29 Билет
Проанализируйте теоретический предел микроминиатюризации – физические ограничения микроэлектроники
Микроминиатюризация элементов БИС и увеличение степени интеграции ЭК имеют физические ограничения, определяемые фундаментальными закономерностями процессов, основных для работы микроприборов, а также технологические, обусловленные разрешающей способностью технологического и контрольно-диагностического оборудования. Современные методы технологии позволяют создавать слои толщиной 1 - 10 нм и элементы с линейными размерами 0,5 - 1,0 мкм.
Если и в дальнейшем уменьшать размеры микроприборов БИС, можно достичь соизмеримости геометрических размеров с характеристическими параметрами - дебройлевской длиной волны электрона, средней длиной свободного пробега электрона, длиной когерентности, что вызовет квантово-механические размерные эффекты. Размерные эффекты в МЭ связаны с «физической» длиной, влияющей на физические процессы, основные в работе микроприборов.
Квантовые ограничения определяются соотношением Гейзенберга:
ΔЕΔt ≥ ħ,
гдеħ = ħ=h/2π =1.05*10-34 Дж*с; h= постоянная Планка;ΔЕ - энергия.
волновое уравнение электрона,
гдеn–энергетический
уровень
Ограничения на толщину d подзатворного диэлектрика связаны с затуханием волновой функции ψ(х)|d>0 электрона до нулевой амплитуды ψ(х) = 0 на другой поверхности тонкого х=d0 слоя окисла. Затухание волновой функции ψ(х) при про хождении волны через тонкий слой изолятора d0 определяется соотношением:
W=A*exp[-2*d0*(2m(E-U0)/h)1/2],
что и выражает вероятность прохождения волны сквозь тонкий слой изолятора. Таким образом, существует вероятность прохождения электрона через слой диэлектрика путем квантомеханического туннелирования и возникновения «туннельного» тока, который в МОП-структурах наблюдается при толщине d=10-3 мкм (~1нм). Поэтому возникают фундаментальные ограничения толщины диэлектрика под затвором и ширины обедненного слоя dlim= 10-3 мкм.
30 Билет
Приведите пример структуры биполярного транзистора в интегральном исполнении и объясните какую роль выполняют скрытые слои в транзисторных структурах.
Рис. 3.7. б
31 билет
Опишите конструктивно-технологические особенности биполярных микросхем
32 билет
Приведите
примеры конструкций диодов, применяемых
в интегральных микросхемах.
На рисунке показаны схемы диодного включения планарно-эпитаксиальных транзисторов, изолированных обратно смещенным p-n-переходом:
33 билет
Проанализируйте технологический процесс изготовления биполярных интегральных схем методом разделительной диффузии.
б) – термическое оксидирование и первая фотолитография;
в) – локальная диффузия;
г) – эпитаксия;
д) – термическое оксидирование и вторая фотолитография;
е) – разделительная диффузия;
ж) – формирование базовых областей;
з) – формирование эмиттерных и приконтактных областей коллекторов;
и) – формирование металлизации.
34 билет
Сравните методы изготовления биполярных ИМС с комбинированной изоляцией («Изопланар 1» и «Изопланар 2»)
Структура «Изопланар 2» Структура«Изопланар 1»
При изготовлении ИМС по процессу «Изопланар I» в качестве исходной используют кремниевую пластину p-типа с эпитаксиальным n-слоем и скрытым n+-слоем. Начинают процесс с наращивания на поверхности пластины слоя нитрида кремния., в котором с помощью фотолитографии формируют окна под изолирующие области. Затем производят травление кремния на глубину, превышающую половину толщины эпитаксиального слоя, после чего окислением вытравленные канавки заполняют оксидом кремния. После удаления слоя нитрида при маскировании оксидом кремния в локализованных островках кремния («карманах») формируют транзисторные структуры и осуществляют металлизацию.
Процесс «Изопланар II» позволяет получать структуры с эмиттерными областями, выходящими боковой стороной на слой изоляции. Приконтактные n+-области коллекторов расположены в самостоятельных карманах, соединенных с эмиттер-базовыми карманами, скрытыми n+-областями. Этот процесс предъявляет менее жесткие требования к точности совмещения слоев, так как окно смещается в диоксид, диффузия эмиттерной примеси в который не происходит. Базовую диффузию можно проводить по всей площади карманов, что также упрощает процесс.