- •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
3.1.6 Алгоритмы проектирования мдп-транзисторов имс
Следует выделить две области применения МДП на кристаллах ИМС:
в качестве микромощных приборов, предназначенных исключительно для фиксации логических состояний во внутренних функциональных устройствах кристаллов;
в качестве согласующих приборов так называемого обрамления функциональных устройств.
В первом случае номинальные значения рабочих токов и напряжений МДП-транзисторов не являются определяющими конструкцию параметрами. Первичные параметры структуры и топология прибора принимаются в соответствии с предельными ограничениями технологии производства по таким параметрам, как:
концентрации примесей в пластине;
толщины слоев стока и истока;
толщина и электрофизические параметры подзатворного диэлектрика;
концентрация поверхностных состояний в диэлектрике и полупроводнике на границе раздела;
среднее значение подвижности носителей заряда в формируемых каналах;
минимальные топологические размеры в формировании областей контактов к электродным областям затвора, стока и истока;
минимальная длина области канала.
В результате отработки технологии формируются структурно-топологические образцы приборов, для которых прямыми или косвенными методами измеряются функциональные параметры (или производятся расчетные оценки по измеренным первичным параметрам структуры). К числу измеряемых могут быть отнесены либо все параметры, перечисленные в параграфе 3.4, либо часть из них. Обязательным является контроль:
порогового напряжения;
сопротивления канала при выбранном запасе по открыванию транзистора относительно порогового напряжения;
тока насыщения для стока при выбранном запасе по открыванию транзистора относительно порогового напряжения;
толщины слоя подзатворного диэлектрика и предпробойного напряжения;
поверхностной концентрации и профиля распределения примесей в слоях стока и истока.
По перечисленным параметрам структуры и по известным топологическим размерам доопределяются необходимые функциональные параметры транзистора. Методом масштабного подобия корректируются концентрации примесей в стоке и истоке, толщина подзатворного диэлектрика и топологические размеры для согласованного приведения конструкции транзистора в соответствие с предъявляемыми требованиями.
В другом функциональном применении размеры топологических конфигураций МДП-транзисторов определяются их рабочими токами и напряжениями. Для таких применений может быть рекомендована следующая методика:
выбирается или принимается структурный вариант исполнения транзистора (тип проводимости канала, встроенный/ индуцированный, вариант формирования длины канала, материалы затворной пары «затвор — диэлектрик»);
определяются по рабочему напряжению концентрации примесей в подложке, в стоке и истоке и толщина подзатворного диэлектрика;
оценивается с корректировкой концентраций примесей и толщины подзатворного диэлектрика в допустимых по рабочему напряжению пределах и согласуется с требуемым пороговым напряжением транзистора;
оценивается удельная емкость затвора и усредненная подвижность носителей в канале;
оценивается по рабочему току отношение ширины канала к его длине;
оценивается крутизна транзистора;
оценивается сопротивление канала на крутом участке выходных ВАХ;
определяются, с учетом технологических ограничений на формирование плоскостных размеров, размеры областей стока, истока, затвора, перекрытий электродных областей;
определяются элементы схемы замещения транзистора и оценивается время переключения транзистора.
На каждом из перечисленных переходов принимается решение о приемлемости результата, возможности корректировки, при необходимости, исходных величин или прекращения проектирования из-за несоответствия результатов предъявленным требованиям.