Конденсаторы интегральных схем

Такие конденсаторы могут быть:

Пленочные – используются при изготовлении гибридных интегральных схем.

Полупроводниковые – используются при изготовлении полупроводниковых интегральных схем.

В интегральных полупроводниковых конденсаторах роль диэлектрика могут выполнять обедненные слои обратно смещенных p–n переходов или пленка окисла кремния, роль обкладок – легированные полупроводниковые области или напылённые металлические пленки. Характеристики конденсаторов полупроводниковых микросхем невысоки, а для получения больших емкостей необходимо использовать значительную площадь схемы. Поэтому при проектировании электрической схемы полупроводниковой микросхемы стремятся исключить конденсаторы.

Тонкопленочные МДМ–конденсаторы. МДМ–конденсаторы используют в гибридных микросхемах. Они состоят из двух металлических слоев, разделенных диэлектрическим слоем. В качестве обкладок используют Al или Ta, тогда в первом случае в качестве диэлектрика используют Al₂O₃, во втором – Ta₂O₅. Диэлектрическая постоянная у Ta₂O₅ на порядок больше чем у большинства других диэлектриков, но он не используется в микросхемах работающих при высоких частотах. МДМ–конденсаторы, как и МДП – конденсаторы работают при любой полярности. Их недостатком является удлинение технологического маршрута изготовления и необратимый отказ в случае пробоя диэлектрика.

Диффузионные конденсаторы. Для формирования диффузионных конденсаторов (ДК) можно использовать любой p–n переход: коллектор–подложка (см. рис. а), база–коллектор (рис. б), эмиттер–база (рис. в), переход p–область изолирующей диффузии и n⁺–область скрытого слоя (рис. г). Варианты а и г не могут быть реализованы в микросхеме с диэлектрической изоляцией.

Поскольку ширина обедненного слоя обратно смещенного перехода зависит от напряжения, емкость диффузионного конденсатора тоже меняется с изменением напряжения. Удельную емкость любого полупроводникового перехода можно аппроксимировать формулой:

где K – коэффициент пропорциональности, зависящий от уровня легирования диффузионных областей, показатель m принадлежит промежутку от 0,33 до 0,5, причем m = 0,5 соответствует ступенчатому переходу, а m = 0,33 линейному переходу. Остальные значения m лежащие между этими значениями соответствуют реальным профилям распределения. Эмиттерный переход обладает наибольшей удельной емкостью, но малым пробивным напряжением и добротностью. Коллекторный переход используется наиболее часто для формирования диффузионного конденсатора (рис. б).

МДП–конденсаторы. Конструкция МДП–конденсаторов представлена на рис. Нижней обкладкой служит эмиттерный n⁺–слой, верхней – пленка Al. Диэлектриком служит тонкий слой SiO₂ или Si₃N₄. Толщина диэлектрика составляет 0,05…0,12 мкм. Недостатком МДП–конденсаторов с составе биполярных микросхем является необходимость введения дополнительной операции создания тонкого диэлектрика.