Выбор физической структуры разрабатываемой ИМС

Основной структурой, определяющей электрические параметры и характеристики микросхемы, является транзистор. Поэтому, исходя из требований, предъявляемых к транзистору, производят выбор физической структуры различных областей [1], т.е. задаются определенными электрофизическими параметрами, к числу которых относятся: концентрация легирующих примесей, подвижность носителей заряда, время жизни и скорость поверхностной рекомбинации неосновных носителей заряда, удельное сопротивление материала, диэлектрическая проницаемость материала. Для расчета остальных элементов используется выбранная физическая структура основного транзистора.

В настоящее время существуют два основных вида физической структуры ИМС: микросхемы на основе биполярных транзисторов и микросхемы на основе МОП - структуры. Наибольшее количество слоев имеют микросхемы на основе биполярных транзисторов (рис. 1.2). Это скрытый n+-слой, эпитаксиальный, p+ - разделительный, базовый, эмиттерный, специальный резистивный, и т.д Для изготовления микросхем на основе МОП – транзисторов необходим лишь один диффузионный слой.

Рисунок 1.2 - Физическая структура биполярного n-p-n транзистора со скрытым n+-слоем.

Удельное сопротивление подложки выбирается исходя из требований к рабочему напряжению коллекторного перехода транзистора. При этом напряжение пробоя перехода коллектор-подложка должно быть больше, чем пробивное напряжение перехода коллектор-база. Удельное сопротивление подложки должно быть как можно большим. Это обеспечивает одновременно малую паразитную емкость перехода коллектор-подложка, но и надо иметь в виду, что одновременно будет увеличиваться сопротивление тела подложки, а это есть паразитный параметр, который сказывается на частотных свойствах. Удельное сопротивление подложки ρ - должно выбираться компромиссным путем из диапазона 1 .10 Ом∙см. Толщина подложки должна обеспечивать механическую прочность микросхемы и она выбирается из диапазона hр =250 .500 мкм.

Уровень легирования эпитаксиального слоя выбирается исходя из нескольких противоречивых требований:

-для высокого пробивного напряжения изолирующего перехода и для малой удельной емкости переходов необходимо, чтобы уровень легирования эпитаксиального слоя был как можно меньше (но чуть больше уровня легирования подложки);

-для уменьшения последовательного сопротивления тела коллектора, которое влияет на частотные свойства, уровень легирования должен быть как можно выше.

Эти противоречивые требования приводят к следующему компромиссу: сопротивление эпитаксиальной пленки выбирается таким, чтобы оно обеспечивало заданное высоковольтное напряжение самого высоковольтного транзистора с учетом способа его изготовления. Это приводит к выбору значения удельного сопротивления из диапазона ρк = 0,15…5 Ом∙см. Но при всех реальных параметрах транзисторов такие значения удельного сопротивления приводят к завышенному значению сопротивления тела коллектора. Во избежании этого вводят высоколегированный n+-слой. Т.к. напряжение коллектор – база транзисторов составляет Uкб = 12 В, то есть в несколько раз меньше пробивного напряжения перехода коллектор – база, следовательно не необходимости в применении дополнительных мерах защиты от пробоя.

Толщина эпитаксиальной пленки должна по возможности быть как можно меньше, но существует следующее ограничение:

,(1.1)

где

hэп-глубина залегания коллекторного перехода;

-глубина проникновения n+-области в эпитаксиальный слой при всех температурных режимах формирования структуры;

-ширина области пространственного заряда перехода коллектор-база при рабочем напряжении;

-все технологические погрешности.

Скрытый n+-слой изготавливается для того, чтобы обеспечить минимальное сопротивление тела коллектора. Исходя из этой задачи скрытый слой должен быть максимально легирован, но должна быть обеспечена невозможность смыкания этого слоя с базой при подаче на этот переход коллектор-база рабочего напряжения. При этом расползание слоя при дальнейших технологических операциях должно быть строго контролировано. Поверхностное сопротивление скрытого слоя обычно составляет RSСС = 6 .8 Ом/квадрат, толщина hсс = 3 .8 мкм, поверхностная концентрация легирующих примесей (часто это сурьма из-за невысокого коэффициента диффузии при высоких температурах) RSСС = 1018…1019 см-3.

Перейти на страницу: 1 2

Другие публикации

Условия эксплуатации и их влияние на конструкцию электронной аппаратуры
Условия эксплуатации ЭА и систем характеризуются комплексом параметров, называемых внешними воздействующими факторами, которые имеют различную физико-химическую прир ...

Создание схемотехнической модели радиоприемной системы
Приемники профессиональной связи нашли свое применение среди многообразия современной техники. В течение многих лет существенно изменяются и продолжают изменяться уст ...

Меню

Copyright @2020, TECHsectors.ru.