Прибор с интегральной схемой

Прибор с интегральной схемой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Соаетских

Социалистииеских

Республик

П ИСА

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К AATEHYV (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 18.04,75 (21) 2129165/18 25 (23) Приоритет — (32) 19.04.74 (51) М. Кл.

Н 01 1 29/76

Н Ol 1 27/12

Государственный ноинтет

С С С.Р оо делам нзобретвннй и открытий (31) 462494 (331 США

Опубликовано 05 08.79. Бюллетень № 29

Дата опубликования описания 05.08.79 (53) УДК

621 382 (088.8) (72) Автор изобретения

Иностранец

Терри Джордж Атанас (США) Иностранная фирма

"PKA Корпорейшн" (США) (7!) Заявитель (54) ПРИБОР С ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМОЙ

Изобретение относится к полупроводниковым устройствам на интегральных схемах, выполненных на тонких слоеобразных элементах или островках, из полупроводникового материала на изолирующих подложках.

Быстродействующие малошумяшие устройства на интегральных схемах выполняются в островках кремния, образованных эпитаксиально на изолирующих подложках, таких, как сапфировые. В этих схемах обычно используются дополняющие полевые транзисторы с изолированными затворами с каналами р- типа и и-типа, образованные в отдельных островках на подложке, Когда эти транзисторы работают в режиме обогащения, как в большинстве цифровых схем, для транзисторов с каналами р-типа и для транзисторов с каналами й-типа требуются отдельные островки, которые первоначально имели соответвенно проводимость и-типа (электронная проводимоть) и проводимость р-типа (дырочная пповодимость) . Одним из известных путей получения такой структуры является вырашивание первого слоя кремния с проводимостью одного типа, вытравливание участков слоя оставлением островков с проводимостью того же тшта, затем вырашивание (1).

5 Наиболее близким техническим решением к изобретению является интегральная схема, содержащая подложку, множество островковых элементов из монокристаллического кремния одного типа проводимости и с поверхностью, 10 параллельной поверхности подложки, причем, по крайней мере, один из элементов выполнен в виде полевого транзистора с изолированным затвором, имеющего области истока и стока, изолирующий слой на поверхности элемента, 15 примыкаюший к области канала, электрод затвора на этом изолируюшем слое, причем область канала имеет участок, примыкающий к укаэанной поверхности и имеюший толщину меньшую, чем толшина укаэанного элемента

20 и участок, примыкаюший к первому участку (2).

Однако известные устройства требовали строгого регулирования толщины полупроводника и степени легирования для получения устройств

679168

5 о

15 с достаточно высокой эффективностью при приемлемой себестоимости, Цель изобретения — упрощение структуры и обеспечение ее технологичности.

Цель достигается тем, что плотность носителей зарядов на указанном первом участке области канала превышает плотность носителей зарядов на указанном втором участке области канала не менее чем в 10 раз.

На чертеже показано предлагаемое устройство в поперечном сечении.

Полупроводниковые устройства, в которых дополняющие полевые транзисторы с изолированными затворами с каналами и-типа и р-типа выполнены в полулроводниковых островках с проводимостью того же типа. Они являются устройствами, в которых один из транзисторов работает в режием обогашения, а другой в так называемом режиме глубокого обеднения, Устройство включает подложку из монокрис.таллического изолирующего материала, которым может быть любой соответствующий требованиям материал, предпочтительно монокристаллический сапфир, На подложке, которая имеет поверхность 1, размещены два транзистора 2 и 3. Транзистор

2 является транзистороЪ, работаннцим в режиме обогащения. Он выполнен в виде слоя из полупроводника 4, в котором размещаются расположенные на расстоянии две области 5 и

6 р+ типа, простирающиеся на всю толщину полупроводника и определенный между ними канал 7 носителя тока. Канал 7 состоит из двух частей 8 и 9. Часть 9 обладает относительно низкой, почти собственной проводимостью; а часть

8 обладает относительно высокой проводимостью п-типа.

Полупроводник покрывается изоляционным слоем 10. Электрод 11 истока проходит через отверстие 12 в изоляционном слое до соприкосновения с областью 5 истока транзистора

2. Электрод 13 стока проходит через отверстие

14 до соприкосновения с областью 6 стока транзистора 2. Электрод 15 затвора размещается на изоляционном слое над областью канала 7. Область канала с двумя проводимостями не обеспечивает преимущества транзистору с каналом р.типа в этом варианте конструкции.

Транзистор и-типа 3 является устройством, работающим в режиме глубокого обеднения.

Транзистор 3 выполнен в виде слоя из полупроводника 16, который содержит размешенные на расстоянии высоколегированные области 17 и 18, простирающиеся по толщине полупроводника 16 и образующие между собой канал 19 носителя тока. Последний делится на две части 20 и 21, которые имеют ту же самую толшину и профиль распределения примесей, 20

25 зо

4о

I

55 как и части 8 и 9. Проводимость в части 20 меньше проводимости областей 17 и 18. Могут быть другие части в канале 19, но в этом примере показаны только две, причем часть 71 простирается к подложке. Изоляционный слой располагается над полупроводником. Электрод

22 истока проходит через отверстие 23 в изопящ онном слое до соприкосновения с областью

18 транзистора 3. Электрод 13 стока может также проходить через отверстие 24 в изоляционном слое до соприкосновения с областью 17 транзистора 3. Электрод 25 затвора, который может быть изготовлен из поликристаллического кремния р+-типа, располагается на изоляционном слое над каналом 19 носителей тока.

Верхние части 8 и 20 каналов 7 и 19 соответственно являются относительно высокопегированньйии, в то время как нижние части

9 и 21 — спабопегированные. В устройстве верхние части 8 и 20 областей каналов 7 и 19 могут иметь концентрацию введенных примет сей примерно в ? x 10 атомов/см или даже больше, обычно примерно до 1 х10 атомов/см".

Нижние части 9 и 21 каналов 7 и 19 содержат примеси проводимости примерно около 10 атомов/см . Толщина верхних частей должна быть отрегулирована до величины примерно между

3000А Как будет ясно иэ носпедуюшего, общая толшина слоя полупроводников 4 и 16 в устройстве не является критической и может

6 а составлять около 4000А и 12000А. В некоторых случаях нижпис части каналов могут быть довольно тонкими, Как указано, концентрация легирующей примеси проводимости в нижних частях 9 и 21 каналов 7 и 19 составляет величину порядка

10 атомов/см . Напряжение затвора, требуемое дпя обеднения такого материала, незначительно IIo сравнению с напряжением, необходимым для обеднения области эквивалентной толшины, содержащей примеси на уровне

2 х 10 атомов/см . Напряжение обеднения приблизительно составляет на два порядка меньшую величину. Следовательно подложку 1 при расчете напряжений можно не принимать во внимание. Выражение для порогового напряжения транзистора 3 имеет вид: / = (— — — Ь1 1о "<3 о, ч (4 )

6ЯС р 03 .1о3 1 о Е ох C

Это выражение не зависит от общей толщины полупроводника. В описываемой. структуре пороговое напряжение зависит только от толщины н концентрации верхней части 20 транзисторов 3, и эти факторы можно точно регулировать, используя процесс ионного внедрения для установки части 20, Прибор изготовляется с несушей пластинкой или подложкой из такого материала, как сап679168

Формула изобретения

1. Прибор с интегральной схемой, содержащий изоляционную подложку. множество тонких островковых элементов из монокристал10 лического полупроводникового материала на изоляциошгой подложке одного типа проводи мости и с поверхностью, параллельной поверхности подложки, причем, по крайней мере, один из элементов выполнен в виде полевого транзистора с изолированным затвором, имеющего области истока и стока, изолируюший слой на поверхности элемента, примыкаю. ший к области канала. электрод затвора на указанном изопируюшем слое над указанной областью канала, причем указанная область канала выполнена с первым участком, примыкаюшим к указанной поверхности и именпцим толщину меньшую, чем толшина указан ого элемента, и вторым участком, примыкающим

З> к первому участку, о т л и ч а ю гц и йс я тем, что, с целью упрошения структуры и обеспечения ее технологичности, плотность носителей зарядов на указанном первом участке области канала превьпцает плотносгь HocltTc4О лей зарядов на указанном втором участке области канала не менее чем в 10 раэ, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании N" 1144850, 45 кл. Н 1 К, 02.10.67.

2. Патент США 14 3885993, кл. 148 — 15, 1973.

1 Ì Л3 я

/ ф

17

Ц11ИИПИ Заказ 4440/56 л

Тираж 923

Подписное

Филиал IHIH "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 фир, который благоприятствует эпитаксиальному выращиванию кремния. Поверхность 1 подложки ориентируется в основном параллельно (11-02) кристаллографическим плоскостям всапфире,,а на ней вырашивается слой кремния в основном с собственной проводимостью и-типа. Эта поверхность ориентации сапфира вызовет вырашивание кремния в направлении оси (100), так что верхняя поверхность 111 слоя 110 будет параллельной

/100/ кристаллографическим плоскостям. Режим во время выращивания должен регулироваться таким образом, чтобы кремний легировался до уровня порядка 10 атомов/ем . Эта операция эпитаксиального выращивания обшеизвестна и может быть выполнена термическим разложением кремневодорода (SiH4). Может быть добавлено неболыпое количество фосфина (РНз1 к среде выращивания, чтобы обеспечить кремнию проводимость п-типа.

Затем на поверхности слоя кремния формируют тонкий слой двуокиси кремния. 11апример слой двуокиси креьшия может быть образован нагревом подложки и слоя кремния на ней примерно до 875 Г в течечие 15мин в окислительной среде. содержагцей пар и небольшое количество газообразного BCI. В результате образуется спой чистой двуокиси кремния толшиной около 250А.

Пластина помегцается в обычную аппаратуру ионного внедрения, и зона создается из более проводящего материала (образуется в слое кремния, на верхней его стороне) .

Ионы разгоняются в направлении пластины, энергия внедрения может изменяться в широких пределах, и выбор энергии зависит от истинного профиля распределения примесей.

ПОдхОдящими энергиями для использования могут быть энергии от 50 до 200 КэЧ. В одном.примере прибора, построенного в соответствии с описываемым способом, была использована энергия внедрения в 150 KeV

Другим параметром, необходимым для описания внедрения, является мошность дозы излучения. Эга могцность также может изменяться и доза может составлять что-то между

Г 1Р 7

A б

1 х 10 атомов/см и 5 х 10 атомов/см .

Б конкретном примере, упомянугом в предшествуюшем абзаце, где энергия внедрения составляла 150 КеЧ, мощность дозы, обеспечиваюшая хорошие результаты в отношении получения требуемой концентрапии примесей в уровне 2 х 10 атомов/CM беэ сушественных повреждений кремния, составляла

1,4 х 10 атомов/см . Подобная мощность дозы была использована в 70 KeV внедрении.

После того, как в слое кремния создана зона, могут быть применены обычные Операции для образования транзисторов 2 и 3 законченного устройства.