Несмотря на отмеченные недостатки, диффузионные резисторы широко используются в ИМС, так как их формирование не тре-•бует дополнительных технологических операций.

Резисторы на основе МДП-структур. Структуры МДП используются в качестве резисторов в виде нагрузочного элемента и линейного сопротивления. Сопротивление нагрузочного резистора зависит от смещения на затворе и разности потенциалов между истоком и подложкой, представляющей собой нижний затвор МДП-структуры. С изменением потенциала истока происходит модуляция проводимости канала под действием нижнего затвора и изменение сопротивления нагрузочного резистора.

Диффузионные конденсаторы на р-п-переходах (рис. 9.17, а). В монолитных ИМС диффузионные конденсаторы образуются обратно смещенными переходами. Емкость их определяется барьерной емкостью р-п-перехода и зависит от площади перехода, характера распределения и концентрации примеси, полярности и значения приложенного смещения.

Диффузионные конденсаторы формируют в едином технологическом цикле одновременно с изготовлением транзисторови диффузионных резисторов. Обычно нижней обкладкой конденсатора служит эпитаксиальный слой, а верхнюю формируют при базовой диффузии. В эпитаксиальном- слое образуется р-п-переход. На величину емкости диффузионных конденсаторов влияют паразитные емкости схем, например, емкость между подложкой и эпитаксиальным слоем, представляющая собой барьерную (зарядную) емкость изолирующего р-п-перехода.

При использовании конденсаторов для связи каскадов необходимо учитывать шунтирующие паразитные емкости. Когда конденсаторы применяют для шунтирования элементов схем, паразитные емкости оказываются включенными параллельно с полезными емкостями.

Диффузионные конденсаторы на основе р-п-переходов обладают следующими параметрами: напряжение пробоя до 70 В, удельная емкость до 2,5-10 пФ/см, отклонения номинала 10-30%, ТКЕ около 200-10-VK.

Диффузионные МОП-конденсаторы (рис. 9.17,6). Конденсаторы на МОП-структуре создаются непосредственно на полупроводниковой пластине с использованием тонкой пленки термически выращенного диоксида кремния в качестве диэлектрика. Электрода-

а) 1 I AL SiOz 6) I SLO2. I Al

I -J---1

p n+ n Я*

/У yy

n n+

Рис. 9.17. Диффузионные конденсаторы на р-п-переходе и МОП-структуре

3-2-

4 Al

Рис. 9.18. Линейная и зигзагообразная конфигурация резистора и структура тонкопленочного конденсатора

ми служат диффузионный слой или подложка с малым удельным сопротивлением и тонкая пленка алюминия. Паразитная емкость на подложку в таком конденсаторе может быть уменьшена подачей обратного смещения на изолирующий р-п-переход.

Диффузионные МОП-конденсаторы имеют следующие параметры: напряжение пробоя до 50 В, удельная емкость до 100 пФ/мм, диапазон номинальных емкостей 300-1000 пФ, ТКЕ до 300-10~YK. Конденсаторы на МОП-структурах обладают высокой стабильностью емкости, слабо зависящей от напряжения. Основной недостаток - большая паразитная емкость относительно лодложки.

Пленочные элементы ИМС. В совмещенных и гибридных ИМС широко применяют пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, индуктивные элементы и распределенные /?С-структуры), выполненные по пленочной технологии. Их получают путем напыления многослойных (резистивных, проводящих и изолирующих) пленок на поверхности подложки.

В гибридных ИМС подложкой служат силикатные стекла и их модификации. На такой керамической подложке одновременно формируют микросхемы и пленочные пассивные элементы. В совмещенных ИМС подложкой служит кремниевый кристалл, поверхность которого покрывается оксидным слоем, пассивирующим активные элементы.

Тонкопленочные резисторы формируют в виде резистивных пленок, которым придают вид полосок различной (линейной, зигзагообразной, рис. 9.18, с) конфигурации, ограниченных по концам контактными площадками. Толщина пленки, наносимой вакуумным испарением на подложку, составляет около 0,1 мкм. Пленки тугоплавких металлов обладают более стабильными характеристиками, поэтому могут быть более тонкими. Для получения .больших номиналов тонкопленочных резисторов используют сплавы (нихрома, МЛТ, азотистый тантал, смесь хрома и монооксида кремния, диоксид олова), сопротивление которых во много раз больше сопротивления чистых металлов. Эти материалы позволяют получать поверхностные сопротивления ps= 10-5000 Ом/П.

Температурные характеристики пленочных резисторов зависят от толщины, определяющей ps. Тонкие пленки имеют отрицательный ТКС Например, при р<100 Ом/П ТКС = 0200 Ю-уК. Отрицательный ТКС обусловлен присутствием в пленке полупроводящих слоев оксидов или туннелированием электронов в структуре.

Тонкопленочные конденсаторы (рис. 9.18,6) создают, используя три напылительных процесса. Сначала поверх оксидного слоя 2 кремния SiOa, нанесенного на подложку напыляется нижняя обкладка 3 конденсатора, затем слой диэлектрика 4 и в заключение- верхняя обкладка 5.

Основным элементом, определяющим параметры и свойства пленочного конденсатора, является диэлектрик. В качестве диэлектрика применяют монооксид кремния, трехсернистую сурьму, монооксид германия, сульфид цинка, титаната бария или стронция и др. Они обладают хорошей адгезией к материалу подложки и металлу обкладок, механической стойкостью к растрескиванию при воздействии температурных циклов, высоким пробивным напряжением, малыми диэлектрическими потерями, низкой гигроскопичностью.

Удельная емкость плоского тонкопленочного конденсатора Со = 8,85-10-14е/Д Ф/см2,

где 8 - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; Д - толщина слоя диэлектрика.

Удельная емкость находится в пределах 2-10-3-=-4-Ю" Ф/см. Практически конденсатор емкостью 10* пФ имеет размер 2,5Х Х2,5 мм. ТКЕ положителен и близок к 250-10-уК. Пробивное напряжение 10-100 В.

Индуктивные элементы с небольшой индуктивностью для гибридных ИС получают осаждением на подложку проводящей спирали из фоторезистора (рис. 9.19) через соответствующую маску методом вакуумного испарения. Пленочная спираль из 20 витков диаметром 8,3 мм, осажденная на стеклянной подложке или на кремниевой пластине с удельным сопротивлением 50 Ом-см, имеет индуктивность 2-4 мкГн на частотах 20-80 МГц. Добротность индуктивных элементов на стекле 30-40, на кремнии - на порядок меньше. Практически получается индуктивность лишь до 5 мкГн. Вместо индуктивных элементов в микроэлектронике

используют эквивалентные им транзисторные схемы.

Подобно тонкопленочным элементам тонкопленочные микросхемы делают с толщиной пленок до 1 мкм. В них удовлетворяются меньшие отклонения от номинальных значений сопротивлений резисторов, емкостей конденсато-Рис. 9.19. Индуктивный элемент ров, индуктивностей элементов и

Тонкая пленка золота