Компліментарна пара в логіці інвертор
Мал. 19. Компліментарна пара
З початку 70-х років розвивалася технологія РМОП ІС з металевим затвором, потім вони були замінені на РМОП ІС з кремнієвими затворами, а ще пізніше - на МОП транзистори з кремнієвими затворами. Застосування даних схем призводить до деяких проблем:
1) необхідність в обмеженні розсіюється;
2) необхідність зменшення робочих температур БІС, побудованих на МОП транзисторах;
3) необхідність зменшення сприйнятливості ІС пам'яті до випадкових збоїв;
4) підвищення завадостійкості ІС.
Особливості МОП технології:
У технічному процесі відсутні операції по ізоляції технічних структур. Весь процес виготовлення інтегральних схем зводиться до формування МОП транзисторів і створення елементів між ними т. К. На МОП структурах можна реалізувати резистори і конденсатори. Усередині схеми з'єднання виконують за допомогою матеріалу затвора тим самим спрощуючи задачу багатошарової розводки.
Розміри МОП транзисторів набагато менше біполярних транзисторів, що дозволяє створити мікросхему з високим ступенем компонування.
Схема технічного процесу виготовлення інтегральних схем МОП:
1) на n типу підкладці осідає епітаксіальна плівка p типу товщиною 10мкм;
2) виконується термічне окислення з утворенням плівки SiO2 товщиною 1 мкм;
3) нанесення фоторезиста і отримання певного малюнка;
4) проведення поділів дифузії при донорної домішки на глибину епітаксіальної плівки;
5) термічне окислення;
6) ізоляція кишень p типу;
7) фотолітографічне отримання захисної маски;
8) повторна дифузія донорної домішки для отримання сильно легованих областей n типу;
9) окислення пластини і отримання подзатворного діелектрика товщиною 0,1 мкм;
10) фотолітографія для отримання малюнка вікон і подоміческіх контактів і травлення;
11) термічне осадження алюмінію для омических контактів і затворів через трафарети;
Проблеми, що виникають при виготовленні МОП ІС:
1) Наявність SiO2 під затвором позитивних і негативних зарядів.
2) Освіта паразитних МОП транзисторів під металевою розводкою.
3) Виникнення перекриття затвора з областями стоку і витоку (перекриття призводить до збільшення ємностей затвор-витік і стік-витік, що веде до зниження швидкодії).
Способи збільшення швидкодії МОП ІС:
1) Збільшення швидкодії за рахунок зменшення ємностей перекриття. Знайдено рішення - застосування технології самосовмещенних затворів. Ідея технології полягає в тому, що шари стоку і витоку виконуються не до, а після виконання затвора. При цьому затвор використовується в якості маски.
2) Використання в якості металевого затвора шар полікремнію. Такий метод спрямований на зменшення граничної напруги, для того щоб зменшити напругу живлення і розсіюється потужність.
Методи для зменшення граничної напруги (чим менше порогова напруга, тим нижче напруга живлення схеми і споживана їй потужність):
1) Застосування МОП транзисторів з кремнієвими затворами. U0 = 1¸2 В. Матеріал підкладки та затвора однаковий, отже різниця потенціалів дорівнює нулю.
2) Використання молібдену в якості затвора (ефект той же що і в першому випадку)
3) Заміна діелектрика під затвором з SiO2 на Si3 N4, у якого діелектрична проникність в 1,5 рази вище, отже зменшиться U0.
Переваги КМОП технології:
1. Логічні перепади напруги рівні напруги харчування (потрібна менша напруга живлення, щоб перейти з одного стану в інший).
2. Підвищена стійкість.
3. Менша споживана потужність (один транзистор відкритий, другий закритий і струм майже не тече).
4. Збільшився коефіцієнт посилення.
КМОП структури виготовляються по планарно-епітаксіальної технології. Структури МОП виготовляються по самосовмещенной технології.