Технологический процесс изготовления n-p-n транзистора типа КТ-872
Сведения о математических моделях радиоэлектронных средств. Расчет физико-топологической модели биполярного транзистора с использованием модели Эберса-Молла. Разработка маршрутной карты технологического процесса изготовления транзистора типа КТ-872.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 25.05.2013 |
Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
Прогресс большинства областей современной техники неразрывно связан с успехами силовой электроники. Активными элементами силовой электроники являются силовые полупроводниковые приборы, работающие в ключевом режиме и применяющиеся в различных видах преобразовательной техники: диоды, тиристоры, биполярные и МДП-транзисторы, транзисторы с изолированным затвором.
Важнейшей проблемой, стоящей перед современной полупроводниковой электроникой, является широкая и полная автоматизация производства с внедрением автоматических систем управления технологическими процессами. Задачи и вопросы повышения эффективности любого производства всегда были и будут в центре внимания всех, кто занимается его организацией. При производстве изделий микроэлектроники снижение затрат на него и повышение качества изделий особенно важны, так как они закладывают качественную и стоимостную основу будущих радиоэлектронных устройств, которые сегодня во многом определяют уровень жизни общества. В то же время эти задачи далеко не просты, так как в основе производства изделий электронной техники лежит сложная технология, требующая высокого уровня ее реализации и больших затрат. Повышение эффективности этого производства путем его автоматизации также затруднено из-за сложной многооперационной технологии.
Исследования, проводимые в последние годы в области технологии полупроводникового производства, обусловлены нахождением оптимальных материалов, технологических методов и режимов обработки изделий, обеспечением надежного контроля качества, разработкой специального технологического и испытательного оборудования.
В связи с этим решаемая проблема комплексного подхода к разработке технологии изготовления транзисторных структур высокого качества с минимальными производственными затратами является актуальной.
Цель этих исследований состоит в нахождении оптимальных материалов, технологических методов и режимов обработки изделий, обеспечении надежного контроля качества, разработке специального технологического и испытательного оборудования.
В данной работе решается проблема комплексного подхода к разработке отдельных базовых процессов формировании активных областей силовых кремниевых транзисторов высокого качества с минимальными производственными затратами.
1. Назначение изделия и условия эксплуатации и их особенности
Рис. 1. КТ961 транзистор n-p-n типа (кремниевый эпитаксиально-планарный)
Назначение
Транзистор n-p-n кремниевый эпитаксиально-планарный в пластмассовом корпусе предназначен для использования в усилительных схемах и другой радиоэлектронной аппаратуре, изготавливаемой для народного хозяйства
Таблица 1.1 Назначение выводов
Условия эксплуатации
Таблица 1.2. Основные электрические параметры КТ961 при Токр. среды = 25 °С
Таблица 1.3. Значения предельно допустимых электрических режимов эксплуатации КТ961
Особенности
Основной отличительной особенностью данного транзистора является то, что диапазон рабочих температур достаточно широк (от - 45 до + 125°C), что играет немаловажную роль при использовании транзистора данной модели в построении радиоэлектронной аппаратуры.
транзистор биполярный радиоэлектронный
2. Общие сведения о математических моделях РЭС
Проектирование радиоэлектронных средств с применением ЭВМ требует описания этого объекта на языке математики в виде, удобном для его алгоритмической реализации.
Математическое описание проектируемого объекта называют математической моделью. Математическая модель -- это совокупность математических элементов (чисел, переменных, векторов, множеств) и отношений между ними, которые с требуемой для проектирования точностью описывают свойства проектируемого объекта. На каждом этапе проектирования используется свое математическое описание проектируемого объекта, сложность которого должна быть согласована с возможностями анализа на ЭВМ, что приводит к необходимости иметь для одного объекта несколько моделей различного уровня сложности
В общей теории математического моделирования математическую модель любого объекта характеризуют внутренними, внешними, выходными параметрами и фазовыми переменными. Внутренние параметры модели определяются характеристиками компонентов, входящих в проектируемый объект, например номиналы элементов принципиальной схемы. Если проектируемый объект содержит элементарных компонентов, то и его математическая модель будет определяться параметрами, которые образуют вектор внутренних параметров . Каждый из параметров, в свою очередь, может быть функцией, вектором или еще более сложным математическим функционалом в зависимости от объекта проектирования.
Выходные параметры модели -- это показатели, характеризующие функциональные, эксплуатационные, конструкторско-технологические, экономические и другие характеристики проектируемого объекта. К таким показателям могут относиться коэффициенты передачи, масса и габариты проектируемого объекта, надежность, стоимость и т.п. Понятия внутренних и выходных параметров инвариантны, при моделировании на более сложном уровне выходные параметры могут стать внутренними и наоборот. Например, сопротивление резистора является внутренним параметром при моделировании усилительного устройства, компонентом которого он является, но это же сопротивление будет выходным параметром при моделировании самого резистора, что требуется при пленочном его исполнении. Вектор выходных параметров модели будем обозначать
Внешние параметры модели -- это характеристики внешней по отношению к проектируемому объекту среды, а также рабочие управляющие воздействия. Вектор внешних параметров в общем случае содержит множество самых различных составляющих. К его составляющим с полным правом можно отнести все, что говорилось ранее о составляющих вектора внутренних параметров. Будем обозначать его
Уравнения математической модели могут связывать некоторые физические характеристики компонентов, которые полностью характеризуют состояние объекта, но не являются выходными или внутренними параметрами модели (например, токи и напряжения в радиоэлектронных устройствах, внутренними параметрами которых являются номиналы элементов электрических схем, а выходными параметрами -- выходная мощность, коэффициент передачи). Такие характеристики называют фазовыми переменными. Минимальный по размерности вектор фазовых переменных , полностью характеризующий работу объекта проектирования, называют базисным вектором. Например, при составлении уравнений математической модели радиоэлектронных устройств в качестве базисного вектор а можно использовать вектор узловых потенциалов либо вектор напряжений на конденсаторах и токов в индуктивностях -- переменные состояния. Использование вектора фазовых переменных позволяет упростить алгоритмическую реализацию программ, составляющих уравнения математической модели устройства.
В общем случае выходные параметры представляются операторами от векторов и могут быть определены из решения системы уравнений математической модели устройства. С учетом вышесказанного математическая модель любого радиотехнического объекта может быть представлена в виде следующих систем уравнений:
(14.1)
где и -- операторы, определяющие вид систем уравнений модели.
Система уравнений (14.1) может представлять собой систему линейных алгебраических уравнений, нелинейных уравнений различного вида, дифференциальных в полных или частных производных, и является собственно математической моделью проектируемого объекта. В результате решения системы (14.1) определяются действующие в устройстве фазовые переменные .
В частных случаях составляющие вектора могут являться внутренними или выходными параметрами объекта, и тогда уравнение (14.1) упрощается.
Решение уравнений (14.1) и отыскание вектора с помощью уравнения называют анализом математической модели.
На каждом уровне моделирования различают математические модели проектируемого радиотехнического объекта и компонентов, из которых состоит объект. Математические модели компонентов представляют собой системы уравнений, которые устанавливают связь между фазовыми переменными, внутренними и внешними параметрами, относящимися к данному компоненту. Эти уравнения называют компонентными, а соответствующую модель -- компонентной.
Математическую модель объекта проектирования, представляющего объединение компонентов, получают на основе математических моделей компонентов, входящих в объект. Объединение компонентных уравнений в математическую модель объекта осуществляется на основе фундаментальных физических законов, выражающих условия непрерывности и равновесия фазовых переменных, например законов Кирхгофа. Уравнения, описывающие эти законы, называют топологическими; они отражают связи между компонентами в устройстве. Совокупность компонентных и топологических уравнений для проектируемого объекта и образует систему, являющуюся математической моделью объекта.
Исходя из задач конкретного этапа проектирования, математическая модель проектируемого объекта должна отвечать самым различным требованиям:
· отражать с требуемой точностью зависимость выходных параметров объекта от его внутренних и внешних параметров в широком диапазоне их изменения;
· иметь однозначное соответствие физическим процессам в объекте;
· включать необходимые аппроксимации и упрощения, которые позволяют реализовать ее программно на ЭВМ с различными возможностями;
· иметь большую универсальность, т. е. быть применимой к моделированию многочисленной группы однотипных устройств;
· быть экономичной с точки зрения затрат машинных ресурсов и т. п.
Эти требования в своем большинстве являются противоречивыми, и удачное компромиссное удовлетворение этих требований в одних задачах может оказаться далеким от оптимальности в других. По этой причине для одного и того же компонента или устройства часто приходится иметь не одну, а несколько моделей. В связи с этим классификация моделей должна выполняться по множеству признаков, чтобы описать все возможные случаи.
По уровню сложности различают полные модели и макромодели. Полные модели объекта проектирования получаются путем непосредственного объединения компонентных моделей в общую систему уравнений. Макромодели представляют собой упрощенные математические модели, аппроксимирующие полные.
В свою очередь, макромодели делят на две группы: факторные и фазовые модели.
Факторные модели предназначены для использования на последующих этапах проектирования.
Фазовые макромодели предназначены для использования на том же этапе проектирования, на котором их получают, для сокращения размерности решаемой задачи.
По способу получения математические модели радиотехнических объектов делят на физические и формальные. Физические модели получают на основе изучения физических закономерностей функционирования проектируемого объекта, так что структура уравнений и параметры модели имеют ясное физическое толкование.
Формальные модели получают на основе измерения и установления связи между основными параметрами объекта в тех случаях, когда физика работы его известна недостаточно полно. Как правило, формальные модели требуют большого числа измерений и по своей природе являются локальными, справедливыми вблизи тех режимов, в которых производились измерения. Такие модели называют моделями "черного ящика".
В современных системах автоматизированного проектирования формирование системы уравнений математической модели проектируемого объекта выполняется автоматически с помощью ЭВМ. В зависимости от того, что положено в основу алгоритма формирования системы уравнений, модели радиоэлектронных объектов можно разделить на электрические, физико-топологические и технологические.
Понятие электрической модели включает либо систему уравнений, связывающих напряжения и токи в электрической схеме, являющейся моделью объекта, либо саму электрическую схему, составленную из базовых элементов (резисторов, конденсаторов), на основе которой можно в ЭВМ получить систему уравнений, связывающих напряжения и токи в модели объекта.
В физико-топологических моделях исходными параметрами являются геометрические размеры определяющих областей проектируемого объекта и электрофизические характеристики материала, из которых они состоят. В результате решения системы уравнений этой модели поля находятся внутри и на внешних выводах устройства. Такие модели применяются при разработке полупроводниковых приборов, СВЧ-устройств и в ряде других случаев.
Технологические модели основываются на параметрах технологических процессов изготовления проектируемого объекта (температура и время диффузии, концентрация диффузанта). Выходные параметры такой модели -- совокупность физико-топологических либо технологических параметров.
По способу задания внутренних и внешних параметров математические модели делят на дискретные и непрерывные.
Различают модели статические и динамические в зависимости от того, учитывают ли уравнения модели инерционности процессов в проектируемом объекте или нет. Статические модели отражают состояние объекта проектирования при неизменных внешних параметрах и не учитывают его переходные характеристики. Динамические модели дополнительно отражают переходные процессы в объекте, происходящие при изменении во времени внешних параметров.
Существуют и другие варианты классификации математических моделей элементов и узлов радиоустройств.
Программа моделирования радиотехнических и других объектов должна автоматически формировать систему уравнений математической модели из базового набора элементарных схемных элементов, компонентные уравнения для которых хранятся в библиотеке программы. Для синтеза адекватных реальному объекту моделей большинства радиотехнических устройств базовый набор должен содержать, по крайней мере, пять типов сосредоточенных схемных элементов, перечисленных в таблице. В таблице приведены и компонентные уравнения для каждого из элементов базового набора.
2.1 Общая характеристика задач автоматизации конструкторского проектирования РЭС
Этап конструкторского проектирования радиоэлектронных средств представляет комплекс задач, связанных с преобразованием функциональных или принципиальных электрических схем разработанных устройств в совокупность конструктивных компонентов, между которыми будут существовать необходимые пространственные или электрические связи. Конструкторский этап является завершающим в общем цикле разработки радиоустройств и заканчивается выдачей конструкторско-технологической документации для их изготовления и эксплуатации.
При конструировании радиоэлектронных средств ведущим принципом является модульный, заключающийся в выделении конструктивных модулей (компонентов) различной степени сложности, находящихся в отношении соподчиненности.
Таблица 4.
Базовый элемент |
Компоненты уравнения |
|||
В операторной форме |
Во временной форме |
В частной форме |
||
1. Резистор линейный управляемый током управляемый напряжением |
||||
2. Конденсатор линейный управляемый током управляемый напряжением |
||||
3. Индуктивность линейный управляемый током управляемый напряжением |
||||
4. Источник напряжения Независимый Управляемый током iab Управляемый напряжением uab |
||||
5. источник тока Независимый Управляемый током iab Управляемый напряжением uab |
Компонентные уравнения могут связывать мгновенные значения напряжений и токов, действующих на базовом элементе, либо их комплексные амплитуды. В первом случае говорят о моделировании во временной области, во втором - в частотной. Чем больший набор базовых компонентов позволяет использовать данная САПР, тем более многофункциональной она является.
2.2 Расчет модели биполярного транзистора с использованием модели Эберса-Молла
Модель биполярного транзистора. К настоящему времени известно много электрических моделей биполярных транзисторов. В САПР радиоэлектронных средств наиболее часто используются модели Эберса-Молла, обобщенная модель управления зарядом Гуммеля -- Пуна, модель Линвилла, а также локальные П - и Т -образные модели линейных приращений Джиаколлето. Рассмотрим, например, один из вариантов модели Эберса-Молла (рис. 2, а), отражающей свойства транзисторной структуры в линейном режиме работы и в режиме отсечки. На рисунке гэ, Гб, гк -- сопротивления эмиттерной, базовой и коллекторной областей транзистора и контактов к ним, rэ, rб, rк, -- управляемые напряжением на входном переходе ип источники тока, отражающие передачу тока через транзистор, Rэб -- сопротивление утечки перехода база-эмиттер. Ток источника Iб связан с напряжением на переходе соотношением:
Рис. 2. Электрические модели биполярного транзистора: а - модель Эберса - Молла, б - глобальная модель дискретного транзистора; в - интегральный транзистор, г - модель интегрального транзистора, д - модель Джиаколетто
Iб=Iбо[exp(uп/(myT))-1],
где Iбо -- ток насыщения перехода, yT= (0,3... 1,2)В -- контактная разность потенциалов, m - эмпирический коэффициент.
Параллельно переходу база-эмиттер включены барьерная емкость Сбэ и диффузионная емкость Сдэ перехода. Величина Сбэ определяется обратным напряжением на переходе ип и зависит от него по закону
Сбэ = Соб/(1--UП/yT)y,
где Соб -- емкость перехода при UП = 0; у = 0,3...0,5 -- коэффициент, зависящий от распределения примесей в области базы транзистора.
Диффузионная емкость является функцией тока /б, протекающего через переход, и определяется выражением
Сдэ = А /б,
где А -- коэффициент, зависящий от свойств перехода и его температуры.
Коллекторно-базовый переход моделируется аналогично, отличие состоит лишь в учете только барьерной емкости перехода
Скб = Сок/(1-Uп/YT)y, так как при работе транзистора в линейном режиме и режиме отсечки коллекторного тока этот переход закрыт. Выражение для тока управляемого источника коллекторного тока, моделирующего усилительные свойства транзистора, имеет вид
Iк = B/бо[ехр(Uп/(mУт))--1],
где B -- коэффициент усиления транзистора в схеме с общим эмиттером.
Параметры модели Эберса-Молла могут быть получены либо расчетным путем на основе анализа физико-топологической модели транзистора, либо измерены экспериментально. Наиболее легко определяются статические параметры модели на постоянном токе.
Для дискретного биполярного транзистора глобальная электрическая модель получается добавлением к модели Эберса-Молла паразитных параметров: индуктивностей выводов и емкостей на корпус, как показано на рис. 2, б. При использовании модели рис. 2, а для моделирования бескорпусного транзистора необходимо учесть лишь индуктивности выводов, кроме индуктивности общего электрода.
Биполярные интегральные транзисторы обычно выполняют по планарно-эпитаксиальной технологии. Если изоляция транзисторов в микросхеме друг от друга и от подложки осуществляется с помощью диэлектрической изоляции, то структуры транзисторов формируются, в специальных «карманах» -- однолегированных областях, предварительно изолированных от полиикристаллической подложки слоем диэлектрика (обычно оксидом кремния) (рис. 2, в). Электрическая модель такого транзистора должна учитывать возникновение R-С-структуры, образованной распределенным по длине коллекторной области объемным сопротивлением изолирующего слоя и емкостью коллектор -- подложка. Влияние изолирующего слоя может быть учтено в модели транзистора (рис. 2, а) подключением к коллекторному выводу параллельного соединения iконденсатора Сл и резистора Rn (рис. 2, г).
П-образная электрическая модель линейных приращений (Джиаколлето) для биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером показана на рис. 2, д. Эта модель включает семь параметров: rэ, rб, rк -- распределенное сопротивление материала базы, эмиттера и коллектора и их выводов.
2.3 Физико-топологическая модель транзистора
Рассмотрим теперь для примера построение физико-топологической модели биполярного транзистора в диффузионно-дрейфовом приближении. Это приближение основано на локальной и феноменологической зависимости плотности тока в полупроводнике от градиента потенциала электрического поля и концентрации носителей заряда, причем коэффициенты пропорциональности содержат в качестве множителя подвижность носителей заряда. В предположении невырожденного полупроводника и малости электрического поля плотность тока в полупроводнике складывается из плотностей тока проводимости (дрейфовой составляющей) и диффузии. Выражение для плотностей электронного и дырочного токов имеют такой вид:
где e -- заряд электрона; mп , mp -- подвижность электронов и дырок соответственно, п, р -- концентрация электронов и дырок в материале полупроводника; Е -- напряженность электрического поля; Dp, Dn -- коэффициенты диффузии носителей. Для упрощения задачи рассмотрим одномерную модель транзистора, которую разделим на ряд характерных областей, как показано на рис. 3. Каждую из областей будем рассматривать по отдельности. В базовой области можно считать, что электронный ток отсутствует и для базового тока можно записать в виде:
откуда для напряженности электрического поля в базе транзистора несложно получить
где Np - избыточная концентрация дырок в области базы, yt=Dp/mp - контактная разность потенциалов.
Рис. 3
С учетом последнего выражения исходная система уравнений диффузионно-дрейфового приближения упрощается и базовая область транзистора будет описываться краевой задачей относительно распределения концентрации носителей п (х, t) из системы уравнений.
при следующих граничных условиях у эмиттерной и коллекторной границ базовой области:
где
полная концентрация электронов в эмиттере и коллекторе, пр -- равновесная концентрация носителей в базе, ?n время жизни электронов в базе, ут -- онтактная разность потенциала, мЭб, икб -- напряжения база -- эмиттер и база -- коллектор
На практике удобнее иметь систему уравнений относительно избыточной концентрации электронов: N(x,t) =*n(x,t)--пр(х). Граничные условия для N (лc,t) имеют вид
Сформулируем теперь краевую задачу для эмиттерной области транзистора в предположении прямого смещения на входном p-n-переходе. Считая, что в n-области электронный ток отсутствует, запишем систему уравнений:
Граничные условия для данной системы характеризуют концентрацию дырок в эмиттере на границе перехода база-эмиттер
и плотность тока, обусловленного поверхностной рекомбинацией:
Совместное решение краевых задач для областей базы и эмиттера позволяет полностью описать работу транзистора.
Как видно из приведенных выше соотношений, даже упрощенная физико-топологическая модель транзистора требует решения краевых задач, что затрудняет использование подобных моделей при моделировании радиоэлектронных устройств, многие из которых содержат большое количество (до нескольких тысяч) полупроводниковых приборов.
Поэтому такие модели в основном используются при разработке самих радиоэлектронных компонентов.
3. Разработка технологического процесса изготовления с использованием ЭВМ и роботов
Различные вычислительные средства уже давно используются специалистами в проектно-конструкторских работах, Быстродействие современных ЭВМ позволяет решать такие задачи, которые в принципе недоступны для «ручных» методов расчета, дает возможность учесть значительно большее число факторов, влияющих на функционирование и производство РЭС, резко повысить число рассматриваемых вариантов при проектировании. С помощью ЭВМ осуществляются анализ и синтез схем, их оптимизация, компоновка и размещение элементов конструкции РЭС, находятся оптимальные варианты электрического соединения элементов (трассировки) и решаются многие другие сложные задачи.
Широко используются автоматизированные средства для подготовки Технической документации. Так, для изготовления чертежей и описательных документов (электрических схем, сборочных чертежей, таблиц соединений, спецификаций) применяются специальные чертежные автоматы, графопостроители и алфавитно-цифровые печатающие устройства, управляемые с помощью ЭВМ.
На первом этапе применения ЭВМ для автоматизации проектирования дело сводилось к решению частных задач проектирования, носивших главным образом расчетный характер. Для каждой задачи строилась ее математическая модель, выбирался численный метод и разрабатывался алгоритм решения. На основе алгоритма создавалась программа на одном из алгоритмических языков Полученные от ЭВМ результаты подвергались необходимой обработке «вручную».
Однако при описанном «позадачном» подходе к автоматизации ЭВМ решают весьма ограниченный круг вопросов, не соответствующий их потенциальным возможностям, по существу отсутствует взаимодействие разработчиков с ЭВМ, не учитывается сильная взаимосвязь между различными этапами и уровнями проектирования.
Так, этап конструкторского проектирования часто сводится к решению задач, оторванных от электрической природы аппаратуры и ее функционирования, Критерии оптимизации конструкции в большинстве случаев не учитывают функциональных факторов. В то же время электромагнитные связи элементов конструкции существенно проявляются во многих случаях на функционировании РЭС.
С другой стороны, схемотехнический этап проектирования во многих случаях не учитывает конструкторско-технологических, эксплуатационных и экономических факторов. В результате этого разрыва спроектированная аппаратура по эффективности оказывается далекой от оптимальной, хотя на каждом этапе принимаются меры и затрачиваются большие интеллектуальные и материальные средства на оптимизацию.
При традиционном методе вмешательство проектировщика в автоматические процедуры проектирования не предусматривается, хотя это может обеспечить значительный эффект.
Все эти трудности и противоречия привели к необходимости решения задач автоматизации проектирования на основе системного подхода как в части его организации, так и в части аппаратных вычислительных средств и их программно-математического обеспечения. Это породило новый этап автоматизации проектирования -- этап создания систем автоматизированного проектирования (САПР).
Каковы основные черты систем автоматизированного проектирования и их принципиальные отличия от «позадачных» методов автоматизации?
Первой характерной особенностью является возможность комплексного решения общей задачи проектирования, установления тесной связи между частными задачами, т.е. возможность интенсивного обмена информацией и взаимодействие не только отдельных процедур, но и этапов проектирования. Например, применительно к техническому (конструкторскому) этапу проектирования САПР позволяет решать задачи компоновки, размещения и трассировки в тесной взаимосвязи, которая должна быть заложена в технических й программных средствах системы.
Применительно к системам более высокого уровня можно говорить об установлении тесной информационной связи между схемотехническим и техническим этапами проектирования. Такие системы позволяют создавать радиоэлектронные средства, более эффективные с точки зрения комплекса функциональных и конструкторско-технологических требований.
Вторым отличием САПР является интерактнивный режим проектирования, при котором осуществляется непрерывный процесс диалога «человек--машина». Сколь ни сложны и изощренны формальные методы проектирования, сколь ни велика мощность вычислительных средств, невозможно создать сложную аппаратуру без творческого участия человека. Системы автоматизации проектирования по своему замыслу должны не заменять конструктора, а выступать мощным средством обеспечения его творческой деятельности.
Третья особенность САПР заключается в возможности имитационного моделирования радиоэлектронных систем в условиях работы, близких к реальным. Имитационное моделирование дает возможность предвидеть реакцию проектируемого объекта на самые различные возмущения, позволяет конструктору «видеть» плоды своего труда в действии без макетирования. Ценность этой особенности САПР заключается в том, что в большинстве случаев крайне трудно сформулировать системный критерий эффективности РЭС. Эффективность связана с большим числом требований различного характера и зависит от большого числа параметров РЭС и внешних факторов. Поэтому в сложных задачах проектирования практически, невозможно формализовать процедуру поиска оптимального по критерию комплексной эффективности решения. Имитационное моделирование позволяет провести испытания различных вариантов решения и выбрать лучший, причем сделать это быстро и учесть всевозможные факторы и возмущения.
Четвертая особенность заключается в значительном усложнении программного и информационного обеспечения проектирования. Речь идет не только о количественном, объемном увеличении, но и об идеологическом усложнении, которое связано с необходимостью создания языков общения проектировщика и ЭВМ, развитых банков данных, программ информационного обмена между составными частями системы, программ проектирования, коррекции работы машины, ее обучения, систематизации и обобщения опыта, усовершенствования стратегии принятия решений.
Пятая особенность заключается в значительном усложнении технических средств САПР. Системы автоматизации проектирования требуют применения машин высокой производительности, многомашинных комплексов, разветвленной системы периферийных устройств, в частности устройств отображения информации, диалога и изготовления документации.
И наконец, последняя особенность САПР, которую можно отметить, заключается в замкнутости процесса автоматизированного проектирования. Под этим подразумевается, что проектировщик вводит в машину информацию на уровне замысла, а в результате диалогового процесса проектирования машина выдает технические решения и документацию, необходимую для изготовления РЭС и автоматизированного управления технологическими процессами ее производства
Список оборудования
Ванна с раствором ситанола АЛМ-10
Технические характеристики
Внешний вид Синтанола АЛМ-10 при (20+5)0С - Паста от белого до слегка желтоватого цвета. Цветность расплава (йодная шкала), мг J2/100см3, не более 6.
Показатель активности водородных ионов (рН) водного раствора препарата с массовой долей основного вещества 10% в пределах 6,0-9,0
Температура помутнения водного раствора Синтанола АЛМ-10 с массовой долей основного вещества 1%, 0С, в пределах 84-92
Массовая доля полиэтиленгликолей, %, не более 4,0
Массовая доля веществ, экстрагируемых гексаном, %, не более 8,5
Таблица 3.1.
Внешний вид Синтанола АЛМ-10 при (20+5)0С |
Паста от белого до слегка желтоватого цвета |
|
Цветность расплава (йодная шкала), мг J2/100см3 |
не более 6 |
|
Показатель активности водородных ионов (рН) водного раствора препарата с массовой долей основного вещества 10% |
в пределах 6,0-9,0 |
|
Температура помутнения водного раствора Синтанола АЛМ-10 с массовой долей основного вещества 1%, 0С |
в пределах 84-92 |
|
Массовая доля полиэтиленгликолей, % |
не более 4,0 |
|
Массовая доля веществ, экстрагируемых гексаном, % |
не более 8,5 |
Оборудование -- линия “Лада-125”
Технические данные
Таблица 3.2.
Частота вращения центрифуги |
500…10000 мин-1 ± 5%(КР). Задается с шагом 100 мин-1 |
|
Ускорение частоты вращения |
до 50000 мин-1 *с -1. Задается с шагом 1000 мин-1 *с -1 |
|
Диапазон регулирования времени технологических операций |
0.1…99.9 с. |
|
Диапазон регулирования температуры плитки |
40…80± 3 °C; 81…250 ± 1 °C |
|
Отображение фактических параметров |
на 2-х строчном ЖК-индикаторе |
Сушильный шкаф СШ-80-01
Технические характеристики шкафа ШС-80-01
Таблица 3.3.
Объем сушильной камеры |
80 л |
|
Диапазон рабочих температур |
+50…+200 °С |
|
Временные температурные колебания |
±2 °С |
|
Отклонения температуры от заданной по объему камеры |
±10 °С |
|
Время нагрева до максимальной температуры |
30 мин |
|
Напряжение питания |
220 В ±10 % |
|
Частота |
50 Гц ±2 % |
|
Установленная мощность |
1,6 кВт |
|
Принудительная конвекция |
нет |
|
Время непрерывной работы |
Не менее 16 ч |
|
Габаритные размеры Ширина Глубина Высота |
680 мм 626 мм 603 мм |
|
Размеры рабочей камеры |
560х390х370 (мм) |
|
Масса |
Не более 45 кг |
|
Средний срок службы сушильного шкафа |
не менее 10 лет |
Диффузионная печь СДО-125/3-12
Технические характеристики диффузионной однозонной печи СДО-125/3-12 следующие:
Таблица 3.4.
Количество технологических труб, шт. |
3 |
|
Диапазон рабочих температур, °С |
700-1250 |
|
Диаметр рабочей трубы, мм |
120 |
|
Диаметр обрабатываемых пластин, мм |
до 80 |
|
Минимальная длина рабочей зоны (мм) с неравномерностью распределения температуры, °С ±0,25 ±0,5 |
450 600 |
|
Стабильность поддержания температуры в пределах рабочей зоны, °С |
±0,25 |
|
Воспроизводимость температурного уровня, °С |
±0,5 |
|
Время выхода печи на максимальную рабочую температуру, ч |
2 |
|
Максимальная мощность, потребляемая в установившемся режиме, кВт |
18 |
|
Размеры, мм |
1852Х630Х2150 |
|
Масса, кг |
800 |
Установка нанесения фоторезиста НВ-100, линия “Лада-125
Технические характеристики
Таблица 3.5.
Несение фоторезистивных пленок методом центрифугирования |
|
Установка соответствует требованиям эксплуатации в помещениях класса Р(10)100 («чистое помещение» класса 5 ИСО по ГОСТ Р ИСО 14644-1-1-2002) |
Установка группового плазмохимического травления 08ПХО-100Т-001 (Плазмохимическое травление тонких слоев диэлектрических и полупроводниковых материалов)
Технические характеристики
Таблица 3.6.
Частота модуляции |
440 кГц |
|
Мощность излучения |
0.5--3 кВт |
Установка эпитаксиального наращивания для индивидуальной обработки подложек - ЕТМ 150/200-0,1
Технические характеристики
Таблица 3.7.
Установка нанесения фоторезиста НВ-100, линия “Лада-125”
Технические характеристики
Таблица 3.8
Несение фоторезистивных пленок методом центрифугирования |
|
Установка соответствует требованиям эксплуатации в помещениях класса Р(10)100 («чистое помещение» класса 5 ИСО по ГОСТ Р ИСО 14644-1-1-2002) |
Технические характеристики установки
«Плазма 150А»
Таблица 3.9
Диаметр обрабатываемых пластин |
100,150 мм |
|
Количество одновременно обрабатываемых пластин |
1 шт |
|
Производительность |
50 пл/час |
|
Скорость удаления фоторезиста |
3,2 мкм/мин |
|
Неравномерность удаления |
±3,5 % |
|
Подвижный заряд |
1,3-1010 см2 |
|
Минимальная толщина диэлектрика при отсутствии пробоев |
100 E |
|
Мощность ВЧ-генератора |
1200 Вт |
|
Частота ВЧ-генератора |
13,56 МГц |
|
Температура подложкодержателя |
60-300 °С |
|
Потребляемая мощность |
не более 10 кВт |
Микроскоп металлографический «ММУ-3»
Назначение: Металлографический микроскоп ММУ-3 (оптический микроскоп, фото) предназначен для визуального наблюдения непрозрачных объектов в отраженном свете при работе в светлом и темном поле и в поляризованном свете.
Описание: Металлографический микроскоп ММУ-3 применяется в заводских лабораториях и непосредственно в цехах. На микроскопе можно фотографировать изображение объектов с помощью фото насадок типа МФН (насадки в комплект микроскопа не входят). Микроскоп изготавливается в исполнении У категории 4.2, т. е. для работы в макроклиматических районах с умеренным климатом в лабораторных помещениях при температуре воздуха от +10 до +35 град. ?С, и в исполнении Т категории 4.2, т.е. для работы в макроклиматических районах как с сухим, так и с влажным тропическим климатом в лабораторных помещениях при температуре воздуха от +10 до +45 град.С.
Микроскоп «ММУ-3»
Технические характеристики металлографического микроскопа ММУ3:
Таблица 3.10
Ахроматический ОЭ-4 |
||
Фокусное расстояние |
25 мм |
|
Числовая апертура |
0,17 |
|
Увеличение с ахроматической линзой |
F=200 - 8,0 мм |
|
Рабочее расстояние |
5,4 мм |
|
Ахроматический ОЭ-2 |
||
Фокусное расстояние |
10 мм |
|
Числовая апертура |
0,40 мм |
|
Увеличение с ахроматической линзой |
F=200 - 20,0 мм |
|
Рабочее расстояние |
2,6 мм |
|
Ахроматический ОЭ-1 |
||
Фокусное расстояние |
6,3 мм |
|
Числовая апертура |
0,65 |
|
Увеличение с ахроматической линзой |
F=200 - 31,7 мм |
|
Рабочее расстояние |
0,7 |
|
Пределы перемещения столика |
в продольном направлении от 0 до 40 |
|
в поперечном направлении от 0 до 20 |
||
Пределы поворота столика (в среднем положении по шкале поперечных перемещений) |
от 0 до 360 |
|
Пределы перемещения тубуса микроскопа в вертикальном направлении |
по колонке от 0 до 70 |
|
с помощью механизма грубой подачи от 0 до 30 |
||
с помощью механизма микрометрической фокусировки от 0 до 2,5 |
||
Цена деления шкал |
перемещения столика 1 мм |
|
вращения столика 2 |
||
механизма микрометрической фокусировки 2 мкм |
||
Цена деления нониуса столика |
0,1 мм |
|
Максимальная высота объекта |
100 мм |
|
Источник света |
лампа накаливания РН 8-20 |
|
Питание лампы осуществляется через блок питания от сети переменного тока |
220 В 50-60 Гц |
|
Габаритные размеры |
250х220х330 мм |
|
Масса |
6 кг |
|
блока питания |
2 шт |
Установка лазерной обработки ЭМ-210
Технические характеристики
Таблица 3.11
4. Разработка маршрутной карты изготовления объектов проектирования
Исходя из оборудования заданного в приложении к ТЗ и рассмотренного в главе 3 составлен техпроцесс изготовления транзистора КТ-872:
Технологические процесс изготовления диффузионного резистора и конденсатора
Таблица 4.1.
А |
005 |
Комплектование |
|
Б |
Комплектовочный стол |
||
О |
Формировать партию пластин. Уложить в тару цеховую. |
||
А |
010 |
Гидромеханическая отмывка пластин |
|
Б |
Ванна с раствором ситанола АЛМ-10 |
||
О |
Операция выполняется в растворе ситанола АЛМ-10 в деионизированной воде с помощью щеток для удаления механических загрязнений и увеличения смачиваемости поверхности пластин. |
||
А |
015 |
Химическая обработка |
|
Б |
Оборудование -- линия “Лада-125” |
||
О |
Обработка пластин смесью Каро (H2SO4+H2O2) и перикисьно-амиачной смесью для удаления любых органических загрязнений с поверхности полупроводниковых пластин при температуре 90 ?С. |
||
А |
020 |
Сушка |
|
Б |
Сушильный шкаф |
||
О |
Операция проводится сначала в парах этилового спирта, а затем в потоке горячего осушенного азота в центрифуге при частоте обращения 20000 оборотов в минуту. |
||
А |
025 |
Окисление |
|
Б |
Диффузионная печь СДО-125/3-12 |
||
О |
Окисление проводится в два этапа: - газовая полировка(проводится в специальных печах); устанавливается нужное распределение температуры и печи с потоком азота; устанавливается поток газа-носителя (водород, 8 л/мин; печь с внутренним диаметром трубы 35 мм), а поток азота перекрывается; вносят лодочку с пластинами и выжидают 5 мин до установления теплового равновесия; к газу-носителю добавляют требуемый поток хлористого водорода; полируют в течение 10 мин (обычная продолжительность полировки); прекращают поток НСl и вынимают пластины. Скорость полировки зависит от температуры и концентрации хлористого водорода. Удельное сопротивление, тип проводимости и поверхностная обработка кремния не оказывают заметного влияния на скорость полировки. Качество полировки связано с чистотой хлористого водорода. В выпускаемом промышленностью хлористом водороде иногда присутствует ацетилен; это нежелательно, поскольку приводит к образованию матовых поверхностей. Нежелательным является также наличие двуокиси углерода и воды. - Окисление От газовой полировки можно переходить сразу к процессу окисления простым изменением состава газового потока. При этом не требуется вынимать пластины из печи. Для быстрого получения качественной плёнки, окисление производят сначала в сухом кислороде для формирования пленки, затем длительно окисляют во влажном кислороде и окончательной стадией является формовка окисла в сухом кислороде. |
||
А |
030 |
Первая фотолитография |
|
Б |
Установка нанесения фоторезиста НВ-100, линия “Лада-125” |
||
О |
С использованием фотолитографии проводится легирование локальных областей подложки с целью создания скрытых слоёв Нанесение фоторезиста дискретное. Получение равномерного слоя фоторезиста на поверхности полупроводниковых пластин толщиной 1,1 мкм, с предварительной фильтрацией используемого фоторезиста ФП-383 на установке нанесения НВ-100. Экспонирование ультрафиолетовым лучом контактное. Операция переноса изображения с фотошаблона на полученный ранее слой фоторезиста. Проявление и термообработка фотослоя. Операция превращения засвеченных участков фотослоя в растворимую соль, с использованием 5%-го раствора гидроокиси калия в качестве проявителя. Последующая термообработка проводится в два этапа: 1-й этап: 30 минут при температуре 90?С. 2-й этап: 60 минут при температуре 150?С Контроль горизонтальных размеров рисунка. Удаление фоторезиста в смеси неорганических кислот. Контроль фотолитографии. Контроль ухода линейных размеров полученного рисунка по отношению к маске. |
||
А |
035 |
Диффузия бором, I стадия |
|
Б |
Диффузионная печь СДО-125/3-12 |
||
О |
При диффузии в качестве источника диффузанта используется ВВrз. Диффузия проводится в две стадии. Первый этап двухстадийной диффузии, для создания поверхностного слоя легирующей примеси повышенной концентрации - источника примеси для второго этапа. Проводится при температуре 960?С в течение 40 мин. |
||
А |
040 |
Снятие боросиликатного стекла |
|
Б |
Установка “08 ПХО 100Т-001” |
||
О |
С поверхности кремния удаляется боросиликатное стекло mВ2О3nSiO2. Для травления используется плавиковая кислота HF. |
||
А |
045 |
Диффузия бором, II стадия |
|
Б |
Диффузионная печь СДО-125/3-12 |
||
О |
Разгонка бора и формирование области скрытого слоя. Боковая диффузия составляет 5,2 мкм. Общее увеличение размера рисунка на пластине относительно фотошаблона ?l=6 мкм. Для разгонки примеси пластины подвергают высокотемпературному нагреву, которым одновременно осуществляется и отжиг. Во время разгонки происходит окисление кремния. |
||
А |
050 |
Эпитаксия |
|
Б |
Установка эпитаксиального наращивания для индивидуальной обработки подложек - ЕТМ 150/200-0,1 |
||
О |
Наращивание на поверхность пластины эпитаксиальной плёнки n-типа толщиной 9 мкм. |
||
А |
055 |
Окисление |
|
Б |
Диффузионная печь СДО-125/3-12 |
||
О |
Операция проводится в потоке хлороводорода для получения пленки двуокиси кремния на поверхности полупроводниковых пластин, которая будет использоваться в качестве маски в процессе диффузии. Толщина получаемого окисла 0,8 мкм. На ней в процессе второй фотолитографии формируется защитная маска под локальную (разделительную) диффузию бора с целью создания изолирующих областей р-типа. Окисление проводится в потоке кислорода с изменением его влажности в три этапа: сухой -- влажный -- сухой. |
||
А |
060 |
Вторая фотолитография |
|
Б |
Установка нанесения фоторезиста НВ-100, линия “Лада-125” |
||
О |
Получение рисунка изолирующих областей. Подготовка пластин к нанесению фоторезиста. Обработка пластин в парах трихлорэтилена для улучшения адгезии маски к поверхности пластины, удаления жировых плёнок и других органических соединений. Нанесение фоторезиста дискретное. Получение равномерного слоя фоторезиста на поверхности полупроводниковых пластин толщиной 1,1 мкм, с предварительной фильтрацией используемого фоторезиста ФП-383 на установке нанесения НВ-100. Экспонирование ультрафиолетовым лучом контактное. Операция переноса изображения с фотошаблона на полученный ранее слой фоторезиста. Проявление и термообработка фотослоя. Операция превращения засвеченных участков фотослоя в растворимую соль, с использованием 5%-го раствора гидроокиси калия в качестве проявителя. Последующая термообработка проводится в два этапа: 1-й этап: 30 минут при температуре 90?С. 2-й этап: 60 минут при температуре 150?С Контроль горизонтальных размеров рисунка. Удаление фоторезиста в смеси неорганических кислот. Контроль фотолитографии. Контроль ухода линейных размеров полученного рисунка по отношению к маске. |
||
А |
065 |
Разделительная диффузия бором, I стадия |
|
Б |
Диффузионная печь СДО-125/3-12 |
||
О |
В качестве источника диффузанта используется ВВr3. Диффузия проводится в две стадии. Первый этап двухстадийной диффузии предназначен для создания поверхностного слоя легирующей примеси повышенной концентрации - источника примеси для второго этапа. Проводится при температуре 940?С в течение 35 мин. |
||
А |
070 |
Снятие боросиликатного стекла |
|
Б |
Установка “08 ПХО 100Т-001” |
||
О |
С поверхности кремния удаляется боросиликатное стекло mВ2О3nSiO2. Для травления используется плавиковая кислота HF. |
||
А |
075 |
Разделительная диффузия бором, II стадия |
|
Б |
Диффузионная печь СДО-125/3-12 |
||
О |
В процессе второй стадии диффузии, проводимой, в отличие от первой, в окислительной среде, создается новая пленка SiO2, выполняющая в дальнейшем не только маскирующие, но и защитные функции. После разделительной диффузии образуются диффузионные слои р-типа с сопротивлением 2 ... 12 Ом/?. Второй этап двухстадийной диффузии - перераспределение примеси на определенную глубину (формирование области разделения). Проводится при температуре 1050?С с одновременным термическим оксидированием в течение 24 мин. |
||
А |
080 |
Третья фотолитография |
|
Б |
Установка нанесения фоторезиста НВ-100, линия “Лада-125” |
||
О |
Аналогично операции 060. Используется набор фотошаблонов для получения рисунка базовых областей n-p-n транзисторов, конденсаторов и р-кармана для изготовления резисторов (без снятия ф/р). Увеличение размера на пластине относительно фотошаблона ?l=0,6 мкм. Подготовка пластин к нанесению фоторезиста. Обработка пластин в парах трихлорэтилена для улучшения адгезии маски к поверхности пластины, удаления жировых плёнок и других органических соединений. Нанесение фоторезиста дискретное. Получение равномерного слоя фоторезиста на поверхности полупроводниковых пластин толщиной 1,1 мкм, с предварительной фильтрацией используемого фоторезиста ФП-383 на установке нанесения НВ-100. Экспонирование ультрафиолетовым лучом контактное. Операция переноса изображения с фотошаблона на полученный ранее слой фоторезиста. Проявление и термообработка фотослоя. Операция превращения засвеченных участков фотослоя в растворимую соль, с использованием 5%-го раствора гидроокиси калия в качестве проявителя. Последующая термообработка проводится в два этапа: 1-й этап: 30 минут при температуре 90?С. 2-й этап: 60 минут при температуре 150?С Контроль горизонтальных размеров рисунка. Удаление фоторезиста в смеси неорганических кислот. Травление двуокиси кремния. Удаление пленки окисла из полученных окон для последующего процесса ионной имплантации примеси с помощью буферного травителя: HF : NH4F : H2O=1:3:7 Контроль фотолитографии. Контроль ухода линейных размеров полученного рисунка по отношению к маске. |
||
А |
085 |
Химическая обработка |
|
Б |
Автомат химической обработки полупроводниковых пластин АФОП |
||
О |
Операция проводится кипячением в смеси NH4OH : H2О : H2О2 (1:1:1) и промывкой в деонизированной воде. |
||
А |
090 |
Диффузия бором, I стадия |
|
Б |
Диффузионная печь СДО-125/3-12 |
||