СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИСТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ РЕЗИСТОРОВ Российский патент 2009 года по МПК H01L21/263 

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых резисторов для увеличения процента выхода резисторов, у которых изменение величины сопротивления (ΔR_Т) при изменении температуры в заданном диапазоне (ΔТ) не более заданного значения (ΔR_ТЗ).

Известен способ [1] изготовления резистивного элемента мощного полупроводникового резистора путем создания в кремниевом резистивном элементе приконтактных диффузионных областей и омических металлических контактов. Изменение величины сопротивления у такого резистивного элемента при изменении температуры в заданном диапазоне определяется из соотношения:

где R₀ - сопротивление резистора при минимальном заданном значении температуры, Ом·см;

β_TCR - температурный коэффициент сопротивления кремния (ТКС),

°С^-1.

Недостатком этого способа является то, что поскольку величина температурного коэффициента сопротивления кремния велика, такой резистор имеет недопустимо большое изменение величины сопротивления при изменении температуры.

Известен способ [2] изготовления мощного полупроводникового резистора путем создания в кремниевом резистивном элементе приконтактных диффузионных областей, напыления омических металлических контактов, введения радиационных дефектов посредством облучения кремниевого резистивного элемента ускоренными электронами с энергией 2-5 МэВ с последующим термостабилизирующим отжигом, при этом доза облучения (Ф) устанавливается исходя только из величины исходного удельного сопротивления кремния (ρ₀), из которого изготавливают резисторы, например, Ф=2,5·10¹⁴ см^-2 для кремния с ρ₀=700 Ом·см и Ф=2,5·10¹⁵ см^-2 для кремния с ρ₀=150 Ом·см.

Радиационные дефекты в запрещенной зоне кремния создают спектр глубоких энергетических уровней, на которые захватываются электроны из зоны проводимости. Это приводит к снижению концентрации свободных носителей заряда при минимальном значении температуры и увеличению сопротивления резистивного элемента. С ростом температуры резистивного элемента начинается инжекция электронов с этих уровней в зону проводимости, что приводит к росту концентрации свободных носителей заряда. Это компенсирует снижение их подвижности, обусловленное ростом температуры, и снижает величину изменения сопротивления резистора при изменении температуры.

Минимальное значение ТКС резистора достигается при оптимальной суммарной концентрацией радиационных дефектов , которая зависит как от величины исходного удельного сопротивления кремниевого резистивного элемента до введения радиационных дефектов, так и от спектра вводимых радиационных дефектов.

Недостатком способа [2] является то, что доза облучения устанавливается исходя только из величины ρ₀ до введения радиационных дефектов. При этом не учитывается то, что скорость введения радиационных дефектов, а также количественное соотношение различных РД, образующихся в резистивном элементе, существенно зависят от свойств исходного кремния, технологии производства резистивного элемента, режимов его облучения (энергия электронов, интенсивность потока) и отжига. Поэтому большая часть резисторов, изготовленных по способу [2], характеризуется недопустимо большим изменением величины сопротивления резистивного элемента при изменении температуры в заданном диапазоне.

Целью данного изобретения является увеличение процента выхода резистивных элементов, имеющих изменение величины сопротивления при изменении температуры в заданном диапазоне не более заданного значения (ΔR_ТЗ).

Указанная цель достигается тем, что на каждом i-том резистивном элементе, изготавливаемой партии резисторов, до облучения измеряется величина изменения сопротивления (ΔR) при изменении температуры в заданном диапазоне, которая определяется из соотношения

где и - значения сопротивления резистивного элемента до облучения при минимальном (T_min) и максимальном (Т_max) значениях температуры, соответственно, в заданном температурном диапазоне.

После этого партия резисторов делится на к групп с заданным интервалом величины и исходя из ранее полученных для данного типа резистора зависимостей дозы облучения (Ф) от величины ΔR_T при изменении температуры в заданном диапазоне (для резисторов к-той группы Ф=f_K(ΔR_T)), для резистивных элементов каждой к-той группы назначается своя величина дозы облучения (Фзк). Затем проводятся облучение, отжиг резистивных элементов, и на каждом i-том резистивном элементе проводится повторное измерение величины ΔR_T (), определяемой из соотношения

где - значения сопротивления резистивного элемента после облучения при минимальном (T_min) и максимальном (Т_max) значениях температуры, соответственно, в заданном температурном диапазоне.

При этом, если ΔR_{Ti обл}>ΔR_ТЗ и R_{Ti обл}(Т_min)< R_{Ti обл}(Т_max), проводят повторное облучение, доза которого (Ф_i) для каждого i-того резистивного элемента к-той группы должна удовлетворять соотношению

где f_K(ΔR_{Ti обл}-ΔR_ТЗ), f_K(ΔR_{Ti обл}+ΔR_ТЗ) - значения функции Ф=f_К(ΔR_Т) для резисторов к-той группы при ΔR_T=ΔR_{Ti обл}-ΔR_ТЗ и ΔR_T=ΔR_{Ti обл}+ΔR_ТЗ, соответственно.

Это позволяет при повторном облучении компенсировать разброс резисторов по величине исходного значения (ρ₀) внутри к-той группы, а также разброс по величине дозы первого облучения для каждого резистивного элемента группы.

Отработка предлагаемого способа проводилась на партии резистивных элементов мощных резисторов типа РК353-4,5 диаметром 56 мм в количестве 12 шт. Полупроводниковые структуры изготовлялись из кремния марки КОФ60-80 и имели толщину 5,0±0,01 мм. Величина сопротивления должна была быть в пределах 4,5±0,5 Ом, а величина |ΔR_T3| - не более 0,1 Ом.

Была изготовлена партия резисторов по серийному технологическому процессу ОАО «Электровыпрямитель».

На резисторах были измерены значения сопротивления при 25 и 125С°, соответственно, R_{Ti нач.}(T_min) и R_{Ti нач.}(T_max). В соответствии с соотношением (2) были рассчитаны Δ R_{Ti нач.}. После этого партия была разбита на две группы. Для первой группы величина ΔR_T удовлетворяет соотношению (5), для второй группы - соотношению (6)

Результаты измерений и расчетов приведены в таблице, откуда видно, что величина R_{Ti нач.}(T_min) для группы №1 R_T~1,5 Ом, а для группы №2 R_T~1,8 Ом. Очевидно, что это связано с тем, что величина ρ₀ у резисторов группы №2 больше, чем у резисторов группы №1. Это обусловлено тем, что у кремния марки КОФ при номинальном удельном сопротивлении от 40 до 200 Ом·см в соответствии с ТУ 48-4-443-83 имеется разброс по величине ρ₀±12%.

Ранее для резисторов данного типа (РК 353-4,5) экспериментальным и расчетным путем (с использованием разработанной математической модели) были установлены зависимости величины дозы электронного облучения от ΔR_T. Эти зависимости f₁ и f₂, соответственно, для группы №1 и №2, представлены на фиг.1 и 2.

График фиг.2 строился на основании фиг.1, при этом максимальная доза облучения для каждой к-той группы выбиралась равной оптимальной дозе облучения. Оптимальной дозой облучения (Ф_опт.К) для резистивных элементов к-той группы считалась такая доза, при которой величина ΔR_T у них равнялась 0.

При выборе величины доз облучения для резисторов первой и второй групп полагалось, что после облучения величина ΔR_T должна быть положительной и близкой к нулю. Поэтому с учетом разброса резисторов по величине ρ₀ внутри каждой группы и разброса по величине дозы облучения резистивных элементов величины Ф_зк рассчитывались из соотношения

Полученные значения Ф₃₁ и Ф₃₂ приведены в таблице.

Введение радиационных дефектов осуществлялось методом облучения резистивных элементов ускоренными электронами с энергией 7 МэВ на линейном ускорителе «Электроника У-003». Максимальная плотность потока на облучаемой мишени была 4·10^-8 А/см².

После облучения проводились повторное измерение сопротивления резисторов и расчет ΔR_T (ΔR_Tioбл) согласно соотношению (3). Результаты измерений приведены в таблице. По результатам измерения ΔR_Tioбл видно, что резисторы обеих партий имеет значения ΔR_T>ΔR_T3. Исходя из этого для резистивных элементов 1-й и 2-й групп, используя зависимости f₁ и f₂ (фиг.2), соответственно, и соотношение (4), были определены значения Ф₁ для каждого i-го резистора, соответствующие значениям ΔR_Tioбл. Полученные значения Ф_i приведены в таблице.

Далее были проведены повторное облучение заданной дозой (Ф_i) и измерение ΔR_Ti. Результаты измерений приведены в таблице. Из результатов измерения видно, что ΔR_Ti после повторного облучения для всех резистивных элементов меньше ΔR_T3.

Источники информации

1. Патент, Япония, заявка N 58032481, кл. Н01С 7/04,1983.

2. Патент, Россия, №2169411, МПК: H01L 29/30, заявка №2000122023/28 авторы: Асина С.С., Беккерман Д.Ю. «Мощный полупроводниковый резистор и способ его изготовления». Опубл. 17.08.2000 г.

Изобретение относится к технологии мощных полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: в способе изготовления резистивных элементов полупроводниковых резисторов на каждом i-том резистивном элементе изготавливаемой партии резисторов до облучения измеряется величина изменения сопротивления, после этого партия резисторов делится на к групп с заданным интервалом величины изменения сопротивления, и, исходя из ранее полученных для данного типа резистора зависимостей дозы облучения от величины сопротивления при изменении температуры в заданном диапазоне, для резистивных элементов каждой к-той группы назначается своя величина дозы облучения, затем проводятся облучение и отжиг резистивных элементов, и на каждом i-том резистивном элементе проводится повторное измерение величины сопротивления. Если значение этой величины не удовлетворяет определенному соотношению, проводят повторное облучение, доза которого для каждого i-того резистивного элемента к-той группы определена определенным соотношением. Техническим результатом изобретения является увеличение процента выхода резисторов, у которых изменение величины сопротивления в заданном температурном диапазоне не более заданного значения. 2 ил., 1 табл.

Способ изготовления резистивных элементов, выполненных из монокристаллического кремния, полупроводниковых резисторов, у которых изменение величины сопротивления (ΔR_T) при изменении температуры в заданном диапазоне не превышает заданное значение (ΔR_T3), заключающийся в облучении и последующем отжиге резистивного элемента потоком быстрых электронов, отличающийся тем, что на каждом i-м резистивном элементе изготавливаемой партии резисторов до облучения измеряется величина изменения сопротивления
(ΔR_Tiнач) при изменении температуры в заданном диапазоне, которая определяется из соотношения (I)

где R_Tiнач.(T_min) и R_Tiнач. (T_max) - значения сопротивления резистивного элемента до облучения при минимальном (Т_min) и максимальном (Т_max) значениях температуры соответственно в заданном температурном диапазоне,
после этого партия резисторов делится на к групп с заданным интервалом величины Δ_RTiнач. и, исходя из ранее полученных для данного типа резистора зависимостей дозы облучения (Ф) от величины ΔR_T при изменении температуры в заданном диапазоне (для резисторов к-й группы Ф=f_K(ΔR_T)), для резистивных элементов каждой к-й группы назначается своя величина дозы облучения (Ф_ЗК), затем проводится облучение, отжиг резистивных элементов и на каждом i-м резистивном элементе проводится повторное измерение величины ΔR_T (ΔR_{Ti обл.}) определяемой из соотношения (2)

где R_{Ti обл.}(T_min) и R_{Ti обл.}(T_max) - значения сопротивления резистивного элемента после облучения при минимальном (Т_min) и максимальном (Т_max) значениях температуры соответственно в заданном температурном диапазоне,
при этом если проводят повторное облучение, доза которого (Ф_i) для каждого i-го резистивного элемента к-й группы должна удовлетворять соотношению (3)

где f_K(ΔR_{Ti обл.} - ΔR_T3), f_K(ΔR_{Ti обл.}+ΔR_ТЗ), - значения функции f_K(ΔR_T) для резисторов к-й группы при ΔR_T=ΔR_{Ti обл.} - ΔR_ТЗ и ΔR_T=ΔR_{Ti обл.} + ΔR_ТЗ соответственно.