Конструкции КМДП БИС

Главным преимуществом КМДП ИС является низкое энергопотребление. Другое преимущество – это высокая помехоустойчивость и широкий диапазон напряжения питания.

Однако существуют и недостатки: низкое быстродействие; большая площадь кристалла; сдвиг передаточной характеристики при одновременной подаче сигнала на несколько входов; тирристорный эффект защелкивания при бросках тока во входной и выходной цепях.

Развитие конструкции КМДП ИС шло параллельно по двум направлениям:

1. модификация пленочных структур, расположенных поверх полупроводниковой пластины;

2.модификация структур, размещенных в кремневой подложке.

КМДП ИС представляют собой последовательное соединение p- канальных МДП транзисторов и параллельное или последовательное (в зависимости от логической функции) соединение n- канальных транзисторов.

При параллельном и последовательном соединениях однотипных транзисторов широко используется метод функционально – интегрального проектирования.

Транзисторы p- типа имеют низкое быстродействие. Поэтому чтобы уравновесить быстродействие n- и p- канальных транзисторов повышают в (1,5 – 2) раза ширину p- канала.

Основной конструктивной сложностью при проектирование КМДП ИС является реализация транзисторов разных типов в одном кристалле. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать в качестве примера только инверторы.

Исторически первой была конструкция, где p- канальный транзистор формируется в подложке n- типа, а для n- канального транзистора делается специальный p- карман. Это объясняется тем, что в то время примесью, с помощью которого может быть получен глубокий слабо легированный карман, был бор.

По технологический причинам карман p- типа имеет уровень легирования больше, чем у подложки. Что приводит к значительному увеличению емкости p-n перехода n- канального транзистора и, как следствие, ухудшение его характеристик. Это оказалось плохо для КМДП ИС, где число n- канальных транзисторов больше, чем p- канальных (снижение быстродействия, увеличение площади ИС).

В дальнейшем удалось создать конструкцию, в которой n- канальный транзистор формируется в p- подложке, а для p- канального транзистора делается n- карман.

Эта конструкция позволяет улучшить характеристики ИС с большим числом n- канальных транзисторов. Однако в этом случае, возникают аналогичные проблемы: снижаются рабочие характеристики для p- канального транзистора.

Полное решение проблемы улучшения характеристик транзистора связано с освоением КМДП технологии с карманами двух типов. В этом случае исходный уровень легированной подложки делается очень низким (эпитаксиальный слой). Это позволяет для каждого типа карманов подобрать оптимальную дозу примеси. При наличии двух карманов автоматически решаются проблемы самоизоляции защелкивания и влияния подложки. Для устранения эффекта защелкивания и влияния подложки нижний уровень подложки делается n⁺ - типа. В результате образуется общий базовый контакт по всем базам паразитных транзисторов:

В приведенных примерах рассматривается конструкция с алюминиевой металлизацией. В реальных конструкциях может применяться любой из ранее рассмотренный транзистор.

В современных КМДП БИС для улучшения характеристик используют двухуровневую разводку, применяют подлегирование периферийных областей для затруднения образования паразитных МДП транзисторов, карманы различного типа проводимости в приповерхностной области разделяют толстым слоем окисла (как в комбинированной изоляции). Это позволяет снизить размеры КМДП инвертора со 120 мкм в обычной конструкции до 43 мкм при одновременном увеличении быстродействия в (2 – 3) раза. Конструкция такого инвертора:

Перспективными являются БИС на сапфировых подложках. Эти транзисторы обладают малой площадью (меньше на 30%), высоким быстродействием (отсутствуют паразитные транзисторы и малые емкости) и большой рассеиваемой мощностью. Однако они имеют высокую стоимость выращивания эпитаксиальной структуры на сапфировых подложках, и поэтому не нашли широкого применения в массовом производстве. Применяются в БИС специального назначения.

Дата добавления: 2014-01-11