Эквивалентная схема интегрального резистора.

По технологии изготовления:

Интегральный резистор. Используется сопротивление слаболегированного полупроводника. Эти резисторы могут иметь большую нелинейность вольт-амперной характеристики. В основном используются в составе интегральных микросхем, где применить другие типы резисторов невозможно или не технологично.

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

Интегральные резисторы могут быть разделены на следующие типы в зависимости от структуры: диффузионные (на основе эмиттерной или базовой области); эпитаксиальные (на основе коллекторной области); пинч – резисторы, а также резисторы, изготовляемые методом ионного легирования. Все интегральные резисторы, кроме последнего из перечисленных типов, изготовляются одновременно с активными элементами микросхем без введения дополнительных этапов обработки. Они создаются на основе коллекторной, базовой или эмиттерной областей транзистора.

Диффузионные резисторы. Диффузионные резисторы изготавливают одновременно с диффузией примесей, в процессе которой создаются базовые или эмиттерные области n-р-n – транзистора. Сопротивление диффузионного резистора представляет собой объемное сопротивление участка диффузионного слоя, ограниченного p-n – переходом. Оно определяется геометрическими размерами резистивной области и распределением примеси по глубине диффузионного слоя, которое, в свою очередь, характеризуется удельным поверхностным сопротивлением R_S. Значение R_S является конструктивным параметром резистора; зависящим от технологических факторов (режима диффузии). Типичные значения сопротивления диффузионных резисторов, которые можно получить при данном значении R_S, лежит в пределах 4Rs < R < 10⁴ R_S. Нижний предел ограничивается сопротивлением контактных областей, которое должно быть значительно меньше сопротивления основной области резистора. В качестве контактиру­ющего металла используется алюминий. Верхний предел ограничивается допустимой площадью, отводимой под резистор. Чаще всего резисторы выполняются на основе базовой области (R_S = 100 – 300 Ом/□). В этом случае в качестве резистора используется область р – типа (рис. 7). К слою n – типа прикладывается положительный потенциал, смещающий р–n – переход в обратном направлении. Обратносмещенный переход, обладающий большим сопротивлением, определяет границы диффузионной области и обеспечивает развязку по постоянному току между резистором и подложкой. На основе базового диффузионного слоя можно получать резисторы с номиналами сопротивлений от 100 Ом до 60 кОм. Для резисторов с номиналами от 3 до 100 Ом целесообразно использовать эмиттерный диффузионный слой поскольку значение R_S эмиттерного слоя невелико (R_S= l – 10 Ом/□).

Пинч-резисторы. При необходимости создания высокоомных резисторов с сопротивлением более 60 кОм используют пинч-резисторы (канальные, сжатые или закрытые). Пинч – резисторы могут создаваться на основе базового слоя или коллекторного. Резистор представляет собой тонкий канал р –типа, используется донная, слаболегированная часть базовой области с R_S = 2 – 5 кОм/□, изолированная со всех сторон обратносме­щенным р–n – переходом, так как эмиттерный слой n⁺ – типа за пределами резистора соединяется с эпитаксиальным n – слоем изолированной области. Максимальное сопротивление таких резисторов составляет 200 – 300 кОм при простейшей полосковой конструкции. Для получения качественного омического контакта используют диффузионные n – области, которые создают на стадии эмиттерной диффузии. Пинч – резисторы имеют большой разброс номиналов (до 50%) из-за трудностей получения точных значений толщины донной части, сопротивление их сильно зависит от температуры вследствие малой степени легирования областей, на основе которых они выполняются.

Эпитаксиальные резисторы. Из трех областей транзистора коллекторная имеет наименьшую концентрацию легирующей примеси и максимальное R_S (500—5000 Ом/□). Поскольку эпитаксиальный слой легирован однородно, проводимость эпитаксиального резистора постоянна по всему сечению в отличие от диффузионных резисторов. У эпитаксиального резистора поперечное сечение по форме существенно отличается от сечений диффузионных резисторов, так как эпитаксиальный резистор формируется разделительной диффузией. Поскольку эта диффузия самая продолжительная и точная регулировка размеров диффузионных областей, особенно величины боковой диффузии, затруднена, разброс номиналов сопротивления эпитаксиальных резисторов значителен. Эти резисторы имеют большой ТКС, поскольку коллекторная область легирована слабо. Таким образом, если в микросхеме можно использовать некритичные резисторы с высокими номинальными значениями, то их целесообразно формировать на основе эпитаксиального слоя, что позволит сэкономить площадь кристалла.

Ионно-легированные резисторы. Высокоомные резисторы, занимающие малую площадь на кристалле, можно получить, используя метод ионной имплантации. Поверхностное сопротивление резисторов, изготовленных методом ионного легирования, при соответствующем выборе дозы легирования и режиме термообработки может составлять от 500 Ом/□ до 20 кОм/□. Абсолютное значение удельного поверхностного сопротивления может выдерживаться с точностью ±6%. Температурные коэффициенты сопротивления резисторов, полученных методом ионного легирования, обычно меньше ТКС диффузионных резисторов. Структура ионно-легированных резисторов такая же, как и диффузионных резисторов, но глубина ионно-легированных слоев составляет 0,1– 0,3 мкм. Создание диффузионных р- или n- областей необходимо для получения качественных омических контактов. Низкий ТКС, высокое удельное сопротивление и хорошая совместимость с другими элементами позволяют использовать ионно-легированные резисторы для изготовления прецизионных аттенюаторов, а также в микромощных микросхемах. Типичные характеристики интегральных резисторов приведены в табл. 2.