167487. lajstromszámú szabadalom • Töltés-csatolású félvezető eszköz és eljárás annak előállítására
5 167487 6 Ezután a 4 vezetőrétegre feltöltő Utj feszültségimpulzust adunk, melynek nagysága és hossza elegendő ahhoz, hogy a Si02 -Si 3 N 4 határfelületen jelen esetben negatív előjelű töltések (elektronok) tárolódjanak, biztosítva ezáltal, hogy a szilícium felülete gyenge inverzióba menjen át (l.a. ábra). Az ábrán szaggatott vonallal jeleztük a létrejövő 10 kiürülési tartomány mélységét. Az Ut i feszültségimpulzus értéke pl. +(30—50) V, időtartama nagyobb 1 sec-nál. Ezután maszkolási technikával a 4 vezetőrétegből kialakítjuk a kívánt 6 elektródarendszert, a szomszédos elektródák között elég nagy (pl. 30—60jum) 7 hézagokat biztosítva. A 6 elektródarendszerre újabb Ut2 feszültségimpulzust adunk, amelynek abszolút értéke az előzőnél nagyobb pl. +(40—60) V, vagy esetleg annál hosszabb időtartamú. így az elektródák alatt a Si02-Si 3 N 4 határfelület tovább töltődik és a 10 kiürülési tartomány tovább tolódik a félvezető 1 hordozó belseje felé (l.b. ábra). Most az elrendezésre egy második vezetőréteget viszünk fel, amelyből a 6 elektródarendszer kialakításához használt maszk L távolsággal való eltolásával készített maszk alkalmazásával második 8 rétegelrendezést alakítunk ki. Az L távolság kisebb mint a 7 hézagok mérete. Ennek kialakításánál azonban olyan maróelegyet használunk, amely csak a második vezetőréteg anyagát távolítja el, míg a 6 elektródarendszert érintetlenül hagyja. Ez könnyen biztosítható, ha második vezetőréteghez megfelelő anyagot, pl. alumíniumot választunk. A végső elektródarendszer tehát egyrészt a 6 elektródarendszerből, másrészt az ezt egyik irányban megszélesítő 8 rétegelrendezésből tevődik össze. így biztosítva van, hogy a nagyobb fix felületi töltéssel rendelkező tartományok teljesen a végső elektródák alatt maradnak és az elektródák a tartományoknak csak egy részét fedik. A tartományok egyik széle valamennyi elektródánál egybeesik az illető elektróda egyik szélével, ez az ismertetett előállítási eljárásnál automatikusan teljesül (self-aligning). L akkora, hogy az elektródák közötti 7 hézag nagyobbik részét befedje (pl. L = 25—50/ím), a fennmaradó végső hézagok nagyságára vonatkozóan nem lépünk fel szigorú követelésekkel, mivel a [13] munka szerint a folyamatos felületi potenciálváltozás szempontjából ez nem jelentős. Ezután a végső elektródarendszert kivezetésekkel látjuk el, a kétfázisú rendszernek megfelelően minden második elektródát kell összekötni. Az így létrehozott eszköz végső képe, a felületi 10 kiürülési tartomány alakjával együtt az I.e. ábrán látható. Az eszköz működését a 2. ábrán szemléltetjük, az elektródákra adott feszültségimpulzusok három időben egymást követő nagysága mellett. A töltések továbbítása a 2.a. és 2.c. ábrákon szemléltetett időpillanatban történik, a 2.b. ábrán látható eset pedig a tárolási üzemmódnak felel meg. A Ut >0 feszültség a beépített potenciálgödrök nagyságát csökkenti az ábrán látható mértékben, de vigyázni kell arra, hogy a legkisebb abszolút értékű felületi potenciál még ebben az esetben is kiürülést hozzon létre. Figyelmet kell még fordítani az impulzusok növekedési és esési időinek megfelelő arányára, hogy a 02 elektródokon a feszültség addig ne menjen át U2 -ből Ui-be teljesen, amíg a töltések a fa elektródok alatt U2 segítségével létrehozott mély potenciálgödörbe teljesen át nem áramlottak, mert ellenkező esetben injektálás tör-5 ténik a térfogatba. A megfelelő működtetéshez szükséges töltésarányok az MNOS töltéstároló eszközök említett sokoldalúsága révén könnyen kialakíthatók, és a feszültségimpulzusok arányát ennek megfelelően kell megválasztani. 10 A találmány szerinti félvezető eszköz egy módosított változatát úgy alakíthatjuk ki, hogy az Ut2 feszültségimpulzussal a felületi potenciált és így a kiürülési tartományt Ut j hatásával ellenkező irányba toljuk el. Az ilyen típusú eszköz működ-15 tetése a fentiekhez hasonló módon történik. Az MNOS eszközökhöz hasonló töltéstárolási effektus MAOS (fém-Al20 3 -Si0 2 -Si) és MAS (fém-Al2 0 3 -Si) rendszerekben is jelentkezik, azzal a különbséggel, hogy itt bármilyen polaritású 20 impulzus a felületi potenciált mindig csak negatív (azaz a „flat-band" feszültséget pozitív) irányban tolja el [6, 14, 15]. Nyilvánvaló, hogy n-típusú félvezető hordozó esetén a találmány szerinti eszköz ilyen rendszerekkel ugyanúgy megvalósít-25 ható. Az ismertetett kiviteli alaknál az első 4 vezetőrétegre ráadott Ut i feszültségimpulzussal biztosítottuk a félvezető 1 hordozóban a 10 kiürülési tartományt. A kiürülési tartomány egyes esetekben 30 már a szigetelőrétegek felvitele következtében is kellő vastagságú lehet, ekkor ez a feltöltés a feszültségimpulzussal elmaradhat. A kiürülési tartományt a leírtaktól eltérően is 35 kialakíthatjuk. Ekkor a szigetelőréteg, vagy -rétegek és az első vezetőréteg felvitele, és az elektródarendszer kialakítása után az elrendezésre további segéd vezetőréteget viszünk fel, erre adjuk rá az Ut i feszültségimpulzust, majd a segéd vezetőrétegét 40 — célszerűen az elektródarendszert meg nerh támadó marószerrel - eltávolítjuk. Ezután kapcsoljuk rá az elektródarendszerre a második Ut2 feszültségimpulzust, majd az elektródákat a leírt módon egyik irányban megszélesítjük. Ennek az eljárási 45 sorrendnek az az előnye, hogy nem a feszültségimpulzusokkal való feltöltés után kell az elektródarendszert kialakítani. A molibdén vagy polikristályos szilícium elektródák kialakításához ugyanis a fotolitográfiás eljárás során magasabb hőmérsékletű 50 szárítás és erősebb maróelegy szükséges, mint a második vezetőrétegből kialakított pl. alumínium rétegrendszer kialakításához, és ez esetleg a feszültségimpulzussal bevitt töltések gyengülését eredményezhetné, így viszont az első feltöltés után a 55 további lépéseket csak az alumínium vezetőréteggel kell elvégezni. Az elektródarendszer elektródáinak megszélesítését más módszerrel is el lehet végezni. Például ún. „stripping" módszerrel úgy is eljárhatunk, hogy 60 a hordozón kialakítjuk a szigetelőrétegeket és az elektródarendszert, elvégezzük az ismertetett módon a szigetelőréteg feltöltését, majd az elrendezést fotorezisztlakkal vonjuk be, a lakkrétegen az alatta lévő elektródákkal részben fedésben, pl. az elektró-65 dák L távolságú eltolásának megfelelően, ablakokat 3
