Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Однако последовательное сопротивление в значительной степени определяется концентрацией примеси в и+-подложке, поскольку толщина эпитаксиального слоя 1,р,( 10 мкм) очень мала по сравнению с толщиной подложки (250 — 400 мкм). 74 Геава 2 Последовательное сопротивление эпитаксиальной диодной структуры определяется выражением ЙН вЂ” в1ер! + пень А !Рер! 1вер! Ха ве ) + Рвиьввнь] (2.3) Заметим, что величина 1,р! — хэ — В' представляет собой толщину необедненной части эпитаксиального слоя, т, е. расстояние ый, 510з Рис.
2.4. а — наавварвявй йи!эпнтансиальимф дичэз б — планарнма! эинтаиав алиный Лаод. от края обедненной области до подложки. Сильнолегированная низкоомиая подложка, составляющая болыпую часть суммарной толщины прибора, позволяет достигнуть значительного снижения последовательного сопротивления. Ингпггролаимг схема 75 2.2.1. Пример эпитаксиальноеа диода: аарактор. Чтобы наглядно продемонстрировать, насколько эффективной оказывается эпнтаксиальная структура с точки зрения снижения последовательного сопротивления диода, рассмотрим планарный эпнтакснальный р'пп'-дпод, используемый в качестве конденсатора с емкостью, управляемой напряженнем, — так называемый варактор, Действие варактора основано на известном характере зависимости емкости диода от напряжения смешения.
Варактор находит множество применений, в частности, он может использоваться в генераторах, управляемых напряжением, н в схемах автоматической регулировки частоты, где он является частью резонансного 1.С-контура. Рассмотрим варакторный р'пп'-диод со следующими конструктивными параметрами: Диаметр перехода 500 иии = 0,50 мм Гл)бина перехода хг = 2,0 мим Толгцина впитеисиального слоя ( р! = !О мим Концентрация примеси в впитаиснальном слое д! (2.4) = ! ((Рь см и (рер! = 5 Ои см) Удельное сопротивление подложив р,„ь = 0,005 Ом см (легироваиа 5Ь) Толптнна подложин (аиь — 300 мим 0 3 мм Площадь перехода, соответствующая диаметру 500 мкм, равна А = л/4с(е = (л/4) (0,5 мм)' = О,! 96 мм' = 0,196 10 ' см'.
(2,5) При нулевом смещении Рх = ср = 0,8 В, так что Сх (0) = = 289/(10 0,8)п' пФ/мм'О,!96 мма = 20,1 пФ, а ширина обедненного слоя при нулевом смещешш равна )ьг (0) = 0,361 х Х (10 0,8)'г' = 1,02 мкм. Последовательное сопротивление в этих условиях равно /сэ (0) = И,м (0) + Я,„ь = 5 Ом см (!О '— — 1,02) ° !О 4 см/О,!96 ° 10 ' см' + 0,005 Ом см х 0,03 см/0,196 х Х !0 ' см' = 1,78 Ом + 0,0765 Ом = 1,86 Ом. Без использования эпитаксиальной структуры последовательное сопротивление было бы равно )?а = 5 Ом см х 0,03 см/О,! 96 10 ' см' = 76,5 Ом.
Добротность диода Я при нулевом смещении на частоте 50 МГн равна () (0) = (1/соСэ)Ял = 1/(2л 50 МГц 20,1 пФ 1,86 Ом) = 85,5. (2.6) В случае неэпитаксиальной структуры 9 (0) = 2,0. При обратном смещении 3,0 В напряжение на переходе )гг = 3,8 В, так что емкость перехода теперь равна Сг ( — 3 В) = =' 20,! пФх (0,8/3,8)и' = 9,20 пФ, а ширина обедненного слоя )вг ( — 3 В) = 1,02 мкм, (3,8/0,8)п' = 2,22 мкм. Последовательное сопРотнвление Равно 14а —— /?ер, ( — 3 В) + )?в„ь = 5 Ом см х Х (10 ' — 2,22) ° !О ' см/0,196 10 ' см' + 0,0765 Ом = 1,47 Ом + 0,0?65 Ом = 1,551 Ом. Добротность прн напряже- Глава 2 с;!о! - го,! !,о !,о о,в он «о «В 1ОО !У, ° а,о! У„; 17 Рис. 2,6, Пример аависнмости емкости от напряжения для вараяторного диода подложки (т.
е. напряжение «полного обеднения») находится нз условия 1,02 мкм х (Уа)0,8 В)ие = 1,», — хе = 8 мкм и составляет 49,2 В, что соответствует напряжению обратного смещения Гп = Уа — ср = 48,4 В. Когда происходит полное обеднение эпнтакснального слоя, емкость перехода достигает своего минимального значения и п.рестает зависеть от напряжения. Минимальная емкость определяется выражением С вЂ” ел ед 1,04 10 те Ф/см Х 0,106 10 Я сме В'мях «„р! — х З.!О "см = 2,55 пФ. (2.7) Последовательное сопротивление в этих условиях определяется ТОЛЬКО СООРОтиВЛЕНИЕМ ПОДЛОЖКИ И РаВНО )«и !и!и! = Р»ио = = 0,0765 Ом. Добротность теперь достигает своего максимального значения, поскольку и емкость, и сопротивление достигли минимума, и равна Я „= 16 300. Неэпитаксиальная структура при том же напряжении смещения имеет добротность ° 136.
нии смещения 3 В равна Я( — 3 В) = 233. Добротность стала больше, чем при нулевом смещении, благодаря уменьшению как емкости, так и последовательного сопротивления. Для неэпитаксиальной структуры добротность прп данном напряжении смещения составляла бы всего 4,5, Е!апряжение Ущ при котором обедненная область распространяется на всю ширину эпитакспального слоя, от перехода до и- Иппмгральнпм скалы 77 Рассмотренный пример демонстрирует явные преимущества эпитаксиальной структуры. На рис.
2.5 приведен график зависимости емкости от падения напряжения на переходе для рассмотренного эпнтаксиального р+пл+-диода. Представляет интерес диапазон относительного изменения емкости. Как видно из графика, С, (О)/Смти —— 7,87, а Сг ( — 3 В)/Сиди — — 3,6!. Таким обРазом, перепад емкости может быть достаточно большим. Если данный варакторный диод является частью перестраиваемого ЕС-контура и включен параллельно с фиксированной ем- Рнс. 2,6, Резонансный йС-контур с варакторным днодом. < костью 2,0 пФ (рис. 2.6), коэффициент перестройки частоты определяется выражением ~п~ах ( /ьь'ппп) та (' (20, + 2) пФ /ппп ())).аппп)пг ~ (2,66+2) нФ в том случае, когда минимальное напряжение обратного смещения равно 0 В.
Если минимальное напряжение обратного смещения ограничивается уровнем — 3 В, коэффициент перестройки умень. шается до ),57. Таким браком, включив варакторный диод в пере. страиваемый контур, можно получить заметный перепад частоты. 2.3. Технологический цикл изготовления планарного зпитаксиального диода Теперь, когда мы познакомились с основными технологическими процессами, применяемыми для изготовления кремниевых приборов, и рассмотрели преимущества эпнтакснальной структуры, можно дать описание технологических циклов для ряда приборов, предстанив их в виде последовательностей производственных операций. Начнем с планарного р'л/и+-диода. Ниже приводится технологический цикл изготовления планар- ного эпитаксиального р'и/u'-диода со структурой такого типа, как на рис.
2.4, б. !. Исходный материал: эпитаксиальные пластины и/тт'-типа с удельным сопротивлением подложки 0,005 Ом см (легирована 35), толщиной эпитаксиальиого слоя 5 — 25 мкм и удельным сопротивлением эпитаксиального слоя 5 — 50 Ом см (легирован Р). 2. Окисление: выращивается оксидный слой толщиной 500— 800 нм, Первая операция фотолитографии: вскрываются окна в ок-, сндном слое для проведения р'-диффузии. Гла«а» 78 4 Диффузия бора: создается диффузионный р'-слой толщиной 1 — 3 мкм, предназначенный для формирования анодных областей диодов.
5, Вторая операция фотолитографии: вскрываются окна для анодных контактов. 6. Металлпзация: осажденне слоя алюминия толщиной 1 мкм для анодпых контактов. 7. Третья операция фотолитографии: получение рисунка металлизации для анодных контактов. 8. Вжигание илн вплавление контактов: производится термообработка при 500 — 600'С для вжигания или вплавления металлияеской пленки, с тем чтобы получить механически прочный и низкоомный, невыпрямляющий («омический») контакт к кремнию. 9. Нанесение металлнзации на обратную сторону пластины па полированную обратную сторону пластины напыляется тонкая пленка золота, которая служит для присоединения кристаллов к позолоченным держателям или основаниям при температуре 400 — 420 "С, несколько превышающей температуру эвтектики золото!кремний (370 'С).
2.4. Планарный эпнтаксиальный транзистор Опишем теперь технологический цикл изготовления типичного планарного эпитаксиального лрл-транзнстора, поперечное сечение которого представлено на рис. 2.? вместе с профилем распределения примесей. 1. Исходный материал: эпнтаксиалщсая пластина и/л+-типа с удельным сопротивлением подложки 0,005 Ом см (легнрована БЬ), толщиной эпитаксиального слоя 6 — 12 мкм и удельным сопротивлением эпитаксиального слоя 0,3 — 3,0 Ом см. 2, Окисление: выращивается оксидный слой толщиной 500— 800 нм.
3. Первая операция фотолитографии вытравливаются окна в окисле для базовой диффузии. 4. Базовая диффузия: с помощью двухстадийной диффузии типа «вагонка †разгон» создается диффузионный слой р.типа с глубиной перехода 2 — 3 мкм, поверхностной концентрацией 3 1О" см ' н поверхностным сопротиьлением 200 Ом,квадрат. Разгонка производится в окислительной среде О„ так что в окнах, полученных на предыдущей операции, снова вырастает окисел. 5.
Вторая операция фотолитографии: вытравливаются окна в оксидном слое для эмиттерной диффузии. 6. Эмиттерная диффузия: путем диффузии фосфора при высокой поверхностной концентрации создается диффузионный и'- слой с глубиной перехода 2 — 2,5 мкм, поверхностной концеитра- 79 Инпмгрольнггг гтгмм цией ° 1 10" см ' и поверхностным сопротивлением 2— 2,5 Ом/квадрат.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
