Математическое моделирование технологического процесса изготовления ТТЛ-инвертора (146013)

Посмотреть архив целиком

22



Министерство образования Российской Федерации


Новгородский государственный университет

имени Ярослава Мудрого



Кафедра физики твёрдого тела и микроэлектроники










Математическое моделирование технологического процесса изготовления ТТЛ-инвертора


Курсовая работа по дисциплине:

Математическое моделирование технологических процессов полупроводниковых приборов и ИМС





Принял:

доцент кафедры ФТТМ

___________ Б.М. Шишлянников

_____” _________ 2000 г.

доцент кафедры ФТТМ

___________ В.Н. Петров

_____” _________ 2000 г

Выполнил:

Студент гр. 6031

___________ Д.С. Бобров

_____” _________ 2000 г.





Великий Новгород

2000

Техническое задание


1 Предложить топологический вариант и представить режим технологического процесса изготовления биполярной структуры интегральной схемы полагая, что локальное легирование производиться методом диффузии.

2 Представить распределение примесей в отдельных областях структуры. Процессы сегрегации примеси при окислении можно не учитывать.

3 Рассчитать параметры модели биполярного транзистора, исходя из значений слоевых сопротивлений и толщины слоев структуры.

4 Рассчитать входные и выходные характеристики биполярного транзистора.

5 Рассчитать основные параметры инвертора, построенного на базе биполярного транзистора (напряжения логических уровней, пороговые напряжения, помехоустойчивость схемы, времена задержки и средний потребляемый ток схемы).

6 Рассчеты провести для номинальных значений режимов процесса диффузионного легирования и для двух крайних значений, определяемых с точностью поддержания температур при легировании области эмиттера Т=1.5 0С.

7 Разрешается аргументированная корректировка параметров технологического процесса или заданных слоев, с тем чтобы получить приемлемые характеристики схемы.


Таблица 1- Исходные данные
Вариант


Эмиттер



База


Коллектор


Примесь

ТДИФ,

0С

ХJe, мкм

Примесь

NS,

см -3

Толщина, мкм

Nb,

см -3

3

мышьяк

1100

0,4

бор

2ּ10 18

0,6

1,5ּ10 16


Содержание


Введение 5

1Расчет режимов технологического процесса и распределение примесей после диффузии 6

1.1 Распределение примесей в базе 6

1.2 Расчет режимов базовой диффузии 6

1.3 Распределение примесей в эмиттере 8

1.4 Расчет режимов эмиттерной диффузии 8

2 Расчет слоевых сопротивлений биполярного транзистора 13

3 Расчет основных параметров инвертора 15

Заключение 18

Список используемой литературы 19


Реферат


Целью данной работы является моделирование технологического процесса изготовления биполярной структуры, затем ТТЛ-инвертора на базе этой структуры. В ходе работы необходимо рассчитать основные параметры схемы.

Пояснительная записка содержит:

-страниц………………………………………………………………..20;

-рисунков………………………………………………………………..4;

-таблиц…………………………………………………………………..3;

-приложений…………………………………………………………...10.




Введение


Развитие микроэлектроники и создание новых БИС и СБИС требует новых методов автоматизированного проектирования, основой которого является математическое моделирование всех этапов разработки микросхемы.

Необходимость внедрения гибких систем автоматизированного проектирования очевидна, поскольку проектирование микросхем сложный и длительный процесс. В настоящее время используется сквозное моделирование микросхем, которое включает в себя расчет и анализ характеристик и параметров на следующих уровнях:

-технологическом;

-физико-топологическом;

-электрическом;

-функционально-логическом.

В ходе данной работы нам необходимо осуществить сквозное проектирование схемы ТТЛ-инвертора на трех первых уровнях.

Расчеты предусматривается произвести с использование программы расчета параметров модели биполярного транзистора Biptran и программы схемотехнического моделирования PSpice.

1Расчет режимов технологического процесса и распределение примесей после диффузии

1.1 Распределение примесей в базе


Распределение примесей в базе описывается кривой Гаусса и определяется формулой:


, (1)

где: NS- поверхностная концентрация акцепторов;

D- коэффициент диффузии примеси;

t- время диффузии;

- глубина залегания коллекторного p-n перехода.

Поверхностная концентрация определяется по формуле:

, (2)

Из формулы 1 выражаем D2t2:

Тогда имеем следующее выражение для распределения примеси в базе:

, (3)

Результаты расчета распределения примеси в базе приведены в таблице 1, а сама кривая представлена на рисунке 1.


1.2 Расчет режимов базовой диффузии

К основным параметрам диффузионного процесса относят время диффузии и температуру диффузии.


Из выражения 2 найдём произведение D1t1 для первого этапа диффузии (загонки) по формуле:





где

В результате получим:



Коэффициент диффузии примеси определяется из выражения Аррениуса:

, (4)





где =5.1 (для бора) – постоянная диффузии,

=3.7 (для бора) – энергия активации,

k – постоянная Больцмана,

Т – температура процесса диффузии.

Таким образом для бора получаем следующее выражение:





Температуру базовой диффузии при загонке выберем равной 1073К (800С), а при разгонке 1373К (1100С) тогда:



1.3 Распределение примесей в эмиттере


Эмиттерную диффузию ведут в одну стадию и распределение примеси описывается erfc-функцией:


(5)


где - концентрация предельной растворимости мышьяка в кремнии при заданной температуре (1100С);

- глубина залегания эмиттерного p-n перехода.

Диффузия мышьяка идёт в неоднородно легированную базовую область, поэтому расчётная формула усложняется:



(6)





где при 1100С;

.

Подставив эти значения в выражение 6 получим: .

Подставляя это значение в выражение 5 получим распределение мышьяка в эмиттерной области после диффузии. График распределения представлен на рисунке 1.


1.4 Расчет режимов эмиттерной диффузии

Найдём, по аналогии с базовой диффузией, для эмиттерной время и температуру процесса. В данном случае температура процесса задана (1100С) и необходимо найти только время диффузии. Для этого необходимо сначала определить коэффициент диффузии, который находится из выражения 4. Постоянная диффузии D0 энергия активации для фосфора равны 10,5 и 4,08 соответственно. Тогда получаем:






Решив это уравнение получим:

;

t=98мин 33сек.

Так как эмиттерная диффузия проходит при высоких температурах, то она оказывает влияние на диффузию бора в базовой области. Необходимо учитывать это влияние. Учесть эмиттерную диффузию при базовой можно по следующей формуле:

. (7)


Таким образом время разгонки при базовой диффузии с учётом влияния эмиттерной диффузии t2=53мин 44сек.. В таблице 2 представлены все основные параметры диффузионных процессов.


Таблица 2 – Параметры диффузионных процессов


Параметр

Эмиттерная диффузия

Базовая диффузия



Загонка

Разгонка

Dt,

D,

t

98мин 33с

15мин 48с

53мин 44с*



* - время разгонки, представленное в таблице, уже с учётом эмиттерной диффузии







Совмещённое распределение примесей определяется выражением:


(8)


где