Главная Промышленная автоматика.

элементов на одной подложке, содержащей ПТШ с обеднением и ПТ с обеднением-обогащением. Иснользование ПТШ с обеднением и ПТ с обеднением-обогащением на одной подложке позволяет расширить возможности проектирования, и этот успех технологии был высоко оценен разработчиками.

Следует обратить внимание на перспективность использования ПТ с обеднением-обогащение.м в диапазоне частот 0,5-3 ГГц для создания быстродействующих маломощных устройств, что невозможно с помощью технологии на основе Si. Это объясняется тем, что для предотвращения чрезмерной мощности рассеяния БИС и СБИС необходимо уменьшить энергию переключения до 0,03-1пДж. Логические элементы на ПТ с обеднением-обогащением довольно просто удовлетворяют этим требованиям и, кроме того, могут работать от одного источника питания

Основными ограничивающими факторами при изготовлении GaAs ИС с улучшенными характеристиками и приемлемым выходом годных структур являются качество исходного .материала GaAs и воспроизводимость процесса "имплантация-отжиг". Из трех или четырех вариантов технологий технология ПТ с обогащением-обеднением является наиболее уязвимой из-за относительно .малых уровней сигна.. но постоянное усовершенствование процессов изготовления и материала GaAs позволяют значительно ее ynjAi-шить.

Относительно низкий уровень перепада логических уровней (примерно 0,5 В) БИС и СБИС на ПТ с обогащ.ением-обеднением является большим достоинством из-за сильных ограничений мощности рассеивания. Большее напряжение прямого смещения затвора, возможное в интегральных схемах на полевых транзисторах с p-/i-переходом или полевых транзисторах с окислом или другим диэлектриком под затвором, увеличивает мощность рассеяния на логический элемент при некотором увеличении быстродействия или без увеличения. Технология производства ПТ с p-/i-переходом (рис. 5.15) [10] аналогична технологии изготовления ПТ с обогащением-обеднением, за исключением р-диффузии под затвором. При ограничении размера в 1 мкм, доступном современным фотолитографическим системам с учетом боковой диффузии, длина затвора современного ПТ с р~п-переходом с обогащением ограничивается величиной 3 мкм. Доступность процесса ионной имплантации p-слоя исключит эту проблему. Однако ограничение размера в 1 мкм при фотолитографии и ошибки совмещения ±0,25 мкм для р-диффузии под металлизационный слой затвора приводят к минимальной электрической длине затвора такого ПТ /,з>1,5мкм. При

ПТ с упраВпяемым Резистор

переходом

затбор Щ/„ исток Ly / Сток дц

Рис. 15.15. Поперечное сечение t*~J

планарного инвертора на ПТ с p-f{?S-r-gjjpfj--*"°t;?Sbpi

р-и-переходом, выполненного ме- J [ J / / /7 J i J

тодом селективной ионной имплан- ) Р* п „ , „ .

" ( Высокоомиая подложка GaAs

тации



этом емкость затвора на 1 мкм ширины ПТ с р-п-переходом больше, чем в ПТ с обогащением-обеднением той же геометрии. Дополнительное прямое смещение (ipg -IB), возможное в ПТ с р-и-переходом с обогащением, приводит к увеличению мощности рассеяния без увеличения скорости по сравнению с ПТШ с обогащением-обеднением.

Другим существенным преимуществом ПТ с обеднением-обогащением перед ПТ с р-/1-переходом с обогащением является более высокая воспроизводимость напряжения отсечки при различных изменениях технологического процесса. На всей пластине с каналом п-типа был получен разброс „0" = -(0,8±0,7 В). Методы шшзменного травления способны обеспечить однородность травления по всей поверхности подложки в пределах ±5%. Это означает, что для стравливания слоя 30 нм, которое преобразует ПТШ с обеднением (С/з„д(, = 0,8 В) в ПТ с обогащением-обеднением, верно соотношение

Азиотс (А/„,пл) + (АЦравл) (15-19)

или Д= ±0,076 В (для ПТШ с обогащением-обеднением), где

Аимпл=±0.070В. (15.20)

Изменение порогового напряжения для ПТ с р-п-переходом с обогащением будет больше из-за необходимости применения двух разделительных имплантаций и активации. Учитывая, что ДЦ,,, =±0,070 В для канала п-типа, и предполагая доступность хорошо управляемой мелкой и.мплантадаи р-типа, которая приводит к изменению напряжения отсечки Димц-, отс ~ = ±0,070В, в идеальном случае получаем

АзиотсО/") =*0099В. (15.21)

В действительности, если имплантация р-типа контролируется плохо, то изменение напряжения отсечки будет болыпс ве;шчины, определяемой равенством (15.21).

В заключение отметим, что для БИС и СБИС ПТ с обеднением-обогащением имеют ряд преимуществ перед ПТШ с обеднением и ПТ с р-п-переходом при условии, если обеспечена однородность травления нормально закрытого ПТШ не хуже ±5%. Для технологии с двойной имплантацией для нормально закрытых ПТ возможно получение очень малого напряжения насыщения (примерно 0,5 В), если одновременно применяется технология высококачественной .металлизации. Реализация логического элемента И- НЕ на двухзатворном транзисторе возможна при использовании двойной имплантации и длины затвора не более 1 мкм. Показаны методы выбора оптимального отношения ширины затвора формирователя к ширине затвора нагрузки которое должно быть равным 4 для С/з„ отс н ~ ~ В и (7з„ . = -1-0,15 В (коэффициент разветвления по выходу равен 2). Показана необходимость обеспечения малого контактного сопротивления (10"* Ом • см) и малого сопротивления завтор-исток.

Метод изготовления ПТ с обогащением-обеднением преддгггает разработчику много всевозможных конфигураций логических элементов и методы 34-1



Рис. 15.16. Характеристики ИС на GaAs ПТШ [24]


0.01 \- „„

0,01 0,1 I 10 100

Рассеидаемчя мощность на логический элемент, мВт

расширения коэффициента объединения но входу и коэффициента разветвления по выходу без сущесгвенног о воздействия на задержку распространения сигнала. Показана необходимость этого для быстродействующих маломощных ИС на GaAs [11 -13]. На рис. 15.16 приведены графики зависимости мощности от длительности задержки, из которых видно, что работа переключения меньше 10""* Дж и задержка распространения около 40 пс могут быть получены для нового поколения приборов (Zj около 0,5 мкм), изготовленных методами электронно-лучевой литографии или методами литографии жестким ультрафиолетовым излучением





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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 [115] 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0063