Розробка інтегральних мікросхем

Вибір та обгрунтування конструктивних і технологічних матріалов
Для виготовлення напівпровідникових інтегральних схем використовують у більшості випадків пластини монокристалічного кремнію p-або n-типу провідності, забезпеченими епітаксіальним і так званими "прихованими" шарами. В якості легуючих домішок, за допомогою яких змінюють провідність вихідного матеріалу пластини, застосовують сполуки бору, сурми, фосфору, алюмінію, галію, індію, миш'яку, золота. Для створення міжз'єднань і контактних майданчиків використовують алюміній і золото. Застосовувані матеріали повинні мати дуже високою чистотою: вміст домішок в більшості матеріалів, використовуваних при виготовленні напівпровідникових мікросхем, не повинно перевищувати 10 ^-5 ... 10 ^-9 частин основного матеріалу.
Змінюючи певним чином концентрацію домішок у різних частинах монокристаллической напівпровідникової пластини, можна отримати багатошарову структуру, яка б відтворювала задану електричну функцію і до певної міри еквівалентну звичайному дискретному резистору, конденсатору, діоду або транзистору. [1, стор 24-25].
Необхідно відзначити, що матеріал використовується для виготовлення інтегральної мікросхеми повинен визначаться параметрами залежними від властивостей матеріалу, а саме: оптичних, термічних, термоелектричних, зонної структури, ширини забороненої зони, положення в ній домішкових рівнів тощо Важливе значення відіграють електричні властивості напівпровідникового матеріалу: тип електропровідності, концентрація носіїв заряду та їх рухливість, питомий опір, час життя неосновних носіїв заряду та його дифузійна довжина.
До основних вимог, яким повинні задовольняти всі матеріали, що використовуються у виробництві інтегральних МС, відносяться:
1. стійкість до хімічного впливу навколишнього середовища;
2. монокристалічних структура;
3. однорідність розподілу;
4. стійкість до хімічних реагентів;
5. механічна міцність, термостійкість;
6. стійкість до старіння і довговічність.
Важливим фактором, який має враховуватися при визначенні можливості застосування будь-якого матеріалу або технологічного процесу виробництва ІМС, є його сумісність з іншими вживаними матеріалами [1, стор.24, 25, 27].
Наведемо параметри деяких провідних матеріалів і параметри деяких напівпровідникових матеріалів.

Таблиця 2.1 - Фізичні та електричні параметри провідних матеріалів [6]

Величина	Перелік матеріалів
	Алюміній	Золото	Мідь	Нікель	Олово	Свинець	Срібло
Щільність, 10 3 кг / м 3	2,7	19.3	8.9	8,9	7,3	11,4	10.5
Питома теплоємність, кДж / (кг * К)	0,92	0,13	0,38	0,5	0,25	0,13	0,25
Температура плавлення, єС	660	1064	1083	1455	232	327	960
Питома теплота плавлення, кДж / кг	380	66,6	175	-	58	25	87
Межа міцності ГПа	0,25	-	0,24	-	0.027	0,016	0,14
Питомий опору, 10 -8 Ом * м	2,8	-	1,7	7,3	12,0	21,0	1,6
Температурний коефіцієнт опору, * 10 -3 єС -1	4,2	-	4,3	6,5	4,9	3,7	4,1
Модуль Юнга * 10 10 Па	7	-	12	-	-	1,7	-

Таблиця. 2.2 - Основні властивості деяких напівпровідникових матеріалів [5, стор стор 135]

Параметр і одиниця виміру	Напівпровідникові матеріали
	Кремній	Германій	Арсенід галію	Антімонід індію	Карбід кремнію
Атомна молекулярна маса	28,1	72,6	144,6	118,3	40,1
Щільність, г / см -3	2, .33	5,32	5,4	5,78	5,32
Концентрація атомів ∙ 10 22, см -3	5	4,4	1,3	1,4	4,7
Постійна решітки, нм	0,543	0,566	0,563	0,648	0,436
Температура плавлення, ° С	1420	937	1238	520	2700
Коефіцієнт теплопровідності, Вт / (см ∙ К)	1,2	0,586	0,67	0,17	0,084
Питома теплоємність, Дж / (г ∙ К)	0,76	0,31	0,37	1,41	0,62 ... 0,75
Рухливість електронів, см 2 / (В ∙ с)	1300	3800	8500	77000	100 .. 150
Рухливість дірок, см 2 / (В ∙ с)	470	1820	435	700	20 ... 30
Відносна діелектрична провідність	12	16	11	16	7
Коефіцієнт дифузії електронів, см 2 / c	33,6	98	220	2200	2,6 ... 3,9
Коефіцієнт дифузії дірок, см 2 / с	12,2	47	11,2	18	0,5 ... 0,77
Ширина забороненої зони, еВ (Т = 300 К)	1,12	0,67	1,41	0,18	3,1

Таблиця 2.3 - Ширина забороненої зони (в еВ) елементарних напівпровідників (при T = 300K) [5, стор 134]

При виготовленні ІМС застосування отримали кремній, германій, арсенід і фосфід галію, індій індію, карбід кремнію. Найбільш поширеними у цій галузі є кремній, однак застосування у виготовленні ІМС знаходять багато з перерахованих вище з'єднання.
Арсенід галію GaAs, що володіє більш високою рухливістю електронів і більшою шириною забороненої зони. Його застосовують в ІС високої швидкодії, зокрема в мікросхемах СВЧ, але головним чином для виготовлення дискретних приладів НВЧ. Широкому застосуванню цього матеріалу в мікроелектронної технології перешкоджає складність його отримання та обробки. Арсенід галію GaAs, фосфід галію GaP, карбід кремнію SiC служать для виготовлення світлодіодних структур в оптоелектронних ІС. Антімонід індію InSb, що має дуже високу рухливість електронів, є перспективним матеріалом для створення ІС дуже високої швидкодії. Однак через малу ширини забороненої зони цього напівпровідника робота таких мікросхем можлива тільки при глибокому охолодженні [7].
Кремній кристалізується в структурі алмазу. У хімічному відношенні при кімнатній температурі він є дуже інертною речовиною - не розчиняється у воді і не реагує з багатьма кислотами в будь-яких кількостях, стійкий на повітрі навіть при температурі 900єС, при підвищенні температури - окислюється з утворенням двоокису кремнію. Взагалі, при нагріванні кремній легко реагує з галогенами, добре розчинний у багатьох розплавах металів. Атоми елементів валентністю 3,5 є донорами і акцепторами, створюючи дрібні рівні в забороненій зоні. Елементи 1,2,6,7 вносять глибокі рівні в заборонену зону і вносять зміни під час життя неосновних носіїв заряду. Акцепторний рівень розташований у верхній половині забороненої зони [5, стор.145-156].
У розробляється МС як підкладку буде застосовуватися кремній, у якого наступні переваги перед германієм:
1. Велика ширина забороненої зони, що дає можливість створювати резистори з великими номінальними значеннями;
2. Більш високі робоча температура і питомі навантаження;
3. Транзистори працюють при значно більших напругах;
4. Менші струми витоку в pn-переходах;
5. Більш стійка до забруднень поверхню;
6. Плівка двоокису кремнію, створена на його поверхні, має коефіцієнти дифузії домішок значно менше, ніж сам кремній [5. стор 135-144,144-156].
Для розробки інтегральної мікросхеми генератора напруги будемо використовувати наступні елементи та їх сполуками: як напівпровідникової пластини будемо використовувати кремній. Як акцепторної домішки будемо використовувати бор, фосфор і сурма - як донорно домішка. В якості ізолюючого діелектрика буде застосовуватися двоокис кремнію SiO _2, яка у свою чергу характеризується наступним:
1. утворює рівномірний, суцільне, міцне покриття на поверхні монокристалічного кремнію; допускає суворий контроль товщини і має коефіцієнт термічного розширення, приблизно рівний такому ж коефіцієнту кремнію;
2. захищає кремній від дифузії;
3. є ізоляційним матеріалом з достатньою величиною діелектричної постійної;
4. легко стравлюється або видаляється з локальних ділянок;
5. забезпечує захист поверхні кремнію.
У напівпровідникових МС межелементние зв'язку здійснюються за допомогою плівкових провідників. Матеріали провідників повинні забезпечувати низькоомний контакт до кремнієвим електродів, володіти хорошим зчепленням з діелектриком і кремнієм, бути металургійні сумісним з матеріалами, які застосовуються для приєднання зовнішніх висновків до контактних площадок. Основними матеріалами при отриманні сполук для напівпровідникових ІМС є золото і алюміній. У деяких випадках знаходять застосування нікель, хром, срібло. Основним недоліком золота є його погана адгезія до плівки двоокису кремнію. Тому в якості матеріалу для розведення та контактних майданчиків будемо застосовувати алюміній, який має гарну адгезію до кремнію і його оксиду, хорошою електропровідністю, легко наноситься на поверхню ІМС у вигляді тонкої плівки, дешевше. В якості зовнішніх висновків будемо застосовувати золоту дріт, оскільки алюміній характеризується зниженою механічною міцністю.
Необхідно відзначити, що одним з критеріїв вибору матеріалу для підкладки є певні вимоги, які пред'являються до подложкам протягом всього процесу виготовлення мікросхеми. Електрофізичні характеристики монокристалічних напівпровідникових пластин та їх кристалографічна орієнтація повинні забезпечувати отримання мікросхем із заданими властивостями. Виходячи з цього, на етапі проектування вибирають необхідну орієнтацію і марку напівпровідникового матеріалу, а в процесі виготовлення пластин виконують контроль кристалографічної орієнтації та основних електрофізичних параметрів. У разі необхідності пластини класифікують за значеннями електрофізичних параметрів. Основні вимоги до пластин кремнію представлені в таблиці 2.4
Таблиця 2.4 - Основні вимоги до пластин кремнію [9, стор 319]
Відзначимо також, що проведення різних операцій, таких як різання, шліфування вільним абразивом, механічне полірування та ін супроводжується порушенням шару кремнію у поверхні підкладки і вглиб її, що призведе до неправильних результатів подальших процесів. Тому існують деякі стандарти порушення поверхні пластин кремнію, які неприпустимо перевищувати. Нижче наведена таблиця, яка містить оптимальні порушення поверхні підкладки кремнію [9].

Таблиця 2.5 - Глибина порушеного шару пластин кремнію після механічних обробок
Після вибору матеріалу підкладки приступають до вибору матеріалу домішок. Тут найважливішим критерієм є необхідний тип провідності напівпровідникового матеріалу, після легування. Нижче наведена таблиця 2.6, в якій описані всі матеріали, використовувані в якості домішок. Важливими параметрами домішок є гранична розчинність напівпровідника і температура, при якій роблять процес легування (див. таблицю 2.10).
Таблиця 2.6 - Електричне поведінку найбільш поширених домішок у найважливіших напівпровідниках [9, стор 318]
Для розробки інтегральної мікросхеми диференціального каскаду скористаємося такими елементами та їх сполуками: як напівпровідникової пластини будемо використовувати кремній; як акцепторної домішки будемо використовувати бор і алюміній, фосфор - як донорно домішка. Як межелементних сполук будемо використовувати алюміній. В якості ізолюючого діелектрика буде застосовуватися двоокис кремнію SiO _2.
  Необхідно відзначити, що при проектуванні інтегральної мікросхеми виробляють сукупність певних процесів, таких як фотолітографія, легування, очищення та ін При проведенні цих процесів користуються цілком певним набором речовин. При проведенні процесу фотолітографії використовуються фоторезиста, основні види яких представлені в таблиці 2.9. Травлення здійснюється хімічними речовинами, які описані в таблиці 2.8. При виборі матеріалу для проведення шліфування, особливу увагу акцентують на розмір зерен, від якого залежить якість шліфування та можливі пошкодження поверхні напівпровідникового матеріалу в результаті її проведення. Основні типи порошків наведені в таблиці 2.7
Таблиця 2.7 - Характеристика абразивних і алмазних порошків
[9, стр.321]

Таблиця 2.8 - Основні кислотні травители для кремнію
[9, стор 78]

Таблиця 2.9 - Характеристики деяких фоторезистов [9, стор 104]

Марка фоторезиста	Роздільна здатність при товщині шару 1 мкм	Кислотостійкість по щільності дефектів, мм -2, не більше	Стійкість до проявники, з	Кінематична в'язкість в стані поставки при 20 ° С
ФП-307 ФП-309 ФП-330 ФП-333 ФП-334 ФП-383 ФП-РН-7 ФП-617 ФП-617П ФП-626 ФН-106 ФН-108	500 400 400 500 400 400 400 500 500 500 200 400	0,35 0,5 0,75 0,2 0,2 0,2 0,2 0,05 0,005 0,005 0,4 0,25	90 - 60 180 600 180 40 30 40 30 - -	6 6 5,9 6 4,5 6 ... 2,5 2 ... 2,5 21 ... 26 8 ... 15 20,5 ... 25,5 7 3,5

Таблиця 2.10 - Гранична розчинність домішок у кремнії [9, стор 189]
Одним з важливих моментів у розробці мікросхеми є її корпус. При виборі корпусу керуються конструктивно - технологічними характеристиками. Величезний вплив робить діапазон робочих температур, механічна міцність, кліматичні умови, в якому, як передбачається, буде працювати мікросхема тощо Класифікація корпусів ІС поміщена в таблиці 2.11. Конструктивно - технологічні характеристики деяких корпусів ІС поміщені в таблиці 2.12.
При виборі корпусу увагу було акцентовано на універсальність і простоту монтажу схеми.
Крім того, пластмасові прямокутні корпуси мають ряд переваг перед іншими типами корпусів, що регламентуються ГОСТом 17-467-79. А саме: невелика висота корпусу, що дозволяє зменшити обсяг радіоелектронного вузла: можливість створення корпусу з великим числом висновків; дозволяють застосовувати різні методи їх приєднання до друкованої плати.

Таблиця 2.11 - Класифікація корпусів ІС за ГОСТ 17-467-79
[7, стор 301]

Тип	Підтип	Форма корпусу	Розташування висновків
1	11	Прямокутна	Висновки розташовані в межах проекції тіла корпусу	перпендикулярно, в один ряд
	12			Перпендикулярно в два ряди
	13			Перпендикулярно у три і більше ряди
	14			Перпендикулярно по контуру прямокутника
2	21	Прямокутна	За межами проекції тіла корпусу	Перпендикулярно в два ряди
	22			Перпендикулярно в чотири ряди в шаховому порядку
3	31	Кругла	У межах проекції тіла корпусу	Перпендикулярно по одному колі
	32	Овальна	У межах проекції тіла корпусу
	33	Кругла	За межами проекції тіла корпусу
4	41	Прямокутна	За межами проекції тіла корпусу	Паралельно з двох протилежних сторонах
	42			Паралельно, з чотирьох сторін
5	51	Прямокутна	У межах проекції тіла корпусу	Металізовані контактні майданчики по периметру корпусу

Таблиця 2.12 - Конструктивно - технологічні характеристики деяких корпусів ІС [7, стор 301]

Умовне позначення корпусу	Варіант виконання	Маса, г	Розміри корпусу, мм	Розміри монтажного майданчика, мм
1202.14 (151.14-1) 1203.15 (151.15-1) 1203.15 (151.15-3) 1210.29 (157.29-1) 2103.8 (201.8-1) 2102.14 (201.14-2) 2102.14 (201.14-8) 2103.16 (201.16-8) 2204.48 (244.48-1) 3101.8 (301.8-2) 3107.12 (301.12-1) 3204.10 (311.10-1) 4104.14 (401.14-2) 4110.16 (402.16-1) 4122.40-2 4138.42-2	МС МС МС МС МК П До До До МС МС МС МС МК МК МК	1,6 2,0 1,6 14 1,8 1,2 1,55 1,6 4,15 1,3 3, 20 1,0 1,0 3,0 4,8	19,5 * 14,5 * 4,9 19,5 * 14,5 * 5 19,5 * 14,5 * 4 39 * 29 * 5 19 * 7,8 * 3,2 19 * 7,2 * 3,2 19,5 * 7,2 * 5,5 19 * 7,2 * 3,2 31 * 16,5 * 4 9,5; H = 4.6 9,5; H = 4.6 39 * 25 * 7 10 * 6.6 * 2 12 * 9.5 * 2.5 25.75 * 12.75 * 3 36 * 24 * 3.5	16 * 8 17 * 8.3 5.6 * 6.2 34 * 20 5 * 3 5 * 3 5 * 3 5 * 3 8 * 8 3 * 3 3 * 3 5 * 5 4.9 * 2 5.5 * 3.5 6.2 * 5.2 10.7 * 8.3

Примітка: До - керамічний, МК - металокерамічний, МС - металоскляного, П - пластмасовий.
Низька вартість пластмасового корпусу визначається: дешевизною вживаного матеріалу і технології виготовлення корпусу, в якій операції формування монолітного корпусу і герметизації ІМС суміщені; можливістю автоматизації збірки з використанням плоских висновків у вигляді рамок; можливістю здійснення групової технології герметизації, наприклад литтєвого пресування з допомогою багатомісних пресформ або методу заливки епоксидним компаундом до багатомісних литьевие форми. При використанні пластмасового корпусу монтаж кристала виробляється на технологічну контактну рамку, що представляє собою пластину з виштампуваними зовнішніми висновками, які в процесі монтажу залишаються прикріплені до контуру рамки. Більш довгий висновок закінчується майданчиком, що знаходиться в центрі системи висновків, на неї припаюється кристал. Після монтажу термокомпрессіонной зварюванням дротяних перемичок між контактними майданчиками кристала і висновками корпусу здійснюється попередній захист зібраного вузла (особливо дротяних перемичок) краплею компаунда холодного твердіння. Коли тужавіння компаунда завершено, вузол направляють на заливання під тиском у часовій формі компаундом гарячого твердіння. Після герметизації технологічна рамка відокремлюється в штампі, а висновки формуються відповідно типоразмеру виготовляється пластмасового корпусу.
Висновки в технологічних рамках доцільно виконувати у відрізках стрічки довжиною до 250 мм на декілька мікросхем. Це полегшує автоматизацію процесу монтажу, а також забезпечує завантаження багатомісних форм для заливки компаундом. Для кріплення кремнієвих кристалів на підставу корпусу найбільш широке поширення отримав метод пайки евтектичним сплавом золота (98% Au) з кремнієм (2% Si) c температурою плавлення 370 ^о С. Такий сплав утворюється в місці зіткнення кремнію з золотим покриттям основи корпусу завдяки взаємній дифузії золота і кремнію. Більш дешевим методом є клейка кремнієвих кристалів на підставу корпусу (наприклад клеєм ВК-9) [8].
Для приєднання висновків до контактних площадок кремнієвих ІМС і зовнішнім висновків корпусу приладу використовується метод УЗ-зварювання. Метод полягає в приєднанні висновків у вигляді тонких металевих дротиків (діаметр 10 ... 30мкм) до контактних площадок при одночасному впливі інструменту, що здійснює високочастотні коливання. Для виготовлення дроту застосовуються пластичні метали, звичайно алюміній і золото. Як матеріал дроту вибираємо більш дешевий алюміній. Переваги такої зварювання - з'єднання без застосування флюсу і припоїв металів у твердому стані при порівняно низьких температурах і малій їх деформації 10 ... 30% як на повітрі, так і в атмосфері захисного газу.

3. Конструктивні розрахунки
3.1 Розрахунок параметрів транзисторів
Таблиця 3.1.1 Вихідні параметри транзистора КТ805А

Найменування параметра	значення	Одиниця виміру
hб-глибина залягання р-n переходу база-колектор		см
hе - глибина залягання емітерного р-n переходу	0.8	см
hк-товщина колекторної області		см
- Концентрація донорної домішки в емітерний області на поверхні
- Концентрація донорної домішки в емітерний області у емітерного переходу
- Поверхнева концентрація акцепторів в базі
- Концентрація донорної домішки в колекторі
- Питомий об'ємний опір колекторної області
- Питомий поверхневий опір пасивної області бази		ð
- Питомий поверхневий опір активної області бази		ð
- Дифузійна довжина дірок в емітер		см
- Коефіцієнт дифузії дірок в емітер
- Дифузійна довжина електронів в базі		см
- Коефіцієнт дифузії електронів в базі
- Дифузійна довжина дірок у колекторі		см
- Коефіцієнт дифузії дірок у колекторі
- Концентрація носіїв зарядів у власному напівпровіднику
- Відносна діелектрична проникність напівпровідника		-

Основні параметри дрейфового транзистора при малих рівнях струмів визначаються за формулами, які поміщені нижче. Розміри транзистора визначаються, виходячи з особливостей конструкції і величини Δ (зазвичай приймають Δ = 3 ... 4 мкм).
Ширина емітера R _е = 3Δ, площа емітера S _е. = 300 мкм ²
Довжина емітера:
; (1)


мкм
Довжина бази:
(2)
Значення омічних опорів областей транзистора можна оцінити за формулами:
(3)


Ом
(4)

Ом
де К _к = 0 для конструкції з одним базовим контактом; , -Питомий поверхневий опір пасивної і активної областей бази, Ом / □; (100 - 300) Ом / □; (1 - 10) кОм / □; hк - товщина колекторної області, см, (2 -10) мкм; hб - глибина залягання pn - переходу база - колектор, см, (1 - 3) мкм; ρк - питомий об'ємний опір колекторної області Ом * см; (0,1 - 1)
Ширина бази становить:
(5)
де = (0,5 - 2,5) мкм

мкм
Коефіцієнт перенесення обчислюється за формулою:
(6)
де - Дифузійна довжина бази, = (2 - 50) мкм; - Концентрація донорної домішки у емітерного переходу,
= (0,1-1) * 10 ¹⁸ см; - Концентрація донорної домішки в колекторі, см ^-3, = (0,05 - 1) * 10 ^17;


Коефіцієнти , і вираховуються за формулами:
(7)

мкм;
(8)


(9)
Максимальні напруги переходів (колектор - база, емітер - база, емітер - колектор) розраховуються за формулами:

(10)

У
(11)

У
(12)

У
SHAPE \ * MERGEFORMAT

потенціал.

рний

температу

-

)

)

(

(

2

);

(

2

T

i

е.

де

T

ое

i

дк

T

ок

n

h

N

Ln

n

N

Ln

j

j

y

j

y

×

×

=

=

- Концентрація носіїв заряду у власному напівпровіднику.
Інверсний коефіцієнт передачі транзистора (Bi) можна визначити за такою формулою:

(13)

Ємність переходу колектор-база емітер - база визначимо як:

(14)
Ф;
(15)
Ф;


Зворотний струм емітера визначається за формулою:
(16)
А;
Зворотний струм колектора визначається за формулою:
(17)
А;
[8. стор.20-27]
Розрахунок параметрів транзистора, необхідних для реалізації транзистора VT1 в інтегральному виконанні, показав що довжина емітера Ze = 144 мкм досить велика. Ставлення параметрів Zе / Re> 1, отже доцільно довгу емітерной смужку розділити на кілька коротких емітерів, що і було зроблено в ході розробки топології ІМС.
Вирішивши нерівність отримали, що М = 3. Отже вихідний емітер розбиваємо на три смужки.
Таблиця 3.1.2 Розрахункові параметри транзистора КТ805А.

Найменування параметра	Значення	Одиниця виміру
- Коефіцієнт передачі	9.086E +4	-
- Коефіцієнт інжекції емітерного переходу	0.99	-
- Коефіцієнт переносу	1	-
-Дифузійна довжина акцепторів	5.212E-7	см
- Дифузійна довжина донорів	1.158E-7	см
-Ширина бази	1.2E-6	см
-Інверсний коефіцієнт передачі	53.642	-
-Площа емітера	3E-6
- Площа бази	2E-5
-Коефіцієнт	0
- Зворотний струм емітера	7.073E-12	A
- Зворотний струм колектора	1.626E-11	A
	0.817	-
	0.937	-
-Температурний потенціал	0,026	-
-Ємність переходу колектор-база	3.354E-11	Ф
- Ємність переходу емітер-база	1.367E-11	Ф
-Максимальне напруга колектор-база	4.527	У
- Максимальна напруга емітер-база	2.795E-3	У
- Максимальна напруга емітер-колектор	0.817	У
-Омічний опір бази	1.556E-3	Ом
- Омічний опір колектор	1.958	Ом

Таблиця 3.1.3 Вихідні параметри транзистора КТ502Е

Найменування параметра	значення	Одиниця виміру
hб-глибина залягання р-n переходу база-колектор		см
hе - глибина залягання емітерного р-n переходу	0.8	см
hк-товщина колекторної області		см
- Концентрація донорної домішки в емітерний області на поверхні
- Концентрація донорної домішки в емітерний області у емітерного переходу
- Поверхнева концентрація акцепторів в базі
- Концентрація донорної домішки в колекторі
- Питомий об'ємний опір колекторної області
- Питомий поверхневий опір пасивної області бази		ð
- Питомий поверхневий опір активної області бази		ð
- Дифузійна довжина дірок в емітер		см
- Коефіцієнт дифузії дірок в емітер
- Дифузійна довжина електронів в базі		см
- Коефіцієнт дифузії електронів в базі
- Дифузійна довжина дірок у колекторі		см
- Коефіцієнт дифузії дірок у колекторі
- Концентрація носіїв зарядів у власному напівпровіднику
- Відносна діелектрична проникність напівпровідника		-

Розрахунок параметрів транзисторів структури pnp практично аналогічний розрахунку транзисторів структури npn.
Ширина емітера R _е = 3Δ, площа емітера S _е. = 300 мкм ²
Довжина емітера:
;


мкм
Довжина бази:
(18)
Значення омічних опорів областей транзистора можна оцінити за формулами:
(19)


Ом
(20)

Ом
де К _к = 0 для конструкції з одним базовим контактом; , -Питомий поверхневий опір пасивної і активної областей бази, Ом / □; (100 - 300) Ом / □; (1 - 10) кОм / □; hк - товщина колекторної області, см, (2 -10) мкм; hб - глибина залягання pn - переходу база - колектор, см, (1 - 3) мкм; ρк - питомий об'ємний опір колекторної області Ом * см; (0,1 - 1)
Ширина бази становить:
(21)
де = (0,5 - 2,5) мкм

мкм
Коефіцієнт перенесення обчислюється за формулою:

де - Дифузійна довжина бази, = (2 - 50) мкм; - Концентрація донорної домішки у емітерного переходу,
= (0,1-1) * 10 ¹⁸ см; - Концентрація донорної домішки в колекторі, см ^-3, = (0,05 - 1) * 10 ^17;

Коефіцієнти , і вираховуються за формулами:
(22)

мкм;
(23)


(24)
Максимальні напруги переходів (колектор - база, емітер - база, емітер - колектор) розраховуються за формулами:

(25)
У
(26)

У
(27)

У
SHAPE \ * MERGEFORMAT

потенціал.

рний

температу

-

)

)

(

(

2

);

(

2

T

i

е.

де

T

ое

i

дк

T

ок

n

h

N

Ln

n

N

Ln

j

j

y

j

y

×

×

=

=

- Концентрація носіїв заряду у власному напівпровіднику.
Інверсний коефіцієнт передачі транзистора (Bi) можна визначити за такою формулою:

(30)

Ємність переходу колектор-база і емітер - база визначимо як:

(31)
Ф;
(32)
Ф;


Зворотний струм емітера визначається за формулою:
(33)

Зворотний струм колектора визначається за формулою:
(34)
А;

Таблиця 3.1.4 Розрахункові параметри транзистора КТ502Е

Найменування параметра	Значення	Одиниця виміру
- Коефіцієнт передачі	1.368E +3	-
- Коефіцієнт інжекції емітерного переходу		-
- Коефіцієнт переносу	0.999	-
-Дифузійна довжина акцепторів	5.212E-7	см
- Дифузійна довжина донорів	1.158E-7	см
-Ширина бази	1.2E-6	см
-Інверсний коефіцієнт передачі	53.642	-
-Площа емітера
- Площа бази
-Коефіцієнт	0
- Зворотний струм емітера	7.073E-12	A
- Зворотний струм колектора	1.626E-11	A
		-
		-
-Температурний потенціал		-
-Ємність переходу колектор-база	3.354E-11	Ф
- Ємність переходу емітер-база	1.367E-11	Ф
-Максимальне напруга колектор-база	4.527	У
- Максимальна напруга емітер-база	2.795E-3	У
- Максимальна напруга емітер-колектор	0.817	У
-Омічний опір бази	1.556E-3	Ом
- Омічний опір колектор	1.958	Ом

3.2 Розрахунок параметрів діодів
Діоди формуються на основі одного з переходів планарно - епітаксійних структур. Діоди сформовані на основі переходу емітер - база, характеризуються найменшими значеннями зворотного струму за рахунок малої площі і самій вузькій області об'ємного заряду. Для інших структур значення паразитної ємності характеризується часом відновлення зворотного опору, тобто часом перемикання діода з відкритого стану в закрите. Воно мінімально (близько 10 нс) для переходу емітер - база, за умови, що перехід колектор - база закорочений, за умови, що перехід перехід колектор - база закорочений, так при такій діодним структурі заряд накопичується тільки в базовому шарі. В інших структурах заряд накопичується не тільки в базі, але і в колекторі, тому час відновлення зворотного опору складає 50 ... 100нс.
Діод на основі транзисторної структури із замкнутим переходом база - колектор краще використовувати в цифрових ІМС, оскільки він забезпечує найбільшу швидкодію. Діод на основі переходу емітер - база застосовують у цифрових схемах в якості накопичувального діода. Діоди із замкнутим переходом база - емітер, що мають найбільші напруги пробою, можуть бути використані в якості діодів загального призначення [8, стор 27,29].
3.2.1 Розрахунок параметрів діода Д242Б
Ширина емітера R _е = 3Δ, площа емітера S _е. = 300 мкм ²
Довжина емітера:
; (1)


мкм
Довжина бази:
(2)
Значення омічних опорів областей транзистора можна оцінити за формулами:
(3)
Ом
(4)
Ом
де К _к = 0 для конструкції з одним базовим контактом; , -Питомий поверхневий опір пасивної і активної областей бази, Ом / □; (100 - 300) Ом / □; (1 - 10) кОм / □; hк - товщина колекторної області, см, (2 -10) мкм; hб - глибина залягання pn - переходу база - колектор, см, (1 - 3) мкм; ρк - питомий об'ємний опір колекторної області Ом * см; (0,1 - 1)
Ширина бази становить:
(5)
де = (0,5 - 2,5) мкм
мкм
Коефіцієнт перенесення обчислюється за формулою:
(6)
де - Дифузійна довжина бази, = (2 - 50) мкм; - Концентрація донорної домішки у емітерного переходу,
= (0,1-1) * 10 ¹⁸ см; - Концентрація донорної домішки в колекторі, см ^-3, = (0,05 - 1) * 10 ^17;

Коефіцієнти , і вираховуються за формулами:
(7)

(8)
мкм;
(9)
Максимальні напруги переходів (колектор - база, емітер - база, емітер - колектор) розраховуються за формулами:

(10)
У
(11)
У
(12)
У
SHAPE \ * MERGEFORMAT

потенціал.

рний

температу

-

)

)

(

(

2

);

(

2

T

i

е.

де

T

ое

i

дк

T

ок

n

h

N

Ln

n

N

Ln

j

j

y

j

y

×

×

=

=

- Концентрація носіїв заряду у власному напівпровіднику.
Інверсний коефіцієнт передачі транзистора (Bi) можна визначити за такою формулою:

(13)

Ємність переходу колектор-база і емітер - база визначимо як:

(14)
Ф;
(15)
Ф;


Зворотний струм емітера визначається за формулою:
(16)
А;
Зворотний струм колектора визначається за формулою:
(17)
А;
3.2.2 Розрахунок параметрів діода Д303
Ширина емітера R _е = 3Δ, площа емітера S _е. = 300 мкм ²
Довжина емітера:
; (18)


мкм
Довжина бази:
(19)
Значення омічних опорів областей транзистора можна оцінити за формулами:
(20)

Ом
(21)

Ом
де К _к = 0 для конструкції з одним базовим контактом; , -Питомий поверхневий опір пасивної і активної областей бази, Ом / □; (100 - 300) Ом / □; (1 - 10) кОм / □; hк - товщина колекторної області, см, (2 -10) мкм; hб - глибина залягання pn - переходу база - колектор, см, (1 - 3) мкм; ρк - питомий об'ємний опір колекторної області Ом * см; (0,1 - 1)
Ширина бази становить:
(22)
де = (0,5 - 2,5) мкм
Wb = 5E-7 мкм
Коефіцієнт перенесення обчислюється за формулою:
(23)
де - Дифузійна довжина бази, = (2 - 50) мкм; - Концентрація донорної домішки у емітерного переходу,
= (0,1-1) * 10 ¹⁸ см; - Концентрація донорної домішки в колекторі, см ^-3, = (0,05 - 1) * 10 ^17;

Коефіцієнти , і вираховуються за формулами:
(24)
мкм;
(25)

мкм;
(26)
Максимальні напруги переходів (колектор - база, емітер - база, емітер - колектор) розраховуються за формулами:

(27)
У
(28)
У
(29)
У
SHAPE \ * MERGEFORMAT

потенціал.

рний

температу

-

)

)

(

(

2

);

(

2

T

i

е.

де

T

ое

i

дк

T

ок

n

h

N

Ln

n

N

Ln

j

j

y

j

y

×

×

=

=

- Концентрація носіїв заряду у власному напівпровіднику.
Інверсний коефіцієнт передачі транзистора (Bi) можна визначити за такою формулою:

(13)

Ємність переходу колектор-база і емітер - база визначимо як:

(30)

(31)
Ф;


Зворотний струм емітера визначається за формулою:
(32)

Зворотний струм колектора визначається за формулою:
(33)
А;
3.3 Розрахунок параметрів резисторів
Резистори формують в будь-якому з дифузійних шарів транзисторної структури (емітерний і базова області), в епітаксіальних шарі (колекторна область) і за допомогою іонного легування. Вид резистора вибирають, виходячи із заданого номінального значення і точності виготовлення.
Основним конструктивним параметром дифузійного резистора є величина ρ _s, яка залежить від режиму дифузії. Параметри дифузійного резистора покращують підбором конфігурації і геометричних розмірів.
Розрахуємо проміжні і кінцеві параметри для резисторів, відповідних даному курсовому проекту: 4.7кОм, 2.2 кОм, 2.2 кОм, 470 кОм.
Вихідними даними для розрахунків резисторів є: R - опір резистора; ΔR - допуск; - Поверхневий опір легованого шару; P ₀ - максимально допустима питома потужність розсіювання; P - середнє значення потужності.
Коефіцієнт форми резистора:
; (1)
де R - опір резистора, - Поверхневий опір легованого шару;
Повна відносна похибка опору:
(2)
де - Відносна похибка відтворення; відносна похибка коефіцієнта форми резистора; температурний коефіцієнт опору; - Температурна похибка опору, - Робочий діапазон температур, допуск (розкид параметрів).
Мінімальна ширина резистора, при якій забезпечується задана похибка геометричних розмірів:
(3)
де - Абсолютна похибка ширини резистивної смужки; - Абсолютна похибка довжини резистивної смужки; - Коефіцієнт форми резистора.
Мінімальна ширина резистора, що визначається з максимально допустимої області розсіювання:
(4)
де P0 - максимально допустима потужність розсіювання, P - середнє значення потужності.
За розрахункову ширину резистора приймають значення, яке не менше найбільшого значення однієї з трьох величин: тобто:
; (5)
Проміжні значення ширини резистора:
-, (6)
де Δ _трав - похибка, що вноситься за рахунок растравліванія вікон у маскує оксиді перед дифузією, Δy - похибка, що вноситься за рахунок відходу дифузійного шару під маскує окисел в бічну сторону.
Реальна ширина резистора на кристалі:
-; (7)
Розрахункова довжина резисторів:
- (8)
де k ₁ і k ₂ - поправочні коефіцієнти, що враховують опір контактних майданчиків і областей резистора, що залежить від конфігурації контактних областей резистора, N _виг - кількість вигинів резистора на кут ;
Значення коефіцієнтів і звичайно дорівнює 2.
Проміжне значення довжини резистора:
(9)
Реальна довжина резистора на кристалі:
(10)
[8. стор 29-38]

Таблиця 3.3.1 Результати розрахунку інтегральних іонно - легованих n-типу резисторів.

Параметр	Позначення резисторів
	R1	R2	R3	R4
, Ом / ÿ	1000	1000	1000	1000
, Мкм	5	5	5	5
, КОм	4.7	2.2	470	2.2
	2 × 10 -3	2 × 10 -3	2 × 10 -3	2 × 10 -3
	2.85	1.6	235.5	1.6
	4.7	2.2	470	2.2
	21.744	31.782	2.174	31.782
	0.01	0.01	0.01	0.01
, Мкм	21.744	31.782	2.174	31.782
, Мкм	20.504	30.542	46.26	30.542
, Мкм	21	31	45	31
, Мкм	22.24	32.24	46.24	32.24
, Мкм	37.808	25.792	2.159 × 10 4	25.792
, Мкм	39.049	27.032	4333	27.032
L топ, мкм	40	28	4335	28
L, мкм	38.76	26.76	4334	26.76
	0.1	0.1	0.1	0.1
	0.1	0.1	0.1	0.1
, О С	185	185	185	185
/ R	0.513	0.561	0.47	0.561

З таблиці розрахунків видно, що резистор R3 номіналом 470 кОм реалізувати в інтегральному виконанні неможливо, отже даний резистор винесений за межі кристала. У мікросхемі, як вже було сказано вище, під даний резистор передбачено два додаткових виводу.
3.4 Розрахунок параметрів конденсаторів
Основна частина напівпровідникових мікросхем не містить конденсаторів з-за їх великої площі. Тому, якщо потрібно ємність більше 50 ... 100 пФ, застосовують зовнішні дискретні конденсатори, для підключення яких в мікросхемах передбачають спеціальні висновки.
У інтегральних напівпровідникових конденсаторах роль діелектрика можуть виконувати збіднені шари обратносмещенних pn переходів або плівка оксиду кремнію, нітриду кремнію, роль обкладок - леговані напівпровідникові області або напилені металеві плівки. Характеристики конденсаторів напівпровідникових мікросхем невисокі, а для отримання великих ємностей необхідно використовувати значну площу схеми. Тому при проектуванні електричної схеми напівпровідникової мікросхеми прагнуть конденсатори виключити. Враховуючи великі величини ємностей проектованих конденсаторів (1000, 330 пФ) вибираємо як конденсаторів МДП-конденсатори.
У МДП-конденсаторів нижньої обкладкою служить емітерний n ^+-шар, верхній - плівка Al. Найбільш технологічним діелектричним матеріалом для конденсаторів є SiO _2, заподіювана термічним методом хімічного осадження з газової камери. Товщина діелектрика становить 0.05 ... 0.12мкм.
В якості обкладок конденсаторів із зазначеним діелектриком будемо використовувати алюміній. Такі обкладки забезпечують високу добротність конденсаторів.
Вихідні дані:
С1 = 10 пФ ± 20%;
U _раб = 12 В.
Визначимо мінімальну товщину діелектрика:
d _min = K _з U _роб / E _пр (1)
де К _з - коефіцієнт запасу (К _з = 3);
U _раб - робоча напруга конденсатора;
E _пр - електрична міцність діелектрика (E _пр = 10 ⁷ В / см);
Таким чином отримаємо: мкм;
Ємність МДП-конденсатора визначається виразом:
С = 0.0885ε S / d (2)
де ε-відносна діелектрична проникність дорівнює (Ф / м) (для SiO ₂ e = 4 );
d-товщина діелектрика;
S - площа верхньої обкладки конденсатора;

Площа обкладок конденсатора визначається за формулою:
(3)
мм ^2;
де С0 - питома ємність конденсатора. Для формування дифузійних конденсаторів може бути використаний будь-який з pn переходів транзисторної структури. У даному випадку ми будемо використовувати дифузійний конденсатор на переході база - колектор. Вихідними даними для даного переходу є С ₀ = 400 пф / мм.
S = 0,025 мм ^2.
Розміри верхніх обкладок конденсаторів (для квадратного конденсатора А = ):
А = 0,158 мм = 158 мкм.

	Ріс.3.4.1. Конструкція МДП-конденсатора.

[8, стор 40-41]

4. Вибір та обгрунтування технології виготовлення мікросхеми
Процес виготовлення сучасних полупроводнікоих ІС вельми складний. Він проводиться тільки в спеціальних приміщеннях з мікроклімітом на прецезіонном обладнанні. В даний час для створення напівпровідникових ІС на біполярних транзисторах використовується кілька різновидів технологічних процесів, які відрізняються головним чином способами створення ізоляції між окремими елементами [1, стор.26]. Основні технологічні операції виготовлення напівпровідникових мікросхем можна розділити на шість етапів.
1. Підготовка злитків до різання на пластини. Спочатку вирощують злиток кремнію, потім цей злиток готують до різання на пластини - відрізають приманки і хвостову частину, а також видаляють частини злитка з електрофізичними параметрами, що не відповідають встановленим нормам або з неприпустимими вимогами. Калібрування виконується шліфуванням з твірною поверхні зливка (кругле шліфування) шліфувальним колом. Після калібрування торці злитку подшліфовивают так, щоб вони були строго перпендикулярні геометричній осі злитка, а для видалення механічно порушеного шару і забруднень злиток цькують. Контроль кристалографічної орієнтації торця злитка і базового зрізу виконується рентгенівським або оптичним методами. Базовий і додаткові зрізи отримують сошліфовиванія злитку за твірною алмазним кругом на плоско-шліфувальному верстаті. Для отримання зрізів злиток відповідним чином закріплюють у спеціальному затиску. Після базового зрізу злиток розгортають в затиску, закріплюють і сошліфовивают допоміжний зріз. Після шліфування зрізів злиток труять. [9]
2. Різка злитків на пластини. Різання злитку є важливою операцією в маршруті виготовлення пластин, вона зумовлює орієнтацію поверхні, товщину, площинність і паралельність сторін, а також прогин.
Основним методом різання кремнієвих злитків на пластини є різка диском з внутрішньої ріжучої алмазосодержащих кромкою. Відрізані пластини в залежності від пристрою верстатів переносяться вакуумним знімачем або залишаються на оправці. Пластини після різання піддаються очищенню від клеючих, мастильних матеріалів, частинок пилу.
Переваги різання диском з внутрішньої ріжучої крайкою: висока швидкість різання (до 40 мм / хв); гарна якість обробки поверхні (8-ий клас шорсткості); малий розкид по товщині пластин (± 20 мкм); невеликі відходи матеріалу.
Недоліки різання диском з внутрішньої ріжучої крайкою: складність установки алмазного диска, його натягу та центрування, залежність якості і точності обробки від точності і якості інструменту.
Цей метод в порівнянні з іншими методами забезпечує кращу якість пластин і велику продуктивність процесу. [9]
3.Шліфованіе пластин кремнію. Під шліфуванням розуміють процес обробки поверхонь заготовок на твердих дисках - шліфовальніках з чавуну, сталі, латуні, скла та інших матеріалів за допомогою інструментів - шліфовальніков і абразивної суспензії (обробка вільним абразивом) або за допомогою алмазних шліфувальних кругів (обробка пов'язаним абразивом).
Процес двостороннього шліфування вільним образівом виконується на спеціальних верстатах. Перед шліфуванням пластини сортують по товщині. Контролюють неплощинність робочої поверхні шліфовальніков, у разі необхідності виконують правку - подшліфовку з кільцевими притиром. Потім шліфовальнікі очищають від пилу та інших забруднень, промивають водою змащують гліцерином. На поверхню нижнього шліфовальніка встановлюють зубчасті кільця сепаратори, які повинні мати спеціальні допуски по товщині, а товщина повинна бути трохи менше необхідної після шліфування товщини пластин. Оброблювані поверхні укладають в отвори сепараторів.
При обертанні верхній шліфовальнік вільно встановлюється на поверхні пластин. Рух шліфовальніка через цівкові колеса передається сепараторам. Пластини, що захоплюються сепараторами здійснюють складні переміщення між шліфовальнікамі, чим досягається рівномірність їх обробки та зносу шліфовальніков.
Для двостороннього шліфування застосовують водні та гліцеринові суспензії мікропорошків карбіду кремнію зеленого або електрокорунду білого з зернистістю від М14 до М5.
Цей метод більш продуктивний, забезпечує високу точність обробки поверхні, не вимагає наклейки пластини.
4.Снятіе фаски. Фаски з бічних поверхонь пластин можна знімати абразивною обробкою або хімічним травленням зібраних у спеціальній касеті заготовок. Найбільш часто фаски знімають методом шліфування профільних алмазним кругом на спеціальному верстаті.
5.Полірованіе пластин. Полірування забезпечує мінімізацію мікронерівностей поверхні пластин і найменшу товщину порушеного слоя.Ее виробляють на м'яких доводочних полірувальником (кола обтягнуті замшею, фетром, батистом, велюром) за допомогою використання алмазної пасти, суспензії.
Полірування виконують у кілька етапів, поступово зменшуючи розмір зерна і твердість абразиву, а на останньому етапі повністю виключають абразивну дію на оброблюваний матеріал. Останній етап безабразівние впливу дозволяє повністю видалити механічно порушений шар з поверхні пластини.
Існує кілька методів полірування:
· Механічне (попереднє і проміжне) полірування. Його виконують алмазними суспензиями і пастами з розміром зерна від 3 до 1 мкм. Механічне полірування по своїй суті не відрізняється від шліфування, відмінність полягає лише в застосовуваних абразивних матеріалах, їх зернистості, матеріалі полірувальником і режимі обробки. При використанні для полірування алмазних суспензій і паст на поверхні пластин утвориться тонка мережа рисок ("алмазний фон"), що виникають під дією гострих ріжучих граней алмазних зерен. З метою видалення "алмазного фону" і зменшення шороховатостей поверхні іноді виконують механічне полірування більш м'якими абразивними матеріалами.
· Тонке механічне полірування виконується м'якими полірувальними складами на основі оксидів алюмінію, кремнію, хрому, цирконію та інших розміром зерна менше 1 мкм за допомогою полірувальником з ворсових матеріалів, у яких можуть втопитися субмікронні зерна порошку. Це зменшує робочу поверхню зерен і покращує якість обробки поверхні пластин.
· Хіміко-механічне полірування. Воно відрізняється тим, що крім звичайного абразивного впливу поверхню піддається хімічній дії. Поліруючі склади - суспензії, золі, гелі з субмікронних порошків оксидів кремнію (аеросил), цирконію, алюмінію - готуються на основі лугу.
Виберемо механічне полірування, яке буде виконуватися алмазної суспензією з порошку АСМ3, одностороння, частота обертання полірувальником не більше 30 ... 40 об / хв. При переході на порошок АСМ1 частоту обертання полірувальником знижуємо, навантаження на пластину збільшуємо. Після полірування пластину треба ретельно промити в мильних розчинах. [9]
6.Фізіческая очищення. Для подальших операцій дуже важлива чистота поверхні. Тому перед початком, а також неодноразово протягом технологічного циклу проводять очищення, видаляючи сторонні речовини за допомогою промивання, розчинення і т.п. Процеси очищення пластин і підкладок призначені для видалення забруднень до рівня, відповідного технологічно чистої поверхні. Найбільш важлива очищення поверхні після механічної обробки, перед термічними процесами, перед нанесенням різного роду покриттів, плівок, шарів. При очищенні в першу чергу необхідно видалити молекулярні органічні й хімічно пов'язані з поверхнею забруднення, а потім - залишкові іонні та атомарні. При фізичній рідинної очищення відбувається десорбція адсорбованих поверхнею забруднень без зміни їх складу, тобто без хімічних реакцій, шляхом простого розчинення. Оскільки можливо зворотний забруднення поверхні з очищується рідини, необхідно дотримуватися принципу її безперервного оновлення (освіження).
Знежирення (відмивання) в органічних розчинниках (толуолі, чотирихлористому вуглеці, діхлоретане, спиртах: етиловому, метиловому, ізопропиловому та ін) застосовується для видалення з поверхні пластин (підкладок) жирів тваринного і рослинного походження, мінеральних масел, мастил, воску, парафіну і інших органічних і механічних з'єднань.
Знежирення зануренням виконують у спеціальних герметичних установках з двома-чотирма звареними в єдиний блок ваннами з рівнем рідини. Контрольними параметрами процесу знежирення для даної кількості пластин і даної порції конкретного розчинника і час обробки.
Знежирення в парах розчинника застосовують для видалення малорозчинних з високою температурою плавлення забруднень. Для обробки в парах застосовують ізопропіловий спирт, фреони, хлоровані вуглеводні. Недоліки цього методу: необхідність попереднього очищення розчинників; необхідність створення герметичних робочих камер установок; великі витрати розчинника.
Ультразвукове знежирення виконують у спеціальних ваннах, дно і стінки яких роблять коливання з ультразвуковою частотою. Даний метод забезпечує набагато більшу продуктивність, і покращують якість не тільки знежирення, але й інших операцій рідинної обробки. [9]
7.Отмивка водою застосовується для очищення полярних розчинників після знежирення, від залишків травителей, флюсів, кислот, лугів, солей та інших сполук. Також як і в органічних розчинниках, відмивання у воді супроводжується розчиненням забруднень або механічним змиванням пилинок ворсинок та інших частинок. Відмивання виконують у підігрітої до 50 ... 60 ° С деіонізованої воді. [7]
8.Хіміческая очищення. Цей вид обробки передбачає руйнування забруднень або поверхневого шару очищуваного об'єкта в результаті хімічних реакцій.
Хороші результати забезпечує очитку кремнію в розчині "Каро". Саме цей метод буде використаний у даному курсовому проекті - очищення сумішшю Каро з наступною більш "м'якої"
очищенням в перекисно-аміачних розчинах. Класичний склад суміші Каро для хімічної очистки поверхні кремнію та оксиду кремнію, об'ємне співвідношення компонент знаходиться в межах
H ₂ SO _4: H ₂ O ₂ = 3:1 [9]
Хімічне очищення в цій суміші проводиться при Т = 90 -150 ^о С. Суміш Каро дозволяє очистити поверхню напівпровідникової пластини від органічних забруднень і, частково, від іонних і атомарних домішок. Кислота Каро стійка в кислих середовищах і є дуже сильним окислювачем. Ця суміш здатна очистити поверхню кремнієвої пластини і від неметалевих забруднень.
9.Епітаксія. Епітаксия - процес нарощування монокристалічних шарів на монокристалічних підкладках. Монокристалічні підкладки в процесі епітаксійного нарощування виконують ориентирующую роль заставки, на якій відбувається кристалізація. Основна особливість - шари і локальні області протилежного типу провідності або з відмінною від напівпровідникової пластини концентрацією домішки являють собою нові освіти над вихідною поверхнею. У процесі росту епітаксиальні шари легують, тобто в них вводять донорні або акцепторні домішки. Особливістю також є те, що з'являється можливість отримання високоомних шарів напівпровідника на низькоомних пластинах. [9]
При жідкофазовой епітаксії атоми зростаючого шару осідають на підкладку з розплаву або розчину, з якого необхідно виростити соответствиущій шар. Другий вид епітаксії - з парогазової фази - який і буде використовуватися в даній технології, заснований на взаємодії газу з пластиною. Тут важливими параметрами процесу є температури газового потоку і пластини. Можна використовувати тетрахлорид кремнію SiCl ₄ або силан SiH _4.
Хлорідний метод заснований на використанні хімічної взаємодії парів тетрахлориду кремнію з чистим воднем при Т = 1200 ^о С:
SiCl ₄ (газ) + 2H ₂ (газ) = Si (тв) + 4HCl (газ)
Швидкість зростання епітаксійного шару може бути обмежено чи процесами масопереносу, тобто кількістю підводяться до поверхні підкладок молекул реагентів або відводяться дифузією від підкладки продуктів хімічних реакцій, або швидкостями хімічних реакцій. Основний недолік - високі температури процесу, які призводять до дифузії домішок з пластин у зростаючий шар, а також автолегірованію. Крім того, оборотність реакції відновлення тетрахлориду вимагає високої точності підтримки режиму осадження шару.
Сілановий метод заснований на використанні незворотною реакції
термічного розкладання силану:
SiH ₄ ------------- → Si ↓ +2 H ₂ ↑
Установка для вирощування шарів епітаксійних шарів сілановим методом близька по влаштуванню до установки, що використовується в хлоридном методі, і для безпеки при роботі з моносіланом вона забезпечується системою для відкачування повітря і слідів вологи. Досконалі монокристалічні шари виходять при температурах розкладання моносілана 1000 ... 1050 ° С, що на 200 ... 150 ° С нижче ніж при відновленні тетрахлориду кремнію. Це зменшує небажану дифузію і автолегірованіе, що дозволяє виготовити епітаксиальні структури з більш різкими межами переходів. Швидкість росту шарів вище ніж при відновленні тетрахлориду кремнію.
Недолік цього методу - самовоспламеняємость і вибухонебезпечність моносілана, що вимагають спеціальних застережних заходів. Токсичність силану.
У даному курсовому проекті будемо використовувати SiCl _4. тому що з цим газом вдається вирощувати монокристалічні шари кремнію, що зберігають кристалічну орієнтацію кремнієвої підкладки без поверхневих порушень.
Процес епітаксійного нарощування буде відбуватися в епітаксіальних реакторі.
10.Оксідірованіе. Оксидування можна проводити декількома способами, такими як анодне оксидування, катодне напилення оксидного шару, або термічне оксидування кремнію. Термічне оксидування, як і інші високотемпературні процеси висувають жорсткі вимоги до кремнієвим вихідним злитків (небажано вміст у них кисню і вуглецю), до якості процесів виготовлення та очищення пластин. Оксидування кремнію супроводжується: дифузією кисню під шар діоксиду кремнію; збагаченням поверхневого шару товщиною 1 ... 2 мкм киснем вище межі розчинності за рахунок напруженого стану решітки кремнію; взаємодією кисню з дефектами вихідної пластини і генерацією додаткових дислокацій і дефектів упаковки. На дефектах швидко скупчуються домішки дифундують металів натрію, міді, заліза та ін Оскільки саме в цьому тонкому шарі формуються елементи ІМС, все це призводить до деградації їх електричних параметрів. Концентрацію кисню в при поверхневому шарі кремнію знижують при відпалі пластин кремнію в атмосфері азоту при 1000 ... 1100 ° С. Пошук шляхів вдосконалення процесу термічного оксидування привів до появи модифікацій методу термічного оксидування кремнію.
Нанесення плівок SiO на пластини кремнію термічним окисленням кремнію при атмосферному тиску в горизонтальних циліндричних кварцових реакторах - найбільш поширений метод. Температура окислення лежить в інтервалі 800 ... 1200 ^о С і підтримується з точністю ± 1 ^о С для забезпечення однорідності товщини плівок. Будемо проводити комбіноване окислення як у сухому кисні, тому що в цьому випадку плівки SiO ₂ виходять високої якості, незважаючи на те, що швидкість окислення в цих умовах мала, так і у вологому кисні (відбувається все з точністю до навпаки).
Основні реакції:
1. сухе оксидування в атмосфері чистого кисню:
Si (тв) → SiO ₂ (тв)
2. вологе оксидування в суміші кисню з водяною парою:
Si (тв) + 2H ₂ O → SiO ₂ (тв) + H ₂
Швидкість оксидування визначається самим повільним етапом дифузійного проникнення окислювача крізь зростаючу плівку до кордону розділу SiO ₂ → Si. Коефіцієнти дифузії сильно залежать від температури. При низьких температурах коефіцієнти дифузії, а отже, швидкість росту плівки малі. Підвищити швидкість росту можна або збільшенням тиску в реакційній камері установки, або підвищенням температури процесу.
11.Фотолітографія. Суть процесу фотолітографії полягає в наступному. Чутливі до світла фоторезиста наносяться на поверхню підкладки і піддаються впливу випромінювання (експонування). Використання спеціальної скляної маски з прозорими і непрозорими полями (фотошаблона) призводить до локального впливу на фоторезист і, отже, до локального зміни його властивостей. При подальшому впливі певних хімікатів відбувається видалення з підкладки окремих ділянок плівки фоторезиста, освітлених і неосвітлених в залежності від типу фоторезиста (прояви). Таким чином, з плівки фоторезиста створюється захисна маска з малюнком, що повторює малюнок фотошаблона.
Залежно від механізму фотохімічних процесів, що протікають під дією випромінювання, розчинність експонованих ділянок може або зростати, або падати. Відповідно, при цьому фоторезиста є або позитивними, або негативними. Плівка позитивного фоторезиста під дією випромінювання стає нестійкою і розчиняється при прояві, плівка негативного фоторезиста, навпаки, під дією випромінювання стає нерозчинної, в той час як неосвітлені ділянки при прояві розчиняються.
Властивості фоторезистов визначаються низкою параметрів:
· Чутливість до випромінювання
У свою чергу, існують деякі критерії чутливості: високі захисні властивості локальних ділянок.
· Роздільна здатність фоторезиста.
· Кіслостойкой (стійкість фоторезистов до впливу агресивних травителей)
Технологічний процес фото літографії проводиться в такій послідовності:
1. Очищення поверхні підкладки;
2. Нанесення фоторезиста (ФП-330) і розподіл його по всій поверхні за допомогою центрифугування;
3. Сушіння фоторезиста (15 хв при Т = 20 ^о С).
4. Поєднання фотошаблона з підкладкою:
5. Експонування - засвічення через фотошаблон УФ-променями, t = 1ч2с;
6. Прояв: хімічна обробка в спеціальних проявителях;
7. Задубливание виробляють для остаточної полімеризації залишився фоторезиста: термообробка при Т = 120 ^о С, t = 20хв;
8. Травлення оксиду кремнію водним розчином плавикової кислоти, краще застосовують буферні добавки солей плавикової кислоти;
9. Видалення фоторезиста виробляється в лужних середовищах.
10. Промивання пластини кремнію в деіонізованої воді з використанням УЗ і сушать при Т = 120 ^о С.
Для виготовлення фотошаблонів використовується, в основному, два методи. Перший метод заснований на поєднанні оптичних і прецизійних механічних процесів. Суть методу полягає у механічному вирізанні первинного оригіналу (збільшеного в 200 ... 500 разів малюнка), в подальшому фотографічному зменшенні розмірів малюнка і його розширенні. У другому методі - фотоноборе - весь топологічний малюнок поділяється на прямокутники різної площі і з різним ставленням сторін залежно від форми складових його елементів. Ці прямокутники послідовної фотодруком наносяться на фотопластинку, де, зрештою, утворюється проміжний фотошаблон з десятикратним збільшенням малюнка в порівнянні з заданим.
У даному курсовому проекті будемо використовувати позитивний фоторезист, тобто світло руйнує полімерні ланцюжки: розчиняються засвічені ділянки. Позитивні фоторезиста забезпечують більш різкі кордону розчинених (проявлених) ділянок, ніж негативні, тобто володіють підвищеною роздільною здатністю, але мають меншу чутливість і вимагають більшого часу експонування. Фотошаблон буде являти собою скляну пластину, на одній із сторін якої нанесена тонка непрозора плівка Cr. Кілька крапель розчину фоторезиста необхідно нанести
на окислену поверхню кремнієвої пластини, а потім за допомогою центрифуги його розподілити тонким (близько 1 мкм) шаром, висушити.
Існує контактна фотолітографія, при якій фотошаблон щільно прилягає до поверхні підкладки з нанесеним фоторезистом, і безконтактна.
Безконтактна фотолітографія на мікрозазори заснована на використанні ефекту подвійного чи множинного джерела випромінювання. УФ-промені подаються на фотошаблон під однаковим кутом, за рахунок чого дифракційні явища зводяться до мінімуму, і підвищується точність передачі малюнка. Недоліком є ​​дуже складне устаткування. Проекційна фотолітографія заснована на спрощений процесі суміщення, тому що за допомогою спеціальних об'єктивів зображення фотошаблона проектується на пластину.
Видалення фоторезиста зазвичай роблять у лужних складах (NaOH). [10]
12.Легірованіе. Легування - Введення домішок в пластину або епітаксіальних плівках. При високій температурі (близько 1000 ^о С) домішкові атоми надходять через поверхню і розповсюджуються углиб внаслідок теплового руху. Легування напівпровідників буває трьох видів:
1. Дифузійне легування - засноване на використанні відомого явища дифузії, тобто спрямованого переміщення частинок речовини в бік зменшення їх концентрації. Рушійною силою є градієнт концентрації атомів або молекул речовини. При дифузії розпрямлюючі або концентраційні контакти отримують у вихідній пластині, змінюючи її властивості легуванням на необхідну глибину. Дифузійні шари мають товщини від сотих часток мікрометрів. Відмінною особливістю є нерівномірний розподіл концентрації домішки по глибині: концентрація максимальна біля поверхні і убуває вглиб шару. Концентрація та розподіл домішки в чому визначаються властивостями домішки, легіруемого матеріалу і джерела домішки.
2. Іонне легування - здійснюється іонізованими атомами домішки, що мають енергію, достатню для впровадження в напівпровідник. Також необхідний відпал для усунення радіаційних порушень структури напівпровідника і для електричної активації донорних і акцепторних домішок. Основною особливістю є можливість відтворюваного отримання заданої концентрації домішки на даній глибині практично на будь-якої площі пластини. Це обумовлено тим, що можна з великою точністю задавати струм іонного променя. Розподілами домішок можна легко керувати в широких межах, змінюючи дозу опромінення, енергію і кут падіння іонів. Іони домішки одержують у спеціальних джерелах, прискорюють і фокусують в електричному полі. Пучок іонів бомбардує підкладку. Іони домішки розміщуються в кристалічній решітці. Характеристики іоннолегірованних верств виходять більш відтворюваними, ніж при дифузії.
3. Радіаційно-стімуліронанная дифузія - заснована на впровадженні домішки в результаті бомбардування кристала легкими іонами з енергією, достатньою для зміщення атомів підкладки. Опромінення проводиться в процесі термообробки (t = 600-700 ^о С) або безпосередньо перед нею. [7]
Для даного курсового проекту буде використана високотерміческая дифузія, тому що недоліком іонної імплантації є порушення структури поверхневого шару і збільшення дефектів, а також складність технологічного обладнання. Дифузія буде проводитися традиційним методом відкритої труби з газоподібних джерел (BBr _3, PH ₃₎ і твердих джерел (оксид сурми).
13.Металлізація. Всі системи металізації, застосовувані в даний час, можна розділити на наступні типи: одношарова, багатошарова, багаторівнева, об'ємна (об'ємні висновки).
· Одношарова алюмінієвих металізація застосовується переважно в ІМС малого ступеня інтеграції, малопотужних, що працюють на частотах до 1 ГГц, не розраховані на високі вимоги до надійності.
· Багатошарова металізація в ряді випадків повніше відповідає поставленим вимогам, але менш технологічна, тому що містить не один шар металу. Зазвичай складається з декількох шарів: контактний шар - Перший по порядку нанесення на кремнієву плівку (вольфрам, молібден, хром, нікель, алюміній, титан, паладій, силіциди тугоплавких металів); ​​розділовий шар - застосовується у випадках, коли складно підібрати узгоджуються матеріали контактної та проводить слів; проводить шар - останній за порядку нанесення шар металізації, повинен мати хорошу електропровідність і забезпечувати якісне надійне під'єднання контактних майданчиків до висновків корпусу (мідь, алюміній, золото)
· Багаторівнева металізація застосовується у великих і надвеликих ІМС. Збільшення кількості елементів збільшує і площа межелементних з'єднань, тому їх розміщують в декілька рівнів.
У даному курсовому проекті будемо проводити одношарова алюмінієвих металлизацию.
14.Скрайбірованіе. Здійснювати Скрайбування необхідно алмазним різцем. Це призводить до утворення в пластині порівняно глибоких (до 50 ... 100мкм) і вузьких (до 25 ... 40мкм) канавок. Перевагою цього скрайбування є простота і низька вартість.
Розламування пластин на кристали після скрайбування необхідно здійснювати механічно, приклавши до неї згинальний момент. Цю операцію виконується на сферичної опори.
Перевагою цього способу є простота, висока продуктивність (ломка займає не більше 1 ... 1.5мін) і одностадійного, а також досить високу якість, тому що кристали не зміщуються відносно один одного.
Укрупнені схеми технологічних процесів виготовлення напівпровідникових (монолітних) наведена нижче.

Рис. 1. Укрупнена схема технологічного процесу виготовлення напівпровідникових (монолітних) ІС.
Опишемо технологічний процес виробництва інтегральної мікросхеми генератора напруги.
На початковому етапі відбувається формування злитків кремнію та різання цих злитків алмазними дисками з внутрішньої ріжучої крайкою на пластини - базові кристали, на яких будуть сформовані надалі елементи мікросхем. Поверхня кристала ретельно шліфують для усунення поверхневих ушкоджень, отриманих у результаті різання. Проводять полірування, причому різними матеріалами - алмазної суспензії, порошкоподібними матеріалами. Потім проводять очищення з метою видалення поверхневого шару, в яких знаходяться поверхневі механічні напруги. Для цього над поверхнею пластини пропускають HCl при високій температурі і обмивають кристал деіонізованої водою, розчинами миючих порошків, проточній воді і, потім, сушать пластину до повного висихання.
На наступному етапі проводять окислювання поверхні кристала з метою освіти двоокису кремнію з певною товщиною.

Це робиться для того, щоб при проведенні легування, легованим виявився не весь кристал, а тільки певну ділянку.

Відповідним чином поверх шару двоокису кремнію наносять шар фоторезиста, контактним (або іншим способом) виробляють процес фотолітографії. При цьому використовується фотошаблон (див. додаток). Відкриті ділянки виявляють, задублівают і ліквідують, і таким чином отримують ділянку двоокису кремнію для подальшого травлення.

Утворилися вікна труять, в результаті область підкладки стає відкритою для подальшого легування і освіти прихованого n + шару. Шар фоторезиста ліквідують. Поверхня оксиду кремнію ретельно очищають, омивають в проточній деіонізованої воді і сушать центрифугуванням. Таким чином, підкладка стає повністю готовою для проведення операції легування.

Для отримання високолегіруванного шару n + типу, проводиться високотерміческая дифузія сурмою до межі її розчинності. Таким чином, формується прихований n + шар. Проводиться разгонка сурми в n + кишені.


Шар двоокису кремнію стравлюють в плавикової кислоті, утворюється відкрита поверхню підкладки з трьома ділянками високолегіруванного шару. Поверхня підкладки ретельно очищають хімічними методами й омивають в проточній деіонізованої воді. Після проведення цих операцій, підкладка стає готовою до проведення епітаксійного нарощування кремнію n-типу провідності. Таким чином отримують т.зв. колекторний шар, який присутній в структурах активних елементів, і в цьому ж шарі формуються резистори середнього номіналу (5кОм, 10 кОм), також цей шар присутній у структурі МДП-конденсатора.


Далі проводять розділову дифузію з метою відокремлення одних елементів від інших. Для цього повторюють раніше описані процеси: нанесення шару двоокису кремнію, нанесення фоторезисту, суміщення з фотошаблоном (див. додаток), експонування, прояв, видалення засвічених ділянок фоторезиста, травлення шару двоокису кремнію у вікні фоторезиста. Після цього роблять розділову дифузію шляхом легування бору в епітаксійний шар на поверхні підкладки.

Для кожного елемента таким чином утворився свій епітаксійний шар. Далі проводять дифузію фосфору в епітаксійний шар з метою створення базової області. Для цього повторюють раніше описані процеси: нанесення шару двоокису кремнію, нанесення фоторезисту, суміщення з фотошаблоном, експонування, прояв, видалення засвічених ділянок фоторезиста, травлення шару двоокису кремнію у вікні фоторезиста. Потім проводиться легування фосфором (див. додаток). Базова область використовується як база у активних елементів і в якості резистивного шару у резисторів.

Далі створюються області, які у активних елементів використовуються як емітерний область, у резисторів вона може бути відсутня. Перед цим проводиться сукупність раніше описаних процесів: нанесення шару двоокису кремнію, нанесення фоторезисту, суміщення з фотошаблоном, експонування, прояв, видалення засвічених ділянок фоторезиста, травлення шару двоокису кремнію у вікні фоторезиста. Потім проводиться легування сурми (див. додаток) і ліквідація фоторезиста і шару двоокису кремнію з наступним ретельним очищенням поверхні.

Після цього кристал готовий до нанесення на його поверхню зовнішньої ізоляції і нанесення алюмінієвих висновків на базову, колекторну іміттерную області кристала. Для цього роблять ретельне очищення поверхні кристала і в облогу нітрид кремнію. Потім проводять нанесення фоторезиста, суміщення з фотошаблоном, експонування, прояв, видалення засвічених ділянок фоторезиста, травлення шару нітриду кремнію у вікні фоторезиста і видалення фоторезиста зі вcей поверхні нітриду кремнію.


Потім на всю поверхню кристала наносять сплав алюмінію і кремнію методом катодного розпилення. Далі проводять операцію фотолітографії і травлення алюмінію. Таким чином проводиться електричне з'єднання елементів схеми відповідно до схеми електричної принципової.

Вся поверхня кристала підлягає ретельному очищенню і сушінню центрифугуванням. Потім на поверхню кристала наноситься шар двоокису кремнію методом окислення моносілана. Проводиться виготовлення вікон в ізоляційному шарі для з'єднання струмоведучих доріжок мікросхеми з зовнішніми виводами.

4. Розробка топології кристала
Основою для розробки топології напівпровідникової ІМС є електрична схема, вимоги до електричних параметрів і до параметрів активних і пасивних елементів, конструктивно - технологічні вимоги і обмеження.
Розробка креслення топології включає в себе такі етапи: вибір конструкції та розрахунок активних і пасивних елементів ІМС (дивися параграф 3); розміщення елементів на поверхні і в об'ємі підкладки і створення малюнка (комутації) між елементами; розробку попереднього варіанту топології; оцінку якості топології і її оптимізацію; розробку остаточного варіанту топології (Додаток В). Метою створення топології є мінімізація площі кристала ІМС, мінімізація сумарної довжини розводки і кількості перетинань в ній. Роботи зі створення топології ІМС зводяться до знаходження такого оптимального варіанту взаємного розташування елементів і якості ІМС: Низький рівень бракованих виробів, низька вартість, матеріаломісткість, висока надійність, відповідність одержуваних електричних параметрів заданим. [11, стор 47-48]
При проведенні технологічних операцій пріоритетом користуються в першу чергу активні елементи, всі розрахунки пасивних елементів засновані на розмірах областей активних елементів. Необхідно відзначити, що всі активні елементи (транзистори, діоди) розроблені за однією і тією ж технологією, отже, їх топологічний вид абсолютно ідентичний, різні тільки розміри областей, які утворюють транзистори і діод. Типова конструкція малопотужного біполярнрго транзистора показана на рис.


При розміщенні елементів даної біполярної напівпровідникової ІМС на кристалі необхідно враховувати наступні вимоги і обмеження:
1. Кожен елемент ІМС повинен розміщуватися в окремій ізольованій області; в ізольованих областях розташовуються також зовнішні контактні площадки і перетину струмоведучих доріжок.
2. Кожна ізольована область повинна займати якомога меншу площу.
3. Резистори, виготовлені на основі базової дифузії, можуть бути розташовані в одній ізольованій області n-типу, яка повинна бути приєднана до найбільшого позитивного потенціалу схеми.
4. Якщо в групі резисторів необхідно дотримати стабільне ставлення номіналів, їх слід розташовувати поруч один з одним.
5. Якщо в якості діодів використовуються переходи емітер-база транзисторів, то всі вони можуть бути поміщені в загальну ізольовану область, при цьому аноди діодів (бази транзисторів) з допомогою зовнішньої металізації повинні бути закорочені на ізольовану (колекторну) область.
6. Підкладку p-типу слід з'єднати з джерелом негативної полярності.
7. Якщо в результаті розробки топології залишилися вільні ділянки площі, вони можуть бути використані для збільшення найбільш критичних розмірів елементів.
Виходячи з вищенаведених положень, розробляється топологія кристала, тобто найбільш оптимальне розміщення на кристалі елементів схеми і з'єднань між ними. Креслення кристала наведений у додатку Б. Елементи та з'єднання розташовані з урахуванням конструктивно-технологічних обмежень на мінімально-допустимі розміри.
Пасивні елементи виготовляються в єдиному технологічному циклі, що й активні елементи. Основними їх недоліками є наявність паразитного транзисторного ефекту внаслідок польового ефекту і сильна температурна залежність. Необхідно відзначити, що більшість резисторів розроблялися з одного і того ж таки зовнішнього вигляду - резистори, резистори R1, R2, R4 були реалізовані в епітаксіальних шарі.
Необхідно також відзначити, що в схемі генераторв напруги є конденсатор. Форма обкладок конденсатора була обрана квадратної, тому основною топологічної характеристикою є довжина сторони обкладки. Розмір сторони однієї обкладки конденсатора дорівнює 158 мкм. Діелектрик, який при цьому використовувався - двоокис кремнію; матеріалом для обкладок служить алюміній.

6. Збірка ІМС
Під складанням зазвичай мають на увазі завершальний процес з'єднання деталей і складальних одиниць (вузлів), в результаті, якого виходить готовий виріб. Монтаж кристалів на металеву основу корпусів здійснюється пайкою з утворенням золотий евтектики. У скляних або пластмасових корпусах, в яких відсутні металеві пластини в підставах корпусів кристали пріклепляют до несучої рамці легкоплавким склом в атмосфері енертного газу при температурі не більше 250 ◦ С. Потім проводиться монтаж вихідних контактних майданчиків на внутрішні висновки корпусу.
Для захисту елементів ІС від впливу зовнішнього навколишнього середовища її кристал повинен бути герметизований. Найбільш просто герметизація може бути створена шляхом покриття ристано тонким шаром захисного лаку або компаунда (конформне покриття). Для захисту ІВ застосовуються заливальні і покривні органічні матеріали, що володіють високими електороізоляціоннимі і вологозахисними властивостями, стійкістю до впливу низьких і високих температур, які не впливають на параметри схем, еластичні і ремонтоспособность.
Можуть бути рекомендовані самовулканізірующіеся еластичні компаунди типу КЛ на основі низькомолекулярних кремній - органічних каучуків СКТН і СКТН - 1, що працюють в діапазоні температур - 60 ... +300 ◦ С і в умовах підвищеної вологості, а також компаунди - герметики типу ВЕК на основі епоксидної смоли, модифікованої карбосілатним каучуком і поліефіром. Ці компаунди відрізняються міцністю, еластичністю, морозостійкістю і високою вологістю. В якості матеріалів для захисту від вологи використовуються лаки СБ-1с, УР-231, УР-930 і Е-4100, епоксидно - крезольно лак ЕП - 096, кремнійорганічні лаки К - 47 і К - 57. Для захисту поверхні кристалів застосовують компаунди типу МБК, віксінт, К - 18. Всі перераховані матеріали мають гарні електроізоляційними властивостями.
Для надійного захисту від впливу зовнішнього середовища при експлуатації кристали або плати упаковуються в герметичні корпуса.
Корпус служить для захисту елементів ІС від впливу зовнішнього середовища, забезпечує нормальну роботу ІС на протязі всього терміну служби, надійне механічне та електричне з'єднання плати або кристала з іншими елементами електронного блоку. Корпус повинен забезпечувати необхідну електричну зв'язок між елементами схеми і висновками. Повинна гарантуватися електрична ізоляція між його висновками. Конструкція корпусу повинна забезпечувати відведення тепла від кристала. Корпус повинен мати зручну для друкованого монтажу конструкцію за габаритами і розташуванням висновків.
Найбільше поширення мають чотири види конструктивно - технологічного виконання корпусів. Металоскляного корпус має металеву кришку і скляне (або металеве) підстава з ізоляцією або паянням. Металокерамічний корпус має металеву кришку і керамічне підставу, кришка з'єднується з основою заливкою вологостійким компаундом. Керамічний корпус має керамічну кришку і підстава, кришка з'єднується з основою паянням. Пластмасовий корпус (найбільш дешевий) має пластмасове тіло, отримане шляхом опресування кристала і рамки висновків [1, стор 37-38].
У розроблювальної конструкції буде застосовуватися пластмасовий корпус з 5 висновками. Вказівки з монтажу кристала і корпуса наведені на складальному кресленні [11, стор 159-160]. Для приєднання висновків до контактних площадок кремнієвих ІМС і зовнішнім висновків корпусу приладу використовується метод УЗ-зварювання. Метод полягає в приєднанні висновків у вигляді тонких металевих дротиків (діаметр 10 ... 30мкм) до контактних площадок при одночасному впливі інструменту, що здійснює високочастотні коливання. Для виготовлення дроту застосовуються пластичні метали, звичайно алюміній і золото. Як матеріал дроту вибираємо більш дешевий алюміній. Переваги такої зварювання - з'єднання без застосування флюсу і припоїв металів у твердому стані при порівняно низьких температурах і малій їх деформації 10 ... 30% як на повітрі, так і в атмосфері захисного газу.
Так в мікросхемі генератора напруги використовується п'яти вивідна мікросхема в якій задіяно всі п'ять висновків, два з яких використовуються як висновки для живлення мікросхеми (+ Е _п; общяя шина живлення), один - в якості сигнального виходу (висновок 4), а також передбачені дві контактні майданчики для підключення виносного резистора R3 (висновки 2 і 3).
Елемент R3 неможливо реалізувати в інтегральному виконанні у зв'язку зі значними габаритними розмірами резистора. Даний висновок випливає з відповідних розрахунків інтегрального резистора.

Висновок
В результаті виконання курсового проекту було розроблено конструкцію і технологія виготовлення напівпровідникової мікросхеми виконаної в інтегральному виконанні. Був проведений розрахунок елементів схеми, що передбачається завданням курсового проекту, їх аналіз. Розроблено топологія кристала наведена у додатку. Крім того, був зроблений обгрунтований вибір технології виготовлення мікросхеми, на підставі якого розроблено технологічний процес. Комплект креслень ІМС і складальне креслення мікросхеми в корпусі також наведено у додатку.

Список використаних літературних джерел
1. С.В. Якубовський, Н.А. Барканов, Л.І. Ніссельсон та ін, "Аналогові та цифрові інтегральні мікросхеми. Довідковий посібник "; Під ред. С.В. Якубовського. - 2 - ге вид., Перераб. і доп. - М.: Радіо і зв'язок, 1985. - 432 с., Іл. (Проектування РЕА на інтегральних мікросхемах).
2. У. Тітце, К. Шенк "Напівпровідникова схемотехніка". Пер. з нім. - М.: Світ, 1983. - С., Мул
3. Б.І. Горошків "Радіо - електронні пристрої: Довідник. - М.: Радіо і зв'язок, 1984. - 400с., Іл. - (Масова радіобібліотека; Вип. 1076).
4. А.А. Бокунян, Н.М. Борисов, Р.Г. Варламов та ін, "Довідкова книга радіоаматора - конструктора".; Під ред. Н.І. Чистякова. - М.: Радіо і зв'язок, 1990. - 624 с.: Іл. - (Масова радіобібліотека; Вип. 1147)
5. В.В. Пасинків, В.С. Сорокін "Матеріали електронної техніки". - 2 - ге вид., Перераб. і доп. - М.: Вищ. Шк., 1986. - 367 с., Іл.
6. Капельян С.М., Малашонок В.А. Фізика. Посібник для підготовки до централізованого тестування.
7. Бондар Б.Г. "Основи мікроелектроніки". К.: Вища шк. Головне вид-во, 1987. - 309с.
8. Р.А. Бейліна, С.А. Тарасов, Т.В. Молодечкіна Методичні вказівки по курсовому проектуванню з дисципліни "Конструювання і технологія мікросхем і мікропроцесорів" для студентів спеціальності Т.08.01.00
9. Малишева І.А. Технологія виготовлення інтегральних мікросхем. Підручник для вузов.Москва "Радіо і зв'язок" 1991.-344 з
10. Березін А.С. Мочалкіна О.Р. Технологія та конструювання інтегральних мікросхем. Навчальний посібник для вищих навчальних закладів. Москва.1992.
11. Коледов Л.А., Волков В.А., Докучаєв Н.І., Ільїна Е.М., Патрік Н.І. "Конструювання і технологія мікросхем".
12. Типові компоненти і датчики контрольно - діагностичних властивостей: Навчально - методичний комплекс для студентів спеціальності Т - 39.02.01. (Упор. Д. А. Довгяло - Новополоцьк ПГУ, 2004 -384 с.).
13. Проектування конструкцій радіоелектронної апаратури: Учеб. посібник для вузів / Є. М. Парфьонов, Е.Н. Комишня, В.П. Усачов. - Радіо і зв'язок, 1989. - 272 с.: Іл.
Додаток А
(Схема електрична принципова)
Додаток Б
(Кристал, топологічні креслення)
Додаток В
(Складальне креслення)