RU2400864C2 - Полупроводниковая интегральная схема (варианты) - Google Patents
Полупроводниковая интегральная схема (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2400864C2 RU2400864C2 RU2008137548/28A RU2008137548A RU2400864C2 RU 2400864 C2 RU2400864 C2 RU 2400864C2 RU 2008137548/28 A RU2008137548/28 A RU 2008137548/28A RU 2008137548 A RU2008137548 A RU 2008137548A RU 2400864 C2 RU2400864 C2 RU 2400864C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon layer
- resistance
- adjacent
- transistors
- resistors
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 14
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
Изобретения относятся к области электронной техники, в частности к конструированию и технологии изготовления полупроводниковых интегральных схем (ИС), и могут быть использованы в цифровых, аналоговых и запоминающих устройствах микроэлектроники. Техническими результатами, которые могут быть получены при осуществлении изобретений, являются увеличение степени интеграции ИС, уменьшение топологического размера элемента, снижение уровня межэлектродных соединений, снижение потребляемой мощности на одно переключение, повышение надежности. Сущность изобретения: в полупроводниковой интегральная схеме, содержащей высокоомный монокристаллический кремниевый слой, выращенный в виде полого цилиндра, в котором сформированы области разного типа проводимости, образующие биполярные транзисторы, резисторы и конденсаторы, на внешней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя сформированы эмиттерные и базовые контакты, прилегающие к соответствующим областям соответствующих транзисторов, соединенные с резисторами и конденсаторами токоведущими дорожками, сформированными на поверхности диэлектрика, размещенного на внешней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя, а на внутренней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя образован коллекторный контакт в виде полого цилиндра, прилегающий к коллекторным областям транзисторов или к примыкающему к ним кремниевому слою. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретения относятся к области электронной техники, в частности к конструированию и технологии изготовления полупроводниковых интегральных схем (ИС), и могут быть использованы в цифровых, аналоговых и запоминающих устройствах микроэлектроники.
Известны кремниевые полупроводниковые интегральные схемы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), изготовленные планарно-эпитаксиальной технологией с изоляцией p-n-переходом методом коллекторной изолирующей диффузии (КИД-технология), методами «Изопланар», «Полипланар» или методом «V-ATE» и др. технологиями (И.Е.Ефимов, И.Я.Козырь. «Основы микроэлектроники» (проектирование)» М., Высшая школа, 1978 г., с.266-298, И.Е.Ефимов, И.Я.Козырь. «Основы микроэлектроники» (физические и технологические основы)» М., Высшая школа, 1986 г., с.329-339).
Недостатками указанных полупроводниковых ИС планарно-эпитаксиальной структуры являются низкая надежность Р≤0,98, низкая предельная степень интеграции (составляет величину порядка N=2,5·107 эл/см2), высокий уровень межэлектродных соединений, по объему соизмеримый с рабочим объемом активных транзисторных элементов, высокий уровень потребляемой мощности на одно переключение (Рпотр≈8·10-8 Вт или фактор качества Q>10-15 Дж) и др.
Наиболее близким аналогом является кремниевая полупроводниковая ИС NMOS-структуры, сформированная на непланарной сферической подложке из кремния диаметром 1-1,2 мм, получаемой в специальной плазменной печи. На поверхности кремниевых полуизолирующих сфер p-типа с использованием стереофотолитографии сформированы «ЧИП» (или вентиль) MOS транзистора с изолированным затвором, вырожденные монокристаллические кремниевые n+ типа слои стока и истока с металлическими контактами, а также слои диэлектрика SiO2, на котором образован металлический контакт затвора (патент США №5945725, кл. H01L 29/06, публ. 1999 г.).
Недостатками указанной кремниевой полупроводниковой ИС NMOS-структуры являются:
1. Размер интегрального MOS «ЧИПА» составляет значительную величину порядка Δ≈5 мкм;
2. Степень интеграции ограничивается поверхностью сферы диаметром 1-1,2 мм и составляет величину N<106 эл/см;
3. При формировании кристаллов сверхбольших, например, СБИС возникает необходимость соединения кремниевых сфер-гранул в блоки с помощью специального монтажа на единых платформах, существенно отличающихся от стандартных габаритов корпусов ИС, что ухудшает показатели надежности (P≤0,95 и рассеиваемая мощность P>10-7 Вт на одно переключение).
Техническими результатами, которые могут быть получены при осуществлении изобретений, являются увеличение степени интеграции ИС, уменьшение топологического размера элемента, снижение уровня межэлектродных соединений, снижение потребляемой мощности на одно переключение, повышение надежности.
Указанный технический результат в первом варианте изобретения достигается тем, что содержащийся в полупроводниковой интегральной схеме высокоомный монокристаллический кремниевый слой выращен в виде полого цилиндра, в котором сформированы области разного типа проводимости, образующие биполярные транзисторы, резисторы и конденсаторы, на внешней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя сформированы эмиттерные и базовые контакты, прилегающие к соответствующим областям соответствующих транзисторов, соединенные с резисторами и конденсаторами токоведущими дорожками, сформированными на поверхности диэлектрика, размещенного на внешней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя, а на внутренней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя образован коллекторный контакт в виде полого цилиндра, прилегающий к коллекторным областям транзисторов.
Во втором варианте изобретения указанный технический результат достигается тем, что содержащийся в полупроводниковой интегральной схеме высокоомный монокристаллический кремниевый слой выращен в виде полого цилиндра, в котором сформированы области разного типа проводимости, образующие биполярные транзисторы, резисторы и конденсаторы, на внешней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя сформированы коллекторные и базовые контакты, прилегающие к соответствующим областям соответствующих транзисторов, соединенные с резисторами и конденсаторами токоведущими дорожками, сформированными на поверхности диэлектрика, размещенного на внешней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя, а на внутренней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя образован эмиттерный контакт в виде полого цилиндра, прилегающий к эмиттерным областям транзисторов.
Кроме того, как в первом, так и во втором вариантах изобретений токоведущие дорожки и эмиттерные, базовые и коллекторные контакты могут быть выполнены из двух слоев из разных немагнитных металлов, причем слои формируются таким образом, что слой, расположенный со стороны высокоомного монокристаллического кремниевого слоя, имеет меньшую удельную проводимость в направлении протекания электрического тока, чем удельная проводимость другого слоя в том же направлении.
На чертеже представлена ИС типа ТТЛ на кремниевой цилиндрической подложке.
Полупроводниковая интегральная схема содержит высокоомный монокристаллический кремниевый p-типа слой, выращенный в виде тонкостенного полого цилиндра 1, в котором сформированы эмиттерные (n-типа) 2, коллекторные (n-типа) 3 и базовые (p-типа) 4 области, образующие биполярные (n-p-n) транзисторы, и области, образующие пассивные элементы 5 (резисторы и конденсаторы).
На внешней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого p-типа слоя сформированы эмиттерные 6 и базовые 7 контакты, прилегающие к соответствующим областям соответствующих транзисторов.
Эмиттерные 6 и базовые 7 контакты соединены с пассивными элементами 5 (резисторами и конденсаторами) межэлектродными соединениями - токоведущими дорожками 8, сформированными на поверхности изолирующего диэлектрика 9 - слоя двуокиси кремния, размещенного на внешней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого p-типа слоя.
На внутренней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя образован коллекторный контакт 10 в виде тонкостенного полого цилиндра, прилегающий к коллекторным областям 3 транзисторов.
Контакт 10 может прилегать к коллекторным областям 3 транзисторов не непосредственно, а через подложку - кремниевый слой p-типа.
Токоведущие дорожки 8 и эмиттерные 6, базовые 7 и коллекторный 10 контакты состоят из двух слоев 11 и 12 из разных немагнитных металлов, например титана, платины, золота, серебра, меди, алюминия, молибдена или вольфрама.
Слои 11 и 12 сформированы таким образом, что слой, расположеный со стороны высокоомного монокристаллического кремниевого слоя, имеет меньшую удельную проводимость в направлении протекания электрического тока, чем удельная проводимость другого слоя в том же направлении. Это обеспечивается подбором металлов для выполнения слоев.
Эмиттерные 2, базовые 4 и коллекторные 3 области, а также пассивные элементы 5 сформированы методами стереофотолитографии или другими известными способами.
Принцип действия полупроводниковой цилиндрической кремниевой интегральной схемы, например типа ТТЛ, заключается в следующем.
При приложении внешнего напряжения U0≤5 В входной интегральный транзистор n-p-n-типа элементарной ячейки ТТЛ интегральной схемы пропускает большой ток, а падение напряжения на нем мало и составляет величину ΔU0≤0,8 В.
В режиме насыщения оба p-n перехода интегрального транзистора смещены в прямом направлении, вследствие чего в областях базы и коллектора накапливаются заряды неосновных носителей. При переводе транзистора из открытого состояния в закрытое необходимо затратить определенное время на рассасывание зарядов, после чего транзистор элементарной ячейки выключается, т.е. переходит в режим отсечки. Время рассасывания зарядов играет основную роль в определении времени задержки распространения входного сигнала, т.е. в быстродействии схемы, оно равно tз<10 нс при средней мощности потребления на один элемент цилиндрической ИС Р≤10-8 Вт, а произведение времени задержки на мощность Q=Р·tз находится в интервале 10π Дж<Q<50π Дж, так как степень интеграции увеличивается в 2π раз на поверхности цилиндрической подложки, а число токоведущих дорожек при наличии управляющего внутреннего цилиндрического (трубчатого) контакта, в силу цилиндрической симметрии, уменьшается в 2π раз.
При подаче во внутреннюю полость коллекторного контакта 10 охлаждающего агента обеспечивается дополнительная возможность принудительного охлаждения ИС, что приводит к повышению ее мощности и надежности в эксплуатации.
Особенностью второго варианта изобретения является то, что в виде полого цилиндра 1 выращен высокоомный монокристаллический кремниевый слой n-типа, в котором сформированы эмиттерные (p-типа) 2, коллекторные (p-типа) 3 и базовые (n-типа) 4 области, образующие биполярные (p-n-p) транзисторы, а на внутренней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя образован эмиттерный контакт 10 в виде полого цилиндра, прилегающий к эмиттерным областям 3 транзисторов.
Claims (3)
1. Полупроводниковая интегральная схема, содержащая высокоомный монокристаллический кремниевый слой p-типа, выращенный в виде полого цилиндра, в котором сформированы области разного типа проводимости, образующие биполярные транзисторы, резисторы и конденсаторы, на внешней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя сформированы эмиттерные и базовые контакты, прилегающие к соответствующим областям соответствующих транзисторов, соединенные с резисторами и конденсаторами токоведущими дорожками, сформированными на поверхности диэлектрика, размещенного на внешней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя, а на внутренней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя образован коллекторный контакт в виде полого цилиндра, прилегающий к коллекторным областям транзисторов или к примыкающему к ним кремниевому слою p-типа.
2. Полупроводниковая интегральная схема по п.1, отличающаяся тем, что токоведущие дорожки и эмиттерные, базовые и коллекторный контакты состоят из двух слоев из разных немагнитных металлов, причем слои сформированы таким образом, что слой, расположенный со стороны высокоомного монокристаллического кремниевого слоя, имеет меньшую удельную проводимость в направлении протекания электрического тока, чем удельная проводимость другого слоя в том же направлении.
3. Полупроводниковая интегральная схема, содержащая высокоомный монокристаллический кремниевый слой n-типа, выращенный в виде полого цилиндра, в котором сформированы области разного типа проводимости, образующие биполярные транзисторы, резисторы и конденсаторы, на внешней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя сформированы коллекторные и базовые контакты, прилегающие к соответствующим областям соответствующих транзисторов, соединенные с резисторами и конденсаторами токоведущими дорожками, сформированными на поверхности диэлектрика, размещенного на внешней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя, а на внутренней поверхности высокоомного монокристаллического кремниевого слоя образован эмиттерный контакт в виде полого цилиндра, прилегающий к эмиттерным областям транзисторов или к примыкающему к ним кремниевому слою n-типа.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008137548/28A RU2400864C2 (ru) | 2008-09-22 | 2008-09-22 | Полупроводниковая интегральная схема (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008137548/28A RU2400864C2 (ru) | 2008-09-22 | 2008-09-22 | Полупроводниковая интегральная схема (варианты) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2400864C2 true RU2400864C2 (ru) | 2010-09-27 |
Family
ID=42940596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008137548/28A RU2400864C2 (ru) | 2008-09-22 | 2008-09-22 | Полупроводниковая интегральная схема (варианты) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2400864C2 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2531381C1 (ru) * | 2013-10-18 | 2014-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина" | Мощный полупроводниковый резистор и способ его изготовления |
| CN118263252A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-06-28 | 深圳大学 | 立体高集成mos晶体管及其制备方法 |
| CN118263248A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-06-28 | 深圳大学 | 立体氮化镓基高集成hemt及其制备方法 |
| CN118412354A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-07-30 | 深圳大学 | 立体氮化镓基coms反相器及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1414238A1 (ru) * | 1986-04-16 | 1997-06-10 | А.Ф. Монахов | Полупроводниковый прибор |
| US5945725A (en) * | 1996-12-04 | 1999-08-31 | Ball Semiconductor, Inc. | Spherical shaped integrated circuit utilizing an inductor |
| RU2173917C1 (ru) * | 2000-10-11 | 2001-09-20 | Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) | Тиристор |
| RU2173916C1 (ru) * | 2000-10-11 | 2001-09-20 | Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) | Биполярный транзистор |
-
2008
- 2008-09-22 RU RU2008137548/28A patent/RU2400864C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1414238A1 (ru) * | 1986-04-16 | 1997-06-10 | А.Ф. Монахов | Полупроводниковый прибор |
| US5945725A (en) * | 1996-12-04 | 1999-08-31 | Ball Semiconductor, Inc. | Spherical shaped integrated circuit utilizing an inductor |
| RU2173917C1 (ru) * | 2000-10-11 | 2001-09-20 | Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) | Тиристор |
| RU2173916C1 (ru) * | 2000-10-11 | 2001-09-20 | Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) | Биполярный транзистор |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2531381C1 (ru) * | 2013-10-18 | 2014-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина" | Мощный полупроводниковый резистор и способ его изготовления |
| CN118263252A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-06-28 | 深圳大学 | 立体高集成mos晶体管及其制备方法 |
| CN118263248A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-06-28 | 深圳大学 | 立体氮化镓基高集成hemt及其制备方法 |
| CN118412354A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-07-30 | 深圳大学 | 立体氮化镓基coms反相器及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10643986B2 (en) | Power gating for three dimensional integrated circuits (3DIC) | |
| CN103199121B (zh) | 去耦电容器及其制造方法 | |
| TWI609489B (zh) | 具有薄基體之垂直半導體元件 | |
| US20150364597A1 (en) | Double-sided vertical semiconductor device with thinned substrate | |
| US20050280156A1 (en) | Semiconductor device with base support structure | |
| TW200840019A (en) | Semiconductor integrated circuit | |
| US10134720B1 (en) | Package including a plurality of stacked semiconductor devices having area efficient ESD protection | |
| Veloso et al. | Backside power delivery: game changer and key enabler of advanced logic scaling and new STCO opportunities | |
| JP3264622B2 (ja) | 半導体装置 | |
| US9773717B1 (en) | Integrated circuits with peltier cooling provided by back-end wiring | |
| RU2400864C2 (ru) | Полупроводниковая интегральная схема (варианты) | |
| US8981576B2 (en) | Structure and method for bump to landing trace ratio | |
| US11309248B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
| US11062765B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
| US11405023B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
| US11295987B2 (en) | Output circuit | |
| TW202431589A (zh) | 積體電路裝置及其製造方法 | |
| US7342294B2 (en) | SOI bipolar transistors with reduced self heating | |
| US12191306B2 (en) | Integrated circuit with latch-up immunity | |
| CN102779819B (zh) | 一种基于部分耗尽型soi工艺的esd保护结构 | |
| TWI808832B (zh) | 半導體裝置 | |
| CN211208445U (zh) | 集成电路 | |
| JP2002094012A (ja) | Ｓｏｉ集積回路用ｅｓｄ保護素子 | |
| KR20090096172A (ko) | 래치업을 방지하는 반도체 장치 | |
| Kumar et al. | A simple and high-performance 130 nm SOI EDRAM technology using floating-body pass-gate transistor in trench-capacitor cell for system-on-a-chip (SoC) applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140923 |