Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 19
Текст из файла (страница 19)
2.3 представлены параметры прп- и рпр-транзисторов, применяемых в ИС. В принципе можно получить ИС с рпр-транзпсторамп, не уступающими по своим параметрам прп-транзисторам, ио это потребует дополнительных технологических операций и, следовательно, приведет к удорожанию ИС, Таблнна 2.З Типичные значении параметров бннолврных транзисторов в НС Паарижеиие иробои КозФФиииеит иастота уси. зииттер — иаллеитар- УСИЛСИИ» аа леви» ао тону база зрело В база тысу !, Мти т ' ЕВО' а, в 'сао тии транзистора — 50 — 200 500 5 — 30 !0 — 30 —.5 — 20 ! — !0 б — 8 50 50 50 — 50 — 50 лра !зертиклльиы!! рлр Горизонтальный рлр 2 !!. Полевые транзисторы с ра-переходом в интегральных схемах На рис, 2,25 показаны некоторые варианты структур полевых транзисторов с рп-переходом, используемые в ИС. Структура с п-каналом (рис.
2.25, а) совместима по технологии изготовления с прп-транзистором. Эта же структура показана на рис. 2 26, а, где видно, что расположенная сверху р'-область затвора выходит за пределы зпптакспальиого и-слоя и контактирует с подложкой р тпс!а, играющей роль второго (нижнего) затвора. Таким обра'ом канал и-типа полностью окружен затвороч. При подаче на 102 Глава 2 затвор достаточно большого отрицательного смещения происходиэ отсечка канала и ток между истоком и стоком снижается практически до нуля. Если бы верхний р'-затвор не перекрывался с подложкой р-типа, и-канал не был бы полностью окружен затвором ыо, Юлил ,Хатор Стон сложна р-типа а. ыо, Истлон Латдар Стон йоопооона р-типа й р-наналГилвппантация 6)+ аатдор~инппантация Р ) йоопанона р-типа Ф Рнс.
2.25 Интегральные полевые траазнсторы с рп-переходом: а — л-канальный транзистор; б — р.канальный трананстор; в — нонно-легнроаанный р.канальный транзистор и нельзя было бы добиться полной отсечки тока сток — исток. Однако такая структура имеет недостаток затвор соединен с подложкой р-типа, которая заземлена по переменному току, а зто означает, что прибор может использоваться только в схеме с общим затвором. На рнс. 2.26, б показан другой вариант структуры л-канального полевого транзистора с рл-переходом.
По технологии изготовления он аналогичен рассмотренному выше прибору, но имеет иную топологию. р'-область затвора выполнена в сиде ко тьц", полностью окружающего область стока. Ток между истока;1 и сто. ком может протекать только под затвором. Таким образом, прн ее нлгегралыпке схемы подаче на затвор достаточно большого отрицательного смещения происходит отсечка канала, и ток сток — исток снижается практически до нуля. На рис, 2.25, б показан р-канальный полевой транзистор с рп-переходом. п'-область затвора выходит за пределы р'-области, в которой размещаются исток, сток и канал, и перекрывается /7егтаелетта а-тала а тлЬа еела и-тала Рнс.
2.2Ь. Струк«уры л-канальных полевых транзнс«оров с рл-переходом для ИС: и — структура с верхней к нн.кней областник затвора; б — структура с кольцевым затвором, с эпитакспальным слоем «г-типа, так что канал полностью окружен затвором. Такой прибор мо кет быть изготовлен по тому же технологическому циклу, что и прп-транзистор. При этом, однако, напряжение пробоя затвор — канал (соответствуюшее напряжению В «'аао транзистора) оказывается довольно низким (6 — 8 В), и может получаться, что полная отсечка канала не будет достиг««ута Проблему можно решить, создав под затвором слаболегиРованный р-слой с помощью диффузии бора при низкой поверхностной концентрации и при специально подобранных параметрах ««Роцесса.
Напряжение пробоя затвор — канал при этом возрастает, и отсечка канала происходит при напряжении, заведомо меньшем, чем напряжение пробоя. Однако т:«кое усовершенствование структуры требует дополнительных технологических операц««««и, следовательно, удорожает ИС. 104 Глава 2 На рис. 2.25, в показан р-канальный полевой транзистор с рл. переходом, в котором канал получен имплантацией бора.
Поскольку доза имплантации контролируется с высокой степенью точности, можно получать заданные значения параметров транзистора, таких, как напряжение отсечки )7р и ток )рза (ток исток— сток lпз при напряжении затвор — исток $'аа = О), Этот прибор в принципе изготовляется по той же технологии, что и лрп-транзистор, но технологический цикл содержит три дополнительные операции: фотолитографии, имплантации ионов бора и отжи~а.
2.12. МОП-транзисторы для ИС На рис. 2.27 показаны два р-канальных МОП-транзистора, размещенные на общей подложке из кремния и-гила. Видно, что структуры такого типа автоматически оказываются изолированными друг от друга. Толщина оксидиого слоя, находящегося под электродом затвора, составляет всего 50 — 100 нм, тогда как окисел, лежащий за пределами транзисторной структуры (маскирующий окисел), имеет толщину 1,0 — 1,5 мкм. При подаче на затвор отрицательного напряжения, превышающего пороговое напряжение Гт, иа поверхности кремния под затворным окислом образуется ииверсионный слой р-типа. Этот слой служит проводящим Тонкий под~ол~Ц> ~р Топгпгыи моонгуюн~ии окиг Падвожка н-нгипа Ряс. 2.27.
Сзмвязоляцяя з10П-транзисторов в ИС, каналом между р'-областями истока и стока. Напряжение, необходимое для инверсии поверхности кремния п-тнпа, находящейся под толстым маскирующим окислом, гораздо больше порогового напряжения затвора, которое обычно лежит в пределах от — 2 до — !О В. Такое различие пороговых напряжений непосредственно определяется различием толщнн маскирующего и подзатворного окислов Напряжение, необходимое для инверсии поверхности кремния п-типа, лежащей под маскирующим окислом, превышает максимальное отрицательное напряжение схемы так что металлизация, лежащая поверх маскирующего окисла, не может привести к появлению инверсионного слоя. Отсюда ясно, что между двумя соседними МОП-транзисторами не может Инлыгральные схемы 106 образоваться никаких проводящих р-каналов.
Таким образом, зтн МОП-структуры являются самоизолирующимися и не тре. буют проведения специальной изолирующей диффузии или применения каких-либо других методов изоляции. По атой причине, а также благодаря простой геометрии МОП-приборов площадь, занимаемая одним таким транзистором на кристалле ИС, много меньше, чем площадь, занимаемая биполярным транзистором. Ис прп бит3ор ватри ЯФл~рггпа и-паапа п г---,—— ,а + Игргрп р ! и е и ~ — е ~ е ! а ~ — Нве ) е ~ -е Г е й' Рис. 2.28.
и — р-напальный МОП-транзистор в ИС; о — топология р.каналь- ного МОП-транзистора На рис, 2.28 показаны поперечное сечение и внд сверху рканального МОП-транзистора, занимающего минимальную площадь ИС. Если в качестве проектной нормы для всех зазоров и промежутков принять величину г!, габаритные размеры транзистора будут приближенно определяться как ~ = 7,5с! и К =- Зс), а его площадь будет равна А =- Е)г' = 22,5ь)з. Между тем минимальная площадь, занимаемая биполярным транзистором (зто транзистор с одной полоской базовой и одной полоской коллекторной металлизации), составляет )65с!з. Таким образом, для МОП- транзисторов может быть получена гораздо более высокая плотность упаковки. При !О-мкм проектной норме р-канальный МОП-транзистор занпмает площадь А =- 0,0023 мм', что соответствует плотности Упаковки 444 транзистор/ымз Прп 5-мкм проектной норме пло- 106 Глава 2 щадь транзистора уменьшается до — 0,0006 мм', а плотность упаковки возрастает до !800 транзистор)мм'.
Таким образом, на кристалле ИС размером ! смх ! см может поместиться 180 тыс. транзисторов. Если р-канальные МОП-транзисторы обычно не требуют принятия специальных мер для изоляпии активных структур, то о о и огранил>е нолоиа !ограни чителинанала) а. )!Оннолегиро>>аннан оолаетг Иоянолегиро>>аннлгй слои напала гоар) ограни немил напала~Вор> н>гу л гмл Пайлоогена р-типа 'го йм ем йл >ам ем ~яор> Рис. 2.22, Структуры и-канальных )Ч10П-транзисторов с охрапвымн кольцачн !огранкчителнми канала): и — структура с диффузионным кольцом рь-типа; б — сгруктура с ограничительным слоем, полученным имплавтацией ионов бора.
в случае и-канальных приборов такие меры могут потребоваться, особенно при сравнительно малой концентрации примеси в подложке. Из-ва присутствия в оксидном слое положительно заряженных ионов (таких, как )ч)а" и К') может происходить снижение порогового напряжения и как результат формирование проводящих каналов между различными гь-канальными МОП-транзисторами, Чтобы зтого избежать, транзисторные структуры окружа)от охранными кольцами р'-типа.
Существуег и такой метод, как имплантация ионов бора в участки поверхности р-подложки, расположенные между транзисторными структурами благодаря повышению суммарной концентрации акцепторов исключается возможность инверсии поверхности. На рис.
2.29 показаны два типа структур и-канальных МОП-транзисторов о охранными кольцами. Инж"ральнеее схемы !07 2,!2,1. МОГ)-транзисторы с обеднением. Переходные харплгперистикп нолевых транзисторов. МОП-транзисторы, о которых 1пла речь до сих пор, работают в режиме обогащения: при подаче напряжения на затвор создается электрическое поле, под действием которого формируется проводящий канал между истоком и стоком Каналом служит ннверсионный слой, который образуется у поверхности кремния на границе раздела с подзатворным окислом, когда напряжение на затворе превышает пороговое напряжение )лт. Ннверспонный слой имеет противоположный тнп проводимости по сравнению с кремниевой подложкой. МОГ!-транзистор, работающий с обеднением, имеет «встроенный» канал между истоком н стоком.
Этот канал не индуцирован полем: он представляет собой тонкий слаболегированный поверхностный слой того же типа проводимости, что и области истока и стока. Такой слой можно сформировать путем имплантации неболыпой дозы ионов. МОП-транзистор с обеднением сочетает некоторые черты полевого транзистора с рп-переходом и МОП- транзистора с обогащением, Рассмотрим в качестве примера и-канальный МОП-транзистор с обеднением. При подаче на затвор положительного потенциала в уже существующий и-канал поступают дополнительные электроны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
