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无源器件有包括哪几种类型,以及详解电阻器件的作用

信息来源:本站 日期:2017-10-06 

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无源器件

1.电阻

没有硅化物阻挡层掩模的工艺中,按方块电阻值R□增大的顺序可分为:金属、硅化的多品硅、源/漏P、或N+材料、N阱等。

金属层可以为电路提供阻值很小的电阻。在CMOS工艺中,—般用铝线作为电阻,但是在用铝线做电阻时,金属条不能太窄,否则会影响电路的匹配;此类电阻的温度系数约为0.3%/℃。

硅化物多晶硅的薄层电阻很小(约每方块电阻为3~5Ω),因此也可以用来实现小阻值的电阻。缺点是其方块电阻值R□与工艺有关,其变化范围高达60%~70%。因此,多晶硅电阻仅用在对电P绝N精度要求不高的场合。多晶硅电阻的温度系数在+0.2%/℃和+0.4%/℃之间。

P+和N+的源/漏区也能作为电阻。由于它们的薄层电阻的方块电阻值也为每方块电阻3~50左右,仪适合做小电阻,其随工艺而变化的范围可高达50%;而且,它与衬底之间的PN结会产生相当大的电容,该电容值还与结电压有关。

N阱电阻的薄层方块电阻值约为lkΩ左右,并且受工艺影响比较大,可能达到土40%。由于边缘扩散的影响,当阱深为几微米时,电阻的宽度不同,其R□值也不同;另外,Ro随N阱到衬底电压的变化而剧烈改变,导致电阻出现非线性,且难以确定阻值大小。N阱电阻的温度系数7℃为+0.2%~十0.5%/℃。

向多晶电阻的薄层电阻值会随温度和上艺的不同而不同,所以在版图设计中要预防这种变化。对于多晶电阻的温度系数(取决于掺杂类型和浓度)必须在每一个不同的工艺中对其进行测量确定。

多晶电阻在掺杂P、和N+时的温度系数的典型值分别为+0.1 %/℃和-0.1%i℃。一般而言,由工艺引起的阻值变化通常小土20%。

使用硅化物阻挡层的多晶电阻具有线性度高,对衬底电容小和失配较小的特点。实际上这种电阻的线性度取决于其长度,并且在高精度应用中需要精确地测量和建模。

2.电容

高密度线性电容器在CMOS工艺中的结构可以分为:多晶硅覆盖扩散区( PIS)、多晶硅覆盖多晶硅(PIP)、金属覆盖多晶硅(MIP)和金属覆盖金属(MIM)等,它们均作为电容器的两个极板,并在它们之间生长较薄的氧化层。当然线性电容器还可设计成三明治结构,如图16.6所示。

三明治结构的电容器的总的电容值为每相邻两层间电容之和,因此图16.6所示的电容值为MIM电容值的四倍。

在版图实现中,各种结构的单位而积的电容值都与两极板间的间距成反比但各不相同,在0.25μm工艺中,不同结构的电容值大约为:

①MIM电容,即相邻金属层之间的电容(如图16.6中所示的Cl,…,C4)在1.15 fF/μm2左右。

②MIP电容,即金属1与多晶之间的电容大约是1.5fF/μm2左右。

③PIP电容大约为1.5 fF/μm2左右。

④PIS电容大约为6 fF/μm2左右。

以上各种结构的电容,随工艺变化的范围不同,对于MIM电容其误差高达20%,而栅氧电容的误差一般可控制在5%以内。并且不同金属层之间的电容的随机变化趋于“中和”而相互抵消,因而图16.6所示的三明治结构的电容比其他结构的电容受工艺变化的影响要小得多。

至于采用何种结构主要由下面两个因素决定

①电容所占的面积。

②底层极板寄生电容Cp和极板问电容C的比值Cp/C。

当然对于精确要求的电容,必须考虑边缘电容的影响。这类电容可以从相应的工艺设计手册提供的表格中查到。

还有一类电容结构,是把MOS晶体管源/漏短接作为电容的一个极板,而其栅作为电容的另一个极板,从而构成一个电容,此类电容只要栅/源电压足以使其沟道产生反型层即可。由此也可看出此类电容的电容值强烈依赖于栅/源电压,因此制约了这种结构的使用。


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