11. Методы построения согласованных элементов ис.

Интегральная технология позволяет получить высокую степень согласованности однотипных элементов. Согласованные элементы должны состоять из идентичных сегментов, организованных в массив. Все сегменты в массиве должны иметь одинаковую ориентацию. Массивы сегментов должны иметь минимально возможное расстояние между геометрическими центрами или (желательно) общий центр.

Согласованные элементы следует разделять на идентичные сегменты. Сегменты должны быть расположены симметричным образом в виде массива, так чтобы геометрический центр элемента лежал на пересечении осей симметрии массива. Целесообразно разместить два элемента так, чтобы у них были общие оси симметрии. В этом случае геометрические центры этих двух элементов совпадут (общий центр), что будет соответствовать нулевому расстоянию между элементами, рис. 1.

Рис 2.

Рис. 1.

При совпадении геометрических центров, будет исключено влияние рассогласующих факторов (градиентов толщин окисла, механических напряжений, температуры и т.д.). Чем более компактным может быть сделано размещение, тем менее восприимчивыми становятся согласованные элементы к нелинейному изменению параметров. Двумерный массив с общим центром обеспечивает более высокую степень симметрии. Размещения этого вида называются размещениями с перекрёстными связями сегментов рис. 2. Размещение с перекрёстными связями обеспечивает лучшую степень согласования, чем одномерные массивы, прежде всего из–за его компактности и равномерности.

Рекомендации по уменьшению влияния механического напряжения и его градиента. После корпусирования в кристалле возникают дополнительные механические напряжения, которые не учитывались в процессе измерения и настройки на пластине. Для уменьшению влияния механического напряжения и его градиента следует: 1) располагать согласованные элементы на кристалле в местах с малым механическим напряжением и его градиентом (центр и середины сторон кристалла); 2) учитывать при выборе геометрии кристалла, что удлиненный кристалл имеет более высокие уровни напряжений, чем квадратный кристалл той же площади. При этом кристаллы с большей площадью обладают более высокими уровнями напряжений; 3) ориентировать согласованные элементы вдоль осей с минимальной пьезочувствительностью; 4) обеспечить механическое согласование между пластмассовым корпусом и кристаллом, например, путем использования полиамидных смол для покрытия кристалла при герметизации и кор-пусировании; 5) использовать специальные пластмассы для корпусов с пониженными механическими напряжениями. В особых случаях использовать металлокерамические корпуса.

Рекомендации по уменьшениювлияния температурного градиента. Наличие на кристалле мощных источников тепловыделения приводит к рассогласованию элементов из-за ненулевых значений температурных коэффициентов и термоэлектрического эффекта. Температурный градиент имеет максимальное значение вблизи периметра источника тепла. Оси симметрии тепловых распределений определяются корпусом и положением мощного элемента на кристалле. Для уменьшения влияния температурного градиента следует: 1) ориентировать оси симметрии массивов сегментов вдоль осей симметрии распространения тепла; 2) ориентировать более протяженные сегменты в согласованных элементах вдоль осей симметрии распространения тепла; 3) использовать четное число сегментов в резисторах, применяя соединение компенсирующее термоэлектрический эффект, рис. 3 а – rigth, б - wrong.

Рис. 3. Рис. 4.

Рекомендации по уменьшению электростатического взаимодействия. Основным способом уменьшения электростатического взаимодействия является электростатическое экранирование, которое заключается в размещении между источником паразитного поля и чувствительным элементом экрана из проводящего слоя, рис. 4. Для электростатического экранирования следует: 1) размещать карман под поликремневыми и диффузионными резисторами, а также под нижней обкладкой конденсатора, что уменьшает электростатическое взаимодействие с подложкой; 2) размещать металлический экран между согласованными резисторами и конденсаторами, и шинами, проходящими в верхних слоях металла.

Электростатическое экранирование позволяет также уменьшить влияние ряда паразитных эффектов, связанных с инжекцией заряда, поверхностной инверсией и т.п.

Особенности пересечения металлом согласованных резисторов.

При небольшом количестве металлических слоев (технологии с 1–2 металлами), как правило, невозможно размещение экрана над резисторами. В этом случае: 1) не рекомендуется пересечение сегментов согласованных резисторов проводниками не связанными с их построением; 2) допускается пересечение металлическими шинами с потенциалом близким к локальному потенциалу резисторов в месте пересечения; 3) необходимо обеспечить равные условия по количеству, геометрии и месту пересечения для всех сегментов согласованных резисторов, рис. 5; 4) желательно пересекать резисторы в специально выделенных низкоомных областях (удлиненная голова контакта к резистору).

Рис 5.

Рекомендации по уменьшению влияния соседних структур на согласование элементов.

Скорости травления и диффузии в локальных областях кристалла зависят от взаимного расположения элементов, что может явиться причиной рассогласования элементов. Чтобы уменьшить технологическое влияние соседних элементов: 1) области диффузии сторонних элементов должны располагаться вдали от каналов согласованных транзисторов, по крайней мере, на расстоянии большем, чем удвоенная глубина перехода диффузии; 2) p МОП транзисторы (для подложки p – типа) должны быть помещены на значительном расстоянии от границ окружающего их n –кармана; 3) элементы, которые должны достичь среднего или точного согласования, должны использовать фиктивные сегменты по краям массива, рис. 6; 4) не рекомендуется использование в качестве фиктивного сегмента непрерывного поликремневого кольца для поликремниевых элементов; 5) недопустимо размещать контакты над затворами МОП транзисторов. Рис. 6

Рекомендации по согласованию МОП транзисторов.

N – канальные транзисторы, как правило, обеспечивают лучшую степень согласования, чем p – канальные при прочих равных условиях. При согласовании следует следовать след. правилам:

1. Использовать идентичную геометрию пальцев; 2. Использовать по возможности большие по площади затворы транзисторов; 3. Ориентировать транзисторы в одинаковом направлении; 4. Использовать компактное размещение согласованных транзисторов; 5. Применять размещение с общим центром или с перекрёстными связями сегментов; 6. Располагать фиктивные элементы по краям массива транзисторов;

7. Размещать транзисторы в областях с низким градиентом механического напряжения; 8. Размещать транзисторы вдали от мощных источников тепла; 9. Не размещать контакты над затворами транзисторов;

10. Не проводить металл через затворы транзисторов; 11. Избегать размещение согласованных транзисторов рядом с элементами, имеющими глубокую диффузию; 12. Соединять затворы транзисторов, набранных из сегментов, используя металлические связи.

Рекомендации по согласованию резисторов.

1. Выполнять согласованные резисторы из одинакового материала; 2. Ориентировать согласованные резисторы в одном и том же направлении; 3. Использовать размещение с общим центром для массивов сегментов согласованных резисторов; 4. Использовать фиктивные сегменты на краях массива;

5. Подключать согласованные резисторы так, чтобы исключить термоэлектрические эффекты; 6.Располагать согласованные резисторы в областях с низким механическим напряжением; 7. Располагать согласованные резисторы вдали от мощных источников тепла; 8. Располагать поликремневые резисторы на полевом окисле; 9. Использовать электростатическое экранирование; 10. При необходимости металл может пересекать согласованные резисторы по специально выделенной низкоомной области, при этом он должен пересекать все сегменты согласованных резисторов одинаковым образом; 11. Избегать чрезмерного рассеяния энергии на согласованных резисторах.

Рекомендации по согласованию конденсаторов:

1. Использовать квадратные сегменты в матрицах согласованных конденсаторов; 2. Предпочтительно использовать возможно большие по площади конденсаторы; 3. Располагать согласованные конденсаторы на полевом окисле; 4. Использовать размещение с перекрёстными связями (с общим центром) в массиве сегментов согласованных конденсаторов; 5. Размещать фиктивные конденсаторы вокруг внешнего края массива; 6. Использовать электростатическую защиту для согласованных конденсаторов; 7. Уменьшать емкости проводников, соединяющих согласованные конденсаторы; 8. Не проводить металл по согласованным конденсаторам, за исключением электростатической защиты; 9. Желательно использовать диэлектрики из окисла кремния вместо нитридных для исключения влияния эффектов диэлектрической поляризации; 10. Располагать конденсаторы в областях с низким градиентом механического напряжения;

11. Располагать согласованные конденсаторы вдали от мощных источников тепла.