Министерство образования и науки Российской Федерации
___________________________________________
Пензенский государственныйуниверситет
______________
Кафедра КИПРА
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине:«Интегрированные устройства радиоэлектроники»
Пенза 2009 год
Содержание
Вопрос 1.
Гибриднаямикросхема содержит пять транзисторных сборок по три транзистора в каждой иодин бескорпусной транзистор. Сколько элементов и сколько компонентов содержиттакая микросхема?
Вопрос 2.
В чём заключаетсяпроцесс термического окисления и с какой целью он проводится?
Вопрос 3.
Что собойпредставляют изолирующие области изопланарного транзистора и каким способом ихсоздают?
Вопрос 1.
Гибриднаямикросхема содержит пять транзисторных сборок по три транзистора в каждой иодин бескорпусной транзистор. Сколько элементов и сколько компонентов содержиттакая микросхема?
Интегральнаямикросхема (микросхема) – это микроэлектронное изделие, выполняющаяопределенную функцию преобразования, обработки сигнала и (или) накоплениеинформации и имеющая высокую плотность упаковки электрически соединенныхэлементов (или элементов и компонентов), которая с точки зрения требования киспытаниям, приёмки, поставки и эксплуатации, рассматривается как единое целое.
Элемент– это часть микросхемы, реализующая функцию электрорадиоэлемента, которая неможет быть выделена как самостоятельное изделие, под электрорадиоэлементомпонимают транзистор, диод, резистор, конденсатор и т.п.
Элементымогут выполнять и более сложные функции, например- логические (логическиеэлементы) или запоминание информации (элементы памяти).
Компонент– это часть микросхемы, реализкющая функцию какого-либо электрорадиоэлемента,которая может быть выделена как самостоятельное изделие.
Компоненты– устанавливаются на подложке микросхемы при выполнении сборочно-монтажныхопераций. К простым компонентам относятся бескорпусные диоды и транзисторы,специальные типы конденсаторов, малогаборитные катушки индуктивности и другие.
Сложныекомпоненты содержат несколько элементов. Например – диодные сборки.
Интегральнымиустройствами радиоэлектроники – называют устройства радиоэлектроники,выполненные в виде интегральных микросхем.
Интегральными– называют электрорадиоэлементы, являющиеся элементами микросхем.
Электрорадиоэлементы,выполненные в отдельном корпусе и предназначенные для установки непосредственнов радиоэлектронную аппаратуру называют – дискретными.
Изделия,выполненные без корпуса и предназначенные для применения в качестве компонентовмикросхемы называют – бескорпусными.
Еслимикросхема содержит пять транзисторных сборок по три транзистора в каждом, тоследовательно пять умножаем на три, получаем пятнадцать элементов.
Бескорпуснойтранзистор не содержит элементов.
Мызнаем, что транзисторная сборка – это компонент. У нас пять транзисторныхсборок, значит пять компонентов.
Бескорпуснойтранзистор это и есть один компонент, следовательно пять плюс один, получаемшесть компонентов.
Ответ:гибридная микросхема, содержащая пять транзисторных сборок по три транзистора вкаждом и один бескорпусной транзистор имеет 15 элементов и 6 компонентов.
Вопрос№2.
В чёмзаключается процесс термического окисления и с какой целью он проводится?
Термическое(высокотемпературное) окисление позволяет получить на поверхности кремневыхпластин плёнку диоксида кремния SiO2. Окислением выполняется в эпитаксиальныхили диффузионных установках, пропуская над поверхностью пластины кислород,водяной пар или их смесь (влажный кислород) при температуре Т= 1000…1300 оС.
Плёнка SiO2 прозрачна и имеетблестящую стеклянную поверхность и при толщине в десячтые доли мкм, кажетсяокрашенный в следствии интерференции света отраженного от её поверхности иповерхности кремния, по этой окраске можно приблизительно определить еётолщину.
Например:зелёный цвет соответствует толщине 0,27 мкм.
Диоксидкремния и кремний имеют близкий коэффициент расширения, благодаря чему непроисходит механических повреждений плёнки при изменении температуры.
Диэлектрическаяпроницаемость SiO2 составляет 0,3 пф/см, а электрическая прочность 600В/мкм. В плёнке SiO2 в близи границы раздела с кремниемсуществует положительный заряд, образованный ионами Si, он называется –фиксированный поверхностный заряд.
Слой SiO2 защищаетповерхность кремния от проникновения посторонних химических веществ и влаги.
Основноеназначение плёнок двуокиси кремния (SiO2) в планарнойтехнологии ИС состоит в их маскирующих и защитных функциях. Поскольку плёнки SiO2 располагаютсянепосредственно на поверхности кремния, для их создания можно использоватьметод реактивной диффузии в кремний кислорода или паров воды. В результате этойдиффузии, проводимой при высоких температурах, и химических реакций окисленияна поверхности кремния образуется плёнка SiO2. Метод получилназвание термического окисления кремния.
Скоростьокисления соответствует двум законам: линейному для более тонких плёнок ипараболическому для толстых плёнок.
Длятеоретического обоснования было предложено множество моделей, основанных наобъемной диффузии заряженных частиц или нейтральных пар, а также эффектахтуннелирования электронов, кинетике адсорбции, образования пространственногозаряда, изменении граничных концентраций диффундирующих частиц в зависимости оттолщины пленки и многих других.
Однимиз приборов, в которых используются сверхтонкие слои двуокиси кремния толщиной2 — 5 нм являются энергонезависимые элементы памяти. Обычно для этих целей вприменяется многослойная структура металл — нитрид кремния — двуокись кремния — кремний (МНОП транзистор). SiO2 в данной системе позволяет произвестиконтролируемую инжекцию заряда в нитрид кремния при подаче высокого потенциалана затвор транзистора (цикл записи или стирания информации) и препятствуетрастеканию этого заряда в отсутствии потенциала на затворе (хранениеинформации).
Толстыеокисные пленки получают, как правило, во влажной атмосфере при повышенномдавлении. По своим свойствам они более пористые, имеют меньшие значениянапряженности пробоя. Такие пленки используются в биполярной технологии длясоздания окисной изоляции и в МОП технологии — для выращивания толстыхизолирующих слоев. Верхний предел по толщине для термического окисления составляет1-2 мкм. Пленку такой толщины получают при давлении 2*106 Па приокислении в парах воды и температуре 900 ºС в течение 1 — 2 часов.
Основнымиконтролируемыми параметрами пленок являются: коэффициент преломления,химический состав пленки, пористость, плотность, скорость травления,напряженность поля пробоя.
Характеристикамиплёнок SiO2 являются: удельное сопротивление, напряжённость поляпробоя (электрическая прочность). Маскирующие свойства определяютсякоэффициентом диффузии основных донорных и акцепторных примесей в SiO2 и Si.
Толщинуплёнок SiO2 обычно определяют цветовым методом. При освещениипластины кремния с плёнкой SiO2 на поверхности равномерным нормальнопадающим белым светом окраска плёнки создаётся той частью спектра излучения,которая не ослабляется при интерференции.
Процесстермического окисления включает в себя диффузию окислителя из газовой среды кповерхности подложки – поток F1, диффузию окислителя через уже выросшийслой SiO2 – поток F2 – и химическую реакцию на границе раздела SiO2-Si — поток F3. В стационарномсостоянии обеспечивается равенство этих потоков.
Вопрос№3.
Чтособой представляют изолирующие области изопланарного транзистора и какимспособом их создают?
Основнымиметодом изоляции элемента современных биполярных микросхем является – методкомбинированной изоляции, сочетающий изоляцию диэлектриком (диоксидом кремния)и р-n – переходом, смещенном в обратном направлении.
Существуетбольшое количество разновидностей биполярных микросхем с изолирующей изоляцией.
Широкоераспространение получили микросхемы, создаваемые по изопланарной технологии.
Последовательность формирования эпитаксиально-планарнойструктуры:
а—исходная пластина; б—стравливание окисла, подготовкаповерхности; в—эпитаксиальное наращивание n-слоя,окисление поверхности; г—вскрытие окон в окисле под изолирующую(разделительную) диффузию примеси; д — диффузия акцепторной примеси, окислениеповерхности; е — готовая структура после формирования диффузионных базовых иэмиттерных областей, а также получения межсоединений.
/>
Рис. 1.
Чтобы получить простейшую эпитаксиально-планарную структуру,в качестве исходной заготовки используют монокристаллическую пластину кремния,равномерно легированную акцепторной примесью. Для нанесения эпитаксиальногослоя на одну из сторон пластины ее освобождают от окисла и тщательно очищают(рис.1), после чего проводят осаждение монокристаллического слоя кремния n-типа. Далее поверхность пластиныокисляют и методом фотолитографии вскрывают окна в виде узких замкнутыхдорожек, соответствующих контуру коллекторных и изолирующих областей ПМС.Проводя через окна диффузию акцепторной примеси до смыкания ее с р-областью,получают таким образом изолированные друг от друга островки равномерно легированногоэпитаксиального n-кремния. Рассмотренныйпроцесс диффузии называют изолирующей или разделительной диффузией. Вполученной на данной стадии заготовке (рис.1, д) в дальнейшем формируют базовыеи эмиттерные области (диффузионным методом), а также контакты и межсоединения.
Последовательностьформирования изолированных областей в изопланарной структуре:
/>
Рис.2.
а—пластина с эпитаксиальным и скрытым слоями; б — нанесениеслоя нитрида кремния;
в — избирательное травление нитрида кремния по контурубудущих элементов; г — глубокое окисление кремния; д — стравливание нитрида кремнияи окисление поверхности;
е—готовая структура после формирования базовых и эмиттерныхобластей а также межсоединений.
На рис.2, е представлена изопланарная структура транзистора,в которой донная часть 2 коллектора изолирована от монокристаллической пластиныр-n-переходом, а боковая 1— толстым слоемокисла, полученным сквозным локальным окислением эпитаксиального слоя.
Начальные стадии процесса получения изопланарной структурыследующие (рис.2). На поверхность пластины, содержащей эпитаксиальные n+ — и n-слои, осаждают (из газовой фазы) слойнитрида кремния Si3N4. Методомфотолитографии в этом слое образуют защитную маску с окнами по контуруколлекторных областей. В процессе окисления нитридная маска сохраняется. Затемее стравливают и всю поверхность окисляют. Далее проводят диффузию дляформирования базы и эмиттера, формируют контактные окна и межсоединения.