Реферат: Конструктивно-технологические разновидности МДП-транзисторов

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра РЭС

РЕФЕРАТ

На тему:

«КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗНОВИДНОСТИ МДП-ТРАНЗИСТОРОВ»

МИНСК, 2008

Конструкции МДП-транзисторов в микросхемах с алюминиевой металлизацией. Вариант конструкции активного транзистора с прямоугольным каналом и со средним значением крутизны передаточной характеристики представлен на рис.1. Под алюминиевым затвором находится тонкий слой термически выращенного окисла кремния (0,05...0,10 мкм. За пределами области канала толщина окисла составляет 1 мкм. Этот сравнительно толстый слой окисла выполняет функции защитного диэлектрика, позволяет существенно снизить значения паразитных емкостей сигнальных шин и повысить пороговое напряжение паразитных МДП-транзисторов (рис.1) в местах прохождения алюминиевых проводников над диффузионными шинами питания.

Рис.6.1 Чертеж топологии (а) и электрическая схема (б) паразитного транзистора.

Рис.1 Конструкция (а) и электрическая схема (б) нагрузочного р-канального МДП-транзистора

Рис.2 Конструкция МДП-транзистора с П-образным каналом

В нагрузочных транзисторах значение крутизны передаточной характеристики может быть небольшим, и соответственно отношение длины канала к его ширине выбирается таким, чтобы при заданной крутизне нагрузочный транзистор занимал минимальную площадь (рис.1). В том случае, когда для обеспечения высоких значений крутизны характеристик активного транзистора отношение bк/lК должно быть равно или больше 20, с целью экономии площади рекомендуется П-образная форма канала (рис.2).

Для повышения степени интеграции в микросхемах, требующих последовательного и параллельного соединения транзисторов, области истоков или стоков МДП-транзисторов могут быть объединены (рис.3). На рис.4 приведена конструкция инвертора, в которой диффузионная область стока активного VT1 и истока нагрузочного VT2 МДП-транзисторов объединены.

Освоение производства р-канальных МДП-транзисторов с индуцированным каналом и алюминиевым затвором позволило получить следующие параметры МДП-структур: минимальная длина канала 10...12 мкм (по затвору 20 мкм), глубина залегания р-п переходов 2,5 мкм, боковая диффузия под окисел 2 мкм, толщина подзатворного диэлектрика 0,12...0,15 мкм, напряжение питания 12 В, пороговое напряжение (-4+0,5) В, удельное поверхностное сопротивление диффузионных областей истока и стока и диффузионных шин 50...100 Ом/т, пробивное напряжение р-п переходов областей истока и стока свыше 30 В, пороговое напряжение паразитных транзисторов свыше 40 B, подвижность дырок в канале около 200 см2/(B·c), плотность поверхностных состояний 1011…1012 см–2.

Рис 3. Фрагменты топологии (а, в) и электрические схемы (б, г) при параллельном (а, б) и последовательном (в, г) включении транзисторов.

Рис.4. Конструкция (а) и электрическая схема (б) инвертора на МДП-транзисторах с нелинейной нагрузкой и алюминиевой металлизацией.

На таких структурах были созданы одни из первых логических интегральных МДП-микросхем с минимальным временем задержки на вентиль 80...100 нс и основным показателем качества микросхем - произведением мощности на задержку 60...80 пДж. Хорошо отработанная технология производства и меньшая стоимость способствуют тому, что микросхемы на р-МДП-транзисторах выпускают до сих пор, несмотря на худшие характеристики.

Усовершенствование технологических операций, в первую очередь тех, которые направлены на снижение встроенного в окисле заряда и плотности поверхностных состояний, привело к созданию интегральных n-канальных МДП-транзисторов. Преимуществами микросхем на таких транзисторах являются: повышенное в 2...3 раза быстродействие, совместимость по знаку и уровню питающего напряжения с ТТЛ-микросхемами на биполярных транзисторах.

Применение кремниевых подложек с рабочей поверхностью, ориентированной по кристаллографической плоскости (100), приводит к уменьшению плотности поверхностных состояний до 1011 см–2 и к еще большему снижению порогового напряжения.

Возможности управления пороговым напряжением расширяются, если использовать многослойный подзатворный диэлектрик. В этом случае в игру вступают дополнительный заряд на границе диэлектриков, объемный встроенный заряд дополнительного диэлектрика, заряд, обусловленный поляризацией диэлектриков.

МНОП-транзисторы. Одним из вариантов МДП-транзистора с многослойным диэлектриком является структура металл - нитрид кремния - окисел кремния - полупроводник (сокращенно - МНОП). Пленка нитрида кремния обладает высокой пассивирующей способностью (поскольку скорость дрейфа положительных ионов в нитриде на несколько порядков меньше, чем в окисле) и более высокой диэлектрической проницаемостью. Уже одно это позволило бы снизить пороговое напряжение на 1...1.5. В и повысить удельную крутизну.

Однако использовать один только нитрид кремния в качестве подзатворного диэлектрика оказалось невозможно из-за появления заряда на границе раздела кремний - нитрид кремния, зависящего от напряжения на затворе. Это приводит к непостоянству порогового напряжения приборов и к его гистерезису.

Использование МНОП-структуры позволило получить приборы, в которых эквивалентная толщина диэлектрика уменьшается примерно в полтора раза, пороговое напряжение снижается в среднем на 1 В. Эта же МНОП-структура при толщине пленки SiO2 0,005 мкм (5 нм) может быть использована в качестве элемента памяти в ППЗУ с электрическим стиранием и записью информации.

МОАП-транзисторы. Использование А12Оз в качестве второго подзатворного диэлектрика обусловлено его способностью создавать на границе с SiO2 встроенный отрицательный заряд, что позволяет получать n-канальные приборы с индуцированным каналом, работающие в режиме обогащения при пороговом напряжении, примерно равном +1 В.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--