Техническое задание на проектирование Анализ схемы Расчет элементов схемы Расчет управляющих транзисторов

Содержание
Введение.
1.
Техническое задание на проектирование
2.Анализ схемы
3.Расчет элементов схемы
3.1.Расчет управляющих транзисторов
3.2.Расчет нагрузочных транзисторов
3.3.Расчет выходного каскада
3.3.1.Верхний транзистор
3.3.2.Нижний транзистор
3.4.Расчет защитного устройства
3.5.Размеры элементов схемы
4.Технология изготовления МДП ИС
4.1.Технологический процес изготовления n-канальных МДП ИС с
поликремневым затвором
4.2.Технология последовательного изготовления кристала
Литература.
Приложения
1 Топологический чертеж.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
1
ДП21.2126.021.001 ПЗ

Введение
Интегральной схемой называют некоторую микросхему, образованную элементами, которые неразъёмные между собой, с точки зрения стандартизации, методов контроля, ремонта, а также в коммерческом отношении ИС представляет единое целое.
Поскольку ИС представляет собой конструктивно единое целое, выполняет определенную функцию и должна удовлетворять определенным требованиям при испытаниях, поставках и эксплуатации, она относится к разряду электронных приборов. Однако является качественно новым типом прибора.
Первая особенность ИС как электронного прибора состоит в том, что она самостоятельно выполняет законченную сложную функцию.
Второй важной особенностью ИС является то, что повышение функциональной сложности этого прибора по сравнению с элементарными не сопровождается ухудшением какого-либо из основных показателей (надежность, стоимость).
МДП-транзисторы – одна из разновидностей полевых транзисторов, в которых используется эффект дрейфа основных носителей заряда под действием
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
2
ДП21.2126.021.001 ПЗ

продольного электрического поля и модуляция этого тока поперечным электрическим полем.
МДП-транзисторы отличаются от биполярных транзисторов, поскольку механизм их работы основан на перемещении только основных носителей заряда. В связи с этим их называют униполярными.
Эти транзисторы имеют ряд преимуществ перед биполярными:
1) размеры и площадь гораздо меньше;
2) малый уровень шумов;

3) устойчивость к перегрузкам по току;
4) высокое входное сопротивление;
5) малую мощность рассеяния;
6) высокую помехоустойчивость;
7) малую стоимость;
8) не нуждаются в создании изолирующих областей, что повышает степень интеграции,
Недостатки:
1) меньшее быстродействие;
2) худшая воспроизводимость параметров;
3) низкая стабильность параметров во времени.
МДП-транзистор имеет четыре электрода, которые называют стоком, истоком, затвором и подложкой.
Принцип действия МДП-транзистора основан на эффекте изменения электропроводности поверхностного слоя полупроводника между стоком и истоком под действием напряжения, приложенного к управляющему электроду (затвору), отделенному от поверхности полупроводника тонким слоем диэлектрика. Участок полупроводника с изменяющейся электропроводностью, в котором дрейфуют(движутся) основные носители заряда, называют каналом и изображают на чертежах в виде скрещенных линий. Затвор – металлическая или
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3
ДП21.2126.021.001 ПЗ

полупроводниковая область, используемая для создания модуляции дрейфового тока. Подложка является конструктивной основой МДП- транзистора.
Принцип действия МДП-транзистора основан на модуляции электропроводности поверхностного слоя полупроводника за счет изменения поперечного электрического поля между затвором и подложкой. Тип электропроводности обязательно совпадает с типом электропроводности областей стока и истока. Так как тип электропроводности

истока, стока и канала противоположен типу электропроводности подложки, то сток, исток и канал образуют с подложкой p–n-переход.
В зависимости от типа основных носителей тока в канале различают n-канальные и p-канальные МДП- транзисторы. По конструктивному исполнению различают транзисторы со встроенным каналом и с индуцированным каналом.
Структура МДП-транзистора со встроенным каналом такова, что создание канала в тонком приповерхностном слое полупроводника предусматривается самой технологией производства. На чертежах канал в таких транзисторах обозначают сплошной линией.
Структура МДП-транзистора с индуцированным каналом отлична. При нулевом напряжении на затворе канал отсутствует. Если увеличить его (по модулю), то при некотором значении напряжения затвор-исток U0, называемом пороговым напряжением, на поверхности полупроводника будет индуцироваться инверсный слой, электропроводность которого совпадает с электропроводностью стока и истока.
В результате области стока и истока оказываются соединенными тонким проводящим каналом между собой, и во внешней цепи возникает ток.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
ДП21.2126.021.001 ПЗ

В связи с тем, что до последнего времени наибольшее применение в цифровых ИМС получили
МДП-транзисторы с индуцированным каналом, дальнейшее изложение будет относиться к транзисторам этого типа.
Интегральные микросхемы, содержащие одновременно p-канальные и n-канальные транзисторы, называют комплементарными (КМДП-
ИМС), которые отличаются высокой помехоустойчивостью, малой потребляемой мощностью, высоким быстродействием. Эти преимущества достигаются за счет более сложной технологии с меньшим выходом годных схем.

Основным элементом МДП ИС является МДП- транзистор с индуцированным каналом. Роль резисторов выполняют транзисторы, включенные по схеме двухполюсника, а роль конденсаторов – МДП- структуры, у которых слой диэлектрика получается одновременно с подзатворным слоем транзистора, а полупроводниковая обкладка – одновременно со слоями истока и стока.
Элементы МДП ИС не нуждаются в специальной изоляции друг от друга, так как взаимодействие между смежными транзисторами не имеет места и их можно располагать на минимальном расстоянии друг от друга. В этом – одно из главных преимуществ
МДП ИС.
Полупроводниковые интегральные микросхемы.
Все эти элементы изготовляют на общей полупроводниковой подложке в процессе общих технологических операций. В качестве активного элемента используется биполярный или МДП транзистор. В соответствии с этим микросхемы подразделяют на биполярные и МДП (МОП) - микросхемы.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
ДП21.2126.021.001 ПЗ

1. Техническое задание.
1.
Определить геометрические размеры транзисторов.
2. Построить топологический чертеж микросхемы
3. Разработать фотошаблоны
4. Предложить и описать технологию изготовления схемы
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СХЕМЫ
Величина
Обозначе ние
Размерн ость
Значен ие
Напряжение питания
Напряжение логической единицы
Напряжение логического нуля
Ток в нагрузочных транзисторах
Uп
U1
U0
Iн
Сн tвкл
В
В
В мкА пФ нс
10 7
0.2 70 5
100
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
ДП21.2126.021.001 ПЗ
VT4
VT5
VT7
Y
VT1 VT2 VT3
X1 VT6 VT8
X2
X3
X1

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ПАРАМЕТРЫ
Подложка: Кремний (КДБ – 10), толщина 120 мкм
Затвор: поликремний, толщина 0.4 мкм
Легирование поликремниевого затвора
N
G
=4∙10 18
см
-3
Плотность поверхностных состояний
N
SS
= 4∙10 11
см
-2
Толщина подзатворного диэлектрика d
OK
= 80 нм
Наличие встроенного канала ( + )
Доза легирования встроенного канала Ds = 0.3 мкКл/см
Глубина канала xi = 0.2 мкм
Наличие защитного устройства ( + )
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
ДП21.2126.021.001 ПЗ

2.Анализ схемы
В учебном курсовом проекте рассматривается интегральная микросхема в основе, которой лежит схема на 6 МДП-транзисторах c подложкой n-типа и 2 c подложкой p-типа с встроенным и индуцированным каналом. Степень интеграции микросхемы, то есть колличество элементов на кристалле, определяет её функциональную сложность.
Для количественной характеристики степени интеграции используют условный коэффициент n: lg
n
N
=
,где N – колличество элементов схемы.
В данной микросхеме N=21. lg lg 21 1,32
n
N
=
=
=
Проанализируем функциональное назначение микросхемы. Полученная является цифровой, так обрабатывает сигналы имеющие уровень логического нуля и единицы. Схема имеет 3 входа соединенные с затворами транзисторов.
Составим таблицу истинности для схемы. Как видим по таблице истинности, эта схема суммирует значения на входах и делает отрицание. Можно сделать вывод что схема работает как элемент ИЛИ-НЕ с тремя входами.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
ДП21.2126.021.001 ПЗ

3. Расчет элементов схемы.
3.1.Расчет управляющих транзисторов
Пороговое напряжение МДП-транзистора определяется выражением:
B
SS
пор
mn
B
ок
Q
Q
U
C


−
=
+
+
, где
mn

– разность работ выхода полупроводника, подложки и затвора;
B

– изгиб зон поверхности полупроводника;
B
Q
– плотность заряда в области обеднения под каналом;
ss
Q
– плотность заряда на границе раздела диэлектрик-полупроводник;
OK
C
– удельная емкость подзатворного диэлектрика.
Разность работ выхода
mn

зависит от степени легирования подложки. Такая зависимость приведена в таблице 1:
№ п/п1
Концентрация примесей в подложке
3
,
В
N см
−
Разность работ выхода
,
mn
В

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
ДП21.2126.021.001 ПЗ

0.3
mn

= −
Находим концентрацию примесей в диэлектрике:
1
B
v
p
N
e
 
=
, где
10 3
1, 5 10
i
n
см
−
=

– концентрация собственных носителей в кремнии;
19 1, 6 10
e
Кл
−
=

- заряд электрона,
10
v
r
Ом см
=

- удельное сопротивление подложки;
2 600
p
см
с
u
В
=

– подвижность электронов в кремнии
9 1
1 5
1 1,042 10 1, 6 10 10 600
B
N
−
=
=




Уровень Ферми:
23 15 1,38 10 300 1, 042 10
(ln
)
(ln
)
0,289 .
19 10 1, 6 10 1,5 10
B
N
kT
В
F
q
ni

−



=
=
=
−


Изгиб зон поверхности полупроводника:
2 2 0, 289 0,577
B
Â
F


= 
= 
=
Плотность заряда в области обеднения под каналом
n

- диэлектрическая проницаемость кремния;
0

- диэлектрическая проницаемость вакуума;
un
U
- напряжение между истоком и подложкой.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
ДП21.2126.021.001 ПЗ

Для активных транзисторов, находящихся «на земле»
(VT1,2,3,5) значение
un
U
принимаем равным значению напряжения логического нуля.
0 2
14 19 15 2
(
)
2 12 8,85 10 1, 6 10
(0, 58+0,1) 1,042 10 8
1,549 10
B
B
un
B
Q
q
U
N
n
Ęë
ńě
 

−
−
=
 
 
+

=
 






=
−
=

Плотность заряда на границе раздела диэлектрик- полупроводник:
ss
N
- концентрация зарядов на границе раздела полупроводник- диэлектрик,
11 4 10
ss
N = 
2 11 19 8
4 10 1, 6 10 6,4 10
Ęë
Q
N
q
ss
ss
ńě
−
−
=
 = 


=

Подсчитываем
ок
C
- удельную ёмкость подзатворного диэлектрика:
4
ä

=
– диэлектрическая проницаемость подзатворного диэлектрика
80
OK
d
í ě
=
– толщина подзатворного диэлектрика
14 7
2 8,85 10 4
8 4, 425 10 80 10
ä
OK
OK
Ô
C
d
ńě
 
−
−



−
=
=
=


Пороговое напряжение:
8 8
8 1, 708 10 6, 4 10
-0,3 0,577 0,819 4, 425 10
B
SS
ďî đ
mn
B
î ę
Q
Q
U
Â
C


−
−
−
−

−

=
+
+
=
+
+
= −

Однако, такое значение порогового напряжения нежелательно, поскольку при существенном

изменении температуры окружающей среды транзисторы могут закрыться. Для избегания такого нежелательного эффекта поверхностную область кремния легируют примесями того же типа, что и в подложке.
При принятии таких мер пороговое напряжения возрастает на размер:
,
s
ďî đî ăî âî ĺ
î ę
D
U
C

=
где:

s
D
- доза легирующей примеси. Определим эту дозу.
Естественно, значение порогового напряжения должно лежать примерно посередине интервала значений напряжений логического нуля (0,05 В) и логической единицы (8 В).
1 0
8 0,05 0,819 4,8 2
2
ďî đî ăî âî ĺ
ďî đî ăî âî ĺ
U
U
U
U
−
−

=
−
=
−
=
Теперь определим значение доз примесей, которыми необходимо пролегировать поверхностную область кремния транзисторов для повышения их стабильности:
8 7
4,8 4,769 10 2,121 10
Ds
−
−
=


=

Расчёт длины и ширины канала проводимости транзистора с индуцированным каналом
Основными конструктивными параметрами МДП- транзистора является длина L и ширина W его канала проводимости. Для описания вольт-амперной зависимости принимают определённые аналитические зависимости:
(
)
2 1
2
,
2
с
з
пороговое
с
с
I
U
U
U
U


= 
−
−




Где,

- удельная крутизна характеристик транзистора, которая зависит от отношения величин ширины и длины канала проводимости следующим образом:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
ДП21.2126.021.001 ПЗ

0 1
,
2
n
W
d L
 
 = 

Где,

- относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика,
n

- подвижность электронов в канале проводимости, d – толщина диэлектрика под затвором.
В формуле для описания вольт-амперной зависимости
з
U
- напряжение на затворе;
с
U
- напряжение на стоке транзистора.
Ток стока
с
I
для транзистора VT5 равен току в нагрузочном транзисторе:
70
ń
í ŕăđ
I
I
ě ęŔ
=
=
Проанализировав схему выяснили что, ток стока
с
I
для транзисторов VT1, VT2, VT3 равен:
1 23,33 3
ń
í ŕăđ
˛
I
ě ęŔ
=
=
з
U
- напряжение на затворе – принимаем равным напряжению логической единицы, а
с
U
- напряжение на стоке транзистора – принимаем равным напряжению, которое меньше напряжения логического нуля . Тогда получаем:

(
)
1 0
0 2 0
1 1
2
(
)
,
2 2
n
с
пороговое
W
I
U
U
U
U
d
L
 


= 


−
−





тогда искомое отношение можно выразить:
(
)
1 0
0 2 0
2
,
1 2
(
)
2
ń
n
ďî đî ăî âî ĺ
W
I
d
L
U
U
U
U

=


 
−
−




Подсчитываем отношение ширины канала проводимости к его длине. Для транзисторов VT1, VT2,
VT3:
6 7
14 2
23,33 10 80 10 2,39 1 1
4 8,85 10 500 (2(8 0,819) 0,05
(0,05 2
) )
2
W
L
−
−
−


=
=




+

− 
 

Исходя из минимальных технологических норм если соотношение приведенное выше, больше 1 считаем
10
L
мкм
=
Из этого соотношения высчитаем длину и ширину канала:
10
L
мкм
=
10 2,4 24
W
ě ęě
= 
=
Для транзистора VT5:

6 7
14 2
70 10 80 10 7,185 1 1
4 8,85 10 500 (2(8 0,819) 0,05
(0,05) )
2 2
W
L
−
−
−


=
=




+

− 
 

Исходя из минимальных технологических норм если соотношение приведенное выше, больше 1 считаем
10
L
мкм
=
Из этого соотношения высчитаем длину канала:
10
L
мкм
=
10 7,2 72
W
ě ęě
= 
=
3.2.Расчёт нагрузочных транзисторов
Пороговое напряжение для транзистора со встроенным каналом определяется выражением:
0 0
s
пороговое
пороговое
B
d
d
ок
q
D
U
U
N
x
x
C
q




=
−
−
−
−






(
)
(
)
2 2
2 2
2 2
D
B
B
D
B
F
B
i
i
F
s
s
D
D
q N
N
N
N
N
q
N
x
x
N
N
−
−

−

+


−  



Где,
B
N
- концентрация примесей в подложке,
D
N
- концентрация примесей в канале.
Концентрация примесей в канале зависит от дозы легирования
s
D
встроенного канала:
S
D
i
D
N
q x
=

i
x
- глубина встроенного канала.
Подсчитаю концентрацию примесей в канале:
6 16 3
19 4
0,3 10 9,375 10 1,6 10 0, 2 10
d
N
ńě
−
−
−
−

=
=




d
x
- ширина области обеднения. Она определяется выражением:
( )
2 2
D
s
d
i
B
B
B
N
x
x
N
q N
   
=

+
 

Подсчитаю ширину области обеднения:
16 14 4 2 4
15 19 15 9,3 10 2 8,85 10 12
(0, 2 10 )
0,58 2,082 10 1,042 10 1,6 10 1,042
ńě
10
d
X
−
−
−
−




=


+

=





0
d
x
- ширина области обеднения для нелегированной подложки. Она определяется выражением:
Подсчитаю ширину области обеднения для нелегированной подложки:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
16
ДП21.2126.021.001 ПЗ
( )
0 2
s
d
B
B
x
q N
   
=
 


14 5
0 19 15 2 8,85 10 12 0,5 8,579 10 1,6 10 1,042 10
d
X
cě
−
−
−



=

=




Теперь у меня есть все данные для подсчёта порогового напряжения для транзистора со встроенным каналом:
0 0
s
пороговое
пороговое
B
d
d
ок
q
D
U
U
N
x
x
C
q




=
−
−
−
−






(
)
(
)
2 2
2 2
2 2
D
B
B
D
B
F
B
i
i
F
s
s
D
D
q N
N
N
N
N
q
N
x
x
N
N
−
−

−

+


−  


6 19 15 4
5 8
19 1,6 10 0,3 10 0,819
(
1,042 10
(2,082 8,6 10 ))
4, 425 10 1,6 10
Uďî đ
−
−
−
−
−
−


= −
−
−


−



-
19 16 15 4 2 14 1,6 10
(9,375 10 1,04 10 )
(0, 2 10 )
2 8,85 10 12
−
−
−



−

−


+



15 15 16 15 4
16 14 1, 25 10 2 0, 293 1,04 10
(9,375 10 1,04 10 )
2 0, 2 10 9,375 10 2 8,85 10 12
−
−

 




−

+ 


−

 


15 16 1,04 10 2 0, 293 9,669 9,3 10
Â

− 

= −

Ток, текущий через нагрузку:
(
)
2
'
н
н
вых
пороговое
I
U
U
= 
−
пороговое
пороговое встроен
U
U

=
0
выхода
U
U
=
(
)
'
7 2
6 2
70 10 7,3 10
(0,1 9,7)
í
í
âű ő
ďî đî ăî âî ĺ
I
U
U
−
−

=

+
 =
=
−

Подсчитываем теперь отношение ширины к длине нагрузочных транзисторов VT4,VT6:
5 7
14 0
7,3 10 10 0,066 1 8,85 10 50 4
2 0
2
í
O
n
K
W
L
d
−
−
−
 
 

=
=
=

   



Исходя из минимальных технологических норм если соотношение приведенное выше меньше 1 считаем что
10
W
ě ęě
=

10 152 0,066
L
ě ęě
=
=
3.3.Расчёт выходного каскада:
3.3.1.Верхний транзистор :
Время выключения определяется соотношением: max
'
2 0
2
(
)
н ок
н
исх
выкл
ок
н
вх
порог
исх
C d
L
U
U
t
W
U
U
U
 
−
=

  
−
−
где:
н
С
- ёмкость нагрузки инвертора; max
пит
U
U
=
;
0
исх
U
U
=
;
1
вх
U
U
=
;
0 1
0,9 0,819 0,5 1 0,9 10 2,319 2
ďî đ
ďî đ
ďčň
U
U
Ń
U
Â
=
+


=
+



=
(
)
12 7
7 2
14 5 10 2 80 10 10 0,05 5,131 10 200 4 8,85 10 8 2,3 0,05
í
í
âű ęë
í
í
L
L
t
W
W
−
−
−
−

  
−
=


=


 

−
−
Из такого соотношения можно получить пропорцию:
7 5,131 10
âű ęë
í
í
t
W
L
−

=


Подсчитываем теперь отношение ширины к длине нагрузочного транзистора VT8:
7 7
6 5,131 10 5,131 10 1,02 1 0,5 10
í
í
âű ęë
W
L
t
−
−
−


=
=
=


Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
18

Исходя из минимальных технологических норм если соотношение приведенное выше, больше 1 считаем
10
L
мкм
=
Из этого соотношения высчитаем длину канала:
10
L
мкм
=
10 1,02 10
W
ě ęě
= 
=
3.3.2.Нижний транзистор:
Время включения определяется следующим соотношением:
0 0
max
0 0
0
(
)
2 (
)
1 1
ln
2
вх
пор
вх
пор
ост
н ок I
вкл
ок
I
вх
пор
вх
пор
ост
U
U
U
U
U
U
C d L
t
W
U
U
U
U
U




−
−

−
−


=


+




 
−
−






Где,
max
пит
U
U
=
,
1
вх
U
U
=
,
0
ост
U
U
=
,
6 0,1 10 ń
âęë
t
−
=

12 7
6 14 5 10 80 10 0,1 10 600 8.85 10 4 (8 0,819)
10 (8 0,305)
1 2 (8 0,819)
0.1
ln
1,96 1 8 0,819 2
0.1
I
I
W
L
−
−
−
−

 
=





  +
 − +
 +
−




+
=





+




Подсчитываем теперь отношение ширины к длине нагрузочного транзистора VT7:
Исходя из минимальных технологических норм если соотношение приведенное выше, больше 1 считаем
10
L
мкм
=
Из этого соотношения высчитаем длину канала:
10
L
мкм
=
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
19

3.4.Расчёт защитного устройства:
МОП-транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление, определяемое током утечки подзатворного диэлектрика. Появление на входе
МОП-транзистора относительно высоких напряжений приводит к пробою подзатворного диэлектрика и отказу микросхемы. Поэтом3,53,52у на входах МОП-транзистора необходимо ставить специальные устройства защиты от статического электричества. Они состоят из резистора и диода или транзистора.
Напряжение пробоя можно определить как:
3
проб
ок
кр
зз
пороговое
U
d E
U
U
=
+
−
где:
6
,
1, 2 10
;
крит
критическая напряжённость поля
определяющая начало ударной ионизации
в зоне обеднения кре
В
E
см
мния
−
=

3,5 –
,
пор
U
В
пороговое напряжение системы защиты
обычно равное пороговому напряжению
МОП транзистора
=
−
0
зз
напряжение на затворе защитного устрой
в
U
ст а
−
=
Подсчитываю численное значение:
7 6
3 80 10 1, 2 10 0 3,5 25,3
ďđî á
U
Â
−
=  


+ −
=
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
20
ДП21.2126.021.001 ПЗ

(
)
6 6
2 2
3,3 10 0,1 0,5 10
đŕá
âęë
âű ęë
f
Ăö
t
t
−
=
=
=

+
+

Ёмкость затвора входного транзистора:
вх
ок
к
к
С
C
W L
=


Зададимся значениями длины и ширины канала: поскольку отношение ширины канала к длине канала равно 2,64 , тогда пусть длина канала будет 5 мкм, тогда ширина канала равна 1,85 мкм. Тогда:
8 4
4 14 10 10 10 13 10 5,753 1 4, 425 0
âő
Ń
Ô
−
−
−
−

 
 
=

=
Балластное сопротивление можно определить из условия:
1 0,01
б
раб
вх
R
f
С


6 14 0,01 3,3 1 5
0
,753 10
á
R
−




4 5, 216 10
á
R
Î ě


Таким образом, балластное сопротивление не должно превышать значения 52 кОм.
7 2
10
/
проб SiO
U
В см
=
7 7
2 2
10 10 80 80
ďđî á SiO
î ę
ďđî á SiO
U
d
E
Â
−
=


=

=
2 53 1.5
ďđî á SiO
çŕň â
U
Âű áčđŕĺ ň ń˙ U
Â
=
=
1500
входа
U
В
=
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
21
ДП21.2126.021.001 ПЗ

будет равно 80В. Требуемое динамическое сопротивление защиты определим из соотношения:
затвора
пробоя
динамич
балластное
входа
пробоя
U
U
R
R
U
U
−
=

−
3 53 25,3 52 10 979,74 1500 25,3
d
R
Î ě
−
=


=
−
Теперь, воспользовавшись графиком определим длину периметра защиты:
Ширина периметра защиты составляет 60 мкм, а длина
– 8 мкм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
22
ДП21.2126.021.001 ПЗ

Исходя из минимально допустимой ширины диффузионной шины для данной технологии (10 мкм) и удельного сопротивления этой шины (100 Ом), можно подсчитать длину токоограничивающего сопротивления:
4 6
52 10 10 10 5216 100
b
R
R
s
R W
L
ě ęě
−


 
=
=
=

Длина токоограничивающего сопротивления составляет
5216
мкм, а его ширина равна 10 мкм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
23
ДП21.2126.021.001 ПЗ

5.Размеры элементов
Название
элемента
Отношение ширины к
длине,
W
L
Ширина
W
, мкм
Длина
L
, мкм
Т1
2,4
24
10
Т2
2,4
24
10
T3
2,4
24
10
T4
0,066
10
152
Т5
7,2
72
10
Т6
0,066
10
152
Т7
1,96
10
20
Т8
0,102
10
10
Т (защит.)
60
8
R
(защит.)
10
5216
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
24
ДП21.2126.021.001 ПЗ

4. Технология изготовления МДП ИС.
Основой создания микросхем является планарная технология, в которой повторяются однотипные технологические процессы.
Технологические процессы, формирующие интегральную структуру, можно свести к следующим: подготовка полупроводниковой подложки; получение полупроводниковых и диэлектрических слоев; фотолитография; плазмохимические процессы; диффузия; ионное легирование; металлизация.
4.1 Технологический процесс
изготовления n-канальных МДП ИС с
поликремниевым затвором.
В качестве исходного материала используется монокристаллический кремний с сопротивлением
10 Ом
см типа КДБ (кремний дырочный, легированный бором) с кристаллографической ориентацией 100.
4.2 Технологическая
последовательность изготовления
кристалла.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
25
ДП21.2126.021.001 ПЗ

1. Первое окисление, толщина слоя SiO
2
– 0,1 мкм и последующее нанесение нитрида кремния используемые далее в качестве маски при локальном окислении кремния.
2. Первая фотолитография: формирование активных областей, в которых далее формируются транзисторы, резисторы и специальные конденсаторы.
Активными областями являются области с не вытравленным нитридом и оксидом.

1. Ионное легирование бором вскрытых областей монокристаллического кремния для исключения паразитных каналов поверхностной проводимости между активными областями.
2. Локальное окисление кремния для той же цели.
При локальном окислении клин оксида "уходит" под маску нитрида. Величина ухода составляет
0,5…2,0 мкм.
3. Стравливание нитрида кремния и лежащего под ним оксида для вскрытия исходного кремния в активных областях.
4. Выращивание подзатворного оксида
(термическое окисление монокристаллического кремния в сухом кислороде или хлорное окисление).
5. Вторая фотолитография: ионное легирование канала
МДП-транзистора с индуцированным каналом
(бор).
В качестве маски при легировании используется фоторезист, а само легирование производится через подзатворный оксид, обеспечивая при этом пик распределения легирующей примеси у границы раздела "оксид-кремний".
После ионного легирования проводится послеимплантационный отжиг пластин для
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
26
ДП21.2119.002.001.ПЗ

устранения радиационных нарушений, вызванных ионным легированием.
6. Нанесение монокристаллического кремния.
7. Третья фотолитография: травление поликремния для формирования рисунка затворов и поликремниевых межсоединений.
8. Травление оксида в областях, не защищенных поликремнием.
В активных областях оксид стравливается до монокристаллического кремния подложки, т.е. здесь также реализуется технология с "самоформирующимся" затвором.
9. Ионное легирование фосфором.
10. Нанесение фосфоросиликатного стекла для создания межслойной изоляции и оплавление
ФСС.

Четвертая фотолитография контактных окон.
3. Напыление алюминия.
4. Пятая фотолитография: формирование алюминиевых межсоединений.
Вжигание контактов.
5. Нанесение защитного оксида.
6. Шестая фотолитография: формирование окон на контактных площадках.
Литература.
1.Методические указания к курсовому проектированию с применением ЭВМ по курсу
“Микроэлектроника” Г.И.Богдан,Н.П.Логвиненко.-
К.:КПИ, 1990
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
27
ДП21.2126.021.001 ПЗ