Разработка топологии интегральной микросхемы К2KT241 (по курсу: конструирования и проектирования полупроводниковых приборов и ИМС)

Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 10 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Казахский национальный технический университет
имени К. Сатпаева

Кафедра физики

Курсовая работа

"Разработка топологии интегральной микросхемы К2KT241"
(по курсу: конструирования и проектирования полупроводниковых приборов и
ИМС)

Выполнил студент:
Грицков О.В.
Группа МПП-97
Принял преподователь:
Мамонов В.А.

Алматы 2001

Содержание

Введение
3

1 Выбор и расчет элементов полупроводниковой микросхемы на

биполярных транзисторах 4

1.1 Интегральные транзисторы 4

1.1.1 Структура интегральных транзисторов 4

1.1.2 Выбор топологии транзистора 5
1.2 Интегральные резисторы 5 1.2.1
Конфигурация интегральных резисторов 5

1.2.2 Расчет резисторов 8

2. Выбор корпуса для герметизации микросхемы 10

Заключение 11
Приложение 12

Введение

Современный этап развития электронной техники характеризуется массовым
применением микроэлектронных устройств, появлению большого количества
разнообразных микросхем, универсальных и специализированных. Их
использование позволило во много раз уменьшить массу и габариты электронных
приборов и устройств, повысить надежность работы и снизить потребляемую
мощность. Можно констатировать, что в электронике произошел качественный
скачок, раздвинувший область применения электронных приборов на все области
человеческой деятельности. Одним из основных достижений микроэлектроники
стала миниатюризация приборов. Потребности обеспечивания систем связи,
радиолокации, промышленной автоматики, космических исследований,
транспортных средств и т. д. Интегральными микросхемами высокого качества
привели к разработке и выпуску большой номенклатуры ИМС с непрерывно
возрастающей степенью интеграции. Проблема повышения качества ИМС и их
надёжности при одновременном снижении стоимости решается на основе
внедрения прогрессивной технологии и эффективных схемотехнических решений.
Можно считать, что высокие темпы развития микроэлектроники обусловлены как
возрастающими потребностями в ИМС, так и плодотворной в данной области
взаимосвязью науки, технологии и экономики.

1 Выбор и расчет элементов полупроводниковой микросхемы на биполярных
транзисторах

1.1 Интегральные транзисторы

1.1.1 Структура интегральных транзисторов

Микросхема содержит 3 транзисторов VT1, VT2, VT3, типа n-p-n малой
мощности.
Биполярный транзистор n-p-n типа является ключевым схемным элементом
полупроводниковых биполярных микросхем. Он обладает лучшими
характеристиками, чем транзистор p-n-p типа, а технология его изготовления
более проста. Все остальные элементы микросхемы выбираются и конструируются
таким образом, чтобы они совмещались с основной структурой. Их
изготавливают одновременно с транзистором на основе какой-либо из его
областей. Таким образом, выбор физической структуры транзистора однозначно
определяет основные электрические параметры микросхемы.
Наибольшее распространение получила транзисторная n+-p-n-структура со
скрытым подколлекторным n+-слоем (рис..1).
Рис. 1 Вертикальная структура интегрального планарно-
эпитаксиального транзистора типа n+-p-n

Вывод коллектора интегрального транзистора расположен на поверхности
прибора, что приводит к увеличению сопротивления тела коллектора и ухудшает
частотную характеристику транзистора в усилительном режиме и уменьшает
эффективность переключателя в режиме насыщения при работе в переключающем
режиме. Увеличение степени легирования всего объема коллекторной области и
уменьшение ее удельного сопротивления снижает пробивное напряжение перехода
коллектор-база и увеличивает его емкость. Компромиссным решением проблемы
является создание высоколегированного n+-слоя на границе коллектора и
подложки. Этот слой обеспечивает низкоомный путь току от активной
коллекторной зоны к коллекторному контакту, не снижая величины пробивного
напряжения перехода коллектор-база. Конструктивно этот слой расположен
непосредственно под всей базовой областью и простирается вплоть до дальней
от базы стороны коллекторного контакта. Толщина слоя составляет 2,5...10 мкм,
типичные значения поверхностного сопротивления 10...30 Ом(.
Рабочая зона транзистора начинается непосредственно под эмиттером для
обеспечения необходимого коллекторного тока при минимальном
последовательном падении напряжения коллекторный контакт располагается как
можно ближе к эмиттерному. Минимальные значения горизонтальных размеров
прибора определяются двумя основными технологическими факторами: минимально
достижими при фотолитографии размерами окон в окисле и глубиной боковой
диффузии примеси под окисел.
Поэтому при проектировании прибора учитывается, что расстояние
между базовой областью и коллекторным контактом должно быть значительно
больше суммы размеров боковой диффузии р-базы и n+-области над коллекторным
контактом. Назначение этой n+-области состоит в обеспечении надежного
формирования невыпрямляющего алюминиевого контакта к слаболегированной n-
области коллектора, поскольку алюминий является акцепторной примесью в
кремнии с пределом растворимости около 1018 атомовсм3. Уровень
легирования эпитаксиального слоя n-типа, составляющего тело коллектора,
равен 1015...1016 атомовсм3. Он выбран для увеличения напряжения пробоя
перехода база-коллектор. Расстояния между изолирующей областью р-типа и
элементами транзистора определяются также эффектом боковой диффузии. Они
должны быть равны примерно толщине эпитаксиального слоя, обычно
составляющей 3,5...12 мкм.

1.1.2 Выбор топологии транзистора

Расчет транзисторов сложен и трудоемок, точность его не высока.
Поэтому часто этап расчета транзистора опускают, акцентируя внимание на
экспериментальном этапе. В результате на предприятиях, выпускающих ИМС,
формируют банк интегральных транзисторов с широким набором характеристик.
Сначала выбирают физическую структуру различных областей транзистора. После
выбора физической структуры выбирается конфигурация транзистора.

1.2 Интегральные резисторы

1.2.1 Конфигурация интегральных резисторов

Для того чтобы сформировать все элементы ИМС в едином технологическом
цикле с наименьшим количеством операций выбраны диффузионные резисторы. В
микросхеме имеется 5 резисторов R1 – R5.
Диффузионные резисторы изготавливают одновременно с базовой или
эмиттерной областью транзистора. Структура резисторов изображена на рис. 2
Сопротивление тела диффузионного резистора (ДР) представляет собой
объемное сопротивление участка диффузионного слоя, ограниченного р-n
переходом. Оно определяется геометрическими размерами резистивной области и
характером распределения примеси по глубине диффузионного слоя, которое, в
свою очередь, характеризуется, удельным поверхностным сопротивлением.
При создании микросхем параметры диффузионных слоев оптимизируются с целью
получения наилучших характеристик n-p-n-транзисторов, поэтому параметры
диффузионных резисторов улучшаются не за счет варьирования технологических
режимов, а выбором конфигурации и геометрических размеров тела резистора.
Низкоомные резисторы имеют форму, представленную на рис. 3 а и малое
отношение lb. Форма и размеры контактов к ним выбираются такими, чтобы
сопротивление приконтактных областей было значительно меньше сопротивления
основной области резистора.
Резисторы с сопротивлением сотни ом и до единиц килоом в плане имеют вид,
представленный на рис. 3 б, в котором длина и ширина приконтактной области
равна ширине резистора. Топология на рис.3 в, используется для создания
высокоомных резисторов. В ней тело резистора имеет сравнительно малую
ширину, контактные области имеют размеры, определяемые возможностями
технологии по созданию надежного контакта проводящих алюминиевых полосок с
полупроводниковым материалом. Еще более высокоомные резисторы имеют форму
меандра (рис. 3 г) или изготавливаются в донной части базового слоя (пинч-
резисторы, рис. 3 ж) Длина однополоскового диффузионного резистора не может
превышать размеров кристалла (т.е. 1...5 мм), ширина ограниченна минимальной
шириной окна под диффузию, определяемой возможностями фотолитографии (2,5...3
мкм), и боковой диффузией – уход под окисел равен примерно глубине
залегания диффузионного p-n перехода. Типичные значения сопротивления
диффузионного резистора, которые можно получить при данной величине
поверхностного сопротивления лежат в диапазоне 0,25...104 от величины
поверхностного сопротивления. Нижний предел ограничивается сопротивлениями
контактных областей, верхний – допустимой площадью, отводимой под резистор.

Воспроизводимость номинальных значений сопротивления диффузионных
резисторов обычно составляет 15 ...20% и зависит от ширины резистора.
Отклонения от номиналов сопротивлений резисторов, расположенных на одном
кристалле, ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.