 |
|
Тема. Дифузійні елементи ІМС
У напівпровідникових інтегральних мікросхемах біполярний транзистор є елементом з найскладнішою структурою. Для його формування необхідно провести послідовно кілька етапів дифузії домішок. Щоб не ускладнювати технологію виготовлення інтегральної мікросхеми, доцільно для створення резисторів використовувати одну з областей транзисторної структури: емітер, базу або колектор (мал. 57.1). 
Мал . 57.1 . Транзисторні структури , використовувані як резисторів
Емітерна область містить найбільшу концентрацію домішок і має найменшим питомим опором шару . Тому емітерна область придатна для формування дифузійних резисторів тільки з малим опором (близько ) . Через велику концентрацію домішок температурні коефіцієнти опору таких резисторів будуть малі.
Колекторна область транзисторної структури містить найменшу концентрацію домішок. Тому колекторна область взагалі придатна для формування дифузійних резисторів з великим опором , але через малу концентрації домішок температурні коефіцієнти опору таких резисторів великі.
Таким чином , для формування дифузійних резисторів зазвичай використовують базову область транзисторної структури . Без істотного збільшення площі , займаної дифузійним резистором , в базовій області можуть бути створені резистори з опором до . У той же час такі дифузійні резистори мають прийнятні температурні залежності опору ; в усякому разі , ці залежності слабші , ніж для дифузійних резисторів , сформованих у колекторної області .
Дифузійні резистори , як і інші резистивні елементи , характеризують такі параметри : діапазон номінальних значень опору , допуски по опору , температурний коефіцієнт опору , допустима потужність розсіювання і максимальна напруга . У масовому виробництві інтегральних мікросхем дифузійні резистори не можуть бути виготовлені з досить малими межами допусків з ряду причин. Наприклад , важко витримувати необхідну поверхневу концентрацію домішок і глибину дифузії з високою точністю.
Для дифузійних резисторів діапазон номінальних значень опору , як зазначалося , обмежений зверху .
Крім цього при формуванні інтегральних мікросхем взагалі і мікросхем з дифузійними резисторами зокрема в структурі інтегральної мікросхеми утворюються паразитні елементи , які можуть порушити нормальну роботу інтегральної мікросхеми.
Незважаючи на зазначені недоліки , дифузійні резистори широко застосовують в інтегральних мікросхемах , так як їх формування не вимагає додаткових технологічних операцій і не здорожує схему.
В якості конденсаторів інтегральних мікросхем часто використовують бар'єрну ємність pn-переходу, зміщеного в зворотному напрямку. Такий пасивний елемент інтегральної мікросхеми зручно формувати одночасно з формуванням транзисторних структур або використовувати безпосередньо pn-переходи транзисторних структур (мал. 57.2). Бар'єрна ємність pn-переходу може бути використана як для створення конденсатора постійної ємності, так і для конденсатора змінної ємності, якою можна керувати шляхом зміни постійного зміщення на переході.
Мал . 57.2 . Структури дифузійних конденсаторів
Діапазон номінальних значень ємності дифузійних конденсаторів , які можуть бути сформовані на відведених для них площах монокристала напівпровідника , визначається концентрацією домішок у прилеглих до переходу областях. Дифузійні конденсатори , що використовують еміттерную ємність транзисторної структури , мають велику питому ємність у порівнянні з конденсаторами на колекторному переході.
Однак при великій концентрації домішок у прилеглих до переходу областях і, отже , при малій товщині переходу буде мало пробивну напругу такого переходу , а значить , і дифузійного конденсатора. Таким чином , питому ємність і пробивна напруга дифузійних конденсаторів треба розглядати спільно . Взаємозв'язок між цими параметрами виявляється несприятливою для дифузійних конденсаторів .
У зв'язку із залежністю бар'єрної ємності від напруги зміщення на pn - переході дифузійні конденсатори можуть бути використані для посилення електромагнітних коливань , тобто можуть бути активними елементами інтегральних мікросхем .
В якості діелектрика такого конденсатора використовують шар діоксиду кремнію, яким покритий кристал напівпровідника (мал. 57.3). Однією обкладкою конденсатора є шар металу (зазвичай алюмінію), нанесений на поверхню шару діоксиду кремнію одночасно із створенням межелементних з'єднань і контактних майданчиків; інший обкладкою - сильнолегованого область напівпровідника, яка формується одночасно з формуванням емітерний областей транзисторних структур інтегральних мікросхем. Таким чином, процес виготовлення МДП-конденсаторів також не вимагає проведення додаткових операцій їх формування. 
Мал. 57.3. Структура МДП-конденсатора
У острівці, призначеному для МДП-конденсатора, не формують базову область транзисторної структури, тобто не проводять дифузію домішок для створення базової області. Тому під МДП-конденсатором є тільки один pn-перехід між колекторної областю транзисторної структури і підкладкою, який необхідний для ізоляції МДП-конденсатора від інших елементів, розташованих на одній з ним напівпровідникової пластині.
СРС № 58