Разработка полупроводниковой интегральной микросхемы, реализующей логическую функцию «И-НЕ», страница 5

Лист

№ докум.

Подп. одп.

Датта

 

Проектирование и расчет геометрии интегральных резисторов

В данной работе необходимо расчитать резисторы следующих номиналов :

1,5 кОм ; 3 кОм ; 4 кОм ; 8 кОм ; 200 Ом ; 20 кОм.

Исходными данными для расчета геометрических размеров интегральных полупроводниковых резисторов являются:

–  заданное в принципиальной схеме номинальное значение сопротивления R и допуск на него;

–  поверхностное сопротивление легированного слоя;

–  значение рассеиваемой мощности и максимально допустимая мощность рассеивания;

–  основные технологические ограничения.

Полупроводниковые резисторы изготавливаются на основе диффузионных слоев транзисторной структуры ( эмиттерная и базовая области), в эпитаксиаль-ном слое (коллекторная область) и с помощью ионного легирования.Кроме того, применяются резисторы из поликристаллического кремния, нанесенного на поверхность кристалла.

В таблице 1 приведены характеристики наиболее часто применяемых в полу-проводниковых ИМС интегральных резисторов.

Таблица 1                                                                                                                                          Характеристики интегральных резисторов

Тип резистора

ρs , Om/kv

Допуск, %

TKR   1/ ºC

Толщина слоя , мкм

Паразитная емкость,пФ/мм²

ДР на основе базовой области

100-300

±(5-20)

±  (0,5 – 3 )10¯³

2,5 – 3,5

150 – 350

Пинч-резистор

(2-15)10³

±50

± (1, 5 - 3)10¯³

0,5 – 1

1000 – 1500

ДР на основе эмиттерной области

1-10

±20

± (01 – 0,5)10¯³

1,5 – 2,5

1000 – 1500

Эпитаксиальный резистор

(0,5-5)10³

±(15-20)

± (2 – 4 ) 10¯³

7 – 10

80 – 100

Ионно-легированный  резистор n – типа

(5-10)10²

±50

± ( 1,5 – 5 ) 10¯³

0,1 – 0,2

200 – 350

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подп. одп.

Датта

 

Среди рассмотренных структур полупроводниковых резисторов для реализации резисторов ИМС заданных номиналов наиболее подходят диффузионные резисторы на основе базового слоя :во-первых, позволяют реализовать резисторы сопротивлением от 100 Ом до 20 кОм; во-вторых, имеют достаточно небольшой разброс  номиналов сопротивления. Так как пинч – резисторы применяются в том случае, когда  необходимо создать в ИМС резисторов с сопротивлением более 60 кОм, то они уже только поэтому нам не подходят.Диффузионные резисторы на основе эмиттерного слоя также не подходят, так как предназначены для реали-зации резисторов сопротивлением от 0,5 Ом до 100 Ом. Эпитаксиальные и ионно-легированные резисторы  имеют более значительный разброс номиналов сопротивления, чем диффузионные резисторы на основе базового слоя.

Расчет геометрических размеров интегрального полупроводникового резистора начинают с определения его ширины. За расчетную ширину b_РАСЧ принимают значение, которое не меньше наибольшего значения одной из трех величин: b_ТЕХН, b_ТОЧН, b_P, то есть b_РАСЧ ³ max{ b_ТЕХН, b_ТОЧН, b_P }, где

b_ТЕХН – минимальная ширина резистора, определяемая разрешающей способностью технологических процессов;

b_ТОЧН – минимальная ширина резистора, при которой обеспечивается заданная погрешность геометрических размеров;

b_P – минимальная ширина резистора, определяемая из максимально допустимой мощности рассеяния.

Величину b_ТЕХН для планарно-эпитаксиальной технологии примем b_ТЕХН=5 мкм

Величину bточн определяют из выражения