Основные конструктивно-технологические варианты мпд-имс

Разработка ИМС на полевых транзисторах, в основе которых лежит интегральный транзистор со структурой металл — диэлект­рик — полупроводник, — крупнейшее достижение радиоэлектрони­ки последнего тридцатилетия.

Один из основных (базовых) вариантов технологии МДП-ИМС — изготовление МДП-транзисторной структуры с ка­налом р-типа.

Исходным материалом для получения такой структуры служит пластина кремния n-типа толщиной 200 ... 250 мкм. Расположенные близко друг к другу области истока и стока р-типа создаются диффузией на глубину 1... 2 мкм через окна в оксидной маске. Между этими областями на поверх­ности кремния должна быть сформирована чрезвычайно чистая тонкая (50... 100 нм) пленка оксида кремния (Si0₂), на которую наносится пленка алюминия, служащая затвором МДП-транзистора. На истоке и стоке формируются омические контакты алю­миния к областям р-типа. В случае, когда в качестве подзатвор­ного диэлектрика используется оксид кремния, ИМС называют ИМС-МОП

(металл — оксид — полупроводник) –типа или МОП-ИМС.

Конструкция мдп-транзистора имс:

1, 3— алюминиевые контакты истока и стока соответственно; 2 — алюминиевый затвор; 4 — изолирующий оксид; 5 —крем­ниевая подложка; 6 —области р-типа сто­ка и истока; 7— подзатворный диэлектрик

Заметное упрощение конструкции и технологии производства, высокая надежность и более низкая стоимость по сравнению с биполярными ИМС послужили основой для широкого внедрения МОП-ИМС в радиоэлектронные устройства.

Последние достижения технологии МОП-ИМС обеспечивают почти такие же их быстродействия, как и у биполярных ИМС. Это обстоятельство позволяет предполагать, что МОП-ИМС в ближайшем будущем вытеснят биполярные ИМС из многих обла­стей применения и сделают их доминирующими в производстве ИМС.

Общее число технологических операций в производстве МОП-ИМС составляет 45, а биполярных ИМС—130. Уменьше­ние числа сложных операций в технологии МОП-ИМС приводит к резкому повышению выхода годных устройств при той же функ­циональной сложности их. Кроме того, малые размеры этих ИМС и простота их проектирования и изготовления дают возможность быстро наращивать выход годных и переходить к производству БИС, СБИС и МП на одном кристалле.

Благодаря электрической самоизоляции элементов в МОП-ИМС снимаются проблемы, связанные с технологией со­здания изолирующих областей структур и тем самым увеличива­ется эффективность использования поверхности пластины, что способствует уменьшению размеров МОП-транзисторов. Поэтому плотность элементов на 1 см² в МОП-ИМС значительно выше, чем в биполярных ИМС.

В последние годы было разработано несколько конструктивно-технологических вариантов МОП-ИМС. Вторым основным ва­риантом ТП является МОП-ИМС на основе МОП-транзистора с индуцированным каналом, n-типа — n-МОП-ИМС. Конструктив­но этот элемент отличается только тем, что в качестве исходной пластины берется кремний р-типа, а области истока и стока фор­мируются n-типа. Такие ИМС позволяют достигать большего бы­стродействия.

Обработка пластин кремния с невысокой концентрацией но­сителей (10¹⁵ см^-3) осуществляется с максимальной тщательно­стью. Сильно легированные фосфором слои n-типа (области истока и стока) толщиной 0,1... 0,2 мкм создаются на расстоянии 2... 4 мкм друг от друга методом диффузии. Затвор служит управляющим электродом МОП-транзистора. При опреде­ленном смещении под затвором образуется проводящий канал n-типа между областями истока и стока.

Важный КТВ МОП-ИМС — комплементарные ИМС (К-МОП), где в одной микросхеме совмещены р- и n-канальные транзисторы.

Для улучшения качества МОП-ИМС, главным образом для снижения порогового напряжения и повышения надежности транзисторных структур, часто применяют затворы из поликри­сталлической пленки кремния (поликремниевый затвор) и много­слойную подзатворную диэлектрическую пленку из оксида и нитрида кремния.

Характерная направленность конструкций и технологий ИМС в последнее десятилетие и в ближайшем будущем — микроми­ниатюризация интегральных МОП-приборов. Уменьшение разме­ров элементов МОП-ИМС приводит к улучшению всех их основ­ных параметров. У разработчиков МОП-ИМС существует мнение, что уменьшение геометрических размеров приборов вызывает пропорциональное изменение всех основных параметров ИМС и процесса их производства — теория пропорциональной микроминиатюризации.

Возможности уменьшения геометрических размеров элементов ИМС зависят от технического уровня технологии, особенно ФЛ, применения ионной имплантации, обеспечивающей самосовмеще­ние затвора и канала, а также от стабильности качества и точно­сти контроля толщины диэлектрического слоя.

Поскольку МОП-ИМС с индуцированным р-каналом — пер­вый и базовый КТВ для многих последующих более совершенных МОП-ИМС, то сначала опишем этот КТВ подробно, а затем рас­смотрим характер и пути его совершенствования. Такой подход пока необходим, так как сегодня трудно отдать предпочтение ка­кому-либо варианту МОП-ИМС с вполне достаточными на то ос­нованиями, хотя такая попытка будет предпринята при дальней­шем изложении материала.

Прежде чем перейти к собственно технологии МОП-ИМС, важно выяснить, как физико-технологические факторы влияют на параметры качества приборов и какие из них являются домини­рующими в процессе производства МОП-ИМС.