Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 72
Текст из файла (страница 72)
В третьем варианте (3) используется коллекториый переход, а эмиттерной области при этом может и не быть, т. е. этап диффузии примесей для формирования эмиттериой области может быть исключен нз технологического процесса. Если же эмиттерная область сформирована, то цепь эмиттера остается разомкнутой. Коллекториая область обычно является относительно высокоомиой, поэтому такой диод имеет достаточно высокое пробивное напряжение (-50 В).
Площадь коллекториого перехода значительно больше площади эмиттерного перехода, поэтому использование коллекториого перехода в качестве диодной структуры дает возможность пропускать ббльшие прямые токи. В четвертом варианте (4) эмиттерную и коллекторную области соединяют между собой, т. е. эмиттерный и коллекторный переходы включают параллельно. Допустимый прямой ток при этом оказывается еще больше, ио увеличивается также н суммарная барьерная емкость. В пятом варианте (5) используется коллекториый переход, а эмнттериый короткозамкнут. $ Улй ПАССИВНЫЕ ВЛЕМЕНты Диффузионные резисторы В полупроводниковых интегральных микросхемах биполярный транзистор является элементом с самой сложной структурой.
Для его формирования необходимо провести последовательно несколько этапов диффузии примесей. Чтобы не усложнять технологию изготовления интегральной микросхемы, целесообразно для создания резисторов использовать одну из областей транзисторной структуры: эмиттер, базу или коллектор (рис. 7.11). Эмиттерная область содержит наибольшую концентрацию примесей и обладает наименьшим удельным сопротивлением слоя. Поэтому эмиттериая область пригодна для формирования диффузионных резисторов только с малым сопротивлением (око- ло 1О Ом). Из-за большой концентрации примесей температурные коэффициенты сопротивления таких резисторов будут малы (см. рис.
1.! 1). Коллекториая область транзисторной структуры содержит наименьшую концентрацию примесей. Поэтому коллекториая область вообще пригодна для формирования диффузионных резисторов с большим сопротивлением, но из-за малой концент- А1 а) г) Рис. 7.! К Возможные варианты использовании различных областей транзисторной структуры в качестве резистивных слоев дли ферми рованив диффузионных резисторов полупроводниковой иитеграль. ной микросхемы (и, б, а) н некоторые варианты конфигурапни резистивного слон и злектродов резистора (г, б) рации примесей температурные коэффициенты сопротивления таких резисторов велики.
Таким образом, для формирования диффузионных резисторов обычно используют базовую область транзисторной структуры. Без существенного увеличения площади, занимаемой диффузионным резистором, в базовой области могут быть созданы резисторы с сопротивлением до 50 кОм. В то же время такие диффузионные резисторы имеют приемлемые температурные зависимости сопротивления; во всяком случае, эти зависимости более слабые, чем для диффузионных резисторов, сформированных в коллекториой области. Диффузионные резисторы, как и другие резистивные элементы, характеризуют следующие параметры: диапазон номинальных значений сопротивления, допуски по сопротивлению, температурный коэффициент сопротивления, допустимая мощность рассеяния и максимальное напряжение.
Для диффузионных резисторов диапазон номинальных значения сопротивления, как отмечалось, ограничен сверху. В массовом производстве интегральных микросхем диффузионные резисторы не могут быть изготовлены с достаточно малыми пределами допусков по ряду причин. Например, трудно 345 выдерживать необходимую поверхностную концентрацию примесей и глубину диффузии с высокой точностью. Различные этапы фотолитографического процесса, несмотря на совершенство применяемого оборудования, вносят в абсолютное значение сопротивления диффузионного резистора существенную ошибку, особенно для резисторов с узкой шириной резистивной диффузионной полоски.
Температурный коэффициент сопротивления диффузионного резистора зависит от концентрации примесей в использованном диффузионном слое. Так как диффузионные резисторы формируют в базовых областях транзисторных структур, то концентрация примесей в этих областях определяется необходимыми параметрами и свойствами транзисторов. Допустимая мощность рассеяния диффузионны~ резисторов ограничена малыми размерами и топологией резистивиой диффузионной полоски резистора (рис. 7.11, г, д), а также связана с температурным коэффициентом сопротивления резистора, так как нагрев резистора проходящим таком вызывает изменение сопротивления и приводит к нелинейности ПАХ. Максимальное напряжение — зто специфический параметр диффузионных резисторов. Диффузионный резистор, как отмеча.
лось, представляет собой диффузионную полоску с определенным типом электропроводности, отделенную от подложки интегральной микросхемы р-п-переходом, Электронно-дырочиый переход должен быть смещен в обратном направлении для изоляции диффузионной полоски от подложки.
Поэтому максимальное падение напряжения на резисторе не может быть больше напряжения смещения, которое, в свою очередь, ие может превышать пробивного напряжения изолирующего р-п-перехода. Кроме перечисленных недостатков диффузионных резисторов и трудностей проектирования н создания интегральных микросхем с диффузионными резисторами необходимо отметить, что при формировании интегральных микросхем вообще и микросхем с диффузионными резисторами в частности в структуре интегральной микросхемы образуются паразитные элементы, которые могут нарушить нормальную работу интегральной микросхемы. Диффузионный резистор отделен от подложки р-п-переходом, который имеет собственную барьерную емкость.
Эта емкость может оказывать существенное влияние на работу схемы при высоких частотах. Другим паразитным элементом, возникающим возле диффузионного резистора, может быть паразнтный биполярный транзистор, эмиттером которого является диффузионный резнстивный слой, базой — коллекторная область исходной транзисторной структуры, коллектором — подложка интегральной микросхемы (рис. 7.! 1, б). Если изолирующий р-п-переход между резистивной полоской н подложкой (эмиттерный переход паразитного транзистора) окажется смещенным в прямом направлении, то паразитный транзистор может нарушить работу интегральной микро- 346 схемы. Поэтому-то и необходимо, чтобы падение напряжения на диффузионном резисторе не превышало максимального напряжения.
Несмотря на отмеченные недостатки, диффузионные резисторы широко применяют в интегральных микросхемах, так как их формирование ие требует дополнительных технологических операций и ие удорожает схему. Пленочные резисторы Основой пленочного резистора является резистнвная пленка из металла (хром, тантал, палладнй), металлического сплава (вихром) илн металлокерамики (кермет). Резистивиую пленку определенной конфигурации тем или иным способом наносят на диэлектрическую подложку гибридной интегральной микросхемы или иа окнсленный кристалл полупроводниковой интегральной микросхемы, изготовленной по совмещенной технологии (рис.
7.!2). Материал, используемый для резистивных пленок, должен обеспечи. г 7 вать возможность получения широкого диапазона номинальных значений сопротивления, обладать низким температурным коэффициентом сопротивления, высокой коррозиоиной стойкостью и стабильностью параметров во времени. Наибольшее распространение п/)лучили ггнхромовыерезис1нарос.7.12.Вохногккаякокфкгу. возможности их создания с малым 2 — рехестяеяее елеехе; з— температурным козффициентом со- лехлеегрееескее ооллонке гяо- рнхяой яятегрелеяой яехросхеяы противления. После осаждения пленки нихрома на диэлектрическую подложку производят термообработку путем отжига пленки на воздухе.
При этом нихромовая пленка покрывается слоем оксида, который значительно улучшает стабильность пленочного резистора. При создании пленочных резисторов на диэлектрической подложке не образуется паразитных элементов, которые получаются в полупроводниковых интегральных микросхемах с диффузионными резисторами. Для нанесения резистивной пленки могут быть использованы различные способы; термическое испарение резистивного материала в вакууме (из резнстивного испарителя или с помощью электронного луча), катадное распыление, анодирование осажденных на подложку металлических пленок и химическое осаждеиие при химической реакции в газовой фазе.
Термическое испарение в вакууме — наиболее простой и производительный 347 метод получения резистивиых пленок, а также других металлических и диэлектрических пленок, необходимых для изготовления интегральных микросхем. Унификация технологических операций получения различных элементов интегральной микросхемы, возможность изготовления этИх различных элементов в едином технологическом цикле — это существенное преимушество термического испарения в вакууме среди других способов нанесения резистивиых пленок. Диффузионные конденсаторы Рис. 7.13. Структура диффузиоииого коидеисасора с использоваиием барьериой емкосги коллекгориого перехода траизисториой структуры (лиффузии доноров длп формировании змиттериой области ие проводилась) 348 В качестве конденсаторов интегральных микросхем часто используют барьерную емкость р-п-перехода, смещенного в обратном направлении.
Такой пассивный элемент интегральной микросхемы удобно формировать одновременно с формированием транзисторных структур нли использовать непосредственно р-и-переходы транзисторных структур (рис. 7.13). Барьерная емкость р-и-перехода может быть использована как для создания конденсатора постоянной емкости, так и для конденсатора перемен- ной емкости, которой можно управлять 31б 11 путем изменения постоянного смешения на переходе (см. $3.31). Качество диффузионных конденсаторов, как и других конденсаторов, н их пригодность для применения в интегральных микросхемах необходимо оценивать по их технологической совместимости с технологией других (в первую очередь активных) элементов интегральных микросхем и по таким основным параметрам, как диапазон номинальных значений емкости (или удельная емкость), пробивное напряжение, добротность, допуски по емкости.
Диапазон номинальных значений емкости диффузионных конденсаторое, которые могут быть сформированы иа отведенных для них площадях моиокрнсталла полупроводника, определяется концентрацией примесей в прилегающих к переходу областях. Диффузионные конденсаторы, использующие эмиттерную емкость транзисторной структуры, имеют ббльшую удельную емкость по сравнению с конденсаторами иа коллекторном переходе. Однако при большой концентрации примесей в прилегающих к переходу областях и, следовательно, при малой толщине перехода будет малЬ пробивное напряжение такого перехода, а значит, и диффузионного конденсатора. Таким образом, удельную емкость и пробивное напряжение диффузионных конденсаторов надо рассматривать совместно. Взаимосвязь между этими пара- метрами оказывается неблагоприятной для диффузионных конденсаторов. Добротность — величина, обратная таигеису угла диэлектрических потерь диффузионных конденсаторов, обычно значительно ниже добротности дискретных конденсаторов с диэлектрической изоляцией.
Однако стоимость формирования диффузионных конденсаторов мала, так как они создаются в едином технологическом процессе с другими элементами интегральной микросхемы. Поэтому диффузионные конденсаторы широко используют в интегральных микросхемах, когда можно мириться с низкой добротностью. Диффузионный конденсатор, как и другие элементы интегральной микросхемы, должен быть изолирован от остальных элементов и от подложки интегральной микросхемы. Часто эта изоляция осуществляется р-и-переходом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
