Разработка конструкции, топологии и технологического процесса изготовления интегральной микросхемы усиления тока индикации кассового аппарата

Основополагающая идея микроэлектроники – конструктивная интеграция элементов схемы – приводит к интеграции конструкторских и технологических решений, при этом главной является задача обеспечения высокой надежности ИМС.

Важнейшей задачей проектирования является разработка быстродействующих и надежных схем, устойчиво работающих при низких уровнях мощности, в условиях сильных паразитных связей (при высоко плотности упаковки) и при ограничениях по точности и стабильности параметров элементов.

При технологическом проектировании синтезируется оптимальная структура технологического процесса обработки и сборки ИМС, позволяющая максимально использовать типовые процессы и обеспечивать минимальные трудоемкость изготовления и себестоимость микросхем.

Разработка конструкции, топологии и технологического процесса ИМС по заданной электрической схеме.

Схема электрическая принципиальная приведена на рис. 1.

Описание работы схемы.

Схема электрическая принципиальная приведена на рис. 1.

Данная схема обеспечивает обработку сигналов, поступающих на вход схемы, и выдачи сигнала на выход. Транзисторы VT1-VT4 обеспечивают усиление по току.

Таблица 1. Номинальные значения элементов

R1	6,8 кОм±5%	R6	6,8 кОм±5%	VT1…VT3= =BC817-25	VT4= =BC807-25	VD1…VD5= =LL4148
R2	6,8 кОм±5%	R7	120 Ом±5%	VT1…VT3= =BC817-25	VT4= =BC807-25	VD1…VD5= =LL4148
R3	6,8 кОм±5%	R8	120 Ом±5%	Uкб=50 В	Uкб=50 В	Uкб=40 В
R4	2 кОм±5%	R9	120 Ом±5%	P=1 Вт	P=1 Вт	P=1 Вт
R5	6,8 кОм±5%	C1	270 пФ±20%	I=20 мА	I=25 мА	I=25 мА

Таблица 2. Назначение выводов

Обозначение	1	2	3	4	5	6	7
Назначение	RX_BC	GND	-12_IN	TX_X	TX	----	RAS_LAP
Обозначение	8	9	10	11	12	13	14
Назначение	+5V	RTS_BC	RX_X	RX	CTS_BC	GTO_BC	BC

Контр. параметры
I5=15 мА	U5=4±0,5 B
I13=10 мА	U13=15±0,5 B

Рис.1 Схема электрическая принципиальная

Расчет режимов изготовления эпитаксиально-планарного транзистора

Расчет концентраций примеси в отдельных областях транзистора

Расчет концентраций примеси в отдельных областях транзистора с учетом заданного пробивного напряжения.

Определяется из соотношения:

- напряжение пробоя перехода.

В/см – критическое значение напряженности поля для кремния.

Кл – заряд электрона.

- относительная диэлектрическая проницаемость (для кремния 12).

Ф/см – абсолютная диэлектрическая проницаемость.

N – концентрация примеси на слаболегированной стороне перехода, которую надо отнести к наиболее опасному сечению, т.е. к поверхности.

Усредненная , если , а .

а) Концентрация примеси на поверхности подложки:

	Uк-п	Uк-б	Uб-э
VT1…VT3	60	50	5

, при Uпр к-п = 60 В

б) Поверхностная концентрация примеси в коллекторе:

, при Uпр к-б = 50 В.

в) Поверхностная концентрация примеси в базе:

, при Uпр б-э = 5 В.

Окончательно:


VT1…VT3

Для дальнейших расчетов выберем транзистор VT5 и примем его за базовый элемент нашей ИМС.

Расчет режимов диффузии базовой области.

При двухстадийной диффузии распределение примеси подсчитывается по закону Гаусса:

где N – концентрация примеси, .

Q – поверхностная концентрация примеси, .

- диффузионная длина.

Учитывая, что коллектор легирован равномерно и зная концентрацию примеси на поверхности базы и под переходом Б-К (на глубине ), можно записать:

1) при Х = 0:

(1)

2) при : (2)

где – коэффициент диффузии на этапе разгонки базы .

– время процесса разгонки базы.

– доза легирования базы .

Из (1) и (2) получим: ;

Задаемся температурой разгонки базы:

Рис. 2. Температурная зависимость коэффициента диффузии: и - исходная и поверхностная концентрация примеси,

Из графика находим , а .

Из (1)

Для этапа загонки примеси в базу можно записать:

, тогда

Примем температуру загонки базы и из графика . мин.

Окончательно: , , , , , мин, мин.

Расчет режимов диффузии эмиттерной области.

Определим концентрацию примеси на уровне перехода Э-Б .

;

; где ; .

Полагая для высоколегированного эмиттера, что , а , то ,т.к. .

Для определения воспользуемся требованием высокой проводимости эмиттера, которая должна иметь удельное поверхностное сопротивление Ом. Примем . Тогда .

Рис. 3. Зависимость удельного сопротивления Si от концентрации примеси при температуре

Из графика приближенно определим концентрацию примеси в эмиттере

Рис. 4. Зависимость подвижности электронов от концентрации доноров в кремнии

Из графика .

Тогда

Поделим на , .

Рис. 5. Графики для определения параметра Dt в эмиттерной области (этап разгонки)

Из графика получим

Концентрация примеси доноров в эмиттере . Пусть ,

Из графиков ,

Отсюда Доза легирования в процессе загонки определяется по формуле Отсюда для процесса загонки примеси в эмиттер (5)

Полагая (6).

При по графику , . Из (6)

Окончательно: ; ; ;

; .

Расчет поверхностного сопротивления областей транзисторов

Для контроля и проектирования диффузионных резисторов необходимо знать величины поверхностных сопротивлений областей транзистора, которые определяются по формуле: .

1) Определим поверхностное сопротивление коллектора: по графику , при

Для равномерно легированного кремния .

2) Определим поверхностное сопротивление базовой области: где - средняя концентрация введенной примеси; при равномерно легированном коллекторе , – подвижность дырок в области базы, – суммарная концентрация примеси на глубине .

Рис. 6. Зависимость подвижности электронов от концентрации доноров в кремнии при

Рис. 7. Зависимость подвижности дырок от концентрации акцепторов в кремнии при

Из графика , тогда ,

3) Определим поверхностное сопротивление эмиттерной области:

;

Для диффузионных областей, где распределение примеси неравномерно по глубине, разность концентраций должна иметь смысл средней концентрации, нескомпенсированной примеси , найденной в пределах . , где – полная концентрация веденной примеси.