RU2674415C1 - Радиационно-стойкая библиотека элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах - Google Patents
Радиационно-стойкая библиотека элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2674415C1 RU2674415C1 RU2018107995A RU2018107995A RU2674415C1 RU 2674415 C1 RU2674415 C1 RU 2674415C1 RU 2018107995 A RU2018107995 A RU 2018107995A RU 2018107995 A RU2018107995 A RU 2018107995A RU 2674415 C1 RU2674415 C1 RU 2674415C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistors
- elements
- radiation
- oxide
- semiconductor
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
- H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
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.
Description
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.
Claims (1)
- 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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107995A RU2674415C1 (ru) | 2018-03-06 | 2018-03-06 | Радиационно-стойкая библиотека элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107995A RU2674415C1 (ru) | 2018-03-06 | 2018-03-06 | Радиационно-стойкая библиотека элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2674415C1 true RU2674415C1 (ru) | 2018-12-07 |
Family
ID=64603582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018107995A RU2674415C1 (ru) | 2018-03-06 | 2018-03-06 | Радиационно-стойкая библиотека элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2674415C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU192998U1 (ru) * | 2019-08-19 | 2019-10-09 | Акционерное общество Научно-производственный центр "Электронные вычислительно-информационные системы" | Радиационно стойкое статическое оперативное запоминающее устройство (озу) на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4135955A (en) * | 1977-09-21 | 1979-01-23 | Harris Corporation | Process for fabricating high voltage cmos with self-aligned guard rings utilizing selective diffusion and local oxidation |
| WO1985002062A1 (en) * | 1983-10-31 | 1985-05-09 | Storage Technology Partners | Cmos integrated circuit configuration for eliminating latchup |
| US4574467A (en) * | 1983-08-31 | 1986-03-11 | Solid State Scientific, Inc. | N- well CMOS process on a P substrate with double field guard rings and a PMOS buried channel |
| US5406513A (en) * | 1993-02-05 | 1995-04-11 | The University Of New Mexico | Mechanism for preventing radiation induced latch-up in CMOS integrated circuits |
| US5438005A (en) * | 1994-04-13 | 1995-08-01 | Winbond Electronics Corp. | Deep collection guard ring |
| US20080142899A1 (en) * | 2006-08-04 | 2008-06-19 | Silicon Space Technology Corporation | Radiation immunity of integrated circuits using backside die contact and electrically conductive layers |
| RU2539869C1 (ru) * | 2013-12-24 | 2015-01-27 | Закрытое акционерное общество "Электронно-вычислительные информационные и инструментальные системы" (ЗАО "ЭЛВИИС") | Радиационно-стойкая библиотека элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах |
-
2018
- 2018-03-06 RU RU2018107995A patent/RU2674415C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4135955A (en) * | 1977-09-21 | 1979-01-23 | Harris Corporation | Process for fabricating high voltage cmos with self-aligned guard rings utilizing selective diffusion and local oxidation |
| US4574467A (en) * | 1983-08-31 | 1986-03-11 | Solid State Scientific, Inc. | N- well CMOS process on a P substrate with double field guard rings and a PMOS buried channel |
| WO1985002062A1 (en) * | 1983-10-31 | 1985-05-09 | Storage Technology Partners | Cmos integrated circuit configuration for eliminating latchup |
| US5406513A (en) * | 1993-02-05 | 1995-04-11 | The University Of New Mexico | Mechanism for preventing radiation induced latch-up in CMOS integrated circuits |
| US5438005A (en) * | 1994-04-13 | 1995-08-01 | Winbond Electronics Corp. | Deep collection guard ring |
| US20080142899A1 (en) * | 2006-08-04 | 2008-06-19 | Silicon Space Technology Corporation | Radiation immunity of integrated circuits using backside die contact and electrically conductive layers |
| RU2539869C1 (ru) * | 2013-12-24 | 2015-01-27 | Закрытое акционерное общество "Электронно-вычислительные информационные и инструментальные системы" (ЗАО "ЭЛВИИС") | Радиационно-стойкая библиотека элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU192998U1 (ru) * | 2019-08-19 | 2019-10-09 | Акционерное общество Научно-производственный центр "Электронные вычислительно-информационные системы" | Радиационно стойкое статическое оперативное запоминающее устройство (озу) на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8759885B1 (en) | Standard cell for semiconductor device | |
| Annaratone | Digital CMOS circuit design | |
| US9761712B1 (en) | Vertical transistors with merged active area regions | |
| US20060190893A1 (en) | Logic cell layout architecture with shared boundary | |
| TWI446535B (zh) | 用於改善電晶體至電晶體應力均勻度之技術 | |
| CN106068557B (zh) | 高性能标准单元 | |
| JP2012059938A (ja) | 半導体集積回路装置および半導体集積回路装置の製造方法 | |
| US20150263039A1 (en) | Standard cell layout for logic gate | |
| US20170154957A1 (en) | Compact cmos device isolation | |
| JP2953482B2 (ja) | Ｃｍｏｓ集積回路 | |
| RU2674415C1 (ru) | Радиационно-стойкая библиотека элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах | |
| RU2539869C1 (ru) | Радиационно-стойкая библиотека элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах | |
| KR20190059052A (ko) | 내방사선 mosfet으로 형성되는 로직 셀 | |
| US8458638B2 (en) | Cell library, integrated circuit, and methods of making same | |
| JPS62250671A (ja) | 半導体装置 | |
| Lin et al. | 3D simulation of substrate noise coupling from through silicon via (TSV) and noise isolation methods | |
| TW202320177A (zh) | 積體電路裝置及製造方法 | |
| EP0092176A2 (en) | Basic cell for integrated-circuit gate arrays | |
| JP2019009369A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| Cardoso et al. | Study of layout extraction accuracy on W/L estimation of ELT in analog design flow | |
| RU2434312C1 (ru) | Способ изготовления радиационно-стойкой бис | |
| RU139164U1 (ru) | Радиационно-стойкая библиотека элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах | |
| JPS63160241A (ja) | スタンダ−ドセル方式の半導体集積回路 | |
| RU2689820C1 (ru) | Симметричный мультиплексор на комплементарных металл-окисел-полупроводник (кмоп) транзисторах | |
| Stenin et al. | Charge Collection by CMOS Transistors from Tracks of Single Particles Passing through Layer of Shallow Trench Isolation |