Главная  Журналы 

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

дов уменьшения емкости перекрытия является увеличение тол- щины окисла на краях затвора (рис. 16,г). На практике могут изготавливаться транзисторы с длиной канала менее 10 мкм при перекрытии затвора со стоком ~2 мкм. .

Выбор степени легирования подложки также является компромиссным. Увеличение удельного сопротивления уменьшает емкости истока и стока на подложку, ухудшая в то же время

Si О,

Исток Затвор Стек


Рис. 16. Изготовление МОП-транзистора с индуцированным р-каналом



характеристики насыщения за счет усиления действия электростатической обратной связи между стоком и затвором. Обычно используются кристаллы с концентрацией примеси гЮ см; такая степень легирования достаточна для уменьшения обратной связи без существенного возрастания емкости сток - подложка.

Величина порогового напряжения является наиболее трудно . контролируемым параметром МОП-транзисторов. Она зависит от способа обработки поверхности полупроводника, уровня легирования, условий формирования окисла и окончательной тепловой обработки [51-53]. Влияние всех, этих факторов еще окончательно не выяснено, и часто условия получения приборов с требуемым пороговым напряжением приходится подбирать эмпирическим *путем.

Важным технологическим приемом изготовления кремниевых транзисторов является проведение диффузии из твердой фазы [54-58]. В основе метода лежит пиролитическое осаждение на поверхность полупроводника двуокиси кремния, содержащей легирующую примесь и используемой как источник диффузанта. Осаждение легированного окисла осуществляется при относительно низкой температуре ( - 750° С) за короткое время, не достаточное для заметной диффузии примеси в кристалл. Затем обычными методами фотолитографии окисел удаляется с участков, не подлежащих легированию, и образец нагревается до температуры 1100° С, при которой примесь проникает из окисла в подложку. Подобная технология позволяет точно контролировать поверхностную концентрацию примеси и обеспечивает хорошую воспроизводимость параметров приборов.

Как уже указывалось, использование в качестве диэлектрика нитрида кремния повышает температурную стабильность МОП-ПТ. Хорошие практические результаты достигаются в структурах металл - SisNi-Si02-Si [59], в которых тонкий слой двуокиси кремния обеспечивает надежную пассивацию поверхности полупроводника.

Большое значение для вычислительной техники имеет изготовление транзисторов разных типов проводимости на одном кристалле. Различные методы изоляции элементов от общей подложки и создания монолитных схем с дополняющей симметрией рассмотрены в работах [60-63].

2.4.2. Транзисторы со встроенным каналом. Наиболее простой способ реализации транзистора со встроенным п-каналом основан на том, что в процессе термического окисления дырочного кремния на его поверхности образуется инверсионный слой п-типа [7]. При изготовлении прибора выполняются те же операции, которые показаны на рис. 16 (все примеси должны быть противоположного типа). Такая технология не дает, однако, хорошей воспроизводимости величины порогового напря жения, которая часто определяется неконтролируемыми ус-



ловиями. Лучших результатов можно достичь, используя мелкую диффузию примесей или эпитаксиальное наращивание.

Диффузия акцепторной примеси в приповерхностную область подложки применяется, во-первых, для частичной компенсации инверсионного слоя п-типа в целях уменьшения величины порогового напряжения транзистора с п-каналом и, во-вторых, для перекомпенсации поверхностного п+-слоя, образующегося- при окислении кремния п-типа, и получения таким образом прибора с встроенным /7-каналом [64]. Диффузия примеси может проводиться или до формирования окисла затвора (между этапами рис. 16,6 и в), или, если требуется получить прибор с каналом р-типа, после его формирования; в качестве " акцепторной примеси в этом случае используется галлий, легко проникающий через пленку двуокиси кремния. Применение подобной технологии требует особой точности контроля степени легирования канала, так как превышение необходимой глубины диффузии или поверхностной концентрации примеси приводит к увеличению порогового напряжения и отсутствию полного запирания тока стока напряжением на затворе. Некоторые специальные методы, разработанные для осуществления контролируемой мелкой диффузии, рассмотрены в [28-30].

Интересный способ создания п-канала на подложке р-типа предложен в [65]. Он основан на эффекте перераспределения примесей в приповерхностном слое соответствующим образом легированного кристалла в процессе термического окисления [66, 67]. Конечный профиль распределения примесей зависит от коэффициента сегрегации /Ся*, коэффициентов диффузии, а также от способа выращивания окисла. Если слой окисла эффективно поглощает примесь {К-<1), ее концентрация вблизи поверхности полупроводника уменьшается; в случае же Ks>l в приповерхностном слое происходит накопление примеси.

Один из вариантов этого метода описан в [65]. Авторы подвергали термическому окислению кремний р-типа, легированный алюминием (Лл = 10 см~ /Ся<1) и компенсированный фосфором {Nv=W cм- Ksl). По окончании процесса концентрация фосфора у поверхности возрастала до величины Лс~ см- а концентрация алюминия уменьшалась более чем в сто раз, т. е. вблизи границы раздела полупроводник - окисел возникал слой п-типа.

Прибор с встроенным каналом в виде эпитаксиально выращенной пленки (транзистор с глубоким обеднением) схематически изображен на рис. 17 [68]. Особенностью прибора является то, что проводящий слой располагается между двумя обедненными областями, возникшими за счет разности потен-

* Величина Ks равна отношению равновесных концентраций нримеси в полупроводнике и окисле.





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