Разработка конструкции кристалла полупроводниковой интегральной микросхемы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Постановка задачи

Задача курсовой работы заключается в разработке конструкции кристалла полупроводниковой интегральной микросхемы в соответствии с заданной электрической принципиальной схемой.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

1) Сформировать шесть диффузионных резисторов с номинальными значениями сопротивления, лежащими в диапазоне от 2000 Ом до 4500 Ом, с рассеиваемой мощностью 5 мВт и максимальной погрешностью сопротивления 25%.

2) Создать один конденсатор с номинальным значением ёмкости С равным 30 пФ, рабочим напряжением 5В и максимальной погрешностью ёмкости 15%.

3) Разработать конструкции биполярного транзистора, обеспечивающего ток эмиттера 40 мА и обратное напряжение, приложенное к переходам эмиттер - база, база - коллектор, коллектор - подложка. В техническом задании приведены значения концентрации примеси в области эмиттера, в области базы вблизи коллектора, в области коллектора, глубина залегания эмиттерного и базового слоёв, поверхностное сопротивление эмиттерного и базового слоёв.

При формировании элементов полупроводниковой схемы необходимо учесть предельно допустимые погрешности: совмещения, формирования топологических размеров.



1. Разработка кристалла ПИМС

1.1 Описание структуры кристалла

Основным элементом определяющей электрические параметры и характеристики микросхем, является транзистор. Структура транзистора приведена на рисунке 1. Поэтому, исходя из требования, предъявляемых к транзистору, производят выбор физической структуры различных областей, то есть задаются определёнными электрофизическими параметрами, к числу которых относится концентрация легирующей примеси, удельное сопротивление слоёв, глубина залегания эмиттерного и базового слоёв. Для расчёта остальных элементов используется выбранная физическая структура основного транзистора.

Н1 - глубина базовой области; Н2 - глубина эмиттерной области; Н3 - глубина разделительной диффузии; Н4 - толщина эпитаксиального слоя Н5 - толщина плёнки проводящего слоя; Н6 - толщина защитного слоя; Н7 - толщина пассивирующего слоя.

Рисунок 1. Структура кристалла.

Подложка ПИМС имеет дырочный тип проводимости, легирована бором. Толщина подложки 350 мкм, её удельное поверхностное сопротивление слоя пластины с=4,5 Ом*см. Концентрация примеси составляет N=8*10¹⁵ см^-3.

Эпитаксиальный слой имеет электронный тип проводимости.

Материал эпитаксиального слоя - кремний марки КЭФ (материал слоя - кремний, тип проводимости - электронный, легирован эпитаксиальный слой - фосфором). Толщина эпитаксиального слоя 8 мкм, удельное сопротивление с=0,2 Ом*см. Концентрация примеси в эпитаксиальном слое N=2*10¹⁶ см ^-3.

Изолирующий слой p-типа, способ изоляции - диодная изоляция по методу разделительной диффузии. Толщина слоя 9 мкм, концентрация примеси N=8*10¹⁶ см ^-3.

Эмиттерная n⁺ -область имеет толщину 2,5 мкм, концентрация примеси составляет N_э =1*10¹⁷см^-3.

Базовая p-область имеет толщину 3 мкм, толщина активной базы составляет 0,5 мкм. Концентрация примеси в базовой области вблизи эмиттера N_бэ=8*10¹⁶ см ^-3 , концентрация примеси в базовой области вблизи коллектора N_бк=4*10¹⁶ см ^-3. Поверхностное сопротивление базового слоя составляет R_sб=300 Ом/, диффузионная длина неравновесных носителей в базовой области L_nб=0,1 см, время жизни неравновесных носителей в базовой области ф=2*10 ^-4 с, скорость поверхностной рекомбинации носителей s=500см/с.

В коллекторной n-области толщиной 8 мкм, концентрация примеси N_к=2*10¹⁶ см^-3.

Материал проводящего слоя алюминий, толщина которого составляет 1 мкм, удельное сопротивление материала с=1,7*10 ^-6 Ом*см, удельное поверхностное сопротивление алюминия R_s=0,1 Ом/.

Защитный слой на основе плёнки окисла кремния, толщиной 0,8 мкм.

1.2 Выбор конструкции элементов схемы, описание методики расчёта выбранных элементов

При разработке интегральных микросхем вначале рассчитывают геометрические размеры пассивных элементов биполярных интегральных микросхем.

В полупроводниковых микросхемах функцию резистора, изображённую на рисунке 2, выполняет объём полупроводника, имеющий определённые размеры и конфигурацию. Интегральные резисторы в соответствии с таблицей 1, могут быть разделены на следующие типы в зависимости от структуры:

- диффузионные (на основе эмиттерной или базовой области);

- эпитаксиальные (на основе коллекторной области);

- пинч-резисторы.

Конфигурация контактных областей может быть различной. Если ширина резистора меньше 10 мкм, то вид контактных областей представлен на рисунке 3 б). При ширине резистора от 10 мкм до 20 мкм вид контактных областей представлен на рисунке 3 а). Если ширина резистора больше 20 мкм, то вид контактных областей представлен на рисунке 3 г).

Таблица 1. Характеристики интегральных резисторов.

Тип резистора	Rs , Ом/?	Разброс R, %	ТКС (бR),1/єС
Диффузионный резистор на основе эмиттерной области	1-10	±20	±(1-5*10-4
Диффузионный резистор на основе базовой области	100-300	±(5-20)	±(1,5-3)*10-3
Пинч - резистор на основе базового слоя	(2-5)*108	±50	±(1,5-3)*10-3
Пинч - резистор на основе коллекторного слоя	(4-8)*103	±50	±(3-4)*10-3
Эпитаксиальный резистор	(0,5-5)*103	±(15-25)	±(2-4)*10-3
Ионно-легированный резистор n-типа	(5-10)*102	10	±(0,5-1,5)*10-3
Ионно-легированный резистор p-типа	(0,5-20)*103	10	±(1-2)*10-3

Исходя из номинального значения сопротивления все резисторы будут формироваться в базовом слое.

L1 й

L2

L₁ - длина контактного окна;

L2 - длина контактной области резистора;

й - длина резистора.

Рисунок 2. Диффузионный резистор.

а), г) - для низкоомных резисторов;

б), в) - для высокоомных резисторов.

Рисунок 3. Значение коэффициентов k₁ и k₂ для расчёта диффузионных резисторов при различных конструкциях контактных областей.

Рассчитываем коэффициент формы резистора К_ф по формуле (1.1)

(1.1)



где с_sб - поверхностное сопротивление базового слоя, Ом/;

R-номинальное сопротивление резистора, Ом.

Рассчитываем относительную погрешность коэффициента формы резистора г_кф, % по формуле (1.2).

г_кф = г_R - г_сs - б_RЧ (T_max - 20°C)Ч100%, (1.2)

где г_R- относительная погрешность формирования сопротивления, %;

г_сs- относительная погрешность воспроизведения поверхностного сопротивления легированного слоя, %;

б_R - температурный коэффициент сопротивления резистора, 1/°C;

T_max- максимальная рабочая температура.

Рассчитываем минимальную ширину резистора при которой обеспечивается заданная погрешность геометрических размеров b_точн, мкм, по формуле (1.3).

(1.3)

где Д и Дl - абсолютные погрешности формирования ширины и длины резистивной полоски, мкм.

Рассчитываем минимальную ширину резистора определяемую из максимально допустимой мощности рассеивания b_мощн , мкм, по формуле (1.4).

(1.4).

где P₀ - максимально допустимая удельная мощность рассеивания, Вт/мм².

Выбираем расчётную ширину резистора b_расч ,мкм по формуле (1.5)

b_расч ? max (b_техн; b_точн; b_мощн), (1.5)

где b_техн - минимальная ширина резистора, определяемая разрешающей способностью технологического процесса, мкм.

Рассчитываем промежуточное значение ширины резистора b_пром ,мкм по формуле (1.6)

b_пром =b_расч -2Ч(Д_трав -X_jб Ч0,6), (1.6)

где Д_трав - погрешность, вносимая за счёт растворения окон в маскирующем окисле перед диффузией, мкм;

X_jб -глубина залегания базового слоя.

Выбираем значение топологической ширины резистора b_топ. Это топологическая ширина резистора, за b_топ принимают равное или ближайшее к b_пром большее значение, кратное шагу координатной сетки, принятому для чертежа топологии.

Рассчитываем реальную ширину резистора на кристалле b, мкм. Если b_пром < b_техн то за b_топ принимают равное или ближайшее к b_техн большее значение, кратное шагу координатной сетки по формуле (1,7)

b=b_топ +2Ч( Д_трав -X_jб Ч0,6), (1.7)

Рассчитываем расчётную длину резистора ??_расч, по формуле (1,8)

(1.8)

где N_изг - количество изгибов резистора на угол ;

n₂ -число контактных областей резистора;

k₂ - поправочный коэффициент, учитывающий сопротивление контактных областей резистора в соответствии с рисунком 3.

Рассчитываем промежуточную длину резистора ??_пром, мкм по формуле (1.9)

??_пром=??_расч +2Ч(Д_трав -X_jбЧ0,6) (1.9)

Выбираем значение топологической длины резистора ??_топ,. За топологическую длину резистора принимают ближайшее к ??_пром значение длины, кратное шагу координатной сетки, принятому для чертежа топологии.

Рассчитываем реальную длину резистора на кристалле ??, мкм по формуле (1.10)

(1.10)

Рассчитываем реальное значение сопротивления получившегося резистора R, Ом по формуле (1.11)

(1.11)

В полупроводниковых микросхемах возможно применение двух типов конденсаторов. Реализация первого типа основана на свойствах обратно смещённого p-n-перехода, а второго - на использовании свойств какого- либо диэлектрического материала.

Недостатки диффузионного конденсатора:

- ёмкость не более 200пФ;

- конденсатор занимает слишком большую площадь;

- зависимость ёмкости от температуры и приложенного напряжения;

- при формировании диффузионного конденсатора возникают паразитные элементы (один или 2 p-n-перехода, паразитный транзистор, ёмкость и последовательное сопротивление.).

МДП-конденсатор имеет ряд преимуществ перед диффузионным:

- ёмкость не зависит от приложенного напряжения;

- обладают большей добротностью и являются неполярными.

К тому же могут принимать большие значения ёмкости при малой площади на подложке. В отличие от пробоя p-n-перехода пробой диэлектрика носит необратимый характер, т.е. после пробоя конденсатор выходит из строя.

Но при формировании МДП конденсатора необходимо проводить дополнительную технологическую операцию для формирования диэлектрика.

Учитывая все недостатки и достоинства этих конденсаторов, я выбираю диффузионный. Такой конденсатор не будет занимать большое место на подложке. Рабочее напряжение конденсатора составляет 5 В, значит конденсатор лучше формировать на переходе эмиттер-база, его напряжение пробоя составит 5-7В. Конструкция диффузионного конденсатора изображена на рисунке 4.



L - длина верхней обкладки конденсатора; B - ширина верхней обкладки конденсатора; l - длина нижней обкладки конденсатора; b - ширина нижней обкладки конденсатора; д₁ - расстояние от верхней обкладки до нижней обкладки конденсатора; д₂ - расстояние от верхней обкладки до контакта к нижней обкладке; д₃ - расстояние от контакта к нижней обкладке до границы нижней обкладки; b_k - размер контактного окна.

Рисунок 4. Диффузионный конденсатор.

Рассчитываем минимальную толщину диэлектрика, у которой при приложенном рабочем напряжении не произойдёт пробой d_пр, мкм по формуле (1.12)

(1.12)

где K_з - коэффициент запаса электрической прочности;

U_раб - рабочее напряжение, В;

E_пр - электрическая прочность материала диэлектрика,

Рассчитываем относительную температурную погрешность

ёмкости г_сt , % по формуле (1.13)

г_сt = б _с (T_max - 20єC)Ч100%, (1.13)

где б _с- температурный коэффициент ёмкости,

T_max- максимальная температура, єC.

Рассчитываем максимальную относительную погрешность г_smax , % по формуле (1.14)

г_smax = г_с - г_с0 - г_ct - г_ccт , (1.14)

где г_ct -относительная температурная погрешность, %;

г_с0 -относительная погрешность удельной ёмкости конденсатора, %;

г_с -относительная погрешность ёмкости конденсатора, %

г_сcm-относительная погрешность ёмкости, обусловленная старением диэлектрической плёнки конденсатора, %.

Рассчитываем минимальную толщину диэлектрической плёнки конденсатора, которая обеспечивает заданную погрешность размеров d_точн, мкм по формуле (1.15)

(1.15)

где е-относительная диэлектрическая проницаемость;

е₀- абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума,

С-номинальное значение ёмкости, пФ;

Дb-абсолютная погрешность формирования размеров, мм.

Выбираем толщину диэлектрического слоя d, мкм по формуле (1.16)

d ? max (d_техн ;d_точн ; d_проч ), (1.16)

где d_тех - разрешающая способность метода, см.



Рассчитываем удельную ёмкость диэлектрика С₀, по формуле (1.17)

(1.17)

Рассчитываем площадь S_2, мкм² верхней обкладки конденсатора по формуле (1.18)

(1.18)

Рассчитываем ширину B₂ , мкм верхней обкладки конденсатора B₂ , мкм по формуле (1.19)

(1.19)

Рассчитываем расстояние от верхней обкладки конденсатора до нижней обкладки конденсатора, д₁ , мкм по формуле (1.20)

д₁=2Ч(Д_тр + Д_сов) (1.20)

где Д_тр - погрешность при травлении, мкм;

Д_сов - погрешность совмещения, мкм;

Рассчитываем расстояние от верхней обкладки конденсатора до контакта к нижней обкладке конденсатора, д_2, мкм по формуле (1.21)

д₂=2Ч( Д_тр+ Д_сов) (1.21)

Рассчитываем расстояние от контакта к нижней обкладке до границы нижней обкладки конденсатора, д₃ , мкм по формуле (1.22)

д₃=2Ч( Д_тр+ Д_сов) (1.22)

Рассчитываем расстояние между n⁺ -областью и p-областью, д₄, по формуле (1.23)

д₄=2Ч( Д_тр+ Д_сов)+б_э Х_jэ (1.23)

где б_э- коэффициент боковой диффузии в эмиттерной области;

Х_jэ- глубина залегания эмиттерного слоя, мкм.

Рассчитываем ширину нижней обкладки B_n+, мкм по формуле (1.24)

B_n+=В₂+ д₁+ д₂+ д₃+b_кб (1.24)

где b_кб- ширина контакта к нижней обкладке, мкм.

Рассчитываем длину нижней обкладки L_n+, мкм по формуле (1.25)

L_n+=В₂+2Ч д₁ (1.25)

Рассчитываем длину p-области L_p, мкм по формуле (1.26)

L_p=L_n++2Ч д₁ (1.26)

Рассчитываем ширину p-области В_p, мкм по формуле (1.27)

В_p=В_n++2Ч д₄ (1.27)

Основным элементом в полупроводниковых микросхемах является биполярный транзистор, представленный на рисунке 5.

Рисунок 5. Биполярный n-p-n транзистор.

Биполярный транзистор типа n-p-n является основным схемным элементом полупроводниковых ИМС. Он обладает лучшими характеристиками, чем транзистор типа p-n-p, а технология его изготовления более проста. Остальные элементы ИМС - выбирают и конструируют таким образом, чтобы они совмещались со структурой транзистора типа n-p-n. Их изготовляют одновременно с транзистором типа n-p-n на основе какой-либо из его областей.

В микросхемах применяются три конструктивные разновидности транзистора: планарная (вертикальная), горизонтальная и торцевая.

Для маломощных транзисторов (1К<1 мА) с высоким быстродействием размеры эмиттерной, базовой и коллекторной областей стараются сделать как можно меньшими. Транзисторы средней и большой мощностей работают в режимах высоких плотностей эмиттерного тока. Поэтому в мощных схемах целесообразны узкие эмиттеры с большим периметром. Эмиттер выполнен в виде полоски для уменьшения потерь на поверхностную ориентацию из-за эффекта оттеснения тока эмиттера.

В своей структуре я применил планарные полосковые транзисторы.

Рассчитываем периметр эмиттера транзистора П_э, мкм по формуле (1.28)

(1.28)

где I_э - ток эмиттера, мА.

Рассчитываем зазор между контактом к эмиттеру и границей эмиттерной области д₁, мкм по формуле (1.29)

д₁=2Ч(Д_тр+ Д_сов), (1.29)

где Д_тр - погрешность, вносимая за счёт растворения окон в маскирующем окисле;

Д_сов - погрешность совмещения.

Рассчитываем ширину эмиттера b_э по формуле (1.30)

b_э ? b_кэ +2 д₁ (1.30)

где b_кэ - ширина контакта к эмиттерной области.

Рассчитываем длину эмиттера l_э по формуле (1.31)

(1.31)

Рассчитываем минимальное расстояние между эмиттером и контактом к базовой области д₂ по формуле (1.32)

д₂ =2Ч( Д_тр+ Д_сов )+б_бэ ЧХ_jэ (1.32)



где б_бэ - коэффициент боковой диффузии в эмиттере;

Х_jэ - толщина эмиттерной области.

Рассчитываем минимальное расстояние между контактом к базе и границей базовой области д₃ по формуле (1.33)

д₃=2Ч( Д_тр+ Д_сов ) (1.33)

Рассчитываем минимальное расстояние между эмиттерной и базовой областями д₄ по формуле (1.34)

д₄ ?2Ч( Д_тр+ Д_сов )+б_бэ ЧХ_jэ (1.34)

Рассчитываем минимальное расстояние между базовой областью и подлегированной n⁺ -областью д₅ по формуле (1.35)

д₅ = 2Ч( Д_тр+ Д_сов )+ б_бэ ЧХ_jэ+б_бб ЧХ_jб (1.35)

где б_бб- коэффициент боковой диффузии в базе;

Х_jб -толщина базовой области.

Рассчитываем минимальное расстояние между подлегированной n⁺ -областью и границей коллекторной области д₆ по формуле (1.36)

(1.36)

где - коэффициент боковой диффузии в изоляции;

X_jиз - толщина изолирующего слоя, мкм.

Рассчитываем ширину базовой области b_б , по формуле (1.37)

(1.37)



где b_кб - ширина контакта к базовой области, мкм.

Рассчитываем длину базовой области l_б, мкм по формуле (1.38)

(1.38)

Рассчитываем ширину коллекторной области b_к , мкм по формуле (1.39)

(1.39)

где b_n+ - ширина подлегированной n⁺ -области, мкм.

Рассчитываем длину коллекторной области l_к, мкм по формуле (1.40)

(1.40)

1.3 Расчёт топологических размеров элементов

При расчёте резистора, изображённого на рисунке 2 по формулам (1.1)-(1.11) получил следующие значения, указанные в таблице 2.

Таблица 2. Параметры и размеры интегрального резистора.

№	Параметры резисторов
	вточ, мкм	вр, мкм	гКф. max, %	Кф	в, мкм	Lрас мкм	Lпром, мкм	L , мкм	врасч, мкм	R, Ом	Р, мВт	втехн, мкм	Р0, Вт/мм2
R1	2,2	19,4	10,5	6,6	19,6	119	127	130	19,4	2000	20	5	2
R2	2,1	14,6	10,5	11,6	15,1	167,1	171,7	172	14,6	3500	20	5	2
R3	2	13	10,5	15	13,6	196	200,4	201	13	4500	20	5	2
R4	2,2	18,1	10,5	7,6	18,6	131,4	136	136,5	18	2300	20	5	2
R5	2,1	14,6	10,5	11,6	15,1	167,1	171,7	172	14,6	3500	20	5	2
R6	2	13,7	10,5	13,3	14,6	186	136	190	13,7	4000	20	5	2

кристалл резистор схема диэлектрик

При расчёте диффузионного конденсатора, изображённого на рисунке 4 по формулам (1.12)-(1.27) получил следующие значения, указанные в таблице 3.

Таблица 3. Параметры и размеры конденсатора.

Обозначение конденсатора	Параметры конденсатора
	Nпр.эб, см-3	Coj, Ф?см	Sp-n, мкм2	В, мкм	b, мкм	L, мкм	l, мкм	д1	д2	д3
С1	4,4*1023	4,5*10-4	6,25	250	285	250	270	10	10	10

При расчёте размеров транзистора, изображённого на рисунке 5 по формулам (1.28)-(1.40) получил следующие значения, указанные в таблице 4.

Таблица 4. Размеры транзистора.

№	Геометрические размеры транзистора
	Пэ, мкм	bэ, мкм	lэ , мкм	bб, мкм	lб, мкм	bк, мкм	lк, мкм	д1, мкм	д2, мкм	д3, мкм	д4, мкм	д5, мкм	д6, мкм
VT1 -VT4	250	11	114	30	125	80	175	3	5,5	3	5,5	8,5	11,5

1.4 Разработка топологии кристалла

Важнейший этап проектирования полупроводниковой микросхемы заключается в преобразовании электрической схемы в топологию. Сущность разработки топологии микросхем состоит в определении взаимного расположения элементов на подложке. Этот процесс должен осуществляться так, чтобы влияние паразитных эффектов, присущих полупроводниковым микросхемам. Поэтому одной из основных задач при разработке топологии микросхемы является выбор критерия оптимальности размещения элементов.

Проектирование топологии микросхем носит индивидуальный характер и зависит от степени сложности принципиальной электрической схемы. Тем не менее, при разработке топологии необходимо выполнять следующие основные правила:

К изолирующим p-n переходам всегда должно быть приложено напряжение обратного смещения. При этом суммарное обратное напряжение, приложенное к изолирующему p-n- переходу, не должно превышать напряжение пробоя.

Диффузионные резисторы, формируемые на основе базового слоя, можно располагать в одной изолированной области, которая подключается к точке схемы с наибольшим положительным потенциалом. Обычно такой точкой является контактная площадка интегральной микросхемы, на которую подаётся напряжение смещения от коллекторного источника питания.

Транзисторы, коллекторы которых подсоединены непосредственно к источнику питания, целесообразно размещать в одной изолированной области вместе с резисторами. Транзисторы, которые включены по схеме с общим коллектором можно размещать в одной изолированной области. Все другие транзисторы, необходимо располагать в отдельных изолированных областях, то есть все коллекторные области, имеющие различные потенциалы, должны быть изолированы.

Для уменьшения паразитной ёмкости между контактными площадками и подложкой, а также для защиты от короткого замыкания в случае нарушения целостности плёнки окисла под ними при приварке проволочных выводов под каждой контактной площадкой создают изолированную область, за исключением контактных площадок с наиболее отрицательным потенциалом.

После определения количества изолированных областей приступают к их размещению в нужном порядке, соединению элементов между собой и с контактными площадками, руководствуясь следующими правилами:

При размещении элементов интегральной микросхемы и выполнении зазоров между ними необходимо строго выполнять ограничения, приведённые в таблице 5.

При создании топологии ИМС на биполярных транзисторах необходимо учитывать конструктивно-технологические ограничения.

Резисторы с большой мощностью не следует располагать вблизи активных элементов.

Диффузионные резисторы можно пересекать проводящей дорожкой поверх слоя окисла кремния, покрывающего резистор.

Фигуры совмещения располагаются одной - двумя группами на любом свободном месте кристалла.

Таблица 5. Минимально допустимые размеры.

Наименование	Размер, мкм
1	2
Ширина линии скрайбирования слоя	60
Расстояние от центра скрайбирующей полосы до края слоя металлизации или до края диффузионной области	50-100
Размер контактных площадок для термокомпрессионной приварки проводников d1	100Ч100
Расстояние между контактными площадками d2	70
Размер контактных площадок тестовых элементов рабочей схемы	50Ч50
Ширина проводника d3:
при длине <= 50 мкм	4
при длине >= 50 мкм	6
Расстояние между проводниками d4:
при длине <= 50 мкм	3
при длине >=50 мкм	4
Ширина области разделительной диффузии d5	4
Расстояние от базы до области разделительной диффузии d6	10
Расстояние между краем области подлегирования коллекторного контакта и краем разделительной области d7	10
Расстояние между краем разделительной области и краем скрытого n+-слоя d8	10
Расстояние между краем контактного окна в окисле к коллектору и краем базы d9	7
Расстояние между краем контактного окна в окисле к базе и краем базы d10	3
Расстояние между эмиттерной и базовой областями d11	3
Расстояние между краем контактного окна в окисле к эмиттеру и краем эмиттера d12	3
Расстояние между краем контактного окна в окисле к базе и эмиттером d13	4
Расстояние между базовыми областями, сформированными в одном коллекторе	9
Расстояние между эмиттерными областями, сформированными в одной базе	6
Расстояние между контактным окном к коллектору и областью разделительной диффузии d14	10
Размеры контактного окна к базе d15	4Ч6
Размеры контактного окна к эмиттеру d16	4Ч4 3Ч5
Ширина области подлегирования n+-слоя в коллекторе d17	8
Ширина контактного окна к коллектору d18	4
Ширина резистора d19	5
Размеры окна вскрытия в окисле	2,5Ч2,5
Перекрытие металлизацией контактных окон в окисле к элементам ПИМС d20	2
Расстояние от края контактного окна к p+-разделительным областям для подачи смещения до края области разделения d21	6
Расстояние от края контактного окна к изолированным областям n-типа для подачи смещения до края области разделения d22	6
Ширина диффузионной перемычки	3
Размер окна в пассивирующем окисле d23	100Ч100
Расстояние от края окна в пассивации до края контактной площадки d24	6
Расстояние между соседними резисторами d25	7
Расстояние между диффузионными и ионно-легированными резисторами	4
Расстояние между контактной площадкой и проводящей дорожкой d26	20
Ширина скрытого n+-слоя	4

При разработке топологии были учтены все технологические ограничения, в результате чего разработан кристалл с размерами 1175Ч1050. Контактные площадки расположены по трём сторонам кристалла. Каждая контактная площадка располагается в отдельной изолированной области, кроме контактной площадки №3,на неё подан отрицательный потенциал от эмиттера транзистора VT1 для создания обратносмещённого p-n перехода. Положительный потенциал подан на изолированную n-область от коллектора транзистора VT4 на контактную площадку №5.Резисторы сформированы в базовом слое и располагаются вместе с диффузионным конденсатором в одной изолированной области. Все транзисторы располагаются в отдельных изолированных областях. Фигуры совмещения расположены между контактными площадками №2 и №4.



1.5 Расчёт основных параметров базового транзистора

Рассчитываем коэффициент передачи тока в схеме с общей базой h_21б по формуле (1.41)

(1.41)

где с_sэ - поверхностное сопротивление эмиттерного слоя, Ом/?;

с_sб - поверхностное сопротивление базового слоя, Ом/?;

W - эффективная ширина базы, мкм;

L_n - диффузионная длина электронов, мкм;

S - скорость поверхностной рекомбинации,

S_э - площадь эмиттера, мкм²;

ф - время жизни неосновных носителей в базовой области, с.

Рассчитываем коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером h_21э по формуле (1.42)

(1.42)

Рассчитываем дифференциальное сопротивление Ом эмиттерного перехода r_э по формуле (1.43)

(1.43)

где ц_m - температурный потенциал;

Рассчитываем приведённое значение примеси N_прбк , см^-3

по формуле (1.44)



(1.44)

где N_к - концентрация примеси в коллекторной области, см^-3;

N_бк - концентрация примеси в базе вблизи коллектора, см^-3;

Рассчитываем дифференциальное сопротивление коллекторного перехода r_к, Ом по формуле (1.45)

(1.45)

где q - заряд электрона, Кл;

N_прбк - приведённая концентрация примеси в области коллекторного p-n-перехода, см^-3;

U_кб - обратное напряжение, приложенное к переходу база-коллектор, В;
L_n - диффузионная длина электронов, мкм;

е - диэлектрическая проницаемость кремния;

е₀ - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума,

Рассчитываем коэффициент обратной связи м_эк по формуле (1.46)

(1.46)

Рассчитываем приведённое значение примеси N_прэб , см^-3

по формуле (1.47)

(1.47)

где N_э - концентрация примеси в эмиттерной области, см^-3;

N_эб - концентрация примеси в базе вблизи эмиттера, см^-3.

Рассчитываем приведённое значение примеси N_npкп , см^-3

по формуле (1.48)

(1.48)

где N_к - концентрация примеси в коллекторной области, см^-3;

N_n - концентрация примеси в подложке, см^-3.

Рассчитываем удельную барьерную ёмкость перехода эмиттер-база C_0jэб , по формуле (1.49)

(1.49)

где U_эб - обратное напряжение перехода эмиттер-база, В;

U_кр - контактная разность потенциалов, В.

Рассчитываем удельную барьерную ёмкость перехода база-коллектор C_0jбк, по формуле (1.50)

(1.50)

где U_бк - обратное напряжение перехода база-коллектор, В.

Рассчитываем удельную барьерную ёмкость перехода коллектор-подложка C_0jкn, по формуле (1.51)



(1.51)

где U_кп - обратное напряжение перехода коллектор-подложка, В.

Рассчитываем коэффициент диффузии электронов в базе D_n, по формуле (1.52)

, (1.52)

где ф - время жизни неосновных носителей в базовой области, с;

L_n - диффузионная длина неосновных носителей в базовой области, см.

Рассчитываем диффузионную ёмкость коллекторного перехода C_кд, Ф по формуле (1.53)

(1.53)

Рассчитываем диффузионную ёмкость эмиттерного перехода C_эд, Ф по формуле (1.54)

(1.54)

Рассчитываем барьерную ёмкость C_jэб, Ф по формуле (1.55)

C_jэб=С_0jэбЧS_pnэб, (1.55)

где S_pnэб - площадь p-n- перехода эмиттер-база, мкм².

Рассчитываем барьерную ёмкость C_jбк, Ф по формуле (1.56)



C_jбк=С_0jбкЧS_pnбк, (1.56)

где S_pnбк - площадь p-n-перехода база-коллектор, мкм².

Рассчитываем барьерную ёмкость C_jкn , Ф по формуле (1.57)

C_jкn =C_0jкnЧS_pnкп , (1.57)

где S_pnкп - площадь p-n-перехода коллектор-подложка, мкм².

Рассчитываем площадь перехода S_pпэб , мкм² по формуле (1.58)

S_pnэп =b_эЧl_э , (1.58)

Рассчитываем площадь перехода S_pnбк , мкм² по формуле (1.59)

S_pnбк =b_бЧl_б , (1.59)

Рассчитываем площадь перехода S_рпкп , мкм² по формуле (1.60)

S_рпкп =b_кЧl_к , (1.60)

Рассчитываем напряжение пробоя перехода эмиттер-база U_прэб, В по формуле (1.61)

(1.61)

где ДЕ - ширина запрещённой зоны кремния, эВ.

Рассчитываем напряжения пробоя перехода база-коллектор U_прбк, В по формуле (1.62)



(1.62)

Рассчитываем напряжения пробоя перехода коллектор-подложка U_пркп, В по формуле (1.63)

(1.63)

При расчёте параметров транзистора, изображённого на рисунке 5 по формулам (1.41)-(1.63) получил следующие размеры, указанные в таблице 6.

Таблица 6. Основные параметры транзистора.

№ Транзистора	Параметры транзистора	Значение	№ Транзистора	Параметры транзистора	Значение
VT1-VT8	W, мкм	0,7	VT1-VT8	Сjкп, Ф	5,7*10-12
	Dn, см2/с	50		Скд, Ф	4,9*10-13
	Sэ, мкм2	2288		Сэд, Ф	1,8*10-8
	h21б	0,978		Spnэб, мкм2	3295
	h21э	44,4		Spnбк, мкм2	9230
	rэ, Ом	0,37		Spnкп, мкм2	35312
	rк, Ом	1,3*106		Uпрэб, В	22,2
	мэк	1855*10-6		Uпрбк, В	43,58
	Nпрэ-б, см-3	0,44*1017		Uпркп, В	102,75
	Nпрб-к, см-3	1,3*1016		Cojэб, ф/см2	1,2*10-8
	Nпрк-п, см-3	0,57*1016		Cojбк, ф/см2	5*10-9
	Сjэб, Ф	3,9*10-12		Cojкп, ф/см2	3,9*10-9
	Сjбк, Ф	4,6*10-13



Заключение

В ходе выполнения данного курсового проекта мною были проведены основные этапы:

- проведён анализ технического задания, с целью выявления сути, оценки объёма и плана курсового проекта;

- в виду особенности данной структуры и задания, были выбраны конфигурации элементов схемы, рассчитаны их размеры;

- разработана топология в соответствии со всеми конструкторскими и технологическими ограничениями и правилами. Благодаря чему мною были приобретены практические навыки решения инженерной задачи создания конкретного изделия, а также закрепление, углубление и обобщение теоретических знаний, приобретённых на предыдущих этапах обучения в колледже.

В графической части приведено:

Приложение А. ПИМС. Схема электрическая принципиальная. (Формат А-3)

Приложение Б. ПИМС. Топологический чертеж кристалла. (Формат А-1)

Приложение В. ПИМС. Топологический чертеж базового слоя. (Формат А-1)



Список использованных источников

- Коледов Л.А. Топология и конструкция микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебное пособие, 3-е изд., стер.-МПб.: Издательство «Лань», 2009 .- 400с.: ил.-(Учебник для вузов, специальная литература).

- Малышева И. А. Технология производства интегральных микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебник для ВУЗов. -М.:Радио и связь, 1991. -244с., ил.

- Николаев И. М. Интегральные микросхемы и основы их проектирования. М.: Радио и связь, 1992.- 422с.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0

http://www.ngpedia.ru/id497832p1.html

Размещено на Allbest.ru

...