Резисторы

Резисторы для полупроводниковых ИМС изготавливаются одновременно с созданием эмиттерной и базовой областей транзисторов методом локальной диффузии примеси в область базы или область эмиттера. Диапазон номиналов диффузионных резисторов лежит в пределах от 10 Ом до 50 кОм.

Пленочные резисторы для гибридных ИМС изготавливаются из материалов, обладающих высоким электрическим сопротивлением: хрома, тантала, метал­локерамики и др.

Для получения стабильных пленочных сопротивлений тол­щина пленки берется от 0,01 до 1 мкм.

Очень тонкие пленки (0,005 мкм) значи­тельно изменяют свои параметры в процессе изготовления и эксплуатации схе­мы. Кроме того, воздействие воздуха вызывает поверхностное окисление, кото­рое приводит к изменению сопротивления.

В более толстых пленках это окис­ление сказывается меньше. Однако пленки толщиной более 1 мкм не обеспечи­вают достаточно прочного сцепления с подложкой.

Величина сопротивления определяется выражением

R =^.l / b^.h (13.1)

где р - удельное сопротивление материала;

b - ширина резистивного слоя [см];

h - толщина пленки;

l –длинна пленки

Очевидно, что при одной и той же толщине резистивной пленки можно получать различные сопротивления, отличающиеся друг от друга в десятки раз. Для этого достаточно изменять отношение длины пленки к ее ширине.

Диапазон номиналов пленочных резисторов лежит в пределах от 50 Ом до 10 Мом.

Конденсаторы

В полупроводниковых ИМС конденсатор формируется методом диффузии одновременно с формированием транзистора.

Используют барьерную емкость p-n-перехода эмиттер-база, коллектор-база или коллектор-подложка. Переход эмиттер-база обладает наибольшей из всех переходов удельной емко­стью (порядка 1500 пФ/мм²).

Рис.13.2 конденсатор на переходе Э/Б структуры транзистора

Удельная емкость перехода коллектор-база в 5 - 6 раз ниже. Наименьшая удель­ная емкость у перехода коллектор-подложка.

Недостаток - наличие паразитных емко­стей, которые обычно возникают между одной из обкладок конденсатора и землей.

Тонкопленочные конденсаторы обычно состоят из трех слоев: двух металлических обкладок (алюминий, золото, серебро, медь, тантал и др.), и диэлектрического слоя между ними (моно­окись кремния SiO, моноокись германия GeO, трехсернистая сурьма SbiSs и др.). Толщина слоя д/э - обычно десятые доли [мкм].

C = 0,0885 e S/d [пФ], (13.2)

где С - емкость [пФ];

S - площадь обкладок конденсатора [см²];

d - толщина диэлектрика.

Удельная емкость

С₀=0,0885 e/d [пФ/см²]. (13.3)

Тонкопленочные конденсаторы, как правило, позволяют получить емкость от единиц [пФ] до [мкФ]. При необходимости получения больших емкостей применяют дискретные конденсаторы.

Диоды имс

В полупроводниковых ИМС в качестве диодов используют структуры биполярных транзисторов.

В зависимости от требований, предъявляемых к диоду в ИМС, выбирается та или иная

транзисторная структуры.

Рис.13.3 Диоды на структурах транзисторов

При включении транзистора ни схемам (a) и (b) используется переход эмиттер-база. При таком включении носители зарядов накапливаются в базе. Т.к толщина базы очень мала (менее ед./доли мкм), процесс разряда емкости р-n перехода будет быстрым, что позволяет получить наибольшее быстродействие.

В этих же схемах диоды имеют наименьшее значение обратного тока, т.к. в них используется только (эмиттерный переход,) площадь и ширина которого наименьшие.

Диод, соответствующий схема (в) имеет наибольшее значение обратного тока, т.к. в этом случае оба перехода включены параллельно. Емкость такого диода увеличивается, быстродействие снижается.

В качестве диодов общего назначения используют коллекторно-базовый р-n переход - схемы (г) и (д). При таком включении диоды имеют наибольшие значения допустимых обратных напряжений.

Транзисторы ИМС

Для полупроводниковых ИМС транзисторы являются основными и наиболее сложными компонентами.

В современной интегральной полупроводниковой технике используются транзисторы двух типов - биполярные и полевые (МДП-транзисторы).

Транзисторы изготавливаются 2-мя методами:

- методом планарно-диффузионной технологии;

- методом эпитаксиально-планарной технологии.

Метод планарно-диффузионной технологии

В качестве исходной структуры берется пластина кремния, например, р -типа, на которую наносится защитный слой SiO2 (a).

Через незащищенные участки производится диффузия донорной примеси n-типа (б). В результате диффузии образуются изолированные n-слои - коллекторные области транзисторов.

Далее производят повторную диффузию акцепторной примеси с целью получения базовой области (в).

Рис.13.4 Планарно-диффузионная технология производства биполярного транзистора

Третья диффузия приводит к образованию эмиттера (г).

После этого осуществляют омический контакт с областями коллектора, базы и эмиттера и создают контактные площадки, к которым впоследствии можно присоединить внешние выводы.

Недостаток: p-n-переход не имеет четкой границы. Это объясняется тем, что диффузия идет с поверхности материала. В связи с этим примесь в исходном материале распределяется неоднородно: на поверхности атомов примеси больше, а в глубине меньше. Нечеткость p-n-перехода существенно влияет на качество и свойства компонентов схемы.

Метод эпитаксиально-планарной технологии

Биполярный транзистор

На подложку р-типа наращивается тонкий слой кремния n-типа.

В результате получается эпитаксиальная пленка толщиной порядка 10-20 мкм. В эту пленку методом диффузии вводят акцепторную примесь. Распределение примеси в такой тонкой пленке почти одинаково. Это позволяет получить очень четкий р-n переход.

Далее создаются методом диффузии коллектор, эмиттер и база.

Рис.13.5 Эпитаксиально - планарная технология производства биполярного транзистора

МОП - транзистор

(+) простота по сравнению с БТ, т. к необходима лишь одна диффузия.

Рис.13.5 Эпитаксиально - планарная технология производства полевого транзистора