated circuit incorporating higher-voltage devices |
| RU2665584C2 (en) * | 2015-07-07 | 2018-08-31 | ООО "Трейд Плюс" | Method of manufacturing cmos structures |
| RU163911U1 (en) * | 2015-12-07 | 2016-08-20 | Зао "Группа Кремний Эл" | SILICON DMOS TRANSISTOR |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2825073C1 (en) * | 2024-03-26 | 2024-08-19 | Садыгов Зираддин Ягуб оглы | Avalanche transistor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2585331B2 (en) | High breakdown voltage planar element | |
| US3975221A (en) | Low capacitance V groove MOS NOR gate and method of manufacture | |
| US12501646B2 (en) | Pi-type trench gate silicon carbide MOSFET device and fabrication method thereof | |
| US7462908B2 (en) | Dynamic deep depletion field effect transistor | |
| US7989293B2 (en) | Trench device structure and fabrication | |
| US4065783A (en) | Self-aligned double implanted short channel V-groove MOS device | |
| JPS6237545B2 (en) | ||
| US20110193131A1 (en) | Devices, Structures, and Methods Using Self-Aligned Resistive Source Extensions | |
| JPH09298298A (en) | Semiconductor device | |
| JPH0525393B2 (en) | ||
| US11264269B1 (en) | Method of manufacturing trench type semiconductor device | |
| CN112614894A (en) | VDMOS structure and method for reducing resistance of JFET (junction field effect transistor) area and accumulation area | |
| US6104060A (en) | Cost savings for manufacturing planar MOSFET devices achieved by implementing an improved device structure and fabrication process eliminating passivation layer and/or field plate | |
| JPH05283705A (en) | Semiconductor device and manufacture thereof | |
| US8575688B2 (en) | Trench device structure and fabrication | |
| CN109585445B (en) | Power MOSFET | |
| US20080087949A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| US4884116A (en) | Double diffused mosfet with potential biases | |
| CN113437153A (en) | Field effect transistor structure with embedded gate among multiple grooves and manufacturing method thereof | |
| RU205193U1 (en) | DMOS transistor with increased threshold voltage | |
| CN119730331A (en) | Silicon carbide MOSFET layout structure for improving high-frequency performance and manufacturing method | |
| US3946419A (en) | Field effect transistor structure for minimizing parasitic inversion and process for fabricating | |
| US6313504B1 (en) | Vertical MOS semiconductor device | |
| US20050116298A1 (en) | MOS field effect transistor with small miller capacitance | |
| JP2969833B2 (en) | MIS type semiconductor device |