MOS integrált áramkörök alkatelemei Elektronika I. BME Elektronikus Eszközök Tanszéke Mizsei János 2004.március

MOS technológia: a kezdetleges Al vezérlőelektródás MOS átlapolások S G D Fém SiO2 Si N hordozó *összesen 4 maszkkal elkészíthető

Poliszilicium gate-es önillesztő MOS technológia Vastag (field) oxid növesztése 1.Ablaknyitás az aktív zóna felett, implantáció VT beállítására (*1 maszk) 2.vékony (gate) oxid növesztés Aktív zóna: a tranzisztorok és a diffúzióból kialakított összeköttetések területének összessége (ahol áram folyhat a félvezetőben)

Poliszilicium gate-es önillesztő MOS technológia 3.Ablaknyitás a gate oxidba (*2 maszk) a bújtatott kontaktusok számára (= kontaktus a félvezető és a poliszilícium között) Ez a technológiai lépés el is maradhat.

Poliszilicium gate-es önillesztő MOS technológia 4. Poliszilicium felvitele a teljes felületre majd mintázása (*3 maszk)

Poliszilicium gate-es önillesztő MOS technológia 5. Ablaknyitás az aktív zóna felett és diffúzió esetleg ionimplantáció: a gate és a vastag oxid maszkol, a bújtatott kontaktus nem! 6. Szigetelés az egész felületen (általában PSG = foszfor-szilikát-üveg) 7. Ablaknyitás (*4 maszk) a szigetelőn (a poliSi vagy a diffúzió fölött a kontaktusokhoz)

Poliszilicium gate-es önillesztő MOS technológia 8.Fémbevonat és vezetékmintázat kialakítása (*5 maszk) 9.(6-7-8) ismétlődik a vezetékezés számának megfelelően (minden vezetékezés újabb maszkpárost igényel)

A korszerű MOS technológia: lokális oxidációval p+ csatorna stop tartomány 0. lépés: Az aktív terület oxidáció (és p+ diffúzió vagy implant) elleni védelme Si3N4 réteggel, ezután p+ csatorna stop a nem aktív területekre, majd szelektív oxidnövesztés.

Poliszilicium gate-es önillesztő MOS technológia további jellegzetességei Csatorna = aktív AND poliSi Vastagoxid, fieldoxid: 0.2-0.5 mikrométer Csatorna stop: erős adalékolású tartományok a vastagoxid alatt Vékonyoxid: 0.02-0.002 mikrométer Méretcsökkentés

MOS IC alkatrészek 4 MOS tranzisztor Felvétel optikai mikroszkóppal Elektron-mikroszkópos felvétel

MOS IC alkatrészek Nagyáramú MOS tranzisztorok Sok tranzisztor kapcsolódik párhuzamosan aktív zóna gate

Fém-oxid-félvezető (MOS) kapacitás MOS IC alkatrészek: kapacitások Fém-oxid-félvezető (MOS) kapacitás A veszteségi ellenállás csökkenthető, ha a kondenzátor alsó elektródáját a hosszabbik él mentén, vagy mindkét oldalon kivezetjük.

Kapacitások MOS áramkörökben fém-oxid-félvezető kapacitás Síkkondenzátor geometriájú A a keresztmetszet, t a dielektrikum vastagsága, r a relatív permittivitása.

Poli-oxid-félvezető MOS kapacitás Kapacitások MOS áramkörökben Poli-oxid-félvezető MOS kapacitás Mivel az inverziós réteg ellenállása nagy, célszerű körben kivezetni. C VT U Feszültségfüggő, csak akkor működik, ha kapcsain a feszültség nagyobb mint VT

Kapacitások egy CMOS áramkörben A nagyobbik kapacitás értéke 4 pF

A vezetékek tulajdonságai Belső összeköttetések (a vezeték is alkatrész) Fémezésen (alumínium, réz) Poliszilícium rétegen (adalékolt polikristályos Si) (Source-drain) diffúzión Egyik megoldás sem ideális, mindegyiknek van szórt kapacitása és soros ellenállása A diffúzió és a poliszilicium ellenállása jelentős

Jelterjedés a vezetékeken Egyenáramú szempontból a vezeték ellenállás nem probléma (Ig = 0 miatt), de tranziens körülmények között a működés sebességét csökkenti, ha a jelek időkésleltetéssel terjednek. Elosztott paraméterű hálózat: r=R/L c=C/L Gerjesztés: U=1(t)U0 i R t U0 u C x dx t=¥ Diffúziós egyenlet, a megoldás. Komplementer hibafüggvény

Jelterjedés a vezetékeken átlagos jelkésleltetés tL = ami alatt a kimenő jel a Uo/2 értéket eléri a távolság négyzetével, R-tel és Cfajl –al arányos  kerülni kell a hosszú vezetékeket amit lehet, fémen kell összekötni

Gyakorlati példa: Számoljuk ki egy átlagos poliszilicium vezeték késleltetését. A vezeték négyzetes ellenállása R = 50 , Cfajl= 36 pF/mm2, L = 0.25 mm. Megoldás

A korszerű MOS: CMOS