Топология и структура интегральных микросхем: Методические указания и контрольные задания, страница 4

Рис. 9.  Топология и структура

                                      многоэмиттерного транзистора

          Структура вертикального p-n-p транзистора показана  на рис.10. Однако, для реализации такой структуры нужна дополнительная операция формирования области эмиттера p⁺⁺, что повышает стоимость ИС. В едином технологическом цикле можно изготовить паразитный p-n-p транзистор (рис.11,а) и горизонтальный p-n-p транзистор (рис.11,б).

                                       Рис. 10. Вертикальный транзистор

                                а)                                                                    б)

Рис. 11.  Структура паразитного (а) и горизонтального (б) транзисторов

Паразитные p-n-p транзисторы применялись на ранних этапах развития микроэлектроники. Недостатками их являются отсутствие изоляции коллектора от подложки и низкие значения ¦_Т  и b.

В горизонтальном p-n-p транзисторе эмиттерная и коллекторная области получаются на этапе формирования базы n-p-n транзистора. Для повышения коэффициента усиления коллекторная область выполнена охватывающей эмиттер со всех сторон. Ширина базы составляет порядка 2 мкм. Поскольку база (эпитаксиальный n-слой) легирована равномерно, то рассматриваемый транзистор является бездрейфовым. В результате граничная частота горизонтального p-n-p транзистора оказывается более чем на порядок меньше, чем у n-p-n транзистора той же ИС, а коэффициент усиления составляет около 5.

В качестве интегрального диода используется транзистор в диодном включении. Возможны 5 вариантов такого включения, при которых в качестве диода используются:

·  переход “эмиттер-база “ при разомкнутом переходе “коллектор-база” (обозначается Б-Э);

·  переход “коллектор-база” при разомкнутом переходе “эмиттер-база” (обозначается Б-К);

·  переход “эмиттер-база” при короткозамкнутом переходе “коллектор-база” (обозначается БЭ-К);

·  переход “коллектор-база” при короткозамкнутом переходе “эмиттер-база” (обозначается БК-Э);

·  параллельное включение обоих переходов (обозначение Б-ЭК).

Типичные параметры интегральных диодов при различных схемах включения приведены в табл. 2.

                    Параметры интегральных диодов                             Таблица 2

Параметр	Схема  включения
	БК-Э	Б-Э	БЭ-К	Б-К	Б-ЭК
Пробивное напряжение, В	7-8	7-8	40-50	40-50	7-8
Обратный ток, мкА	0,5-1	0,5-1	15-30	15-30	20-40

         Сравнивая различные варианты, можно прийти к выводу, что предпочтительны варианты БК-Э и Б-Э, т.к. малые напряжения пробоя не играют в ИС существенной роли.

         В качестве резистора в БТ-ИС используются диффузионные и ионно-легированные резисторы. Для диффузионных резисторов (ДР) используются полоски базового или эмиттерного слоя, расположенные в изолированном кармане и имеющие два контакта. На рис.12 приведена структура ДР на базовом слое.

    Рис.12. Диффузионный резистор               Рис.13. Пинч-резистор

                 с полосковой конфигурацией

                 на базовом слое

          Сопротивление ДР такой конфигурации записывается в виде:

R = R_S × a/b ,                                            (3)

где    R_S  — удельное сопротивление слоя, определяемое по формуле (2); a,b — длина и ширина резистора.

Как следует из табл.1, для базового слоя  R_S = 200 Ом/ƒ. Длина резистора ограничивается размером подложки  и не превышает 1-5 мм. Минимальная ширина ограничена возможностями фотолитографии, боковой диффузией, допустимым разбросом сопротивления резистора (10-20%) и составляет 10-15 мкм. При этих условиях типичное значение максимального сопротивления составляет 20 кОм. Для увеличения сопротивления применяют зигзагообразную конфигурацию ДР. При количестве петель          m £ 3 (ограничиваются площадью, отводимой под ДР) максимальное сопротивление достигает 60 кОм. Дальнейшее увеличение сопротивления можно получить при использовании пинч-резистора (рис.13), в котором в качестве резистивного слоя служит база транзисторной структуры. Ввиду малой толщины и слабого легирования удельное сопротивление этого слоя обычно составляет  2-5 кОм/…, что позволяет получить сопротивление до 300кОм даже при простой (без зигзага) конфигурации. Недостатком пинч-резисторов является большой разброс номиналов ( до 100%) и повышенный температурный коэффициент.

Сопротивления номиналом менее 100 Ом выполняются на основе эмиттерного слоя, который имеет R_S=5-15 Ом/…. При этом минимальное сопротивление резистора составляет 3-5 Ом, а его температурный коэффициент примерно в 20 раз меньше температурного коэффициента ДР на основе базового слоя ( из-за высокой степени легирования).

Наилучшими параметрами обладают ионно-легированные резисторы, которые получаются по технологии ионного внедрения. Структура этого резистора аналогична структуре ДР, но глубина внедренного p-слоя значительно меньше (0,2-0,3 мкм), а концентрация примесей в слое практически может быть любой. В результате величина  R_S  может достигать до 10-20 кОм/, что позволяет получить номиналы сопротивления в сотни кОм при минимальных для полупроводниковых резисторов значениях разброса (5-10%).

Основные параметры полупроводниковых резисторов сведены в табл.3.

Параметры полупроводниковых резисторов                         Таблица 3

Тип  резистивного слоя	RS, Ом/	Максимальное сопротивление, кОм	Допуск, %	Температур- ный коэффи- циент, % / °С
База	200	50-60	±(10-20)	0,15-0,3
1	2	3	4	5
Эмиттер	5-15	0,1	±(10-20)	0,01-0,02
Пинч-слой	2000-5000	200-300	±100	0,3-0,5
Ионное   внедрение	104  - 2*104		±(5-10)

         В качестве конденсаторов в БТ-ИС используются закрытые переходы, которые называют диффузионными конденсаторами (ДК) и МОП-конденсаторами. Типичная структура  ДК на коллекторно-базовом переходе показана на рис.14,а. Емкость конденсатора определяется по формуле

                                            C = С₀× a  b,                                                        (4)

где    С₀ — удельная емкость;

         a,b — ширина и длина конденсатора.