Материал: Методические указания к лабораторным работам № 1-4 «Проектирование топологии ИМС» по дисциплинам «Микро- и нанотехнологии производства электронных средств». Бадаев А.С., Борисов В.И

2.2. Задание №2

Ознакомиться с конструкцией, технологией изготовления и параметрами ионно-легированных резисторов и резисторов на основе пленок поликремния (ППК). В заготовку отчета занести конструкцию и топологию этих резисторов.

Методические указания по выполнению второго задания

Для выполнения задания следует изучить материал /1, с.261-263; 3, с.68-69/.

В последнее время все большее распространение получают ионно-легированные резисторы, которые в отличие от ДР получаются не диффузией, а локальной ионной имплантацией примеси.

Структура ионно-легированного резистора такая же, как ДР (рис. 3), но глубина имплантированного р-слоя значительно меньше глубины базового слоя и составляет всего 0,2-0,3 мкм. Кроме того, ионная имплантация позволяет обеспечить сколь угодно малую концентрацию примеси в слое. Оба фактора спо­собствуют получению высоких удельных сопротивлений слоя – до 10-20 кОм/□. При этом номиналы сопротивлений могут составлять сотни килоом. ТКС меньше, чем у ДР, и лежит в пределах 3-5%/°С, а разброс сопро­тивлений не превышает ± (5-10)%.

Рис. 3. Ионно-легированный резистор

Поскольку толщина им­плантированного слоя мала, к нему трудно осуще­ствить омические контак­ты. Поэтому по краям резистивного слоя на этапе базовой диффузии осуществля­ют узкие диффузионные р-слои, к которым омический контакт осуществляется обыч­ным способом.

В совмещенных микросхемах поверх слоя защитного диэлектрика могут быть сформированы тонкопленочные резисторы. По сравнению с полупроводниковыми они имеют следующие преимущества: более высокие значения граничной частоты, меньшие значения паразитных параметров, более высокая точность изготовле­ния, низкий ТКС. Высокоомные резисторы могут быть получены на основе ППК. Нелигированные пленки поликристаллического кремния могут давать удельное сопротивление 10 Ом/□, но номиналы сформированных на их основе резисторов обычно невоспроизводимы. Удельное сопротивление ППК можно уменьшить легированием, однако оно в сильной степени зависит от уровня их легирования и размера зерна поликремния. Таким образом, резисторы из поликремния пригодны только для схем, где допустим высокий разброс сопротивлений.

Температурный коэффициент этих резисторов довольно высок, И в отличие от ионно-легированных резисторов может быть отрицательным. Резисторы на основе ППК позволяют получать высокоомные нагрузки на очень малой площади (по сравнению с ре­зисторами, получаемыми ионной имплантацией). Эти резисторы тех­нологически очень удобны для схем с поликремниевыми электрода­ми транзисторов.

3. Вопросы к домашнему заданию

1. Какие резисторы называют полупроводниковыми интегральными резисторами? Назовите их типы.

2. Приведите конструкции и топологии диффузионных резисторов.

3. Какова технология изготовления диффузионных резисторов? Назовите их основные параметры.

4. Что такое пинч-резисторы? В каких случаях они используются и как формируются?

5. Приведите конструкцию, топологию и параметры пинч-резисторов.

6. Назовите недостатки пинч-резисторов.

7. По какой технологии получают ионно-легированные резисторы? В чем заключаются их особенности?

8. Каковы конструкция, топология и характеристики ионно-легированных резисторов?

9. Что представляют собой резисторы на основе ППК? Каковы их особенности?

10. В чем заключаются недостатки ППК-резисторов и где целесообразно их применять?

4. Лабораторные задания и Методические указания по их выполнению

4.1. Задание №1

Рассчитать топологические параметры резистора интегральной микросхемы, для последующего топологического проектирования. Топологические параметры резистора это длинна (L) и ширина (W).

Общее сопротивление резистора можно выразить следующим соотношением:

, (1)

где  — среднее, удельное сопротив­ление; L — эффективная длина резистора; S—площадь его поперечного сечения, равная ширине резистора W, умноженной на глубину перехода х_р.

В диффузионных резисторах из-за неоднородного распределения примесей трудно аналитическим способом определить среднее удельное сопротивление. В литературе приводятся подробные таблицы значений ρ для различных профилей распределения примесей и концентраций.

При практических расчетах резистора наиболее подходящим параметром является сопротивление слоя _СЛ (слой поликремния), которое можно определить как

. (2)

Сопротивление слоя выражается в Омах и равно сопротивлению единичного квадрата данного материала. Поэтому эту размерность принято выражать как Ом/квадрат.

Поскольку  и х_р — величины, определенные диффузионными профилями транзистора, _СЛ автоматически становится конструктивным параметром резистора, связанным с диффузионным режимом, для данной библиотеки gpdk090 _СЛ = 100 Ом.

Для данной величины _СЛ общее значе­ние R можно выразить следующим образом:

. (3)

Сопротивление _СЛ имеет положительный температурный коэффициент из-за уменьшения подвижности носителей с увеличением температуры. Размеры L и W представлены в нанометрах. Обычно у резисторов длинна во много раз больше ширины.

4.2. Задание №2

Спроектировать топологию резистора ИМС в САПР Cadence Virtuoso (Рис. 4), определить его длину и ширину по формуле 3.

Для выполнение данного лабораторного задания нам необходимы следующие слои: основной слой резистора (POLY), слой метала (MET1). Для проектирования откроем редактор топологий в Cadence Virtuoso.

Далее создадим новую ячейку (Cell) в Library Manager (Library Manager→New → Cell View). Важно помнить, что при работе с топологией, необходимо создавать ячейку в режиме топологии (layout). В окне LSW (окно работы со слоями) выберем нужный нам слой поликремний (POLY) и начертим нужный нам размером прямоугольник.

Рис. 4. Топология резистора ИМС

Для того, что бы определить размеры объектов в редакторе топологий Virtuoso необходимо использовать фунцию Ruler, для этого в меню Tools выбрать Create Ruler. Ruler – это измерительная функция в САПР Cadence Virtuoso.

Для создание прямоугольных фигур используется функция Rectonagle, чтобы воспользоваться данной функции необходимо в меню Create выбрать Share→Rectongle.

Варианты лабораторного задания представлены в таблице

5. Указания по оформлению отчета

Отчет оформляется в виде пояснительной записки на листах формата А4 (210 × 297 мм). Необходимо дома подготовить заготовку отчета по всей работе. Заготовка отчета должна содержать номер, цель и содержание работы, все пункты домашних заданий и результаты их выполнения все пункты лабораторных заданий и свободное место для их выполнения. Дополнительно в отчете необходимо сделать выводы по результатам проделанной работы. Рисунки и графики выполнять на отдельных листах А4, на которых, если позволяет место, может быть размещено по несколько рисунков. Рисунки вкладывать в отчет после первой ссылки по тексту.

6. Контрольные вопросы к лабораторным заданиям

1. Как можно рассчитать сопротивление резистора, зная его длину и ширину?

2. Из каких слоев состоит резистор в топологии кристалла?

3. Чему равно _СЛ в библиотеки gpdk090?

4. Для чего используют функцию Ruler?

5. Какой алгоритм проектирования топологии резистора?

Библиографический список

1. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: учеб. пособие / И.П. Степаненко. 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001г. – 487с.

2. Ефимов И.Е. Основы микроэлектроники: учебник / И.Е. Ефимов, И.Я. Козырь. 3-е изд. стер. – СПб.: «Лань», 2008. – 384с.

3. Коледов Л.А. Технология и конструкция микросхем, микропроцессоров и микросборок: учеб. пособие / Л.А. Коледов. 3-е изд. стер. – СПб.: «Лань», 2009. – 400с.

4. Рубаи. Цифровые Интегральные схемы: методология проектирования./ Рубаи, Чандракасан, Николич. 2-е изд.: Пер. с англ. – М.: ООО «И.Д. Вильямс», 2007. – 912 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ

МДП-ТРАНЗИСТОРА

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1. Цель работы

Изучение конструктивно-технологических особенностей МДП-транзисторов и элементов коммутации в МДП-ИМС. Освоение проектирования топологии МДП-транзистора в среде Cadence Virtuoso.

2. Содержание работы

Основным содержанием работы является ознакомление с классификацией, изучение структуры и топологии МДП-транзисторов, конструкций и материалов элементов коммутации в МДП-ИМС. Проектирование топологии МДП-транзистора с помощью САПР Cadence Virtuoso.

Обучение осуществляется в процессе выполнения домашних и лабораторных заданий. Контроль усвоения полученных студентами знаний и навыков производиться при собеседовании путем оценки ответов на контрольные вопросы, а также при выполнении лабораторной работы.

Время выполнения домашних заданий 3 ч. Общее время на выполнение лабораторных заданий, включая собеседование и отчет по лабораторной работе 4ч.

1.3. Указания по технике безопасности

В процессе работы необходимо соблюдать общие правила техники безопасности при работе с электроустановками напряжением до 1000 В.

2. ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ

3. УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

1. Задание №1

Изучить классификацию и конструкции МДП-транзисторов (МДПТ). В заготовку отчета занести структуры и топологии МДПТ.

Методические указания по выполнению первого задания.