2.12.4 Проектирование топологии бпт

К проектированию топологии БПТ должны быть подготовлены:

• каталог топологических конфигураций БПТ;

• технологические допуски на совмещение топологических слоев ∆С и искажение границ (∆L ≈ ∆B) фрагментов этих слоев по длине L и ширине B ;

• сведения о параметрах технологического варианта структуры БПТ, определяющих выбор форм и размеров топологических конфигураций (толщины структурных слоев Xi, ширины p-n-переходов при нулевом внешнем смещении Wi(0), удельные поверхностные сопротивления слоев R□i, удельные контактные сопротивления контактных пар «металлизация — полупроводник» Roi (или первичные параметры для их оценки)).

Каталог топологических конфигураций БПТ обычно содержит варианты плоских конструкций (топологий), отличающихся формой и числом эмиттеров, контактов к базе и коллектору. На рисунке 2.19 изображена простейшая топология БПТ с одиночными полосковыми контактами к каждой их трех областей.

Более развитые по числу электродов и контактов топологии применяются в расчете на повышенные рабочие токи, пониженные сопротивления между электродами БПТ (в первую очередь между эмиттером и коллектором) или с целью уменьшить потери площади кристалла, отводимой под размещение прибора.

На рисунке 2.19 обозначены участки (d1– d7) между смежными границами областей топологии БПТ. Размеры БПТ назначаются по направлениям B и L, индексируются первыми символами принадлежности к соответствующей области топологии (коллектор — «c», база — «b», эмиттер — «е», контактное окно — «k»).

Размеры эмиттера (Le,Be) определяются по формулам (2.46), (2.49), (2.49а), (2.51), (2.53), (2.55). Все остальные размеры топологии определяются через размеры Le, Be и размеры участков

d1 — d7. Размеры участков d1 — d7 определяются конструктивно-технологическими ограничениями, и их минимальные значения оцениваются по формулам:

d1 ≥ 2×∆C+2×∆L+Webmax/2 +2×hd; (2.56)

d2 = d1; (2.56a)

d3≥ d1 + Wcbmax/2 +(2÷3)×Wbn; (2.56б)

d4 ≥ d1– Webmax/2+ Wcbmax/2; (2.56в)

d5 = d4; (2.56г)

d6 ≥ d5 – Wcbmax/2 +Wcpmax/2; (2.56д)

d7 ≥ d5 + Wcpmax/2. (2.56е)

В соотношениях (2.56) — (2.56е) приняты обозначения:

∆C,∆L — максимальные абсолютные погрешности совмещения смежных слоев и искажения линейных границ любой области в слое соответственно;

Webmax, Wcbmax, Wcpmax — ширины p-n-переходов «эмиттер — база», «коллектор — база», «коллектор — пластина» соответственно при максимальных допустимых напряжениях (Umax) на переходах БПТ определяются по формулам (2.20), (2.24);

hd — глубина проникновения электрического поля в слое (длина Дебая) с запасом для интегральных приборов принимается равной (0,05 ÷ 0,1) мкм.

Ширина (Be) и длина (Le) эмиттера, ширина (Bke) и длина (Lke) контактного окна к эмиттеру к формированию топологии БПТ определены.

Ширина (Bb) и длина (Lb) базы, ширина (Bkb) и длина (Lkb) контактного окна к базе определяются по соотношениям

Bb = Be +2×d3; Lb = Le + Lkb + d2+d3+d4; Lkb≥ Lmin; Bkb = Be.

(2.57)

Ширина (Bс) и длина (Lс) коллектора, ширина (Bkс) и длина (Lkс) контактного окна к коллектору определяются по соотношениям:

Bc = Bb +2×d7; Lc = Lb + Lkb + d5+d6+d7; Lkc= Lke; Bkc = Bb.

(2.58)

Размеры областей топологии БПТ соответствуют рисунку 2.19 без учета профиля боковых поверхностей технологических структур.

Выбор иных, более сложных топологических конфигураций БПТ осуществляется в случае, если для конфигурации рисунка 2.19 не удовлетворяется условие (2.55) или значительная величина отношения Bc/Lc оказывается неприемлемой из-за значительных потерь площади кристалла, неудобств компоновки массивов элементов. На примере конфигурации БПТ с двумя параллельно включенными эмиттерами, изображенной на рисунке 2.20, иллюстрируется связь изменения формы, размеров областей с обеспечиваемым током Ip.

Допустимая длина (Lei) каждого из двух эмиттеров определяется по формулам (2.49),(2.49а), и, следовательно, общая длина удваивается в сравнении с одноэмиттерной топологией. Ширина (Bei) каждого из двух эмиттеров определяется по формулам (2.49), (2.49а), и, следовательно, ширина в сравнении с одноэмиттерной топологией могла быть увеличенной в два раза. Для заданного рабочего тока и неизменной плотности тока общая площадь эмиттера (Se) должна остаться неизменной, что соответствует возможному уменьшению ширины Be в два раза. Расчет размеров областей двухэмиттерной топологии основывается на учете размеров (d1 — d7) и размера Le, уменьшенного вдвое размера Be. Расчетные формулы для размеров областей двухэмиттерной топологии приведены в примере 1.

Пример 1.

Ширина (Be) и длина (Le) эмиттера, ширина (Bke) и длина (Lke) контактного окна к эмиттеру определяются по перечисленным выше соотношениям в расчете каждого из эмиттеров на половину полного рабочего тока, что определит уменьшение ширины Be вдвое по сравнению с одноэмиттерной топологией.

Ширина (Bb) и длина (Lb) базы, ширина (Bkb) и длина (Lkb) контактного окна к базе определяются по соотношениям

Bb = Be +2×d3; Lb = 2×Le + Lkb + 2×d2+2×d3; Lkb≥ Lmin; Bkb = Be.

(2.59)

Ширина (Bс) и длина (Lс) коллектора, ширина (Bkс) и длина (Lkс) контактного окна к коллектору определяются по соотношениям

Bc = Bb +2×d7; Lc = Lb + Lkb + d5+d6+d7; Lkc= Lke; Bkc = Bb.

(2.60)

Равную функциональную площадь эмиттера Se с удвоенной длиной Le и уменьшенной в два раза шириной Be эмиттера можно реализовать в топологии БПТ с одним эмиттером и двумя контактами к базе, представленной на рисунке 2.21. Благодаря размещению контактов к базе с двух сторон от эмиттера удвоение длины Le, определяемое по формуле (2.49), не сопровождается увеличением неравномерности плотности тока по эмиттеру, так как каждый из контактов обеспечивает смещение для смежной половины полной площади эмиттера.

Расчет размеров областей топологии рисунка 2.21 основывается на учете размеров (d1 — d7), размера Le, увеличенного вдвое к расчетному по формуле (2.49), размера Be, уменьшенного вдвое для сохранения неизменной площади эмиттера. Расчетные формулы для размеров областей топологии БПТ с двумя контактами к базе приведены в примере 2.

Пример 2.

Ширина эмиттера (Be) — формула (2.51), где длина (Le) равна удвоенному расчетному значению формулы (2.49). Ширина (Bke) и длина (Lke) контактного окна к эмиттеру определяются по соотношениям:

Lke = Le – 2×d1; Bke = Be – 2×d1.

Ширина (Bb) и длина (Lb) базы, ширина (Bkb) и длина (Lkb) контактного окна к базе определяются по соотношениям

Bb=Be+2×d3; Lb=Le +2× Lkb + 2×d2+2×d4; Lkb ≥ (1–2)×Lmin; Bkb = Be.

(2.61)

Ширина (Bс) и длина (Lс) коллектора, ширина (Bkс) и длина (Lkс) контактного окна к коллектору определяются по соотношениям

Bc = Bb +2×d7; Lc = Lb + Lkc + d5+d6+d7; Lkc= Lke; Bkc = Bb.

(2.62)

Полученные по расчетным формулам размеры следует округлять в сторону больших значений с кратностью ∆L. При необходимости увеличения числа эмиттеров более двух топологические конфигурации эмиттеров могут состоять из композиций, показанных на рисунках 2.20, 2.21.

Сформированный проектный вариант топологии БПТ позволяет выполнить оценку габаритных размеров с учетом параметров технологического варианта структуры, выполнить расчетные оценки сопротивлений, емкостей физико-топологической модели, оценить ключевые свойства, быстродействие, учесть влияние толщин слоев эмиттера и базы на коэффициент передачи тока транзистора.