Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 23
Текст из файла (страница 23)
3.8 Зависимость контактной разности погенциалов в МДП-структурах с алюминиевыми затворами от типа электропроволнссти и степени легирова- иия кремния Рнс. 3.9. Паразнтиые элементы в МДП- транзисторе й дз и я) б) рис. 3.11. Конструкция (о) и электрическая схема (б) нагрузочного р-канального МДП- транзистора рис 3.12 Конструкци~ МДП-гран зисгора с П-образным каналом щадь (рис. 3.! 1). В том случае, когда для обеспечения высоких значений крутизны характеристик активного транзистора отношение Ь»»г !» должно быть равно ил и болщце 20, с целью экономии площади рекомендуется П-образная форма канала (рис. 3.!2). Для повышения степени интеграции в микросхемах, требующих последовательного и параллельного соединения транзисторов, области истоков или стоков МДП-транзисторов могут быть объединены (рис.
3.13). На рис 3.14 приведена конструкция инвертора, в которой диффузионная область стока активного Ъ Т! и истока нагрузочного ЧТ2 МДП-транзисторов объединены. Освоение производства р-канальных МДП-транзисторов с индуцированным каналом и алюминиевым затвором позволило получить следующие параметры МДП-структур: минимальная длина канала 10...12 мкм (по затвору 20 мкм), глубина залегания р-п переходов 2,5 мкм, боковая диффузия под окисел 2 мкм, толщина подзатворного диэлектрика О,!2...0,15 мкм, напряжение питания 12 В, пороговое напряжение ( — 4-~-0,5) В, удельное поверхностное сопротивление диффузионных областей истока и стока и диффузионных шин 50... 100 Ом/П, пробивное напряжение р-и переходов областей истока и стока свыше 30 В, пороговое напряжение паразитных транзисторов г а) б) б) Зг б) Рнс.
3.13. Фрвгмептм топологии (а, в) в злектрпчвокве схемы (б, г) прп параллельном (а, б) в последовательном (в, г] включенвв трвпзвсторов бмапб бяе !' б» и беааб л-л Лелея Рва 3.14. Кокструкцвп (а) к злектрп- ческая схема Гб) ввверторв вв МДП- трвкзвсторвх с пелвпейвой пвгрузкой к влюмкнвевой метвллкзацвей а) сны|не 40 В, подвижность дырок в канале около 200 смз/(В с), плотность поверхностных состояний !О ...1О ' см . На таких структурах были созданы одни из первых логических интегральных МДП-микросхем с минимальным временем задержки на вентиль 80...100 нс и основным показателем качества микросхем — произведением мо1цности на задержку 60...80 пДж. Хорошо отработанная технология производства и меньшая стоимость способствуют тому, что микросхемы на р-МДП-транзисторах выпускают до сих пор, несмотря на худшие характеристики.
Усовершенствование технологических операций, в первую очередь тех, которые направлены на снижение встроенного в окисле заряда и плотности поверхностных состояний, привело к созданию интегральных и-канальных МДП-транзисторов. Преимуществами микросхем на таких транзисторах являются: повышенное в 2...3 раза быстродействие, совместимость по знаку и уровню питаюшсго напряжения с ТТЛ-микросхемами на биполярных транзисторах. Применение кремниевых подложек с рабочей поверхностью, ориентированной по кристаллографической плоскости (!00), приводит и -з к уменьшению плотности поверхностных состояний до 1О см и к еще большему снижению порогового напряжения.
Возможности управления пороговым напряжением расширяются, если использовать многослойный подзатворный диэлектрик. В этом случае в игру вступают дополнительный заряд на границе диэлектриков, объемный встроенный заряд дополнительного диэлектрика, заряд, обусловленный поляризацией диэлектриков. МПОП-транзисторы. Одним из вариантов МДП-транзистора с многослойным диэлектриком является структура металл — нитрид кремния — окисел кремния — полупроводник (сокращенно— МНОП) Пленка нитрида кремния обладает высокой пассивируюшей способностью (поскольку скорость дрейфа положительных ионов в нитриде на несколько порядков меньше, чем в окисле) и более высокой диэлектрической проницаемостью. Уже одно это позволило бы снизить пороговое напряжение на !...1,5 В и повысить удельную крутизну.
Однако использовать один только нитрид кремния в качестве подзатворного диэлектрика оказалось невозможно из-за появления заряда на границе раздела кремний — нитрид кремния, зависящего от напряжения на затворе. Это приводит к непостоянству порогового напряжения приборов и к его гистерезису.
Использование МНОП-структуры позволило получить приборы, в которых эквивалентная толщина диэлектрика уменьшается примерно в полтора раза, пороговое напряжение снижается в среднем на ! В. Эта же МНОП-структура при толщине пленки 5РОз 0,005 мкм (5 нм) может быть использована в качестве элемента памяти в ППЗУ с электрическим стиранием и записью информации (см. 3 3.6).
МОАП-транзисторы. Использование А1,0, в качестве второго подзатворного диэлектрика обусловлено его способностью создавать 101 уту уй у Е 5 т у б Рис. 3.10. Структуры МЛП-транзисторов с иидипироваииым и встраеииым каналами, истоки и стоки которых сформированы комбинацией диффувии и ионного легироваиии: ! — водном«а р.тына, р — днффу*понн пт Ы пасть ке она. П вЂ” н но-аетнрованнан . впасть потока; 4 астро ный онно-нетнрона и й .канва, б, у,й . )О, тт — пюмннкеные маона потока», стоков н з ворм, б, Р понакремн евые *а воры г у Рис. 3.10. Структура МДП.траизистара с поликремиисвыми затворами — пода ыка р нпа, у, й — дпффузнонные н -обнзе н нотона и д фф)зною ык ынн 1 ер. вый уро е ь ра в дкн), ф б, У вЂ” ааюмннневые кан кты к поток), заза ру н маку; б — паликрсм евмй затвор, В.
ар водннн з неткропвнн тп нпкрем пня )второй уровень разводкн); Р— а.юмпн свая ю нз )третий уровень рпзнодк ); Уб — е й ый дпваентркк )З Оп ВСС, фсс) на границе с 50Ой встроенный отрицательный заряд, что позволяет получать и-канальные приборы с индуцированным каналом, работающие в режиме обогащения при пороговом напряжении, примерно равном +1 В.
Конструкции МДП-транзисторов с поликремниевыми затворами. В МД МДП-транзисторах с алюминиевым затвором имеются значительные по площади области перекрытия затвора с областями истока и стока (см. рис. 3.1), что, с одной стороны, необходимо для надежного обеспечения формирования канала транзисторов, с другой — приводит к наличию.паразитных емкостей С,и и Сзс, снижению быстродействия МДП-микросхем. Уменьшение размеров областей перекрытия затруднено ошибками совмещения фотошаблонов металлизации с областями истока и стока, т. е, разрешающей способностью фотолитографии по алюминиевой металлизации, которая не превыц)ает ~1 мкм.
Использование поликремния в качестве материала затво а Р (рис. 3.15) позволило получить ряд существенных конструктивно- технологических преимуществ и значительно повысить параметры МДП-приборов. Значительно уменьшена глубина залегания р-п переходов истока и стока (до 2...1 мкм) и боковой диффузии (до 0,6...1,4 мкм), ~ а вместе с тем значительно уменьшены перекрытие затвором областей истока и стока и площади р-и переходов, и, таким образом, существенно снижены значения соответствующих паразитных емкостей. Наименьшие величины перекрытий получены при использовании ионноголегирования при формировании областей истока и стока, однако м- ве сопротивление поликремниевых шин при этом остается высоким. Д ля увеличения проводимости шин используют комбинацию диффузионного и ионного легирования.
Совместимость материала затвора с материалами защитного слоя (например, поликремния и пиролитически нанесенного окисла кремния) позволила значительно сблизить контакты стока и истока, у меньшить размеры этих областей и всего прибора в целом, повысить степень интеграции МДП-микросхем. Уменьшена ширина канала до 4...6 мкм за счет более точного формирования конфигураций истока, стока и затвора и меньшего перекрытия этих областей.
Снижение толщины подзатворного диэлектрика до 0,07...0,1 мкм позволило резко увеличить крутизну характеристики транзисторов (3.5) и повысить быстродействие микросхем. Применение поликремния в качестве материала затвора дает снижение контактной разности потенциалов срйи) (3.8 а), (3.8 б) и уменьшение порогового напряжения. К этому же результату приводит уменьшение плотности заряда поверхностных состояний Я„ благодаря эффективной защите подзатвориого диэлектрика материалом затвора и отжиг этого диэлектрика при высоких температурах в процессе проведения операций легирования кремния. Снижение пороговых напряжений дало возможность перейти к использованию источников питания с рабочим напряжением 5 В, снизив потребляемую мощность БИС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
