Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Освоение технологии изготовления МДП БИС с поликремниевыми затворами транзисторов, сочетающей диффузионное и ионное легирование, позволило создать в составе микросхем МДП-транзисторы со встроенным каналом, работающие в режиме обеднения (рис. 3.16). Нагрузочные транзисторы п-МДП-типа со встроенным каналом обладают более высоким быстродействием, лучшей помехоустойчивостью и занимают вдвое меньшую площадь, чем нагрузочные транзисторы, работающие в режиме обогащения (см. рис, 3.11, 3.14) при той же потребляемой мощности. Все указанные факторы в сочетании позволили создать МДП БИС с минимальной задержкой на один элемент 1...4 нс и значительно уменьшить такой важный параметр, как произведение мощности на задержку (1...4 пДж), что уже вплотную подходит к аналогичным параметрам БИС на биполярных транзисторах.
Конструкции Д-МДП-транзисторов. Конструкция Д-МДП-транзистора (рис. 3.17, б) разработана специально для обеспечения высокого быстродействия за счет уменьшения длины канала до субмикронных размеров. Короткий канал получают по принципу формирования тонкой базы в биполярном транзисторе — за счет медленного, хорошо контролируемого и управляемого процесса диффузии (поэтому Д-МДП, т. е.
диффузионный МДП-транзистор). В этом транзисторе (рис. 3.17, б) области канала р-типа и истока и -типа формируются в процессе двух диффузий в одно и то же окно в окисной маске. Конструкция Д-МДП-транзистора не требует высокой точности совмещения затвора с областями истока и стока, как в обычном МДП- транзисторе. В связи с этим оказалась возможной реализация МДП- структур с длиной канала 0,4...1 мкм даже при ограниченных возможностях фотолитографического процесса по разрешающей способности. Короткий канал формируется в приповерхиостиой области 103 2 3 ру Рнс. 3.17. Структура обычного а-нанального МДП-транзистора (а) и диффузионного о-канального Д-МДП.транзистора (б): ! — обилие« «анана; 2 в область лрейфа ал «ероноа кремния р-типа электропроводности в промежутке между двумя р-и переходами. Число носителей тока в этом индуцированном канале определяется напряжением на затворе, а скорость их переме-1 П щения — напряжением, приложенным между истоком и стоко роизведение числа носителей на их скорость пропорционально току стока.
В и-канальных Д-МДП-транзисторах при длине канала менее одного микрона электроны, инжсктированные из области истока, даже при сравнительно неболшцих напряжениях на стоке приобретают значительную скорость. В обедненной и-области между каналом и стоком при нормальных смещениях ((ус (ус „„) электроны, прошедшие канал, инжектируются в область объемного пространственного заряда, прилегающую к пч-области стока, и дрейфуют к стоку в сильном электрическом поле. Такая же область дрейфа существует и в обычных МДП- транзисторах при (ус)(ус„а, (рис.
3.7, г, 3.17, а). Таким образом, несмотря на различия в конструкциих, принцип работы Д-МДП- и МДП-транзистороа одинаков. Но в производстве Д-МДП-транзисторов использованы достижения как биполярной технологии (малое расстояние между двумя р-п переходами), так и технологии изготовления МДП-структур (формирование тонкого ! подзатворного диэлектрика с малой толщиной, низкой дефектностью и плотностью поверхностных состояний). Освоение технологии микросхем на Д-МДП-транзисторах с использованием эпитаксиальных структур позволяет, кроме того, фоми о р вать на одной и той же подложке биполярные п-р-п-транзисторы, , фори изолированные бт них Д-МДП-транзисторы (рис.
3.!8), что имеет исключительное значение для производства как аналоговых (напри- . мер, операционных усилителей), так и логических микросхем. Перекрытие электродом затвора обедненной области объемного заряда (рис. 3. 17, б) дает лишь незначительный вклад в паразитную емкость С„, но наличие этой области позволяет повысить рабочее напряжение прибора до нескольких сотен вольт.
Короткий канал и малая емкость С„. позволили увеличить быстродействие микросхем с Д-МДП-транзисторами примерно в 5 раз при том же минимальном проектном геометрическом размере, что и в БИС на обычных МДП-транзисторах: значения времен переключения и задержки в ло- 104 Уб Р 3 7 6 Рис. 3 18. Структура планарии-эпитан- сиального Д-МДП-транзистора: аор, румелии л а«айной лиффулни иан ф р иро лини на ала урании тора Рис. 3.19, фрагмент структуры лристал- ла с Ч-образныи углублением для фор- мирааания У-МДП-транзистора гических микросхемах на Д-МДП-транзисторах составляют 1 нс и менее. Пробивное напряжение Д-МДП-транзисторов составляет В связи с малой плотностью размещения элементов в кристалле маловероятно, что Д-МДП-транзисторы будут широко использоваться в БИС, поблагодаря своим уникальным свойствам они найдут прис ойствах с высоменение в быстродействующих переключающих устр ким рабочим напряжением и в устройствах большой мощности.
Конструкции Ъ'-МДП-транзисторов. Все рассмотренные ранее МДП-транзисторы имеют планарную конструкцию, т. е. являются в ме ными. Ъ'-МДП-технология добавляет в конструкцию МДП- транзисторов третье измерение, позволяя формир овать исток п ибора под его затвором и стоком, а не рядом с ними. Это третье измере. йие дает Ч-МЛ!1-приборам преимушества как по быстродействию, так и по плотности упаковки перед такими структурами, как и-канальные МДГ!-приборы с кремниевыми затворами. Собствснно говоря, термин «У-МДП-транзистор» относится к МДП-приборам, в которых буква Ч означает, во-первых, вертикальное направление протекания тока от расположенного в подложке истока к асположенному над ним стоку и, во-вторых, способ форке истока к распол мирования приборов селективным вытравливанием в и м в исходной заготовке углубления Ч-образного сечения (рис.
3.!9). У-МДП-трауузистор получают на боковых стенках этого углубления. Особо следует ь, что пф-исток, расположенный под п+-стоком, вообще не " пло а и на потребует для своего формирования дополнительной п щ д верхности пластины, что обусловливает высо у к ю компактность Ч-МДП-структуры. Кроме этого, истоковая область п+-типа выполняет роль земляной шины и не требует, как это бывает в других конструктивно-технологических вариантах, дополнительной площади кристалла для заземляющих шин. Пи амидальная ямка вытравливается на такуку глубину, чтобы она пересекла ионно-легированный слой и+-тнпа и эпитаксиальный слаболегированный р-слой, диффузионно-легироаанный и -слой, достигнув вершиной высоколегированной подложки п~-типа. Сече- 103 банк (ги.п Рис. 3.22.
Электрическая схема (а) КМДП-инвертора на основе взаимодоцолняюших в- и р-транзисторов с индуциронанными каналами и его цередаточная характеристика (б) 7 Ю е Рис. 3.20 Структура Н.МДП-транзис- тора: ! — область канала! 7 — область лребфл влектро- нов Рис. 3.2!. Структура МДП-транзистора на дизлектрнчесной (сацфир) цодложие: ! — вопло кка; Х, 4 — истаа н сток, 3 — зпп ак снапьнаи р-область, б, 8 в шипы ие аллизаини. б — ползатворныб онкиб лизлектрнк; !†затвор б) а) (07 ние р-слоя служит основой для формирования канала.
Этот слой имеет глубину менее 1 мкм, его сечение плоскостями Н-образного! углубления определяет длину Н-МДП-транзистора. Ширина кана-' ла в Н-МДП-транзисторе получается большой, так как этот канал' расположен по всему периметру Н-образного углубления. Поскольку ширина канала определяет максимальный ток транзистора и его усиление, постольку Н-МДП-транзисторы можно непосредственно сопрягать с системами, требующими больших управляющих токов, например со схемами, содержащими большое количество ТТЛ- нагрузок, светодиодными индикаторами и даже небольшими электродвиглтелями. Слой подзатворного диэлектрика формируется на поверхности Н-образного углубления (рис.
3.20). В качестве материала затвора применяют алюминий либо поликремний. Область объемного пространственного заряда выполняет в Н-МДП-транзисторе ту же роль, что и обедненная область пространственного заряда в Д-МДП- транзисторе: увеличивает пробивное напряжение транзистора, дает пониженные значения паразитной емкости Сзс. Трехмерность Н-МДП-транзисторной структуры является фактором существенного повышения плотности упаковки БИС. В связи с низким выходом годных и ограниченных логическими возможностями перспективы создания Н-МДП-БИС невелики.
Но такие структуры обладают уникальными способностями управления очень большими токами с высокой скоростью их переключения. Они нашли применение в звуковых высококачественных усилителях мощности, в широкополосных усилителях, в источниках вторичного электронитания для нреобразования постоянного тока в переменный при меньших затратах, массе и габаритных размерах, чем традиционные источники питания. Конструкции МДП-транзисторов на диэлектрической подложке. Использование структур с эпитаксиально выращенным на диэлектрической подложке (сапфир или шнинель) слоем монокристаллического кремния толщиной 0,7...2,0 мкм с целью изготовления МДП-транзисторов целесообразно, так как позволяет существенно снизить па- емкости транзистора и коммутационных проводников, избаразитные к виться от паразитных транзисторных структур, упр товления МДП-приборов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
