Конденсаторы.

В ИС используются конденсаторы двух типов: тонкопленочные и конденсаторы, основанные на использовании барьерной емкости -перехода.

Тонкопленочные конденсаторы (рис. 2.50, а), представляют собой трехслойную структуру металл — диэлектрик—металл.

Рис. 2.50. Структура тонкопленочного конденсатора структура конденсатора, у которого роль обкладки выполняет кремниевая подложка (б), и его эквивалентная схема (в): 1 - диэлектрик; 2 - обкладки конденсатора; 3 - подложка; 4 эпитаксиальный слой; А, В - выводы

В качестве диэлектрика обычно используют оксид тантала , сульфид цинка , оксид алюминия и монооксид кремния или германия и др.

Тонкопленочные конденсаторы неполярны, имеют удовлетворительную добротность. Для увеличения емкости их в отдельных случаях выполняют многослойными. Однако при изготовлении приходится сталкиваться с трудностями получения бездефектных диэлектрических пленок малой толщины (порядка 0,05 мкм). Поэтому достаточно сложно выполнить по этой технологии конденсаторы с большой емкостью.

В ряде случаев одной из обкладок конденсатора является кремниевая подложка (в случае монолитных ИС), на которой методом окисления получен слой диэлектрика . На диэлектриках, в свою очередь, напылена вторая обкладка. Структура и эквивалентная схема такого конденсатора показаны на рис. , в. Как видно из эквивалентной схемы, кроме емкости С имеется ряд дополнительных элементов: сопротивление , характеризующее неидеальность диэлектрика и наличие объемного сопротивления у слоя емкость между слоем и эпитаксиальным слоем; диод VD, который при неправильно выбранном потенциале между соответствующими электродами может открыться.

Конденсаторы полупроводниковых ИС могут выполняться в виде запертого -перехода. Технология их изготовления аналогична технологии изготовления резисторов. Их также создают одновременно с формированием соответствующих областей транзисторов. Поэтому удельная емкость и все свойства конденсаторов определяются требованиями, которые необходимо выполнить для получения у транзисторов оптимальных характеристик. Структура конденсатора монолитных ИС и его эквивалентная схема показаны на рис. 2.51, а, б.

Эквивалентная схема кроме полезной емкости С, образованной -переходом , содержит паразитные элементы: -переход , образовавшийся между эпитаксиальным слоем и подложкой, создающей емкость ; сопротивление Ом, обусловленное наличием объемного сопротивления у слоя .

Рис. 2.51. Структура конденсатора монолитных ИС (а); его эквивалентная схема (б); пленочная индуктивная катушка (в); структура полевого транзистора, выполненного по технологии КНС (г): 1 - эпитаксиальный слой; 2 — подложка; 3 — тонкая пленка; А, В — выводы

Такой конденсатор является полярным, его емкость изменяется в зависимости от значения приложенного напряжения. Кроме того, наличие паразитной емкости создает паразитную связь конденсатора с подложкой. Другие элементы ИС также имеют емкостную связь с подложкой.

Рассмотренные способы не позволяют изготовлять емкости, удельное значение которых более , поэтому ИС проектируют так, чтобы в них по возможности отсутствовали конденсаторы.