Прибор с интегральной схемой

(61) Дополнительный к патенту явлено 18.04,75 (21) 2129165/18 51) М Н 01 1. 29/7 1 О 1 1. 27/12 риоритет 19.04.74 осударственнын ноинте С С С.Р 249 5.08.79. Бю вания опис оо делам нзобретен н открытнй(53) У 21382 (088.8 Дата опублик 72) Автор иэобретеии Иностранецерри Джордж Атанас) ПРИБОР С ИНТЕГРАЛ СХЕМО астков сл проводимостью тоние 13 Наиболее близким техническим решением к изобретению является интегральная схема, со. держащая подложку, множество островковых элементов из монокристаллического кремния одного типа проводимости 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, изолирующий слой на поверхности элемента, примыкающий к области канала, электрод затвора на этом изолирующем слое, причем об. пасть канала имеет участок, примыкающий к укаэанной поверхности и имеющий толщину меньшую, чем толщина укаэанного элемента и участок, примыкающий к первому участку 21Однако известные устройстгого регулирования толщиныи степени легирования для но тв ва требовали строполупроводникалучения устройс Изобретение относится к полупроводниковым устройствам на интегральных схемах, выполненных на тонких слоеобразных элементах или островках, из полупроводникового материала на изолирующих подложках.Быстродействующие малошумящие устройства на интегральных схемах выполняются в ост. ровках кремния, образованных эпитаксиально на изолирующих подложках, таких, как сапфировые. В этих схемах обычно используются дополняющие полевые транзисторы с изолиро. ванными затворами с каналами р-типа и н.типа, образованные в отдельных островках на подложке, Когда эти транзисторы работают в режиме обогащения, как в большинстве циф. ровых схем, для транзисторов с каналами р-типа и для транзисторов с каналами й-типа требуются отдельные островки, которые перво. начально имели соответвенно проводимость и-типа (электронная проводимоть) и проводимость р-типа (дырочная пповодимость). Одним из известных путей получения такой структуры является выращивание первого слоя кремния с проводимостью одного типа, вытравлива. ставлением островков сже типа, затем выраптива5 10 15 с достаточно высокой эффективностью приприемлемой себестоимости,Цель изобретения - упрощение структурыи обеспечение ее технологичности.Цель достигается тем, что плотность носителей зарядов на указанном первом участке области канала превышает плотность носителейзарядов на указанном втором участке областиканала не менее чем в 10 раз,На чертеже показано предлагаемое устройст.во в поперечном сечении.Полупроводниковые устройства, в которыхдополняющие полевые транзисторы с изолированными затворами с каналами п.типа и р-типа выполнены в полулроводниковых островках с проводимостью того же типа, Они являются устройствами, в которых один из тран.зисторов работает в режием обогащения, адругой в так называемом режиме глубокогообеднения,Устройство включает подложку из монокрис..таллического изолирующего материала, которымможет быть любой соответствующий требованиям материал, предпочтительно монокристаллический сапфир,На подложке, которая имеет поверхность 1,размещены два транзистора 2 и 3. Транзистор2 является транзистороЪ, работаннцим в режи.ме обогащения, Оц выполнен в виде слоя изполупроводника 4, в котором размещаютсярасположенные на расстоянии две области 5 и6 р+ типа, простирающиеся ца всю толщинуполупроводника и определенный между нимиканал 7 носителя тока. Канал 7 состоит издвух частей 8 и 9, Часть 9 обладает относительнонизкой, почти собственной проводимостью; а часть8 обладает относительно высокой проводимостьюп-типа.Полупроводник покрывается изоляционнымслоем 1 О. Электрод 11 истока проходит черезотверстие 12 в изоляционном слое до соприкосновения с областью 5 истока транзистора2, Электрод 13 стока проходит через отверстие14 до соприкосновения с областью 6 стока трап.зистора 2. Электрод 15 затвора размещается наизоляционном слое цад областью канала 7, Об.пасть канала с двумя проводимостями не обеспечивает преимущества транзистору с каналомр типа в этом варианте конструкции.Транзистор и типа 3 является устройством,работающим в режиме глубокого обеднения,Транзистор 3 выполнен в виде слоя из полу.проводника 16, который содержит размещенные на расстоянии высоколегированные облас.ти 17 и 18, простирающиеся по толщине полу.проводника 16 и образующие между собой канал 19 носителя тока. Последний делится надве части 20 и 21, которые имеют ту же самуютолщину и профиль распределения примесей,20 25 30 35 40 45 50 55 как и части 8 и 9, Проводимость в части 20 мецыпе проводимости областей 17 и 18. Могут быть другие части в канале 19, но в этом при. мере показаны только две, причем часть 21 простирается к подложке, Изопяциош 1 ый слой располагается над полупроводником, Электрод 22 истока проходит через отверстие 23 в изопящоцном слое до соприкосновения с областью 18 транзистора 3. Электрод 13 стока может также проходить через отверстие 24 в изоляционном слое до соприкосновения с областью 7транзистора 3. Электрод 25 затвора, которыйможет быть изготовлен из поликристаллического кремния р+.типа, располагается ца изоля.ционцом слое над каналом 19 носителей тока.Верхние части 8 и 20 каналов 7 и 19 со.ответственно являются относительно высокопегированцыь 4 и, в то время как нижние части9 и 21 - спабопегировацные. В устройствеверхние части 8 и 20 областей кацапов 7 и 19могут иметь концецтрашпо введенных приметсей примерно вх 10 атомов/см или да.же больше, обычно примерно до 1 х 10атомов/см";Нижние части 9 и 21 каналов 7 и 19 содержат при.меси проводимости примерно около О з атомов/см. Толщина верхних частей должна бытьотрегулирована до величины примерно междуЗОООА Как будет ясно иэ носпедуюшего, общая толщина слоя полупроводников 4 и 16в устройстве не является критической и можетсоставлять около 4000 А и 12000 А. В некоторых случаях нижпис части каналов могут бытьдовольно тонкими,Как указано, концентрация легирующей примеси проводимости в нижних частях 9 и 21 ка.цапов 7 и 19 составляет величину порядка10 атомов/см. Напряжение затвора, требуе.мое дпя обеднения такого материала, незла.читепьцо по сравнению с напряжением, цеоб.ходимым для обеднения области эквивалент.ной толщины, содержащей примеси на уровне2 х 10 атомов/см, Напряжение обедненияприблизительно составляет на два порядкаменьшую величину, Следовательно подложку 1при расчете напряжений можно не приииматьво внимание. Выражение для порогового на.пряжения транзистора 3 имеет вид:Ч: У --1 ОВох 1 Ч. Й )Тц ОЯС Е103 1 о 3 Ч Еох 4,Это выражение не зависит от обшей толщины полупроводника. В описываемой, структурепороговое напряжение зависит только от толщины н концентрации верхней части 20 гран.эисторов 3, и эти факторы можно точно ре.гулировать, используя процесс ионного внедрения для установки части 20,Прибор изготовляется с несугдей пластинкойили подложкой из такого материала, как сап/5 испо ипцал 1 П 1 П "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 фир, которьй благоприятствует эпитаксиаль.ному выращиванию кремция. Поверхность 1подложки ориентируется в основном парал.лельцо (11.02) кристаллографическим плос.костям в сапфире, а на ней выоашивается слойкремния в основном с собственной проводимостью п.типа. Эта поверхность ориентации сапфира вызовет вырашивацие кремния внаправлении оси (100), так что верхняя поверхность 111 слоя 110 будет параллельной/100/ кристаллографическим плоскостям. Режимво время выращивания должен регулироватьсятаким образом, чтобы кремний легировалсядо уровня порядка 10 атомов/ем. Эта операция эпитаксиального вырашивания обшеизвестна и может быть выполнена термическимразложением кремневодорода (51 Н) . Можетбыть добавлено небольшое количество фосфи.на (РНз) к среде выращивания, чтобы обеспечить кремнию проводимость п.типа.Затем ца поверхности слоя кремния формируют тонкий слой двуокиси кремния, 11 апримерслой двуокиси кремния может быть образованнагревом подложки и слоя кремния ца нейпримерно до 875 Г в течечие 15 миц в окисли.тельной среде. содержащей пар и небольшоеколичество газообразного ВС 1. В результатеобразуется спой чистой двуокиси кремния толшиной около 250 А,Пластина помещается в обычную аппаратуруионного внедрения, и зона создается из болеепроводящего материала (образуется в слоекремния, ца верхней его стороне).Ионы разгоняются в направлении пластины,энергия внедрения может изменяться в широких пределах, и выбор энергии зависит отистинного профиля распределения примесей,Подходяшими энергиями для использованиямогут быть энер 1 ии от 50 до 200 КэЧ, В одном.примере прибора, построенного в соответствии с описываемым способом, была использоваца энергия внедрения в 150 КеЧДругим параметром, цеобходимым для описания внедрения, является мошцость дозы излучения. Эга могцность также может изменяться и Лоза может составлять что-то междуГ,д 7Я б1 х 10атомов/см и 5 х 10атомов/см,Б конкретном примере, упомяцугом в прел.шествующем абзаце, где энергия внедрениясоставляла 150 КеЧ, мошцость дозы, обеспечивающая хорошие результаты в отношенииполучения требуемой концентрации примесейв уровне 2 х 10атомов/см без сушествеццых. повреждений кремния, составляла1,4 х 10 атомов/см . Подобная мощность 0 дозы была использована в 70 КеЧ внедрении.После того, как в слое кремния созданазона, могут быть применены обычные опера.ции для образования транзисторов 2 и 3 закон.чецного устройства. Формула изобретения1, Прибор с интегральной схемой, содержащий изоляционную подложку. множество тонких островковых элементов из монокристалО лического полупроводникового материала цаизоляциоццой подложке одного тица проводи.мости и с поверхцостью, параллельной поверх.ности подложки, причем, по крайней мере,один из элементов выполнен в виде палево.го транзистора с изолированным затвором,имеющего области истока и стока, изолирую.ший слой на поверхности элемента, примыкаюший к области канала, электрол затвора науказанном изолирующем слое над указаннойобластью канача, причем указанная областьканала выполнена с первым участком, примы.каюшим к указанной поверхности и именпцимтолщину меньшую, чем толщина указаногоэлемента, и вторым участком, примыкающимЗ 5 к первому участку, о т л и ч а ю гц н йс я тем, что, с целью упрошения структурыи обеспечения ее технологичности, плотностьносителей зарядов на указанном первом участке области кацапа превьпиает плотцосгь носите.лей зарядов ца указанном втором участке области кацапа не менее чем в 10 раэ,Источники информации, принятые во вцима.цие при экспертизе1. Патент Великобритании М" 1144850,кл, Н 1 К, 02.10.67.2. Патент США Н 3885993, кл. 148 - 15, 1973.М ГЗя