4.1.8. Биполярно-полевые структуры с мдп - транзисторами (би-мдп - структуры)

Простой вариант биполярно-полевой структуры, содержащей вертикальные n-p-n-транзисторы, получают по КМДП - технологии без каких-либо дополнительных технологических операций (рис. 4.11). Вертикальный p-n-p-транзистор выполняет функцию усилителя тока, необходимого для создания КМДП ПЗУ с электрической записью информации путем пережигания плавких перемычек. Протекание тока в этом транзисторе показано на рис. 4.11 жирной стрелкой. Поликремниевые плавкие перемычки присоединяются к эмиттеру программирующего p-n-p-транзистора запоминающего элемента через контактное окно над его диффузионной эмиттерной областью. Другие их концы присоединяются к столбцовым линиям через непосредственный контакт к металлической разводке.

Рис. 4.11. Структура КМДП ПЗУ с вертикальным биполярным –n-p-n транзистором: 1 - контакт к подложке; 2 - p-области кармана n-канального МДП - транзистора и базы биполярного n-p-n-транзистора; 3 - подложка; 4 - поликремниевые затворы

На рис. 4.12 показана ячейка памяти на основе функционально-интегрированной структуры, содержащей нагрузочный биполярный p-n-p-транзистор, переключательный ПТУП и n-канальный МДП - транзистор.

Ячейка обладает повышенным быстродействием, присущим ячейкам на биполярных транзисторах, малой энергией переключения, что характерно для МДП - транзисторов, большой степенью интеграции, благодаря наличию функционально интегрированных областей. Подобного типа ячейку можно создать на основе структуры, изображенной на рис. 4.13, содержащей элементы ИПЛ с диодами Шоттки и полевой МДП - транзистор.

Рис. 4.12. Функционально интегрированная структура (а) и электрическая схема (б) ячейки памяти, содержащей нагрузочный горизонтальный биполярный p-n-p-транзистор VT1, вертикальный переключательный полевой n-канальный транзистор с управляющим p-n переходом VT2 и n-канальный МДП - транзистор VT3: 1 - эмиттерная область нагрузочного p-n-p-транзистора; 2 – подложка n-типа электропроводности (база p-n-p-транзистора и исток переключательного ПТУП); 3 - коллектор p-n-p-транзистора к одновременно затвор полевого транзистора; 4 - сток ПТУП и одновременно исток МДП - транзистора; 5 - канал вертикального ПТУП; 6 - поликремниевый затвор МДП – транзистора; 7 - область индуцированного канала МДП - транзистора; 8 - стоковая область МДП – транзистора; 9 – n⁺-область контакта к подложке n-типа

Технология производства структур, изображенных на рис. 4.12 и 4.13, достаточно сложна и содержит в ряде случаев до 12 фотолитографий. Технологические маршруты содержат ряд самых современных технологических операций: прецизионное ионное легирование с фотонным отжигом легированных слоев, низкотемпературное окисление кремния при повышенных давлениях, низкотемпературные методы нанесения пленок диэлектриков и поликристаллического кремния в реакторах пониженного давления.

Таким образом, объединение в одном кристалле биполярных и полевых транзисторов позволяет существенно улучшить электрические характеристики аналоговых микросхем за счет сочетания достоинств обоих типов транзисторов, а также осуществить синтез новых функционально-интегрированных элементов логических устройств и элементов полупроводниковой памяти.

Рис. 4.13. Структура кристалла микросхемы, содержащего элементы ИПЛ с диодами Шоттки и полевые МДП - транзисторы: 1 - эпитаксиальный слой; 2 - легированный n⁺-типа электропроводности поликремний (исток ПТУП); 3 - скрытый n⁺-слой;. 4 - изолирующая p⁺-область; 5 - легированный n⁺-типа поликремний (затвор МДП - транзистора); 6 - p-карман для формирования n-канального МДП - транзистора с индуцированным каналом