Комплементарные мдп-струстуры

Комплементарные структуры представляют собой сочетание транзисторов с каналами п- и p-типа, соединенных последовательно. На рис. 34 представлена схема и устройство такой структуры с алюминиевыми затворами. В этой структуре транзистор с «-каналом формируется непосредственно на кремниевой подложке p-типа, а транзистор с /^-каналом - в специальном кармане n-типа толщиной 3-4 мкм. Площадь, приходящаяся на один транзистор, в комлементарной структуре больше, чем в структуре на однотипных и-канальных транзисторах, что обусловлено необходимостью увеличивать расстояние между р-л-переходом карман- подложка и р-п-переходом ближайшего п-канального транзистора; оно должно быть больше суммы значений толщины обедненных слоев этих переходов, чтобы не было замыкания п⁺- областей с п-карманами. При концентрации примесей в /7-подложке 10 ⁵ см' и напряжении на переходах около 5 В толщина обедненной области составляет примерно 3 мкм.

Рис. 34

МДП-транзисторы с поликремниевым затвором

В современных полупроводниковых ИМС помимо транзисторов с алюминиевым затвором все более широкое применение находят МДП-транзисторы с поликремниевым затворомТЩспользованяе поликремния в качестве материала затвора дало ряд сущест­венных конструктивно-технологических преимуществ и значительно улучшило электри­ческие параметры МДП-транзисторовТ/ЕГ первую очередь следует отметить уменьшение порогового напряжения, что позволило снизить напряжение питания до S В. Уменьшение толщины подзатворного диэлектрика позволило резко повысить крутизну транзистора^

Совместимость материала затвора с материалом защитного слоя позволила значи­тельно сблизить контакты истока и стока и уменьшить размеры этих областей и всей струк­туры в целом. Применение поликремния позволило уменьшить перекрытие кремниевого затвора с областями истока и стока, что существенно уменьшило паразитные емкости. В транзисторах с поликремниевым затвором уменьшена глубина залегания областей истока и стока.

Структура и топологический чертеж МДП-транзистора показаны на рис.35. Транзисторы формируют на кремниевой подложке р-типа с удельным сопротивлением 1-10 Ом см и ориентацией (100). Соседние транзисторы разделяются слоем толстого углубленного оксида, под которым расположены сильно легированные противоканальные

слои р⁺-типа. Такие слои необходимы для исключения возможности появления паразитных п-канапов, соединяющих л⁺-области соседних транзисторных структур. Чем толще слой диэлектрика и чем выше концентрация примесей в р⁺-области, тем труднее индуцировать инверсный канал. Выводы от истока и стока осуществляются обычным способом через окна в пленке БЮг- Вывод от поликристаллического кремния делается за пределами МДП- структуры.

Рис. 35

Биполярные транзисторы имс

Эти транзисторы формируются на полупроводниковой подложке p-типа в изолиро­ванных от нее локальных областях л-типа, называемых карманами. Изоляцию можно осуществлять несколькими способами:

• изоляция с помощью пленки двуокиси кремния;

• изоляция с помощью обратно смещенного р-п перехода;

• метод комбинированной изоляции, сочетающий изоляцией диэлектриком и обратно смещенным р-п переходом.

Основными схемными элементами ИМС являются транзисторы п-р-п типа. Структуры, у которых все выводы от отдельных областей расположены в одной плоскости на поверхности подложки, называются планарными (рис. 36). Эмитгерная область - 1, базовая - 2, коллекторная - 3, скрытый п⁺ слой - 4 , оксидный слой SKh - 5, окна для подсоединения металлических выводов - 7.

Наиболее часто в полупроводниковых ИМС применяются резисторы, выполненные на основе базовой области. Для создания высокоомных резисторов (более 60 кОм) используют пинч-резисторы (сжатые резисторы). Пинч-резисторы имеют большой разброс номиналов (до 50 %) из-за трудностей получения точных значений толщины резистивного р-слоя

В современных ИМС в качестве резисторов используются резистивные пленки, создаваемые методом ионного легирования.

В некоторых ИМС применяют тонкопленочные резисторы, напыляемые на поверхность диоксида кремния.

Полупроводниковые конденсаторы

40

полупроводниковых ИМС используют два типа конденсаторов: конденсаторы на основе обратносмещенных и-р-переходов (диффузионные конденсаторы) и конденсаторы со структурой металл-диэлектрик-подложка (МДП-конденсаторы)Гу

Для формирования диффузионных конденсаторов может быть использован любой из р- и-переходов типовой четырехслойной структуры (рис. 39). Особенностью таких конденсаторов является то, что их емкость зависит от величины приложенного обратного напряжения, см. таблицу.

Рис. 39

Зависимость емкости от значения обратного напряжения

Переход	Uo6d> В	Со, пФ/мм	Примечание
	0	320	jVan=2,6 10 см
Коллектор-база	-5	144	Rn = 5 Ом см
	-10	96
Эмиттер—база	0	1400	Naк= 1,2 10 см
	-2	1000	рк=0,5 Ом см
	-5	640	Р56=200 Ом
Коллектор-подложка	0	256
	-5	80
	-10	56

Наибольшую удельную барьерную емкость Со имеет переход эмиттер — база, однако низкое пробивное напряжение этого перехода (менее 10 В) ограничивает возможности его практического применения. Более широко применяются конденсаторы на основе перехода коллектор - база, так как эти переходы имеют более высокое пробивное напряжение (около 50 В). Конденсаторы, формируемые на переходе коллектор - подложка, имеют ограниченное применение, так как вывод подложки является общим для остальной части схемы. Практическое использование конденсаторов на основе /т-и-переходов требует учета паразитных элементов структуры.

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются биполярные транзисторы интегральных схем от дискретных транзисторов?

2. Каким образом реализуются диоды в полупроводниковых интегральных схемах?

3. Каким образом реализуются резисторы в полупроводниковых интегральных схемах?

4. Каким образом реализуются конденсаторы в полупроводниковых интегральных схемах?

5. Каковы особенности МДП-транзисторов интегральных схем?

6. Какими методами создаются тонкие пленки интегральных схем?

7. Как осуществляется легирование примесей в полупроводник?

8. В чем состоит сущность литографии?

9. Какие существуют разновидности технологии изготовления полупроводниковых интегральных схем?