Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 21
Текст из файла (страница 21)
е. взаимодополняющие, сформированные одном кристалле р- и и-канальные транзисторы; по функциям, выполняемым в схеме, например активные и наврузочньге транзисторы. Нагрузочные МДП-транзисторы используют в составе микросхем в качестве резисторов. Необходимое значение сопротивления канала этих транзисторов создается конструктивно (выбором геометрических размеров канала) и схемотехнически (подачей на его затвор потенциала определенной величины). Каждый из четырех типов МДП-транзисторов (рис.
3.2) может быть использован в качестве нагрузки, а его подложка присоединена к источнику питания или нулевой шине. Затвор же может иметь пять вариантов подключения: к выходу схемы, шине питания, нулевой шине, автономному источнику питания положительной или отрицательной полярности, ко входу микросхемы. Иными словами, существует 48 вариантов использования МДП-транзистора в качестве нагрузки в инверторе. Базовой схемой многих МДП-микросхем является инвертор— ключевая схема, содержагцая активный транзистор и нагрузку, включенные между шиной питания и землей. С учетом 48 вариантов использования МДП-транзнстора в качестве нагрузки и четырех вариантов схемного включения активного транзистора существует 192 варианта построения инверторов на основе двух МДП-транзисторов.
В настоящее время используются лишь немногие из них: с линейной, нелинейной, квазилинейной, токостабилизирующей нагрузками и вариант инвертора на КМДП-транзисторах (рис. 3.3, а). Некоторые из этих вариантов в дальнейшем нами будут рассмотрены с точки зрения конструктивного и технологического их исполнения.
МДП-транзисторы могут служить в схеме и в качестве конденсаторов, для чего можно использовать емкости структур затвор— подложка или емкости обратносмен)енных р-и переходов сток (исток) — подложка. Таким образом, МДП-транзистор может быть основным и единственным элементом МДП-микросхем. Он может выполнять функции как активных приборов (ключевой транзистор в инверторе, усили- ад й) бу' Рис. З.З. Электричесная схема иивертора с входной шиной, подключенной к охранным диодам (а), и конструкции шины с охранными диодами (б) 9) д-нпнпльнып и нпнапьнып пзгпнзпппюр прпнзпптар ура узуну г тельный транзистор), так и пассивных элементов (нагрузочный транзистор в инверторе, конденсатор в элементе памяти). При проектировании МДП-микросхем можно обходиться только одним элементом — МДП-транзистором, конструктивные размеры которого и схема включения будут зависеть от выполняемой функции.
Это обстоятельство дает существенный выигрыц! в степени интеграции (полупроводниковые резисторы и конденсаторы занимают большую площадь и требуют для себя отдельную изолированную область, кроме того, наличие пассивных полупроводниковых элементов влечет з собой появление дополнительных паразитных элементов, в частност паразитных емкостей, существенно ухудгцаюших частотные свойств микросхем) . 3 4 3742 34 Рис. 3.3. Охранные кольца а структуре ииаерюра с л- н и-каиальиым транзисторами: ! — облзс фор нро ан к рознтного канала р.типа, 7 область формнрованнн пвразн нога «игала л тнпа; 3-л ь.облвстк охран ого кольца; 4 — р +-областм охранного кол ца 3.2. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МДП-МИКРОСХЕМ Всп ом огатсл ьные элементы в МД П - м и к р осхе м ах пр едусм атриваются для зашиты приборов от воздействия статического электричества в процессе их производства и эксплуатации, а также для борьбы с паразитными каналами.
Охранные диоды предусматриваются во входных цепях МДП- микросхем и предназначены для предотвращения пробоя подзатворного диэлектрика под действием зарядов статического электричества, накапливающегося на одежде и руках операторов, на инструменте монтажника и технологической оснастке. Заряд этот может быть любого знака. Диоды )7Р! и )702 (см. рис. 3.3), подключенные к входной шине инвертора, позволяют положительному заряду стекать через диод )7Р7, а отрицательному — - через диод (7Р2. При проектис ровании охранных диодов необходимо обеспечить высокое напряжение прибоя р-п переходов диодов (более 2(тн,) и малые паразитны ' емкости.
Первое требование выполняется использованием в качеств одной нз областей диода )гР! низколегированной подложки, а дл диода )'Р2 — низколегированной р-области. Второе требование вы полняют минимизацией площади р-и переходов. Недостатками рассмотренной схемы защиты и конструкций охран ных диодов являются уменьшение входного сопротивления МДП микросхемы и появление входного тока утечки, а также то, что пр Р,„)(7'.л через входную цепь могут протекать большие токи, чт приводит к разрушению диодов.
Часто используют и более простые схемы защиты с одним охранным диодом (рис. 3.4). Охранные кольца. При наличии положительного встроенного заряда в толстом окисле и положительного потенциала на алюминиевых шинах разводки создаются условия для формирования паразит- ного индуцированного п-канала в приповерхностных участках крем ния р-типа электропроводности с низким уровнем легирования, Ув личение толщины диэлектРика 77, л (Рис.
3.! ) над опасными Участкам !!2 рис. 3.4. Конструкции л-каиальиого транзистора с охранным диодом: г- подложка .т на, 7, ! — а вмнннезме ы ны; 3, б — области сто а н стона. 4 — нлюмннневый затвор. З вЂ” подзатворный окнсе., 3 к итак! нет «а с вадложкой! р - охранный диод, гб — катод зашнтного днода; г! — толстый опнсел не всегда возможно и не всегда гарантирует отсутствие паразитного канала.
Эффективным средством против возникновения сквозных паразитных каналов является формирование кольцевой каналоограничивающей р Р-области, в которой инверсия проводимости вследствие высокого уровня легирования поверхности практически невозможна. Для полного исключения возможности формирования паразитного канала на р -область охранного кольца можно подать самый низкий потенциал схемы (рис. 3.5). Паразнтный р-канал может образоваться между рф-областью истока р-канального транзистора и р-областью, в которой расположен п-канальный транзистор, при отрицательном потенциале на алюминиевом проводнике.
Вероятность появления этого канала тем выше, чем ниже уровень легирования п-подложки. Охранная кольцевая область и+-типа, соединенная с точкой схемы, имеющей самый ВЫСОКИЙ ПОтЕНЦИаЛ (+(7'„и), ПРЕДОтВРаЩаЕт ПОЯВЛЕНИЕ СКВОЗНОГО паразитного канала на этом участке схемы. Применение охранных колец существенно увеличивает плошадь элементов н снижает степень интеграции МДП-микросхем. 3.3 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МДП-ТРАНЗИСТОРОВ И ИХ СВЯЗЬ С КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ Основными для МДП-транзисторов являются стоковая характеРистика lс — — )((7'с) пРи (7'3 — — сонэ( и стоко-затвоРнаЯ хаРактеРистика (с=(((гз) при (Ус=сонэ( (рис.
З.В). Основные электрические парамет- 93 цснас палас а) Ряс. З.б. Схемы включения (и), стоковые (б) и стока-затворные (в) статические харантернстики л- и р-канальных МЛП-транзисторов ры МДП-транзнсторов: пороговое напряжение б/н крутизна 5, удельная крутизна 5о, дифференциальное сопротивление канала )х„,' постоянная времени канала т., входное сопротивление гсзх. Конструктивно-технологические варианты исполнения МДП- транзисторов приводят к получению различных электрических параметров. Для улучшения электрических характеристик интегральных микросхем на МДП-транзисторах, в первую очередь для повышения их быстродействия, необходимо снижать пороговые напряжения МДП-транзисторов и увеличивать удельную крутизну их характеристик.
Каждый технологический способ изготовления МДП-транзисторов оценивается прежде всего с точки зрения улучшения именно этих ггараметров. Способ изготовления МДП-транзисторов характеризуется прежде всего следующими конструктивными параметрами МДП-структур (см. рис. 3.!): длиной канала („его шириной Ь„и толщиной подзатворного диэлектрика Ью Физическая структура МДП-транзистора характеризуется следующими электрофизическими параметрами: типом электропроводности и концентрацией примеси в исходной кремниевой пластине )Уо, см ', однозначно связанных со значениямгр удельного обьемного сопротивления кремния р„ Ом.см; подвижностью носителей (электронов или дырок) в канале МДП-транзистора )ь„или рю смз/(В с]; концентрацией поверхностных состояний )(у„„см ', диэлектрической проницаемостью материала подзатвор; ного диэлектрика е,; электрофизическими характеристиками мате-! риала затвора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
