РАДИАЦИОННО-СТОЙКАЯ БИБЛИОТЕКА ЭЛЕМЕНТОВ НА КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ МЕТАЛЛ-ОКИСЕЛ-ПОЛУПРОВОДНИК ТРАНЗИСТОРАХ Российский патент 2018 года по МПК H01L27/85 G11C11/00 

Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к библиотекам стандартных цифровых элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник (КМОП) транзисторах, и может быть использовано при проектировании радиационно-стойких КМОП сверхбольших интегральных схем (СБИС) на объемном кремнии, в частности СБИС типа «система-на-кристалле» для авионики, аэрокосмических и других применений.

Наиболее близким к заявленному изобретению является описанное в патенте РФ №2539869 С1 конструктивно-топологическое решение радиационно-стойких КМОП элементов библиотеки (Фиг. 1), обладающих высокой стойкостью к радиационным факторам. Данное решение выбрано в качестве прототипа заявленного изобретения.

Недостатком библиотек радиационно-стойких КМОП элементов прототипа является их большая площадь на кристалле, что приводит к существенному снижению степени интеграции СБИС, а также понижению быстродействия. Из-за наличия сплошной диффузионной области р+ охраны вдоль границы карман-подложка соединение затворов n-и р-канальных транзисторов осуществляется первым слоем металла с формированием двух контактных окон: для затвора n-канального транзистора и для затвора р-канального транзистора, что приводит к снижению выхода годных из-за дефектности контактных окон в процессе производства.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание радиационно-стойкой библиотеки элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах с меньшей площадью элементов на кристалле по вертикали пропорционально шагу топологической сетки, повышенным быстродействием и повышенным выходом годных элементов на кристалле, за счет расположения р+ охраны вдоль внешней границы стоков/истоков транзисторов n-типа с разными потенциалами, при этом заполнения р+ охраной всей свободной площади подложки, а также за счет соединения поликремнием затворов транзисторов.

Поставленный технический результат достигнут путем создания радиационно-стойкой библиотеки элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах, содержащей подложку р-типа и «карман» n-типа, активные области транзисторов n-типов и р-типов, р+ охрану и n+ контакты к n-карману, подключенные к шинам нулевого потенциала и питания соответственно, отличающейся тем, что р+ охрана расположена вдоль внешней границы стоков/истоков транзисторов n-типа с разными потенциалами, при этом р+ охрана заполняет собой всю свободную площадь подложки, а затворы транзисторов соединены поликремнием.

Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.

Фиг. 1. Схема комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторных элементов радиационно-стойкой библиотеки, выполненная согласно прототипу.

Фиг. 2. Схема комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторных элементов радиационно-стойкой библиотеки, выполненная согласно изобретению.

Элементы:

1 - n-карман;

2 - n+ область контактов к n-карману;

3 - область р+ охраны;

4 - области затворов n-канальных транзисторов;

5 - области затворов р-канальных транзисторов;

6 - области стоков/истоков n-канальных транзисторов;

7 - области стоков/истоков р-канальных транзисторов;

8 - топологическая граница элемента, по которой стыкуются соседние элементы;

9 - контакты диффузии и поликремния к первому уровню металлизации;

h - высота элемента, пропорциональная шагу топологической сетки λ

Рассмотрим вариант выполнения заявленной радиационно-стойкой библиотеки элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах (Фиг. 2).

В заявленном конструктивно-топологическом решении элементов КМОП библиотеки (Фиг. 2) отсутствуют n+ и р+ охранные кольца вдоль границы карман-подложка, что позволяет соединить затворы транзисторов поликремнием и сократить число контактных окон, а также уменьшить высоту элементов. При этом используется р+охрана 3 по сторонам относительно стока/истока транзисторов n-типа с разным потенциалом, которая заполняет собой всю свободную площадь подложки.

На Фиг. 2 также показаны области 2 и 3 n+ контактов к n-карману 1 и р+ охраны соответственно, области 4 и 5 затворов n-канальных и р-канальных транзисторов соответственно, области стоков/истоков 6 и 7 n-канальных и р-канальных транзисторов соответственно, топологическая граница элемента 8, по которой стыкуются соседние элементы, и контакты 9 диффузии и поликремния к первому уровню металлизации. Соединения контактов металлизацией обозначены линиями. Также на Фиг. 2 показана высота h элемента, пропорциональная шагу топологической сетки λ. Все области 3 р+ охраны подключены к шине нулевого потенциала, а области 2 n+ охраны - к шине питания, благодаря чему обеспечивается привязка подложки и «кармана» 1.

Сравнение различных элементов, выполненных по одинаковым правилам проектирования, показало, что площадь на кристалле у элементов с предлагаемыми конструктивно-топологическими решениями приблизительно в среднем на 19% меньше, чем у прототипа на Фиг. 2, и на 40% меньше, чем у прототипа на Фиг. 1. Быстродействие исследуемых микросхем в среднем выросло на 12% за счет уменьшения паразитных емкостей межсоединений внутри элементов и между элементами на уровне интеграции СБИС. Испытания микросхем, разработанных с помощью заявленной библиотеки элементов, показали высокую дозовую стойкость и отсутствие «тиристорного» эффекта при воздействии тяжелых частиц во всем диапазоне линейных потерь энергии и диапазоне температур. Выход годных изделий исследуемых микросхем вырос в среднем на 10%.

Хотя описанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации заявленного изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла заявленного изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к области микроэлектроники. Техническим результатом заявленного изобретения является создание радиационно-стойкой библиотеки элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник (КМОП) транзисторах с меньшей площадью элементов на кристалле по вертикали пропорционально шагу топологической сетки, повышенным быстродействием и повышенным выходом годных элементов на кристалле за счет расположения р+ охраны вдоль внешней границы стоков/истоков транзисторов n-типа с разными потенциалами, при этом заполнения р+ охраной всей свободной площади подложки, а также за счет соединения поликремнием затворов транзисторов. 2 ил.

Радиационно-стойкая библиотека элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах, содержащая подложку p-типа и «карман» n-типа, активные области транзисторов n-типов и p-типов, контакты p+ и n+ к шинам нулевого потенциала и питания соответственно, отличающаяся тем, что p+ охрана расположена вдоль внешней границы стоков/истоков транзисторов n-типа с разными потенциалами, при этом p+ охрана заполняет собой всю свободную площадь подложки, а затворы транзисторов соединены поликремнием.