Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/Mostek/D19790927Elc039.shtml

Принципы построения новых плотноупакованных ЗУПВ

В 1976г. фирма Mostek впервые применила свою новую технологию Poly R, изготовив с ее помощью статическое ЗУПВ 4104 емкость 4К*1 бит. Это ЗУ отличалось от обычных статических ЗУПВ тем, что в его запоминающих элементах вместо обедненных нагрузочных МОП-транзисторов были применены ионно-легированные поликремниевые резисторы (а). Такая конструкция обеспечивала не только уменьшение площади кристалла, но и значительное снижение рассеиваемой мощности. Благодаря тому что эти поликремниевые резисторы были фактически расположены над четырьмя транзисторами элемента, площадь запоминающего элемента ЗУПВ 4104 была уменьшена до 1770 мкм2. Это примерно вдвое меньше площади обычных запоминающих элементов.

Снижение мощности достигнуто благодаря высокому сопротивлению поликремниевых нагрузок, типовое значение которого составляет 5000 МОм и весьма точно задается с помощью ионной имплантации. Применение таких нагрузок уменьшает ток питания запоминающего элемента до менее 1 нА/бит. Другая особенность изготавливаемых по технологии Poly R нагрузок заключается в том, что они имеют положительный температурный коэффициент сопротивления, что автоматически компенсирует влияние роста токов утечки, обычного при повышении температуры. Более того, эти поликремниевые нагрузки позволяют сохранить информацию в запоминающих элементах даже при сильно пониженных питающих напряжениях.

Как в приборе 4118, так и в приборе 4801 применены поликремниевые нагрузки, однако с одним существенным отличием от ЗУ 4104. Вместо подключения нагрузочных резисторов к положительному полюсу источника питания VCC» как это сделано в ЗУ 4104, в этих 8-кбит статических ЗУПВ оба резистора элемента подключены к одной из двух шин данных (б) — в зависимости от того, в какой половине кристалла находится элемент. Таким образом, питание в запоминающие элементы через поликремниевые нагрузочные резисторы подается через посредство столбцовых шин. Главное преимущество такого схемного решения состоит в том, что в запоминающем элементе больше не требуются контакт для шины питания VCC и сама металлическая шина питания. Благодаря этому площадь элемента, составлявшая в ЗУ 4104 1770 мкм2 в ЗУ 4118 уменьшена до 1300 мкм2. Однако подключение нагрузок к шине данных не только позволило уменьшить площадь запоминающего элемента, но и дало возможность еще более полно реализовать в ЗУ 4118 преимущества, связанные с малой потребляемой мощностью и автокомпенсацией, свойственные ЗУ 4104. Площадь кристалла прибора 4118 емкостью 8 кбит составляет 17,4 мм2.

Следующий шаг — миниатюризация. ЗУПВ 4801 представляет собой первую БИС, изготовленную по технологии Scaled Poly 5 фирмы Mostek, которая позволила уменьшить площадь запоминающего элемента, составлявшую в ЗУ 4118 1300 мкм2, до 840 мкм2. Эта технология представляет собой ответ фирмы Mostek на вопрос о том, какой процесс понадобится для создания следующего поколения изделий микроэлектроники.

Миниатюризация элементов БИС подразумевает уменьшение всех физических размеров приборов — как горизонтальных, так и вертикальных, — а также их рабочих напряжений. Ее не следует путать с простым уменьшением размеров схем, при котором уменьшаются критические промежутки и количество элементов, скажем, в запоминающей ячейке; результатом этого является получение более плотно размещенной схемы. Миниатюризация (пропорциональная) — это уменьшение фактических конструктивных размеров, а также определенных рабочих характеристик, включая напряжение питания, уровни сигналов и т.д.

Далее (в) показан в разрезе типовой МОП-транзистор и некоторые критические размеры, определяющие его рабочие характеристики. Благодаря новым методам литографии необходимости применять прежние минимальные 5-мкм размеры сейчас уже нет. Кроме того, в новых схемах с одним 5-В источником питания рабочие напряжения понижены (прежнее напряжение питания составляло 12 В), что позволяет уменьшить и толщину затворного окисла.

Теоретически хорошей отправной точкой при пропорциональной миниатюризации является уменьшение всех параметров в постоянное число раз, равное 5/12, так как рабочее напряжение снижается с 12 до 5 В. Однако такой подход «в лоб» не обязательно обеспечивает наиболее эффективные результаты, и его следует несколько модифицировать. В табл.1 приведены результаты, полученные при использовании такого прямолинейного подхода, а также модифицированного подхода.

Таблица 1. Сравнение различных методов миниатюризации МОП-приборов

Параметр прибора

Стандартная n-канальная технология

Непосредственный пересчет параметров

Технология Scaled Poly 5

Длина канала L, мкм

5

2,1

2,5

Толщина окисла Тох, мкм

85

35,4

50

Удельное сопротивление подложки, Ом*см

10

6

30

Напряжение питания, В

12

5

5

Глубина переходов XJ, мкм

1,2

0,45

0,4

Боковая диффузия LD, мкм

1,0

0,41

0,3

Таблица 2. Изменение параметров МОП-приборов при пропорциональной миниатюризации

Параметр

Изменение

Напряженность электрического поля

Без изменений

Мощность на единицу площади

Без изменений

Плотность тока

Увеличивается в К раз

Рассеиваемая мощность

Уменьшается в К2 раз

Рабочее напряжение

Уменьшается в К раз

Произведение мощность X задержка

Уменьшается в К3 раз

Различия этих двух подходов состоят в том, что модифицированный подход обеспечивает не только повышение рабочих характеристик БИС, но еще и их технологичность и надежность. Рассмотрим, например, удельное сопротивление подложки. Прямолинейный подход предусматривает его уменьшение с 10 до 60 Ом*см. Однако в результате этого возрастут емкости переходов и из-за влияния подложки увеличатся эффективные пороговые напряжения. Более того, возрастет еще и влияние технологических разбросов этой величины.

В технологии Scaled Poly 5 предусмотрено еще и повышение общей надежности приборов. В табл.2 отражены изменения надежности при пропорциональной миниатюризации приборов с коэффициентом К. Важным фактором, заслуживающим внимания, является рассеиваемая мощность. Ведь хорошо известно, что чем меньше рассеиваемая мощность, тем выше собственная надежность прибора. Возрастает только плотность токов, однако это не сказывается на общей надежности, так как в прежних проектных и технологических нормах были заложены очень большие запасы по этому параметру.

Окончательным фактором при миниатюризации является вопрос о типе технологического оборудования, необходимого для изготовления прибора. Технология Scaled Poly 5 предусматривает применение только уже существующего оборудования и технологических операций — для изготовления с ее помощью современных БИС не требуется никакого нового технологического оборудования.

Родительская статья:

Статические ЗУПВ с поликремниевыми нагрузками

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 52, No.20 (572), 1979г - пер. с англ. М.: Мир, 1979, стр.46

Electronics Vol.52 No.20 September 27, 1979 A McGraw-Hill Publication

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Полупроводниковая техника





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/Mostek/D19790927Elc039.shtml