63074 (695201), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

(2.6)

где С_кв — удельная паразитная распределенная емкость квадрата резистивной полоски, пФ/кв; ,р_кв — сопротивление квадрата резистивной полоски, кОм/кв; b — ширина резистора, мкм. :

Значения коэффициента Кн для некоторых вариантов резисто­ров приведены В таблице.

К недостаткам полупроводниковых резисторов относятся так­же сравнительно высокий ТКС и зависимость номинального сопро­тивления от величины приложенного к резистору напряжения, которое может модулировать площадь поперечного сечения резистивной полоски вследствие полевого эффекта. Кроме того, в резисто­рах, изолированных р-n-переходом, может проявляться паразит­ный транзисторный эффект. Максимально допустимое напряжение зависит от характеристики слоя, образующего резистор, и опреде­ляется пробивным напряжением р — л-перехода, отделяющего резистивный слой от остальных областей структуры.

Использование ионной имплантации примесей позволяет полу­чать тонкие резистивные слои с высоким удельным сопротивлени­ем р_кв, а также ТКС, слабо изменяющимся в достаточно широком интервале температур. Применяя дополнительную селективную обработку резистивного слоя лучом лазера, можно корректировать сопротивление резистора за счет изменения профиля распределе­ния примесей в данной части слоя.

Достоинствами резисторов, изготовленных нанесением на по­верхность кристалла ИМС металлических или поликристалличес­ких кремниевых пленок, являются независимость их сопротивления от величины напряжения, поданного на резистор, а также меньшие паразитные емкости и ТКС по сравнению с диффузионными или имплантированными резисторами. Металлические и поликремние­вые резисторы также поддаются корректировке путем пропускания через них электрического тока (плотность тока в импульсе не ме­нее 10⁶ А/см²) или обработки лучом лазера. Изменение сопротив­ления при этом происходит вследствие изменений кристаллической: структуры пленок (размеров зерен, перераспределения примесей и т. п.).

Коэффициент паразитной емкости резисторов Таблица 2.2

Тип резисторов	Коэффициент КR (пФ/(кОм-мкм2)) при удельном сопротивлении эпитаксиального коллекторного слоя р
	р=1 Ом-см	р=6 Ом-см	р=10 Ом-см
Базовый слой Сжатые резисторы на основе: базового слоя коллекторного слоя	1*10-3 2,7*10-5 8*10-5	5*10—4 1,6*10-3 4*10-5	4,5*10-4 1,1*10-5 2,8*10-5

Расчет диффузионных и имплантированных резисторов заклю­чается в определении их геометрических размеров с учетом профи­ля распределения примесей в полупроводниковых слоях. Основны­ми условиями, принимаемыми во внимание при расчете, являются обеспечение необходимой мощности рассеяния резистора и задан­ной погрешности номинального сопротивления. С одной стороны, исходя из условия заданной мощности рассе­яния Р и допустимой удельной мощности Р_о, можно выразить пло­щадь, занимаемую резистивным слоем, как S = P/P₀. С другой стороны, площадь определяется геометрическими размерами S = = l/b. Поскольку длина резистивной полоски равна l=bk_ф, то пло­щадь может быть выражена соотношением S=b²k_ф. Таким обра­зом, минимальная ширина резистивной полоски, найденная из ус­ловия рассеиваемой мощности, определяется выражением

(2.7)

Максимально допустимая удельная рассеиваемая мощность со­ставляет Ро=8 Вт/мм² для диффузионных и имплантированных ре­зисторов. Номинальная рассеиваемая мощность полупроводнико­вых резисторов обычно не превышает 10 мВт.

Требования, предъявляемые к допустимой погрешности номи­нального значения сопротивления резистора, также ограничивают номинальную ширину резистивной полоски. Если задана допусти­мая относительная погрешность сопротивления резистора уя — = AR/R, которая должна обеспечиваться в интервале рабочих темпе­ратур микросхемы в течение всего периода эксплуатации (в том числе без электрической нагрузки), то расчет резистора ведется с учетом ТКС и изменения сопротивления вследствие процессов вре­менного старения.

Относительное отклонение сопротивления вследствие измене­ния температуры определяется как

(2.8)

Относительное изменение сопротивления из-за процессов ста­рения -улт целесообразно учитывать только для поликремниевых и металлических резисторов, поскольку их пленочная поликристал­лическая структура более чувствительна к воздействию окружаю­щей среды, чем монокристаллические слои диффузионных или им­плантированных резисторов. Данные о величинах y_Rc? являются эмпирическими справочными параметрами.

Кроме того, систематическое отклонение от номинального со­противления резистора вносится сопротивлениями контактов. Сопротивление контакта зависит от удельного сопротивления материа­ла резистивного слоя и условий растекания тока в приконтактной области: R_конт = р_квk_раст, где коэффициент растекания k_раст= 0,14 для резистора с топологией, изображенной на рисунке 2.2, а, и К_раст = 0,65 — на рисунке 2.2, б.

Рисунок 2.2. Топологические конфигурации полупроводниковых рези­сторов: а—низкоомный резистор; б—высокоомный резистор.

Относительное изменение сопротивления резистора вследствие наличия двух контактов составит

(2.9)

Принимая во внимание указанные систематические отклонения сопротивления резистора от заданного, найдем расчетное значение допустимой относительной погрешности:

(2.10)

Полученное значение _Rрасч может быть положено в основу дальнейшего расчета резистора с учетом случайных отклонений сопротивления, возникающих в процессе изготовления. Исходя из формулы выразим относительную технологическую погреш­ность (среднеквадратичное отклонение при. нормальном законе статистического распределения) следующим образом:

(2.11)

Где , , - относительные и абсолютные СКО соответствующих величин.

Полагая, что абсолютные среднеквадратичные отклонения гео­метрических размеров длины и ширины равны, т. е. l~ b, и учитывая равенство l=bk_ф, преобразуем формулу к виду

(2.12)

Из последнего соотношения может быть определена минималь­ная ширина резистивной полоски:

(2.13)

Для типовых технологических процессов изготовления полу­проводниковых ИМС можно принимать АЬ = 0,5 мкм и yp_kb=0>05.

Полученные в результате расчета по формулам значения ширины резистивной полоски должны быть сопоставлены с минимальной шириной линии, обеспечиваемой принятой техноло­гией, т. е. с разрешающей способностью технологии, бтехн. Прини­мается максимальное из трех полученных значений

(2.14)

которое окончательно округляется в большую сторону.

Удельное сопротивление квадрата площади резистивиого слоя зависит от толщины слоя и структуры резистора. Резистивный слой может быть ограничен одним (Рисунок 2.1, а — в) или двумя р — n-переходами. Поскольку примесь в полученном диффузией резистивном слое распределена неравномерно, расчет удельного объемного сопротивления материала слоя трудо­емок.

Номограммы позволяют найти усредненную удельную объем­ную проводимость о резистивного слоя в зависимости от поверхно­стной концентрации акцепторных примесей Ns_а, концентрации донорных примесей в исходном материале (эпитаксиальном слое) N_d0 и отношения текущей координаты х р—n-перехода (если он имеется), ограничивающего резистивный слой сверху, к глубине р — n -перехода Xj, ограничивающего резистивный слой снизу. Например, для резистора, изображенного на рисунке 2.1, а, это отно­шение x|x_j = 0, поскольку резистивный слой начинается непосред­ственно на поверхности кристалла.

Таким образом, удельное сопротивление квадрата резистивного слоя

(2.15)

где d_рез = x_j — х — толщина резистивного слоя.

Типичные значения р_кв для резисторов на основе различных слоев полупроводниковой транзисторной структуры приведены В таблице.

Рисунок 2.3. Номограммы для определения проводимости полупроводниковых областей, полученных диффузией акцепторной примеси, в материал с различной исходной концентрацией донорной примеси N_d:

а) N_do=10¹⁵ см^-3; б) N_do=10¹⁶ см^-3 в) N_do=10¹⁷ см^-3 (3.2.16)

Резисторы широко используются в аналоговых полупроводниковых ИМС, а также в аналоговых подсистемах БИС и СБИС В логических ИМС и ИМС для запоминающих устройств примене­ние резисторов постоянно сокращается. Это объясняется переходом к снижению рабочих токов и напряжений, что ведет к необходимо­сти увеличения размеров резисторов (длины, занимаемой площа­ди), т. е. к увеличению размеров ИМС. В микросхемах с инжекционным питанием, в частности, резисторы как элементы ИМС исключены почти полностью.

С помощью низкоомных резистивных слоев в полупроводнико­вых ИМС выполняются пересечения токопроводящих дорожек межсоединений (Рисунок 2.2). При этом металлическая или поликремние­вая дорожка проходит поверх окисла, в то время как низкоомная резистивная дорожка — под окислом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. Учебник для ВУЗов - М; Радио и связь, 2007 - 464 с: ил.

2. Технология СБИС. В 2 кн. Пер. с англ./Под ред. С.Зи,- М.: Мир, 2006.-786 с.

3. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник. - М.: Радио и связь, 2001.-528 с.

4. Достанко А.П., Баранов В.В., Шаталов В.В. Пленочные токопроводящие системы СБИС.-Мн.: Выш.шк., 2003.-238 с.

5. Таруи Я. Основы технологии СБИС Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 2005-480 с.

Характеристики

Список файлов реферата