1.2. Интегральные резисторы

Резисторы ИМС формируют в любом из диффузионных слоев транзисторной структуры (эмиттерная и базовая области), в эпитаксиальном слое (коллекторная область) с помощью ионного легирования.

Диффузионные резисторы (ДР) изготовляют одновременно с базовой или эмиттерной областью (рис. 1.11, 1.12, 1.13). Сопротивление ДР представляет собой объемное сопротивление участка диффузионного слоя, ограниченного р-n-переходом. Оно определяется геометрическими размерами резистивной области и распределением примеси по глубине диффузионного слоя, которое, в свою очередь, характеризуется удельным поверхностным сопротивлением р_s. Значение р_s является конструктивным параметром резистора, зависящим от технологических факторов (режима диффузии). При создании ИМС параметры диффузионных слоев оптимизируют с целью получения наилучших характеристик транзисторов типа n-p-n, поэтому параметры ДР улучшают не варьированием технологических режимов, а выбором конфигурации и геометрических размеров резистора. Конфигурации диффузионных резисторов даны на рис. 1.14. Низкоомные (десятки Ом) резисторы (рис. 1.14 а) имеют малое отношение l/b. Форму и размеры контактов к ним выбирают такие, чтобы сопротивление приконтактных областей было значительно меньше сопротивления основной области резистора. Резисторы с сопротивлением от сотен Ом до единиц килоОм в плане имеют вид, изображенный на рис. 1.14, б, в. Здесь длина и ширина приконтактной области равны ширине резистора. Топологию, показанную на рис. 1.14, г, д, используют для создания высокоомных резисторов (до 20 кОм). Эти резисторы имеют сравнительно малую ширину, размеры приконтактных областей определяются возможностями технологии создания надежного контакта проводящих алюминиевых полосок с полупроводниковым материалом. Еще более высокоомные резисторы (до 60 кОм) имеют форму меандра (рис. 1.14, е) или изготовляются в донной части базовой области (пинч-резисторы, рис. 1.14, ж). Длина однополоскового диффузионного резистора не может превышать размеров активной области кристалла (1-5 мм), ширина ограничена минимальной шириной окна под диффузию, определяемой возможностями фотолитографии (2,5 - 3 мкм), и боковой диффузией (уход примеси под окисел равен примерно глубине диффузионного р-n-перехода). Типичные значения сопротивления диффузионных резисторов, которые можно получить при данном значении р_s, лежат в диапазоне 4р_s<R<10⁴р_s. Нижний предел ограничивается сопротивлениями приконтактных областей, верхний - допустимой площадью, отводимой под резистор.

Рис. 1.11. Конструкция диффузионного резистора на основе базовой области

Рис. 1.12. Поперечный разрез структуры диффузионного резистора на основе базовой области

Максимальное сопротивление ДР на основе базовой области приблизительно равно 60 кОм. Воспроизводимость номинальных значений сопротивления обычно составляет 15-20% и зависит от ширины резистора. Отклонения от номиналов сопротивлений резисторов, расположенных на одном кристалле, из-за неточностей технологии имеют одинаковый знак, поэтому отношение сопротивлений сохраняется с высокий точностью. Аналогично, температурный коэффициент отношения сопротивлений мал по сравнению с ТКR для отдельного резистора [(1,53)10^-4 1/°С]. Эту особенность диффузионных резисторов учитывают при разработке полупроводниковых ИМС.

Рис. 1.13. Конструкция диффузионного резистора на основе эмиттерной области

Рис. 1.14. Конфигурации диффузионных резисторов

На основе эмиттерной области формируются резисторы небольших номиналов [3—100 Ом с ТКR= (1-2)10^-4 1/°С], поскольку значение р_s эмиттерного слоя невелико.