Коледов Л.А. - Технология ИС, страница 12

Транзистор имеет следующие параметры: (узел — — 8...12 В; (/эвб — — 3,5...6,0; (узсэ=5...12 В; В=40...70, Транзисторы микросхем с эмиттерами на гетеропереходах. Гетеропереходы — это переходы между двумя материалами, имеющими различную ширину запрещенной зоны. В обычных транзисторах используются гомопсреходы, так как ширина запрещенной зоны кремния по обе стороны перехода одинакова и равна 1,1 эВ. Теоретически преимушества гетероперсходов известны давно, но технология их формирования не была разработана. Транзисторы с гетеропереходами изготавливаются (рис.

2.22) с использованием легированного фосфором ннзкоомного полуизолирующего поликристаллического кремния в качестве материала эмиттера, который предложившая эту технологию японская фирма 5опу назвала сйроз (зегп(-1пзц)!1пя ро(усгуз!а(11пе сй(неон — полуизолируюший поликристаллический кремний). Этот материал представляет собой смесь поликристаллического кремния и двуокиси кремния и имеет ширину запрещенной зоны 1,3...1,4 эВ. Разница в ширине запрещенной зоны в 0,2...0,3 эВ материалов, образующих эмиттерный переход, обеспечивает значительно более высокий коэффициент инжекции. Это означает, что а полном токе через эмиттерный переход отношение тока электронов к току дырок получается намного выше.

От коэффициента инжекции непосредственно зависит коэффициент усиления транзистора (см. $2.2) В обычном кремниевом транзисторе (рис. 2.22, б) единственный способ повышения этого параметра состоит в увеличении концентрации примеси в эмиттере и уменьшении концентрации примеси в базовой области. В транзисторах с эмиттерами на гетеропереходах высокий коэффициент инжекции можно обеспечить и при относительно сильно легированной базовой области. Меньшее сопротивление пассивной а! е) П) - )П 2.5. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ РЕЗИСТОРЫ Рис. 2.24. Варианты конфигураций диф- фузионных резисторов а,' 52 области базы дает возможность значительно повысить быстродействие транзисторов без уменьшения или даже с увеличением коэффициента усиления по току.

В гетеропереходе (рис. 2.22, а) пленка полуизолируюшего поликристаллического кремния толщиной около 0,2 мкм контактирует непосредственно с базовой областью транзистора. Поверх нее наносится обычная пленка легированного поликристаллического кремния толщиной 0,3...0,5 мкм, с которой контактирует металлическая разводка. Технологическая реализация транзисторов микросхем с гетеро- переходами не связана со сложными усовершенствованиями отдельных операций или уменьшением геометрических размеров транзис;оров. По этой технологии возможно получение микросхем с рабочим быстродейсгвием в 1...5 ГГц. Резисторы микросхем изготавливаются на основе диффузионных слоев транзисторной структуры (эмиттерная и базовая области), в эпитаксиальном слое (коллекторная область) и с помощью ионного легирования.

Диффузионные резисторы изготавливают одновременно с базовой или эмиттерной областью транзистора. Структура таких резисторов показана на рис. 2.23. Сопротивление тела диффузионного резистора (ДР) представляет собой объемное сопротивление участка диффузионного слоя, ограниченного р-п переходом. Оно определяется геометрическими размерами резистивной области и характером распределения примеси по глубине диффузионного слоя, которое, в свою очередь, характеризуется удельным поверхностным сопротивлением р,.

При создании микросхем параметры диффузионных слоев оптимизируются с целью получения наилучших характеристик п-р-п-транзисторов, поэтому параметры ДР улучшаются не за счет варьирования технологических режимов, а выбором конфигу- Рис. 2.23. Структура диффузионных резисторов на основе базовой (а) и змиттерной (б) областей, сформированных по планарно-зпитаксиальной технологии рации и геометрических размеров тела резистора (рис. 2.24) Низкоомные резисторы (десятки ом) имеют форму, представленную на рис.

2.24, а и малое отношение (((), Форма и размеры контактов к ним выбираются такими, чтобы сопротивление приконтактных областей было значительно меньше сопротивления основной области резистора. Резисторы с сопротивлением в сотни ом и до единиц килоом в плане имеют вид, изображенный на рис. 2.24, в, б, в котором длина и ширина приконтактной области равна ширине резистора. Топология, показанная на рис. 2.24, д, г, используется для создания высокоомных резисторов. В ней тело резистора имеет сравнительно малую ширину, контактные области имеют размеры, определяемые возможностями технологии по созданию надежного контакта проводящих А! полосок с полупроводниковгпм материалом. Еще более высокоомные резисторы имеют форму меандра (рис.

2.24, е) или изготавливаются в донной части базового слоя (пинч-резисторы, рис. 2.24, ж). Длина однополоскового диффузионного резистора не может превышать размеров кристалла (т. е. 1...5 мм), ширина ограничена минимальной шириной окна под диффузию, определяемой возможностями фотолитографии (2,5...3 мкм), и боковой диффузией (уход под окисел равен примерно глубине залегания диффузионного р-и перехода). Типичные значения сопротивления ДР, которые можно получить при данной величине р„лежат в диапазоне 0,25 (ь<И<!О рп Нижний предел ограничивается сопротивлениями контактных областей, верхний — допустимой площадью, отводимой под резистор. Воспроизводимость номинальных значений сопротивления ДР обычно составляет 15...20% и зависит от ширины резистора.

Отклонения от номиналов сопротивлений резисторов, расположенных на одном кристалле, за счет ней точностей технологии имеют один и тот же знак, т. е. меняются в одну чп сторону, поэтому отношение соРис. 2.2б. Конструкция линч-резнс- противлений сохраняется с высо- тора кой точностью. Аналогично темпе- ратурный коэффициент отношения сопротивлений мал по сравнению с ТКС для отдельного резистора (О,!5„0,3%/"С), Эта особенность ДР учитывается при разработке полупроводниковых микросхем. На основе эмиттерной области формируются резисторы небольших номиналов (3.. 100 Ом с ТКС 0,01...0,02%/'С), поскольку р, эмиттерного слоя невелико (табл. 2.1). Пиич-резисторы. При необходимости создания в микросхемах резисторов с большим сопротивлением используют пинч-резисторы (синонимы: канальные, сжатые, закрытые резисторы).

Они формируются на основе донной слаболегироваиной области базового слоя с большим сопротивлением и имеют меньшую площадь сечения (рис. 2.25). Максимальное сопротивление таких резне~оров составляет 200.. 300 кОм при простейшей полосковой конфигурации, р,=2...5 кОм/ ь). Пинч-резисторы имеют большой разброс номиналов (до 50%) из-за трудностей получения точных значений толшины донной части р-слоя, большой ТКС (0,3...0,5%/'С) из-за меньшей степени легирования донной части. У пинч-резистора и+- и р-слои закорочены металлизацией (рис. 2.25) и соединены с выводом резистора, находящимся под большим положительным потенциалом, чем остальные области структуры. Такое соединение обеспечивает обратное смешение на всех переходах пинч-резистора.

Этот резистор имеет линейный участок ВАХ только до напряжений 1...1,5 В, его п обивное напряжение 5...7 В (эмиттерный переход, см. табл, 2.2). х структура такая же, как и у ДР, но глубина ионно-легированных слоев, в которых сформировано тело резистора, составляет лишь и( $ Рис. 2.26. Конструкция ионно. легированных резисторов, сформированных имплантацией примеси р-типа а эпитаксиальный (коллекторный) слой (а) и примеси л-типа а ба- зоаый слой (б) 0,1...0,3 мкм (рис.

2.26). Ионная имплантация может обеспечить малую концентрацию легирующей примеси в слое. При соответствуюшем выборе дозы легирования и параметров отжига (10...20 мин при 500...600 С) можно получить Р,=0,5...20 кОм/П в резисторах, изображенных на рис. 2.26, а, и Р,=500...1000 Ом/П в резисторах, изображенных на рис. 2.26, б. Могут быть достигнуты номиналы сопротивлений в сотни килоом со сравнительно низким ТКС и с допуском -Ь10о%.

Ширина и толшина ионно-легированных резисторов с большими номиналами сопротивлений очень малы, что усложняет получение хорошего омического контакта к ним. В качестве контактов к ним используют диффузионные области р- или п-типа, которые формируют на стадии базовой или эмиттерной диффузии. Частотные характеристики интегральных резисторов. Любой интегральный резистор обладает паразитной емкостью С относительно подложки или изолирующего кармана. Постоянная времени, определяюшая длительность переходного процесса т=йгС, и соответствуюшая граничная частота ~,р —— ! /(2пт)=1/(2пРС). Для интегральных ДР гггр — 1/(3р,со( ), (2.9) (2.! О) где со — емкость на единицу площади р-а перехода.