3.2. Интегральные резисторы и конденсаторы
Наиболее широкое распространение в полупроводниковых ИС нашли диффузионные резисторы, которые изготавливают на диффузионных слоях базовой или эмиттерной области транзисторной структуры непосредственно в процессе формирования транзистора. В ИС используют также резисторы, получаемые ионным легированием, пинч-резисторы и пленочные резисторы на основе поликристаллического кремния. Сечение и топология типичного диффузионного резистора показаны на рисунке. На рис.3.2,а приведен фрагмент структуры микросхемы, представляющей n-p-n-транзистор и включённый в коллекторную цепь резистор, а на рис. 3.2,б – топология этого же участка. Диффузионный резистор чаще всего формируют на базовом слое такой транзисторной структуры. Выбор этого слоя представляет собой компромиссное решение между большими геометрическими размерами, необходимыми при использовании сильнолегированного эмиттерного слоя, и высоким температурным коэффициентом сопротивления резистора (ТКС), который получался бы при использовании слаболегированного коллекторного слоя. Эмиттерный слой можно применять при формировании низкоомных термостабильных резисторов.
Рис.3.2. Фрагмент интегральной микросхемы с интегральным резистором: а – структура; б – топология. 1 – исходная монокристаллическая пластина – подложка; 2 – открытый слой; 3-эпитаксиальный слой (он же коллекторный); 4 – разделительный слой; 5 – базовый слой; 6 – эмиттерный слой; 7 – изолирующий слой с контактными окнами; 8 – слой металлизации; 9 – защитный слой (обычно SiO2).
3.3. Поверхностное сопротивление
Сопротивление
слоя материала длиной L
, шириной W,
толщиной d
и удельным сопротивлением
определяется известным выражением
R = L / Wd (3.1.)
При L = W (то есть если образец является слоем, ограниченным по площади сторонами квадрата) получаем выражение для поверхностного сопротивления (в омах на квадрат)
=
/ d
[Ом/ ]
(3.2)
В случае диффузионного
резистора толщина резистора d
равна глубине
p-n-перехода
.
Параметры
и
определяются диффузионными профилями
транзисторной структуры. Вычисление
представляет
сложную и трудоемкую задачу, что
обуславливается неоднородностью
распределения концентрации примесных
атомов по глубине и концентрационной
зависимостью подвижности основных
носителей заряда. в общем случае
,
(3.3)
,
(3.4)
где
- усредненные подвижность дырок и
концентрация акцепторной примеси в
резистивном слое. При расчетах диффузионных
резисторов можно пользоваться
номограммами, представленными на рис.
3.3, 3.4, 3.5.
Рис.3.3. Зависимость между средней проводимостью и поверхностной концентрацией диффузионных слоев в Si.
Рис. 3.4. Зависимость между средней проводимостью и поверхностной концентрацией диффузионных слоев в Si.
Графики позволяют определить среднюю проводимость диффузионных слоев и, соответственно, поверхностное сопротивление в зависимости от поверхностной концентрации легирующей примеси для случаев диффузии из ограниченного и неограниченного источников. Слои, получаемые при базовой диффузии (то есть в процессе формирования базы транзистора), имеют поверхностное сопротивление порядка 200 Ом/, а эмиттерный диффузионный n+-слой всего порядка 2 Ом/.
Ионное легирование дает возможность вводить очень малые дозы ионов (Ф < 1014 ион/см2) и получать очень большие значения поверхностного сопротивления (> 1000 Ом/). Слои с таким высоким поверхностным сопротивлением служат для создания резисторов больших номиналов. На рис.13 приведена зависимость поверхностного сопротивления ионно-легированного слоя в кремнии от дозы имплантации при исходной концентрации примеси в подложке 1·1015 см-3.
Рис.3.5. Зависимость удельного сопротивления кремния
от концентрации примесей