13. 5.2 Технология полупроводниковых имс на мдп - транзисторах
Технология производства ИМС на МДП - транзисторах занимает доминирующее место среди процессов изготовления ИМС. Это связано со следующими особенностями:
Весь процесс изготовления ИМС на МДП - транзисторах сводится к изготовлению базовой структуры МДП - транзисторов и соединений между ними, т.к. МДП - структуры используют не только как транзисторы, но и как резисторы и конденсаторы.
Отсутствуют любые операции, связанные с изоляцией отдельных элементов ИМС друг от друга, поскольку МДП - структуры являются самоизолирующимися структурами.
Внутрисхемные соединения отдельных элементов выполняют не только на поверхности с помощью алюминиевых металлических слоев, но и с помощью внутренних высоколегированных диффузионных слоев, что обеспечивает многослойную разводку.
Число технологических операций в МДП - технологии существенно меньше.
Сравнительно легко в одном кристалле создавать транзисторные структуры с различным типов канала, что дает возможность в схемотехнических решениях ИМС использовать комплементарные КМОП - транзисторы.
Базовые структуры МДП - транзисторов существенно меньше по размерам по сравнению с базовой структурой биполярного транзистора.
Недостатком ИМС на МПД – транзисторах является более плохая воспроизводимость параметров МДП – транзисторов из-за временной стабильности подзатворного окисла.
13. 5.3 Базовая структура мдп – транзистора полупроводниковых имс
Из всех типов униполярных транзисторов при изготовлении ИМС используется МДП – транзисторы с индуцированным каналом. Существует три основных технологии изготовления базовой структуры на МДП – транзисторах: п-канальная, р-канальная и КМДП-технология.
Для получения базовой структуры по р-канальной технологии используется подложка п-типа проводимости в которой формируется МДП-транзистор с индуцированным р-каналом (рис.13.15 а). Для получения базовой структуры по п-канальной технологии используется подложка р-типа проводимости в которой формируется МДП-транзистор с индуцированным п-каналом (рис.13.15 б). Для получения ИМС по КМДП-технологии используется подложка п-типа проводимости, на основе которой формируются р-канальные МДП-транзисторы. Для получения п-канальных транзисторов в этой подложке предварительно создаются карманы с р-типом проводимости путем диффузии, которых и формируется п-канальный МДП-транзистор (рис.13.15 в).
В
качестве материала затвора в транзисторных
структурах используется алюминий,
молибден, вольфрам или сильно легированный
поликристаллический кремний, а в качестве
материала подзатворного диэлектрика
используют оксид кремния, нитрид кремния,
оксид алюминия. При этом подзатворный
диэлектрик может быть как однослойным,
так и многослойным. В зависимости от
этого, а также от способов совмещения
затвора, существует достаточно большое
число технологий: п-канальная, р-канальная,
самосовмещенная толстооксидная,
изопланарная, КМДП-технология и т.п.
В качестве диодов используются переходы “р-карман-исток”, “р-карман-сток”, “исток-подложка”, “сток-подложка”.
Проектирование
резисторов по аналогии с биполярными
ИМС в МДП ИМС является нецелесообразным
по двум причинам: во-первых, площадь
диффузионного резистора большого (более
20 кОм) номинала почти на порядок превышает
площадь активного МДП-транзистора;
во-вторых, паразитная емкость
“резистор-подложка” диффузионного
резистора значительна и существенно
ухудшает частотные свойства ИМС.
Поэтому для получения большой степени интеграции в МДП ИМС в качестве резисторов нагрузки широко используют нагрузочные МДП-транзисторы(рис.13.16).Эти транзисторы имеют сходную структуру, а необходимый номинал резистора обеспечивается подачей на затвор нагрузочного МДП-транзистора определенного потенциала и подбором геометрических размеров канала.
При необходимости получить конденсаторв МДП ИМС можно использовать емкость “затвор-подложка” или “сток (исток) – подложка” МДП-транзистора. Требуемое значение емкости конденсатора обеспечивается площадью областей затвора, стока или истока МДП-транзистора.
Дальнейшее развитие технологии производства МДП ИМС идет по пути совершенствования методов совмещения областей, что позволяет уменьшить размеры базового элемента, по пути совершенствования подзатворного окисла, что позволяет повысить качество и надежность МДП-транзистора; и по пути уменьшения толщины подзатворного окисла, что позволяет повысить частотные свойства ИМС.