Разработка пакета учебно-прикладных программ по диiиплине "Проектирование интегральных микросхем"
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
теграции микросборки, как правило, соответствуют БИС. Однако в отличие от них они не выпускаются как самостоятельные изделия широкого применения, а являются микроэлектронными изделиями частного применения, разрабатываемыми для конкретной МЭА.
1.1.2 Основания выбора конструктивных материалов ППИС
Материал, используемый для изготовления полупроводниковой интегральной микросхемы, должен определяться параметрами, зависящими от свойств материала, а именно: от оптических, термических, термоэлектрических свойств, зонной структуры, ширины запрещённой зоны, положения в ней примесных уровней и т. д.
Немаловажное значение играют электрические свойства материала: тип электропроводности, концентрация носителей заряда и их подвижность, удельное сопротивление, время жизни неосновных носителей заряда и их диффузионная длина.
К основным требованиям, которым должны удовлетворять все материалы, используемые в производстве интегральных МС, относятся:
.стойкость к химическому воздействию окружающей среды;
.монокристаллическая структура;
.однородность распределения;
.устойчивость к химическим реагентам;
.механическая прочность, термостойкость;
.устойчивость к старению и долговечность.
При изготовлении ИМС применение получили кремний, германий, арсенид и фосфид галлия, антимонид индия, карбид кремния (табл. 2). Применение в изготовлении ИМС находят многие из перечисленных ниже соединений, однако наиболее распространённым в этой области является кремний, германий в современном производстве ИМС не используется.
Важным фактором, который должен учитываться при определении возможности применения какого-либо материала или технологического процесса производства ИМС, является его совместимость с другими применяемыми материалами.
Таблица 2. Основные свойства полупроводниковых материалов [5, с.135].
Параметр и единица измеренияПолупроводниковые материалыКремнийГерманийАрсенид галлияАнтимонид индияКарбид кремнияАтомная молекулярная масса28,172,6144,6118,340,1Плотность, г/см-32,.335,325,45,785,32Концентрация атомов тАв10 22, см-354,41,31,44,7Постоянная решетки, нм0,5430,5660,5630,6480,436Температура плавления,С142093712385202700Коэффициент теплопроводности, Вт/(смтАвК)1,20,5860,670,170,084Удельная теплоемкость, Дж/(гтАвК)0,760,310,371,410,62..0,75Подвижность электронов, см2/(ВтАвс)13003800850077000100..150Подвижность дырок, см2/(ВтАвс)470182043570020тАж30Относительная диэлектрическая проводимость121611167Коэффициент диффузии электронов, см2/c33,69822022002,6тАж3,9Коэффициент диффузии дырок, см2/с12,24711,2180,5тАж0,77
Для изготовления полупроводниковых интегральных схем используют в большинстве случаев пластины монокристаллического кремния p- или n- типа проводимости, снабженными эпитаксиальными и так называемыми скрытыми слоями (рис. 1).
Рис.1. Структура элементов полупроводниковой ИС.
Кремний в химическом отношении при комнатной температуре является весьма инертным веществом - не растворяется в воде и не реагирует со многими кислотами в любых количествах, устойчив на воздухе даже при температуре 900С, при повышении температуры - окисляется с образованием двуокиси кремния. Вообще, при нагревании кремний легко реагирует с галогенами, хорошо растворим во многих расплавах металлов.
Далее в качестве подложки будет рассматриваться кремний, у которого следующие преимущества перед германием:
.Большая ширина запрещённой зоны, что даёт возможность создавать резисторы с большими номинальными значениями;
.Более высокие рабочая температура и удельные нагрузки;
.Транзисторы работают при значительно больших напряжениях;
.Меньшие токи утечки в p-n переходах;
.Более устойчивая к загрязнениям поверхность;
.Плёнка двуокиси кремния, созданная на его поверхности, имеет коэффициенты диффузии примесей значительно меньше, чем сам кремний. [5, с.144-156].
После выбора материала подложки приступают к выбору материала примесей. Здесь важнейшим критерием является необходимый тип проводимости полупроводникового материала, после легирования. В качестве легирующих примесей, с помощью которых изменяют проводимость исходного материала пластины, применяют соединения бора, сурьмы, фосфора, алюминия, галлия, индия, мышьяка, золота. Применяемые материалы должны обладать очень высокой чистотой: содержание примесей в большинстве материалов, используемых при изготовлении полупроводниковых микросхем, не должно превышать 10-5...10-9 частей основного материала.
В таблице 3 описаны материалы, используемые в качестве примесей. Важными параметрами примесей является предельная растворимость полупроводника и температура, при которой производят процесс легирования.
Таблица 3. Наиболее распространенные примеси в полупроводниках [3, с. 318].
ПолупроводникНейтральные примесиДонорыАкцепторыПримеси, создающие глубокие уровниКремнийH, N, C, Ge, Sn, Pb, ArP, As, Sb, LiB, Al, Ga, InCu, Au, Zn, Mn, Fe, S, NiГерманийH, N, C, Ge, Sn, Pb, ArP, As, Sb, LiB, Al, Ga, InCu, Ag, Au, Zn, Cd, Mn, Ni, Fe, S, Se, TeАрсенид галлияH, N, B, Al, In, P, SbSi, Sn, Te, S, SeZn, Cd, Be, LiCr, Fe, V, Ni, Mg, Au, Ge, Mn, AgФосфид галлияH, N, B, Al, In, As, SbSi, Sn, Te, S, SeBe, Mg, Zn, Cd, CCu, O, Ge, Co, Fe, Cr, Mn
Изменяя определенным образом концентрацию примесей в различных частях монокристаллической полупроводниковой пластины, можно получить многослойную структуру, воспроизводящую заданную электрическую функцию и до известной степени эквивалентную обычному дискретному резистору, диоду или транзистору.
Далее при рассмотрении характеристик диффузионных резисторов в качестве акцепторной примеси рассма