13.5. Биполярные транзисторы в кмоп - микросхемах

Современные тенденции развития технологии диктуют необходимость объединения биполярных и КМОП - транзисторов в одной структуре. Такое объединение позволяет эффективно интегрировать аналоговые и радиотехнические блоки совместно со сложными цифровыми в составе одного кристалла. БиКМОП - структура проектируется на основе типового маршрута биполярных или КМОП - микросхем. Выбор типового маршрута определяется требованиями к аналоговым блокам. Для высоковольтных аналоговых блоков более подходит типовой маршрут биполярных микросхем. Для радиотехнических устройств удобнее типовой КМОП - маршрут. Рассмотрим подробнее именно этот вариант.

Структура КМОП - микросхемы на рис.12.1. содержит элементы, на основе которых должен быть построен высокочастотный n–p–n - транзистор. NМОП - транзистор с контактами к изолированному «карману» p - типа и области изоляции n - типа уже включает паразитный n–p–n - транзистор. Измерения параметров такой биполярной структуры показывают низкий коэффициент усиления тока (12) и недостаточный коэффициент инжекции эмиттера. Модификация КМОП - структуры для получения биполярного n–p–n - транзистора требует введения только одного дополнительного элемента – области эмиттерного легирования. Остальные элементы (скрытый слой, p - «карман») оптимизируются совместно для КМОП- и биполярных транзисторов. На рис. 13.5 показано сечение биполярного транзистора рядом с NМОП - транзистором.

Эмиттер БТ легирован дважды: фосфором (нижний слой) и мышьяком (контактный слой). Контакты к эмиттеру, базе и коллектору созданы одновременно с контактами к истокам и стокам КМОП - транзисторов. Ширина эмиттера – 1,21,5 мкм, глубина металлургической границы эмиттерного перехода – 0,450,5 мкм. Глубина металлургической границы коллекторного перехода –0,650,7 мкм. Ширина области электронейтральной базы – около 0,1 мкм.

Пробивное напряжение n–p–n- транзистора около 5 В. Коэффициент усиления тока – 50 при плотности эмиттерного тока 10 мкА/мкм² и падает до 20 при плотности тока 200 мкА/мкм². Граничная частота усиления тока до 5 ГГц. Напряжение Эрли – 20 В.

Биполярные транзисторы с такими параметрами обеспечивают эффективное построение радиотехнических блоков метрового и дециметрового диапазонов (до 1 ГГц).

14. Структуры и процессы формирования пассивных элементов микросхем.

14.1. Требования к пассивным элементам микросхем и их состав.

Пассивные элементы являются неотъемлемой частью почти всех аналоговых узлов микросхем. В цифровых микросхемах также не обойтись без блокировочных конденсаторов в цепях питания резисторов приоритетного состояния входов, резисторов, согласующих импеданс выходных формирователей, и др. Пассивные и активные элементы изготавливаются в едином технологическом процессе. Ограничения на площадь кристалла не позволяют использовать резисторы, конденсаторы и индукторы больших номиналов.

Важной особенностью планарной технологии является возможность изготовления как активных, так и пассивных элементов в одном кристалле с высокой идентичностью их параметров. При этом номинальные значения параметров воспроизводятся значительно хуже. Требования к параметрам физических структур микросхем устанавливаются с учетом возможностей технологии.

В интегральных микросхемах наиболее часто встречаются резисторы и конденсаторы, в схемах коммутации токов и напряжений используются диоды с барьером Шоттки, в радиотехнических схемах требуются индукторы и варакторы, при переходе к частотам выше 10 ГГц используются разнообразные элементы на основе волноводов. Крайне редко в составе полупроводниковых микросхем используются трансформаторы, стабилитроны, туннельные диоды и другие пассивные элементы, так как технология их изготовления плохо сочетается с процессами формирования современных транзисторных структур.