Пассивные элементы являются неотъемленной частью почти всех аналоговых узлов микросхем. В цифровых микросхемах также не обойтись без блокировочных конденсаторов в цепях питания, резисторов приоритетного состояния входов, резисторов согласующих импеданс выходных формирователей и др. Пассивные и активные элементы изготавливаются в едином технологическом процессе. Ограничения на площадь кристалла не позволяют использовать резисторы, конденсаторы и индукторы больших номиналов.
Важной особенностью планарной технологии является возможность изготовления как активных, так и пассивных элементов в одном кристалле с высокой идентичностью их параметров. При этом номинальные значения параметров воспроизводятся значительно хуже. Требования к параметрам физических структур микросхем устанавливаются с учетом возможностей технологии.
В структуре интегральных микросхем наиболее часто встречаются резисторы и конденсаторы, в схемах коммутации токов и напряжений используются диоды с барьером Шотки, в радиотехнических схемах требуются индукторы и варакторы, при переходе к частотам выше 10 ГГц используются разнообразные элементы на основе волноводов. Крайне редко в составе полупроводниковых микросхем используются трансформаторы, стабилитроны, туннельные диоды и другие пассивные элементы, так как технология их изготовления плохо сочетается с процессами формирования современных транзисторных структур.
14.2. Интегральные резисторы
Требования к используемым в схеме резисторам вытекают из условий их применения. Кроме требований воспроизводимости номинальных величин и малого разброса сопротивлений одинаковых элементов для интегральных резисторов актуальным является требование линейности вольт-амперной характеристики.
С целью упрощения технологии резисторы целесообразно формировать в полупроводниковых слоях, используемых для создания транзисторов. В реальных структурах такие слои имеют слоевое сопротивление от 30 до 300 Ом/квадрат. Слои с сопротивлением более 300 Ом/квадрат имеют нелинейность ВАХ несколько процентов в диапазоне рабочих напряжений. Использовать такие резисторы в аналоговых блоках нецелесообразно. Резисторы со слоевым сопротивлением от 300 до 3000 Ом/квадрат обычно формируются в поликремниевых слоях на диэлектрическом основании. Для создания высокоомных поликремниевых резисторов маршрут изготовления микросхем приходится усложнять. Резисторы необходимо защитить специальной маской при легировании других областей микросхемы. Поликремниевые пленки имеют зернистую структуру. Слоевое сопротивление поликремниевого слоя зависит не только от количества легирующей примеси, но и от размеров зерен поликремния, наличия загрязнений, режимов отжига. Сопротивление складывается из омического сопротивления легированных зерен и сопротивления границ, обусловленного наличием потенциального барьера. Легирующая примесь не вся активируется в объеме зерен. Значительная часть примесных атомов сегрегируется на границах. Поэтому легировать резисторы следует перед последней высокотемпературной операцией, а отжиг проводить только один раз. Термоциклирование при последующих операциях увеличивает отклонение сопротивления от номинального значения обычно в большую сторону. Легировать высокоомные поликремниевые резисторы лучше примесью p-типа с низким коэффициентом диффузии (например, галлием). Чем меньше сопротивление поликремния, тем лучше оно воспроизводится в техпроцессе. Воспроизводимость низкоомных поликремниевых резисторов (100¸150 Ом/квадрат) такая же, как у объемных монокристаллических ±10%. Для самых высокоомных (2¸3 кОм/квадрат) воспроизводимость —30%¸+50%. Дальнейшее повышение слоевого сопротивления поликремниевых резисторов нецелесообразно. В редких случаях используется технология нанесения специального слоя проводящей керамики со слоевым сопротивлением 10¸20 кОм/квадрат. Керамические резисторы также меняют сопротивление при термообработке. Поэтому их формируют в последнюю очередь в одном слое с верхним уровнем металлизации.
Контакты к резисторам создаются так же, как и к другим элементам схемы, путем дополнительного легирования приконтактных областей и созданием непроникающих низкоомных омических переходов в контактных окнах. Особо отметим применение алюминия для контактов с поликремнием. Растворение поликремния в алюминиевом слое и осаждение растворенного кремния из алюминия увеличивают сопротивление поликремниевой пленки. Сопротивление контактов может составить несколько десятков Ом. Для уменьшения сопротивления контактов используются тонкие буферные слои силицидов титана, вольфрама или платины, на которые сверху наносится алюминиевая металлизация.
Загрузка...
