34
9 - ﻣﺠﺘﻤﻊ ﻓﺮآﻳﻨﺪ ﺳﺎزيMOS ﻓﺼﻞ در9 اﻓﺰاره ﻃﺮاﺣﻲ و ﻓﺮآﻳﻨﺪﻫﺎ ﺑﻴﻦ رواﺑﻂ از ﺗﻌﺪادي دﻧﺒﺎل ﺑﻪ ﻣﺎ و ﻫﺎlayout ﻫﺴﺘﻴﻢ ﻣﺪار. اﻓﺰاره ﺗﻬﻴﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﺑﻪ ﻣﻌﻤﻮﻻ ﻓﺮآﻳﻨﺪﻫﺎ در ﻣﻤﻜﻦ اﺟﺮاﻳﻲ ﻗﺎﺑﻠﻴﺖ ﺑﺎﻻﺗﺮﻳﻦ ﺑﺎ ﻫﺎﻳﻲ ﻛﺎرﺑﺮدي ﻣﺪار ﻣﺸﺨﺺ، ﺷﺪه داده ﺗﻮﺳﻌﻪ ر و ﻣﺪار ﻣﺤﻴﻂ ﺑﺎﻳﺪ ﺷﺨﺺ و اﻧﺪ، و اﻓﺰاره ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎي ﺑﺎ آن اﺑﻄﻪlayout ﻛﻨﺪ درك را اﻓﺰاره. در اﻳ ﻓﺼﻞ ﻣﺎ ﻧﮕﺮاﻧﻲ از ﺷﻤﺎري ﺑﻪ ﻃﺮاﺣﻲ ﻓﺮآﻳﻨﺪ در اﺳﺎﺳﻲ ﻫﺎيMOS ﺷﺎﻣﻞ ﻛﻪ ﻃﻮل ﻛﻨﺘﺮل ﻛﺎﻧﺎل، ﻗﻮاﻧﻴﻦground layout ﻃﺮاﺣﻲ وground rule ، وﻟﺘﺎژﻫﺎي ﺳﻮرس ﺷﻜﺴﺖ/ و درﻳﻦpunch through ﻣﻲ آﺳﺘﺎﻧﻪ وﻟﺘﺎژ ﺗﻨﻈﻴﻢ و ﺑﺎﺷ دارﻳﻢ ﻧﮕﺎﻫﻲ ﺪ،. ﺗﻜﻨﻮﻟﻮژي اﺑﺘﺪا در ﻫﺎيmetal gate ﻣﻲ ﻗﺮار ﺑﺤﺚ ﻣﻮرد ﮔﻴﺮد. ﻓﻮآ وﺳﭙﺲ از ﻣﻬﻤﻲ ﻳﺪgate - silicon self aligned ﺷﺪه اراﺋﻪ اﺳﺖ. ﺑﺤﺚ ﻫﺎ ﺗﻜﻨﻮﻟﻮژي از ﻳﻲCMOS از ﻛﺎﺑﺮدي وanisotropic etching اﻓﺰار ه ﻫﺎيMOS ﻓﺼﻞ اﻳﻦ ﻛﻨﺪ ﻣﻲ ﻛﺎﻣﻞ را. 1 . 9 - ﻣﻼﺣﻈﺎت اﻓﺰ اﺳﺎﺳﻲ ارهMOS ﻛﺸﻒ ﻣﻨﻈﻮر ﺑﻪ ﻓﺮآﻳﻨﺪ ﺑﻴﻦ راﺑﻄﻪ ﻃﺮاﺣﻲMOS و رﻓﺘﺎر ﭘﺎﻳﻪ اي اﻓﺰاره، ﺑﺤﺚ ﺑﺎ ﻣﺎ ي راﺑﻄﻪ روي ﺑﺮ وﻟﺘﺎژ اﺳﺘﺎﺗﻴﻜﻲ ﺟﺮﻳﺎن ﺗﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮر ﺑﺮايMOS ، ﻫﻤﭽﻨﺎن در ﻛﻪ ﺟﻠﺪ5 ﺳﺮ اﻳﻦ از ي ﻫﺎ داده ﺗﻮﺳﻌﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ، ﺷﺮوع ﻛﻨﻴﻢ ﻣﻲ) 1 ( . ﺷﻜﻞ در1 . 9 ﻋﺮﺿﻲ ﺑﺮش از دو ﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮرNMOS ﻓﻠﺰي ﮔﻴﺖ ﺑﺎ اﺳﺖ ﺷﺪه داده ﻧﺸﺎن. ﻧﺎﺣﻴﻪ در ﺧﻄﻲ ﻋﻤﻠﻜﺮد از، ﺟﺮﻳﺎن درﻳﻦ ﺑﻪ وﺳﻴﻠﻪ ي ﻣﻲ ﺑﺪﺳﺖ زﻳﺮ راﺑﻄﻪ آﻳﺪ. Ds Ds T Gs o n D V V V l z C I ) 2 )( / ( = ν μ T GS t V V ﺑﺮايGS DS V V V , 0 0 / o s C K = ، C O ﻇﺮﻓﻴﺖ اﻛﺴﻴﺪ ﺳﻄﺢ، واﺣﺪ درε χ μ n ﺟﻨﻴﺎي ﻣﺘﻮﺳﻂ ﺣﺎﻣﻞ ﻫﺎ ﻻﻳﻪ در اﻛﺜﺮﻳﺖ ي ﻣﻌﻜﻮس و وﻟﺘﺎژ آﺳﺘﺎﻧﻪ اﺳﺖ. t v ﻣﺸﺨﺼﻪ از ﻳﻜﻲ ﻫﺎ ﻧﻴﺎز ﻣﻮرد ي، ﻣﻨﺒﻊ ﻣﺪار وﻟﺘﺎژﻫﺎي ﺗﻐﺬﻳﻪ اﺳﺖ، ﻣﻘﺪار ﻛﻪ از اي ﺑﻴﺸﻴﻨﻪV وV Gs Ds ا ﻛﻪ ﻛﻨﺪ ﺗﺤﻤﻞ ﺑﺎﻳﺪ ﻓﺰاره، دﻫﺪ ﻣﻲ ﻗﺮار ﻣﻌﺎ ﻣﺘﻐﻴﻴﺮﻫﺎي دﻟﻪ) 1 . 9 ( ﭼﻴﺰﻫﺎﻳﻲ از ﻳﻜﻲ ﺳﺒﺐ ﻛﻪ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﺑﺎﺷﻨﺪ ﻣﻲ اﻧﺘﺨﺎب اﻳﻦ ﺑﻪ اﻳ ﻣﺪارﻣﻲ ﻃﺮاح ﺗﺮﺗﻴﺐ ﺗﻮاﻧﺪ وﻋﺮض ﻃﻮل ﺗﻨﻈﻴﻢ را ﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮر ﻛﻨﺪ. ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ، ﻃﺮاح ﺗﻮﭘﻮﻟﻮزي ﻣﺪار ﺗﻐﻴﻴﺮ را اﻓﻘﻲ ﻫﻨﺪﺳﻪ و ﻣﺪار ﻣﻲ ﻣﻄﻠﻮب ﻋﻤﻠﻜﺮد ﺑﺎ ﻣﺪاري ﺑﻪ ﺗﺎ دﻫﺪ دﺳﺖ ﻳﺎﺑﺪ. 1

Chapter9 Mos

Embed Size (px)

DESCRIPTION

trgr

Citation preview

Page 1: Chapter9 Mos

MOSسازي فرآيند مجتمع-9. مدار هستيمlayoutها و ما به دنبال تعدادي از روابط بين فرآيندها و طراحي افزاره9در فصل

ك مدار كاربردي ي هايي با باالترين قابليت اجرايي ممكن در فرآيندها معموال به منظور تهيه افزاره layoutابطه آن با پارامترهاي افزاره و اند، و شخص بايد محيط مدار و ر توسعه داده شده،مشخص

.افزاره را درك كندكنترل طول كه شاملMOSهاي اساسي در فرآيند طراحي به شماري از نگراني ما ن فصلاي در

درين و / شكست سورسولتاژهاي ،ground rule و طراحي ground layoutقوانين كانال،punch throughهاي در ابتدا تكنولوژي. د، نگاهي داريمباش و تنظيم ولتاژ آستانه مي metal gate .است ارائه شده gate - silicon self alignedيد مهمي از وسپس فوآ. گيرد مورد بحث قرار مي

اين فصل MOSهاي ه افزارanisotropic etching و كابردي ازCMOS يي از تكنولوژيها بحث .را كامل مي كند

MOS ارهاساسي افز مالحظات -9. 1

بر روي رابطه ي ما با بحث ، افزارهاي پايهرفتارو MOS طراحي رابطه بين فرآيند به منظور كشف

توسعه داده ها ي از اين سر5 جلد كه در همچنان ،MOS براي ترانزيستور جريان استاتيكي ولتاژ

با گيت فلزي NMOS رانزيستور دو تاز برش عرضي 9 .1در شكل . )1(مي كنيم شروع ،است شده

.آيد رابطه زير بدست ميي وسيله بهدرين جريان ،از عملكرد خطي در ناحيه .نشان داده شده استDs

DsTGsonD VVVlzCI )2)(/( −−= νμ

TGSt VV ≥

GSDSبراي VVV −≤ ,0 0/o s C K=، CO در واحد سطح، اكسيدظرفيت ε χμ n

tv . است آستانه ولتاژو معكوس ي اكثريت در اليهها حاملمتوسط جنياي

V GsDs و Vبيشينه اي از كه مقدار ، است تغذيه ولتاژهاي مدار منبع،ي مورد نيازها يكي از مشخصه

هستند كه سبب يكي از چيزهايي )9 .1( دلهمتغييرهاي معا قرار مي دهد ،فزاره بايد تحمل كندكه ا

، بنابراين.كند رانزيستور را تنظيمت طول وعرضتواند ن ترتيب طراح مدارمياي بهاين انتخاب مي باشند

.يابد دست دهد تا به مداري با عملكرد مطلوبمي مدار و هندسه افقي را تغييرمدار توپولوزي طراح

1

Page 2: Chapter9 Mos

يك افزاره . ارائه شده مجاورNMOS ترانزيستور 2با رش عرض از يك مدار مجتمعب )a ( 9 .1در شكل

ي انتشار شكل گرفته ها روي اكسيد ميداني با ناحيه داخلي آلومينيوم اتصاالت توسط NMOSپارازيتي

NMOS يك ترانزيستور (b). فعالند و ايفاي نقش مي كنند س و درينروس بعنوان )3( و ) 2( .ه استشد

V)به بالك و سورس ) درين به سورس ، )ي گيت، سورس ها با ولتاژ )GSVDsV )SB) استهدتعريف ش.

تعدادكسي كه بايد دماي فرآيند، ،شوند مشخص ميرآيند في طراح بوسيله ي افزاره پارامترهاساير

وبنابراين مشخصاتش مشخص ه،تار افزارساخكه نهايتاً . ن كندرا تعيي.. . زمان فرآيند و ، فرآينددفعات

يزسا ناخالص، ميدان ضخامت اكسيد ،يتگ اكسيد ضخامتها خصوصا شامل كه اين .شود مي

2

Page 3: Chapter9 Mos

ند يك بي فرآيند همچنين تدارك ميحطرا. باشد كاشت ميآستانه و ميدان و تنظيم سابستريت

مدارlayout را كه بايد از آنها در طول » كردننقوانين زمي« يا » قوانين طراحي « اي از مجموعه

روي سطوح featuresهاي بين فاصله گذاري طول و عرض كانال حداقلها شامل كه اين. شودپيروي

ماسك مختلف روي قسمتهايfeaturesهاي بين مشابه و مختلف ماسك و پوشهاي و بخش

توسعه ها براي فرآيندها و پروسه بايدچنينهم تحملشو هم ترازي يك ماسكتعداد دفعات . باشد مي

.يابد

گيت اكسيد ضخامت 9 .1. 1 ضخامت با معكوس متناسب ، ولتاژهاي نهاييبراي دادن ،MOS در ترانزيستورهايflow جريان

مالحظاتمتناسب با شكست اكسيد و ، كوچكعموماً در حد امكان اكسيد گيت . اكسيد گيت است

تا5 ي الكتريكيها باال نوعاً در ميدانسيليكون اكسيد با كيفيت. شد خواهدقابليت اطمينان ساخته

cmMv10 كه متناظر است با v 100- 50 بر روي اكسيد nm 100شود مي دچار شكست ، است .

جريان با ، nm 10 زير .كنند نانومتر استفاده مي100- 20ين اكسيد بي فعلي از ضخامتها پروسه

انتخاب .كند دست دادن خاصيت عايقي خود ميشروع به از يدجاري مي شود و اكستونل زني

مسئله اي كه فراتر از ، الكترون به درون اكسيد استضخامت اكسيد همچنين وابسته به تزريق سريع

. هدف اين نوشته است

: و ولتاژ آستانه سابستريتسازي ناخالص9. 1 .2 را تعيين MOS در افزار ر مهمي است كه ولتاژ گيت موردنياز براي آغاز هدايت پارامتولتاژ آستانه

ناخالص سازي شده به اين و يكنواخت ه به طور منظم كسابستريت براي افزاره باولتاژ آستانه . كند مي

:است صورت ارائه شده

3

Page 4: Chapter9 Mos

0: 2 (2 )2

gT M F S B F BS O tot

ENMOS V x K qN V C Q C

qϕ ε⎡ ⎤= − − + Φ + Φ − −⎣ ⎦ / / O

)2 – 9 (

0: 2 (2 )2

gT M F S B F BS O tot

EOS V K qN V C Q C

qχ ε⎡ ⎤= Φ − − − Φ − Φ − −⎣ ⎦ / / OPM

( / ) ln( /F BkT q N nΦ =

BN11/0

)i

−=− . استسابستريت ناخالصيكه در آن XMφ0 آلومينيومي براي گيت=− XMφ

−و ناخالص سازي شده n+سيليكون براي گيت پلي XMφ12/1 كونسيلي براي گيت پلي= +

+Pباشد شده ميسازي ناخالص.

tot F MQ Y mQπQ Q= + +2

tot

)oV

شيفت و يك است Cmدر هر معرف باركل اكسيد و بار مرز مشترك

اين سهم .كند اضافه ميبراي مقادير منفي ولتاژ آستانه 9. 2 را در شكل منحني موازي) تغيير مكان(

به Q . داشت MOSي اوليه ها افزاره ساختتاثير شديداً مهمي روي فرآيند، آستانه اژبار به ولت

؛ ترانزيستورهاي شود ميMOS ترانزيستور آستانه منفي شدن بيشتر بودن ميل دارد كه سبب مثبت

MOS – n ، شوند مي نقصاني) مد ( ي حالت ها افزاره( T -Pحالي كه ترانزيستورهاي در. >

MOSمانند ي باقي ميي مد افزايشها افزاره )( oVT ، MOS ولوژي اوليه تكندر طول روزهاي .>

Q آميز و پروسه موفقيت. قدارش باال بودم MOS ،تكنولوژيبا استفاده از PMOS انجام مي شد.

كاشت و پيرو پيدايش ،دست يافت نقاط پيوند و بارهاي اكسيد بار مبداء فهومبه م صنعت پس از آنكه

مقدار امروزه .افتي رش گستها به حفرهها الكترون موبيلتي مزيت به خاطرNMOS تكنولوژي ،يوني

كمتر از به MOSخوب در فرايندهاي باركل

tot

1010×2cm كسيد بار اوسهم ،يافته است كاهش / بار5

.حداقل رسيد به ولتاژ آستانهدر

و هم در عبارت زير راديكال |� F| در عبارت ولتاژ آستانه هم در عبارت سابستريتسازي ناخالص

با ، كانالpو كانال n براي سابستريتناخالص سازي برحسب آستانهولتاژنمودار .شود ظاهر مي

4

Page 5: Chapter9 Mos

n0tot+ي گيت پلي سليكون يها افزاره = ارائه 9 .2 در شكل Q براي nm 50 ي گيتها با اكسيد

شامل ولتاژ شكست ديگر مالحظات با در نظر گرفتنسابستريتسازي انتخاب ناخالص .شده است

سابستريتو درين– سابستريتي ها و خازن درين به سورس سراسري پانچ ولتاژ ،سابستريتدرين به

. شده است مشكل اثر بدنه و سابستريت و حساسيت سورس–

محاسبه nm50 كانال با اكسيد گيت -N كانال و -Pسيليكون ولتاژ آستانه براي ترانزيستورهاي گيت پلي9,2شكل

)9,2(شده از معادله

رآن كه داي يك جانبه واتصاالت هايشان براي كوچك كردن مقاومت و درين معموالً نواحي سورس

.مي شوند به مقدار زيادي ناخالص سازي ، ادامه پيدا كرده استناحيه تهي به طوركامل تا سابستريت

تابعي از غلظت ناخالص روي قسمتي را بعنوان يك جانبه p-n اتصاالت ولتاژ شكست ) a ( 9 .3شكل

يابد صاالت كاهش ميات شكست ولتاژ .دهد ، ارائه ميسازي شده اند كه كمتر ناخالص از اتصاالت

همچنين بعنوان تابعي از شعاع منحني شكست ولتاژ .مي يابد سازي افزايش كه مقدار ناخالص همچنان

دهد افزايش مي انحنادار اليه تهي را درناحيه ميدان الكتريكي پيوند،انحناي .فضا است ناحيه اتصال بار

5

Page 6: Chapter9 Mos

سطح .افزايش مي دهد ، محاسبه شده بودتك بعدي ولتاژ شكست پايين را كه بوسيله تئوري اتصالو

.b. 3كه در شكل همان گونه اي و هم استوانه هم كروي شده داراي نواحي با انحناي منتشر مستطيلي

.نشان داده شده است مي باشد 9

مي شود، و ناحيه تهي سورس به متصل درين سراسري هنگامي اتفاق مي افتد كه ناحيه تهي پانچ

MOSFETهنگاني كه اين نواحي تهي بايد طوري انتخاب شود تا از ادغامتريتسابسناخالص سازي

بستريت به سا سورس از اتصاالت اگر طول كانال از بخشي از ناحيه تهي .كند خاموش است جلوگيري

بار براي ترانزيستوري كه بعنوان .سراسري اتفاق نخواهد افتاد پانچ، تجاوز كند سابستريت به درينو

و هم درين سابستريتسورس به مورد استفاده واقع شده است بايد هم اتصاالت ر مدار منطقيد افزاره

عرض . حمايت كنند ولتاژ برابر با ولتاژ منبع درين به اضافه ولتاژ منبع سابستريت را سابستريتبه

. تخمين زده شود پيوند پله اي يك طرفه براي عرض مي تواند با استفاده از فرمولي ناحيه تهي

( ) BbiAS qNVK /)2( 0 φε +=

0.56 ( / ) ln( / )bi B ikT q N n+

W

Φ =

6

Page 7: Chapter9 Mos

سازي شده برحسب تراكم ناخالصي براي بخشي از پيوند كه كمتر ناخالصpnولتاز شكست پيوندگاه تيز (a) 9,3شكل

اسر اي با نفوذ سرت هاي كروي و استوانه گيري ناحيه شكل(b).دهد اي و كروي را نشان مي براي دو ساختار استوانه

دريچه مستعطيلي

و ولتاژ اعمال شده كلV در اينجا Abiφتر از بزرگ طول كانال اگر .اتصال است تركيبي در پتانسيل

2w از اتصال ناحيه تهي عرض 9 .4 بيفتد شكل سراسري نبايد اتفاق پانچ ،باشدpn نوان تابعي را بع

به جزء براي ترانزيستورهايي با كانال سراسري پانچ .دهداعمال شده ارائه مي و ولتاژسازياز ناخالص

.سازي نيستناخالص سطوح براي اكثر فاكتور محدودي خيلي كوتاه

7

Page 8: Chapter9 Mos

با فضاي موازي تتخ متناظر با پيوند منتشر شده است كه بوسيله فرمول خازن در واحد سطح ظرفيت

.ارائه شده است W تخت

0 /j sC K W= ε

ناخالصي ياس صفر و غلظتبا .نيز بزرگتر است خازن ،باشد سازي بيشتر يا بزرگتر هرچه ناخالص

10 316 −cm2/ cmnf

SB

.دهد را نتيجه مي10 خازن پيوندي،

است اين تغيير Vيت ربه ولتاژ سورس به سابست وابسته آستانه نشان مي دهد كه ولتاژ 9. 2 معادله

كه سطح ناخالصي افزايش مي همچنانبدنه و يا اثر سابستريت حساسيت شود بعنوان شناخته مي

.بدتر مي شود اين، يابد

.اند دخيلسابستريت سازي توان فهميد كه چيزهاي زيادي در انتخاب ناخالص باال مي از بحث

سازي مطلوب است ناخالص.آستانه استوابسته به ولتاژ ورمستقيمبه ط سابستريت سازي ناخالص

8

Page 9: Chapter9 Mos

و به حداكثر رساندن ولتاژ سابستريتو حساسيت پيوندي خازن رساندن را براي به حداقل سابستريت

كمتر ميل به بيشتر شدن يي با ناخالصيها براي سطح موبيليتي همچنين .كاهش دهيم ،شكست

را افزايش ولتاژ سراسري پانچ سابستريتيا بيشتر ازي سنگينس به عبارت ديگر ناخالص.دارد

. دادخواهد

آستانه تنظيم 9. 1 .3در انتخاب فاكتورهاي درگير يوني به طور موسوم براي مجزا كردن طراحي ولتاژ آستانه از ديگر كاشت

براساس اندتو ميسابستريت سازي ناخالص .گيرد مورد استفاده قرار مي ،سابستريتسازي ناخالص

كه از اين و ولتاژ آستانه ،سابستريت حساسيت مالحظات و ،خازن ،پانج سراسري ،تركيباتي از شكست

انتخاب ،به فرآيند كردن گام سطحي كاشت يوني بوسيله اضافه مطلوب شده به مقادير بس تطبيق

. شود

9

Page 10: Chapter9 Mos

ولتاژ آستانه بدست آمده با استفاده از كاشت اي نمودار گاوسي ناخالصي براي تخمين تغيير تقريب مرحله9,5شكل

.است يون مورد استفاده واقع شده

مورد نزديك سطح ناخالصي تراكم مرحله اي را براي نمودار كاشت كه براي تنظيم تقريب 9 .5 شكل

،شوندمي آستانه سبب شيفت در ولتاژي اضافي ها اين ناخالصي .دهد گيرد نشان مي قرار مي استفاده

. شودميتقريبي اين گونه ارائه صورتكه به

0 0(1 / )( )(1 / 2 ), / 4T i i d i d d B sV C qQ x x x x x qN K ε− = Φ

iii Nx=d

FΔ =

زير گيت ي تهي عرض اليه ي بيان كنندهx كاشت را بيان مي كند و دز Q در اينجا

اسب با دز كاشت متن به طور تقريبي آستانه ولتاژشيفت ) كم عمق( ي سطحي ها براي كاشت .است

. ي دهنده منفي استها و براي ناخالص ي پذيرنده مثبتها آستانه براي ناخالص تغيير ولتاژ .است

10

Page 11: Chapter9 Mos

) حالت نقصانيNMOSترانزيستورهاي )oVt عمگرهاي براي در فرآيند طراحي به طور مرسوم >

به منظور مي بينيد 9. 6 همان گونه كه در شكل . مي شوندباال مورد استفاده واقع با كارآيي منطقي

nي ها ناخالص ،NMOSكاهش ولتاژ آستانه type− درون كانال اتصالي براي شكل دهي تركيب

هاي ترانزيستور حالت نقصاني شبيه البته مشخصه .شوند كاشته مي ، ترانزيستور سورس و درين ي ناحيه

تغيير در به مقداري است و فقطNMOS يافزايش ي ترانزيستور حالتها مشخصهبا نه كامال يكسان

. و تخمين است قابل محاسبه ) 9 .4( دارد كه آن هم با معادله نيازولتاژ آستانه

ميدان–ناحيه مالحظات9. 1. 4دو له كردنناحيه ميدان ناميده مي شود وبايد براي ايزو 9. 1 ناحيه بين دو ترانزيستور در شكل

باالي اليه فلزي .فاكتور بايد در نظر گرفته شود چندين .مجاور طراحي مي شود NMOS ترانزيستور

ي منتشر ها عمل كند با ناحيه NMOS پارازيتيكي تزانزيستور تواند بعنوان گيت مي ناحيه ميدان

اينكه اين مي كردنحت به منظور .آن عمل مي كنند و درين كه بعنوان سورس )3( و ) 2( ي شده

بايد بزرگتر از حد آستانه در اين ناحيه ولتاژبزرگي . قت روشن نمي شودهيچ و افزاره پارازيتكي

. در ناحيه گيت باشد نرمالش

ميدان و با در ناحيه اكسيد ضخامت ولتاژ آستانه مي تواند با افزايش ) 9 .2( به معادله كنيد مراجعه

.يدان بيشتر شودزير اكسيد م يافزايش ناخالص

11

Page 12: Chapter9 Mos

نمودار (b)مد نقصاني با استفاده از اليه سطحي كاشت يونNMOS تشكيل ترانزيستور(a) 9,6شكل

مد نقصانيMOSFETناخالصي ذاتي زير گيت

.ترانيستورها است گيت اكسيد تر از برابر ضخيم 10تا 3 نوعاً ميدان اكسيد

NMOSي ها ترانسيتور اليه برايزير . ميافتد اتفاقNMOS براي ترانيستورهايي نيزديگر مساله

حرارتي كه اكسيد اسيون ما ميدانيم .شود مي سازي ناخالص Boron با معموالًكه ،ميباشد p از نوع

ما مي بينيم كه ) 9 .2( و با توجه به معادله ،منتج مي شود سطح سيليكون ازBoron به فرسايش

ميداني اغلب مرحله القاء .كند را كمتر مي ميدان ناحيه تورها درترانيس آستانه ولتاژ Boronفرسايش

رشد در خالل Boron فرسايش نمودن آستانه و جبران ولتاژ افزايش در فرايندهاي مدرن بمنظور

.اكسيد ميدان اضافه مي شود

خالل در .دشو مي سازي بوسيله فسفرها ناخالص نوعاًسابستريت PMOSي ها زاره براي اف

.شود ميدر ناحيه ميدان ولتاژ آستانه افزايش سببكهيابند ميتجمع در سطح اسيون، فسفرهااكسيد

.كند مي ميدان كمكپارازيتيك هاي زاره افخاموش نگهداشتنفسفرها به تجمع به اين ترتيب

.فتدبخاطر پانچ سراسري اتفاق ني مجاورهزاربين دو اف پارازيتيك د كه هديتش مطمئنبايد همچنين

12

Page 13: Chapter9 Mos

سورس و درين انتشارهاي بدور از اندازه كافي هبايد ب هر يك از ترانيستورهاسورس و درين انتشار

فضاي .نمي كند تداخل با يكديگر آنهاناحيه تهيشويم كه مئنمط بطوريكه باشدهاترانسيتور ديگر

.شدبا ناحيه تهي عرض از ماكزيمم بزرگتر بايد دو برابر مجاور سازي بين دوترانيستور

MOS ترانسيستور layoutو طراحي قوانين 9 .2يا طراحي بنام قوانين قوانين ازاي يك مجموعه بوسيلهها دارات و ترانيستوربراي م layout طراحي

و مشخص، فضاها يها اندازه حداقل ،وري مشخص فنا اين قوانين.شودمحدود مي كردن قوانين زمين

يك حداقل حول ها فرايند. كنند ستند كه ترانسيتورها را تعريف ميهگوناگون هاي براي شكلها اورلپ

اعتمادي بطور قابل كه ميتواند يا فضائي خط است عرض كوچكترين كهاند شده طراحي ، ممكناندازه

.انتقال داده شوداز شدن توليدليتوگرافيبا استفاده از ساخت مدارات مجتمع براي ويفر به سطح

عدم (تغييري بايد ماكزيمم همچنينما ،كردنزمين اساسي جموعه از قوانينيك م بمنظور توليد

از نرمال موقعيتa 9,7 شكل ،را بشناسيم اتفاق بيافتد ماسك را كه ميتواند بين دوسطح )همترازي

. نشان ميدهد را كنتاكت روي دريچه تراز هم خط فلزي

13

Page 14: Chapter9 Mos

در )c( xبدترين حالت غير همتوازي در جهت (b)ي فلزيها و پوششت كنتاكنرمال همتوازي )a( 9,7 شكل

.جهت در هر دو )y ) d جهت

در .كند همپوشاني ميدر همه جهات» رانس هترازيلت« يكحداقل نتالت را بوسيلهكفلز دريچه

y وx در هر دو جهت ممكن است واقعي نخواهد بود و ساختار هم ترازي كامل ،آيند ساخت فر خالل

و y و x در جهات ئيها از طرح ترازي بدترين حالت غير هم b 9,7 شكل. داشته باشد م ترازيغير ه

خواهد نمود كه اين طراحي مجموعه مان فرض قوانين همزمان نشان ميدهد هر دو جهات بطور

.در هر دو جهت يكسان ميباشد غير هم ترازي رانسلت

1. 2 .9 layout ترانيستور Metal- gate

موقعيت ماسكاولين. پايه نشان ميدهد Metal- gateمراحل فرايند براي فرايند 9,8شكل

يك دريچه تعريف بمنظور دوين ماسك–ذيل انتشار .مي كند تعريف را درين و سورسيها انتشار

.شده استفاده نازك براي رشد اكسيد گيت

14

Page 15: Chapter9 Mos

Metal- gate مراحل ماسك .دهند فلز را نشان مي و طرحكتكنتا دهانه ماسك و چهارمين سومين

:باشد زير ميبشرح اليه كه. كند مي حذف سازي اليه ماسك نهايي را غيرفعال،

ماسك اولين درين سورس انتشار ماسك - 1

1 سطح با ترازمه اكسيد نازك ماسك - 2

1 سطج همتراز با كنتاك دريچه ماسك - 3

2 سطحهمتراز با فلزماسك - 4

بايد ترازي در قوانين زمين بحساب بيايدبراي تلرانس هم بطور صحيح اينكه بمنظور ترازيهم مرحله

. مشخص شود

، و سطح چهار به تراز شده اندهمسطح به اولينو سه دو ماسك سطوح Metal- gate در اين مثال

-Metal يها ترانيستوراز قوانين طراحي براي ابتدا به يك مجموعه ما .است همتراز شده 2سطح

gate قوانين توسعه داده شده بوسيله مفهوم مشابه باMeadو Conway اين قوانين. ميكنم نگاه

ي بوسيله وري توليد به ديگرا از يك فنيحاآسان يك طر اينكه اجازه دهد حركت بمنظور كردن زمين

به اين هدف قواني برحسب دستيابي بمنظور. طراحي شده بود ،λ پارامتر مفرد يك تغيير ساده سايز

ي تر كردن محكمقوانين زمين در اين فصل ما. بي پايه هستند كامالً ترازوي سطح به سطحهم تلرانس

.نمود خواهيم كشف را

حداقل اندازه طرح .ه شده استنشان داد 9 .9در شكل Metal- gateاز قوانين مجموعه يك

=Tاست . λ2=Fترازي هم تلرانس وλ

با ترانزيستورهايي كه . ميكرومتر باشد1 ميكرمتر يا 2 ، ميكرومتر5ميتواند مثال براي λپارامتر

Tهمترازي از ترانس همترازي مشخص شده ر غيراند، اگ كردن طراحي شده استفاده از قوانين زمين

. نخواهند كردعمل بطور صحيح ،تجاور نمايد

15

Page 16: Chapter9 Mos

ي فلز ها عرض ،در بعضي از فرايندها . استλ2 باي خط و فضاها برابرها عرض حداقل ،روي سطح فلز

.دمواجه ميشو از هر سطح يم عظتوپولوژي فلز با بيشترين خاطر اينكه سطح، بشوند ساخته مي بزرگتر

. ميباشدλ2 عرض خط حداقل انتشار روي سطح

با ي تهي خطوط مجاورها كه اليهشويم بمنظور اينكه مطمئن λ3 فضا بين انتشارها به حداقل

از يك رهاي درين سورسفضاي بين انتشا هر چند .داده ميشود افزايش يابند، تداخل نمي يكديگر

. شود λ2ممكن است ترانيستور

كه نمايش فرض شده است،λ1تلرانس همترازي بين دو سطح ماسك ،در اين مجموعه از قوانين

.ستبه سطح كه هم تراز شده ا مربوط ،نرمالش موقعيت دور ازبه انتقال از يك سطح ميدهد ماكزيمم

.اتفاق بيافتد y و x ميتواند در هر دو جهت λ1 يك انتقال

16

Page 17: Chapter9 Mos

سازي سابستريت براي اولين مرحله آماده metal-gate. (a)هاي عرضي در فرايند مراحل ماسك و برش9,8شكل

بدنبال آن (d)بدنبال رشد اكسيد گيت) c ( بدنبال سابستريت انتشار درين و سورس و رشد دوباره اكسيد(b)ماسك

بدنبال آن به نمايش درآمدن فلز(e)گذاري آلومينيوم ماسك دريچه كنتاكت و رسوب

اين يك روش نرمالي است تا . در هر بعد هستنندλ2كنتاكت هاي مربعي داراي حداقل اندازه طرح

بستگي به مرحله .انده شده استمطمئن شويم كه كنتاكت حتي در بدترين نوع همترازي از فلز پوش

طور مشابه دريچه به. حاشيه فلز براي مرحله همترازي الزم خواهد بودλ2 يا λ 1همترازي دارد،

.تر از كنتاكت احاطه شود كنار ناحيه انتشار يافته پايينλ2 يا λ 1كنتاكت بايد با

انتشار خواهد شد، بنابراين مان ناحيه نازك اكسيد همتراز باmetal-gate براي ترانزيستورهاي

.پوشاني باالي انتشارهاي سورس و درين در جهت طولي است همλ 1نيازمند

17

Page 18: Chapter9 Mos

درجهت ١مناطق سورس ودرين جريان نيز بايد اکسيد رقيق سابق را با حداقل ג

سطح فلزی بايد با . باشد١גتماس ها بايد درون آميزش ها با . عرضی گسترش دهد

صف قرار گيرد در صورتيکه تماس ها به سطح آميزش به سطح اکسيد رقيق در

از دريه های تماس ٢גبنابراين بدترين نمونه صفحه بندی نياز به حاشيه . رديف باشد

ג . مناطق اکسيد رقيق دارد گرداگرد١سرتاسر قلز به جز تنها حاشيه

ترانزيستور با NMOS طرح افقی و بخش عرضی افقی حداقل اندازه ٩٫١٠ شکل

ג ١٠يه فلزی بادر ٢/ دو آميزش با اندازه . در سطح ماسک را نشان می دهد=Z/Lג

١גاکسيد رقيق بايد آميزش ها را با . از هم فاصله داده می شوند٢גحداقل ترکيب

. در جهت عرضی نيمه نيمه بردارد١גدر جهت طولی نيمه نيمه بپوشاند و آنها را با

حد مجاز مسير گردآوری شده باعث . يمه بپوشاند نيمه ن١גفلز بايد اکسيد رقيق را با

٢גفضای بين رديف های فلزی بايد . است٦גحداقل عرض در فلزی می شود که

٨גفلز باالی حفره های تماس بايد به خاطر به کار رفتن توالی مسير با عرض .باشد

در ٢٦גترانزيستور حداقل برآيندی . باشد١גو حفره اتصال بايد درون لبه آميزش .

ג . در عرضی می باشد١٦جهت طولی و

از آميزش ١גدريه فلزی . قانون طراحی جديد درون صفحه بندی ارائه شده است

فاصله داده می شود تا مانع لبه رديف فلزی از افتادن روی باالی لبه آميزش به طور

.مستقيم در صفحه بندی اسمی شود

توجه , اول. ار می تواند ايجاد شودچندين مالحظات از طريق نگاه کردن به اين ساخت

در صورتيکه بخش شبکه فعال , است٤١٦ג� ٢کنيد که ترانزيستور در کل بخش

, بقيه بخش به منظور ايجاد اتصال هايی با مناطق مختلف. است٢٠ג� ٢دستگاه

. درون باز دارنده های حداقل اندازه ترکيب و قوانين حد مجاز مسير مورد نياز است

درين و سورساسی اکسيد رقيق و غليظ که در آن فلز دريه مناطق بخش اس, دوم

.جريان ترانزيستور را نيمه نيمه می پوشاند است

18

Page 19: Chapter9 Mos

در اين . جريان را افزايش می دهددرين و دريه برای سورساين ظرفيت دريه برای

صفحه بندی ترانزيستور دريه فلزی شبکه با لبه های انشعاب در جهت طولی و با

.يد رقيق در جهت عرضی تعريف می شودمنطقه اکس

درين و سورسهمچنين بايد توجه شود که چندين دريه تماس کوچک در مناطق

عمل معمولی اين است که همه دريه های تماس را در سرتاسر . جريان وجود دارد

روزنه های تماس با اندازه مساوی , از ديدگاه پردازش.صفحه تماس يک اندازه کنيم

.ت زدايش در يک زمان همه مايل خواهند بود که باز شوندل عملياودر ط

صفحه بندی ترانزيستور با دريه پلی سيليکون٩٫٢٫٢

های ساختگی با به کار گرفتن فن آوری دريه پلی سيليکون تعدادی مزيت ترانزيستور

از ما بعضی.های مهم بر آنهايی که با عمليات با دريه فلزی ساخته می شوند دارند

ها را با نگاه انداختن به صفحه بندی و ساختار ترانزيستور با دريه پلی اين مزيت

.سيليکون آشکار خواهيم کرد

دوباره بدون غير ( ١توالی ماسک برای عمليات اصلی دريه پلی سيليکون از فصل

:مانند زير است) فعال سازی اليه

اولين ماسک) اکسيد رقيق(ماسک منطقه فعال .١

١پلی سيليکون در رديف با سطح ماسک .٢

٢ماسک دريه تماس در رديف با سطح .٣

٣ماسک فلزی در رديف با سطح .۴

19

Page 20: Chapter9 Mos

با ٥٫١ از Z/L حداقل اندازه ترانزيستور با دريه فلزی با نسبت ٩٫١٠شکل

. منطقه دريه فعال کمتر از بخش کلی دستگاه است٩٫٩بکارگيری قوانين شکل

خطوط و فضاهای . تعدادی قوانين طراحی جديد بايد برای اين عمليات ارائه شود

دريه پلی سيليکون بايد . خواهد بود٢גپلی سيليکون هر دو حداقل اندازه ترکيب

توالی رديف باال . يمه نيمه بپوشاندمنطقه اکسيد رقيق را با حد مجاز يک رديف ن

به هر حال . مرزهای فلزی اطراف تماس ها دارد١ג پلی سيليکون و ١גنياز به

مرز از اکسيد رقيق بواسطه حد مجاز انباشت داشته ٢גحفره های تماس بايد

.باشد

20

Page 21: Chapter9 Mos

با به =٥٫١Z/L صفحه بندی دستگاه با دريه پلی سيليکون را با ٩٫١١شکل

منطقه فعال . است١٦٨גبخش کلی . قوانين طراحی نشان می دهدکارگيری اين

برای دستگاه با دريه ٥% از کل بخش را در مقايسه با کمتر از ١٢%اکنون

دريه پلی سيليکون عنوان مواد سدی در طول جايگزينی . فلزی نشان ميدهد

جريان عمل می کند و منتج به خود تنظيم لبه دريه ) کشش/ مخزن(درين / سورس

خود تنظيم دريه برای شبکه . درين جريان می شود/ رای لبه مناطق سورسب

اندازه ترانزيستوررا کاهش می دهد و مناطق روی هم افتادگی بين مناطق دريه و

اندازه ترانزيستور کاهش می , به عالوه. درين جريان را از بين می برد/ سورس

دريه نزديکتر قرار گرفته درين جريان می تواند به/ يابد زيرا فلز پوشانی سورس

شبکه با دريه پلی سيليکون در جهت , در صفحه بندی دريه پلی سيليکون.شود

.طولی و با اکسيد رقيق در جهت عرضی تعريف می شود

مزيت جانبی بسيار مهم ناشی شده از اين عمليات سومين سطح تماس متقابل

, است روی آميزشسيمکشی مدار ممکن. فراهم شده از طريق پلی سيليکون است

.فلز و سطوح پلی سيليکون در فن آوری دريه پلی سيليکون انجام شود

. قانون طراحی مرتبط با لبه ها از نو درون اين صفحه بندی ارائه شده است

از دريه پلی سيليکون قرار می گيرد تا مانع لبه رديف فلزی از ١גخطوط فلزی

.کون در صفحه بندی اسمی شودافتادن مستقيم روی نوک لبه رديف پلی سيلي

21

Page 22: Chapter9 Mos

صفحه بندی حداقل اندازه ترانزيستور با دريه پلی سيليکون ٩٫١١شکل

از بخش ترانزيستور را اشغال می کند ١٢% منطقه دريه فعال =Z/L ٥٫١برای

.و ظرفيت زائد دريه کاهش می يابد

قوانين زيان آورتر طراحی٩٫٢٫٣

ندازه حداقل ترکيب و حد مجاز رديف قوانين طراحی تاکنون بحث شده روی ا

F و. متمرکزشده اند T به طور اساسی از طريق انواع ليتوگرافی در حال

گسترش خط عرضی و کاهش سرتاسر عمليات نيز , به هر حال. اعمال بوده اند

22

Page 23: Chapter9 Mos

بدترين نمونه ناميزانی تنها درصد . نوسان رديف عملياتی آماری است, به عالوه

از ٢% ناميزان تنها σ٣,برای توزيع گاشن. (خيلی کمی از زمان رخ می دهد

مجموعه قوانين بر اساس بدترين نمونه حد مجاز رديف بسيار ) مان رخ می دهدز

منتح به حد . غلط تنظيم می شودגبا فرض اينکه تماس ها با , مثال. بدبينانه است

اين وضعيت به احتمال زياد هرگز , به هر حال. می گردد٢גمجاز انباشت شده

.نمی خواست رخ دهد

و قانون طراحی در عمليات دريه پلی سيليکون را در بگذاريد تاثير محکم کردن د

. نظر بگيريم

تماس سفت کردن دو قوانين طراحی در فرايند گيت پلی سيليکون را فرض , اول

اجازه ١גبه دريه تماس برای روان شدن به سوی ميدان اکسيد با , دوم.می کنيم

رديف با دريه پلی صفحه بندی ناشی شده با به کار بردن توالی . داده خواهد شد

٢ برای٢٥%بخش کلی اين دستگاه . نشان داده می شود٩٫١٢سيليکون در شکل

از بخش کل ١٧%و اکنون منطقه شبکه فعال , کاهش يافته است١٢٠ג�

می بينيم که چطور تغييرات قوانين اتصال به زمين . ترانزيستور را ارائه می کند

.داشته باشندمی توانند تاثيری اساسی روی بخش دستگاه

باياس های عرضی و طولی شبکه٩٫٢٫٤

طراحی را _ مثال ديگری از تعامل متقابل عمليات با تعاريف قانون٩٫١٣شکل

.ارائه می کند

درين جريان / سرسودر اينجا عمليات دريه فلزی را که در آن عمق انشعاب

رض می است وبا آميزش افقی و آميزش عمودی برابری می کند را فبرابر با ג

23

Page 24: Chapter9 Mos

درون مرز آميزش در ١ג

.ساختار نهايی خواهند بود

قی نياز به طول شبکه در سطح ماسک دارد تا برای بدست آميزش اف, به هر حال

.آوردن طول يکسان شبکه الکتريکی در طرح دو برابر شود

آن صفحه بندی زيان آورتر از ترانزيستور با دريه پلی سيليکون که در٩٫١٢شکل

. از کل بخش دستگاه است١٧%بخش دريه فعال اکنون . دو قانون راحت شده اند

که , است Lmشبکه طول واقعی L=Lm-ΔL طول شبکه مانند نخ کشيده روی

. کاهش طولی شبکه است که در طول عمليات رخ می دهدΔL ماسک است و

برای دستگاه هايی با طول های . اين بخش مهمی است که عمليات بايد کنترل شود

24

Page 25: Chapter9 Mos

ΔLنيز ممکن است شديد باشد که دستگاه ها غير قابل استفاده شوند .

ג٤=١/١, ٩٫١٣برای صفحه بندی با دريه فلزی شکل ٤/ در =Zm/Lmג

ג ٤ . در ترانزيستور ساخته است=١/٢سطح ماسک و ٢/ =Z/Lג

توسعه فن آوری خود تنظيمی با دريه پلی سيليکون با مناطق درون کاشت يون

عمليات دريه پلی سيليکون بيشتر . درين جريان پيشرفت بزرگی بود/ سورس

شده شبکه توسط آميزش افقی و ظرفيت روی هم انباشتگی ناشی از کاهش ايجاد

.را از بين می برد, اما نه همه, حد مجاز رديف در عمليات دريه فلزی هردو

طراحی . (( فرد می تواند مخزن ديگری از باياس شبکه را ببيند٩٫١١در شکل

ه از طريق اندازه منطقه فعال را به پايين کاهش می دهد ک)) شبيه منقار پرنده

ماسک فعال تعريف شد و باياس عمليات را در عرض شبکه ترانزيستور با دريه

Zmکه , استپلی سيليکون ارائه می کند Z=Zm-ΔZ عرض در سطح

ΔZ . کاهش شبکه در طول عمليات استماسک و

25

Page 26: Chapter9 Mos

دريه فلزی ايجاد شده از طريق NMOS در دستگاه باياس طول شبکه٩٫١٣ شکل

در سطح ماسک دارد اما =١/١Z/Lترانزيستور ,ير لبه دريه آميزشآميزش افقی ز

صفحه . واقعی بعد از اينکه دستگاه ساختگی می شود خاتمه می يابد=٢/١Z/Lبا

بندی موقعيت تماس بر اساس دانشی از آميزش افقی که در طول عمليات رخ می دهد

.می باشد

حی برای محصول با حجم در مجموعه ای از قوانين ايجاد شده بسيار سخت طرا

همه ابعاد بحرانی ميزان می شوند تا برای عمليات و توالی رديف ها ,Cs١زياد

.به حساب آيند

اين اغلب منتج به صفحه بندی می شود که بايد با مجموعه ای از قوانين طراحی

چنين مجموعه قوانين طراحی بسيار خاص فن آوری . مطابق باشد١٠٠ به ٥٠

قوانين شيوه . اند از يک توليد ليتوگرافی به ديگری انتقال داده شوداست و نمی تو

بدبينانه است و �ميداند کانوی به مصالحه ای بين مجموعه قوانينی که تماما

دست می يابد و شيوه ايست که , تعداد زيادی از بخش سيليکون را به هدر می دهد

قوانين طراحی . نداما همه بخش اضافی را پرس می ک. بی نهايت پيچيده است

و به بخش , کم حجم که در زمان طراحی ICsشيوه می داند کانوی برای

.عمده مهمی است, سيليکون مورد استفاده قرار می گيرد

فلزی _نيمه رسانای اکسيد) اکسيد مکمل_نيمه رسانای فلزی( فن آوری٩٫٣

CMOS )(مکمل و P به آميزش گودال ١٫٥اکسيد مکمل از شکل _عمليات اساسی نيمه رسانای فلزی

PMOSو تشکيل هر دو ترانزيستور NMOS مقاومت مخصوص . نياز دارد

دلخواه را بدهد و PMOS الکتريکی زير ساخت انتخاب می شود تا مشخصات

به طور مجزا ارائه PMOS طبقه اضافی کاشت ممکن است برای تطبيق آستانه

عداد زيادی ميکرون ها تا برای زير ساخت ممکن است از تانشعاب گودال. گردد P

26

Page 27: Chapter9 Mos

P بايد در

باالی غلظت زير ساخت به اندازه کافی زياد باشد تا کنترل مناسب عمليلت را بدون

غلظت . فراهم کند NMOSهای تحرک و ولتاژ آستانه ترانزيستورکاهش شديد

ج بين سه و ده بار غلظت ناخالص زير ساخت دامنه راي به طور Nسطح گودال

ارائه می NMOSه طبقه کاشت اضافی اغلب برای ميزان کردن ولتاژ آستان. دارد

.شود

اکسيد مکمل که در آن -دستگاه های زائد دو قطبی در عمليات نيمه رسانای فلزی

(افقی چهار اليه ترانزيستورهای ز ا pnpnو SCR npn npn ( تشکيل پديد آمدند

روشن SCRاگر اين . نشان داده شده است٩٫١٤همانطور که در شکل , می شوند

دستگاه ممکن است خودش را از طريق شرايطی با نام چفت کردن از بين , شوند

Pدرين جريان و لبه گودال / و فضاهای بين مناطق سورسعمق گودال . ببرد P

ستورهای دو قطبی و اندازه مقاومت جريان ترانزيديادبايد با دقت انتخاب شود تا از

(. را به حداقل برساندکننده اتصال فرعی A CMOS و Rw Rs( عمليات نيمه

اکسيد مکمل تعدادی قوانين اضافی اتصال به زمين خواهد داشت که -رسانای فلزی

PMOS ودر عمليات NMOS مباحث جزئی تر طراحی . موجود نيستند

. داده خواهد شد١٠ترانزيستورهای دو قطبی در فصل

حلقه "آميزش های , به منظور کم کردن مقاومت دو مقاومت کننده اتصال فرعی

حلقه محافظ می ٩٫١٤مانند شکل , گاهی اوقات به عمليات افزوده می شوند" محافظ

و درين جريان ترانزيستورهای / توانند با استفاده ار آميزش های سورس PMOS

CMOS(.ی مجزای آميزش افزوده گردندتشکيل يا به عنوان طبقه ها NMOS(

اين فن آوری را به کار برده N اکسيد مکمل نسخه گودالی از-نيمه رسانای فلزی

ساختگی دستگاه را در زير ساخت اصلی می NMOSکه اجازه بهينه سازی, است

.دهد

27

Page 28: Chapter9 Mos

اکسيد مکمل در حال نشان - برش عرضی ساختار نيمه رسانای فلزی٩٫١٤شکل

SCR وجود دادن pnpn قه های محافظ برای کم کردن زايد افقی و استفاده از حل

Rwو .مقدار Rs

بهيمه سازی مجزای هر دو دستگاه ٩٫١٥مانند شکل , عمليات های گودال دوتايی

يا های اليه رونشستی کمی آالييده نوع . را اجازه می دهد Nو PMOS NMOS

مناطق کم آالييده نوع . (ی شودزياد م يا P روی زير ساخت زياد آالييده نوع N P

P و Nاغلب به مانند مناطق πو ν آميزش ها و درون .) به ترتيب اشاره می کنند

NMOSکاشت های مجزا برای تشکيل گودال ها برای هردو ترانزيستورهای

ور مقاومت مخصوص الکتريکی کم زير ساخت به ط. استفاده می شوندPMOSو

Rs .اکاهش و مقاومت چفت کردن را افزايش می دهد راساسی مقاومت زير ساخت

28

Page 29: Chapter9 Mos

از زير ساخت نوع )CMOS( اکسيد مکمل- نيمه رسانای فلزیعمليات :٩٫٢ال مث

تقال قدرت برای ان/ نمودار کاشت. استفاده می کند١٥�/10�٣cmان با آاليش

�cm و عمق انشعاب ٤*١٥�10/تشکيل دادن گودال ٣ با غلظت سطح شبکه P

( چيست؟ ١١٥٠ زمان انتقال قدرت در ) μهد شد استفاده خوا٧٫٥ .)b c a m( برای

ه ولتاژ آستانه ترانزيستورهای شبک ). (شته شده در سيليکون حل کنيددزهای کا c

Nو چيستند اگر غلظت اکسيد باشد؟ ٥٠nm P

انشعاب و غلظت کم سطح نشان می دهد که گودال برش mμ٧٫٥ عمق :راه حل

غلظت . آميزش دارد/ طبقه يا عمليات درون کاشتعمودی گاشن ناشی از آميزش دو

ياز است تا غلظت شبکه ای از ن ٥)*١٥�)/10�٣cmنهايی سطح

با حل برای حاصلضرب . وجود آورد در سطح را به ٤*١٥�10/٣ cm�Dt ,

.حاصل زير بدست می آيد

Dt=xj^2 ln (No-Nb)=8.74*10^-8 cm^2

٢٧٫٥ که , می باشد ٨٫٨٧*١٠^-١٣ / ٢ =tدر ١١٥٠ h D= cm^ sec c را می

=٢٫٦٢Q= No√πDt*١٠^٢/١٢در سيليکون از طريق . دهد cm^ داده می

٣با غلظت آاليش دستگاه های شبکه . شود ^cmير ساخت نوع در ز N P/١٠^١٥

آميزش عميق . خواهد بود-٥٫٩٥ vولتاژ آستانه, ٩٫٢از شکل . ی شوندساکن م

٩٫٢شکل . پايدار خواهد بود٤*١٠^١٥/^٣cmرگودال تقريبا نزديک سطح با مقدا

vاز آستانه شبکه Nکاشت تعديل آغازين در اين عمليات . را حاصل می کند٠٫٢

N .را افزايش دهد نياز خواهد بود تا ولتاژ آغازين کانال

MOS ساختارهای ديگر ٩٫٤تکنيک های زدايش شيميايی ممکن است برای حک کردن سيليکون از لحاظ نمودار

کل سطوح کريستال لو ا, آب, KOH راه حل. ريستالی مورد استفاده قرار گيردک

اين . می زدايد٤٠:٣٠:١را در ميزان نسبی �١١١�, �١١٠� , �١٠٠�

سيليکون ماسک شود و طريق دی اکسيد سيليکون يا نيترور زذايش ممکن است از

29

Page 30: Chapter9 Mos

Vيکون شکل در سيل

.به کار رود ) ٩٫١٦شکل ( �١٠٠�

فن آوری نيمه رسانای اکسيد فلزی عمودی استفاده از شيارها برای کم کردن طول

عمليات اصلی نيمه . ترانزيستور ماوس ايجاد می کند Z/Lشبکه و زياد کردن نسبت

شبکه همراه با . نشان داده می شود٩٫١٧رسانای اکسيد فلزی عمودی در شکل

و طول شبکه از طريق غلظت اليه رونشستی و , شيار تشکيل می شودچهار طرف

, در زمانيکه نيمه رسانای اکسيد فلزی عمودی اختراع شد. آميزش ها تعيين می شود

طول های شبکه انجام شدنی با اين فن آوری بسيار کوچکتر از آنهايی بودند که می

غلظت اليه رونشستی با ابعاد زيرا , توانستند با فن آوری صفحه ای عادی بدست آيند

امروزه پيشرفت کرده MOS ترانزيستورهای نيروی . بود ليتوگرافيک محدود نشده

اند و کاربرد ايده ساختار اصلی نيمه رسانای اکسيد فلزی عمودی را گسترش داده

.اند

30

Page 31: Chapter9 Mos

در )CMOS( اکسيد مکمل- ساختار گودال دوتايی نيمه رسانای فلزی٩٫١٥شکل

(, (ل عمليات چندين مراح در کاشت گودال ) c(, درون کاشت يون ) n b a( کاشت

کاشت انتخابی ) درين جريان غير انتخابی/ سورس ,)n+ d P- با استفاده از

e .ساختار نهايی) (, مقاوم -ماسک نور

31

Page 32: Chapter9 Mos

با استفاده از زدايش �١٠٠� تشکيل شيار در سطح سيليکون ٩٫١٦شکل

(, سطح برش) (ناهمسانگرد سيليکون c(, االنمای ب) b a( استفاده از شيار در

.تشکيل ترانزيستور نيمه رسانای اکسيد فلزی عمودی

خالصه٩٫٥

32

Page 33: Chapter9 Mos

و صفحه MOSدر اين فصل تعامل متقابل طراحی عمليات با مشخصات دستگاه

امل ارتباطات بين پارامترهای عمليات و ولتاژ شکست ش, بندی ترانزيستور

. ولتاژ آغازين وظرفيت انشعاب را جستجو کرده ايم, نندهولتاژ مسدود ک, الکتريکی

حساسيت زير , مقدار کمی از آاليش زير ساخت مطلوب است تا ظرفيت انشعاب

ساخت و ولتاژ شکست الکتريکی انشعاب را به حداقل برسانيم در صورتيکه آاليش

از درون استفاده. زير ساخت زياد است تا ولتاژ مسدود کننده را به حداقل برسانيم

آستانه ترانزيستور را کاشت يون به طراح اجازه می دهد تا به طور جداگانه ولتاژ

.سازگار کند

ما ايده اصلی در رابطه با حداقل اندازه ترکيب و حد مجاز رديف را بوجود آورده ايم

. و مجموعه ساده ای از قوانين طراحی صفحه بندی را مورد بحث قرار داده ايم

. اندازه ترانزيستورها ثابت شده استيان قوانين طراحی صفحه بندی وقوی مارتباط

بخش بسيار کوچکتر نشان داده شده است تا منتج بهفن آوری دريه پلی سيليکون

و به حداقل Z/Lدستگاه از فن آوری دريه فلزی برای دادن ترانزيستور نسبت

ا دريه پلی سيليکون به به عالوه عمليات ب. رسانيدن ظرفيت زائد دريه دستگاه شود

.طور اساسی باياس طولی شبکه را با آميزش افقی کاهش می دهد

يا P ترکيب درون کاشت يون و آميزش معموال برای تشکيل گودال N مورد نياز

نيمه رسانای . اکسيد مکمل استفاده می شود-برای فن آوری نيمه رسانای فلزی

اغلب عمليات گودال دوتايی را به کار اکسيد مکمل مدار مجتمع بسيار بزرگ -فلزی

P و .را می دهدمی برد که اجازه بهينه سازی مجزای هردو دستگاه های شبکه N

33

Page 34: Chapter9 Mos

توالی ساختگی برای تشکيل ترانزيستورهای نيمه رسانای اکسيد فلزی ٩٫١٧شکل

(, شد همبافهر) . عمودی برای استفاده در مدارها c(, آميزش اليه مدفون b (a) (

فلز )e d(, زدودن ناهمسانگرد و افزايش اکسيد )(,درين جريان / آميزش سورس

. پوشانی و تعريف الگو

34