Пассивные интегральные элементы

Пассивными элементами ИС являются интегральные резисторы (диффузионные и ионно-легированные) и конденсаторы (диффузионные, МДП-конденсаторы и тонкоплёночные МДМ-конденсаторы).

 

Диффузионные резисторы

Одним из самых массовых активных и сложных в технологическом отношении элементов ИС является биполярный транзистор (БТ). Чтобы не усложнять технологию изготовления ИС, для создания резисторов используют структуру БТ.

Разновидности структур диффузионных резисторов, основанных на использовании отдельных областей интегральных БТ, приведены на рис. 12.2. На рисунке не показаны дополнительные выводы, с помощью которых обеспечивается обратное смещение p-n -переходов, окружающих используемую область.

 

Рис. 12.2. Диффузионные резисторы (а – структура с использованием эмиттерной области, б – структура с использованием базовой области, в – структура с использованием коллекторной области, г – варианты топологии)

 

Использование эмиттерной области БТ (рис. 12.2 а) позволяет формировать диффузионные резисторы с малой величиной сопротивления (до 10 Ом), так как эмиттерная область имеет наибольшую концентрацию примесей и поэтому обладает наименьшим сопротивлением.

Обычно для формирования диффузионных резисторов используют базовую область БТ (рис. 12.2 б), так как она обеспечивает приемлемые температурные зависимости сопротивления и позволяет получать резисторы с сопротивлением до 50 кОм.

Диффузионные резисторы на основе коллекторной области БТ (рис. 12.2 в) используют редко, так как они имеют сильную зависимость от температуры.

Допустимая мощность рассеяния диффузионных резисторов ограничена размерами и топологией используемой области БТ (рис. 12.2 г) и, кроме того, величиной температурного коэффициента сопротивления. Нагрев резистора выделяемой им мощностью приводит к изменению сопротивления, которое не должно выходить за допустимые пределы. Температурная зависимость сопротивления обычно является нелинейной.

Специфическим параметром диффузионного резистора является максимально допустимая величина приложенного напряжения. Диффузионный резистор должен быть отделён от окружающих областей полупроводниковой пластины. Для изоляции диффузионного резистора используют p-n -переходы, находящиеся под обратным (запирающем) напряжением, которое не может превышать пробивного.

При формировании ИС вообще и микросхем с диффузионными резисторами в частности в структуре ИС образуются паразитные элементы, которые могут нарушить нормальную работу ИС.

Первым паразитным элементом, например, является ёмкость p-n -пе­рехода, которая проявляет себя на высоких частотах.

Вторым паразитным элементом может быть паразитный БТ, эмиттером которого является диффузионный резистивный слой, базой - коллекторная область исходной структуры, коллектором – подложка ИС (рис. 12.2. б). Этот транзистор проявит себя, когда эмиттерный p-n -пе­реход паразитного БТ окажется смещённым в прямом направлении.

 

Плёночные резисторы

Плёночные резисторы формируют в гибридных ИС.

Основой плёночного резистора является резистивная плёнка из металла (хром, тантал, палладий) металлического сплава (нихром) или металлокерамики (кермет). Резистивную плёнку определённой конфигурации наносят на диэлектрическую подложку гибридной ИС или на окисленный слой полупроводникоковой ИС (рис. 12.3).

Наибольшее распространение получили плёночные резисторы из нихрома, который обладает малым температурным коэффициентом сопротивления и высоким удельным омическим сопротивлением, что позволяет получать широкий диапазон номинальных величин сопротивления.

 

Рис. 12.3. Возможная структура плёночного резистора (1 – металлические электроды, 2 – резистивный слой, 3 – диэлектрическая подложка)

 

Диффузионные конденсаторы

В качестве диффузионных конденсаторов ИС часто используют барьерную ёмкость p-n -перехода, находящегося под обратным напряжением в структуре БТ (рис. 12.4.). Изменяя напряжение на p-n -переходе, можно управлять величиной барьерной ёмкости.

 

Рис. 12.4. Структура диффузионного конденсатора с использованием барьерной ёмкости эмиттерного перехода

 

Величина ёмкости диффузионного конденсатора определяется концентрацией примесей в прилегающих к переходу областях. Диффузионные конденсаторы на основе эмиттерной области имеют бόльшую удельную ёмкость по сравнению с конденсаторами на коллекторными переходе. Однако при большой концентрации примесей и при малой толщине p-n -перехода пробивное напряжение такого перехода мало, что является недостатком конденсатора.

Диффузионные конденсаторы имеют низкую добротность, что также является их недостатком.

 

12.3.4. МДП- конденсаторы

МДП-конденсаторы создают на основе двуокиси кремния − диэлектрика, которым покрыт полупроводниковый кристалл ИС. Одной обкладкой конденсатора является слой металла (как правило, алюминия), другой − сильнолегированная область полупроводника, которая формируется одновременно с формированием эмиттерных областей БТ интегральных микросхем и от которой имеется специальный металлический вывод (рис. 12.5).

 

Рис. 12.5. Структура МДП-конденсатора

 

В объёме полупроводника на площади МДП-конденсатора можно не формировать базовую область БТ.

 

Плёночные конденсаторы

Плёночные конденсаторы формируют на диэлектрической подложке гибридных ИС (рис. 12.6).

 

Рис. 12.6. Структура однослойного плёночного конденсатора

 

В качестве диэлектрика плёночных конденсаторов наиболее широко применяют монооксид кремния SiO.

Для получения большей ёмкости или для уменьшения площади, занимаемой конденсатором на подложке, делают многослойные плёночные конденсаторы. Однако, этот способ трудоёмок, уменьшает надёжность конденсаторов, увеличивает процент брака при изготовлении конденсаторов и повышает стоимость продукции.

 

12.4. Типовые технологические процессы и операции создания

полупроводниковых ИС [1]

К типовым технологическим операциям относят:

− получение (выращивание) монокристалла полупроводника методом Чохральского или методом зонной плавки,

− эпитаксию,

− термическое окисление поверхности пластины монокристалла полупроводника,

− легирование монокристаллического полупроводника,

− травление поверхности пластины монокристалла полупроводника,

− литография и

− нанесение тонких плёнок на поверхность пластины монокристалла полупроводника,

− создание плёночных проводниковых соединений и контактов,

− разделение пластин на кристаллы и

− сборочные операции.

К типовым технологическим процессам относят процессы электрической изоляции элементов интегральных схем:

− изоляция p-n -переходом,

− изоляция коллекторной диффузией,

− изоляция диэлектрическими плёнками,

− совместная изоляция p-n -переходом и диэлектрическими плёнками и

− изоляция путём создания ИС на непроводящих подложках.

 

[1] Данный раздел лекции студенты изучают самостоятельно по учебнику

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: