Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/NSC/D19870205Elc034.shtml

Новая технология изготовления аналоговых КМОП-схем фирмы National

УДК 061.5:621.3.049.774.2.037

National's CMOS process tailored for analog ICs, pp.75—76.

Фирма National Semiconductor Corp. (Санта-Клара, шт.Калифорния) разработала новую КМОП-технологию, оптимизированную для изготовления аналоговых ИС. Технология обеспечивает пробивные напряжения не ниже 60 В, повышенное быстродействие, а также уменьшенный коэффициент шума и сниженную инжекцию зарядов. В новых схемах напряжения, наводимые инжектируемыми зарядами, в 10 раз меньше, чем в других современных ИС с металлическими или кремниевыми затворами. Кроме того, в инверторах, изготовленных на основе новой LMCMOS-технологии, время задержки на вентиль составляет всего лишь 1 нс, что в 2—4 раза меньше задержки у имеющихся в продаже аналогичных ИС. Фирма использует структуры с 3-мкм минимальными размерами элементов в выпускаемых ею разнообразных аналоговых схемах.

Основные конструктивные особенности ИС типа LMCMOS — это области, ограничивающие размеры каналов (channel stops), и слаболегированные области на краях стоков, которые позволяют увеличить пробивные напряжения до значений свыше 60 В без ухудшения быстродействия. Новая технология обладает достаточной гибкостью и позволяет делать приборы с различными значениями пробивных напряжений и плотности упаковки. Об этом говорит Керри Лаканетт, управляющий фирмы National по вопросам применения аналоговых МОП ИС. Технология LMCMOS позволяет получать более высокую плотность упаковки для тех участков ИС, от которых не требуется высокого быстродействия (например, для цифровых логических управляющих схем). На таких участках кристалла не создаются ограничители канала и слаболегированные области на краях стоков. Эти части ИС, по его словам, работают при более низких напряжениях.

Приборы, изготовленные по новой технологии LMCMOS фирмы National Semiconductor Corp., содержат на краях истоков и стоков высокоомные участки, позволяю
Приборы, изготовленные по новой технологии LMCMOS фирмы National Semiconductor Corp., содержат на краях истоков и стоков высокоомные участки, позволяющие повысить пробивное напряжение и улучшить быстродействие. Используемые в этих схемах суперконденсаторы имеют очень низкие коэффициенты модуляции емкости, что позволяет создавать высоколинейные схемы сбора данных.

Еще одна важная особенность приборов, изготовленных по технологии LMCMOS, — это структуры с самосовмещенными кремниевыми затворами. Использование самосовмещения предотвращает перекрытие затвора с соседними областями, обусловленное погрешностью совмещения, и расширение диффузионных областей в боковых направлениях. Оба этих явления могут быть причиной увеличения инжектированного заряда. «Как известно, паразитная емкость между затвором транзистора и его стоком или истоком приводит к инжекции заряда в соседние участки схемы каждый раз, когда напряжение затвора резко изменяется», — говорит Лаканетт. Этот инжектированный заряд создает избыточные напряжения на внутренних конденсаторах в фильтре с переключаемыми конденсаторами, что в свою очередь может привести к появлению значительных напряжений разбаланса на всем фильтре.

Паразитные емкости являются источником серьезных проблем в КМОП ИС с металлическими затворами: металлизация затворов существенным образом перекрывает диффузионные области истоков и стоков, что объясняется погрешностью совмещения и расширением истоков и стоков в боковых направлениях. Использование самосовмещения, как говорит Лаканетт; позволило избавиться от перекрытия, вызванного погрешностью совмещения, во многих высоковольтных КМОП ИС первого поколения, имевших кремниевые затворы, однако эффект бокового расширения пока не устранен. В самосовмещенных структурах типа LMCMOS, разработанных фирмой National и имеющих минимальные размеры элементов 2 мкм, не только исключено перекрытие, обусловленное погрешностью совмещения, но и уменьшены избыточные емкости, вызванные расширением в боковых направлениях. Это снижение емкостей достигается благодаря уменьшению глубины боковых участков истока и стока. В структурах LMCMOS перекрытие, обусловленное расширением в боковых направлениях, не превышает одной десятой микрона, в то время как в стандартных КМОП ИС с кремниевыми затворами оно составляет 1 мкм, а в КМОП ИС с металлическими затворами достигает 3 мкм. Лака-нетт поясняет: «Дополнительное преимущество приборов LMCMOS заключается в том, что боковое расширение в них очень невелико, а значит, уменьшена емкость перекрытия. Ведь боковое расширение примерно равно глубине pn-переходов, поэтому, чем мельче переход, тем слабее выражен эффект расширения».

Еще одна важная особенность технологии LMCMOS — это возможность использования специального тугоплавкого металла, наносимого с помощью процесса, запатентованного фирмой. Такой металл используется тогда, когда в схеме требуются высококачественные «суперконденсаторы». По словам Лаканетта, в типичных МОП-конденсаторах диффузионная область служит одной из обкладок конденсатора. Но так как область пространственного заряда в конденсаторе модулируется приложенным напряжением, его обкладки раздвигаются по мере увеличения напряжения. Это ограничивает линейность в схемах сбора данных примерно 12 бит при напряжении 5 В.

Ток утечки между диффузионной областью и подложкой также ограничивает возможности применения конденсаторов подобного типа. Используя в качестве обкладки конденсатора один из поликремниевых слоев (обычный прием для многих типов КМОП ИС с кремниевыми затворами), можно избавиться от тока утечки, но область пространственного заряда в таком конденсаторе все равно останется.

Чтобы свести к минимуму результирующий коэффициент модуляции емкости (до 100—150*10-61/В), в приборы LMCMOS дополнительно вводятся суперконденсаторы, в которых в качестве одной из обкладок используется тугоплавкий металл. Такой материал обкладки не создает область пространственного заряда. К тому же он обеспечивает гораздо лучшее качество границы раздела обкладка/диэлектрик, чем другие материалы. В результате суперконденсаторы не имеют токов утечки и обладают очень высокой стабильностью, лучшей, чем 10*10-6 1/В в диапазоне ±20 В.

В числе первых схем, изготовленных по технологии LMCMOS, — два счетверенных аналоговых переключателя LMC13421 и LMC13422, в которых напряжение питания может достигать ±20 В. Схемы имеют сопротивление в открытом состоянии не более 50 Ом, в результате улучшена их линейность при заданном импедансе нагрузки (до менее 0,01% при сигнале с напряжением 3 В эфф. и нагрузке 10 кОм). Эти параметры, как говорит Лаканетт, гораздо лучше тех, которые могут быть получены в других аналоговых переключателях.

Особенно важной характеристикой новых переключателей, по его словам, является то, что они могут работать от сигналов, полученных от ТТЛ ИС, независимо от величины напряжения питания. Он говорит: «Обычно следует ожидать ухудшения скорости переключения из-за использования дополнительных схем преобразования уровня и из-за увеличения размеров элементов, связанного с повышением напряжения и уменьшением сопротивления в открытом состоянии». Так как в приборах LMCMOS могут быть обеспечены высокие скорости переключения даже при высоких напряжениях, переключатели могут включаться и выключаться менее чем за 100 нс, что примерно в 2—5 раз быстрее, чем в других конкурирующих схемах подобного типа. Лаканетт говорит: «В результате мы всегда обеспечиваем выключение до включения, а это означает, что выходы источников сигналов не будут закорачиваться друг с другом».

Новые аналоговые КМОП-структуры используются также при создании ряда фильтров на переключаемых конденсаторах, работающих с напряжениями питания до 15 В. В приборе

LMF100 использование новой технологии позволяет получить напряжения разбаланса на порядок величины меньше, чем в выпущенном раньше универсальном фильтре на переключаемых конденсаторах типа MF10. Это имеет большое значение, так как в результате в новых приборах уменьшается инжектируемый заряд. Высокие напряжения разбаланса (обычно около 200 мВ), характерные для прежних моделей фильтров, позволяли применять их лишь с сигналами переменного тока. Лаканетт говорит: «Помимо того что улучшается работа новых приборов на постоянном токе, их характеристики на переменном токе лучше, чем у схем с металлическими затворами или чем у других высоковольтных схем с кремниевыми затворами. Так, например, у приборов LMF100 центральная частота намного выше, чем 50 кГц, что примерно в 2,5 раза выше частоты 20 кГц, характерной для других типов фильтров».

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 60, No.03 (761), 1987г - пер. с англ. М.: Мир, 1987, стр.50

Electronics Vol.60 No.03 February 5, 1987 A McGraw-Hill Publication

National's CMOS process tailored for analog ICs, pp.75—76.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Полупроводниковая технология





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


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/NSC/D19870205Elc034.shtml