2014-02-24
2901
В настоящее время технология изготовления МОП и КМОП занимает лидирующее положение.
Сравнительные оценка характеристики параметров биполярных и МДП ИМС:
Таблица 3.
| Характеристика и параметр | Биполярные ИМС | МДП ИМС |
| Площадь занимаемая транзистором на подложке (ср. значение) мкм2 | 2600-3800 | 130-200 |
| Площадь занимаемая схемой (ср. значение) мм2 | 1,25 х 1,23 | 1,5 х 2,2 |
| Максимальная степень интеграции (число элементов на одном кристалле) | (2-5)*104 | (1-5)*105 |
| Быстродействие, МГц | 1-50 | 1-20 |
| Потребляемая мощность, мВт | 5-30 | |
| Задержка распространения, нс | 5-20 | |
| Помехоустойчивость, В | 0,08-0,75 | 1,5-5 |
| Нагрузочная способность | ||
| Технология изготовления | ||
| А) количество диффузных процессов | 3-4 | 1-3 |
| Б) количество фотолитографических процессов | 6-8 | 6-10 |
Комплиментарная пара в логике инвертор
Рис. 19. Комплиментарная пара
С начала 70-х годов развивалась технология РМОП ИС с металлическим затвором, затем они были заменены на РМОП ИС с кремниевыми затворами, а еще позже – на МОП транзисторы с кремниевыми затворами. Применение данных схем приводит к некоторым проблемам:
1) необходимость в ограничении рассеиваемой мощности;
2) необходимость уменьшения рабочих температур БИС, построенных на МОП транзисторах;
3) необходимость уменьшения восприимчивости ИС памяти к случайным сбоям;
4) повышение помехоустойчивости ИС.
Особенности МОП технологии:
В техническом процессе отсутствуют операции по изоляции технических структур. Весь процесс изготовления интегральных схем сводится к формированию МОП транзисторов и создания элементов между ними т. к. на МОП структурах можно реализовать резисторы и конденсаторы. Внутри схемы соединения выполняют с помощью материала затвора тем самым упрощая задачу многослойной разводки.
Размеры МОП транзисторов гораздо меньше биполярных транзисторов, что позволяет создать микросхему с высокой степенью компоновки.
Схема технического процесса изготовления интегральных схем МОП:
1) на n типа подложке осаждается эпитаксиальная пленка p типа толщиной 10мкм;
2) выполняется термическое окисление с образованием пленки SiO2 толщиной 1 мкм;
3) нанесение фоторезиста и получение определенного рисунка;
4) проведение разделений диффузии при донорной примеси на глубину эпитаксиальной пленки;
5) термическое окисление;
6) изоляция карманов p типа;
7) фотолитографическое получение защитной маски;
8) повторная диффузия донорной примеси для получения сильно легированных областей n типа;
9) окисление пластины и получение подзатворного диэлектрика толщиной 0,1 мкм;
10) фотолитография для получения рисунка окон и подомических контактов и травление;
11) термическое осаждение алюминия для омических контактов и затворов через трафареты;
Проблемы, возникающие при изготовлении МОП ИС:
1) Наличие SiO2 под затвором положительных и отрицательных зарядов.
2) Образование паразитных МОП транзисторов под металлической разводкой.
3) Возникновение перекрытия затвора с областями стока и истока (перекрытие приводит к увеличению ёмкостей затвор-исток и сток-исток, что ведет к снижению быстродействия).
Способы увеличения быстродействия МОП ИС:
1) Увеличение быстродействия за счет уменьшения ёмкостей перекрытия. Найдено решение – применение технологии самосовмещенных затворов. Идея технологии заключается в том, что слои стока и истока выполняются не до, а после выполнения затвора. При этом затвор используется в качестве маски.
2) Использование в качестве металлического затвора слой поликремния. Такой метод направлен на уменьшение порогового напряжения, для того чтобы уменьшить напряжение питания и рассеиваемую мощность.
Методы для уменьшения порогового напряжения (чем меньше пороговое напряжение, тем ниже напряжение питания схемы и потребляемая ей мощность):
1) Применение МОП транзисторов с кремниевыми затворами. U0 = 1¸2 В. Материал подложки и затвора одинаковый, следовательно разность потенциалов равна нулю.
2) Использование молибдена в качестве затвора (эффект тот же что и в первом случае)
3) Замена диэлектрика под затвором с SiO2 на Si3N4, у которого диэлектрическая проницаемость в 1,5 раза выше, следовательно уменьшится U0.
Преимущества КМОП технологии:
1. Логические перепады напряжения равны напряжению питания (требуется меньшее напряжение питания, чтобы перейти из одного состояния в другое).
2. Повышенная помехоустойчивость.
3. Меньшая потребляемая мощность (один транзистор открыт, другой закрыт и ток почти не течет).
4. Увеличился коэффициент усиления.
КМОП структуры изготовляются по планарно-эпитаксиальной технологии. Структуры МОП изготавливаются по самосовмещенной технологии.
