第3章集成電路中的無源元件

1、12022-5-31第三章第三章 集成電路中的無源元件集成電路中的無源元件 3.1 集成電阻器集成電阻器3.2 集成電容器集成電容器3.3 互連（內(nèi)連線）互連（內(nèi)連線）22022-5-313.1 集成電阻器集成電阻器 電阻是基本的元件，在集成工藝技術(shù)中有多種設(shè)計電阻是基本的元件，在集成工藝技術(shù)中有多種設(shè)計與制造電阻的方法，根據(jù)阻值和精度的要求可以選擇與制造電阻的方法，根據(jù)阻值和精度的要求可以選擇不同的電阻結(jié)構(gòu)和形狀。不同的電阻結(jié)構(gòu)和形狀。 集成電路中的電阻分為集成電路中的電阻分為無源電阻和有源電阻無源電阻和有源電阻。無源。無源電阻通常是采用摻雜半導(dǎo)體或合金材料制作的電阻，電阻通常是采用摻雜半導(dǎo)

2、體或合金材料制作的電阻，而有源電阻則是將晶體管進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接和偏置，利而有源電阻則是將晶體管進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接和偏置，利用晶體管在不同的工作區(qū)所表現(xiàn)出來的不同的電阻特用晶體管在不同的工作區(qū)所表現(xiàn)出來的不同的電阻特性來做電阻。性來做電阻。32022-5-31 眾所周知，摻雜半導(dǎo)體具有電阻特性，不同的摻雜濃度具眾所周知，摻雜半導(dǎo)體具有電阻特性，不同的摻雜濃度具有不同的電阻率，正是利用摻雜半導(dǎo)體所具有的電阻特性，有不同的電阻率，正是利用摻雜半導(dǎo)體所具有的電阻特性，可以制造電路所需的電阻器?？梢灾圃祀娐匪璧碾娮杵鳌?所謂擴(kuò)散電阻是指采用熱擴(kuò)散摻雜的方式構(gòu)造而成的電阻。所謂擴(kuò)散電阻是指采用熱擴(kuò)散摻雜的方式

3、構(gòu)造而成的電阻。這是最常用的電阻之一，工藝簡單且兼容性好，缺點(diǎn)是精度這是最常用的電阻之一，工藝簡單且兼容性好，缺點(diǎn)是精度稍差。稍差。 制造擴(kuò)散電阻的摻雜可以是工藝中的任何熱擴(kuò)散摻雜過程，制造擴(kuò)散電阻的摻雜可以是工藝中的任何熱擴(kuò)散摻雜過程，可以摻可以摻N型或型或P型雜質(zhì)，還可以是結(jié)構(gòu)性的擴(kuò)散電阻，例如型雜質(zhì)，還可以是結(jié)構(gòu)性的擴(kuò)散電阻，例如在兩層摻雜區(qū)之間的中間摻雜層，典型的結(jié)構(gòu)是在兩層摻雜區(qū)之間的中間摻雜層，典型的結(jié)構(gòu)是N-P-N結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)中的中的P型區(qū)，這種電阻又稱為溝道電阻。當(dāng)然，應(yīng)該選擇易型區(qū)，這種電阻又稱為溝道電阻。當(dāng)然，應(yīng)該選擇易于控制濃度誤差的雜質(zhì)層做電阻，保證擴(kuò)散電阻的精度。于控制濃

4、度誤差的雜質(zhì)層做電阻，保證擴(kuò)散電阻的精度。一、基區(qū)擴(kuò)散電阻一、基區(qū)擴(kuò)散電阻42022-5-31氧化膜氧化膜pnnP型擴(kuò)散層型擴(kuò)散層（電阻）（電阻）VCCLw N型外延層接電路的最高型外延層接電路的最高電位，或接至電阻器兩端中電位，或接至電阻器兩端中電位較高的一端。電位較高的一端。 在電阻的制作過程中，由在電阻的制作過程中，由于加工所引起的誤差，如擴(kuò)于加工所引起的誤差，如擴(kuò)散過程中的橫向擴(kuò)散、制版散過程中的橫向擴(kuò)散、制版和光刻過程中的圖形寬度誤和光刻過程中的圖形寬度誤差等，都會使電阻的實際尺差等，都會使電阻的實際尺寸偏離設(shè)計尺寸，導(dǎo)致電阻寸偏離設(shè)計尺寸，導(dǎo)致電阻值的誤差。電阻條圖形的寬值的誤差。

5、電阻條圖形的寬度度W越寬，相對誤差越寬，相對誤差W/W就越小，反之則越大。與寬度相比，長度的相對誤差就越小，反之則越大。與寬度相比，長度的相對誤差L/L則可忽略。因此，對于有精度要求的電阻，要選擇合適的則可忽略。因此，對于有精度要求的電阻，要選擇合適的寬度，如大于寬度，如大于20m，以減小電阻條圖形誤差引起的失配。，以減小電阻條圖形誤差引起的失配。52022-5-31氧化膜氧化膜pnnP型擴(kuò)散層型擴(kuò)散層（電阻）（電阻）VCCLw基區(qū)擴(kuò)散電阻基區(qū)擴(kuò)散電阻（Rs=100-200 / ) 電阻圖形尺寸的計算電阻圖形尺寸的計算 根據(jù)具體電路中對電阻根據(jù)具體電路中對電阻大小的要求，可以非常方大小的要求，

6、可以非常方便地進(jìn)行電阻圖形設(shè)計。便地進(jìn)行電阻圖形設(shè)計。設(shè)計的依據(jù)是工藝提供的設(shè)計的依據(jù)是工藝提供的摻雜區(qū)的方塊電阻值和所摻雜區(qū)的方塊電阻值和所需制作的電阻的阻值。一需制作的電阻的阻值。一旦選中了摻雜區(qū)的類型，旦選中了摻雜區(qū)的類型，可以依據(jù)下式計算?？梢砸罁?jù)下式計算。WLRRs 62022-5-31 其中，其中， Rs（或（或R）是摻雜半導(dǎo)體薄層的薄層電阻，又）是摻雜半導(dǎo)體薄層的薄層電阻，又稱方塊電阻，稱方塊電阻，L是電阻條的長度，是電阻條的長度，W是電阻條的寬度，是電阻條的寬度，L/ /W是電阻所對應(yīng)的圖形的方塊數(shù)。因此，只要知道摻雜是電阻所對應(yīng)的圖形的方塊數(shù)。因此，只要知道摻雜區(qū)的方塊電阻，

7、然后根據(jù)所需電阻的大小計算出需要多少區(qū)的方塊電阻，然后根據(jù)所需電阻的大小計算出需要多少方塊，再根據(jù)精度要求確定電阻條的寬度，就能夠得到電方塊，再根據(jù)精度要求確定電阻條的寬度，就能夠得到電阻條的長度。阻條的長度。 當(dāng)然，這樣的計算是很粗糙的，因為在計算中并沒有考當(dāng)然，這樣的計算是很粗糙的，因為在計算中并沒有考慮電阻的折彎形狀和端頭形狀對實際電阻值的影響，在實慮電阻的折彎形狀和端頭形狀對實際電阻值的影響，在實際的設(shè)計中需根據(jù)具體的圖形形狀對計算加以修正，通常際的設(shè)計中需根據(jù)具體的圖形形狀對計算加以修正，通常的修正包括端頭修正和拐角修正。的修正包括端頭修正和拐角修正。WLRRs 72022-5-31

8、)255. 0(RsR21nkkxWLjc p端頭修正端頭修正p拐角修正因子拐角修正因子p橫向擴(kuò)散修正因子橫向擴(kuò)散修正因子p薄層電阻值薄層電阻值Rs的修正的修正82022-5-31端頭修正端頭修正 因為電子總是從電阻最小的地方流動，因此，從引線因為電子總是從電阻最小的地方流動，因此，從引線孔流入的電流，絕大部分是從引線孔正對著電阻條的一孔流入的電流，絕大部分是從引線孔正對著電阻條的一邊流入的，從引線孔側(cè)面和背面流入的電流極少，因此，邊流入的，從引線孔側(cè)面和背面流入的電流極少，因此，在計算端頭處的電阻值時需要引入一些修正，稱之為端在計算端頭處的電阻值時需要引入一些修正，稱之為端頭修正。頭修正。

9、端頭修正常采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，以端頭修正因子端頭修正常采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，以端頭修正因子k1表示整個表示整個端頭對總電阻方塊數(shù)的貢獻(xiàn)。例如端頭對總電阻方塊數(shù)的貢獻(xiàn)。例如k1=0.5，表示整個端頭，表示整個端頭對總電阻的貢獻(xiàn)相當(dāng)于對總電阻的貢獻(xiàn)相當(dāng)于0.5個方塊數(shù)。個方塊數(shù)。92022-5-31 圖圖3.2 給出了不同給出了不同電阻條寬和端頭形狀電阻條寬和端頭形狀的修正因子的經(jīng)驗數(shù)的修正因子的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，圖中的虛線是端據(jù)，圖中的虛線是端頭的內(nèi)邊界，它的尺頭的內(nèi)邊界，它的尺寸通常為幾何設(shè)計規(guī)寸通常為幾何設(shè)計規(guī)則中擴(kuò)散區(qū)對孔的覆則中擴(kuò)散區(qū)對孔的覆蓋數(shù)值。對于大電阻蓋數(shù)值。對于大電阻LW情況，情況， 端頭對端頭對電

10、阻的貢獻(xiàn)可以忽略電阻的貢獻(xiàn)可以忽略不計。不計。102022-5-31 對于折彎形狀的電阻，通常每對于折彎形狀的電阻，通常每一直條的寬度都是相同的，在拐一直條的寬度都是相同的，在拐角處是一個正方形，但這個正方角處是一個正方形，但這個正方形不能作為一個電阻方來計算，形不能作為一個電阻方來計算，這是因為在拐角處的電流密度是這是因為在拐角處的電流密度是不均勻的，靠近內(nèi)角處的電流密不均勻的，靠近內(nèi)角處的電流密度大，靠近外角處的電流密度小。度大，靠近外角處的電流密度小。經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，拐角對電阻的貢經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，拐角對電阻的貢獻(xiàn)只有獻(xiàn)只有0.5個方塊數(shù)，即拐角修正個方塊數(shù)，即拐角修正因子因子k2=0.5。拐

11、角修正拐角修正112022-5-31橫向擴(kuò)散修正因子橫向擴(kuò)散修正因子橫向擴(kuò)散修正因子橫向擴(kuò)散修正因子m主要考慮以下兩個方面：主要考慮以下兩個方面： 由于存在橫向擴(kuò)散，所以基區(qū)擴(kuò)散電阻的實際橫截面如由于存在橫向擴(kuò)散，所以基區(qū)擴(kuò)散電阻的實際橫截面如圖所示，在表面處最寬，即圖所示，在表面處最寬，即 。 jcSxWW8 . 02 122022-5-31 雜質(zhì)濃度在橫向擴(kuò)散器表面與擴(kuò)散口正下方的表面區(qū)域雜質(zhì)濃度在橫向擴(kuò)散器表面與擴(kuò)散口正下方的表面區(qū)域不同，其濃度由擴(kuò)散窗口處不同，其濃度由擴(kuò)散窗口處Ns（6x1018cm-3）逐步降低到）逐步降低到外延層處的外延層處的Nepi（10151016cm-3）.

12、如果假設(shè)橫向擴(kuò)散區(qū)如果假設(shè)橫向擴(kuò)散區(qū)的縱向雜質(zhì)分布與擴(kuò)散窗口下相同，則對于基區(qū)擴(kuò)散電阻，的縱向雜質(zhì)分布與擴(kuò)散窗口下相同，則對于基區(qū)擴(kuò)散電阻，其有效寬度為其有效寬度為 。jceffxWW55.0 132022-5-31薄層電阻值薄層電阻值Rs的修正的修正 一般情況下，基區(qū)薄層電阻值一般情況下，基區(qū)薄層電阻值Rs是在硼再分布以后測量是在硼再分布以后測量的，以檢測擴(kuò)散的質(zhì)量。但是，基區(qū)擴(kuò)散后還有多道高溫的，以檢測擴(kuò)散的質(zhì)量。但是，基區(qū)擴(kuò)散后還有多道高溫出來工序，所以雜質(zhì)會進(jìn)一步往里推進(jìn)，同時表面的硅也出來工序，所以雜質(zhì)會進(jìn)一步往里推進(jìn)，同時表面的硅也會進(jìn)一步氧化，所以做成管子后，實際的基區(qū)電阻值會進(jìn)

13、一步氧化，所以做成管子后，實際的基區(qū)電阻值Rsa比比原來測量的原來測量的Rs高，經(jīng)驗公式為高，經(jīng)驗公式為RsaKaRs 其中，其中，Ka為常數(shù)，可由實驗來確定，一般在為常數(shù)，可由實驗來確定，一般在1.061.25之間。之間。142022-5-31小阻值電阻可采用胖短圖形：小阻值電阻可采用胖短圖形：一般阻值電阻可采用瘦長圖形一般阻值電阻可采用瘦長圖形對大阻值電阻可采用折疊圖形：對大阻值電阻可采用折疊圖形：)255. 0(RsR21nkkxWLjc WLRRs 當(dāng)當(dāng)LW時，可不考慮時，可不考慮k1; 當(dāng)當(dāng)Wxjc時，可不考慮橫向修正時，可不考慮橫向修正m。)5 . 0(RsRnWL 152022-

14、5-31襯底電位與分布電容襯底電位與分布電容 制作電阻的襯底與電阻材料摻雜類型相反，即如果電制作電阻的襯底與電阻材料摻雜類型相反，即如果電阻是阻是P型半導(dǎo)體，襯底就是型半導(dǎo)體，襯底就是N型半導(dǎo)體，反之亦然。這樣，型半導(dǎo)體，反之亦然。這樣，電阻區(qū)和襯底就構(gòu)成了一個電阻區(qū)和襯底就構(gòu)成了一個pn結(jié)，為防止結(jié)，為防止pn結(jié)導(dǎo)通，襯結(jié)導(dǎo)通，襯底必須接一定的電位。要求不論電阻的哪個端頭在任何底必須接一定的電位。要求不論電阻的哪個端頭在任何的工作條件下，都保證的工作條件下，都保證pn結(jié)不處于正偏狀態(tài)。結(jié)不處于正偏狀態(tài)。 通常將通常將P型襯底接電路中最低電位，型襯底接電路中最低電位，N型襯底（外延層）型襯底（

15、外延層）接最高電位，這樣，最壞工作情況是電阻只有一端處于接最高電位，這樣，最壞工作情況是電阻只有一端處于零偏置，其余點(diǎn)都處于反偏置。例如，上端頭接正電源零偏置，其余點(diǎn)都處于反偏置。例如，上端頭接正電源的的P型摻雜電阻，襯底（外延層）的型摻雜電阻，襯底（外延層）的N型半導(dǎo)體電接正電型半導(dǎo)體電接正電源，這樣在接正電源處，源，這樣在接正電源處，pn結(jié)是零偏置，越接近電阻的結(jié)是零偏置，越接近電阻的下端頭，下端頭，P型半導(dǎo)體的電位越低，型半導(dǎo)體的電位越低，pn結(jié)反偏電壓越大。結(jié)反偏電壓越大。162022-5-31 也正是因為這個也正是因為這個pn結(jié)的存在，又導(dǎo)致了摻雜半導(dǎo)體電結(jié)的存在，又導(dǎo)致了摻雜半導(dǎo)體

16、電阻的另一個寄生效應(yīng)：寄生電容。任何的阻的另一個寄生效應(yīng)：寄生電容。任何的pn結(jié)都存在結(jié)結(jié)都存在結(jié)電容，電阻的襯底又通常都是處于交流零電位電容，電阻的襯底又通常都是處于交流零電位(直流的正、直流的正、負(fù)電源端或地端負(fù)電源端或地端)，使得電阻對交流地存在旁路電容。如，使得電阻對交流地存在旁路電容。如果電阻的一端接地，并假設(shè)寄生電容沿電阻均勻分布，果電阻的一端接地，并假設(shè)寄生電容沿電阻均勻分布，則電阻幅模的則電阻幅模的-3dB帶寬近似為：帶寬近似為：23131LCRRCfo口口 其中，其中，R是電阻區(qū)的摻雜層方塊電阻，是電阻區(qū)的摻雜層方塊電阻，C0是單位面積是單位面積電容，電容，L是電阻的長度。是

17、電阻的長度。172022-5-31二、其他常用的集成電阻器二、其他常用的集成電阻器1.發(fā)射區(qū)（磷）擴(kuò)散電阻發(fā)射區(qū)（磷）擴(kuò)散電阻 一種是直接在外延層一種是直接在外延層上擴(kuò)散上擴(kuò)散N+層來形成，需層來形成，需要單獨(dú)的隔離區(qū)，由于要單獨(dú)的隔離區(qū)，由于外延層的電阻率遠(yuǎn)高于外延層的電阻率遠(yuǎn)高于N+擴(kuò)散層，所以外延層擴(kuò)散層，所以外延層電阻對發(fā)射區(qū)擴(kuò)散電阻電阻對發(fā)射區(qū)擴(kuò)散電阻的旁路作用可忽略。且的旁路作用可忽略。且不存在寄生效應(yīng)。不存在寄生效應(yīng)。182022-5-31 另一種發(fā)射區(qū)擴(kuò)散另一種發(fā)射區(qū)擴(kuò)散電阻可與其他電阻坐電阻可與其他電阻坐在一個隔離區(qū)，但發(fā)在一個隔離區(qū)，但發(fā)射區(qū)電阻要做在一個射區(qū)電阻要做在一個

18、單獨(dú)的單獨(dú)的P型擴(kuò)散區(qū)，型擴(kuò)散區(qū)，并使三個并使三個PN結(jié)處于反結(jié)處于反偏，由于這種有寄生偏，由于這種有寄生PNP管效應(yīng)，所以需管效應(yīng)，所以需要增加隱埋層。要增加隱埋層。192022-5-31 發(fā)射區(qū)擴(kuò)散電發(fā)射區(qū)擴(kuò)散電阻主要用來作小阻主要用來作小阻值的電阻和在阻值的電阻和在連線交叉時作連線交叉時作“磷橋磷橋”，其電，其電阻值的計算方法阻值的計算方法和基區(qū)擴(kuò)散電阻和基區(qū)擴(kuò)散電阻類似。類似。202022-5-312.隱埋層電阻隱埋層電阻 其方塊電阻值比較其方塊電阻值比較小，主要做小電阻，小，主要做小電阻，圖中圖中R2就是隱埋層電就是隱埋層電阻。又由于影響隱埋阻。又由于影響隱埋層電阻的工藝因素太層電阻

19、的工藝因素太多，且不易控制，所多，且不易控制，所以隱埋層電阻的精度以隱埋層電阻的精度較差。較差。212022-5-313.基區(qū)溝道電阻基區(qū)溝道電阻特點(diǎn)特點(diǎn):薄層電阻薄層電阻Rs大，用小大，用小面積制作大阻值電阻。面積制作大阻值電阻。基區(qū)溝道電阻的薄層電基區(qū)溝道電阻的薄層電阻阻Rs為為NPN晶體管的有晶體管的有效基區(qū)的薄層電阻效基區(qū)的薄層電阻RBS1?；鶇^(qū)溝道電阻只能用基區(qū)溝道電阻只能用于小電流、小電壓情況，于小電流、小電壓情況，多用于基區(qū)偏置電阻或多用于基區(qū)偏置電阻或泄放電阻。當(dāng)電阻兩端泄放電阻。當(dāng)電阻兩端電壓很小時，阻值近似電壓很小時，阻值近似為常數(shù)。為常數(shù)。222022-5-31基區(qū)溝道電

20、阻精度低，因為基區(qū)溝道電阻精度低，因為沒有獨(dú)立的控制因素，完全沒有獨(dú)立的控制因素，完全由由NPN管的基區(qū)寬度管的基區(qū)寬度WB決定。決定。由于有大面積的由于有大面積的N+P結(jié)，寄結(jié)，寄生電容大。生電容大。薄層電阻薄層電阻RBS1較大，所以基較大，所以基區(qū)溝道電阻的溫度系數(shù)較大。區(qū)溝道電阻的溫度系數(shù)較大。N+區(qū)擴(kuò)散層覆蓋外的區(qū)擴(kuò)散層覆蓋外的P區(qū)薄區(qū)薄層電阻很小，比基區(qū)溝道電層電阻很小，比基區(qū)溝道電阻小阻小12個數(shù)量級，可以忽個數(shù)量級，可以忽略不計。略不計。232022-5-314.外延層電阻（體電外延層電阻（體電阻阻）特點(diǎn)）特點(diǎn)又稱為又稱為“體電阻體電阻”，不存在寄生不存在寄生PNP效應(yīng)，效應(yīng)，不

21、需要隱埋層。不需要隱埋層。外延層的薄層電阻較外延層的薄層電阻較大，可以做高值電阻。大，可以做高值電阻?？沙惺茌^高電壓，其可承受較高電壓，其擊穿電壓為隔離結(jié)擊擊穿電壓為隔離結(jié)擊穿電壓。穿電壓。242022-5-31在阻值設(shè)計時，要注意橫向在阻值設(shè)計時，要注意橫向修正，即電阻寬度修正，即電阻寬度W應(yīng)扣除隔應(yīng)扣除隔離結(jié)橫向擴(kuò)散后電阻區(qū)的實際離結(jié)橫向擴(kuò)散后電阻區(qū)的實際寬度。寬度。電阻的相對誤差大。這是因電阻的相對誤差大。這是因為電阻值的控制主要是通過外為電阻值的控制主要是通過外延層工藝和隔離擴(kuò)散工藝來進(jìn)延層工藝和隔離擴(kuò)散工藝來進(jìn)行的，這兩道工藝本身就較難行的，這兩道工藝本身就較難控制，況且后續(xù)工藝對外

22、延層控制，況且后續(xù)工藝對外延層電阻值的影響也較大。電阻值的影響也較大。電阻的溫度系數(shù)較大。電阻的溫度系數(shù)較大。252022-5-31在外延層上在外延層上覆蓋一層覆蓋一層P型型擴(kuò)散層，就可擴(kuò)散層，就可做成更高阻值做成更高阻值的電阻，即的電阻，即外外延層溝道電阻延層溝道電阻，其結(jié)構(gòu)與基區(qū)其結(jié)構(gòu)與基區(qū)溝道電阻類似。溝道電阻類似。262022-5-315.離子注入電阻離子注入電阻同為摻雜工藝，由于離子同為摻雜工藝，由于離子注入工藝可以精確地控制注入工藝可以精確地控制摻雜濃度和注入的深度，摻雜濃度和注入的深度，且橫向擴(kuò)散小。其阻值容且橫向擴(kuò)散小。其阻值容易控制，精度較高。易控制，精度較高。該電阻由兩部分

23、組成，離該電阻由兩部分組成，離子注入?yún)^(qū)電阻和子注入?yún)^(qū)電阻和p+區(qū)端頭區(qū)端頭電阻，因為電阻，因為p+區(qū)端頭的摻區(qū)端頭的摻雜濃度較高，阻值很小，雜濃度較高，阻值很小，實際的電阻值主要由離子實際的電阻值主要由離子注入?yún)^(qū)電阻決定，與熱擴(kuò)注入?yún)^(qū)電阻決定，與熱擴(kuò)散摻雜電阻相比，減小了散摻雜電阻相比，減小了誤差，進(jìn)一步提高了精度。誤差，進(jìn)一步提高了精度。272022-5-312. 用用MOS晶體管形成電阻晶體管形成電阻 用用MOS晶體管形成電阻又叫晶體管形成電阻又叫有源電阻有源電阻是指采用晶體管是指采用晶體管進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接并使其工作在一定的狀態(tài)，利用它的直進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接并使其工作在一定的狀態(tài)，利用它的直流導(dǎo)

24、通電阻和交流電阻作為電路中的電阻元件使用。雙流導(dǎo)通電阻和交流電阻作為電路中的電阻元件使用。雙極型晶體管和極型晶體管和MOS晶體管均可擔(dān)當(dāng)有源電阻，在這里將晶體管均可擔(dān)當(dāng)有源電阻，在這里將只討論以只討論以MOS器件作為有源電阻的情況，雙極型器件作器件作為有源電阻的情況，雙極型器件作為有源電阻的原理類似。為有源電阻的原理類似。 以以NMOS為例，其電流方程：為例，其電流方程： 2)(221DSDSTHGSoxnDVVVVLWCI 282022-5-31三、三、MOS集成電路中常用的電阻集成電路中常用的電阻1. 多晶硅電阻多晶硅電阻SiSiO2LeffLWpoly-SiSiO2SDLD為源漏擴(kuò)散時橫

25、向擴(kuò)散量。為源漏擴(kuò)散時橫向擴(kuò)散量。阻值高，用擴(kuò)散摻雜工藝制作阻值高，用擴(kuò)散摻雜工藝制作精度低，主要用來做存儲器存精度低，主要用來做存儲器存儲單元的負(fù)載電阻。若用離子儲單元的負(fù)載電阻。若用離子注入摻雜工藝，精度可以提高。注入摻雜工藝，精度可以提高。WLLRWLRRDSipolySeffSipolyS)2(, 292022-5-31當(dāng)當(dāng)VDS很小時：很小時： DSTHGSDSTHGSoxnDVVVkVVVLWCI)(2)(221 LWCkoxn 21 其中：其中： THGSTHGSoxnCVVkVVLWCR 211 302022-5-313.2 集成電容器集成電容器 在集成電路中，電容也是一個重要

26、的元件。在集成電路中，電容也是一個重要的元件。IC中應(yīng)中應(yīng)盡量避免使用電容器，因電容器占面積大。在雙極型盡量避免使用電容器，因電容器占面積大。在雙極型模擬集成電路中，集成電容器用作頻率補(bǔ)償以改善電模擬集成電路中，集成電容器用作頻率補(bǔ)償以改善電路的頻率特性。在路的頻率特性。在MOS模擬集成電路中，由于在工藝模擬集成電路中，由于在工藝上制造集成電容比較容易，并且容易與上制造集成電容比較容易，并且容易與MOS器件相匹器件相匹配，故集成電容得到較廣泛的應(yīng)用。普通配，故集成電容得到較廣泛的應(yīng)用。普通PN結(jié)電容的結(jié)電容的容量較小，有較大的溫度系數(shù)和寄生效應(yīng)等缺點(diǎn)，因容量較小，有較大的溫度系數(shù)和寄生效應(yīng)等缺

27、點(diǎn)，因此，應(yīng)用不多。此，應(yīng)用不多。312022-5-31 在雙極型和在雙極型和MOS模擬集成電路中的電容大多采用模擬集成電路中的電容大多采用MOS結(jié)構(gòu)或其相似結(jié)構(gòu)。由于在結(jié)構(gòu)或其相似結(jié)構(gòu)。由于在MOS工藝中實現(xiàn)的工藝中實現(xiàn)的MOS電容，匹配精度比電阻好，一般約為電容，匹配精度比電阻好，一般約為0.1%5%，因此在因此在D/A、A/D轉(zhuǎn)換器和開關(guān)電容電路等集成電路中，轉(zhuǎn)換器和開關(guān)電容電路等集成電路中，往往用電容代替電阻網(wǎng)絡(luò)。往往用電容代替電阻網(wǎng)絡(luò)。322022-5-31表表 列出了擴(kuò)散電阻、離子注入電阻和列出了擴(kuò)散電阻、離子注入電阻和MOS電容電容器的若干性能比較。器的若干性能比較。332022

28、-5-31一、雙極一、雙極IC中常用的集成電容器中常用的集成電容器1.反偏反偏PN結(jié)電容器結(jié)電容器：在雙極集成電路中，常使用的集成：在雙極集成電路中，常使用的集成電容器。電容器。 PN結(jié)電容器的制作工藝完全和結(jié)電容器的制作工藝完全和NPN管工藝兼容，但其管工藝兼容，但其電容值做不大。發(fā)射結(jié)的電容值做不大。發(fā)射結(jié)的零偏單位面積電容大，但零偏單位面積電容大，但擊穿電壓低，約為擊穿電壓低，約為69V；集電結(jié)的零偏單位面積電集電結(jié)的零偏單位面積電容小，但擊穿電壓高，約容小，但擊穿電壓高，約為為20V。342022-5-312.發(fā)射區(qū)擴(kuò)散層發(fā)射區(qū)擴(kuò)散層-隔離擴(kuò)散層隔離擴(kuò)散層-隱埋層結(jié)構(gòu)隱埋層結(jié)構(gòu) 發(fā)射區(qū)

29、擴(kuò)散層發(fā)射區(qū)擴(kuò)散層隔離擴(kuò)散層隔離擴(kuò)散層隱埋層結(jié)構(gòu)，這種電容實際上是隱埋層結(jié)構(gòu)，這種電容實際上是兩個電容并聯(lián)，所以可以增大兩個電容并聯(lián)，所以可以增大PN零偏單位面積電容零偏單位面積電容CjA0。但由于但由于存在存在PN結(jié)，擊穿電壓只有結(jié)，擊穿電壓只有45V。另外由于隔離（襯底）結(jié)面另外由于隔離（襯底）結(jié)面積較大，所以積較大，所以CjS也較大，為減小也較大，為減小CjS影響，應(yīng)降低所使用結(jié)上的反影響，應(yīng)降低所使用結(jié)上的反偏電壓，使結(jié)電容提高，提高襯底結(jié)的反偏電壓，減小偏電壓，使結(jié)電容提高，提高襯底結(jié)的反偏電壓，減小CjS。 352022-5-313.MOS電容器電容器上電極：鋁膜上電極：鋁膜介質(zhì)：

30、薄介質(zhì)：薄SiO2層，厚度大于層，厚度大于1000（對工藝要求高，額外對工藝要求高，額外工藝制作，其他工藝通同工藝制作，其他工藝通同NPN管）管）下電極：下電極：N+發(fā)射區(qū)擴(kuò)散層發(fā)射區(qū)擴(kuò)散層 R是下電極是下電極N+發(fā)射區(qū)擴(kuò)散層電阻，為提高發(fā)射區(qū)擴(kuò)散層電阻，為提高M(jìn)OS電容器的電容器的Q值（品質(zhì)因數(shù)，評價回路損值（品質(zhì)因數(shù)，評價回路損耗的指標(biāo)），必須減小耗的指標(biāo)），必須減小R值，所以一般制成方值，所以一般制成方形，以減小形，以減小R的方數(shù)（的方數(shù)（L/W），），使阻值下降。使阻值下降。 等效電路等效電路362022-5-31MOS電容器特點(diǎn)電容器特點(diǎn)單位面積電容值單位面積電容值CA較小（較?。–

31、A=3.16.210-4pF/m2），），所以占用芯片面積大；所以占用芯片面積大；擊穿電壓高，擊穿電壓高，BV50V；溫度系數(shù)溫度系數(shù)TCC小，約為小，約為2010-6/；下電極用下電極用N+發(fā)射區(qū)擴(kuò)散層時，發(fā)射區(qū)擴(kuò)散層時，MOS電容值基本上與電壓電容值基本上與電壓大小及電壓極性無關(guān)；大小及電壓極性無關(guān)；單個單個MOS電容誤差電容誤差C/C較大，較大，20%，電容間匹配誤，電容間匹配誤差可小于差可小于10%；Cjs大，可增大襯底電壓來減小。大，可增大襯底電壓來減小。372022-5-31圖圖3.20 以多晶硅作為上、以多晶硅作為上、下極板的電容器結(jié)構(gòu)下極板的電容器結(jié)構(gòu)圖圖3.19 以多晶硅作為以多晶硅作為上極板的電容器結(jié)構(gòu)上極板的電容器結(jié)構(gòu)柵氧化層?xùn)叛趸瘜佣嗑Ч瓒嗑Ч瓒⒍?、MOS IC中常用的中常用的MOS電容器電容器382022-5-313.3 互連（內(nèi)連線）互連（內(nèi)連線） MOS IC尤其是尤其是Si柵柵MOS電路中，常用的布線一般電路中，常用的布線一般有金屬、重?fù)诫s多晶硅（有金屬、重?fù)诫s多晶硅（Poly-Si）、擴(kuò)散層和難熔金）、擴(kuò)散層和難熔金屬（屬（W、Ti等）硅化