Разработка конструкции и технологии изготовления полупроводниковой микросхемы низкочастотного усилителя телефонного

В качестве материала для разводки и контактных площадок будем применять  алюминий, который обладает хорошей  адгезией к кремнию и его оксиду, хорошей электропроводностью,  легко  наносится  на поверхность интегральной микросхемы в виде тонкой пленки. При изготовлении  внешних выводов будем применять золотую проволоку.

Таблица 2.2 - Конструктивно – технологические характеристики некоторых корпусов ИС [3, стр. 301].

Условное обозначение корпуса	Вариант исполнения	Масса, г	Размеры корпуса, мм	Размеры монтажной площадки, мм
1202.14(151.14-1)	МС	1,6	19,5*14,5*4,9	16*8
1203.15(151.15-1)	МС	2	19,5*14,5*5	17*8.3
1203.15(151.15-3)	МС	1,6	19,5*14,5*4	5.6*6.2
2103.8(201.8-1)	МК	1,8	19*7,8*3,2	5*3
2102.14(201.14-2)	П	1,2	19*7,2*3,2	5*3
2102.14(201.14-8)	К	1,55	19,5*7,2*5,5	5*3
2103.16(201.16-8)	К	1,6	19*7,2*3,2	5*3
2204.48(244.48-1)	К	4,15	31*16,5*4	8*8
3101.8(301.8-2)	МС	1,3	9,5; H=4.6		3*3
3107.12(301.12-1)	МС	3	9,5; H=4.6		3*3
4110.16(402.16-1)	МК	1	12*9.5*2.5		5.5*3.5
4122.40-2	МК	3	25.75*12.75*3		6.2*5.2

 

Примечание: К – керамический, МК – металлокерамический, МС –

    металлостеклянный, П – пластмассовый

 

Основные виды фоторезистов, которые используются в фотолитографии, представлены в таблице 2.3

 

Таблица 2.3  -  Характеристики  фоторезистов

Марка фоторезиста	Разрешающая способность при толщине  слоя 1 мкм	Кислотостойкость по плотности дефектов, мм-2, не более	Стойкость к проявителю, с	Кинематическая вязкость в состоянии  поставки при 20°С
ФП-333	500	0,2	180	6
ФП-334	400	0,2	600	4,5
ФП-383	400	0,2	180	6…2,5
ФП-РН-7	400	0,2	40	2…2,5

 

 

Продолжение таблицы 2.3

ФП-617	500	0,05	30	21…26
ФП-617П	500	0,005	40	8…15
ФП-626	500	0,005	30	20,5…25,5
ФН-106	200	0,4	-	7
ФН-108	400	0,25	-	3,5

Травление осуществляется химическими  веществами, которые представлены в  таблице 2.3

Таблица 2.3 - Основные кислотные травители для кремния

Тип травителя	Обьемный состав		Применение	Время травления
СР-8	HNO3:HF=2:1	Химическое полирование		1…2 мин
СР-4А	HNO3:HF: :CH2COOH=5:3:5	Химическое полирование и выявление  границ p-n-переходов		2…3 мин
Травитель Уайта	HNO3:HF=3:1	Химическое полирование плоскостей		15 с
Травитель Деша	HNO3:HF: :CH2COOH=3:1:8	Медленное химическое полирование любых плоскостей		1…16 ч

Для фоторезиста выберем марку ФН-108.

В качестве материала для корпуса  выберем пластмассу.

Для резки подложек используют алмазные диски с внешней режущей кромкой, если необходима невысокая точность, либо алмазный резец. Алмазным резцом подложки не режут, а лишь наносят  углубления, после чего, зажав подложку между двумя резиновыми валиками, ее ломают.

 

 

3 Конструктивные расчеты элементов  ИМС

3.1 Расчет параметров транзисторов

Исходные  параметры n-p-n транзистора приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1- Исходные параметры n-p-n транзистора

Наименование параметра	Значение	Единица измерения
hб –глубина залегания р-n перехода база-коллектор	1.9	мкм
hэ - глубина залегания эмиттерного р-n перехода	0.9	мкм
hк- толщина коллекторной области	6	мкм
- концентрация донорной примеси в эмиттерной области на поверхности	0.6*1021
- концентрация донорной примеси в эмиттерной области у эмиттерного перехода	0.5*1018
- поверхностная концентрация  акцепторов в базе	0.6*1019
- концентрация донорной примеси в коллекторе	0.3 *1017
- удельное объемное сопротивление  коллекторной области	1	Ом∙см
- удельное поверхностное  сопротивление пассивной области  базы	175	Ом/ð
- удельное поверхностное  сопротивление активной области  базы	1	кОм/ð
- диффузионная длина дырок  в эмиттере	33.6	мкм
- коэффициент диффузии  дырок в эмиттере	33.6
- диффузионная длина электронов  в базе	10	мкм
- коэффициент диффузии  электронов в базе	12.2
- диффузионная длина дырок  в коллекторе	1	мкм
- коэффициент диффузии  дырок в коллекторе	20
- концентрация носителей  зарядов в собственном полупроводнике	1.5*10^10
- относительная диэлектрическая  проницаемость полупроводника	11.7	-
- температурный потенциал	0.026	мВ

 

Рассчитываем параметры транзистора типа n-p-n:

1. Расчет параметров L_a, L_д, K_x, U_кбмах, U_эбмах, U_кэмах, В_N.
2. Синтез топологии: определение размеров Z_э, R_б, Z_б, S_э, S_б
3. Расчет параметров B_I,C_кб, С_эб, I_э0, I_к0, r_б, r_к

Параметры L_a, L_д, K_x вычисляются по следующим формулам:

   (3.1.1)

                       (3.1.2)

      (3.1.3)

Подставляя  значения для n-p-n транзистора, получаем:

(мкм);

(мкм);

 

(мкм^-1)

Нормальный  коэффициент передачи транзистора  согласно формулам:

  ;       (3.1.4)

   ;                          (3.1.5)

- коэффициент переноса;            (3.1.6)

- коэффициент инжекции эмиттерного перехода.        (3.1.7)

Подставляя  соответствующие значения, получаем:

;

;

  Для n-p-n транзистора имеем:

     

 

Напряжения  пробоя переходов транзистора определяются по формулам:

                 (3.1.8)

           (3.1.9)

         ,    (3.1.10)

где   и определяются как:

                                   (3.1.11)

                           (3.1.12)

Для n-p-n транзистора:

;

;

(В)

   (В)

(В)

Найдем  ток эмиттера:

                                                                                          (3.1.13)

Для n-p-n транзистора:

(А)

 

Далее определяем размеры областей транзистора. Ширина эмиттера устанавливается равной Re = 3Δ, а базы Rb = 7Δ , величина Δ выбирается из промежутка (3…4) мкм, пусть Δ=4мкм. Длина эмиттера и базы вычисляются по формулам:

                                                                                     (3.1.14)

                                                                                       (3.1.15)

Для n-p-n транзистора:

 

                                (мкм)

                               (мкм)

 

Затем рассчитываются инверсный коэффициент  передачи, емкости переходов и  входные токи покоя, а также омические  сопротивления областей транзистора.

 Инверсный коэффициент передачи  вычисляется по формуле:

         (3.1.16)

где - площадь эмиттера, - площадь базы.

Так как наш транзистор является одноэмиттерным, то М=1.

Для n-p-n транзистора имеем:

Емкости переходов  в зависимости от приложенного напряжения вычисляются по формулам:

                                               (3.1.17)

                             (3.1.18)

 

Входные токи покоя для эмиттерной и коллекторной областей транзистора вычисляются по формулам:    

                  (3.1.19)

  3.1.20)

 

Для n-p-n транзистора имеем:

      

                          

Определяем  значения омических сопротивлений базовой и коллекторной областей транзистора, которые вычисляются по формулам:

 

                                           (3.1.21)

.                                       (3.1.22)

 

  Подставив значения, для n-p-n транзистора имеем:

                                      r_б=10.82 Ом

                                      r_к=82.14 Ом

В таблице 3.1.2 представлены топологические размеры n-p-n и p-n-p транзисторов.

 

Таблица 3.1.2 – Основные размеры биполярных n-p-n и p-n-p транзисторов

Параметр	Область
	n-p-n		p-n-p
	Эмиттер	База	Эмиттер	Коллектор
Длина, мкм	55	63	55	79
Ширина, мкм	12	28	12	44
Площадь, мкм2	660	1764	660	3476

 

Вид топологии  транзисторов n-p-n и p-n-p представлены на рисунках 3.1.1 и 3.1.2 .

 

Рисунок 3.1.1   Топологические размеры n-p-n транзистора

 

Таблица 3.1.2- Рассчитанные параметры  n-p-n транзистора

Наименование параметра	Значение	Единица измерения
- коэффициент передачи		-
- коэффициент инжекции эмиттерного  перехода		-
		см-1
- коэффициент переноса		-
- диффузионная длина акцепторов	3.554e-005	см
- диффузионная длина доноров	1.269e-005	см
- ширина базы	1e-005	см
- инверсный  коэффициент передачи	0.689	-
- ширина эмиттера	12	мкм
- длина эмиттера	52	мкм
- площадь эмиттера	672	мкм2
- ширина базы	28	мкм
- длина базы	64	мкм
- площадь базы	1792	мкм2
- обратный ток эмиттера	3.44e-012	А
-обратный ток коллектора	6.572e-010	A
	0.754	-
	0.901	-
- температурный потенциал	0.026	-
- емкость перехода коллектор-база	1.8e-013	Ф
- емкость перехода эмиттер-база	2.966e-013	Ф