Реферат: Микроэлектроника и функциональная электроника (разработка топологии ИМС)

2) Конденсатор – применяется для увеличения быстродействия каскада. Это достигается благодаря свойству конденсатора проводить сигналы высших гармоник. При подаче на вход схемы уровня логической единицы в момент перехода из ноля в единицу входной сигнал содержит много гармоник высших порядков, которые безпрепятственно проходят через конденсатор, открывая транзистор. При установлении на входе стабильного напряжения гармоники высших порядков пропадают и транзистор стабильно работает в режиме насыщения.

Ввиду наличия в схеме транзисторов, резисторов и конденсаторов, данный тип логики получил название резисторно-емкостной транзисторной логики (РЕТЛ).

Ввиду того, что все четыре каскада рассматриваемой схемы являются абсолютно идентичными, работа остальных каскадов не рассматривается.

2. Определение электрических параметров элементов схемы.

Значения токов и напряжений на элементах схемы определяется с помощью программы ElectronicsWorkbench (версия 5.12, разработчик – InteractiveImageTechnologiesLTD).

Для последующего расчета топологических параметров разрабатываемой интегральной схемы необходимо определить следующие параметры:

максимальный ток через резисторы I_R . Данный параметр необходим для расчета мощности, выделяющейся на резисторах, необходимой для последующих расчетов;

для транзисторов – максимальный ток на коллекторном переходе, максимальный ток эмиттера,максимальное напряжение на переходе коллектор-база U_КБ .

Электрические параметры конденсаторов, необходимые для расчета их топологических параметров, приведены в задании к данной работе и не подлежат определению.

Значения параметров, указанных выше, приведены в табл. 2.1.

Табл. 2.1. Электрические параметры элементов интегральной схемы.

Параметр	IR 1-4 , мА	IR 5 , мА	UКБ , В	IЭ , мА
Значение	0,26	4,94	1,5	4,5

Примечание. Данные значения токов и напряжений были измеряны при подаче на логические входы схемы минимально допустимого напряжения логической единицы (1,9 В), и/или максимально допустимого напряжения логического нуля (0,7 В).

3. Технологические этапы изготовления ИМС.

При производстве различных ИМС в текущий момент используется планарная технология, обеспечивающая воспроизводимые параметры инте­гральных элементов и групповые методы их производства Локальные тех­нологические обработки участков монокристалла кремния обеспечиваются благодаря применению свободных и контактных масок. В планарной техно­логии многократно повторяются однотипные операции для создания различных по структуре ИМС. Основными технологическими операциями при изготовлении ИМС являются: подготовка полупроводниковой подложки; окисление; фотолитография; диффузия; эпитаксия; ионное легирование, ме­таллизация

Элементы биполярных интегральных структур создаются в едином технологическом цикле на общей полупроводниковой подложке. Каждый элемент схемы формируется в отдельной изолированной области, а соединения между элементами выполняются путем металлизации на поверхности пассивированной схемы. Изоляция между элементами схемы осуществляется двумя способами: обратносмещенными р - n переходами и диэлектриком Изоляция обратно смещенным переходом реализуется следующими технологическими методами: разделительной, коллекторной изолирующей диф­фузией; базовой изолирующей диффузией; методом трех фотошаблонов, изоляцией n- полостью.

Для изоляции элементов ИМС диэлектриком используют слой SiO₂ , и Si₃ Н₄ , ситалл, стекло, керамику, воздушный зазор.

3.1. Последовательность операций планарно - эпитаксиальной технологиипроизводства ИМС.

1 - механическая обработка поверхности рабочей стороны кремниевой пластины р -типа до 14-го класса чистоты и травление в парах НСl для удаления нарушенного слоя. Под­ложки кремния шлифуют до заданной толщины, затем полируют (обычно до 14 класса точности) , подвер­гают травлению и промывают. Эпитаксиальные структуры не требуют до­полнительной механической обработки, а лишь подвергаются травлению и промывке перед процессами создания схем.

2 - окисление для создания защитной маски при диффузии примеси n типа. На поверхности кремния выращивается плотная пленка двуокиси кремния, которая имеет близкий к кремнию коэффициент теплового расширения, что позволяет использовать ее как надежное защитное покрытие, а также изолятор отдельных компонентов ИМС, маску при проведении локальной диффузии и как активную часть прибора в МДП- структурах.

Термическое окисление поверхностей кремния является наиболее тех­нологичным методом получения пленок SiO₂ . В этом случае качестве окис­ляющей среды используются сухой или увлажненный кислород либо пары воды. При окислении температура рабочей зоны поддерживается на уровне 1100-1300°С. Окисление проводится методом открытой трубы в потоке окислителя. В сухом кислороде выращивается наиболее совершенный по структуре окисный слой, но процесс окисления при этом проходит медленно (Т=1200 °С), толщина d слоя SiO₂ составляет 0,1 мкм). На практике окис­ление проводят в три стадии: в сухом кислороде, влажном кислороде и сно­ва в сухом. Для стабилизации свойств защитных окисных слоев в процессе окисления в среду влажного кислорода или паров воды добавляют борную кислоту, двуокись титана и др.

3 - фотолитография для вскрытия окон в окисле и проведения локальной диффузии в местах формирования скрытых слоев. Создание на поверхности подложки защитной маски малых размеров, используемой в дальнейшем для проведения локальных процессов травления, диффузии, эпитаксии и др. Образуется с помощью фоточувствительного слоя (фоторезиста), который под действием света изменяет свою структуру По способности изменять свойства при облучении фоторезисты делятся на негативные и позитивные.

Освещение негативного фоторезиста вызывает дополнительную полимеризацию его молекул, вследствие чего после проявления пластины по­лупроводника на ней остаются нерастворимые участки рисунка, которые представляют собой негативное изображение фотошаблона, а неосвещенные участки фоторезиста смываются в растворителе при проявлении.

В позитивном фоторезисте под действием света происходит разру­шение молекул. При проявлении такой фоторезист удаляется с освещенных участков, а на поверхности пластины остается позитивное изображение фотошаблона,

Фоторезист должен быть чувствительным к облучению, иметь высо­кие разрешающую способность и кислотостойкость.

Для создания определенного рисунка с помощью фоторезиста используется фотошаблон, представляющий собой пластину из оптического стекла, на поверхности которой содержится рисунок соот­ветствующий по размерам будущей микросхеме. Фотошаблон может содержать до 2000 изображений одной микросхемы.

Последовательность фотолитографического процесса состоит в следующем .

На окисленную поверхность кремния с толщиной окисла 3000 - 6000 А наносят слой фоторезиста с помощью центрифуги. Фоторезист сушат сначала при комнатной температуре, затем при температуре 100 -150 ⁰ С.

Подложку совмещают с фотошаблоном и облучают ультрафиолетовым излучением. Засвеченный фоторезист проявляют, а затем промывают в деио­низированной воде. Оставшийся фоторезист задубливают при комнатной температуре и температуре 200 °С в течение одного часа, после чего окис­ленная поверхность кремния открывается в местах, соответствующих ри­сунку фотошаблона. Открытые участки окисла травят в специальных бу­ферных травителях (например, 10 мл НF и 100 мл NH₄ F в воде). На участки окисла, покрытые фоторезистом, травитель не действует. После травления фоторезист растворяют органическим растворителем и горячей серной кислотой. Поверхность пластины тщательно промывают. На поверх­ности кремния остается слой SiO₂ , соответствующий рисунку схемы

4 - диффузия для создания скрытого n-слоя.

Локальная диффузия является одной из основных технологических операций при создании полупроводниковых ИМС.