Резисторы в поликремниевых пленках

По сравнению с пленочным резистором из монокристаллического кремния, пленочный резистор из поликристаллического кремния более легко масштабируется, имеет преимущества малой паразитной емкости, отсутствия эффекта смещения подложки, и незначительного эффекта случайных сбоев, вызванных альфа-лучами. Поэтому, резисторы из поликристаллического кремния широко используются в высокопроизводительных ИС и БИС. Однако так как в поликристаллическом кремнии существуют границы зерен, температурная зависимость сопротивления усложняется по сравнению с монокристаллическим кремнием. Так как поверхностное сопротивление легко подвергается воздействию колебаний толщины пленки, присутствуют и большие колебания удельного сопротивления. Кроме того, если толщина осажденной пленки поликристаллического кремния ограничивается с точки зрения низких производственных затрат, затруднено достижение как требуемого поверхностного сопротивления, так и удовлетворительного температурного коэффициента.

Обычно для изготовления резисторов в тонких поликристаллических пленках используются пленки, полученные методом химического осаждения из газовой фазы при пониженном давлении (ХОГФ НД). При этом осаждение поликристаллического проводится на слой диоксида кремния толщиной, например, 0,5 мкм, выращенный на монокристаллической подложке.

Рис. 3. Зависимость удельного сопротивления от N_impl. Кривая лазерного отжига относится к поликремнию с имплантированным бором.

Из данных на рис. 3 следует, что в поликремнии можно достичь очень высоких значений удельного сопротивления, однако однородность его распределения хуже, чем в монокристаллах, особенно при высоких сопротивлениях. Лазерный отжиг повышает однородность, однако уменьшает диапазон достижимых значений удельного сопротивления.

При высоких частотах резистор трансформируется в распределенную RС-цепочку, поскольку кремниевая пленка осаждается на оксидный слой, лежащий поверх монокристаллической подложки.

Специфическое свойство высокоомного (> 10³ Ом•см) поликремния заключается в возможном необратимом понижении его удельного сопротивления на несколько порядков при про пускании импульса тока высокой плотности (~10⁴ А/см²). Этот эффект можно использовать в схемах ППЗУ, а также при изготовлении операционных усилителей и тензорезистивных мостов.

Учитывая, что сопротивление резистора определяется геометрическими размерами (толщина пленки, ширина и длина резистора) и удельным сопротивлением, зависящим от концентрации легирующей примеси и размеров кристаллических зерен, можно выделить следующие проблемы, которые необходимо решать при изготовлении резистора из поликристаллического кремния:

· обеспечение однородности толщины пленки и воспроизводимого размера зерен пленки поликристаллического кремния;

· обеспечение воспроизводимости линейных размеров резистора (фотолитография, травление);

· обеспечение заданной концентрации легирующей примеси в пленке поликристаллического кремния;

· обеспечение стабильности сопротивления резистора во время изготовления;

· обеспечение стабильности сопротивления резистора во время его эксплуатации.

Управление сопротивлением резистора достигается за счет выбора области концентрации легирующей примеси, в которой возможно эффективно управлять удельным сопротивлением. На рисунке 4 показана зависимость удельного сопротивления резистора от концентрации легирующей примеси (на примере бора). Как видно из рисунка, эта зависимость может быть разделена на три области. В области I при изменении концентрации примеси на один порядок удельное сопротивление изменяется на пять порядков. С другой стороны, в областях II и III удельного сопротивления изменяется намного меньше, чем в области I. Более точно, удельное сопротивлением изменяется только на один порядок при изменении концентрации примеси на один порядок. Однако в области II удельное сопротивление очень большое и поэтому в этой области трудно сформировать резистор, имеющий сопротивление от 40 до 800 кОм. Поэтому только область III пригодна для получения таких сопротивлений. Более точно, сопротивление от 40 до 800 кОм может быть получено путем задания концентрации примеси около от 8•10¹⁸ см^-3 до 5•10¹⁹ см^-3, чтобы получить пленку поликремния с удельным сопротивлением от 0.1 до 0.01 Ом•см. Аналогичные зависимости могут быть получены в случае использования в качестве легирующих примесей фосфора и мышьяка.

		Концентрация легирующей примеси,

Рисунок 4. Зависимость удельного сопротивления резистора от концентрации легирующей примеси.

Обычно соотношение длины резистора к его ширине составляет 10. Если рассматривать область изоляции между резистором и другими элементами и область соединений резистора с другими элементами, то желательно чтобы площадь, занимаемая резистором, была в три раза больше площади непосредственно резистора. С другой стороны, нежелательно, чтобы площадь, занимаемая резистором, превышала 1/10 площади ячейки памяти схемы памяти. Например, при общей площади ячейки 500 мкм², площадь которую может занимать резистор, составляет 50 мкм². Так как в одной ячейке обычно используются два резистора, площадь, необходимая для одного резистора, должна составлять 25 мкм² или меньше. Таким образом, требуется, чтобы ширина резистора составляла 0.8 мкм или менее.

В тоже время необходимо учитывать соотношение между плотностью тока и удельным сопротивлением. При плотности тока выше 10⁶ А/см² происходит разрушение поликремниевого резистора, такая плотность тока является максимальной для пропускания через резистор. При значениях удельного сопротивления больше 0.1 Ом•см изменение удельного сопротивления при протекании тока происходит быстрее.

С увеличением степени интеграции полупроводниковых приборов, размеры резисторов соответственно уменьшаются. Таким образом, диаметр зерен поликристаллического кремния, изготовленного в соответствии с традиционными методами, становиться близким к размерам резистора. Например, размер резистора составляет несколько микрометров, тогда как размер зерна составляет сотни нанометров. Следовательно, однородность сопротивления резистора, изготовленного в соответствии с традиционными методами, ухудшается с увеличением степени интеграции СБИС. Это требует поиска новых методов формирования резисторов, например использования аморфного кр6емния или двух- или многослойных структур.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 282; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!