Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 34
Текст из файла (страница 34)
е прн замыкании затвора полевого транзнстора на «землю», см. рнс. 4.)4), соответствующем напряжению логического нуля, полевой переключательный транзнстор закрыт, так как его канал перекрыт обедненным слоем объемного зарнда П-п перехода затвор — исток н нмсет очень высокое сопро. тнвленне (рнс. 4.)5). Кроме того, обычно напряжение между затвором н истоком, прн котором происходит перекрытне канала слоем объемного заряда, имеет отрнцательную полярность н составляет несколько вольт.
В случае ИПЛ-элемента это напряженке имеет положнтельную полярность в составляет несколько долей вольта. В самом деле, если гальваннческая связь между входом н «землей» отсутствует, то неосновные носители заряда, коллектнрованные р-л переходом затвор веток, будут накапливаться а затворной областн, пока на ней не установится потенцнал, примерно равный напряжению источника пнтання Прн этом р-и переход затвор — исток смещается в прямом направлении н сопротивление канала резко уменьшается вследс гане уменьшения слоя обьемного заряда.
Переключательный полевой транзистор открывается. Напряженке 0.3...0,6 В соответствует напряжению логической «)». рнс. 4.)5. Структура нормально закрытого полевого ч-канального транзистора с управляющим р-и переходом. ~ - ча ькьньла,а — об»»с»ое»«м»ьто»»р»хь;а — » ффу»» ~ч-««т»р «чн»я «ольке»»» р-ьб»ьст» затвора, «-. ччнно »«тир» »и»»» »д-ча»»с » стока 145 Описанный выше режим работы палевого транзистора не оптимален с точки зрения обеспечения привычных харантернстнк полевых транзисторов, в частностн высокого входного сопротивления, реализуемых в траднцнонных схемах. Однако танай режим работы является единственно возможным для осуществления работы ИПЛ-ннверторов в логических схема~ непосредственно друг на друга без,промежу.
точных каскадов н прн одном только источнике питания. Включение переключательного палевого транзистора по схеме с общнм истоком, а биполярнщо нагрузочнаго транзистора по схеме с общей базой позволяет стронть логические схемы на ИПЛ-элементах в общей подложке без эпнтаксиального слоя н без нзаляцнн отдельных элементов друг от друга. Это заранее предопределяет простоту технологии, повышеняе выхода годных микросхем н снижение нх стонмости. Топология элемента допускает в случае необходимости выполнение выходов инвертора в виде нескольких независимых стоковых областей, аналогичных многоколлекторному выходу классической инжекцнонной логики (см $1.3, 2.7).
С целью получения более высокого быстродействия элементов инжекционно-полевой логики, их строки формируют совмещенными с диодами Шотки (рнс. 4.!6). В основу конструкции элемента ИПе! с диодами Шатки положена обычная планарно-эпитаксиальная структура со скрытым и"-слоем. Изолирующие области ре-типа в ней соединены металлизацней с и+-областью стока потевого транзистора. Кроме описанной выше и приведенной на рис. 4.14 основной структуры ИПЛ-элемента возможны и другие ее варианты, использующие различные конструкции переключательного н нагрузочного элементов.
Общим для всех модификаций будет принцип работы, заключающийся в инжекции неосновных носителей заряда посредством прямосмещенного р-и перехода в нстоковую область нормально закрытого полевого транзистора с последующим их коллектированием выпрямляющим переходом затвор — исток полевого транзистора, за счет чего и осуществляется управление проводимостью канала. На рис. 4.17 представлена функционально-интегрированная биполярно-полевая структура, формируемая с применением ионной Щдг УПЗ к С ЗЗ ВоюдГ Выеду + УП! Вослед! Ииннее щирвдиние прпнегью йьпгипа Рнс. 4.!7. Структура биполярного-полевого элемента микросхемы с применением ионного легнровання: ! — лоллыккл, 2 -. окрыляй л+.слой: Э в лллелксллльлмй -слой; Š— обллсеь смрекомлслслроллллл орлмеск л.еккл лмлллкеоллей бора; 5 в окосел кремлем; б — фоторелнсе имплантации.
В ней биполярный р-и-р-транзистор изготавливается по обычной планарно-эпитаксиальной технологии, а для формирования области стока нормально закрытого ПТУП и создания необходимой низкой концентрации примесей в и -области канала используются две операции ионного легировання Одним нз важнеяших условий формирования структуры полевого транзистора в ИПЛ-схемах является обеспечение низкой (на уровне !О ~...10 см ) концентрации примеси в канале.
Поэтому вначале имплантацней примеси р-типа в базовую область р-и-р-транзистора за счет перекомпенсации создается участок с пониженной концентрацией донорной примеси (~ис. 4.17, б), а затем имплантацией примеси и-типа формируется и -область стока полевого транзистора. Перспективы развития инжекционно-полевой логики на основе и нормально закрытого полевого транзистора оцениваются очень высоко, что объясняется возможностью создания на их основе сверхскоростных, сверхбольших интегральных микросхем и их способностью работать в широком диапазоне температур. Предполагается, что интегральные микросхемы на элементах ИПЛ найдут применение при создании аналоговых устройств (операционных усилителей, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, усилителей считывания в цифровых устройствах), логических устройств (БИС-часов и микрокалькуляторов, однокристальных ЭВМ), запоминающих устройств (БИС оперативной памяти, БИС ПЗУ и др.).
Выхгдд и' 146 !47 Рнс. 4.16. Структура (а) н энвнвалеит- ная электрическая схема (б) элемента ннжекционно-палевой логики с днодамн Шатки Рнс. 4.18. Структура кристалла микросхемы, содержащей ЭСЛ н ИПЛ, изготовляемые в одном технологическом вроцессе с комбинированной изоляцией К Взи ЗиСЗКЗ п и" и и п и Злвненпе ЗСП Злененгп КПП Выпад Выпад Упд Некоторые конструктивно-технологические решения направлены на создание на одном кристалле элементов инжекционно-полевой логики и элементов других схемотехнических базисов (рис, 4.18) 4.5.
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВАРИАНТЫ БИПОЛЯРНО-ПОЛЕВЫХ СТРУКТУР, СОДЕРЖАЩИХ МДП-ТРАНЗИСТОРЫ Варианты построения биполярно-полевых структур, содержащих все три типа транзисторов — МДП, полевых и биполярных — весьма ь:когочисленны, Рассмотрим в качестве примеров три ячейки памяти но основе таких структур.
Простой вариант биполярно-полевой структуры, содержащей вертикальчые л-р-п-транзисторы, получают по КМДП-технологии без кайнд-либо дополнительных технологических операций (рис. 4.19). Вертикальный р-и-р-транзистор выполняет функцию усилителя тока, необходимого для создания КМДГ! ПЗУ с электрической записью информации путем персжигания плавких перемычек.
Протекание тока в этом транзисторе показано на пис. 4.19 жирной стрелкой, Поликремниевые плавкие перемычки присоединяются к эмиттеру программирующего р-и-р-транзистора запоминаю~пего элемента через контактное окно над его диффузионной эмиттерной обласгью. Другие их концы присоединяются к столбцовым линиям через непосредственный контакт к металлической разводке. На рис. 4.20 показана ячейка памяти на основе функционально- интегрированной структуры, содержащей нагрузочный биполярный р-л-р-транзистор, переключательный ПТУП и и-канальный МДП- транзистор. Данная ячейка обладает повышенным быстродействием, прису-. щим ячейкам на биполярных транзисторах, малой энергией пере-' ключения, что характерно для МДП-транзисторов, большой степенью интеграции, благодаря наличию функционально интегрированных областей.
Подобного типа ячейку можно создать на основе структуры, изображенной на рис. 4.21, содержащей элементы ИПЛ с' диодами Шотки и полевой МДП-транзистор. Ннпмгрирпдп нные р-нрн по«зю дппрлзр«ые пдлг5си и НДП-юрд«зпг- пзппюнсп пр п.«пнплзнын трр ЛДП.пуррнзиспары 3 д Рис. 4.19. Структура КМЛП ПЗУ с веР тикальным биполярным л-р-л-траизис тором: У - контакт к подломке; У в р.области пармена и-канал о~о МДП-грана стара н бани бниолир; нога .р.н.
ранзнстора; 3 в пад алка; 4 полннремннеаме затвора 148 Влад 'Т2 1 2 д Ь д д 7 д д а) д) Рнс. 4.20. Функционально интегрированная структура !о) и электрическая схема 16) ячейки памнти. содержащей нагрузочиый горизонтальный биполярный р-л-р-транзястор )7Т!, вертикальный переключательиый полевой л.канальный транзистор с управляющим р-л переходом )772 и л-канальный МЛП-транзистор )7ТВ. у — зиилерн б. эссэ и рузаиныо р-п.р.транзисторы У ад.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
