Особенности интегральных резисторов

Причиной научно-технической революции XX века стало бурное развитие физики полупроводников и основанной на ней микроэлектроники. В настоящее время из-за приближения предела в твёрдотельной микроэлектронике -10 нанометров, создаются новые принципы построения микропроцессорных устройств такие как спинтроника и квантовые компьютеры. Однако данные технологии ещё не вышли из лабораторий в промышленное производство, не ожидается это и в ближайшие 10 лет. Более того в развитие технологии создания кремниевых чипов вложены миллионы долларов и существенный рост достигнут лишь в этом направлении. Поэтому использование новых, даже более эффективных материалов сопряжено с огромными трудностями [1-3].

В этом направлении необходимо решить две основные проблемы:

• 1.    Необходимо разработать дальнейшие пути развития кремниевой микроэлектроники.

• 2.    Решить    проблему    межсоединений    кремниевой

микроэлектроники.

В данной статье рассмотрены пути развития интегральных резисторов для кремниевой микроэлектроники.

В настоящий момент существуют множество технологий изготовления различных типов резисторов, таких как металлофольговые, угольные и плёночные металлические резисторы. Однако наиболее перспективной оказалась технология интегральных резисторов основанная на использовании слаболегированных полупроводников. Важным аспектом, помимо возможности их использования в интегральных микросхемах, является большая нелинейность их вольтамперной характеристики, которая позволила создать такие электронные компоненты как фоторезисторы, варисторы, термисторы и другие. Интегральные резисторы изготавливаются в виде прямой полоски, если нужен больший номинал - в виде зигзага.

Существует несколько основных разновидностей интегральных резисторов:

• •    Диффузионные

• •     Пинч-резисторы

• •     Эпитаксиальные

• •     Ионно-легированные

Изготовление диффузионных резисторов проводится на основе эпитаксиальных слоев транзисторных структур. Сопротивления таких резисторов являются объемными сопротивлениями участков диффузионных слоев, ограниченных p-n - переходами. В большинстве случаев их формирование происходит в базовых областях транзисторных структур, так как подобный выбор является наиболее оптимальным.

Диффузионные резисторы на основе эмиттерной области требуют больших размеров и выполняются только небольших номиналов - от 2 до 100 Ом [5], вследствие того, что эмиттерный слой значительно легирован и у него низкое поверхностное сопротивление.

Резисторы, выполненные в слаболегированной коллекторной области обладают слишком большим температурным коэффициентом сопротивления, что является большим недостатком при современных температурах нагрева микросхем. Однако сопротивление даже зигзагообразных диффузионных резисторов в базовой области составляет максимум 60 кОм. Поскольку с каждым годом происходит уменьшение размеров электронных составляющих в интегральных микросхемах, то при уже достаточно малых значениях сопротивление в     интегральных резисторах будет практически нулевое.

Для того, чтобы создать резисторы, имеющие большое сопротивление (более 60 кОм) применяют пинч-резисторы. Для них проводят увеличение удельного сопротивления на основе того, что применяется донная часть со слаболегированной базовой областью [6], поэтому в них наблюдается большой температурный коэффициент сопротивления [5].

Сопротивление данных резисторов в полосковом исполнении составляет 200-300 кОм. Иногда их располагают в эпитаксиальной области имеющей более однородное распределение легирующей примеси, но тогда они имеют значительно больший разброс номиналов.

Эпитаксиальные резисторы располагают в коллекторных областях, которые имеют наименьшую концентрацию по легирующим примесям и максимальное значение удельного сопротивления. Эпитаксиальные слои легируются однородным образом, и проводимость эпитаксиальных резисторов является постоянной для всего сечения [7]. Так как такой слой формируется на основе разделительной диффузии, то разброс по номиналам сопротивления является весьма большим.

Кроме того, данные резисторы обладают самым большим коэффициентом температурного сопротивления, по этому их можно использовать если необходимы некритичные резисторы с большими номинальными значениями.

На основе ионно-легированных резисторов также можно создать большие сопротивления, и они имеют небольшие площади на кристалле. Их структуры похожи на диффузионные резисторы, но при этом глубины, на которых залегают легированные и резистивные слои составляют 0,2 - 0,3 мкм. Ионная имплантация обеспечивает малые концентрации легирующих примесей в слоях [7].

Поскольку имплантированный слой очень тонкий приходится дополнительно формировать диффузионные слои p- или -n области для присоединения омических контактов. Данные резисторы обладают хорошим допуском: ±10% при номиналах сопротивления в сотни килоом.

Температурные коэффициенты сопротивления в ионно-легированных резисторах имеют меньшие значения чем для диффузионных. Так как эти резисторы имеют ещё и хорошую совместимость с другими элементами, что позволяет говорить об оптимальным выборе [8] при изготовлении современных микросхем.

Вывод: Интегральные резисторы можно рассматривать как перспективные объекты в современной микроэлектронике. Для их создания необходимо использовать современные технологии.