Тривимірний мон-транзистор зі структурою “кремній-на-ізоляторі”
Номер патенту: 49691
Опубліковано: 11.05.2010
Автори: Голота Віктор Іванович, Дружинін Анатолій Олександрович, Ховерко Юрій Миколайович, Когут Ігор Тимофійович
Формула / Реферат
Тривимірний МОН-транзистор зі структурою "кремній-на-ізоляторі", який складається із кремнієвої підкладки р-типу провідності, на якій послідовно сформовані шар ізолятора, підканальна область у вигляді монокристалічної плівки кремнію р- або n-типу провідності, шар підзатворного діелектрика, затвор і прилеглі до затвора стік-витокові області, леговані електрично активною домішкою n- або р-типу провідності відповідно, який відрізняється тим, що підканальна область виконана у формі сегмента циліндра, розташованого вздовж стік-витокових областей транзистора.
Текст
Тривимірний МОН-транзистор зі структурою "кремній-на-ізоляторі", який складається із кремні 3 розподілу порогової напруги по ширині каналу транзистора за рахунок його геометрії, що погіршує параметри швидкодії і шумових характеристик. В основу корисної моделі тривимірного МОНтранзистора зі структурою "кремній-на-ізоляторі" поставлене завдання отримання високих показників швидкодії пристрою і низьких шумів. Поставлене завдання вирішується тим, що в тривимірному МОН-транзисторі зі структурою "кремній-на-ізоляторі", який складається із кремнієвої підкладки р-типу провідності, на якій послідовно сформовані шар ізолятора, підканальна область у вигляді монокристалічної плівки кремнію рабо n-типу провідності, шар підзатворного діелектрика, затвор і прилеглі до затвора стік-витокові області, леговані електрично-активною домішкою п- або р- типу провідності відповідно, згідно корисної моделі, підканальна область, виконана у формі сегмента циліндра, розташованого вздовж стіквитокових областей транзистора. В результаті моделювання розподілу густини електричних полів і напруженостей, інверсійного провідного каналу встановлено, що сегментноциліндрична поверхня підканальної області МОНтранзистора забезпечує найбільш рівномірну товщину інверсійного провідного каналу і, відповідно, рівномірний розподіл порогової напруги по ширині каналу транзистора. Тому запропонована конструкція тривимірного МОН-транзистора зі структурою "кремній-наізоляторі" за рахунок рівномірного розподілу порогової напруги по ширині каналу транзистора забезпечить чітке і одночасне включення всіх сегментів каналу транзистора, буде забезпечена висока крутість ВАХ в активній області і висока крутість передаточних характеристик ключових елементів на його основі. Окрім цього, різке і одночасне включення транзистора по всій ширині каналу за рахунок рівномірного розподілу порогових напруг дозволить зменшити час перемикання транзистора, що підвищить його швидкодію і зменшить теплові і струмові шуми за рахунок зменшення опору транзистора в активній ділянці ВАХ. Таким чином, запропонована конструкція тривимірного МОН-транзистора з сегментноциліндричною поверхнею підканальної області дозволить одержати високі показники швидкодії пристрою і низьких шумів. На Фіг.1. зображено топологію тривимірного МОН-транзистора зі структурою "кремній-наізоляторі"; на Фіг.2, 3. зображено структури тривимірного МОН-транзистора з П-подібним (прямокутним) і у вигляді сегмента циліндра профілями затвора, шляхом поперечного перетину по лінії АА Фіг.1, що використовувалися для комп'ютерного моделювання, і, які показують розподіл напруженостей електричного поля в транзисторі, а також профіль розподілу густини носіїв заряду в інверсійному (провідному) каналі транзистора по лінії перетину структури. На Фіг.4. подано передаточні характеристики тривимірних МОН-транзисторів з П-подібним (прямокутним) і у вигляді сегмента циліндра профілями затворів і підканальної області з однаковими топологічними розмірами ширини і 49691 4 довжини каналів транзистора, де: 1 - затвор транзистора; 2- витокова область транзистора; 3 - стокова область транзистора; 4- контакт до стокової області транзистора; 5- контакт до витокової області транзистора; 6- контакт до затвора; 7, 8, 9- металеві шини відповідно до затвора, витоку і стоку; 10- поверхня шару ізолятора в структурі "кремнійна-ізоляторі"; 11- підзатворний діелектрик в МОНтранзисторі; 12-підканальна область транзистора; 13- кремнієва підкладка. Тривимірний МОН-транзистор зі структурою "кремній-на-ізоляторі" (Фіг.1) складається із кремнієвої підкладки 13 р-типу провідності, на якій послідовно сформовані шар ізолятора 10, підканальна область 12 у вигляді монокристалічної плівки кремнію р- або п- типу провідності, шар під затворного діелектрику 11, затвор 1 і прилеглі до затвора стік 3 - витік 2 області, леговані електричноактивною домішкою п- або р-типу провідності. Для формування контактних областей 4,5,6 до витоку 2, стоку 3 і затвору 1, відповідно, використовували стандартні методи самосуміщеної літографії. Металеві шини 7,8,9 використовували для подачі прямого чи зворотного зміщення під час досліджень передаточних характеристик транзистора. Підканальна область 12 виконана у формі сегмента циліндра, розташованого вздовж стік 3 - витокових 2 областей транзистора. Елементи 12, 10 і 13 - утворюють структуру кремній-на-ізоляторі, а елементи 1, 11 і 12 - МОН-транзистор зі структурою кремній-на-ізоляторі. Досліджено вплив напруги на затворі, профілів форм поверхні і концентрації носіїв в канальній області для тривимірних МОН- транзисторів, сформованих на основі локальних тривимірних структур "кремній-на-ізоляторі" розподіл потенціалів, напруженостей електричного поля і формування інверсійного провідного каналу. В результаті цих досліджень встановлено, що для тривимірних МОН-структур з П-подібним профілем затвора густина струму і товщина інверсійного (провідного) каналу по ширині є нерівномірними, (Фіг.2.). Це видно із розподілів потенціалів електричного поля і зміни товщини (густини) провідного каналу в тривимірній МОН-структурі для П-подібної і циліндричної поверхні затвора Найбільшою густина є на кутових сегментах, менша - на вертикальних стінках і найменша на горизонтальній поверхні канальної області, і зі збільшенням радіуса заокруглення кутового сегмента густина струму зменшується. В запропонованій конструкції тривимірного МОН-транзистора зі структурою "кремній-наізоляторі" з сегментно-циліндричним профілем поверхні затвора (Фіг.3.), як показують результати досліджень, товщина інверсійного провідного каналу і густина носіїв струму в каналі є найбільш рівномірними. Тому такі транзистори, порівняно з відомими, мають найкращі ключові і шумові характеристики за рахунок рівномірного розподілу порогової напруги по ширині каналу. Порівняння передаточних характеристик транзисторів, тобто - логарифмічних залежностей струму стоку Іст. від напруги на затворі Ug при різних постійних значеннях напруги на стоці пока 5 зують, що для циліндричної поверхні підканальної області в активній області транзистора характеристика є крутішою, порівняно із транзистором з Пподібним профілем затвора і підканальної області. Для області насичення - ці характеристики співпадають. Такі результати дають підстави стверджувати, що пропонований тривимірний МОНтранзистор з сегментно-циліндричним профілем затвора, матиме кращі часові характеристики переключення в активній області. Технологія виготовлення пропонованого елемента є наступною. Перед формуванням затворної системи із підзатворного діелектрика 11 і затвора 1 (Фіг.3), локальну тривимірну структуру "кремній-на-ізоляторі" з прямокутним профілем 12, (Фіг.2), розміщену на шарі ізолятора 10 піддають короткочасному рідинному травленню кремнію для заокруглення кутових сегментів, в результаті чого отримують тривимірну структуру "кремній-наізоляторі" 12, (Фіг.3) з сегментно-циліндричним профілем поверхні. Після цього окисленням формують тонкий підзатворний діелектрик 11, наносять полікремнієву плівку для затвора, проводять її іонне легування для зменшення поверхневого опору. Фотолітографією і плазмохімічним травленням формують затвор 1, після чого іонним легуванням і методом самосуміщеної МОНтехнології формують стік-витокові області n-типу провідності 3 і 2, наносять на всю структуру шар ізолятору і методом літографії і травлення створюють в ньому контактні вікна до областей стоку, витоку і затвору 4, 5 і 6. Після цього напиленням шару металізації, фотолітографії і температурного відпалу формують інтегральні елементи провідників до контактів затвору, витоку і стоку 7, 8, 9 і отримують даний транзистор. Запропонований тривимірний МОН-транзистор зі структурою кремній-на-ізоляторі функціонує аналогічно з відомими МОН-транзисторами із структурою "кремній-на-ізоляторі" з планарними, чи тривимірними П-подібними архітектурами. Тобто, при подачі позитивної напруги відносно підкладки 13 і/або витоку 2 через металеву шину 7 і контакт 6 на затвор п- канального МОН-транзистора 1 в його підканальній області 12 р-типу провідності формується інверсійний провідний канал n-типу, який з'єднує області витоку 2 і стоку 3. Товщина цього каналу пропорційно залежить від величини зміщення на затворі. Проте розподіл густини носіїв струму в каналі визначається його конструкцією, і для запропонованої, цей розподіл є квазірівномірним по всій ширині каналу, як показують результати моделювання на Фіг.3 для перетину структури 49691 6 транзистора по лінії А-А для Фіг.1. Це означає, що ступінь модуляції інверсійного каналу буде визначатися напругою на затворі і проходитиме одночасно по всій ширині каналу транзистора, що забезпечить одночасне, для заданого рівня порогової напруги включення/виключення транзистора при наростаючому/спадаючому рівні сигналу на затворі. На відміну від транзистора з П-подібним профілем затвора, в якому при наростаючому рівні сигналу на затворі спочатку включаться кутові сегменти в канальній області транзистора, вслід за ними - вертикальні стінки, і верхня частина (Фіг.2), що вноситиме затримку в часі на повне включення/виключення транзистора при наростаючому/спадаючому рівні сигналу на затворі. Подача позитивної напруги через металеві шини 9, 8 і контакти 4,5 відповідно до областей стоку 3 і витоку 2 забезпечить проходження струму в каналі транзистора. Як показують результати досліджень, для сімейства вихідних вольт-амперних характеристик (залежність струму стоку від напруги на стоці при різних значеннях напруги на затворі), а також нахил передаточних характеристик в активній області запропонованого транзистора (Фіг.4) з сегментно-циліндричною поверхнею підзатворної області є крутішим порівняно з тривимірною конструкцією з П-подібним профілем затвора. Це дає підстави стверджувати, що такий транзистор буде переключатися як ідеальний ключ, оскільки його опір в активній області по всій ширині каналу за рахунок рівномірної товщини інверсійного провідного каналу, що є адекватним рівномірному розподілу порогової напруги по ширині каналу транзистора, а під час переключень буде змінюватися стрибкоподібно і не буде змінним в часі, як це має місце для нерівномірного розподілу порогової напруги по ширині каналу транзистора. Завдяки таким властивостям запропонований транзистор за рахунок меншого внутрішнього нагріву матиме менший рівень теплових і струмових шумів, що робить його також перспективним для прецизійних аналогових застосувань з низькими рівнями власних шумів. Отже, запропонований тривимірний МОНтранзистор зі структурою "кремній-на-ізоляторі" матиме застосування як у промисловості, так і в науково-дослідних роботах при проектуванні елементів інтегральних схем, транзисторних елементів інтегрованих мікросистем-на-кристалі зі структурами "кремній-на-ізоляторі" із субмікрометровими і нанометровими топологічними розмірами елементів і дозволить досягти високих показників швидкодії пристрою і низьких шумів. 7 49691 8 9 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 49691 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюThree-dimensional mos-transistor having silicon-on-insulator structure
Автори англійськоюDruzhynin Anatolii Oleksandrovych, Kohut Ihor Tymofiiovych, Holota Viktor Ivanovych, Khoverko Yurii Mykolaiovych
Назва патенту російськоюТрехмерный моп-транзистор со структурой кремний на изоляторе
Автори російськоюДружинин Анатолий Александрович, Когут Игорь Тимофеевич, Голота Виктор Иванович, Ховерко Юрий Николаевич
МПК / Мітки
МПК: H01L 27/00
Мітки: кремній-на-ізоляторі, структурою, тривимірний, мон-транзистор
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/5-49691-trivimirnijj-mon-tranzistor-zi-strukturoyu-kremnijj-na-izolyatori.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Тривимірний мон-транзистор зі структурою “кремній-на-ізоляторі”</a>
Попередній патент: Ділянка розливання металу
Наступний патент: Спосіб прогнозування наявності біоплівки людини
Випадковий патент: Вітроагрегат