WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 8 |

10) f - гр аничная ч асто та, х ар актер из у ющая п р ед ельн ые ч асто тн ые во змо ж- гр но сти тр ан зи стор а.

О б ласть 1 в ых о д но й ВА Х ( р и с.2.3 ) н азы вает ся а кти вн о й об ла стью р аб о ты тр ан зи стор а, о б ласть 2 - об ласть ю насыщ ения, о б ласть 3 - о б ластью п ро бо я.

Для о б ласти 1 ВА Х запишется ка к Для о б ласти 2 ВА Х о п и сывается у р авн ени ем Зн ач ени е кру тиз ны S д ля об ласти 2 ВА Х Отсюда следует взаимосвязь крутизны (2.8) и нормированной крутизны (2.4):

Из (2.9) следует, что в отличие от нормированной крутизны b крутизна S зави- сит от электрического режима работы транзистора (от Jc). Выражение для ко- эффициента усиления К можно получить, выразив К через крутизну и емкость затвора где е - заряд электрона, а Nд - концентрация донорной примеси в подложке.

Сопротивление канала для области 2 ВАХ Используя понятие S, получим выражение для постоянной времени транзи- стора Зная S, можно вычислить граничную частоту транзистора:

Величина порогового напряжения U0 зависит от материала и толщины подза- творного диэлектрика d, от материала и степени легирования подложки (Nд, для р-канального МДП-транзистора). Эта зависимость показана на рис. 2.5 для наиболее характерного слу чая, когда диэлектриком служит SiO2, а материалом подложки является кремний. Величина порогового напряжения зависит также от кристаллографической ориентации поверхности полу проводниковой пла- стины, в которой выполнен МДП транзистор. Чаще всего используют пластины с ориентацией (100). Именно для этого случая и приведены графики зависимо- сти U0(d, Nд) на рис. 2.5.

При констру ировании МДП транзисторов задаются параметрами S, s или fгp. Далее находят конструкторские параметры транзистора (Z, L, d). Пассивные элементы в МДП - ИС выполняются на базе МДП структур (емкостные и рези- стивные элементы). Такие МДП транзисторы называются нагрузочными, а МДП транзисторы, работающие в активном режиме, являются усилитель- ными приборами и могут быть использованы в качестве ключевых схем.

2.2. Рез исторы на осн ов е МДП тр ан з и стор а В ИМС на основе МДП транзисторов в качестве резисторов обычно исполь- зу ются сами МДП транзисторы. Сопротивление слоев диффу зионных облас- тей в р-канальных транзисторах RS обычно равно 50-150 Ом/, в то время как удельное сопротивление слоев канала составляет десятки килоом на квад- рат. Это позволяет су щественно уменьшить площадь, занимаему ю резисто- ром.

При использовании таких резисторов МДП транзистор включается по схе- ме с общим стоком. На стоке поддерживается напряжение ЕС, а на затво- ре E3 - Различают два случая: |E3-U0 | |ЕС| и |E3-U0 |> |ЕС|. В первом МДП транзистор работает в пологой области ВАХ, во втором в - кру - той. Используя выражения (2.13) и (2.14), b=д0µрZ/(Ldд), (2.14) а также выражение для дифференциального сопротивления транзистора R iна крутом участке R=[b| Uзи-U0-Uсн|]-1 (2.15) i и выражение для сопротивления канала R0при | Uси|<<| Uзи- U0 | R0=[b|U -U0 |]-1 (2.16) зн получаем величины дифференциального сопротивления МДП резистора (Rд):

для пологого участка ВАХ Rдп = L[ZµС0д |U0| (Uси / U0 -1)]-1 (2.17,а) для крутого участка ВАХ Rдп = L[ZµС0д |U0| (Uсн / U0 -1)]-1, (2.17,б) где Е = EЗ-EС.

Для у величения Rд значение L/Z должно находиться в пределах зна- чений (1-10). Из (2.17) видно, что выражение (б) отличается от (а) сдви- гом характеристики при (UС /U0 ) = 0 на величину Е / U0. Из (2.17) также И следует нелинейная зависимость сопротивлений от напряжения. Однако этот недостаток, если он оказывает отрицательное влияние, исправляется схемо- технически.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИМС Разработка топологии ИМС - творческий процесс, и его результаты сущест- венно зависят от индивидуальных способностей разработчика, его навыков и знаний. Сущность работы по созданию топологии ИМС сводится к нахожде- нию такого оптимального варианта взаимного расположения элементов схемы, при котором обеспечиваются высокие показатели эффективности производства и качества ИМС: низкий уровень бракованных изделий, низкая стоимость, ма- териалоемкость, высокая надежность, соответствие получаемых электрических параметров заданным. Приводимые здесь правила проектирования являются обобщением опыта проектирования ИМС на биполярных транзисторах.

К разработке топологии приступают после того, как количество, типы и гео- метрическая форма элементов ИМС определены.

3.1. Правила проектирования изолированных областей Количество и размеры изолированных областей оказывают существенное влияние на характеристики ИМС, поэтому:

1) суммарная площадь изолирующих р-n переходов должна быть минимальной, так как их емкость является паразитной. Минимальные размеры изолированной области определяются геометрическими размерами находящихся в ней элемен- тов и зазорами, которые необходимо выдерживать между краем изолированной области и элементами и между самими элементами, размещенными в одной изолированной области;

2) к изолирующим р-n переходам всегда должно быть приложено напряжение обратного смещения, что практически осуществляется подсоединением под- ложки р-типа, или области разделительной диффузии р-типа, к точке схемы с наиболее отрицательным потенциалом. При этом суммарное обратное напря- жение, приложенное к изолирующему р-n переходу, не должно превышать на- пряжения пробоя;

3) диффузионные резисторы, формируемые на основе базового слоя, можно располагать в одной изолированной области, которая подключается к точке схемы с наибольшим положительным потенциалом. Обычно такой точкой яв- ляется контактная площадка ИМС, на которую подается напряжение смещения от коллекторного источника питания;



4) резисторы на основе эмиттерного и коллекторного слоев следует располагать в отдельных изолированных областях;

5) транзисторы типа n-p-п, коллекторы которых подсоединены непосредственно к источнику питания, целесообразно размещать в одной изолированной области вместе с резисторами;

6) транзисторы типа n-p-п, которые включены по схеме с общим коллектором, можно располагать в одной изолированной области;

7) все другие транзисторы, кроме упомянутых в п. 5 и 6, необходимо распола- гать в отдельных изолированных областях, т. е. все коллекторные области, имеющие различные потенциалы, должны быть изолированы;

8)для уменьшения паразитной емкости между контактными площад ками и подложкой, а также для защиты от короткого замыкания в случае нарушения целостности пленки окисла под ними при приварке проволочных выводов под каждой контактной площадкой создают изолированную область, за исключени- ем контактных площадок с наиболее отрицательным потенциалом;

9) количество изолированных областей для диодов может сильно изменяться в зависимости от типа диодов и способов их включения. Если в качестве диодов используются переходы база - коллектор, то для каждого диода требуется от- дельная изолированная область, так как каждый катод (коллекторная область n-типа) должен иметь отдельный вывод. Если в качестве диодов используются переходы эмиттер - база, то все диоды можно поместить в одной изолирован- ной области. При этом все катоды диодов (эмиттерные области) сформированы отдельно в общем аноде (базовой области ) Аноды диодов с помощью соедини- тельной металлизации закорачивают на изолированную (коллекторную) об- ласть;

10) для диффузионных конденсаторов требуются отдельные изолированные об- ласти. Исключение составляют случаи, когда один из выводов конденсатора является общим с другой изолированной областью;

11) для диффузионных перемычек всегда требуются отдельные изолированные области.

3.2. Правила размещения элементов ИМС на площади кристалла После определения количества изолированных областей приступают к их размещению в нужном порядке, размещению элементов, соединению элемен- тов между собой и с контактными площадками, руководствуясь следующими правилами:

1) при размещении элементов ИМС и выполнении зазоров между ними необхо- димо строго выполнять ограничения, соответствующие типовому технологиче- скому процессу;

2) резисторы, у которых нужно точно выдерживать отношение номин алов, должны иметь одинаковую ширину и конфигурацию и располагаться рядом друг с другом. Это относится и к другим элементам ИМС, у которых требуется обеспечить точное соотношение их характеристик;

3) резисторы с большой мощностью не следует располагать вблизи активных элементов;

4) диффузионные резисторы можно пересекать проводящей дорожкой поверх слоя окисла кремния, покрывающего резистор;

5) форма и место расположения конденсаторов не являются критичными;

6) соединения, используемые для ввода питания, заземления, входной и выход- ной выводы необходимо выполнять в виде широких и коротких полосок, что уменьшает паразитные сопротивления;

7) для улучшения развязки между изолированными областями контакт к под- ложке следует располагать рядом с мощным транзистором или как можно бли- же к входу или выходу схемы;

8) число внешних выводов в схеме, а также порядок расположения и обозначе- ния контактных площадок выводов ИМС на кристалле должны соответствовать выводам корпуса;

9) коммутация в ИМС должна иметь минимальное количество пересечений и минимальную длину проводящих дорожек. Если полностью избежать пересе- чений не удается, их можно осуществить, используя обкладки конденсаторов, формируя дополнительные контакты к коллекторным областям транзисторов, применяя диффузионные перемычки и, наконец, создавая дополнительный слой изоляции между пересекающимися проводниками;

10) первую контактную площадку располагают в нижнем левом углу кристалла и отличают от остальных по ее положению относительно фигур совмещения или заранее оговоренных элементов топологии. Нумерацию остальных кон- тактных площадок проводят против часовой стрелки. Контактные площадки располагают в зависимости от типа выбранного корпуса по периметру кристал- ла или по двум противоположным его сторонам;

И) фигуры совмещения располагают одной-двумя группами на любом свобод- ном месте кристалла;

12) при разработке аналоговых ИМС элементы входных дифференциальных каскадов должны иметь одинако вую топологию и быть одинаково ориентированными в плоскости кристалла. Для уменьшения тепловой связи входные и выходные каскады должны быть максимально удалены, а для уменьшения высокочастотной связи через подложку контакт к ней следует осуществлять в двух точках - вблизи входных и выходных каскадов.

3.3. Рекомендации по разработке эскиза топологии Для обеспечения разработки эскиза топологии рекомендуется с самого нача- ла вычертить принципиальную электрическую схему так, чтобы ее выводы бы- ли расположены в необходимой последовательности. Каждая линия, пересе- кающая резистор на принципиальной электрической схеме, будет соответство- вать металлизированной дорожке, пересекающей диффузионный резистор по окислу на топологической схеме.

На этапе эскизного проектирования топологии необходимо предусмотреть решение следующих задач:





1)расположить как можно большее число резисторов в одной изолированной области;

2) подать наибольший потенциал на изолированную область, где расположены резисторы;

3) подать наиболее отрицательный потенциал на подложку вблизи мощного транзистора выходного каскада;

4) рассредоточить элементы, на которых рассеиваются большие мощности;

5) расположить элементы с наименьшими размерами и с наименьши ми запа- сами на совмещение в центре эскиза топологии;

6) сократить число изолированных областей и уменьшить периметр каждой изолированной области.

На основе эскиза разрабатывают предварительный вариант топологии, ко- торый вычерчивают на миллиметровой бумаге в выбранном масштабе, обыч- но 100:1 или 200:1 (выбирают масштабы, кратные 100). Топологию проекти- руют в прямоугольной системе координат. Каждый элемент топологии пред- ставляет собой замкнутую фигуру со сторонами, состоящими из отрезков прямых линий, параллельных осям координат. Придание элементам форм в виде отрезков прямых линий, не параллельных осям координат, допустимо только в тех случаях, когда это приводит к значительному упрощению формы элемента. Например, если форма элемента состоит из ломаных прямых, со- ставленных в виде «ступенек» с мелким шагом, рекомендуется заменить их одной прямой линией. Координаты всех точек, расположенных в вершинах углов ломаных линий, должны быть кратны шагу координатной сетки.

При вычерчивании чертежа топологии на миллиметровой бумаге принимают минимальный шаг координатной сетки, равный 0,5 мм. Можно выбрать другой шаг, но он должен быть кратным минимальному шагу. Действительный (на кристалле) размер шага координатной сетки зависит от выбранного масштаба топологии.

При вычерчивании общего вида топологии рекомендуется использовать ли- нии разного цвета для различных слоев ИМС: эмиттерного - черный, базового - красный, разделительного (коллекторного) - зеленый, вертикального - черный пунктирный, скрытого - зеленый пунктирный, металлизации - желтый, окна в окисле для контакта к элементам - синий пунктирный, окна в пассивирующем (защитном) окисле - синий сплошной.

В процессе вычерчивания топологии для получения оптимальной компонов- ки возможно изменение геометрии пассивных элементов, например пропор- циональное увеличение длины и ширины резисторов или их многократный из- гиб, позволяющие провести над резистором полоски металлической разводки или получить более плотную упаковку элементов.

При изменении формы пассивных элементов в процессе их размещения про- водят корректировочные расчеты. При проектировании слоя металлизации размеры контактных площадок и проводников следует брать минимально до- пустимыми, а расстояния между ними - максимально возможными.

После выбора расположения элементов и контактных площадок, создания рисунка разводки необходимо разместить на топологии фигуры совмещения, тестовые элементы (транзисторы, резисторы и т. д.- приборы, предназначенные для замера электрических параметров отдельных элементов схемы), реперные знаки. Фигуры совмещения могут иметь любую форму,чаще всего квадрат или крест, причем следует учесть, что на каждом фотошаблоне, кроме первого и по- следнего, имеются две фигуры, расположенные рядом друг с другом. Меньшая фигура предназначена для совмещения с предыдущей технологической опера- цией, а большая - с последующей. На первом фотошаблоне расположена только большая фигура, а на последнем - только меньшая.

При разработке топологии важно получить минимальную площадь кристалла ИМС. При размерах стороны кристалла до 1 мм ее величину выбирают кратной 0,05 мм, а при размерах стороны кристалла 1-2 мм -кратной 0,1мм.

Если после уплотненного размещения всех элементов на кристалле выбран- ного размера осталась незанятая площадь, рекомендуется перейти на меньший размер кристалла. Если этот переход невозможен, то незанятую площадь кри- сталла можно использовать для внесения в топологию изменений, направлен- ных на снижение требований к технологии изготовления полупроводниковой ИМС. Например, можно увеличить размеры контактных площадок и расстоя- ния между контактными площадками, ширину проводников и расстояние меж- ду ними, по возможности выпрямить элементы разводки, резисторы, границы изолированных областей.

В заключение проводят контрольно-проверочные расчеты полученной топо- логии микросхемы, включающие в себя оценку теплового режима и паразит- ных связей.

4. ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ПОЛУ ПРОВОД НИК ОВЫХ ИМС 4.1. Требования к защите интегральных микросхем В процессе хранения и эксплуатации ИМС подвергаются внешним воздейст- виям, которые обусловлены чаще всего изменением температуры или влажно- сти окружающей среды, увеличением или уменьшением атмосферного давления, присутствием активных веществ в окружающей атмосфере, наличием вибраций, ударов и другими факторами. Для защиты микросхем от таких воздействий пре- дусматривается комплекс специальных мер. Наиболее широкое распростране- ние в настоящее время получили два способа защиты микросхем: бескорпус- ная защита и корпусная (с использованием различных типов корпусов).

Выбор конструктивно-технологического варианта исполнения бескорпусной защиты определяется в первую очередь назначением и требованиями, предъ- являемыми к защищаемой микросхеме. Если бескорпусная микросхема вы- пускается в виде самостоятел ьного изделия, то её защита осуществл яется с учетом всего комплекса климатических механических воздействий, преду- смотренных техническими условиями на даннуюсхему.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 8 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.