dsd1-10 / dsd-01=Компоненты ИС / Staroselskiy OLD / 02.MDPeshki / 7
.doc
7. Структуры МДПТ
В такой структуре предусмотрены меры для обеспечения следующих характеристик: а) малая длины канала; б) малые паразитные сопротивления пассивных областей стока и истока; в) малые емкости затвор-исток, затвор-сток; г) малое сопротивления затвора; д) приемлемое значение коэффициента усиления по напряжению; е) приемлемое значение напряжения смыкания; ж) требуемое пороговое напряжение.
Основными особенностями структуры являются следующие.
1. Длина канала может быть уменьшена до 0,12 – 0,2 мкм в промышленных изделиях, а в лабораторных образцах — до величины порядка 15 нм.
Малая длина канала обеспечивается применением операций самосовмещения при изготовлении транзистора.
Для создания п+-областей стока и истока применяются операции ионного легирования. Малое боковое расширение этих областей в сторону канала обеспечивается их 2-слойной их структурой. Физическая длина канала определяется расстоянием между тонкими сильнолегированными п+-слоями (extended spaces), для легирования которых используются доноры с малым коэффициентом диффузии (обычно мышьяк – As). При операции легирования маской служит затвор, что обеспечивает высокую воспроизводимость топологических размеров канала. Для уменьшения бокового расширения тонких п+-слоев в сторону канала перед их формированием боковые поверхности затвора покрываются весьма тонкими защитными вертикальные слоями диоксида кремния SiO2 — тонкими спейсерами (Thin Spacer).
2. Сопротивления пассивных областей стока и истока снижаются за счет использования сравнительно толстых сильнолегированных п+-областей, для легирования которых используются доноры с высоким коэффициентом диффузии (обычно фосфор – Р). Внутренние границы этих областей должны быть расположены как можно ближе к затвору. Это достигается использованием толстых вертикальные слоев SiO2 (Thick Spacer), которые служат ограничивающими масками при создании п+-областей. Толщина этих слоев выбирается примерно равной толщине формируемых п+-областей. При этом внутренние границы п+-областей автоматически оказываются расположенными вблизи границы между тонкими и толстыми спейсерами.
3. Эти меры обеспечивают также минимальные значения емкостей затвор-исток, затвор-сток, поскольку технология самосовмещения до минимума снижает размеры областей перекрытия канала с электродами стока и истока.
4. Малая величина сопротивления затвора обеспечивается использованием в качестве материала затвора сильнолегированного поликремния, на который сверху нанесен металлический слой.
6. Напряжение смыкания повышается при уменьшении толщины п+-областей стока и истока, примыкающих к каналу. Это достигается использованием мелких расширенных п+-областей стока и истока. На рис. показана форма ОПЗ при напряжении VDS = 0 (а) и напряжении VDS, близком к напряжению смыкания Vpinch (б). Наличие мелких расширенных п+-областей приводит к току, что смыкание ОПЗ скока и истока происходит в толще полупроводника при существенно повышенном напряжении VDS.
Напряжение смыкания увеличивается при уменьшении толщины ОПЗ под стоком и истоком. Последняя уменьшается при повышении концентрации примеси в подложке. Достаточно повысить степень легирования не во всей подложке, а лишь в тонком слое под каналом, как показано на следующем рис. (а). Такой р+- подслой со степенью легирования ~ 1018 см-3 повышает емкость электродов стока и истока на подложку. Для снижения этой емкости р+-области могут создаваться не под всем каналом, а лишь в областях, непосредственно прилегающих к стоку и истоку (гало-областях — рис. б).
Структуры р-канальных МДПТ имеют такой же вид; в качестве подложки п-типа используются специально сформированные «карманы».
Современные
субмикронные МДПТ имеют предельную
частоту до 50…25 ГГц (п-
и р-канал
соответственно). В лабораторных образцах
достигнуты значения
более 150 ГГц (при рабочих напряжениях
1,5
В).
Весьма перспективными являются МДПТ, выполненные по технологии «кремний на изоляторе» (КНИ или SOI). Структура и энергетическая диаграма такого транзистора показаны на следующем рис.
Главная цель эффект, достигаемый в такой структуре, состоит в снижении паразитных емкостей транзистора на подложку.
При малой толщине полупроводникового слоя (Si на рис. 10.2а) в рабочем режим он полностью перекрыт областью пространственного заряда.
МДПТ
со структурой «кремний на изоляторе»
P-n+ Poly
Si Me Me Me Si-Substrate Диэлектрик Si
