Особенности проектирования КМОП схем с технологической нормой более 0,25мкм

Главный принцип КМОП технологии состоит в том, чтобы выполнить на одном кристалле как n-, так и р-канальные МОП транзисторы, поэтому на поверхности пластины требуется иметь области как р-, так и n-типа. Если ИС изготавливается на подложке n-типа и ее р-канальные транзисторы изготавливаются непосредственно в подложке, то для изготовления n-канальных МОП транзисторов в местах их расположения необходимо сформировать диффузионные области р-типа (сделать так называемые карманы р-типа). КМОП ИС можно также делать на пластинах р-типа, формируя в них карманы n-типа. Сечение пары КМОП транзисторов на подложке с карманами n-типа показано на рис. 5.2.

Оба конструктивных варианта КМОП схем – с карманами n- и р-типа – имеют свои достоинства и свои недостатки, поэтому ни один из них пока не завоевал однозначного преимущества при производстве КМОП схем. Например, при проектировании следует учитывать, что изготавливаемый в кармане транзистор делается в компенсированном кремнии, в котором из-за более высокой полной примесной концентрации падение подвижности носителей оказывается больше, чем в приборах, изготовленных непосредственно в подложке.

Рисунок 5.2– Сечение запоминающего КМОП элемента с карманом n-типа

Желательно, чтобы выходные управляющие токи n-канальных и р-канальных МОП транзисторов были примерно равны, поэтому с данной точки зрения предпочтительнее структура с карманами р-типа, так как подвижность электронов выше подвижности дырок. Однако это различие в подвижности можно скомпенсировать, изменив ширину канала транзистора, так как из других соображений более предпочтительной может оказаться структура с карманами n-типа. Особенно это важно если значительная часть логических схем (для адресации, чтения и записи), располагаемых на периферии КМОП ИС памяти, строится на n-канальных транзисторах, именно по этим соображениям, например, выбраны карманы n-типа для КМОП структуры, показанной на рис. 5.2.

Чтобы обеспечить оптимальные характеристики КМОП схем, пороговые напряжения МОП транзисторов обоих типов проводимости должны быть антисимметричны (т.е.V_тр = - V_тn). Применение ионного легирования для подгонки пороговых напряжений позволило решить эту задачу на практике. Дальнейшие замечания относительно КМОП-технологии будут приведены после обсуждения некоторых соображений по проектированию приборов и схем при создании КМОП ИС.

В любой КМОП технологии по крайне мере один тип МОП транзисторов делается в карманах, поэтому две области объемного заряда – одна, связанная с переходами исток – карман и сток – карман, другая, связанная с переходами карман – подложка, - могут смыкаться друг с другом и вызывать сквозное обеднение по вертикали. В качестве конкретного примера рассмотрим КМОП технологию с карманами n-типа, для которой исток р-канального МОП транзистора и карман электрически соединены с положительным полюсом источника питания. Подложка ИС находится при потенциале земли. Поэтому в области кармана эти две обедненные области распространяются навстречу друг другу. Падение потенциала на переходе исток – карман равно всего лишь контактной разности потенциалов перехода , тогда как на переход карман – подложка дополнительно действует напряжение смещения U_с. Чтобы избежать отбора больших токов из истоковой области, соответствующая нейтральная область (а следовательно, и глубина кармана n-типа) должна быть достаточных размеров, исключающих сквозное обеднение между истоком и подложкой. Однако эта глубина не должна быть и слишком большой, так как горизонтальная диффузия примеси n-типа на стадии разгонки примеси вызывает непроизводительное расходование ценной площади схемного кристалла ИС. Концентрацию примеси n-типа в кармане можно увеличить и тем самым уменьшить ширину обедненных областей и избежать сквозного обеднения, однако это приведет к уменьшению подвижности носителей в канале и увеличению паразитной емкости стока. Следствием станет снижение быстродействия при переключении схемы. Для оптимального проектирования конструкции и технологии изготовления КМОП-схемы необходимо тщательно подобрать и сбалансировать все эти факторы.