無(wú)源器件

在模擬集成電路中的無(wú)源器件主要是指電阻、電容、電感等，精密的電阻、電容是MOS模擬電路設(shè)計(jì)所要求的主要基本元件，電阻或電容在電路應(yīng)用中最關(guān)鍵的是要提供精確的元件值，但在人多數(shù)情況下，電阻或電容的絕對(duì)值不如它們的比值那么重要。

電阻

電阻是模擬電路的最基本的元件，在集成電路中有多種設(shè)計(jì)和制造方法，并有無(wú)源電阻與有源電阻之分。無(wú)源電阻的大小一般以方塊數(shù)來(lái)表示，其絕對(duì)值為

式(1.59)中R□為單位方塊電阻值，L和W分別是指電阻的長(zhǎng)度與寬度，若假定這些參數(shù)是統(tǒng)計(jì)無(wú)關(guān)的，則電阻值的偏差可表示為

在大多數(shù)情況下，由于L都很大，所以式(1.60)可簡(jiǎn)化為

通常對(duì)于式(1.61)中第一項(xiàng)偏差，離子注入電阻比擴(kuò)散電阻要小，襯底硅電阻比多晶硅電阻要小（多晶硅材料晶粒結(jié)構(gòu)變化增加所致）：第二項(xiàng)偏差，隨著光刻技術(shù)特別是干法刻蝕，即等離子刻蝕技術(shù)的出現(xiàn)，該項(xiàng)偏差大大減小。

由于在制造過(guò)程中，電阻的絕對(duì)值存在必然的偏差，因此在模擬集成電路設(shè)計(jì)中盡可能轉(zhuǎn)換成電阻的相對(duì)暈，即電阻比值，并叮以采用對(duì)稱叉指式設(shè)計(jì)布局以補(bǔ)償薄層電阻與條寬范圍的梯度變化，提高電路的性能。

在電阻設(shè)計(jì)時(shí)還需注意相對(duì)于襯底的寄生電容可能把一些高頻噪聲通過(guò)電阻疊加在有用信號(hào)上，所以在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)一蝗有特殊要求的電阻必須加電屏蔽（如阱接地，采用多晶電阻或雙多晶結(jié)構(gòu)）。

下面根據(jù)電阻制作的方法進(jìn)行介紹。

1.源/漏擴(kuò)散電阻

在金屬柵與硅柵技術(shù)的NMOS和CMOS工藝中，可以制作此類電阻，它是與MOS管的源/漏區(qū)同時(shí)制成的，其剖面結(jié)構(gòu)如圖1.21所示。

該類電阻的方塊電阻值為R□=20～100Ω（最大為lMΩ)，在需要較大電阻時(shí)，需要很多方塊（如1MΩ時(shí)，需10000方塊），占用很大面積，所以一般不用擴(kuò)散電阻制作大阻值的電阻。

此類電阻的誤差為土0%，溫度系數(shù)為5OO～l5OOx10-6℃，電壓系數(shù)為100～500xlO-6/V;

另外還存在大的寄生電容（N+P結(jié)電容），并且由于存在淺結(jié)，所以會(huì)產(chǎn)生壓電電阻效應(yīng)，從而會(huì)產(chǎn)生進(jìn)一步的誤差，不能用做精密電阻。

2．N阱（P阱）擴(kuò)散電阻（阱電阻或溝道電阻）

在CMOS金屬柵和硅柵工藝中可以制作此類電阻，其剖面結(jié)構(gòu)如圖1.22所示。

該類結(jié)構(gòu)的方塊電阻值較大，一般為R□=1000～5000Ω,，并且其薄層電阻值更高。但由于阱的擴(kuò)散深度及其引起的橫向擴(kuò)散約有5～10μm，使電阻條不可能做得很窄；且電阻條之間不需要設(shè)計(jì)出溝道截止環(huán)，以消除電阻間的表面反型層漏電流，因此在制作大電阻時(shí)，其而積也較大。

另外這類電阻具有大的電壓系數(shù)，且電阻誤差為土40%。

3．注入電阻

在NMOS和CMOS的金屬柵與硅柵工藝中可以制作此類電阻，由于離子注入可以精確控制摻雜濃度和注入深度，并且橫向擴(kuò)散小，因此，其電阻阻值易于控制，但需要一次額外的掩模，其剖而結(jié)構(gòu)如閣1.23所示，圖中CVD (Chemical Vapor Deposition) Si02表示的是化學(xué)氣目淀積二氧化硅。

其方塊電阻值為R□>500～1000Q（最大為1MΩ），注入電阻可以制作較人電阻而不用占很大面積，但離子注入層與襯底之間所形成的PN結(jié)存在不同的反偏時(shí)，耗盡層寬度不同，因此導(dǎo)電層內(nèi)的載流子流量會(huì)發(fā)生變化，所以電阻的線性度不理想，電壓系數(shù)高，并且由于氧化層表面電荷的影響，導(dǎo)電層表面的載流子濃度也不穩(wěn)定，因此大電阻的精度受一定的限制。這類電阻具有小的溫度系數(shù)，但很難消除壓電電阻效應(yīng)。

另外，電阻注入可以與耗盡層的注入相結(jié)合。

4．多晶電阻

這是在NMOS與CMOS硅柵工藝中使用最多的一類電阻，其剖面結(jié)構(gòu)如圖1.24所示。

該類電阻的方塊電阻為R□=30～200Ω（與源/漏同時(shí)擴(kuò)散）。制作大電阻時(shí)，可另外再加上一次光刻，用離子注入較小劑量來(lái)實(shí)現(xiàn)，其阻值可達(dá)10KΩ/口。但多晶硅電阻的薄層電阻大小，除與離子注入劑量有關(guān)外，還與多晶硅的厚度，多晶硅的淀積質(zhì)量等有關(guān)，因此難以用來(lái)制作精密電阻。

此類電阻的溫度系數(shù)為500～1500x10-6/℃，電阻誤差較大，但可以通過(guò)激光與多晶絲來(lái)調(diào)節(jié)電阻值，且由于多晶硅下面有厚的氧化層與電路隔離，其寄生電容大大減小。

5．薄膜電阻

應(yīng)用在NMOS和CMOS的金屬柵與硅柵工藝中，需要額外的工藝步驟，通過(guò)濺射方法把Ni-Cr、Cr-Si或Mo（鉬）按一定比例成分淀積在硅片的絕緣層上實(shí)現(xiàn)，電阻的方塊電阻值可由所用材料的性質(zhì)比例成分和淀積層厚度決定，一般情況下，薄膜厚度為幾百至幾千埃(A)，方塊電阻：Ni-Cr為幾百歐／方塊，Cr-Si為幾百至幾千歐/方塊，薄膜電阻的線性度最好，電壓系數(shù)很小，溫度系數(shù)也小（約1OOx1O-6/℃），與MOS的其他工藝條件無(wú)關(guān)；并且可以用激光修正、氧化、退火等提高電阻的精度。

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