Разработка топологии интегральной схемы «TL431», страница 2

• удельное сопротивление коллекторного слоя 0.3 Ом*см;
• уровень легирования базы 2*10¹⁷ см^-3;
• глубина залегания базы 2 мкм;
• поверхностное сопротивление базы 200 Ом/□;
• уровень легирования эмиттера 10²¹ см^-3;
• глубина залегания эмиттерного перехода 1.5 мкм;
• поверхностное сопротивление эмиттера 10 Ом/□;
• толщина металлизации (алюминия) 1 мкм;
• поверхностное сопротивление алюминия 0.1 Ом/□;
• удельная емкость перехода коллектор подложка 100 пФ/мм²;

3. Расчет топологий элементов

3.1. Расчет топологии интегрального резистора

Рассчитаем диффузионный резистор номиналом 1кОм.  Резистор с таким номиналом выполняется в базовой области, и совместим с технологией изготовления биполярного транзистора. Исходными данными для расчета его геометрических размеров служат: номинальное значение сопротивление R и допуск на него ΔR, поверхностное сопротивление базового слоя ρ_S на основе которого выполняется резистор, среднее значение мощности P и максимально допустимая удельная мощность рассеяния P₀, а так же основные конструктивные и технологические ограничения. Конфигурация и геометрические размеры резистора показаны на рис. 4.

Рис. 4. Конфигурация резистора типа «гантелька» или «собачья косточка».

Расчет размеров начинают с определения ширины (b) резистора. В качестве расчетной ширины (b_расч) принимают величину b_расч ≥ max{b_техн, b_точн, b_P}, где b_техн – минимальная ширина резистора, определяемая разрешающей способностью технологических процессов; b_точн – минимальная ширина резистора, при которой обеспечивается заданная погрешность геометрических размеров; b_P – минимальная ширина, определяемая рассеиваемой мощностью.

b_техн выберем, взяв за основу технологию производства БИС в НПИ «Восток» и, следовательно, b_техн = 2 мкм.

Таким образом, нам дано:

· R = 1000 Ом.

· ΔR = ± 10%. (данное значение берем из [22])

· Δb и Δl – абсолютные погрешности ширины и длины резистивной плоскости, обусловленные технологическими процессами (Δb=Δl=0.05 мкм).

· К_ф – коэффициент формы резистора, К_ф=0.5;

· ΔК_ф/К_ф – относительная погрешность коэффициента формы резистора.

· ρ_S – удельное поверхностное сопротивление (ρ_S=200 Ом/□ для базовой области).

· Δρ_S/ρ_S – относительная погрешность воспроизведения удельного поверхностного сопротивления легированного слоя (Δρ_S/ρ_S=0.05).

· α_R – температурный коэффициент сопротивления резистора (α_R=10^-4 1/^оС).

Ширину b_точн определим по формуле:

.

;

;

Тогда

.

Ширина b_P определяется из  выражения:

P₀ выбирается в зависимости от типа корпуса. Так как корпус стабилизатора (µA78L05AC) очень хорошо отводит тепло (данные взяты из документации к стабилизатору), то P₀=10⁴ мВт/мм². Таким образом, расчетная ширина резистора равна b_техн=5 мкм. Реальная ширина определяется то формуле:

, где  – погрешность, вносимая за счет растравливания окон в маскирующем окисле перед диффузией (для типовых технологических процессов ~ 0.2÷0.5 мкм, мы возьмем =0.3 мкм ),

 – погрешность, вносимая за счет ухода диффузионного слоя под маскирующий окисел в боковую сторону (ориентировочно Δy составляет 60% глубины базового слоя). Тогда .

Расчетную длину резистора определяют по формуле:

, где и  – число контактных площадок (),

 и  – поправочные коэффициенты, учитывающие сопротивление контактных областей резистора (определяются по специальным графикам),

N_изг – количество изгибов резистора на угол 90^о ().

По данным графиков из [1] k₁=0.2, а k₂=0.3. Тогда

.

Реальная длина резистора на кристалле:

.

Рассчитаем сопротивление спроектированного резистора по формуле:

.

Отклонение от номинала составляет 3.2% от общего сопротивления и лежит в пределах допуска на номинал сопротивления 10%.

Рассчитаем максимальный ток, протекающий через резистор. Глубина залегания базового слоя 2 мкм, ширина резистора 6 мкм, допустимая плотность тока 20 мкА/мкм². Тогда,