38.4 Интегральные резисторы, интегральные конденсаторы.

Выполняются в двух конструктивных исполнениях: полупроводниковые и пленочные. Полупроводниковым резисторам присущи следующие существенные недостатки: большой разброс значений сопротивления, обусловленный технологией изготовления, плохие температурные и частотные характеристики. Однако они находят широк прим, т.к. не треб доп технологических операций и структуры таких резисторов хорошо совместимы со структурами биполярных интегральных транзисторов.

В совмещенных микросхемах поверх защитного слоя диэлектрика могут быть сформированы пленочные (чаще всего тонкопленочные) резисторы. Они представляют собой участки тонкой пленки резистивного материала. По сравнению с полупроводниковыми, они имеют следующие преимущества: низкий ТКС; широкий частотный диапазон (до сотен МГц); более высокая точность изготовления (до 0,01% при использовании подгонки); возможность получения высокого значения сопротивления. В качестве резистивных мат-в используются металлы (хром, тантал, рений), сплавы (нихром), специальные смеси (РС, МЛТ-3М), керметы (смесь диэлектрических материалов с металлом). Макс сопр тонкопленочного резистора сост1 МОм.

Интегральные резисторы

Полупроводниковые резисторы могут быть сформированы:

• на основе диффузионных областей транзистора (эмиттерная и базовая области);

• в эпитаксиальном слое (коллекторная область);

• с помощью ионного легирования.

Диффузионные резисторы изготавливаются одновременно с соответствующими областями транзистора. Это объемное сопротивление участка диффузионного слоя, ограниченного p-n переходом (который должен находиться под запирающим напряжением). Номинал резистора зависит от геометрических размеров резистора и характера распределения примеси по глубине слоя (ρ_v).

а) низкоомные резисторы имеют сопротивления десятки Ом и малое отношение длины к ширине l/b (рис. 1).

Форма и размеры контактов к таким резисторам выбираются так, чтобы сопротивление приконтактных областей было значительно меньше сопротивления основной области резистора.

б) в резисторах с сопротивлением сотни Ом…единицы кОм длина и ширина приконтактной области равна ширине резистора (рис. 2)

в) в высокоомных резисторах их тело имеет сравнительно малую ширину, контактные области имеют размеры, определяемые возможностями технологии по созданию надежного контакта проводящих алюминиевых полосок с полупроводниковым материалом (рис. 3)

г) в форме меандра изготавливаются еще более высокоомные резисторы (рис. 4)

Типичные значения сопротивления диффузионного резистора находятся в пределах 0,25×ρ_s<R<10⁴×ρ_s и ограничены снизу сопротивлением контактных областей, а сверху площадью, занимаемой резистором. Воспроизводимость номинальных значений сопротивлений диффузионных резисторов составляет 15-20% и зависит от ширины резистора. Отклонения от номиналов сопротивлений резисторов, расположенных на одном кристалле, за счет неточностей технологии имеет один и тот же знак, т.е. меняются в одну сторону, поэтому отношение сопротивлений сохраняется с высокой точностью. Аналогично температурный коэффициент отношения сопротивлений мал по сравнению с ТКС для отдельного резистора.

д) высокоомные резисторы, изготавливаемые в донной слаболегированной области базового слоя с большим удельным сопротивлением – пинч-резисторы (рис. 5) (сжатые, канальные, закрытые).

Максимальное сопротивление таких резисторов составляет 200…300 кОм, а удельное сопротивление базовой области ρ_s=2…5 кОм/□. Разброс сопротивления достигает 50% из-за трудности выдержки толщины донной части р-слоя. У пинч-резисторов n⁺ и ρ слои закорочены металлизацией и соединены с выводом резистора, имеющим бо`льший положительный потенциал. Благодаря этому все переходы пинч-резистора смещены в обратном направлении. Пинч-резистор имеет линейный участок ВАХ до напряжений 1…1,5 В. Пробивное напряжение пинч-резисторов составляет 5…7 В.

е) Ионно-легированные резисторы имеют такую же форму, как и диффузионные резисторы, но глубина слоя, в котором сформирован резистор составляет всего лишь 0,1…0,3 мкм. Допуск на сопротивление таких резисторов составляет ±10%.

Ширина и толщина ионно-легированных резисторов с большим номинальным сопротивлением ничтожно малы, что усложняет получение хорошего омического контакта к ним. В качестве контактов используются диффузионные области р или n-типа, которые формируют на стадии базовой либо эмиттерной диффузии.

Тонкопленочные резисторы

Могут быть сформированы тонкопленочные резисторы. По сравнению с полупроводниковыми они имеют следующие преимущества: более высокие значения граничной частоты, меньшие значения паразитных параметров, более высокую точность изготовления, низкий ТКС.

Интегральные конденсаторы. В них роль диэлектрика могут выполнять обедненные слои обратносмещенных p-n переходов, либо окисел Si, а обкладками являются легированные полупроводниковые области, либо металлические пленки. Электрические характеристики интегральных конденсаторов невысоки, а для получения больших емкостей необходимо использовать значительную площадь кристалла, так как емкость конденсатора

1. Для построения диффузионных конденсаторов (ДК) используют любой p-n переход:

1) коллектор-подложка;

2) база-коллектор;

3) эмиттер-база;

4) переход р области изолирующей диффузии и n+ области скрытого слоя.

Варианты 1 и 4 могут быть реализованы в микросхемах с диэлектрической изоляцией.

Емкость ДК меняется с изменением напряжения (т.к. с изменением напряжения меняется ширина обедненного слоя p-n перехода).

Эмиттерный переход обладает наибольшей удельной емкостью, но малым пробивным напряжением и добротностью. Наиболее часто для формирования диффузионных конденсаторов используется коллекторный переход. Недостатками ДК является необходимость обеспечения строго определенной полярности т.к. необходим обратносмещенный переход.

2. В МДП – конденсаторах нижней обкладкой является эмиттерный n⁺ слой, а верхней – пленка Al. Диэлектрик изготавливается из SiO₂ или Si₃N₄, причем при использовании последнего конденсатор имеет большее значение удельной емкости, т.к. ε нитрида кремния выше, чем у SiO₂. Толщина диэлектрика составляет 0,05…0,12 мкм. Недостатком технологии МДП – конденсатора является лишняя операция фотолитографии для создания тонкого слоя диэлектрика. Достоинством является возможность работы при любой полярности.

3. Тонкопленочные МДМ конденсаторы применяются в совмещенных ИМС и состоят из двух металлических слоев, разделенных слоем диэлектрика. В них применяются обкладки из Al или Ta, а диэлектриком является Al₂O₂ или Ta₂O₅. Ta₂O₅ имеет самую большую величину ε (диэлектрическая проницаемость), но не используется в ВЧ ИМС. Недостатком МДМ конденсаторов являются невозможность восстановления конденсатора при пробое диэлектрика и удлиненный технологический маршрут изготовления.