Запорожец  Издания 

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 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193

Таблица 2.4

Параметры резисторов в ИС

Разброс

Тип резистора

Поверхиост-иос сопротивление, квадрат"*

ТКС, 10-v"C

сопротивлений,

отношений сопротивлений (I : I), %

Диффузионный (базовая

100-300 Ом

От +1 до +3

±10

±1

диффузия)

+0,1

Диффузионный (эмиттер-

2-3 Ом

±10

±1

ная диффузия)

Эпитаксиальный

1-10 кОм

От +3,5 до +5

±30

±5

Эпитаксиальный пинч-

2-20 кОм

±50

±10

ps3 исюр Диффузионный (базовый)

5-10 кОм

От +3 до +5

±40

±6

пинч-рез истор

Ионио-легированный

500 Ом-

От +0,2 до +1

±6

±2

20 кОм

Тонкопленочный

тантал (Та)

200 Ом-

+0,1

±5

±1

5 кОм

нихром (Ni-Сг)

40-4и0 Ом

+0,1

±5

±1

оксид олова (SnOa)

80 Ом-

От 0 до -1,5

±8

±2

4 кОм

использовать эмиттерный диффузионный слой /г+-типа с поверхностным сопротивлением ~2,2 Ом/квадрат (рис. 2.57).

Резистор, сформированный в эпитаксиальном слое (рис. 2.49, б), имеет высокое поверхностное сопротивление - 1000 - 10 ООО Ом/квадрат, -но ему свойствены такие недостатки, как большой температурный коэффициент и большое стандартное отклонение, или разброс сопротивлений. Столь большой разброс обусловлен колебаниями толщины и уровня легирования эпитаксиального слоя. Еще большее поверхностное сопротивление можно получить в эпитаксиальном пинч-резисторе (рис. 2.49, в). Это резистор, пО перечное сечение которого уменьшено путем введения в эпитакси альный слой диффузионной области р-типа (базовая диффузия) К сожалению, разброс сопротивлений в этом случае еще больше Что объясняется большим влиянием колебаний толщины эпитак спального слоя и дополнительным эффектом колебаний глубины диффузионного слоя р-типа.

Диффузионный пинч-резистор, сформированный в базовом диффузионном слое р-типа (рис. 2.49, г), по поверхностному сопротивлению превосходит все другие типы диффузионных резисторов, Но имеет очень большой разброс сопротивлений из-за совместного Влияния колебаний глубины эмиттерной (л+) и базовой (р) диффузий.



Рис. 2.52. Лазерная подгонка тонко- пленочных резисторов: а - прямолинейный разрез, незначительно повышающий сопротивление; б - прямоуголь-

ный разрез, значительно повышающий

сопротивление

ких пленок различных материалов и могут иметь сравнительно большие поверх1юстные сопротивления при малом стандартном отклонении от номинала. Особенно важное достоинство этих резисторов, связанное с тем, что они изготовлены не из кремния, - низкие значения ТКС, всего ~0,ЫО-уС, или 0,01 %/°С. Однако «платой» за это опять-таки являются дополнительные технологические операции. Поэтому тонкопленочные резисторы мало используются в кремниевых ИС, зато находят широкое применение в гибридных интегральных схемах.

Интересная особенность тонкопленочных резисторов состоит в том, что они допускают подгонку сопротивления независимо от того, находится ли резистор в составе кремниевой или гибридной ИС. Можно увеличить сонротивление, прорезав щель в поперечном направлении на части ширины резистора (рис. 2.52). Для этой цели обычно используется пучок лазерного излучения высокой энергии Широко применяются лазерные установки для подгонки резисторов, позволяющие повышать сопротивление до некоторого заданного значения. Сопротивление контролируется в процессе подгонки с помощью контура обратной связи. Многие интегральные cxeiы содержат пары резисторов, и для балансировки схемы приходится увеличивать сопротивление одного из них. Такой метод часто используется для того, чтобы свести к нулю напряжение сдвига прецизионных усилителей.

2.15.1. Площадь, занимаемая резистором. Высокоомные интегральные резисторы обычно выполняются в форме меаилра

Ионно-легированный резистор (рис. 2.49, д) обеспечивает сочетание высокого поверхностного сопротивления и сравнительно малого стандартного отклонения сопротивления. Сравнительно малый разброс сопротивлений достигается благодаря тому, что при ионном легировании можно очень тщательно контролировать дозу имплантированных ионов. Однако для создания таких резисторов требуются две дополнительные операции - фотолитография и ионное легирование.

Тонкопленочные резисторы такого типа, как показанный на рис. 2,49, е, формируются поверх слоя SiOg путем осаждения тон-



(рис. 2.51). Суммарная длина резистора L определяется выражением L = (R/Rs) , и каждый угол считается как 0,65 квадрата. Если расстояние между диффузионными областями р-типа выбрано равным ширине резистора W, то плошадь, необходимая для размещения резистора большого номинала (>10 кОм), приближенно определяется как А = L X 2W = 2 (R/Rs) W. Ширина резистора обычно находится в пределах от 7 до 25 мкм в зависимости от допуска на сопротивление и допустимой плотности мощности.

Так, например, диффузионный резистор с номиналом 50 кОм, поверхностным сопротивлением Rs = 200 Ом/квадрат и шириной линии IF = 15 мкм занимает на кристалле площадь, примерно равную Л = 2 (50 Ом/200 Ом) X (15 мкм) = 0,1125 мм Для сравнения напомним, что лр/г-транзистор с одной полоской базовой металлизации и минимальным размером элементов 10 мкм занимает площадь 0,0165 мм. Иначе говоря, на площади, занимаемой данным резистором, можно разместить семь биполярных транзисторов. МОП-транзистор с минимальным размером элементов 10 мкм занимает площадь всего 0,00225 мм. Таким образом, на площади, занимаемой 50-кОм резистором, можно разместить примерно 50 МОП-транзисторов. Из сказанного ясно, почему как в аналоговых, так и в цифровых ИС число транзисторов намного превышает число резисторов.

2.15.2. Паразитная е.икость. Каждый интегральный резистор имеет значительную паразитную емкость, распределенную по его

-\\WMV-

;с/2 с/2:

Рис. 2.53. Интегральные резисторы: а - цепь с распре- r

Деленными /?С-параметрами; i-1-WWM-

б - упрощенная эквива-

лептная схема; s - упро- «(ГУ ?f:c/2 С/2:

Щепная эквивалентная схема, используемая для оценки передаточной функции.

Длине, и эта емкость оказывает заметное влияние на схемные характеристики резистора. В случае диффузионного резистора р-Типа (полученного с помощью базовой диффузии) и ионно-леги-Рованного резистора р-типа распределенная паразитная емкость представляет собой емкость р/г-перехода, существующего между



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 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193