37.4 Конструктивно-технологичекие разновидности мдп-транзисторов.

Конструкции МДП-транзисторов в мс с алюминиевой металлизацией. 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.

Когда необходимо обеспечить высокие значения крутизны характеристик с целью экономии площади рекомендуется применять П-образную форму канала. Для повышения степени интеграции в микросхемах, требующих последовательного и параллельного соединения транзисторов, области истоков или стоков МДП-транзисторов могут быть объединены.

Параметры р-канальных МДП-транзисторов с индуцированным каналом и алюминиевым затвором: минимальная длина канала 10...12 мкм, глубина залегания р-n переходов 2,5 мкм, боковая диффузия под окисел 2 мкм, толщина подзатворного диэлектрика 0,12...0,15 мкм, напряжение питания 12 В, пробивное напряжение р-n переходов областей истока и стока более 30 В, пороговое напряжение паразитных транзисторов более 40 В, подвижность дырок в канале около 200 см²/(В×с).

Преимуществами микросхем на n-канальных МДП-транзисторах явл.: повышенное в 2...3 раза быстродействие, совместимость по знаку и уровню питающего напряжения с ТТЛ-микросхемами на биполярных транзисторах. Возможности управления пороговым напряжением расширяются, если использовать многослойный подзатворный диэлектрик.

МНОП-транзисторы (металл – нитрид кремния – окисел кремния – полупроводник). Пленка нитрида кремния обладает высокой пассивирующей способностью и более высокой диэлектрической проницаемостью. Это позволяет снизить пороговое напряжение на 1...1.5 В и повысить удельную крутизну. Использование МНОП-структуры позволило получить приборы, в которых эквивалентная толщина диэлектрика уменьшается примерно в полтора раза, пороговое напряжение снижается в среднем на 1 В.

МОАП-транзисторы. Использование Аl₂О₃ 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 плюс 1 В.

4. Конструкции МДП-транзисторов с поликремниевыми затворами. При использовании поликремния в качестве материала затвора значительно уменьшаются глубина залегания р-n переходов истока и стока (до 2...1 мкм), боковая диффузия (до 0,6...1,4 мкм), перекрытие затвором областей истока и стока, и, т.о, снижаются значения соответствующих паразитных емкостей.

Совместимость материала затвора с материалами защитного слоя позволяет сблизить контакты стока и истока, уменьшить размеры этих областей и всего прибора в целом, повысить степень интеграции. Применение поликремния в кач-ве материала затвора дает снижение контактной разности потенциалов и уменьшение порогового напряжения.

Нагрузочные транзисторы n-МДП-типа со встроенным каналом обладают более выс-м быстродействием, лучшей помехоустойчивостью и занимают вдвое меньшую площадь, чем нагрузочные транзисторы, работающие в режиме обогащения при той же потребляемой мощности.

5.Конструкция Д-МДП-транзисторов разработана для обеспечения выс. быстродействия за счет уменьшения длины канала. Короткий канал получают по принципу форм-ния тонкой базы в бипол. транзисторе за счет медленного, контролируемого и управляемого процесса диффузии. В этом транзисторе области канала р-типа и истока n+-типа формир-ся в процессе двух диффузий в одно и то же окно в окисной маске. Короткий канал формир-ся в приповерхностной области кремния р-типа электропроводности в промежутке м/у двумя р-nпереходами. Число носителей тока в этом индуцир. канале опред-сянапр-нием на затворе, а скорость их перемещения – напряжением, приложенным м/у Ии С.

Рис.2 Стр-ра обычного n-канального МДП-транзистора (а) и диффузионного n-канального Д-МДП транзистора(б): 1-область канала; 2-область дрейфа электронов

В производстве Д-МДП-транзисторов использованы достижения как бипол-ой технологии (малое расстояние м/у двумя р-n переходами), так и технологии изготовления МДП-структур (формирование тонкого подзатворного диэлектрика с малой толщиной, низкой дефектностью и плотностью поверхностных состояний). Данная технология позволяет формировать на одной и той же подложке биполярные n-р-n-транзисторы и изолированные от них Д-МДП-транзисторы.

6. Конструкции V-МДП-транзисторов. V-МДП-технология добавляет в конструкцию МДП-транзисторов третье измерение, позволяя формировать исток прибора под его затвором и стоком, а не рядом с ними. Это дает V-МДП-приборам преимущества как по быстродействию, так и по плотности упаковки. V-МДП-транзистор получают на боковых стенках углубления, сформ-го селективным вытравливанием в исходной заготовке. Трехмерность V-МДП-транзисторной структуры явл. фактором сущ-ого повышения плотности упаковки БИС. Такие структуры обладают способностями управления очень большими токами с высокой скоростью их переключения.

7. Конструкции МДП-транзисторов на диэлектр-кой (сапфир)подложке: 1-подложка; 2,4-И и С; 3-эпитаксиальная р-область; 5,8-шины металлизации; 6-подзатворный тонкий диэлектрик; 7-затвор.

Использование структур с эпитаксиально выращенным на диэлектрической подложке (сапфир) слоем монокрист-ого кремния толщиной 0,7...2,0 мкм с целью изг. МДП-транзисторов целесообразно, т.к. позволяет снизить паразит-е емкости транзистора и коммутационных проводников, избавиться от паразитных транзисторных структур, упростить технологию изготовления МДП-приборов. Транзисторы форм-ся в изолированных др. от др. островках, что позволяет почти до нуля уменьшить паразитные межэл-тные связи через подложку. Диффузия для форм-ния истока и стока проводится на всю глубину эпитаксиального слоя, что позволяет получать вертикальные р-n переходы малой площади с малыми емкостями. МДП-структуры на диэлектрической подложке обладают высоким быстродействием по сравнению с аналогичными структурами на кремниевой подложке