Реферат: Расчет неинвертирующего усилителя

Окончательная тонкая доводка поверхности пластин производится полированием абразивными порошками или пастами, а затем химико-механическим способом с применением суспензий, золей и гелей. В результате получают полупроводниковую пластину диаметром 20…250 мм толщиной от десятков до нескольких сотен микрометров с шероховатостью обработанной поверхности

???????????? ????????????.

Фотошаблоны широко применяются в технологии интегральных микросхем как на стадии формирования активных элементов в полупроводниковом материале, так и при создании пассивных элементов и межсоединений.

Фотошаблон – стеклянная пластина (подложка) с нанесенным на ее поверхности маскирующим слоем – покрытием, образующим трафарет с прозрачными и непрозрачными для оптического излучения участками. В процессе фотолитографии слой фоторезиста экспонируется в соответствии с рисунком покрытия, имеющегося на фотошаблоне.

Подложку фотошаблона выполняют либо из обычного стекла (при экспонировании светом с длиной волны  более 300 нм), либо из кварцевого стекла (при  менее 300 нм). В качестве материала маскирующего слоя фотошаблона обычно используется хром, оксиды хрома, железа и др., образующие твердые износостойкие покрытия.

К фотошаблонам для производства полупроводниковых структур предъявляется комплекс требований, к которым в первую очередь следует отнести следующие: оптическая плотность маскирующего материала должна быть не менее 2,0; толщина маскирующего материала – не более 100 нм; его отражательная способность не выше 15%; неплоскостность от нескольких мкм до десятков мкм (для разных классов фотошаблонов); микродефектность порядка 0,1 см-2; краевая четкость рисунка не ниже 0,1 мкм для элементов изображения с размером менее 1 мкм.

??????? ? ????????? ? ?????????.

Конструкция полупроводниковой микросхемы полностью определяется её физической структурой (совокупностью слоёв в кристалле, отличающихся материалом и электрофизическими свойствами) и топологией (формой, размерами, относительным расположением отдельных областей и характером межсоединений по поверхности кристалла). Можно также сказать, что структура – это чертёж поперечного сечения кристалла интегральной микросхемы, а топология – вид в плане.

На рис 4,а приведен фрагмент структуры микросхемы, представляющей n-p-n-транзистор и включённый в коллекторную цепь резистор, а на рис. 4,б – топология этого же участка. На рис. 4,а цифрами обозначены: 1 – исходная монокристаллическая пластина – подложка; 2 – открытый слой; 3-эпитаксиальный слой (он же коллекторный); 4 – разделительный слой; 5 – базовый слой; 6 – эмиттерный слой; 7 – изолирующий слой с контактными окнами; 8 – слой металлизации; 9 – защитный слой (обычно SiO2).

Фрагмент интегральной микросхемы: а – структура; б – топология.

Каждый из слоёв 2…6 представляет собой совокупность отдельных островков (областей), имеющих одинаковые толщины, тип проводимости (электронная n или дырочная p) и характер распределения примеси по толщине. Это достигается одновременным введением примеси через окна защитной маски из SiO2, формируемой предварительно на поверхности пластины-кристалла. В отличие от слоёв 2…6 слои 7, 8 и 9 получают путём формирования сплошной плёнки и последующего избирательного травления с использованием фотошаблона. В результате изолирующий слой 7 (SiO2) содержит контактные окна, слой металлизации 8 (обычно Al) – систему соединительных проводников и периферийные монтажные площадки, а слой 9 – окна над монтажными площадками.

Приведённая структура получила название эпитаксиально-планарной и предполагает взаимную изоляцию смежных элементов за счёт обратносмещенных p-n-переходов на границах изолирующего слоя. Высоколегированный скрытый слой (n+) служит для уменьшения сопротивления коллекторов транзисторов и за счёт этого повышения их быстродействия. Области n+ под коллекторными контактами исключают образование потенциального барьера (барьера Шоттки), обеспечивают, таким образом, омический контакт со слаболегированным коллектором и принадлежат эмиттерному слою.

?????????????? ????????????????? ?????????? ? ???.

Структура и топология резистора, сформированного в полупроводниковом материале, приведены на рис. 15. Сопротивление резистора складывается из сопротивления линейной части, которое подчиняется выражению R=RслЧ/a, и сопротивления приконтактных областей, которое определяется через эмпирический коэффициент k, выраженный в долях Rсл.

	(35)

Коэффициент k зависит от формы и размеров приконтактной области и ширины а линейной части резистора. Он определяется по номограммам, приведенным в табл. 3. Размер а должен быть минимально возможным, но следует учитывать, однако, возможности технологии и требования точности сопротивления (с уменьшением ширины точность уменьшается).

Для расчета минимальных размеров приконтактных областей используются правила, изложенные в разделе 12. Подробные сведения о расчете резисторов читатель может найти в [ ]. После определения а и k по выражению (35) определяют длину  линейной части резистора. Для формирования резисторов могут быть использованы любые слои физической структуры ИМС. В практике проектирования и производства находят применения резисторы на основе эмиттерного слоя (сопротивления в несколько десятков Ом), базового слоя (от сотен до нескольких тысяч Ом), слоя активной базы (десятки тысяч Ом, так называемые "ПИНЧ-резисторы").

?????? ?????????????? ???????? ???????? ???????????.

При проектировании элементов и областей микросхемы конструктор обязан обеспечить минимально возможные размеры. Если нет ограничений по мощности, то минимальные размеры областей биполярного транзистора ограничены возможностями технологии: аmin - минимально надёжно воспроизводимый размер (так называемая конструкторская или топологическая норма); ±п - абсолютные предельные отклонения размеров топологических элементов на пластине; ±с- абсолютные предельные значения погрешности совмещения двух смежных слоёв на пластине.

Далее рассмотрим расчёт размеров эмиттерной области, с которой начинается топологическое проектирование транзистора (рис. 20). Вначале определяется минимально возможный номинальный размер металлического вывода над контактным окном эп1 (рис. 20,а).

К топологическому расчету эмиттерной области.

При этом должно быть обеспечено гарантированное заполнение металлом контактного окна и с учетом этого требования рассматривается наиболее неблагоприятное сочетание погрешностей (расчёт на наихудший случай). Размер контактного окна можно принять равным топологической норме (эк1аmin). Наихудший (критический) случай возникает, если размер эк1 оказался выполненным по максимуму (+п), а размер эп1 - по минимуму (-п). С учётом возможного максимального смещения площадки в ту или другую сторону на c расчётная схема приводит к следующему выражению:

(40)

Далее определяется размер э1 собственно эмиттерной области (рис. 20,б) из условия, что металлическая площадка не должна выступать за пределы области. Наихудший случай заключается в том, что размер э1 выполнен по минимуму, а размер эп1 - по максимуму. Поскольку при изготовлении рисунок контактных окон совмещался с рисунком эмиттерного слоя, а рисунок металлизации - с рисунком контактных окон, максимальная погрешность положения металлической площадки относительно эмиттерной области составит 2c в ту или другую сторону. Согласно расчётной схеме

(41)

Для маломощных транзисторов эмиттерная область проектируется квадратной (э2=э1). С повышением мощности периметр эмиттера увеличивают за счёт увеличения размера э2 (с учётом эффекта оттеснения тока в эмиттере к краям области). Аналогичные правила заложены в расчёт размеров базовых и коллекторных областей, причём погрешность совмещения этих областей с металлическими контактами продолжает накапливаться, и её предельное значение достигает 6c для базовых областей и 8c - для коллекторных.

??????????? ????????? ?????????.

Основными элементами установки вакуумного напыления, упрощенная схема которой представлена на рис. 21, являются: 1 - вакуумный колпак из нержавеющей стали; 2 - заслонка; 3 - трубопровод для водяного нагрева или охлаждения колпака; 4 - игольчатый натекатель для подачи атмосферного воздуха в камеру; 5 - нагреватель подложки; 6 - подложкодержатель с подложкой, на которой может быть размещен трафарет; 7 - герметизирующая прокладка из вакуумной резины; 8 - испаритель с размещённым в нём веществом и нагревателем (резистивным или электронно-лучевым).

Процесс проведения операции вакуумного напыления включает в себя выполнение следующих действий. В верхнем положении колпака с подложкодержателя снимают обработанные подложки и устанавливают новые. Колпак опускают и включают систему вакуумных насосов (вначале для предварительного разрежения, затем высоковакуумный). Для ускорения десорбции воздуха с внутренних поверхностей и сокращения времени откачки в трубопровод подают горячую проточную воду. По достижении давления внутри камеры порядка 10-4 Па (контроль по манометру) включают нагреватели испарителя и подложек. По достижении рабочих температур (контроль с помощью термопар) заслонку отводят в сторону и пары вещества достигают подложки, где происходит их конденсация и рост плёнки. Система автоматического контроля за ростом плёнки фиксирует либо толщину плёнки (для диэлектрика плёночных конденсаторов), либо поверхностное сопротивление (для резисторов), либо время напыления (проводники и контакты, защитные покрытия). Вырабатываемый при этом сигнал об окончании напыления после усиления воздействует на соленоид заслонки, перекрывая ею поток пара. Далее отключают нагреватели испарителя и подложек, выключают систему откачки, а в трубопровод подают холодную проточную воду. После остывания подколпачных устройств через натекатель плавно впускают атмосферный воздух. Выравнивание давлений внутри и вне колпака даёт возможность поднять его и начать следующий цикл обработки.

Процесс термического вакуумного напыления характеризуется температурой на испарителе t°ис, давлением воздуха в рабочей камере P0, температурой нагрева подложек t°п. Температура нагрева вещества в испарителе (t°ис) должна обеспечивать достаточно высокую интенсивность испарения, чтобы время напыления пленки не превышало 1-2 минут. В то же время чрезмерно высокая интенсивность приводит к образованию мелкозернистой неустойчивой структуры в плёнке, о чём будет сказано ниже.

Интенсивность испарения удобно характеризовать упругостью пара (давлением пара в состоянии насыщения) PS. Упругость пара для данного вещества зависит только от температуры:

(42)

где А и В - коэффициенты, характеризующие род материала (табл. 6); Т- абсолютная температура вещества, К.