|
| |
|
Главная Журналы диффузионного слоя. Очень малое проникновение атомов примесей под затвор наблюдается лри ионном легировании. Так как ионное легирование не позволяет получить малое сопротивление областей истока и стока (необходимо малое сопротивление шин, качественный контакт к высокоомному слою и т. п.), то обычно используют  Рис. 4.7.3. Структура МОП-транзистора с поликремниевым затвором: /-подложка р-твпа; 2, 3 - диффузионные п+-областн истока и стока; 4, 5, 7 - алюминиевые выводы истока, затвора и стока; 5 - поликреинневый затвор;. S - полн-кремииевая сигнальная шина (1-й коммутационный слой); 9 - алюминиевая шина (2-й коммутационный слой);---границы слоя полнкремния до травления Рис. 4.7.4. Структура МОП-транзистора с молибденовым затвором: / - подложка р-тила; 2, 4 - диффузионные «-(--области стока и истока; 3, 5 - тонкий и толстый окисел; 6 - молибденовая шина (1-й коммутационный слой); 7 - алюминиевая шина (2-й коммутационный слой); 8, - алюминиевые выводы истока и стока; 9 - слой бороснликатного стекла; /О - молибденовый затвор комбинацию ионного легирования и диффузии (рис. 4.7.5). МОП-транзисторы с самосовмещенными кремниевыми и молибденовыми затворами имеют следующие преимущества по сравнению с транзисторами, имеющими алюминиевый затвор: высокое быстро- Рис. 4.7.5. Структуры МОП-траизисто-ров с индуцированным и встроенным каналами, истоки и стоки которых сформированы комбинацией диффузии и ионного легирования: / - подложка р-тнпа; 2 - диффузионная «-(--область истока; 3 ~ ионнолегированная rt--oблacть истока; -встроенный ноннолеги-рованный п-каиал; 5, 7, 8, 10, 11 - алюминиевые выводы истоков, стоков и затворов; 6,9 - поликремниевые затворы действие; малые размеры, что позволяет повысить плотность компоновки и выход годных микросхем в процессе производства; низкие пороговые напряжения (до 0,5 В), что позволяет снизить напряжение питания, потребляемую мощность и повысить быстродействие, сочетать биполярные и МДП-транзисторы на одном кри-  сталле. Хорошая защита канала и подзатворного окисла при технологических операциях способствует улучшению Повторяемости и стабильности параметров. D-MOn и V-МОП-транзисторы. Структуры D-МОП- и V-МОП-транзисторов изображены на рис. 4.7.6. Там же для сравнения представлена структура обычного п-канального МОП-транзистора. Иайвл Область дрейфа  Исток Начал Облать дрейфа \ / Затвор   п~ подложка / / / / / уу у / / / г/>-я:/ / у 7/ / / / / У7 Истон в) Канал Область дрейфа Рис. 4.7.6. Структуры-МОП-(а), D-МОП-(б) и V-МОП-транзисторов (в) В структуре D-МОП-транзистора область р-типа и истоковая область п+-типа формируются последовательной диффузией акцепторной и донорной примесей в одно и то же окно в окисной пленке. Толщина р-области практически равна толщине базы биполярного транзистора (1кан~0,4 ... 2 мкм). Активная область канала D-МОП-транзистора с длиной >LKaH образуется у границы раздела р-области и подзатворного окисла. При нормальных смещениях {Uc>Ucu&c) электроны инжектируются из короткого канала в пристоковую область пространственного заряда (ОПЗ) и из-за дрейфа в электрическом поле переносятся к п+-области стока. Подобная область дрейфа существует и в обычном МОП-транзисторе при /с>1/снас (см. рис. 4.7.6, а). Отличительной особенностью конструкции D-МОП-транзистора является также то, что затвор не совмещается с п+-областью стока (см. рис. 4.7.6, б), как это делается в обычном МОП-транзисторе для образования сквозного канала между истоком и стоком (см. рис. 4.7.6, а). Такая конструкция D-МОП-транзистора имеет малую проходную емкость Сзс и высокое рабочее напряжение стока. Короткий канал и малая проходная емкость позволили увеличить быстродействие ИС с D-МОП-транзисторами в 5 раз при технологических ограничениях, характерных для ИС на обычных МОП-транзисторах. При использовании р--подложек обеспечивается изоляция D-МОП-транзисторов в полупроводниковых ИС (см, рис. 4.7.7).  5 7 S -5-  - \ \ \ т S 8 Рис. 4,7.7. Структура эпитаксиально-планарного D-МОП-транзистора; 1,7 - диффузионные «-(--области истока и стока; 2, 3, 5 - алюминиевые выводы истока, стока и затвора; 4 - тонкий окисел; 6 - р-область разделительной диффузии; 8 - эпитаксиальная п-область стока; 9 - подложка р-типа; 10 - диффузионная область, определяющая длину канала bj, Рис. 4.7.8. Структура МОП-транзистора на диэлектрической (сапфировой) подложке: i - диэлектрическая подложка; 2, -диффузионные п-1--области истока и стока; 3 - «остро-вок> из эпитаксиальной пленки р-типа; 5 - вывод стока; 5 - тонкий окисел; 7 -затвор; 8 - вывод истока При формировании V-МОП-транзисторов (рис. 4.7.6, в) используются V-каналы (или V-образные ямы) в полупроводниковой подложке. Длина канала 1кан определяется толщиной эпитаксиальной пленки р-типа. Затвор V-МОП-транзистора расположен в V-канале, покрытом тонкой пленкой двуокиси кремния. V-МОП-транзисторы имеют высокие крутизну и быстродействие, малую площадь, занимаемую на поверхности подложки благодаря использованию вертикальной конструкции. В полупроводниковых ИС все V-МОП-транзисторы имеют общий исток, роль которого выполняет подложка я+-типа. МОП-транзистор на диэлектрической подложке (рис. 4.7.8). Полупроводниковые я+-области истока и стока такого транзистора изготовляются диффузией на всю глубину островков р-типа, вытравленных в эпитаксиальном слое. Применение диэлектрической изоляции позволяет существенно уменьшить паразитные емкости МОП-транзистора и коммутационных проводников и тем самым обеспечить высокое быстродействие интегральных схем на МОП-транзисторах. § 4.8. Резисторы Резисторы широко применяются в цифровых и особенно в линейных интегральных микросхемах. Они характеризуются следующими основными параметрами: сопротивление; допустимый разброс сопротивления в процессе производства микросхемы; температурный коэффициент сопротивления; допустимая мощность, допустимое напряжение; диапазон рабочих частот. По конструктивно-технологическому исполнению резисторы полупроводниковых ИС разделяются на два вида: полупроводниковые и пленочные. Полупроводниковые резисторы формируются з приповерхностном объеме кристалла, как правило, одновременно с изготовлением активных элементов микросхем. При этом используются эпитаксиальные, диффузионные и ионнолегированные "слои монокристаллического кремния. Можно изготовить высокоом- ные резисторы также на основе поликристаллического кремния." Пленочные резисторы формируются методами тонкопленочной технологии на поверхности диэлектрической пленки SiOa, покры-ваюш,ей поверхность кремниевого кристалла. Ниже рассматриваются конструкции и свойства полупроводниковых резисторов, так как конструкции пленочных резисторов полупроводниковых ИС не отличаются от конструкций резисторов гибридных ИС. Конструкции. Наиболее широко применяются полупроводниковые резисторы, сформированные на основе коллекторного, базового и эмиттерного слоев эпитаксиально-планарной транзисторной структуры (рис. 4.8.1). Для изготовления резисторов применяют также однородные эпитаксиальные базовые слои при использовании коллекторной разделительной диффузии (метод ИКД). Простейшая конструкция резистора представляет собой прямоугольный участок полупроводникового слоя, на концах которого расположены металлические контакты. Толщина слоя dp определяется глубиной залегания подложечного (Хпо), коллекторного (Хко) или эмиттерного (Хэ о) р-п-переходов, так как резисторы изолируются от остального объема полупроводникового кристалла обратносме-шенными р-я-переходами. Диффузионные слои являются неоднородными полупроводниками, поэтому их нужно характеризовать средним удельным объемным сопротивлением ру или средним удельным поверхностным со-7-113 193 противлением р, которое представляет собой сопротивление квадрата резистивного слоя заданной толщины dp. Величина р,., не зависит от размеров квадрата, а определяется только свойствами полупроводникового материала и толщиной резистивного слоя dp. Для ИС, изготовляемых по эпитаксиально-планарной технологии, Pq составляет: для коллекторного слоя 250.,,500 Ом/П, для базового 200...300 Ом/П, для эмиттерного 2,5..,5 Ом/П.  Рис. 4.8.1. Конструкции полупроводниковых резисторов на основе коллекторного я-слоя (а), базового р-слоя (б) и эмиттерного /г+-слоя (в) / - р-подложка; 2 - rt-область (резистивный слой); 3 - металлические контакты; 4 - п+-слой для обеспечения омического контакта с резнстивным п-слоем; 5 -защитная пленка SIO2; б - разделительные р+-области; 7 -базовый слой р-типа (резистнвный слой); « - эмиттерный слой я---типа (резистивный слой) Высокоомные резисторы формируются на основе базовых диффузионных слоев, ограниченных по толщине эмиттерным слоем л+-типа (рис. 4.8.2). Резистор представляет собой тонкий канал р-типа, изолированный со всех сторон обратносмещенным р-п-пе-реходом, так как эмиттерный слой п+-типа за пределами резистора соединяется с эпитаксиальным п-слоем изолированной области.  Рис. 4.8.2. Конструкция высокоомного резистора, ограниченного по толщине эмиттерным я+-слоем Ширина канала равна толщине базы транзистора We- Сопротивление квадрата такого резистивного слоя линейно связано с коэффициентом усиления транзистора Sot. Практически используются ограниченные базовые диффузионные слои с рпб«2...20 кОм/П, Величина pnq ограничивается допустимой нелинейностью сопротивления резистора и разбросом сопротивления в процессе производства. Нелинейность сопротивления обусловлена расширением слоя объемного заряда и соответствующим сужением ширины р-канала резистора при увеличении напряжения обратного смещения на изолирующем резистор р-п-переходе. Для получения высокоомных резисторов (рис. 4.8.3) используется также ионное легирование полупроводниковых материалов.  Рис. 4.8.3. Конструкция полупроводникового резистора, сформированного ионным легированием: 1 - резистивный слой р-типа; 2 - диффузионная прнконтактная р-)--область; 3 - эпитаксиальный слой л-типа; 4 - подложка р-типа; 5 - металлический контакт; fi -вывод для подачи смещения иа л-область В отличие ОТ диффузионных слоев максимум концентрации атомов, введенных в кремний при ионном легировании, лежит в глубине резистивного слоя. Поверхностная область ионнолегированного полупроводникового слоя обеднена примесными атомами. При высоких энергиях легирующих ионов резистивный слой может быть полностью изолирован р-п-переходом от п-области кармана, если поверхностная концентрация введенных акцепторов окажется ниже концентрации доноров в п-области. Для создания надежных контактов с высокоомными ионнолегировэнными слоями применяют диффузию примесей в приконтактные области резисторов. При ионной имплантации формируют резистивные слои с Рц«< л: 1000...5000 Ом/П. Такие значения при достаточно высоких уровнях легирования обусловлены малой толщиной ионнолегированного слоя (0,1...0,4 мкм). Определение значения сопротивления резистора. Примеры наиболее широко применяемых топологий полупроводниковых резисторов показаны на рис. 4.8.4. Весь объем резистора условно разделяется на три области. В основной области резистора длиной I электрическое поле плоскопараллельное. Линии тока параллельны 7* 195 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [ 31 ] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 |