Полевые транзисторы ИС

Полевые транзисторы с управляющим р—//-переходом (ПТУП) и контактом Шоттки (ПТШ) хорошо вписываются в технологию производства биполярных ИС, и поэтому они часто изготавливаются совместно с биполярными транзисторами (БТ). Однако если не использовать дополнительных технологических приемов при совместном изготовлении ПТ и БТ, то толщина канала будет равна ширине базы п—р—//-транзистора (0,3… 1 мкм), что приводит к большому разбросу параметров ПТ и малому напряжению пробоя. Поэтому р-слой ПТ изготавливают отдельно от базового р-слоя л—р—//-БТ, получая толщину канала более.

1…2 мкм. В этом случае проводят предварительную диффузию р-слоя ПТ до базовой диффузии БТ.

Применение указанных полевых транзисторов в ИС ограничено из-за их малого быстродействия и большой площади, занимаемой на кристалле. Однако большое входное сопротивление и малый уровень шумов позволяют их применять во входных каскадах некоторых типов аналоговых ИС, где в остальных каскадах используются биполярные транзисторы.

В силу сказанного, основное применение в интегральных схемах находят МДП-транзисторы. МДП-транзисторы ИС, как правило, изготавливаются отдельно от биполярных. МДП-транзисторы по сравнению с биполярными занимают существенно меньшую площадь на кристалле, обладают крайне большим входным и выходным сопротивлениями, имеют широкий набор различных типов транзисторов на одном кристалле: со встроенными и индуцированными п и р каналами, различными пороговыми напряжениями и т. д. Все это позволяет разрабатывать СБИС с оптимальными параметрами, по степени интеграции, намного превосходящие ИС на биполярных транзисторах. Основную роль в современной микроэлектронике играют МДП-транзисторы на основе БЮ₂, которые называются МОП-транзисторами (металл— окисел—полупроводник). Интегральные транзисторы не нуждаются в изоляции, поэтому их структура внешне не отличается от структуры дискретных приборов. Подложка всегда имеет другой тип электропроводимости, чем одинаковые по типу электропроводимости исток и сток, поэтому р—/1-переходы исток—подложка и сток—подложка включены встречно. При любой полярности напряжения между истоком и стоком один из р—" переходов имеет обратное включение и обеспечивает изоляцию.

Рис. 7.13.

Как показано в гл. 6, существенным фактором, влияющим на быстродействие МДП-транзисторов, являются транзисторные емкости, емкости перекрытия. Для их уменьшения используются затворы 4 (рис. 7.13) из поликристаллического кремния, которые формируются раньше п и п₂ истоков И, и И₂ и стоков С_г и С₂. Сформированные поликристаллические затворы играют роль масок при последующем легировании донорами указанных областей истоков и стоков. Использование поликристаллического затвора в виде маски приводит к автоматическому совмещению («самосовмещение») краев затвора с краями истоков и стоков, т. е. практически сводится к нулю перекрытие между ними, а паразитные емкости перекрытия становятся минимальными. Над затворами 3 формируются слои 8Ю₂ (5), изолирующие затворы от соединительных проводников ИС. Вывод затворов 4 осуществляется на периферии. Для устранения паразитных связей между соседними транзисторами создаются сильнолегированные акцепторами слои 3 (р-слои) под разделительными окисными участками 1, на границе с р-подложкой. Соединительные проводники 2 имеют положительный потенциал относительно подложки, а сама подложка соединяется с минусом источника питания ИС, чтобы р—п-переходы были смещены в обратном направлении. В противном случае появляются паразитные связи и помехи по подложке, что ухудшает параметры ИС, и ее работа становится неустойчивой.

В комплементарных МОП транзисторах на одном и том же кристалле необходимо изготовлять транзисторы спи р каналами вместе (рис. 7.14). Один из транзисторов должен быть размещен в специальном кармане (на рис. 7.14 транзистор УТ_р в кармане1). Для транзистора УТ_р карман должен обладать электронной проводимостью. На вывод ц^-области 2 подается плюс от источника питания, чтобы обеспечить на р—л переходах р канального транзис;

Рис. 7.14.

тора обратное смещение. Подложка р-тина подключена к минусу источника электрического питания. КМОП-транзисторы на одной подложке могут быть изготовлены также с помощью КНС (кремний-на-сапфире) технологии. При использовании этой технологии на сапфировой подложке, которая имеет кристаллическую структуру, близкую к кремнию, создаются островки кремния с собственной проводимостью. Вследствие диффузии донорной или акцепторной примеси в одних островках формируются соответственно /I канальные, а в других — р-канальные транзисторы.

Помимо рассмотренной структуры на кремниевой и сапфировой подложке, существуют комплементарные транзисторы, создаваемые с помощью технологии «кремний на диэлектрике* (КНД), при которой в тонких кремниевых пленках, нанесенных на диэлектрик, формируются МОП-транзисторы. Сапфировые подложки имеют высокую стоимость, поэтому используются другие диэлектрические материалы, в частности двуокись кремния 8Ю₂ (структуры типа «кремний—окисел—кремний*). В таких структурах, как и в КНС-технологии, отсутствуют карманы, а соседние транзисторы для устранения между ними паразитных связей изолированы друг от друга диэлектрическими слоями. При этой технологии транзисторы располагаются на минимальном расстоянии друг от друга, что позволяет повысить степень интеграции. Влияние емкости переходов здесь также снижено. Кроме того, такие транзисторы обладают повышенной радиационной стойкостью (см. разд. 6, гл. 23).

В рассмотренных структурах ИС элементы располагаются в тонком слое у поверхности, что ограничивает рост степени интеграции, поэтому в настоящее время развиваются технологии создания многослойных структур, в которых транзисторы размещаются один под другим в несколько слоев (этажей).