9. Методы изготовления пассивных элементов ГИС.

К пассивным элементам ИМС относят резисторы, конденсаторы и индуктивности. Последние не могут быть сформированы в объёме полупроводникового кристалла, а лишь на его поверхности в виде тонкоплёночной структуры и поэтому здесь не рассматриваются. Что же касается резисторов и конденсаторов, то полупроводниковая технология позволяет изготавливать их различные конструкции в теле кристалла.

Различают простые диффузионные резисторы, диффузионные "пинч"-резисторы и ионно-имплантированные резисторы. Типичные структура и топология диффузионных резисторов показаны на рис.1.2.

Диффузионный резистор как правило создают на основе базовой области кристалла. Электрическое сопротивление пассивной базы достаточно сильно колеблется от процесса к процессу, поэтому для диффузионных резисторов разброс номинала составляет ±15-20%. Но уход имеет место всегда в одну сторону, поэтому отношение сопротивлений изменяется не более ±3%. Температурный коэффициент отношения сопротивлений составляет ±0,01%/оС. Реализуемый диапазон значений диффузионных сопротивлений при Rs≈200 Ом/см2 составляет от 5 ом до 20 кОм.

 

Рис. 1.2 Структура и топология резисторов ИМС: а) диффузионный резистор; б) "пинч"-резистор; в) ионно-имплантированный резистор.

Диффузионные "пинч"-резисторы создают используя базовую и эмиттерную диффузии при формировании так называемой активной базы транзистора. В отличие от поверхностного сопротивления пассивной базы Rs активной базы транзистора составляет 2-5.103Ом/см2. Разброс номинала у "пинч"-резисторов составляет ±50% в диапазоне значений сопротивлений до 200-300 ком. Температурный коэффициент отношения сопротивлений "пинч"-резисторов - ±0,5%/оС.

Ионно-имплантированные резисторы создают посредством бомбардировки кремния ионами бора высоких энергий. Значение поверхностного сопротивления в этом случае составляет 104-105Ом/см2, разброс номинала - 5-10% при значениях сопротивлений в сотни кОм, температурный коэффициент сопротивления – 0,001 оС-1. В этом случае возможно получение очень тонких и воспроизводимых по концентрации примесей слоёв.

Для создания конденсаторов используют ёмкости р-п переходов, т.е. полупроводниковые конденсаторы на р-п переходе. Используют эмиттерные (эмиттер-база), коллекторные (коллектор-база) и эпитаксиальные (коллектор-подложка) р-п переходы. Ёмкости таких конденсаторов определяются из выражения

где e - диэлектрическая постоянная кремния,

e0 – электрическая постоянная,

А – площадь р-п перехода,

d - ширина области пространственного заряда.

Типичные значения удельной ёмкости для различных р-п переходов приведены в таблице 1.3.

Ёмкость таких конденсаторов зависит от обратного смещения на р-п переходе и градиента концентрации примеси в нём, поэтому наличие обратного смещения является обязательным для подобных устройств.

Ёмкость МОП конденсатора определяется из выражения

где dSiO2 – толщина диэлектрического покрытия, которая обычно составляет величину порядка 0,1 мкм. Типичные значения С0=400-600 пф/мм2. Основными достоинствами МОП конденсаторов является независимость от знака потенциала на обкладке, отсутствие паразитной ёмкости второго р-п перехода и независимость ёмкости от напряжения.