專利名稱:雙柵形高壓mos集成電路的制作方法
本實用新型屬于半導體集成電路技術(shù)領域：
，是一種高壓MOS集成電路。
在高壓NMOS器件組成的高壓NMOS集成電路中，由于高壓NMOS器件常常出現(xiàn)負阻擊穿現(xiàn)象，因而使NMOS器件的安全工作區(qū)和可靠性受到了很大的限制。國際上采用外延襯底材料減小襯底電阻，或者采用“屏蔽源”的源結(jié)構(gòu)抑制寄生雙極晶體管激活，使負阻擊穿受到抑制。由于“屏蔽源”結(jié)構(gòu)的高壓NMOS器件需要單獨光刻，用離子注入形成漏漂移區(qū)，用雙離子注入形成源區(qū)為N＋／P＋形式的“屏蔽源”結(jié)構(gòu)，用P＋層減小寄生雙極晶體管N＋發(fā)射區(qū)的發(fā)射效率，從而減小寄生雙極晶體管的電流放大系數(shù)，因而工藝復雜性增大，成本提高(Wahaumi，“A Highly Reliable 16 Qutput High Voltage NMOS／CMOS logic IC With Shielded Source Structure”Tech.Dig.of IEDM，1983，P416)。
本實用新型的目的在于研制一種結(jié)構(gòu)簡單、可采用常規(guī)工藝制備的能抑制負阻擊穿的高壓MOS集成電路。
本實用新型由n個相同的高壓NMOS器件組成，其特征在于高壓NMOS器件采用雙柵型結(jié)構(gòu)，即由一個低壓NMOS管和一個高壓NMOS管串聯(lián)。低壓NMOS管的源與襯底相聯(lián)，低壓NMOS管的漏區(qū)和高壓NMOS管的源區(qū)為公共區(qū)，高壓NMOS管的漏區(qū)為漂移區(qū)。雙柵型高壓MOS集成電路可根據(jù)需要確定集成器件的數(shù)目，一般取n＝(1～20)個相同的高壓NMOS器件構(gòu)成，所有器件的源端S用鋁線連在一起；雙柵高壓NMOS器件的兩個柵極接相同電位，使寄生雙極晶體管的有效基區(qū)寬度增大，從而減小了寄生雙極晶體管的電流放大系數(shù)，抑制了寄生雙極晶體管的激活，以致避免了負阻擊穿現(xiàn)象的發(fā)生，如果器件的兩個柵極不接在相同電位上，則可以分別控制和調(diào)節(jié)兩個串聯(lián)NMOS管的工作狀態(tài)，構(gòu)成邏輯“與”的功能。為了提高擊穿電壓，通常采用源場極板結(jié)構(gòu)，即把源的鋁電極通過SiO2隔離而延伸到N阱的上面。此種結(jié)構(gòu)也同樣適用于高壓PMOS集成電路。
本實用新型采用雙柵結(jié)構(gòu)，增大寄生雙極晶體管的有效基區(qū)寬度抑制負阻擊穿，其結(jié)構(gòu)簡單，可用標準N阱CMOS工藝制備，而不需要增加其它專門的工藝步驟。在輸出電流和寄生雙極晶體管的有效基區(qū)寬度相同的條件下，采用相同的設計規(guī)則可使雙柵結(jié)構(gòu)器件的面積遠小于單柵型的高壓NMOS器件的面積。本實用新型可在等離子體顯示、場致發(fā)光、打印和復印執(zhí)行機構(gòu)等自動控制和測量系統(tǒng)中作為驅(qū)動器而得到廣泛應用。
圖1為本實用新型的電路原理示意圖，S1至Sn、D1至Dn和G1至Gn分別為n個MOS器件的源極、漏極和柵極，n個器件的源極可以連在一起并接地。
圖2為本實用新型的雙柵型高壓NMOS器件剖面示意圖，S為源極，D為漏極，G1和G2為雙柵型結(jié)構(gòu)的兩個柵極，采用源極S的鋁(A1)延伸構(gòu)成源場極板結(jié)構(gòu)，M1和M2表示組成高壓NMOS器件低壓MOS管和高壓MOS管，其它符號結(jié)合實施方案中作進一步說明。
本實用新型可采取以下方式實施根據(jù)不同的用途，設計出不同結(jié)構(gòu)尺寸的雙柵高壓NMOS器件，用它組成雙柵高壓NMOS集成電路。選用P型Si襯底，采用標準N阱硅柵CMOS工藝制備。雙柵型NMOS器件的低壓MOS管M1的有效溝道長度L1為(1～30)微米，高壓MOS管M2的有效溝道長度L2為(2～35)微米，兩個MOS管的柵G1和G2之間的距離d為(2～80)微米，兩管的寬長比 (W1)/(L1) 和 (W2)/(L2) 的比值為(0.1～1000)。例采取L1＝8微米，L2＝14微米，d＝24微米， (W1)/(L1) ＝100， (W2)/(L2) ＝50，選P－Si為襯底，用標準N阱硅柵CMOS工藝制備出雙柵高壓NMOS器件，N＋為濃磷區(qū)，P＋為濃硼區(qū)，Al為鋁層。測得柵源電壓VGS＝10伏時的最大飽和漏電流IDS＝18毫安，導通電阻Ron＝800歐姆(VGS＝10伏，源漏電壓VDS＝1伏)，在柵源電壓VGS＝(0～10)伏時的源漏擊穿電壓BVDS≥300伏。
權(quán)利要求
1.雙柵高壓MOS集成電路由高壓NMOS器件組成，其特征在于n個相同的高壓NMOS器件采用雙柵型結(jié)構(gòu)，即由一個低壓NMOS管和一個高壓NMOS管串聯(lián)，低壓NMOS管的源與襯底相聯(lián)，低壓NMOS管的漏區(qū)和高壓NMOS管的源區(qū)為公共區(qū)，高壓NMOS管的漏區(qū)為漂移區(qū)，所有器件的源極連在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的集成電路，其特征在于集成電路由n＝(1～20)個相同的雙柵型高壓NMOS器件組成，所有器件的源端用鋁線連在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的集成電路，其特征在于雙柵型高壓NMOS器件中的低壓NMOS管M1的溝道有效長度L1＝(1～30)微米，高壓NMOS管M2的溝道有效長度L2＝(2～35)微米，兩個MOS管的柵G1和G2之間的距離d＝(2～80)微米，兩個MOS管的寬長比 (W1)/(L1) 和 (W2)/(L2) 的比值為(0.1～1000)。
專利摘要
雙柵型高壓MOS集成電路屬半導體集成電路領域，它采用多個相同的雙柵型高壓NMOS器件組成，每個器件都采用雙柵結(jié)構(gòu)，利用雙柵結(jié)構(gòu)增大寄生雙極晶體管的有效基區(qū)寬度，抑制寄生雙極晶體管的激活，從而防止負阻擊穿，與此同時，在電流能力不變條件下，面積僅比單柵器件有少量增加；本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，制備方便，可采用標準n阱CMOS工藝實現(xiàn)，它可在等離子體顯示、場致發(fā)光、打印和復印執(zhí)行機構(gòu)等自動控制和測量系統(tǒng)中作為驅(qū)動器而得到廣泛應用。
文檔編號H01L27/08GK87208602SQ87208602
公開日1988年7月20日 申請日期1987年5月25日
發(fā)明者童勤義, 吳偉 申請人:南京工學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan