Главная  Интегральный монолит 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [ 20 ] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

да я емкость имеет также конечное объемное сопротивление, включенное последовательно.

В табл. 3-1 приведены типичные значения Со для каждого из этих переходов как функция напряжения обратного смещения для интегрального прибора с профилем примеси, указанным на рис. 2-3, т. е. с подложкой р-типа и удельным сопротивлением 5 Ом-см, пр.и гауссовой функции распределения примесей (или функции ощибок) для базовой и эмиттерной диффузий.

Таблица 3-1

Типичные значения емкости р-п переходов ; интегрального транзистора на единицу площади

Приложенное напряжение, в

Типичные емкссти переходов, пФ/миР

Скп без

п+-СЛОЯ

«"-слоем

1400

1000

Как видно из рис. 3-3, емкость коллектор - подложка Скп имеет весьма ограниченное применение, так как один из ее выводов - вывод подложки - является общим для остальной части схемы и заземлен по переменному току. Однако Скп--неотъемлемая часть структуры прибора и всегда присутствует в любой структуре при изоляции р-п переходом. Оставщиеся емкости Сэб и Сбк могут быть исключены, если можно не делать эмиттерной или базовой диффузий.

Переход эмиттер - база имеет наибольшую емкость на единицу площади; однако низкое обратное напряжение пробоя перехода (-7 В) ограничивает его использование. Емкость база - коллектор находит более широкую область применений, чем Сэб, поскольку имеет более высокое напрякение пробоя (обычно около 50 В). Однако его качество ухудшает последо-

вательное сопротивление Нк, которое шунтирует Скп на землю. Захороненный п+-слой можно использовать, чтобы уменьшить R, однако это приводит почти к 30%-ному увеличению Скп при увеличении концентрации примесей на поверхности эпитаксиальной подложки.

Для эффективного использования Сбк для связи по переменному току необходимо, чтобы отношение Сбк/Скп было возможно выше. Этого можно достигнуть, выбрав обратное смещение через переход база - коллектор, настолько низкое, насколько это возможно, и установив большое обратное смещение перехода коллектор- подложка. В этом случае становится возможным получить отношение Сбк/Скп от 3 до 10. В случае диэлектрически изолированной схемы (см. рис. 1-14) Скп много меньше 10 пФ/мм, и такие меры не являются необходимыми.

3-2. ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ

Тонкопленочные конденсаторы представляют собой обычные плоские конденсаторы в миниатюрном исполнении. Они состоят из двух проводящих слоев, разделенных диэлектриком. В интегральных cxet-ax

Металл Металл

(Верхняя (нижняя

пластина) пластина)

р-ппдлвжш

Диэлектрик

.о-\\.

Ю Ь Подложка

Рис. 3-4. Конденсатор типа металл-изолятор-полупроводник.

я - расположение элементов прибора; б - эквивалентная схема.



Мдтаяя (Верхняя пластина)

Металл

Диэлектрику (нижняя пластина)

Подложка аз кремния

rsiO,

Рис. 3-5. Тонкопленочные конденсаторы с двумя слоями металла.

конденсаторы можно изготовить одним из двух способов: используя структуру металл - диэлектрик-полупроводник (МДП), как показано на рис. 3-4, или тонкий слой диэлектрика между двумя металлическими слоями (рис. 3-5).

Структура металл - диэлектрик - полупроводник - наиболее распространенный тип тонкопленочного конденсатора в монолитных схемах, так как легко совместима с обычными технологическими процессами и не требует многочисленных металлизированных слоев.

В тонкопленочном конденсаторе емкость на единицу площади связана с диэлектрической постоянной и толщиной слоя диэлектрика Т-

(3-8)

где ботн - относительная диэлектрическая постоянная изолятора; ео - диэлектрическая постоянная вакуума, равная 8,в5 • 10-* Ф/см. В металлических полупроводниковых структурах с диэлектрическим слоем можно использовать ЗЮг или Si3N4. Хотя Si02 более доступен, предпочтительнее использовать 81зМ4 в том случае, когда дополнительный этап обработки может быть оправдан тем, что при этом получается большее значение Со из-за более высокой относительной диэлектрической постоянной. Минимальная толщина диэлектрического слоя определяется производственными требованиями и составляет величи-

ну около 500 А. Но предпочтитель-

нее толщина слоя от 800 до 1200 А.

Как видно из рис. 3-4, пленка с низким удельным сопротивлением расположена ниже диэлектрика, чтобы уменьшить паразитное последовательное сопротивление R в эквивалентной схеме. Для этой цели используется обычная п+-эмиттер-ная диффузия; тогда величина сопротивления R составляет --З- 5 Ом. Величина Со, получаемая при толщине диэлектрика 0,1 мкм, равна 300-600 пФ/мм; поэтому в эквивалентной схеме рис. 3-4 паразитное влияние емкости подложки Скп не столь существенно, как в случае емкости на р-п переходе.

Другая структура тонкопленочного конденсатора, которая использует тонкий, диэлектрический слой между двумя металлическими слоями, показана на рис. 3-5. Хотя она фактически свободна от паразитного влияния подложки, требуются дополнительные этапы маскирования и осаждения, помимо тех, которые свойственны МДП структуре. В структуре рис. 3-5 в качестве конденсаторных обкладок используется либо алюминий, либо тантал, а диэлектриком служит AI2O3 или ТагОа. Для конденсаторов боль-. шой емкости предпочтительнее ТагОв, так как его диэлектрическая постоянная на порядок больше, чем у большинства других диэлектриков, применяемых для тонкопленочных конденсаторов.

В отличие от конденсаторов на основе р-п перехода в тонкопленочных конденсаторах параметры не зависят от величины или полярности прикладываемого напряжения и имеют большее значение емкости на единицу площади при меньшем паразитном воздействии. Однако существуют два основных недостатка, присущих тонкопленочным конденсаторам: требуются дополнительные технологические этапы, помимо обычных диффузионных циклов; они выходят из строя из-за пробоя диэлектрика, когда напряжение превышает номинальное значение. Это необратимое разрушение, поэтому



Таблица 3-2

Характвристики тонкоплентных конденсаторов

Диэлектрик

Характеристики

AUO3

Емкость, пф/мм*

400-600

800-1600

500-800

3000-5500

Относительная диэлектрическая про-. вицаемость еон

2,7-4,2

3,5-9

4-8,5

24-28

Напряжение пробоя U, В

20-40

Абсолютные разбросы, %

±20

±20

±20

Разбросы отношения, %

±3

±3

±5

Температурный коэффициент, 10~ 1 /"С

+ 15

+4-(-(0

+300

+200-1-500

Q (при 10 МГц)

25-80

20-100

10-100

10-100

необходимо принимать дополнительные меры для защиты их от перенапряжения.

В табл. 3-2 представлены электрические параметры тонкопленоч-иых конденсаторов в интегральных схемах. Заметим, что первые две колонки относятся к МДП структурам, а последние две соответствуют многослойной металлической структуре рис. 3-5. Максимальный размер монолитной емкости ограничивается производственными соображениями и площадью кристалла, и при современной технологии он составляет приблизительно 1 мм.

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ РЕЗИСТОРЫ

В монолитных схемах имеются два класса резисторов: полупроводниковые и тонкопленочные. Полупроводниковые резисторы в свою очередь могут быть разделены на четыре группы в зависимости от структуры:

1. Диффузионные

2. На базе эпитаксиального слоя.

3. Пинч-резисторы.

4. Полученные ионным легированием.

Полупроводниковые резисторы- наиболее распространенные в монолитных структурах. За исключением резисторов с ионным легированием,

они могут изготовляться одновременно с остальными элементами схемы без введения дополнительных этапов обработки. Однако они,- вообще говоря, далеко не идеальные элементы схемы, имеют довольно большие допуски и (с точки зрения стандартов на дискретные элементы) плохие температурные и частотные характеристики. Осажденные тонкопленочные резисторы, с другой стороны, обладают хорошими электрическими характеристиками, по требуют дополнительного этапа обработки.

В следующем параграфе этой главы будут кратко рассмотрены физическая структура и электрические характеристики указанных типов резисторов.

3-3. ДИФФУЗИОННЫЕ РЕЗИСТОРЫ

Структура диффузионных резисторов образуется объемным сопротивлением диффузионной области полупроводника. При создании монолитного резистора могут использоваться два основных диффузионных цикла: базовая или эмиттерная диффузии. На рис. 3-6 представлен типичный вид и поперечное сечение диффузионного резистора /?-типа, полученного при п-р-п базовой диффузии. Для схемных применений резисторов такой структуры необходимо, чтобы р-п переход имел все вре-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [ 20 ] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

0.0009