Оптимизация конструкции диффузионного резистора

Из-за тесной связи диффузионных резисторов с диффузионными транзисторами на этапе проектирования резисторы модернизируют изменением не технологических режимов, а геометрических параметров, поэтому оптимизацию конструкции будем вести с учетом влияния следующих параметров:

· толщина слоя, Хб

· ширина линейной части резистора, a

· размеры и форма контактной области, L1, LП, L2

Также следует учесть, что разброс этих параметров ограничен, например, толщина слоя хб диффузионных резисторов обычно лежит в пределах 2.5 … 3.5 мкм, ширина линейной части резистора должна быть больше 10хб (при погрешности 10%, заданной в условии), и даже на длину резистора накладывается ограничение снизу: она не может превышать размеров активной области кристалла (1-5 мм). То есть, исходя из этого нам предстоит установить влияние различных параметров на площадь резистора и принять ту конструкцию, при которой габаритные размеры резистора минимальны.

Существует несколько методов проведения оптимизации, среди которых «метод Мотне-Карло», «метод наискорейшего спуска» и т.д. Мы же выберем один из самых несложных с точки зрения математики методов - «метод последовательных приближений», суть которого заключается в последовательном изменении параметров, т.е. в проведении множества итераций.

Чтобы не вести расчеты «с чистого листа» при проведении таких итераций будем отталкиваться от произведенного выше предварительного расчета.

Итерация 1

Установим влияние толщины базового слоя на площадь резистора. Для этого, не изменяя прочих параметров, примем хб = 2.5 мкм.

хб = 2.5 мкм

Qп = 5.295*1014 см-2

Nср = 2.118*1018 см-3

Nср. эф. = 2.108*1018 см-3

NΣ = 2.128*1018 см-3

μ р = 76.5 см2/ В*с

ρб = 0.0388 Ом*м

Rсл = 155 Ом

a = 30 мкм

L1 = 14 мкм

L2 = 34 мкм

L = 78.8 мкм

S = (L + 2*L2)*L2 = 4999.1 мкм2

Площадь резистора при уменьшении размера хб уменьшилась.

Теперь попробуем рассчитать резистор при хб = 3.5 мкм

Итерация 2

Примем хб = 3.5 мкм

хб = 3.5 мкм

Qп = 5.319*1014 см-2

Nср = 1.520*1018 см-3

Nср. эф. = 1.510*1018 см-3

NΣ = 1.530*1018 см-3

μ р = 84.1 см2/ В*с

ρб = 0.049 Ом*м

Rсл = 141 Ом

a = 30 мкм

L1 = 14 мкм

L2 = 34 мкм

L = 88.4 мкм

S = (L + 2*L2)*L2 = 5317.6 мкм2

С помощью двух итераций и предварительного расчета мы установили, что площадь резистора пропорциональна толщине базового слоя. С учетом этого принимаем окончательное решение по этому параметру:

хб = 2.5 мкм

Итерация 3

Затем при уже определенной толщине базового слоя оценим влияние ширины линейной части резистора на его геометрию. Для начала возьмем минимально возможные 25 мкм.

хб = 2.5 мкм

Rсл = 155 Ом

a = 25 мкм

L1 = 14 мкм

L2 = 34 мкм

L2/a = 1.361/a = 0.56= 0.4= 60.6 мкм

S = (L + 2*L2)*L2 = 4372.4 мкм2

Уменьшение ширины линейной части резистора привело и к уменьшению ее длины и к уменьшению площади всего резистора. Проверим, случайно ли это. Пусть a = 34 мкм

Итерация 4

хб = 2.5 мкм

Rсл = 155 Ом

a = 34 мкм

L1 = 14 мкм2 = 34 мкм1/a = 0.41= 0.35 = 85.8 мкм

S = (L + 2*L2)*L2 = 5229.2 мкм2

Наше предположение верно: при увеличении ширины длина резистора, его габариты и площадь, им занимаемая, действительно увеличиваются, поэтому принимаем окончательное решение:

a = 25 мкм

Дальнейшие итерации должны помочь нам установить зависимость площади, занимаемой резистором, от формы и размеров контактных областей. Сначала увеличим размеры окна в окисле L1, оставив L2 неизменным:

Итерация 5

хб = 2.5 мкм

Rсл = 155 Ом

a = 25 мкм

L1 = 20 мкм

L2 = 34 мкм

L2/a = 1.361/a = 0.8= 0.25= 68.1 мкм

S = (L + 2*L2)*L2 = 4627.4 мкм2

По сравнению с итерацией 3 площадь резистора увеличилась, следовательно увеличивать размеры окна в окисле бессмысленно.

Итерация 6

Остался последний путь возможного уменьшения площади - изменение размера L2. Исходя из анализа всевозможных конструкций контактных областей, приходим к следующему выводу - L2 не может быть меньше a (конструкция, приведенная на рис.4):

хб = 2.5 мкм

Rсл = 155 Ом

a = 25 мкм

L1 = 14 мкм2 = 25 мкм 1 / a = 0.56 = 0.3

L = 65.6 мкм

S = (L + 2*L2)*L2 = 2890 мкм2

Следовательно, вопрос уменьшения площади диффузионного резистора упирается в технологию. Чем она совершеннее, тем меньше допуск на номинал резистора: например, если в нашем случае допуск был бы равен 5%, то ширину линейной части резистора можно было бы принять равной 12.5 мкм. Улучшением технологии можно добиться уменьшения размера L1, ведь нормативный минимум, равный 5 мкм, почти в 3 раза меньше заданных в условии, т.е. имеющимися в распоряжении разработчика технологиями, 14 мкм. Не стоит забывать также и о погрешностях Δпл и Δс, которые также находятся в непосредственной зависимости от того, в каких условиях, на каком оборудовании и каким методом ведется изготовление ИМС.

Читайте также

Разработка локальной сети предприятия (на материалах ОАОТ Дабрабыт)
Локальная вычислительная сеть(Local Area Network), именуемая в дальнейшем LAN, - это совокупность компьютеров и других средств вычислительной техники (активного сетевого оборудования, пр ...

Проектирование устройств фильтрации
Неотъемлемая часть телекоммуникационных задач связана с преобразованием сигналов. Одной из основных является фильтрация, т.е. выделение или подавление определенных частот сигнала. Устрой ...

Разработка конструкции линейного коммутатора
Радиоэлектронная аппаратура (РЭА), в основу функционирования которой положены принципы электроники, строится на базе электронных компонентов различного назначения (микросхем, резисторов, ...