![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Л.А. Торгонский
- •Содержание
- •1 Введение 6
- •2 Проектирование элементов и кристаллов биполярных имс 19
- •3 Элементы и кристаллы имс на полевых структурах 197
- •1 Введение
- •1.1 Термины и определения предметной области
- •1.2 Классификация микросхем
- •1.3 Обозначение имс
- •1.4 Конструкции и состав имс
- •1.5 Цели и задачи изучения дисциплины
- •1.6 Этапы проектирования микросхем
- •2 Проектирование элементов и кристаллов биполярных имс
- •2.2 Состав радиоэлементов бпт имс
- •2.3 Материалы имс
- •2.3.1 Введение
- •2.3.2 Кристаллические материалы имс
- •2.4 Изоляция элементов
- •2.5 Технологические слои структур бпт имс
- •2.6 Кремниевые пластины с эпс
- •2.7 Кремниевые пластины с эпс и скрытыми слоями
- •2.8 Кремниевые пластины с полной диэлектрической изоляцией карманов
- •2.9 Арсенид галлия в производстве имс
- •2.10 Технологические варианты структур бпт
- •2.11 Параметры слоев структур бпт имс
- •2.11.1 Оценка параметров слоя
- •2.12 Проектирование бпт
- •2.12.1 Введение
- •2.12.2 Функциональные параметры бпт
- •2.12.3 Расчетные соотношения оценки параметров бпт
- •2.12.4 Проектирование топологии бпт
- •2.12.5 Объемные формы и габаритные размеры элементов имс
- •2.12.6 Межэлектродные сопротивления бпт
- •2.12.7 Зависимость коэффициента передачи от топологии
- •2.12.8 Параметры быстродействия транзистора
- •2.13 Алгоритм проектирования бпт
- •2.14 Диоды ис
- •2.14.1 Общие замечания
- •2.14.2 Структуры интегральных диодов
- •2.14.3 Топологические конфигурации диодов
- •2.14.4 Проектные параметры диодов
- •2.14.5 Схема замещения диода
- •2.14.6 Алгоритм проектирования диодов
- •2.14.7 Диоды Шоттки в структурах бпт
- •2.15 Модификации бпт специального назначения
- •2.15.1 Общие сведения
- •2.15.2 Многоэмиттерный бпт
- •2.15.3 Многоколлекторный бпт
- •2.15.4 Транзисторы с контактными переходами Шоттки
- •2.15.5 Транзисторы с продольной структурой
- •2.15.6 Транзисторы со сверхтонкой базой
- •2.15.7 Транзисторы приборов совмещенных технологий
- •2.16 Резисторы полупроводниковых имс
- •2.16.1 Общие замечания
- •2.16.2 Структуры резисторов полупроводниковых имс
- •2.16.3 Топологические конфигурации резисторов
- •2.16.4 Проектные параметры резисторов
- •2.16.5 Расчетные соотношения
- •2.16.6 Алгоритм проектирования полупроводниковых резисторов
- •2.17 Конденсаторы биполярных имс
- •2.17.1 Общие сведения
- •2.17.2 Конденсаторы на основе р-n-перехода
- •2.17.3 Конденсаторы со структурой моп
- •2.17.4 Параметры конденсаторов бпт имс
- •2.17.5 Алгоритм проектирования конденсаторов бп имс
- •2.18 Соединения и контакты бпт имс
- •2.18.1 Общие сведения
- •2.18.2 Материалы и структуры соединений и контактов
- •2.18.3 Параметры и размеры соединений и контактов
- •2.19 Базовые элементы цифровых биполярных микросхем
- •2.19.1 Введение
- •2.19.2 Элементы транзисторно-транзисторной логики
- •2.19.3 Элементы ттл с приборами Шоттки
- •2.19.4 Элементы эмиттерно-связанной логики
- •2.19.5 Элементы инжекционной логики (и2л)
- •2.19.6 Элементы и2л с диодами Шоттки
- •2.20 Кристаллы ис
- •2.20.1 Введение
- •2.20.2 План кристалла
- •2.20.3 Сокращение потерь площади рабочей кристалла
- •2.20.4 Проектирование топологии ис на бпт
- •3 Элементы и кристаллы имс на полевых структурах
- •3.1 Проектирование полевых структур
- •3.1.1 Введение
- •3.1.2 Структуры и классификация мдп-транзисторов
- •3.1.3 Вольтамперные характеристики мдп-транзистров
- •3.1.4 Параметры мдп-транзистора и расчетные соотношения
- •3.1.5 Конструкции мдп-транзисторов
- •3.1.6 Алгоритмы проектирования мдп-транзисторов имс
- •3.2 Элементы цифровых имс на мдп-транзисторах
- •3.2.1 Введение
- •3.2.2 Защита конструкций мдп-микросхем
- •3.2.3 Логический инвертор с пассивной нагрузкой мдп
- •3.2.4 Логический инвертор с активной нагрузкой мдп
- •3.2.5 Логические элементы на мдп-структурах
- •3.2.6 Совмещенные биполярнополевые структуры
- •3.2.7 Полевые элементы устройств хранения информации
- •3.2.8 Проектирование топологии ис на мдп
- •3.3 Полевые структуры с зарядовой связью
- •3.3.1 Введение
- •3.3.2 Приборы с зарядовой связью (пзс)
- •3.3.3 Варианты структур элементов пзс
- •3.3.4 Ввод и детектирование заряда в пзс
- •3.3.5 Параметры пзс
- •3.3.6 Транзисторы с зарядовой связью (тзс)
- •3.3.7 «Пожарные» мдп-цепочки
- •3.3.8 Проектирование пзс
- •Список литературы
2.16 Резисторы полупроводниковых имс
2.16.1 Общие замечания
Резисторы широко применяются в цифровых и особенно в линейных интегральных микросхемах. Полупроводниковые резисторы формируются в поверхностном объеме кристалла, как правило, одновременно с изготовлением активных элементов микросхем [1, 3, 4]. Резисторы исполняются в выбранных слоях структуры БПТ. Такими слоями могут быть эмиттерный, базовый, коллекторный и композиционные, так называемые «зажатые» (pinch) слои базы и коллектора. Технологические исполнения слоев представлены тремя вариантами:
диффузионным;
эпитаксиальным;
ионно-имплантированным.
Как отмечалось ранее, конструкция резистора представляет собой полосу в слое, от которой с двух сторон предусмотрены отводы. Резисторы от других элементов схемы в кристалле изолируются p-n-переходом или, если слой коллекторный, изоляцией, принятой для изоляции коллекторов БПТ. Резисторы могут быть изготовлены на основе эпитаксиальных пленок поликристаллического кремния, наносимых на диэлектрические основания.
2.16.2 Структуры резисторов полупроводниковых имс
Наиболее
широко применяются полупроводниковые
резисторы, сформированные на основе
коллекторного (1), базового (3) или
эмиттерного (4) слоев ЭПСК транзисторной
структуры (см.
рисунок 2.55). На рисунке 2.55 эпитаксиальный
коллекторный слой разделен на «карманы»
областями разделительной диффузии
(2), на которые, как и на базовый несущий
слой для резисторов в эмиттерном слое,
подключается обратное смещение
относительно применяемого резистивного
слоя. Для резистивных слоев, изображенных
на рисунке 2.55, полагается, что напряжения
на их металлизированных выводах
положительны относительно вывода от
несущих р-слоев (Общ) и не превышают +Еп.
Вследствие пространственной протяженности резистивных полос полупроводниковых резисторов, изолированных p-n-пере-ходами, напряжения смещения, и соответственно ширина перехода, удельная емкость зависят от пространственных координат. Для интегральных оценок параметров таких резисторов применяется усреднение удельной емкости по длине резистора. В цифровых переключениях логических элементов из одного состояния в другое напряжение на изолирующих переходах резисторов не остается постоянным и для интегральных оценок также подлежит усреднению по состояниям (во времени).
Простейшая конструкция резистора представляет собой участок полупроводникового слоя, на концах которого расположены металлические контакты. Толщина слоя определяется глубиной залегания слоя изоляции. Профиль, изолирующей поверхности резистора, определяется технологией формирования слоя, и к оценке ее геометрии применимы заключения, сделанные в параграфе 2.13.5 в отношении транзистора. Толщина слоя изоляции между резистивным слоем и несущими слоями составляет доли микрометра. Поэтому средняя удельная емкость изоляции может достигать (400–500) пФ/мм2, и в схемы замещения резисторов включается емкость на несущее основание Си.
Вследствие неравномерности легирования по глубине, диффузионные слои характеризуются средним удельным объемным сопротивлением или средним удельным поверхностным сопротивлением R□.. Величина R□ не зависит от линейных размеров квадрата, а определяется только свойствами полупроводникового материала и толщиной резистивного слоя. Для ИС, изготовляемых по эпитаксиально-планарной технологии, сопротивление R□ в среднем составляет (25…150) Ом для коллекторного слоя, (200…300) Ом для базового слоя и (2,5…10) Ом для эмиттерного слоя.
Высокоомные резисторы с изоляцией p-n-переходами формируются на основе базовых слоев, ограниченных по толщине соединенными параллельно эмиттерным и коллекторным слоями. Резистивный слой таких резисторов представляет собой канал р-типа с толщиной, равной ширине нейтральной базовой области, изолированный со всех сторон обратно смещенным p-n-пере-ходом. Структуры высокоомных резисторов субмикронной толщины с изоляцией p-n-переходом формируются в ионно-имплан-тированных поверхностных слоях.