а) |
б) |
Рис. 23.2. Варианты топологии диффузионных резисторов
При создании микросхем выбор соответствующей величины сопротивления резистора обеспечивается выбором геометрической конфигурации резистивной области. Для снижения площади, занимаемой резистором, ширина резистивной полоски b выбирается минимальной. Резисторы с большими сопротивлениями (порядка 10 кОм) выполняют в виде меандра (рис. 23.2, а), а с малыми (десятки ом) – в виде широких полосок (рис. 23.2, б). Для ограничения протекания тока только резистивным слоем (р или n+) на соответствующий n-р переход подается обратное напряжение. Для
этого коллекторная или базовая области дополнительно подключаются к источнику питания.
Удельная барьерная емкость n-р перехода между резистивным слоем и областью в которой он создается равна (2...4)·10–4 пФ/мкм2. Поэтому резистор вместе с распределенной по его длине емкостью образует RС- линию, которую можно использовать в аналоговых микросхемах для получения частотно-избирательных цепей. Однако в большинстве случаев емкость является нежелательной (паразитной) так как ухудшает быстродействие микросхем. Для количественных оценок при построении
эквивалентной модели целесообразно заменить распределенную емкость на сосредоточенную (рис. 23.3, а).
а) |
б) |
Рис. 23.3. Эквивалентная электрическая схема диффузионного резистора (а)
ивариант конструкции ионно-легированного резистора (б)
Спомощью операции ионного легирования, не связанной с формированием базы, можно создать очень тонкий (0,1...0,2 мкм)
резистивный слой (рис. 23.3, б) с сопротивлением до 20 кОм/□. Для получения контактов на его концах формируют более толстые области p+-
439
а) |
б) |
Рис. 23.5. Структура (а) и топология (б) пленочного резистора: 1 – резистивныи слой, 2 – подложка, 3 – металлические контакты
∙ Тонкокоплёночные резистивные слои из нихрома толщиной менее 0,1 мкм получают вакуумным испарением и обеспечивают Rсл до
300 Ом/□, ТКС = – 0,01 %/К.
∙Сопротивление слоя до нескольких килоом на квадрат при ТКС < 0,02 %/К имеют плёнки тантала, полученные катодным распылением.
∙Большим Rсл (до 10 кОм/□) обладают тонкие плёнки резистивных сплавов, например кремния и хрома в различных процентных соотношениях.
∙Еще больше R (до 50 кОм/□) имеют плёнки керметов – смесей диэлектрического материала с металлом (например, SiO и Сг), их ТКС порядка – 0,2 %/°С.
Максимальное сопротивление плёночных резисторов существенно больше (до 1 МОм), а ТКС, технологический разброс и паразитная емкость существенно меньше, чем у полупроводниковых резисторов.
Технологический разброс сопротивлений тонкоплёночных резисторов в разных микросхемах около 5 %, а отношение сопротивлений резисторов на одной подложке выдерживается с точностью 0,1 %.
Тонкоплёночные резисторы применяются не только в гибридных, но и в некоторых полупроводниковых микросхемах, в частности аналоговых ИМС диапазона СВЧ на арсениде галлия. Резистивный слой в них наносят непосредственно на поверхность нелегированной подложки.
В кремниевых цифровых БИС также используются резистивные слои поликристаллического кремния толщиной 0,2...0,3 мкм, сопротивление
которых в зависимости от концентрации легирующих примесей изменяется в широких пределах вплоть до 10 МОм/□. Такие резисторы располагают над транзисторами, чтобы уменьшить площадь кристалла. Сопротивление таких резисторов уменьшается с ростом температуры с высоким ТКС = – 1 %/К. Технологический разброс также весьма велик (20...30 %), однако это допустимо для ряда схем. Поликремниевый резистор малой длины (несколько микрометров) имеет нелинейную ВАХ, обусловленную тем, что между отдельными зернами поликремния (размером порядка 0,1 мкм) существуют потенциальные барьеры (высотой около 0,2 В), препятствующие прохождению электронов.
441