МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МНЭ

Курсовая работа

по дисциплине «Основы планарной технологии»

Тема: РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФРАГМЕНТА ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Вариант 17

Студентка гр. 9282		Зикратова А. А.
Преподаватель		Абрашова Е. В.

Санкт-Петербург

2022

АННОТАЦИЯ

В курсовой работе рассчитываются параметры технологического процесса изготовления фрагмента интегральной схемы, а также построение сечения кристалла и основных этапов формирования интегральной схемы. Интегральная схема состоит из транзистора p-n-p типа и резистора. Для формирования p-областей используется в качестве примеси бор, а для n-областей – фосфор.

ANNOTATION

In the course work, the parameters of the technological process of manufacturing an integrated circuit fragment are calculated, as well as the construction of the crystal cross section and the main stages of the integrated circuit formation. The integrated circuit consists of a p-n-p type transistor and a resistor. Boron is used as an impurity for the formation of p-regions, and phosphorus is used for n-regions.

СОДЕРЖАНИЕ

Y

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТУ: 4

2. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 5

Формирование базовой области 5

Формирование эмиттерной области 6

Формирование области резистора 8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 11

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 13

ВВЕДЕНИЕ

Интегральные схемы являются основой электронных и микроэлектронных устройств. Интегральная микросхема выполняет определенные функции обработки и преобразования информации, которая может быть задана в виде электрических сигналов. Электрические сигналы могут представлять информацию в аналоговой, дискретной и цифровой форме. Для проведения технологических операций создания ИС необходимо точно подбирать параметры этих операций, с учётом особенностей формирования конкретных элементов.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТУ:

Тип структуры: p-n-p

N_opSi = 9*10¹⁴ см^-3 – концентрация примеси в исходной пластине

(N_S2Б)_эф = 6*10¹⁷ см^-3 – поверхностная концентрация базовой примеси

x_БК = 4,8 мкм = 4,8*10^-4 см– глубина залегания коллекторного перехода

(N_S2Э)_эф = 5*10¹⁹ см^-3 – поверхностная концентрация эмиттерной примеси

x_ЭБ = 3 мкм = 3*10^-4 см – глубина залегания эмиттерного перехода

R = 2100 Ом – номинал резистора

l = 60 мкм – длина резистора

b = 10 мкм – ширина резистора

x_2j = 3,3 мкм – ширина резистора

μ_ср = 360 см²/(В*с) – средняя подвижность носителей в слое резистора

μ_p = 500 см²/(В*с) – подвижность дырок

μ_n = 1400 см²/(В*с) – подвижность электронов

q = 1,6*10^-19 Кл – заряд электрона

k_b = 8,625*10^-5 эВ/К – постоянная Больцмана

2. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Формирование базовой области

Из граничных условий (рис. 1) при x = 4,8 мкм находим :

N_2Б(x_БК) = (N_S2Б)_эф*exp{- } = N_opSi → = = ≈ 8,86*10^-9 см²

(N_S2Б)_эф = * → Пусть T_1Б = 1173 К → Из графика предельной растворимости P в Si → N_S1Б = 6*10²⁰ см^-3, тогда коэффициент диффузии атомов P:

D_1Б = 3,85*exp(- ) = 3,85*exp(- ) ≈ 7,49*10^-16 см²/с

t_1Б = * ( = * ( ≈ 29,2 с → время мало (< 5 мин), поэтому загонка базы проводится ионной имплантацией.

Q_Б = (N_S2Б)_эф* = 6*10¹⁷* ≈ 1*10¹⁴ см^-2

Пусть энергия имплантированных ионов фосфора E = 200 кэВ → R_p = 2552*10^-8 см и ΔR_p = 781*10^-8 см, x_БК = 4,8*10^-4 см тогда:

*exp{- } = N_0pSi →

+ R_p =

= + ≈ 4,799 мкм

При выбранных параметрах ионной имплантации удастся получить коллекторный переход на глубине x_БК = 4,8*10^-4 см

Формирование эмиттерной области

Параметры разгонки базы для формирования эмиттерного перехода на глубине

x_ЭБ = 3*10^-4 см:

(N_S2Э)_эф*exp{- } + N_0pSi = (N_S2Б)_эф*exp{- }

m = ( )*exp{- } – ( ) = ( )*exp{- } – ( ) ≈

≈ 9,284*10^-4

(D_2Э*t_2Э)_эф = = ≈ 3,223*10^-9 см²

Q_Э = (N_S2Э)_эф* = 5*10¹⁹ * ≈ 5,031*10¹⁵ см^-2

(N_S2Э)_эф = * → Пусть T_1Э = 1373 К → Из графика предельной растворимости B в Si → N_S1Э = 5*10²⁰ см^-3

D_1Э*t_1Э = = ≈ 7,95*10^-11 см²

D_1Э = 0,544*exp(- ) = 0,544*exp(- ) ≈ 1,496*10^-13 см²/с

t_1Э = = = ≈ 8,86 мин

D_2Э*t_2Э = (D_2Э*t_2Э)_эф = 3,223*10^-9 см² → Пусть T_2Э = 1473 К, тогда:

D_2Э = 0,544*exp(- ) = 0,544*exp(- ) ≈ 1,066*10^-12 см²/с

t_2Э = 50 мин 24 с

Формирование области резистора

Найдём (D_2Р*t_2Р)_эф, T_отж, рассмотрев ионную имплантацию и отжиг резистора:

На границе x = x_2j = 3,3*10^-4 см:

Q_Р = N_ср*x_2j = = = ≈ 4,96*10¹³ см^-2

R_S = = = 350 Ом

N_ср = = ≈ 1,5*10¹⁷ см^-3

σ_ср = = = ≈ 8,658 (Ом*см)^-1

Пусть энергия имплантированных ионов фосфора E = 100 кэВ → R_p1 = 1238*10^-8 см и ΔR_p1 = 457*10^-8 см. Из граничных условий при x = x_2j = 3,3 мкм:

*exp{- } = N_0pSi

*exp{- } = →

→ ≈ 4,6343*10^-9 см²

= * = * ≈ 3,868*10^-9

= D_2РЭ*t_2Э + D_2Р*t_2Р + D_1РЭ*t_1Э

D_1РЭ*t_1Э = 3,85*exp(- )*50,4*60 = 3,85*exp(- ) ≈ 7,735*10^-11 см²

D_2РЭ*t_2Э = 3,85*exp(- )*8,86*60 = 3,85*exp(- ) ≈ 3,587*10^-9 см²

D_2Р*t_2Р = - D_2РЭ*t_2Э - D_1РЭ*t_1Э = 4,6343*10^-9 - 3,587*10^-9 - 7,735*10^-11 ≈

≈ 9,701*10^-10 см²

Пусть T_2Р = 1473 К (разгонка примеси резистора), тогда:

D_2Р = 3,85*exp(- ) = 3,85*exp(- ) ≈ 1,186*10^-12 см²/с

t_2Р = = ≈ 51 мин 6 с

Найдём параметры разгонки базы (D_2Б*t_2Б, T_2Б, t_2Б):

D_2Б*t_2Б = (D_2Б*t_2Б)_эф - D_1БЭ*t_1Э – D_2БЭ*t_2Э

Так как область базы легируется той же примесью, что и область резистора (P), то

D_1БЭ*t_1Э = D_1РЭ*t_1Э, D_2БЭ*t_2Э = D_2РЭ*t_2Э →

→ D_2Б*t_2Б = 8,858*10^-9 - 7,735*10^-11 – 3,587*10^-9 ≈ 5,194*10^-9 см²

Пусть разгонка базы проводится при T_2Б = 1400 К, тогда:

D_2Б = 3,85*exp(- ) = 3,85*exp(- ) ≈ 2,641*10^-13 см²/с

t_2Б = = ≈ 78 мин

Рис. 1 – Поперечное сечение формируемой структуры

x_БК = 4,8 мкм

x_ЭБ = 3 мкм

x_2j = 3,3 мкм

p(B)

n(P)

p(B)

n(P)

Рис. 2 – Распределение примесей в p-n-p структуре транзистора

x_ЭБ

x_БК

Рис. 3 – Распределение примеси фосфора в резисторном слое

x_2j

Результаты расчёта параметров технологического процесса сведены в таблицу 1:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе были рассчитаны параметры технологического процесса для формирования структуры p-n-p транзистор и n-резистора. Результаты расчётов параметров представлены в таблице 1.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. М. А. Королев, Т. Ю. Крупкина, М. А. Ревелева Технология, конструкции и методы моделирования кремниевых интегральных микросхем. Часть 1. М.- БИНОМ. Лаборатория знаний.- 2007.- 397 с.

2. Зятьков И.И., Кривошеева А.Н. Базовые процессы планарной технологии: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2018. 63 с.