Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
случае при обеспечении заданного минимального размера Lmm можно в
определенных пределах варьировать различные параметры структуры,
поддерживая при этом неизменной требуемую величину синтетического
параметра у. Следовательно, при таком подходе не обязательно уменьшат^
все характерные размеры структуры в одинаковое число раз, а в
определенных пределах можно даже варьировать геометрик!) структуры.
Последнее можно использовать в целях упрощения! технологии либо для
оптимизации других аспектов функционирования прибора.
' Масштабно уменьшенный прибор
(Vd/*)
0&ычный ' прибор
(Vs)
О
Vr/*
¦я
в
МОП-транзисторы
69
8.5.2. Высококачественные МОП-структуры (HMOS)
Так называют МОП-транзисторы, изготовленные с использованием ионной
имплантации. Структура, показанная на рис. 52, а, содержит один
имплантированный слой [55]. Он контролирует пороговое напряжение МОП-
транзистора и в определенной мере препятствует смыканию обедненных
областей стока и истока. Отметим, что имплантированный слой здесь
довольно узкий, и обедненная область стока выходит за его пределы в
низколегированную подложку. Это обеспечивает достаточно малую выходную
емкость МОП-транзистора (емкость перехода сток - подложка). На рис. 52, б
показана такая структура с двойной ионной имплантацией [56]. Параметры
первого имплантированного слоя р\ выбираются для обеспечения требуемого
порогового напряжения МОП-транзистора, а характеристики второго слоя р2 -
для предотвращения смыкания. Использование двойной ионной имплантации
позволяет существенно минимизировать
y3S
~Vas
е
Рис. 52. Высококачественная МОП-структура (HMOS) [55, 56]. а g одним
имплантированным слоем; б - Двукратно имплантированная структура.
70
Глава 8
короткоканальные эффекты в таких МОП-структурах G физически малыми
длинами каналов.
Имплантация, однако, ухудшает подпороговый участок характеристик [19]
(увеличенные значения характерного напряжения S) и повышает
чувствительность порога к смещению подложки VBS. Эти нежелательные
эффекты необходимо учитывать при оптимизации параметров структуры.
8.5.3. МОП-структуры с двойной диффузией (DMOS)
МОП-структура, схема которой приведена на рис. 53, а, изготовлена с
использованием так называемой двойной диффузии [57]. Этот процесс, широко
применяемый в биполярной технологии, основан на том, что скорость
диффузии р-примеси (например, бора) в кремнии выше, чем для /2-примеси
(например, фосфора).
Рис. 53. МОП-структуры с двойной диффузией (а) и двукратной ионной
имплантацией (б) 157, 58].
М ОП-транзисторы
7!
В рассматриваемом случае он позволяет получать структуры со сравнительно
короткими каналами. На рис. 53, а также показан профиль легирования в
такой структуре вдоль границы с окислом. Отметим, что сразу за каналом
следует низколегированная дрейфовая область. В аналогичной структуре,
изготовленной с использованием двукратной ионной имплантации [58] (рис.
53, б), в качестве маски используется поликремниевый затвор транзистора,
скошенные края которого обеспечивают выход имплантированной p-области на
границу с окислом.
Такие структуры могут иметь очень короткие каналы, и при их изготовлении
используется обычный литографический процесс. Обе структуры (рис. 53)
весьма устойчивы по отношению к смыканию из-за высокой концентрации
примеси в р-слое. Сравнительно протяженная низколегированная дрейфовая
область служит как бы нагрузкой, стабилизируя электрическое поле в канале
на уровне ^104 В "см-1, достаточном для достижения носителями скорости
насыщения [59]. Такое ограничение максимальных электрических полей в
структуре препятствует развитию нежелательных процессов лавинного
умножения носителей и зарядки окисла. В этом отношении структуры с
двойной диффузией имеют значительные преимущества перед МОП-транзисто-
рами, изготовленными по стандартной и HMOS-технологии [111.
Однако в этих структурах труднее контролировать пороговое напряжение МОП-
транзистора, которое (рис. 53, а) определяется максимальным значением
концентрации МАмакс на границе с окислом [60]. Кроме того, сравнительно
высокая концентрация примеси в узком /?-слое, необходимая для
предотвращения смыкания стока с истоком, ухудшает подпороговый участок
характеристик, соответствующий закрытому состоянию МОП-транзисторов.
8.5.4. МОП-транзисторы с заглубленным каналом
Конструкция этого прибора [61 ], показанная на рис. 54 (вставка), служит
примером использования концепции миниатюризации, основанной на
эмпирическом соотношении (83): минимальная длина канала LMHH, при которой
еще сохраняется "длин-ноканальность" электрических характеристик МОП-
транзистора и уменьшается с уменьшением глубины переходов по закону /Ч'3.
Представленные на рис. 54 зависимости порогового напряжения от длины
канала демонстрируют такую минимизацию короткоканальных эффектов с
уменьшением г/. Легко видеть, что рассматриваемая конструкция с
заглубленным каналом позволяет снизить Гу до нуля и даже до отрицательных
