第3章 集成电路中的无源元件 3.1 集成电阻器 3.1.1 基区扩散电阻
3.1.2 其他常用的集成电阻器 3.1.3 MOS集成电路中常用的电阻 3.2 集成电容器
3.2.1 双极集成电路中常用的集成电容器 3.2.2 MOS集成电路中常用的MOS电容器 3.3 互连(内连线) 3.3.1 金属膜互连 3.3.2 扩散区连线 3.3.3 多晶硅连线 3.3.4 交叉连线 3.1 集成电阻器
基区扩散电阻是最常用的电阻器
对一般图形电阻的阻值采用计算电阻公式(3-1) ,折叠图形电阻阻值的计算是各段相加,不过对端头电阻和拐角电阻要进行修正采用计算电阻公式(3-3) 。
集成电路中电阻--基区沟道电阻 外延层电阻 外延层沟道电阻 离子注入电阻
同样是掺杂工艺,由于离子注入工艺可以精确地控制掺杂浓度和注入的深度,并且横向扩散小,因此,采用离子注入方式形成的电阻的阻值容易控制,精度较高。
这个电阻(见图 3.14)由两部分组成,离子注入区电阻和p+区端头电阻,因为p+区端头的掺杂浓度较高,所以电阻值很小,实际的电阻阻值主要由离子注入区电阻决定,与热扩散掺杂电阻相比,减小了误差,进一步提高了精度。 离子注入电阻 离子注入电阻
3.1.3 MOS集成电路中常用的电阻 2. 用MOS晶体管形成电阻
用MOS晶体管形成电阻又叫有源电阻是指采用晶体管进行适当的连接并使其工作在一定的状态,利用它的直流导通电阻和交流电阻作为电路中的电阻元件使用。双极型晶体管和MOS晶体管均可担当有源电阻,在这里将只讨论以MOS器件作为有源电阻的情况,双极型器件作为有源电阻的原理类似。 3.2 集成电容器
在集成电路中,电容也是一个重要的元件。IC中应尽量避免使用电容器,因电容器占面积大。在双极型模拟集成电路中,集成电容器用作频率补偿以改善电路的频率特性。在MOS模拟集成电路中,由于在工艺上制造集成电容比较容易,并且容易与MOS器件相匹配,故集成电容得到较广泛的应用。普通pn结电容的容量较小,有较大的温度系数和寄生效应等缺点,故应用不多。在双极型和MOS模拟集成电路中的电容大多采用MOS结构或其相似结构。由于在MOS工艺中实现的MOS电容,匹配精度比电阻好,一般约为0.1%~5%,因此在D/A、A/D转换器和开关电容电路等集成电路中,往往用电容代替电阻网络。
3.2.1 双极集成电路中常用的集成电容器 MOS电容器
以N+硅作为下极板的MOS电容器
集成电路中MOS电容
以上介绍MOS电容器的电容量的大小和电容器的面积有关,与单位面积的电容即两个极板之间的氧化层的厚度有关。可以用下式计算: 真空电容率:
是二氧化硅的相对介电常数,约等于3.9,两者乘积为 ,如果极板间氧化层的厚度为80nm(0.08μm),可以算出单位面积电容量为 ,也就是说,一个10,000μm2面积的电容器的电容只有4.3pF。 3.2.2 MOS集成电路中常用的MOS电容器
在硅栅MOS电路中,要用到铝线、多晶硅连线和扩散连等三重布线,它们的主要性质列于下表。可见,铝线电流容量最大,电阻最小,因此在电路的互相连接上尽可能 采用铝线,特别是电源线和地线、电源线VDD、VGG及地线VSS采用水平铝线,尽量不交叉,如必须交叉时则使用短而粗的重掺杂多晶硅线,因为多晶硅线的寄生电容仅高于铝线,各类互连线引起寄生电容也列于表中(设宽度均为10μm)。
交叉连线 双层布线