Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193



Рис. 2.18. Основные кристаллографические плоскости в кремнии: а - взаимное расположение плоскостей (100) и (111); б - взаимно перпендикулярные плоскости (110) и (111).



прибор расположен в слаболегированном эпнтаксиальном п-слое и имеется достаточно места для расширения обедненной области между диффузионным /7+-слоем и п-подложкой, напряжение пробоя сравнительно велико {BVog 50 В), а емкость стока мала. В то же время благодаря использованию сильнолегированной «"-подложки последовательное сопротивление стока остается достаточно малым.

V-образные канавки получают с помощью анизотропного травления (т. е. травления, скорость которого зависит от кристаллографического направления). Используемый для этой цели трави-тель КОН при температуре 80-100 °С очень быстро травит кремний в кристаллографическом направлении [100] и очень медленно в направлении [111]. На кремниевых подложках с ориентацией (100) такой травитель вытравливает V-образные канавки, боковые стенки которых имеют ориентацию (111) (рис. 2.17, б). Угол наклона этих стенок относительно поверхности кремния составляет 54,74°. Ширина канавки W определяется шириной окна в оксидном слое, служащем маской при травлении. Пленка SiOa может быть использована в качестве маски, так как скорость травления SiOj в данном растворе очень мала. На рис. 2.18 показано взаимное расположение главных кристаллографических плоскостей. Следует отметить, что при травлении кремниевой подложки с ориентацией (ПО) получаются канавки с вертикальными стенками. Процесс анизотропного травления находит применение также в технологии ряда других кремниевых приборов. Были изготовлены МОП-транзисторы с матрицей затворов, размещенных в V-образных канавках. Для них получены рабочие токи в несколько ампер.

Созданы вертикальные ДМОП-транзисторы, состоящие из очень большого числа параллельно включенных элементов, размещенных в виде сетки с прямоугольными или шестиугольными ячейками на общей п/гг-области стока. Такие транзисторы имеют рабочие токи свыше 25 А при напряжениях до 500 В в непрерывном режиме, что соответствует выходной мощности 12,5 кВт. Сочетание очень малой длины канала с его очень большой суммарной шириной (она может быть примерно в миллион раз больше длины) обеспечивает очень малые значения сопротивления сток-исток открытого транзистора ras (on), которое может составлять всего 0,12 Ом.

2.7.3. Регулирование порогового напряжения МОП-транзи-старое с пол1ои{ью ионного легирования. Выше говорилось, что для регулирования порогового напряжения Vt МОП-транзисто-рсв можно использовать ионное легирование. Пороговое напряжение л-МОП-транзисторов зачастую оказывается очень малым (<1 В) из-за таких эффектов, как загрязнение подзатворного



окисла положительными ионами, образование поверхностных зарядов на границе раздела окисел - кремний и существование контактного потенциала между электродом затвора и кремнием. В некоторых случаях пороговое напряжение л-МОП-транзисто-ров может даже иметь небольшую отрицательную величину, что свидетельствует о существовании инверсионного л-слоя даже в отсутствие какого-либо смещения на затворе. В р-МОП-прнборах те же эффекты приводят к тому, что пороговое напряжение оказывается довольно большим и отрицательным (--5 В).

С помощью имплантации ионов бора можно сдвинуть пороговое напряжение в положительную сторону как для л-МОП, так и для /7-МОП-приборов. В результате такой имплантации на поверхности кремния формируется тонкий слой отрицательно заряженных акцепторных ионов. Заряд на единицу площади, создаваемый имплантированными ионами бора, равен AQ = q X Доза имплантации, где q - заряд электрона. Появление этого поверхностного заряда приводит к сдвигу порогового напряжения на величину AVr, которая связана с AQ соотношением AQ = Coxidelr (здесь Сохые - емкость затвора МОП-траизистора на единицу площади). Величина Coxide определяется выражением Сохше -

= Eoxide/oxide. ГДе Eoxide = го = 3,88о = 3,8-8,85 X 10-1*Ф/СМ =

= 3,363-10-1= Ф/см.

Рассмотрим в качестве примера р-МОП-транзистор с пороговым напряжением -5,0 В и толщиной подзатворного окисла 100 нм. Заряд ионов бора, необходимый для сдвига порогового напряжения до уровня -2,5 В, определяется как

AQ = q X Доза = СохЫе Ут =

= (3,36-10-18 Ф/см:0,1 • 10-* см) 2,5 В = 8,408- Ю"» Кл, (2.9)

что соответствует дозе имплантации 5,25-10" ионов бора/см. Если ток пучка в установке ионного легирования составляет 1,0 мкА, для легирования поверхности пластины диаметром 100 мм потребуется всего 8,4 с.

В качестве другого примера рассмотрим л-МОП-транзистор с пороговым напряжением всего +0,5 В и толщиной подзатворного окисла 100 нм. Доза ионов бора, необходимая для сдвига порогового напряжения с +0,5 до +1,5 В, составляет 2,1-10" см. Время ионного легирования 100-мм пластины при токе пучка 1 мкА - всего 3,4 с.

2.8. Изоляция элементов ИС

Монолитная ИС представляет собой небольшой кристалл кремния, на котором размещается множество транзисторов и других элементов. Очень часто эти элементы необходимо изолировать друг от друга. Наиболее широко применяется изоляция рп-перв



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193