Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Конструктивно-технологические варианты исполнения КМДП- инверторов. Развитие технологии КМЛП-приборов (поликремниевые затворы и самосовмешение), формирование охранных колец не для одного, а для группы транзисторов одного типа проводимости (см. рис. !.2!) и новые схемотехнические решения, позволившие уменьшить соотношение числа р- и и-канальных транзисторов (не по одному р-канальному транзистору, на каждый п-канальный, как это обычно принято, а меньше), позволили приступить к разработке и массовому производству КМЛП БИС различного назначения. Технология КМЛП-структуры с металлическими затворами ( с, 3,23) была в свое время разработана на базе р-канальной !рис.
МДП-технологии, отсюда и использование в них карманов р-типа. В то время единственной легируюшей примесью, с помощью которой можно было получать глубокие и вместе с тем слаболегированные карманы, был бор. Развитие конструкций КМЛП-приборов шло, с одной стороны, по направлению модификации структур, размешенных в кремниевой подложке, с другой стороны, по направлению модификации пленочных структур, расположенных поверх полупроводниковой пластины. Естественно, что эти два направления осуществлялись одновременно и параллельно. Первой модернизацией конструкции и технологии изготовления КМЛП-инвертора было использование пленок поликремния в качестве материала затвора с целью возможности использования самосовмешения и получения более высоких характеристик МЛП- структур р-канального и и-канального транзисторов.
На рис. 3.25, а показано поперечное сечение обычного КМЛП-инвертора с кремниевыми затворами: р-канальный транзистор для получения необходимого порогового напряжения (порядка ! В) выполнен непосредственно в подложке и-типа с соответствующей примесной концентрацией. Лля и-канального транзистора в подложке и-типа сформирован карман р-типа. Уровень легирования этого кармана естественно выше, чем в подложке, так как это легирование должно обеспе перекомпенсацию исходной примеси с определенной точнопечить и не м сти стью и воспроизводимостью.
Вследствие этого возрастают е ко р-и-переходов стока и истока. !П У гб 4 Нзгфу п и' Я НОНЙЛЬНЫО Ягрпнангтад / нагрйвбйнивяя дярбргуна ппяо ня и-нпнаяьнын Р ГтЖланна а) П П Оеталл Всосад П2 (!3 Рис. 3.23. Варианты формирования структуры КМДГ) БГ(С с карманом р ~ива (о), и-типа (б) и С карманами двух ти~ов (а); рнм; 3 .:, нрсннисвыс за воры 4 — р'-диффуз н ° области с ока «т ка р к нмънато МДП-траизнсшра, 5 — л+-лиффуз ыс б.
Мдн- рвнзнстора Улучшить рабочие характеристики и-канальных приборов позволяет конструктивно-технологический вариант исполнения КМДП- инвертора с карманами и-типа (рис. 3.25, б). Этот вариант является наиболее пригодным при создании КМДП-микросхем с большим количеством и-канальных приборов. При этом и-канальные транзисторы имеют такие же высокие характеристики, что и транзисторы в обычных п-канальных МДП-микросхемах, что представляет собой весьма важное преимущество. К сожалению, в этом случае сразу же возникает аналогичная проблема снижения рабочих характеристик р-канальных транзисторов, у которых возрастают паразитные емкости. Полное решение проблемы повышения характеристик транзисторов связано с освоением КМДП-технологии с карманами двух типов (двойными), в которой оба типа транзисторов формируются в своих карманах (рис. 3.25, в).
В этом случае исходный уровень легирования подложки (на рис. 3.25, в — эпитаксиального слоя) должен быть очень невысоким, чтобы для каждого типа карманов можно было подобрать оптимальную для его транзисторов дозу имплантируемой примеси. При наличии двойных карманов для каждого из типов приборов можно принять независимые меры защиты от эффектов второго порядка — сквозного обеднения, влияния подложки, пробоя, эффекта защелкивания.
В частности, эффект защелкивания монсно устранить использованием п~-подложки (рис. 3.25, в), которая образует общий базовый контакт ко всем базовым областям паразитных р-и-р-транзисторов. Соединив ее с положительным полюсом источника питания, можно получить низкоомную шунтирующую цепь, закорачивающую эмиттерные переходы паразитных р-п-р-транзисторов. Технология с двойными карманами позноляет реализовать структуры транзисторов с минимальными размерами, так как возможность независимого легирования каждого типа карманов решает максимально для каждого типа транзисторов проблему сквозного обеднения.
Кроме того, карманы получаются самосовмещенными Рис. 3.26. Структура фрагмента КМДП БР(С с двумя слоями поликремния, сплошным Р-карманом и подлегироваииеи периферийных областей друг с другом: всюду, где нет кармана п-типа, есть карман р-типа. Это позволяет использовать для их формирования один и тот же фотошаблон. На рис. 3.2б представлена структура КМДП-инвертора с ркарманами, в которой для повышения плотности размещения элементов на кристалле используют пленочную систему с двумя слоями поликремния и одним слоем металлизации. Для затрудения образования паразитных МДП-транзисторов применяют подлегирование периферийных областей соответствующими примесями методом ионной имплантации.
Эта структура используется для создания БИС микропроцессоров. Два слоя поликремния в сочетании со слоем металлизации обеспечивает большую свободу в организации разводки БИС и, следовательно, более высокие плотность упаковки и степень интеграции. В современной технологии КМДП БИС помимо поликремниевых затворов и двух уровней поликремния используются двойные карманы для независимой оптимизации характеристик р- и и-канальных транзисторов (рис.
3.25). В некоторых конструктивно-технологических вариантах КМДП-приборов карманы различного типа проводимости разделены в приповерхностной области слоем толстого окисла, как в биполярных транзисторах с комбинированной изоляцией (см. рис. 2.34, а; 2.38, г). На рис. 3.27 дан наибольший размер топологии КПДП-инвертора, изготовляемого по современной технологии (43 мкм), для сравнения с соответствующим размером аналогичного инвертора, изготовленного по технологии с алюминиевыми затворами (!20 мкм, рис. 3.23).
Рис. 3.27. Структура КМДП-инвертора с двум> карманами Р - и п -типа злектропроводности, изоляцией толстым окислом, одним уровнем поли- кремния и подлегированием периферийных облас. гей Конструкции элементов КМДП БИС на сапфировых подлог((- ках. Хотя в настоящий момент технологию КМДП БИС на сапфировых подложках нельзя рассматривать как серийную массовую тех- ' нологию БИС, она по-прежнему является многообегцающей с точки ' зрения создания чрезвычайно быстродействующих приборов. Этот конструктивно-технологический вариант обещает существенное повышение плотности упаковки КМДП-приборов.
По сравнению с КМДП-схемами на кремниевых подложках вариант КНС позволяет уменьшить площадь кристалла приблизительно на 30% главным образом за счет исключения металлической или поликремниевой перемычки между р+- и пь-областями р-каиального нагрузочного н и-канального управляющего транзисторов (рис. 3.23, 3.27), путем нх непосредственного конструктивного объединения. Кроме того, КНС-приборы характеризуются приблизительно вдвое меньшей паразитной емкостью по сравнению с приборами на кремниевых подложках. Преимущества КМДП-схем на сапфировых подложках по плотности упаковки, быстродействию, рассеиваемой мощности по срав-.
нению со схемами на монолитных кремниевых подложках пока еще в массовом производстве не оправдывают тех дополнительных затрат, которые связаны с очень высокой стоимостью эпитаксиальных структур кремния на сапфировых подложках. Поэтому использование данного конструктивно-технологического варианта КМДП БИС оправдано лишь при разработке аппаратуры специального назначения. 3.6. МДП-ЭЛЕМЕНТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПОСТОЯННЫХ ЗАПОМИНАЮ(ЦИХ УСТРОЙСТВ Элементной базой полупроводниковых постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) служат интегральные диоды, биполярные транзисторы или транзисторы МДП-типа, размещенные в узлах двухкоординатной матрицы. Информация в ПЗУ определяется наличием диода или транзистора в узле матрицы (например, хранение «О») или их отсутствие (хранение «!»).
Запись информации в диодные ПЗУ или ПЗУ на транзисторах проводится либо выжиганием соответствующих диодов, либо пережиганием специально предусмотренных в каждом узле матрицы плавких перемычек, либо отсутствием соответствующего окна в окисле для создания контактов к транзистору.
В последнем случае информация фактически содержится на фотошаблоне для формирования контактных окон. Наибольшее распространение получили ПЗУ на МДП-транзисторах в связи с возможностью достижения высоких степеней интеграции и соответственно большой информационной емкости, а также благодаря малому потреблению энергии. Запись информации' в ПЗУ на МДП-транзисторах осуществляется либо пробоем кон- 114 Уг Уг Уз Уо Уг х гб хг хз Уу Уг Уз Уе б) Рис. 3,28. Фрагмент топологии запоминакппей матрицы 1)ЗУ на л-канальных Мгх(1-транзисторах (а) и электрическая схема фрагмента (б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
