Расчет геометрических размеров резисторов и разработка топологии интегральных микросхем

курсовая работа

2.2 Краткая характеристика полупроводниковых интегральных микросхем

Полупроводниковые ИС. В настоящее время различают два класса полупроводниковых ИС: биполярные ИС и МДП МС. Сочетание биполярных и МДП-транзисторов на одном кристалле является особым случаем.

Технология полупроводниковых ИС обоих классов основана на легировании полупроводниковой (кремниевой) пластины поочередно донорными и акцепторными примесями, в результате чего под поверхностью образуются тонкие слон с разным типом проводимости и р--n-переходы на границах слоев. Отдельные слои используются в качестве резисторов, а р--n-переходы -- в диодных и транзисторных структурах.

Легирование пластины приходится осуществлять л о к а л ь н о, т. е. на отдельных участках, разделенных достаточно большими расстояниями1*. Локальное легирование осуществляется с помощью специальных масок с отверстиями, через которые атомы примеси проникают в пластину на нужных участках, При изготовлении полупроводниковых ИС роль маски обычно играет пленка двуокиси кремния SiO2, покрывающая поверхность кремниевой пластины. В.этой пленке специальными методами гравируется необходимая совокупность отверстий или, как говорят, необходимый рисунок (рис. 8). Отверстия в масках, в частности и окисной пленке, называют окнами.

Теперь кратко охарактеризуем составные части (элементы) двух основных классов полупроводниковых ИС.

Рис 8, Окисная маска с окнами дли локального легирования

Основным элементом биполярных ИС является п--р--п-транзистор: на его изготовление ориентируется весь технологический цикл. Все другие элементы должны изготавливаться, по возможности, одновременно с этим транзистором, без дополнительных технологических операннй. Так, резисторы изготавливаются одновременно с базовым слоем п--р--транзистора и поэтому имеют ту же глубину, что и базовый слой. В качестве конденсаторов используются обратносмещенные р--n-переходы, в которых слои соответствуют коллекторному слою п--р--n-транзнстора, и слою р-- базовому.

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 биполярной ИС необходимо тем или иным способом изолировать друг от друга с тем, чтобы они не взаимодействовали через кристалл. Методы изоляции элементов рассматриваются Элементы МДП ИС не нуждаются в специальной изоляции друг от друга, так как взаимодействие между смежными МДП-транзисторами не имеет места и их можно располагать на минимальном расстоянии друг от друга. В этом одно из главных преимуществ МДП ИС но сравнению с биполярным.

Характерная особенность полупроводниковых ИС состоит в том, что среди их элементов отсутствуют катушки индуктивности и тем более трансформаторы. Эго объясняется тем. Чти до сих пор не удалось использовать в твердом теле какое-либо физические явление, эквивалентное электромагнитной индукции. Поэтому при разработке ИС стараются реализовать необходимую функцию без использования индуктивности, что в большинстве случаев удается. Если же катушка индуктивности или трансформатор принципиально необходимы, их приходится использовать в виде навесных компонентов.

Размеры кристаллов у современных полупроводниковых ИС лежат в пределах от 1,5 X 1,5 мм до б X 6 мм. Чем больше площадь кристалла, тем боле* сложную, более многоэлементную ИС можно на нем разместить. При одной н той же площади кристалла можно увеличить количество элементов, уменьшая их размеры и расстояния между ними.

Функциональную сложность ИС принято характеризовать степенью интеграции, т. е, количеством элементов (чаще всего транзисторов) ни. кристалле. В 1978--1979 гг. максимальная степень интеграции составляла (5--6) * 104 элементов на кристалле. Повышение степени интеграции (а вместе с нею и сложности функций, выполняемых ИС) -- одна из главных тенденций в микроэлектронике.

Кроме степени интеграции, используют еще такой показатель, как плотность упаковки -- количество элементов (чаще всего транзисторов) на единицу площади кристалла, Этот показатель, который характеризует главным образом уровень технологии, в настоящее время составляет до 500--1000 элементов/мм.

Делись добром ;)