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

Проектирование РЭА
При конструкторском проектировании РЭА (радиоэлектронной аппаратуры) решаются задачи, связанные с поиском наилучшего варианта конструкции, удовлетворяющего требованиям технического задан ...

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

Разработка комплекта электрических схем маршрутной релейной централизации блочного типа
Целью дипломного проектирование являлась разработка комплекта электрических схем маршрутной релейной централизации блочного типа (БМРЦ) для использования их студентами техникума в качест ...