Конструирование и расчет пассивных элементов полупроводниковых микросхем (110,00 руб.)

Стр.1

Стр.3

Стр.6

Стр.7

Стр.8

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПАССИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МИКРОСХЕМ Учебно-методическое пособие Составители: Ю. И. Дикарев, Л. Н. Владимирова, В. М. Рубинштейн Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2011

Стр.1

СОДЕРЖАНИЕ Введение ................................................................................................................. 4 1. Интегральные резисторы .................................................................................. 5 1.1. Основные характеристики интегральных резисторов .......................... 5 1.2. Топология интегральных резисторов ..................................................... 9 1.3. Особенности расчета диффузионных резисторов ............................... 10 1.4. Примеры расчета интегральных резисторов ........................................ 12 2. Конденсаторы ИМС ........................................................................................ 18 2.1. Диффузионные конденсаторы ............................................................... 18 2.2. МДМ конденсаторы ................................................................................ 24 2.3. Расчет диффузионных конденсаторов .................................................. 26 2.4. Пример расчета диффузионного конденсатора ................................... 28 3. Контрольные вопросы и задания ................................................................... 30 4. Литература ....................................................................................................... 34 3

Стр.3

зией, разброс этого отношения при b ≥ 25 мкм обычно лежит в пределах ±0,5 %. Когда ширина резистора уменьшается до 7 мкм, разброс отношений сопротивлений увеличивается до 2 %. С увеличением проектного отношения сопротивлений возрастает и разброс отношений. Так, если при отношении номиналов 1 : 1 разброс отношений составляет ±0,5 %, то при отношении номиналов 5 : 1 – 1,5 %. Сопротивление диффузионного резистора представляет собой объемное сопротивление участка диффузионного слоя, ограниченного p-nпереходом. Оно определяется геометрическими размерами диффузионной области и распределением примеси по глубине диффузионного слоя, которое, в свою очередь, характеризуется удельным поверхностным сопротивлением Rs. Значение Rs зависит от технологических режимов диффузии и для базовой области составляет 100–300 Ом/□. На основе базового диффузионного слоя можно получить резисторы с номиналами сопротивления от 100 Ом до 60 кОм. При необходимости создания в ИМС резисторов с R > 60 кОм используют пинч-резисторы. Структура пинч-резистора, сформированного в базовом диффузионном слое р-типа, показана на рис. 2. Рис. 2. Конструкция пинч-резистора Такой резистор по R превосходит все другие типы диффузионных резисторов, но имеет очень большой разброс сопротивлений из-за совместного влияния погрешностей эмиттерной (п+) и базовой (р+) диффузий. Резистор представляет собой тонкий канал р-типа, изолированный со всех сторон обратносмещенным p-n-переходом, так как эмиттерный слой n+-типа за пределами резистора соединяется с эпитаксиальным n-слоем. Для изготовления пинч-резистора используется донная слаболегированная часть р-слоя с Rs = 5÷10 кОм/□ и более. Максимальное сопротивление таких резисторов может составлять 200–300 кОм и более даже при простейшей полосковой конфигурации. Однако следует учитывать, что из-за эффекта модуляции канала пинч-резисторы имеют линейный участок ВАХ только до 1–1,5 В. 6

Стр.6

Если номинальное сопротивление диффузионного резистора не превышает 100 Ом, то использование базового слоя для его изготовления нецелесообразно. Для получения резисторов с малыми номиналами используют низкоомный эмиттерный слой (рис. 3). Рис. 3. Конструкция резистора на основе эмиттерного диффузионного слоя Для получения высокоомных резисторов ИМС используются и эпитаксиальные коллекторные слои (рис. 4). Из всех областей транзистора коллекторная имеет максимальное Rs(1–10 кОм/□). Эпитаксиальный слой легирован однородно по толщине, поэтому проводимость эпитаксиального резистора, в отличие от диффузионного, постоянна по всему сечению. Однако следует учитывать, что эпитаксиальный резистор формируется самой продолжительной диффузией (разделительной) и разброс номиналов сопротивлений таких резисторов из-за невоспроизводимости боковой и прямой диффузий значителен. Кроме этого, разброс обусловлен и колебаниями толщины и уровня легирования эпитаксиальных слоев. Поскольку коллекторная область слабо легирована, эпитаксиальные резисторы имеют высокое пробивное напряжение (более 100 В) и большой ТКС. Еще большее Rs (2÷20 кОм/□) можно получить в эпитаксиальном пинчрезисторе, в котором поперечное сечение уменьшено сверху на глубину базового слоя. Пробивное напряжение таких резисторов определяется Uпроб перехода база-коллектор (40÷50 В). Рис. 4. Конструкция эпитаксиального резистора В последнее время все большее распространение получают ионнолегированные резисторы (рис. 5). Такие резисторы обеспечивают сочетание высокого Rs и сравнительно малого разброса сопротивлений. Так как глубина имплантированных слоев составляет 0,1–0,3 мкм, и ионная имплантация позволяет получить малую концентрацию легирующей примеси в слое, то при соответствующем выборе дозы легирования и параметров 7

Стр.7

отжига можно получить Rs = 0.5÷20 кОм/□ в резисторах со структурой рис. 5а и Rs = 0.5÷1 кОм/□ в резисторах со структурой рис. 5б. Могут быть достигнуты номиналы сопротивлений в десятки МОм. Рис. 5. Конструкция ионно-легированных резисторов Поскольку толщина имплантированного слоя мала, к нему трудно получить надежные омические контакты. Поэтому на краях резисторного слоя на этапе базовой или эмиттерной диффузии получают р (рис. 5а) или п+ (рис. 5б) области, к которым омический контакт осуществляется обычным образом. В таблице 1 приведены основные характеристики интегральных резисторов. Видно, что ТКС интегральных резисторов довольно высок. Этот факт, а также низкая воспроизводимость номинала являются основными недостатками таких резисторов. К их недостаткам также относится и зависимость номинального сопротивления от величины приложенного напряжения, которое может модулировать толщину резистивного слоя вследствие полевого эффекта. Таблица 1 Тип резистора Характеристики интегральных резисторов R·103, Толщина слоя, мкм Диф. резистор на основе базовой области Диф. Резистор на основе эмитт. области Пинч-резистор (базовый) Эпитаксиальный Пинч-эпитакс. Rs, Ом/□ 2,5–3,5 100–300 1,5–2,5 2–5 0,5–1 (5–10) · 103 (1–10) · 103 7–10 3,5–6 Ионно-легиров. 0,1–0,2 8 1/градус 1–3 0,1 3–5 (2–20) · 103 4 50 (0,5–20) · 103 3,5–5 0,2–1 30 6 Разброс, % R 10 10 40 Oтн. R(1 : 1) 1 1 6 5 10 2 

Стр.8