МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«МАТИ – Российский государственный технологический университет

имени К.Э. Циолковского»

Кафедра «Управление инновациями»

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ

РЕЗИСТОРОВ И КОНДЕНСАТОРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИМС

Методические указания к лабораторной работе по курсу

«Основы микроэлектроники»

Составитель: Епанешникова И.К.

Москва

АННОТАЦИЯ

Лабораторная работа посвящена рассмотрению вопросов конструирования и расчета резистивных элементов и конденсаторов полупроводниковых ИМС.

Резисторы проектируются на основе слоев биполярного п-р-п транзистора. Предложенная методика расчета учитывает погрешности изготовления фотошаблона, боковое подтравливание маскирующего окисла.

Рассмотрена методика расчета конденсаторов на основе обратно смещенных р-п переходов и МДП - конденсаторов.

Содержание

Аннотация Введение

1. Краткие теоретические сведения по конструированию резисторов полупроводниковых ИС

2. Цель лабораторной работы

3. Описание лабораторной работы и порядок ее выполнения

4. Содержание отчета

5. Контрольные вопросы к лабораторной работе

6. Литература..

Введение

Наиболее перспективным направлением микроэлектроники являются полупроводниковые интегральные микросхемы. Конструирование полупроводниковых микросхем основывается на классических схемных понятиях и традиционных схемных элементах.

В полупроводниковой интегральной микросхеме все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности полупроводниковой подложки.

Резисторы изготавливаются на основе диффузионных слоев транзисторной структуры (эмиттерная и базовая области), в эпитаксиальном слое (коллекторная область) и с помощью ионного легирования.

Конденсаторы в полупроводниковых микросхемах с постоянной или управляемой напряжением емкостью формируются на основе р-п перехода (эмиттерного или коллекторного биполярного транзистора).

Вторым типом конденсаторов, широко используемым в полупроводниковых схемах, является конденсатор с диэлектриком (МДП - конденсатор).

Для изготовления таких конденсаторов не требуется проведения дополнительных технологических операций. Они создаются в едином технологическом цикле с другими элементами микросхем.

1. Краткие теоретические сведения по конструированию резисторов полупроводниковых ис

Резисторы п/п ИС формируют в любом из диффузионных слоев транзисторной структуры (эмиттерная, базовая и коллекторная области), в эпитаксиальном слое (коллекторная область) и с помощью ионного легирования. Конструкции поперечного сечения полупроводниковых резисторов приведены на рис. 1 (а, б), 2.

Топология интегральных полупроводниковых резисторов даны на рис. 3. Низкоомные резисторы с сопротивлением от единиц 0м до единиц КОм в плане имеют вид, представленный на рис. 3(а,б) и формируются в эмитгерной области. Для создания высокоомных резисторов (до 20 КОм) рекомендуют топологию рис. 3(в, г) и базовый слой. Еще более высокоомные резисторы (более 20 КОм) формируют в виде меандра в базовом слое или лежащим в базовой области под эмиттерным переходом (рис. Зд, Зе-пинч-резистор), либо в коллекторной области (Зг).

Выбор слоя транзисторной структуры, используемого в качестве резистивного, и метода формирования рисунка резистора оказывают существенное влияние на характеристики резисторов.

Расчет резисторов начинается с выбора слоя транзисторной структуры, в котором будет лежать резистор. Из табл. 1 выбирают величину удельного сопротивления слоя.

Таблица 1

Характеристика интегральных резисторов.

Тип резистора	Толщина слоя, мкм хj ± D’xj	Поверхностное сопротивление, rs. Ом/кв	d D rs / rs, %	TKC, a rs ±D rs	Паразитная емкость, пФ
Диффузионный резистор на основе базовой области	(1,5-2,5)±0,3	100-300	3-5	19*10-4 ±3*10-4	150-350
Пинч-резистор (активная база)	0.5±0,2	(20-15)*10	20	40*10-4± 1*10-4	1000-1500
Диффузионный резистор на ос­нове эмит-терной области	(0,5-2)±0,4	1-10	7-10	1*10-4±2*10-4	1000-1500
Эпитакси-альный ре­зистор	0,1-0,2	(5-10*102	15-25	30*10-4 1*10-4	80-100
Ионно-легиро­ванный резис­тор л-типа (эмиттер)	0,4±0,1	30-1000	3-5	0±5*10-4	200-350
Диффуз. резис­тор на основе кол. слоя	(10-20)±0,2	250-500	50	(l-5)*10-4±5*10-4	80-100
Ионно-легиро­ванный резис­тор р-типа (база)	1,1±0,2	100-5000	3-5	0±5*10-4

РИС. 1 Структура резистивных элементов на основе базовой (а) и эмиттерной областей (б).

РИС. 2 Конструкция пинч-резистора

РИС. 3 Варианты конфигурации резисторов

Рис. 4 Конструкция интегрального диффузионного конденсатора: Рис. 5 Конструкция интегрального МДП - конденсатора:

1 – аллюминиевый вывод от верхней обкладки конденсатора, 1 - верхняя обкладка; 2 - аллюминиевый вывод с нижней обкладки; 3 - подложка 3 - типа; 4 - коллекторная n - 2 - аллюминиевый вывод от нижней обкладки конденсатора; область; 5-R- слой (нижняя обкладка конденсатора);

3 - контакт на подложке; 4 - подложка p - типа; 6 - тонкий окисл (диэлектрик конденсатора); 7 - толстый окисел.