第3章集成电路中的无源元件(半导体集成电路共14章)ppt课件.ppt

《第3章集成电路中的无源元件(半导体集成电路共14章)ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、半导体集成电路学校：重庆文理学院院系：电子电气工程学院专业：电子、微电时间：春季学期2021/8/101第3章集成电路中的无源元件集成电阻器集成电容器2021/8/102集成电路中的无源元件一般集成电路中使用的无源元件:电阻、电容常见的无源元件有电阻、电容、电感本章将介绍双极集成电路和MOS集成电路中常用的各类电阻器和电容器，讨论其结构、性能、寄生效应和设计，并简要介绍集成电路中的互连线。2021/8/103集成电路中常用的无源元件是电阻、电容，它们的制作工艺与NPN管(或MOS管)兼容。集成电阻、电容的最大优点是元件

2、间的匹配及温度跟踪较好，所以在电路设计时应充分利用此特点，使电路性能不是依赖于单个元件的特性，而是与元件的比值有关。集成电阻器和电容器的缺点如下：(1)精度低(土20％)，绝对误差大；(2)温度系数较大；(3)可制作的范围有限，不能太大，又不能太小；(4)占用的芯片面积大，成本高。所以在集成电路中应多用有源元件，少用无源元件。集成电路中的无源元件1电阻wdL2021/8/105常用集成电阻器基区扩散电阻发射区扩散电阻、埋层扩散电阻基区沟道电阻、外延层电阻离子注入电阻多晶硅电阻、MOS电阻2021/8/106集成电阻器集

3、成电路中的电阻器可以通过金属膜、掺杂的多晶硅，或者通过杂质扩散到衬底的特定区域产生。这些电阻都是微结构，因此它们只占用衬底很小的面积。电阻和芯片电路的连接是通过与导电金属形成接触实现的(见下图）。n-SubstrateMetalcontactFilmtyperesistorSiO2,dielectricmaterialMetalcontactn-p-DiffusedresistorSiO2,dielectricmaterial集成电路中的电阻结构此外还有以下几类电阻：低阻类电阻：如发射区扩散电阻，埋层电阻等；高阻类电阻

4、：如基区沟道电阻，外延层电阻等；高精度电阻：如离子注入电阻，薄膜电阻等；在MOSIC中除了扩散电阻以外，还有多晶硅电阻和MOSFET形成的电阻。这类电阻是利用集成电路中晶体管的基区扩散层做成的，它是由被隔离的n型外延层上进行一次p型基区扩散而形成。2021/8/109氧化膜pnnP型扩散层（电阻）基区扩散电阻（Rs=100-200/)Rs为基区扩散的薄层电阻L、W为电阻器的长度和宽度端头修正拐角修正因子横向扩散修正因子薄层电阻值Rs的修正小阻值电阻可采用胖短图形一般阻值电阻可采用瘦长图形对大阻值电阻可采用折叠图形VCC

5、Lw2021/8/10112021/8/1012不同电阻条宽和端头形状的端头修正因子LeWe5μm0.80.90.9W0.330μm20μm0.1约0约050μm(1)端头修正因为端头处的电力线弯曲和引线孔流入的电流方向等问题，使得计算端头处的电阻值需要引入修正，称为端头修正。通常采用经验的办法，引入端头修正因子k1，表示整个端头对总电阻方块数的贡献。下图给出了不同电阻条宽和端头形状的端头修正因子，k1=0.5方，表示整个端头对总电阻的贡献相当于0.5方，对于大电阻(L＞＞W),端头修正因子可以忽略不计。2021/8/

6、1014(2)拐角修正因子对于一些大电阻，为了充分利用面积和布图方便，通常将他们设计成图所示的折叠形式，但在其拐角处电力线是不均匀的。实测表明，每个拐角对电阻的贡献相当于0.5方，即拐角修正因子k2=0.5方。此时，电阻长度为L=L1+L2+L3L1L3WW=L2WW拐角修正2021/8/1016(3)横向扩散修正因子m横向扩散因子主要考虑以下两个因素：1.由于存在横向扩散，在表面处最宽，表面处的基区宽度WS为WS≈W+2×0.8xjc拐角扩散区近似为以xjc为半径的圆柱体的1/4。2.杂质浓度在横向扩散区表面与扩散窗

7、口正下方的表面区域不同，其浓度由扩散窗口处的NS逐步降低，到达PN结处的杂质浓度为Nepi。假定横向扩散区的纵向杂质分布与扩散窗口下方相同，则对于基区扩散电阻，其有效宽度Weff可表示为Weff=W＋0.55xjc，即横向扩散因子m=0.55。WsWeffWPxjcN+-BLN-epiP+P+SiO2P-SUB基区扩散电阻的横截面在考虑了端头、拐角及横向扩散三项修正后，基区扩散电阻的计算公式为(4)薄层电阻值的修正一般情况下基区薄层电阻RS是在硼扩散再分布以后测量的，但是基区扩散后还有多道高温工艺，仍然会影响杂质的分布

8、，所以实际的基区薄层电阻RSa比原来测量的RS高，经验公式为RSa=KaRS式中Ka为一常数，由实验确定，一般在1.06～1.25之间。2021/8/10202021/8/1021氧化膜pnP型扩散层（电阻）基区扩散电阻最小条宽的设计设计规则决定最小条宽工艺水平和精度流经电阻的最大电流取三者中的最大者电阻图形的设计是在已知阻值R和