Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Технологический цикл для этого прибора такой же, как и для обычного МОП-транзистора с р-каналом, ва исключением того, что диффузионные области истока и стока не доходят до затвора. Путем имплантации ионов бора создспотся Рнс. 2.12. йуОП-трап. знстор с самосовмещенным затвором, полученный нонной нмплантапней. убласти, папу конные имплинтйииой ионоб дола Подложка ио кролтил п-типа р-области, являющиеся продолжениями областей истока и стока и доходящие до самых краев затвора. Ионы бора с энергией 1ОО кэВ способны проникать сквозь тонкий подзатворный окисел, но не проходят через гораздо более толстый электрод затвора и через толстый маскирующий окисел.
Таким образом, электрод затвора служит маской при имплантации, так что области истока и стока оканчиваются непосредственно у краев затвора и емкость перекрытия сводится к минимуму. Отжиг после импланташ1и проводится при сравнительно низких температурах (400 †5 'С), поэтому боковая диффузия имплантированных ионов бора под затвор пренебрежимо мала. С помощью ионной имплантации удается также регулировать пороговое напри>кение Гт МОП-транзистора. Для этого имплантируют очень малую дозу ионов низкой энергии (!О" — 10'» см ', 30 кэВ) в область канала, изменяя таким образом концентрацию примеси у поверхности кремния.
Этот метод оказывается особенно полезным при изготовлении МОП-транзисторов с п-каналом, где пороговое напряжение бывает слишком низким ( -1 В): для многих применений, в том числедля большинства цифровых схем такого порогового напряжения явно недостаточно. В подобных пйиборах с помощью имплантации малых доз ионов бора удается повысить эффективную концентрацию примеси у поверхности подложки р-типа и таким путем повысить пороговое напряжение до приемлемого уровня. Еще одна структура транзистора с самосовмещенным затвором показана на рис.
2.!3. Здесь используется затвор из поликристаллического кремния (аполикремния»), или тугоплавкого металла Глава 2 (Мо, Та илн 'Сг), или снлицида такого металла (Мо51з, Та5)м %51,). Все затворы такого типа способны выдерживать воздействие высоких температур в прогессе диффузии и, значит, могут служить в качесзве диффузионной маски. Возможна небольшан боко вая диффузия под затвор, но емкость перекрытия все равно будет зпачгпельно меньше, чем в обычном МОП-транзисторе.
Поликремниевый затвор имеез также то преимущество, что ои создает благоприятный сдвиг порогового напряжения: уменьшает пороговое напряжение прибора с р-каналом и повышает пороговое напряжение прибора с л-каналом. угс пон уотрор Ггоон Рнс. 2.!3, ЫОП-трап. зистор с затвором из поликремння или туго. плавкого металла, талгооо ио полинроолаллисоснога наслоил или и гггаллоонага молгаллга Паолоогснг ид иремнигг р-типа 2.7.2. МОЛ-трпнзисторы с коротким каналом.
Желательно уменьшать длину канала МОГ1-транзистора, так как таким путем удается повысить крутизну прибора. Чем выше крутизна, тем больше коэффициент усиленин по напряжению и произведение коэффициента усиления на ширину пг>лосы. Кроме того, возрастает ток между истоком н стоком Роз при данном напряжении затвора, иначе говоря, возрастает нагрузочная способность прибора. Некоторые типы МОГ!-транзисторов, например транзисторы с у'-образными канавками, вертикальные транзисторы с двойной диффузией, рассчитаны на токи до 10 А.
На рис. 2.14 схематически показана структура МОП-транзистора с двойной диффузией (ДМОП-транзнстора). Длина канала, находящегося под затвором, равна расстоянию по горизонтали между л'р-переходом и рл-переходом на границе с подложкой. Таким образом, длина канала зависит от глубины переходов, создаваемых диффузиями л'- и р-типа, Аналогичным образом определяется ширина базы биполярного транзистора с двойной диффузней. Длина канала в такой структуре может быть сделана равной всего 0,5 мкм. При подаче на затвор достаточно большого положительного смещения ((гол ) )гг) на поверхности находящейся под затвором р-области образуется инверснонный л-слой, который служит проводящим каналом для электронов, движущихся от истока к стоку.
Благодаря тому что прибор выполнен на слаболегированной подложке л-типа и имеется достаточно места для расширения обед» Интегральные схеам пенного слоя между диффузионной р-областью и контактной и'- областью стока, напРЯжение пРобоЯ междУ истоком и стоком В'коз может быть сравнительно большим. На рис. 2.15 показана структура «вертикального» ДМОП- транзистора. Здесь контактной областью стока служит и+-подБтмг датйоо 11етон ЗаИпр длон / ПЫежйп птгийа ддеднонния одолеть Рнс, 2,14.
МОП.транэнстор с даффуэнонным каналом (ДМОП-транзне1ор). датдоо угнетен дат~Ь' и-тила 0оеенонноя одна етз Подножка и к глина Рнс, 2,15. Пс1 завальный ДМОП-транзнстор, Иппон е 0 и" р-'типа Подложка и'- типа Рас, 2.16. МОП-транзнстор с Ч-образной канавкой. 88 т"лова 2 ложка. При такой конфигурации число параллельно включенных каналов оказывается больше, чем в «горизонтальной» структуре с поверхностным расположением и'-областей стока. В результате бина абланил) Ра щта 5хйзили 5ъакт Глубина лабтуадлиВания (Г=.Р «таина уля л(а а 5т Ллогнспли йГ й 'К 1 Бан (777) Рис. 2.!7.
Изотропное н анизотропное травление кремния; а — изотропное травление (например, в растворе НР: НХО«, СН»СООН); б — анкзотропаое травление (травление, скорость которого зависят от кристаллографн«еского направления) поверхности кремикв с ориснтацней ()00); з — анизотропное травление поверхности кремния с ориентацией ())О), возрастают крутизна прибора и допустимый ток между истоком и стоком. В структуре с большим числом плотноупакованных электродов затвора может быть получен ток до )О А, На рис. 2.!6 показан МОП-транзистор с Ч-образной канавкой.
Это тоже структура с двойной диффузией, в которой длина канала определяется разностью глубин р- н и'-диффузни. Поскольку Инлмгральные схемы 89 6лкипсяь|111 ) Р ис. 2.18. Основные кристаллографические плоскости н кремнии: а — взаимное Расположение плоскостей (100) и (111); б — взаимно перпендикулярные пло- скости (!10) и (111), Глава 2 прибор расположен в слаболегированном эпитаксиальном и-слое и имеется достаточно места для расширения обедненной области между диффузионным р'-слоем и и'-подложкой, напряжение пробоя сравнительно велико (В)Г„в, 50 В), а емкость стока мала, В то же время благодаря использованию сильнолегированной и"-подложки последовательное сопротивление стока остается достаточно малым.
Ч-образные канавки получают с помощью анизотропного травления (т. е. травления, скорость которого зависит от кристаллографического направления). Используемый для этой цели трави- тель КОН при температуре 80 †1 'С очень быстро травит кремний в кристаллографнческом направлении (100) и очень медленно в направлении (1111. На кремниевых подложках с ориентацией (100) такой травитель вытравливает Ч-образные канавки, боковые стенки которых имеют ориентацию (11!) (рис.
2.17, б). Угол наклона этих стенок относительно поверхности кремния составляет 54,74'. Ширина канавки )в' определяется шириной окна в оксидном слое, служащем маской прн травлении. Пленка 5!Ов может быть использована в качестве маски, так как скорость травления 5!О, в данном растворе очень мала. На рис. 2.18 показано взаимное расположение главных кристаллографическнх плоскостей. Следует отметить, что при травлении кремниевой подложки с ориентацией (110) получаются канавки с вертикальнымя стенками. Процесс анизотропного травления находит применение также в технологии ряда других кремниевых приборов. Были изготовлены МОП-транзисторы с матрицей затворов, размещенных в Ч.образных канавках.
Для них получены рабочие токи в несколько ампер. Созданы вертикальные ДМОП-транзисторы, состоящие из очень большого числа параллельно включенных элементов, размещенных в виде сетки с прямоугольными или шестиугольными ячейками на общей и!и'-области стока. Такие транзисторы имеют рабочие токи свыше 25 А при напряжениях до 500 В в непрерывном режиме, что соответствует выходной мощности 12,5 кВт.
Сочетание очень малой длины канала с его очень большой суммарной шириной (она может быть примерно в миллион раз больше длины) обеспечивает очень малые значения сопротивления сток — исток открытого транзистора ев, <онь которое может составлять всего 0,12 Ом, 2,7,3. Регулирование порогового напряжения МО)7-пгранзисторов с помои!ью ионного легирования. Выше говорилось, что для регулирования порогового напряжения )Гг МОП-транзисторсв можно использовать ионное легирование. Пороговое напряжение и-МОП-транзисторов зачастую оказывается очень малым ((! В) из-за таких эффектов, как загрязнение подзатворного 91 Ин тжральнме ехали окисла положительными ионами, образование поверхностных зарядов на границе раздела окисел — кремний и существование контактного потенциала между электродом затвора и кремнием, В некоторых случаях пороговое напряжение л-МОП-транзисторов может даже иметь небольшую отрицательную величину, что свидетельствует о существовании инверснонного и-слоя даже в отсутствие какого-либо смешения на затворе.
В р-МОП-приборах те же эффекты приводят к тому, что пороговое напряжение оказывается довольно большим н отрицательным ( — 5 В). С помощью имплантации ионов бора можно сдвинуть пороговое напряжение в положительную сторону как для л-МОП, так и для р-МОП-приборов. В результате такой имплантации на поверхности кремния формируется тонкий слой отрицательно заряжен. ных акцепторных ионов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
