Пассивные элементы микросхемы

Содержание главы:

Резисторы.

Резисторы в ИМС подразделяются на:

Пленочные резисторы обычно подразделяют на

Тонкопленочные резисторы создаются напылением резистивных пленок в вакууме с последующей литографией для формирования полосок. На рисунке ниже представлен такой пленочный резистор.

а)    б)

Змеевидная форма резистора (рисунок б, справа) позволяет уменьшить площадь, занимаемую элементом интегральной схемы.

Сопротивление полоски может быть рассчитано по формуле:

  ,  

где h - толщина пленки, r- удельное сопротивление, а RS - поверхностное сопротивление, которое измеряется в Ом/ð (Ом/квадрат). Применение таких необычных единиц измерения становится понятно, если учесть, что R=RS, если l=W(ширина равна длине). Следует учитывать, что сопротивление угловых квадратов составляет 0,55 от квадратов в линии.
В отличие от толстых, тонкие пленки имеют большее сопротивление, но имеют высокую дефектность (малую сплошность) и при наличии полупроводниковых оксидов могут иметь отрицательный ТКС.

Исходные данные для разработки и изготовления резистора
Ниже в таблице приведены характеристики материалов, применяемых при изготовлении пленочых резисторов.
Материалы Состав Rs, Ом/ð ТКR×106 К-1
Нихром Ni x + Cr 1-x 10 - 400 50 - 500
Нитрид тантала Ta N 50 - 500 100
Керметы Crx + (SiO)1-x 300 - 10000 100
Металлосилициды Crx + Si1-x 102  - 104 50 -250

Интегральный диффузионный резистор обычно изготавливаются на диффузионной области базовой или эмиттерной области транзистора в процессе его изготовления. Для этого в слое двуокиси кремния вскрывают окно, через которое легируют акцепторной примесью n - положку.

Распределение примеси влубь подложки может быть неравномерным, как например в задаче 8.5 из сборника задач. Необходимо напомнить, что подвижность носителей заряда зависит от уровня легирования. Проводимость канала такого резистора в общем случае следут считать по формуле:

- где W и L - ширина и длина канала, xj - его глубина, m - подвижность, p(x) - концентрация дырок.

Содержание.

Конденсаторы.

Конденсаторы подразделяются (по конструкции и способу изготовления) на:

Исходные данные для разработки и изготовления конденсатора

В технологическом цикле изготовления обычного горизонтального биполярного транзистора, показанного на рисунке ниже:

можно создать конденсаторы на основе его p-n перходов.

Коллектор - база
Эмиттер - база
Коллектор - подложка

Ниже представлены тонкопленочный и МОП конденсатор:

МОП конденсатор
Тонкопленочный конденсатор
ниже приведенной таблице предсталены сравнительные данные по конденсаторам, изготовленным на базе p-n- переходов биполярного транзистора и МОП структуры.
Конденсатор
С удел,пф/мм2(U= -5 В)
Uпробоя
Коллектор - база
125
50
Эмиттер - база
1000
7
Коллектор - подложка
60-90
50
МОП конденсатор (dox=100 нм)
350
60
Как можно видеть, конденсатор, выполненный на переходе эмиттер - база (эмиттер обычно сильно легирован), обладает высокой удельной емкостью, но малым напряжением пробоя. В задаче 8.2 проводится сравнение конденсатров на основе МОП структуры и p-n перехода.

Напомним, что барьерная емкость p-n- перехода зависит от приложенного напряжения как

Содержание.

 

Изоляция в ИМС и перемычки.

Изоляция отдельных элементов в интегральной схеме может быть выполнена

На рисунке ниже показана изоляция, выполненная первым способом

p+ изолирующие области создаются диффузией бора. Эпитаксиальный слой n+ имеет толщину в несколько мкм. Таким образом n+ области, в которых создаются элементы ИМС, разделены p-n переходами, смещенными в обратном направлении. Для этого p подложку соединяют с отрицательным выводом или землей, в то время как на n области подается положительное напряжение. Утечки составляют p-n перехода составляют j~10-9 А/см2 . Главной проблемой для ИМС с таким видом изоляции является паразитные емкости, которые достигают величин пордка 300 пФ/мм2 и уменьшаются при увеличении обратного смещения.

Изоляция диэлектрическими слоями
в изопланарном процессе обычно выполняется по технологии LOCOS т.е. ЛОКальное Окисление Кремния и показана на рисунке ниже.

По этой технологии:
  1. в SiO2 вскрывают окна,
  2. проводят мелкое травление, используя маску из нитрида кремния
  3. оксиляют кремний; при этом диокид растет как влубь полупроводника, так и вверх, создавая диэлектрическую изоляцию от соседних элементов.

Преимущества этой технологии:

  1. Уменьшение паразитных емкостей
  2. Увеличение напряжения пробоя
  3. Увеличение степени интеграции ( вдвое )
Оба вышеназванных метода не обеспечивают изоляцию элемента от подложки. Создание многоуровневой изоляции можно осуществить ионной имплантацией кислорода и/или азота в подложку. Тогда под слоем кремния образуется "захороненный" слой SiO2, SiOx, Si3N4 или оксинитрида, которые обладают хорошими изолирующими свойствами. Полную изоляцию может обеспечить технология КНИ (кремний на изоляторе), в которой на изолирующую подложку (например сапфир) наносят слой аморфного кремния, который потом подвергается рекристаллизации. Этот прием обеспечивает полную изоляцию элементов ИМС, однако электрофизические параметры кремния в этом случае несколько хуже.

Перемычки.
Отдельные элементы, с одной стороны, должны быть хорошо изолированны друг от друга, с другой стороны, необходимы надежные соединения между ними в соответствии с принципиальной схемой. Что делать, если два проводника должны пересекаться? Можно второй проводник "пропустить" под первым, создав в подложке сильно легированную область т.е. резистор с малым сопративлением, как на рисунке ниже.

Или, наоборот, второй проводник пройдет над первым, если между ними создать диэлектрический слой, наример из пиролитического диоксида кремния.

Однако при разработке принципиальных схем количество каких перемычек должно быть сведено к минимуму, так их наличие увеличивает число литографий, усложняет и удорожает технологический процесс.

Содержание.

Задачи из сборника задач по микроэлектронике

задача 8.2 по теме Конденсаторы
задача 8.3 по теме Резисторы.
задача 8.4 по теме Конденсаторы
задача 8.5 по теме Резисторы.

Самоконтроль по теме
test