Материал: UnEncrypted

провести заміну: l → y і Uc =U (x), розв'язати його відносно х і провести інтегрування.

А.5 ТОПОЛОГІЯ, СХЕМОТЕХНІКА І ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА ІНТЕГРАЛЬНИХ СХЕМ

А.5.1 Вправи для самоперевірки

А.5.1.1 В кремнієву пластину, леговану атомами бору з концентрацією 1015см-3, дифундує миш'як. Процес здійснюють при температурі 1100°С терміном 3 год. Коефіцієнт дифузії = 5·10-14 см2/см: а) отримати вираз,

який описує скінченний розподіл концентрації атомів миш'яку, якщо концентрація домішок на поверхні постійна: = 4·1018 см-3; б) визначити глибину, на якій виникає р-п-перехід. Вказівка: оскільки при температурі 1100°С значення пі = 1016 м-3, то профіль легування відповідає процесу "внутрішньої" дифузії (з необмеженого джерела). На основі властивостей додаткової функції помилок (erfc) із рівності N (x,t)/ N0 = 2,5 10−4 виходить,

А.5.1.2 Здійснюється дифузійне оброблення ділянки кремнію, на якій передбачається розмістити ІС. Для цього на поверхню епітаксійного шару п-

фузійну піч на 1 годину; коефіцієнт дифузії в цій печі D = 3·10-12 cм2/cм. Показати, що функція x = f N (x,t ) , яка описує профіль розподілу

концентрації в глибину кристалу, має вигляд:

1

x= 2,08 10−4 ln 2,72( 10)19 2 ; б) знайти значення хпер – глибину, на якій

N x,t

виникає перехід, тобто де концентрація донорів стає рівною концентрації дифондуючої домішки.

А.5.1.3 а) визначити час, який необхідний для утворення на кремнієвій пластині оксидного шару товщиною 200нм при оксидуванні в атмосфері водяної пари при температурі 900°С. Константи оксидування: А= =5,7·10-1мкм; В=1,9·10-1мкм2/год. Початковий час оксидування τ = 0; б) на кремнієвій пластині, розглянутій в п. а), витравлено вікно для дифузії бору. Потім пластина поміщена на 1,5 год. в атмосферу сухого оксигену при температурі 1200°С. Визначити товщину оксидного шару на вікні, якщо хі= =20 нм, а також товщину шару на поверхні попередньої пластини, якщо хі= =200 нм. Відомо, що при температурі 1200°С константи оксидування: А= =5·10-2мкм; В=4,2·102 мкм2/год.

А.5.1.4 Для виготовлення кремнієвого транзистора типу п-р-п використовується планарно-дифузійна технологія без прихованого шару. Які операції необхідно виконати в рамках даного технологічного циклу? Перерахувати принаймні п'ять послідовних станів. Кремнієва пластина р- типу має товщину 0,127 – 0,152мм і питомий опір 10 Ом·см. Товщина епітаксійного шару 50нм.

А.5.1.5 Визначити опір плівкового резистора і ємність конденсатора при таких умовах: а) плівковий резистор являє собою кремнієву пластину товщиною 0,00254см, рівномірно леговану фосфором з концентрацією 1017см-3 і бором з концентрацією 5·1016см-3. Скористатись тим, що опір

плівки (Ом) Rs = ρl = ρl = ρ , де ρ – питомий опір матеріалу: l – довжина,

S lxi xi

S – площа поперечного перерізу, xi – товщина пластини. Вважати, що =

1300 см2В-1с-1; б) конденсатор, утворений р-п-переходом. Концентрація акцепторів, яка дорівнює 1016см-3, значно менша концентрації донорів. Площа обкладок конденсатора S = 129 мм2. До конденсатора прикладена зворотна напруга 1,5В.

А.5.1.6 Розглядаються три схеми, що реалізують діоди на базі п-р-п транзистора: 1 – колектор з'єднаний з емітером; 2 – колектор з'єднаний з базою; 3 – база з'єднана з емітером; а) отримати формулу, яка описує концентрацію надмірних носіїв при прямому зміщені в залежності від просторової координати; б) знайти відповідний вираз для струму діода IF; в) в якій схемі буде найменший прямий опір, якщо струм IF заданий? г) виясніть в якій схемі накопичений заряд буде найбільшим і яка схема характеризується найбільшою напругою пробою; д) отримати формулу зв'язку між величинами IF та UF, використовуючи модель Еберса-Молла.

А.5.1.7 Існує п-МОН-інвертор. Затвор верхнього транзистора з'єднаний не зі стоком, а з вихідним затискачем; між виходом і "землею" увімкнутий конденсатор Сн ємністю 0,05 пФ. Визначити час зарядки і розрядки цього конденсатора в тому випадку, коли вхідна напруга стрибкоподібно змінюється від 0 до 5В і навпаки.

Вихідні дані:

196

Спрощувальні передумови: а) транзистор VT2 насичений протягом часу зарядки, а транзистор VT1 – протягом всього часу розрядки; б) тривалість перехідних процесів у транзисторах досить мала.

А.5.1.8 У запам'ятовувальному пристрої з плаваючим затвором нижній ізолювальний шар має товщину x1 =10 нм і відносну діелектричну про-

даного приладу, вважаючи, що до затвора прикладена напруга 10В. Розглянути такі випадки: а) t=0,25 мкс; б) t →∞, тобто час достатньо великий, тому густина струму J →0 .

А.5.1.9 Для виготовлення КМОН-приладу використана кремнієва підкладка з помірною концентрацією легуючих домішок (Nd=1015 см-3); область р-типу утворена шляхом імплантації атомів бору, які проникають в підкладку через оксидний шар товщиною 60нм. Енергія атомів 50кеВ, доза імплантації Ф = 103см-3. Вслід за імплантацією проводять дифузію при температурі 1200°С протягом 6 год. Вважаючи, що SiО2 і Si однаково взаємодіють з іонами і що густиною іонного потоку, який уловлюється шаром SiO2, можна знехтувати, вичначити: а) максимальну концентрацію; б) глибину р-області; концентрацію атомів бору [N(x=0)] в кремнії після

а) визначити потенціал на поверхні та глибину збідненого шару, що

відповідає двом електродам, які перебувають під напругами 10 і 20В, відповідно. Вважатие, що напруга плоских зон UПЗ = 0 і заряд, обумовлений сигналом, Q = 0 ; б) повторити розрахунок п. а), вважаючи, що в комірку

ПЗЗ введено 1016 електронів. Вихідні дані: εнε0 = 1,04·10-12 Ф/см; εокε0 = = 3,4·10-13 Ф/см.

Вказівка:

197

4·1018см-3 профіль розподілення домішок відповідає процесу "внутрішньої" дифузії:

ТутN0=4 1018 см-3; t=3г=1,08 104с; =5 10-4 см2/с; (Dt )1/ 2 = 2,32 10−5 .

Тоді N( хл) = 4 108 erfc 4,64x10−5 ;

б) глибину переходу визначаємо з рівняння

А.5.2.2 а) при дифузії атомів бору за гаусівським законом

Значить

N0 = (πDtQ)1/ 2 = 2,72 1019 см−3 ;

198

xпер1/ 2 = 2,81; xпер = 2 2,81(Dt)1/ 2 = 5,85 мкм. 9(Dt)

t = 48,6 хв;

б) знаходимо товщину оксидного шару на вікні з початковою тов-

Знаходимо товщину шару оксиду на попередній плівці при хі = =200нм:

хок= 312 нм.

А.5.2.4 1. Вихідний стан.

2. Епітаксійне нарощування шару п-типу з питомим опором

0,5 Ом·см товщиною 0,254 нм:

3.Нарощування шару SiO2 товщиною 500 нм на епітаксійний шар.

4.Накладка фоторезисту, маскування і витравлення вікон в шарі.

5.Легування акцепторною домішкою шляхом дифузії атомів бору.

6.Нарощування шару SiO2.

7.Повторення операції 4 для підготування базової області.

8.Дифузія бору в базову область.

9.Нарощування шару SiO2.

10.Повторення операції 4 для підготування областей емітера і коле-

ктора.

11.Дифузія донорної домішки.

12.Нарощування шару SiO2.

13.Повторення операції 4 для утворення вікон під контактні площадки.

14.Металізація всієї поверхні вакуумним розпиленням алюмінію.

199