ДВУХЗАТВОРНАЯ МДП-СТРУКТУРА С ВЕРТИКАЛЬНЫМ КАНАЛОМ Российский патент 1998 года по МПК H01L29/78 

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике и наноэлектронике и может быть использовано при создании интегральных схем с элементами субмикронных и нанометровых размеров, особенно в тех случаях, когда требуется обеспечить высокую плотность элементов.

Известны конструкции МДП-структур с вертикальным каналом [1]. Они обеспечивают высокую плотность размещения элементов на кристалле, но плохо пригодны для построения логических элементов интегральных схем.

Известны двухзатворные МДП-структуры с вертикальным каналом [2]. Они содержит полупроводниковую подложку определенного типа проводимости со столбиком, его боковая поверхность покрыта слоем диэлектрика, на боковых сторонах которого размещены два затвора, и содержит области противоположного типа проводимости, одну, расположенную в нижней части столбика - исток и другую на вершине столбика - сток. Существенным недостатком таких МДП-структур является ограниченность их функциональных возможностей и сложность построения на их основе логических элементов, поскольку даже для построения простейшего вентиля требуются дополнительные элементы.

Для расширения функциональных возможностей двухзатворной МДП-структуры с вертикальным каналом предлагается в известной конструкции двухзатворной МДП-структуры с вертикальным каналом, содержащей подложку определенного типа проводимости со столбиком, его боковая поверхность покрыта слоем диэлектрика, на противоположных сторонах которого размещены два затвора, и содержащей сток на вершине столбика и исток, тип проводимости верхнего слоя подложки и столбика использовать противоположным типу проводимости основания подложки, причем проводимость столбика выполнить близким к собственной проводимости полупроводника, а сток изготовить в виде перехода металл-туннельный диэлектрик - полупроводник.

Предлагаемая конструкция двухзатворной МДП-структуры с вертикальным каналом принципиально отличается от прототипа тем, что в зависимости от напряжения на затворах в вертикальном канале могут перемещаться от основания столбика к его вершине или основные или неосновные носители подложки. В результате потенциал стока такой МДП-структуры является логическое функцией от потенциалов на затворах, т.е. она сама становится логическим элементом.

Таким образом предлагаемая конструкция двухзатворной МДП-структуры с вертикальным каналом обеспечивает достижение нового технического результата - получение логического элемента на простейшей МДП-структуре без дополнительных элементов. Это обеспечивает предельную плотность размещения логических элементов на кристалле и расширяет возможности реализации новых технологий, в частности перехода к нанотехнологии.

На чертеже изображена предлагаемая конструкция двухзатворной МДП-структуры с вертикальным каналом.

МДП-структура содержит полупроводниковую подложку 1, например, из кремния n-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 10 E 16 см³. В верхней части подложки сформирован слой p-типа проводимости 2 с концентрацией легирующей примеси 10 E 15 см³ толщиной в единицы мкм, со столбиком 3 шириной в доли мкм и высотой порядка 1 мкм также p-типа проводимости, концентрация которого близка к концентрации собственного полупроводника, например 10 E 13 см³. Боковая поверхность столбика покрыта диэлектриком 4-оксидом кремния толщиной 10 нм. На противоположных частях столбика на диэлектрике размещены затворы 5 и 6, например из поликристаллического кремния n⁺-типа проводимости. В верхней части столбика на туннельно-тонком слое диэлектрика 7, оксид кремния толщиной порядка 2 нм, лежит металлический электрод 8, например из алюминия. К основанию подложки 1 и к слою 2 сформированы омические контакты 9 и 10 соответственно.

Предлагаемая структура работает следующим образом.

При подаче хотя бы на один затвор 5 или 6 обедняющего напряжения вследствие низкой проводимости столбика, происходит обеднение всего столбика, а под самим затвором образуется канал для неосновных носителей. Если же на оба затвора подано обогащающее напряжение, то под затворами аккумулируют основные носители. Источником основных носителей является верхний слой подложки 2, а источником неосновных носителей - основание подложки 1. При прямом смещении перехода подложка - верхний слой полупроводника неосновные носители диффундируют к основанию столбика и могут заполнить индуцированный канал. Наличие перехода металл-туннельный диэлектрик - полупроводник на вершине столбика обеспечивает протекание тока неосновных носителей при потенциале верхнего электрода, соответствующего обеднению столбика, и протекание тока основных носителей при потенциале верхнего электрода, соответствующего обогащению столбика. В результате потенциал на верхнем электроде будет обогащающим, если хотя бы на один затвор подано обогащающее напряжение. Это означает что такая МДП-структура выполняет логическую функцию 2-ИЛИ-НЕ.

Таким образом, предлагаемая двухзатворная МДП-структура с вертикальным каналом, будучи размещенной на вертикальном столбике, занимает минимально возможный типологический размер на плоскости и является логическим вентилем с предельной плотностью размещения элементов на кристалле.

Использование: полупроводниковая микроэлектроника и наноэлектроника, для создания интегральных схем с элементами субмикронных и нанометровых размеров, особенно в тех случаях, когда требуется обеспечить высокую плотность элементов. Сущность изобретения: в известной конструкции двухзатворной МДП-структуры с вертикальным каналом, содержащей подложку определенного типа проводимости со столбиком, боковая поверхность которого покрыта слоем диэлектрика, на котором размещены два затвора, и содержащей сток на вершине столбика и исток, тип проводимости верхнего слоя подложки и столбика противоположен основанию подложки, причем проводимость столбика близка к собственной проводимости полупроводника, затворы размещены на противоположных боковых частях столбика, а сток изготовлен в виде перехода металл-туннельный диэлектрик - полупроводник. 1 ил.

Двухзатворная МДП-структура с вертикальным каналом, содержащая полупроводниковую подложку определенного типа проводимости со столбиком, боковая поверхность которого покрыта слоем диэлектрика, на противоположных сторонах которого размещены два затвора, и содержащая сток на вершине столбика и исток, отличающаяся тем, что тип проводимости верхнего слоя подложки и столбика противоположен основанию подложки, причем проводимость столбика близка к собственной проводимости полупроводника, а сток изготовлен в виде перехода металл-туннельный диэлектрик-полупроводник.