半导体集成电路原理与设计—第三章.pptx
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1、集成电路中的无源器件特点:制作工艺:最好与NPN管或MOS管工艺兼容。集成电阻器和电容器优点:元件的匹配及温度跟踪较好。串联电阻 集成电阻器和电容器的缺点:1、精度低(20%),绝对误差大;2、温度系数较大;3、制作范围有限;4、占用芯片面积大,成本高。所以集成电路设计中应多用有源器件,少用无源器件 NPN晶体管基区扩散电阻3.1 集成电阻器 集成电路中的电阻分类:l 无源电阻 通常是合金材料或采用掺杂半导体制作的电阻 l 有源电阻 将晶体管进行适当的连接和偏置,利用晶体管的不同的工作区所表现出来的不同的电阻特性来做电阻。无源电阻器分类无源电阻器分类u 合金薄膜电阻 采用一些合金材料沉积在二氧
2、化硅或其它介电材料表面,通过光刻形成电阻条。常用的合金材料有:(1)钽(Ta);(2)镍铬(Ni-Cr);(3)氧化锌SnO2;(4)铬硅氧CrSiO。u 多晶硅薄膜电阻 掺杂多晶硅薄膜也是一个很好的电阻材料,广泛应用于硅基集成电路的制造。u 掺杂半导体电阻 不同掺杂浓度的半导体具有不同的电阻率,利用掺杂半导体的电阻特性,可以制造电路所需的电阻器。无源电阻器常用设计图形无源电阻器常用设计图形(6)离子注入电阻,薄层电阻RSBI=0.1-20k/,由于离子注入对掺杂浓度控制精度高,所以制作电阻精度高,适合制作高精度电阻。薄层电阻RS(方块电阻)表面为正方形的薄层,在电流平行于该正方形的某一边流过
3、时所呈现出的电阻值。掺杂半导体集成电阻器分类:掺杂半导体集成电阻器分类:(1)基区扩散电阻双极IC中用的最多的电阻,其薄层电阻(方块电阻)RSB=100-200/,阻值范围50-50K;(2)发射区扩散电阻,薄层电阻RSE5/;(3)埋层电阻,薄层电阻RS,BL20/(4)基区沟道电阻,薄层电阻RSB1=5-15k/;(5)外延层电阻,薄层电阻RSB12k/;基区扩散电阻:基区扩散电阻:基区扩散电阻结构示意图电阻体P型衬底接低电位电阻电位高端PN结隔离 阻值估算阻值估算R=R L/W 3.1 R为基区扩散层薄层电阻,W、L为电阻器的宽度和长度。薄层电阻的扩散是同NPN管的区扩散同时进行的,R由
4、NPN管的设计决定,只要芯片上NPN管的参数确定了,R就确定了。所以说设计基区扩散电阻主要就是设计电阻的几何尺寸,即确定W和L;另一种表示方法:确定“方数L/W”与“条宽W”。公式3.1是一个长方形电阻的计算公式,实际上有很多因素会影响阻值。*影响阻值因素:影响阻值因素:引出端、拐角处的电流密度不均匀分布、基区杂质横向扩散引起的条宽增大等。设计时减小误差的办法设计时减小误差的办法(1)端头修正 引线端头处电力线弯曲,从引线孔流入的电流,绝大部分电流从引线孔正对电阻条一边流入,从侧面和背面流入很少,端头引入附加电阻,使阻值增大。所以引入端头修正因子K1,K1取值采用经验值。K1=0.5方,表示整
5、个端头电阻对总电阻贡献相当于0.5方,对于大电阻,LW,K1可忽略不计。不同电阻条宽和端头形状的端头修正因子(2)拐角修正因子 对于大电阻,由于R一定,则L值较大,为充分利用芯片面积或布图方便,常设计成折叠形式,但拐角处电力线不均匀,实测直角拐角对电阻值贡献相当于0.5方,即拐角修整因子K2=0.5方。(3)横向扩散修整因子 基区扩散电阻的横截面 横向扩散修整因子横向扩散修整因子m主要主要由以下两个因素决定:由以下两个因素决定:由于存在横向扩散,所以基区扩散电阻实际横截面不为矩形,而为图3-4所示图形。所以实际宽度与设计宽度不符,表面处最宽。最宽处WSW+20.8Xjc 杂质浓度在横向扩散区表
6、面与扩散窗口正下方的表面区域不同,浓度由窗口处N61018-3逐步降低到外延层处杂质浓度Nepi10151016-3。假定横向扩散区的纵向杂质分布与扩散窗口正下方的纵向杂质分布相同。此时基区扩散电阻有效宽度Weff为:Weff=W+0.55xjc (3.2)即横向扩散因子m=0.55电阻衬底高电位端ecbR引出线 实际基区扩散电阻的计算公式(1)考虑了端头、拐角及横向扩散三项修正后,基区扩散电阻的计算公式为:(2)当LW时,可不考虑K1;当WXjc时,可不考虑横向修正m,此时(4)薄层电阻值R的修正 一般情况下,R是在硼再分布以后测量的,以检测扩散工艺的质量。基区扩散后还有多道高温处理工序(如
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