 |
Возникновение паразитных связей активного типа
|
|
|
|
Структура полупроводниковых приборов, в частности элементов интегральных схем и интегральных схем в целом такова, что всегда имеет место контакт двух полупроводников с разной степенью легирования либо контакт металл-полупроводник, либо металл-диэлектрик.
На этих контактах неизбежно возникает контактная разность потенциалов, которая обуславливает инерционность электронных процессов в элементах ИС. Каждый такой переход характеризуется диффузионной и барьерной ёмкостью. При прямом включении следует учитывать диффузионную ёмкость, при обратном – барьерную.
Одним из таких контактов есть обратно смещённые p-n-переходы, которые используются для изоляции элементов ИС. Недостатком такого вида изоляции есть образование паразитных транзисторов, которые хоть и являются нормально закрытыми в следствии наличия обратного напряжения на изолирующем переходе, но при при попадании на них каких-либо импульсов помех может произойти нежелательное отпирание и срабатывание этих элементов. Часто рассматривают так называемые собственные ёмкости элементов ИС и паразитные ёмкости, которые отличаются от собственных тем, что обычно являются результатом изоляции элементов ИС и не присущи дискретным аналогам. И первая, и вторая являются по сути паразитными.
Рассмотрим собственные и паразитные ёмкости интегрального МДП-транзистора (рис. 1)
рис.1. Распределение ёмкостей МДП-транзистора.
Здесь собственные ёмкости – Сзи, Сзс, Сис. Паразитные ёмкости: Срn - ёмкость перехода подложка-легпрованная р+ область, Смр- ёмкость перекрытия затвором р+ области.
Другим примером является диодное включение транзистора, при котором кроме собственной ёмкости диода появляется паразитная ёмкость на подложку. Обе ёмкости зависят от варианта включения транзистора (табл. 1)
|
|
|
| Вариант включения | Емкость диода, пФ | Паразитная ёмкость на подложку, пФ |
| БК-Э | 0.5 | |
| БЭ-К | 0.7 | |
| Б-ЭК | 1.2 | |
| Б-Э | 0.5 | 1.2 |
| Б-К | 0.7 |
Табл.1. параметры диодного включения транзисторов
Из таблицы видно, почему именно варианты БК-Э и Б-Э обычно используются в ИС.
Наличие дополнительных n- и р- областей в структуре интегральных резисторов приводит к появлению паразитных связей, которые учитываются эквивалентной схемой (рис.2). Изолирующие переходы создают дополнительные барьерные ёмкости С1 и С2, ёмкость которых нелинейно зависит от напряжения обратного смещения. Кроме того в структуре диффузионного резистора образуется паразитный транзистор типа pnp. Влияние паразитного транзистора можно исключить подавая напряжение обратного смещения на n-область, изолирующую диффузионный резистор.
рис.2. Структура диффузионных резисторов на основе базовой (а) и эмиттерной (б) области и их эквивалентная схема.
В зависимости от типа резисторов, они обладают различными ёмкостями. Это показывает табл.2.
| Тип резистора | Диффузионный резистор на основе базовой области | Пинч-резистор | Диффузионный резистор на основе эмиттерной области | Эпитаксиальный резистор | Ионно-легированный резистор n-типа |
| Паразитная ёмкость, пФ/мм2 | 150-350 | 1000-1500 | 1000-1500 | 80-100 | 200-350 |
табл.2. Характеристики интегральных резисторов.
Так как элементы ИС не являются экранированными друг от друга, то имеет место влияние токов и полей различных компонентов ИС друг на друга. Примером может служить паразитная связь, возникающая между контактными площадками, либо близко расположенными резисторами, транзисторами и т. д. Чтобы избежать этих нежелательных связей следует располагать компоненты ИС на достаточных дистанциях. Для уменьшения паразитных связей между контактными площадками под ними формируют изолированную область (за исключением контактной площадки с наименьшим потенциалом).
|
|
|
При проектировании ИМС на МДП-транзисторах возникает ещё один механизм возникновения активных паразитных эффектов. Кроме наличия паразитных МДП- и биполярных транзисторов здесь возможно также образование паразитных каналов. Фрагмент структуры инвертора с КМДП-транзисторами показан на рис. 3. Паразитный р-канал образуется между областями 3 и 6 при отрицательном потенциале на относительно подложки 1 на металлическом проводнике 4, соединяющим стоки 3 и 8 КМДП-транзисторов. Празитный n-канал образуется между областями 1 и 8 при положительном потенциале на проводнике 4 относительно р-кармана. Эти каналы способствуют протеканию токов утечки между транзисторами за счёт инаерсии электропроводности полупроводникового материала на границе кремний-окисел. Основным механизмом устранения паразитных каналов является применение охранных колец. Их формируют локальным легированием в процессе формирования стоков и истоков р- и n-канальных транзисторов.
рис.3. Образование паразитных каналов в инверторе с активной нагрузкой:
1-подложка;
2,3- исток и сток р-канального МДП-транзистора;
4-металлический проводник;
5-n+ - охранное кольцо;
6- p-карман;
7-р+ - охранное кольцо;
8,9- сток и исток n-канального МДП-транзистора.
?????. Паразитные связи в диффузионных резисторах
Структура полупроводниковых приборов, в частности элементов интегральных схем и интегральных схем в целом такова, что всегда имеет место контакт двух полупроводников с разной степенью легирования либо контакт металл-полупроводник, либо металл-диэлектрик.
На этих контактах неизбежно возникает контактная разность потенциалов, которая обуславливает инерционность электронных процессов в элементах ИС. Каждый такой переход характеризуется диффузионной и барьерной ёмкостью. При прямом включении следует учитывать диффузионную ёмкость, при обратном – барьерную.
Диффузионные резисторы (ДР) изготовляют одновременно с базовой или эмиттерной областью. 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 рs. Значение рs 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.
|
|
|
Наличие дополнительных n- и р- областей в структуре интегральных резисторов приводит к появлению паразитных связей, которые учитываются эквивалентной схемой (рис.1). Изолирующие переходы создают дополнительные барьерные ёмкости С1 и С2, ёмкость которых нелинейно зависит от напряжения обратного смещения. Величины этих ёмкостей можно посчитать по формуле для барьерной ёмкости резкого р-n- перехода, которая с определённым приближением может быть использована в случае диффузионных переходов с большой разностью концентраций примеси в полупроводниковых слоях, примыкающих к р-n- переходу.
C=S*(q*En*E0*N/(2(Uобр+fiк)))^(1/2),
где S – площадь р-n- перехода; Еn – диэлектрическая проницаемость кремния, E0 – диэлектрическая проницаемость вакуума, N – концентрация примесей на высокоомной стороне р-n-перехода, fiк – контактная разность потенциалов на p-n- переходе.
Кроме того в структуре диффузионного резистора образуется паразитный транзистор типа pnp. Влияние паразитного транзистора можно исключить подавая напряжение обратного смещения на n-область, изолирующую диффузионный резистор.
рис.1. Структура диффузионных резисторов на основе базовой (а) и эмиттерной (б) области и их эквивалентная схема.
В зависимости от типа резисторов, они обладают различными ёмкостями. Это показывает табл.1.
| Тип резистора | Диффузионный резистор на основе базовой области | Пинч-резистор | Диффузионный резистор на основе эмиттерной области | Эпитаксиальный резистор | Ионно-легированный резистор n-типа |
| Паразитная ёмкость, пФ/мм2 | 150-350 | 1000-1500 | 1000-1500 | 80-100 | 200-350 |
табл.1. Характеристики интегральных резисторов.
|
|
|
|
|
|
