способ изготовления резистивных элементов полупроводниковых резисторов
Классы МПК: | H01L21/263 с высокой энергией |
Автор(ы): | Гейфман Евгений Моисеевич (RU), Чибиркин Владимир Васильевич (RU), Гарцев Николай Александрович (RU), Максутова Сания Абдрашитовна (RU), Канев Дмитрий Дмитриевич (RU), Батяев Павел Юрьевич (RU) |
Патентообладатель(и): | ОАО "Электровыпрямитель" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-12-25 публикация патента:
10.07.2009 |
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.
Формула изобретения
Способ изготовления резистивных элементов, выполненных из монокристаллического кремния, полупроводниковых резисторов, у которых изменение величины сопротивления ( RT) при изменении температуры в заданном диапазоне не превышает заданное значение ( RT3), 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
( RTiнач) при изменении температуры в заданном диапазоне, которая определяется из соотношения (I)
где RTiнач.(Tmin) и RTiнач. (Tmax) - значения сопротивления резистивного элемента до облучения при минимальном (Тmin ) и максимальном (Тmax) значениях температуры соответственно в заданном температурном диапазоне,
после этого партия резисторов делится на к групп с заданным интервалом величины RTiнач. и, исходя из ранее полученных для данного типа резистора зависимостей дозы облучения (Ф) от величины RT при изменении температуры в заданном диапазоне (для резисторов к-й группы Ф=fK( RT)), для резистивных элементов каждой к-й группы назначается своя величина дозы облучения (ФЗК), затем проводится облучение, отжиг резистивных элементов и на каждом i-м резистивном элементе проводится повторное измерение величины RT ( RTi обл.) определяемой из соотношения (2)
где RTi обл.(Tmin) и RTi обл.(Tmax) - значения сопротивления резистивного элемента после облучения при минимальном (Т min) и максимальном (Тmax) 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 fK( RTi обл. - RT3), fK( RTi обл.+ RТЗ), - значения функции fK( RT) для резисторов к-й группы при RT= RTi обл. - RТЗ и RT= RTi обл. + RТЗ соответственно.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области полупроводниковых приборов и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых резисторов для увеличения процента выхода резисторов, у которых изменение величины сопротивления ( RТ) при изменении температуры в заданном диапазоне ( Т) не более заданного значения ( RТЗ).
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;
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 ( 0), из которого изготавливают резисторы, например, Ф=2,5·1014 см-2 для кремния с 0=700 Ом·см и Ф=2,5·1015 см-2 для кремния с 0=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 0 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 ( RТЗ).
Указанная цель достигается тем, что на каждом i-том резистивном элементе, изготавливаемой партии резисторов, до облучения измеряется величина изменения сопротивления ( R ) при изменении температуры в заданном диапазоне, которая определяется из соотношения
где и - значения сопротивления резистивного элемента до облучения при минимальном (Tmin) и максимальном (Тmax ) 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 RT при изменении температуры в заданном диапазоне (для резисторов к-той группы Ф=fK( RT)), 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 RT ( ), определяемой из соотношения
где - значения сопротивления резистивного элемента после облучения при минимальном (Tmin) и максимальном (Тmax ) значениях температуры, соответственно, в заданном температурном диапазоне.
При этом, если RTi обл> RТЗ и RTi обл(Тmin)< RTi обл(Тmax), проводят повторное облучение, доза которого (Фi) для каждого i-того резистивного элемента к-той группы должна удовлетворять соотношению
где fK( RTi обл- RТЗ), fK( RTi обл+ RТЗ) - значения функции Ф=fК( RТ) для резисторов к-той группы при RT= RTi обл- RТЗ и RT= RTi обл+ RТЗ, соответственно.
Это позволяет при повторном облучении компенсировать разброс резисторов по величине исходного значения ( 0) 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 | RT3| - 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, RTi нач.(Tmin) и RTi нач.(T max). В соответствии с соотношением (2) были рассчитаны RTi нач.. После этого партия была разбита на две группы. Для первой группы величина RT удовлетворяет соотношению (5), для второй группы - соотношению (6)
Результаты измерений и расчетов приведены в таблице, откуда видно, что величина RTi нач.(T min) для группы № 1 RT~1,5 Ом, а для группы № 2 RT~1,8 Ом. Очевидно, что это связано с тем, что величина 0 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 0±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 RT. 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 (Фопт.К) для резистивных элементов к-той группы считалась такая доза, при которой величина RT у них равнялась 0.
При выборе величины доз облучения для резисторов первой и второй групп полагалось, что после облучения величина RT должна быть положительной и близкой к нулю. Поэтому с учетом разброса резисторов по величине 0 внутри каждой группы и разброса по величине дозы облучения резистивных элементов величины Фзк 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/см 2.
После облучения проводились повторное измерение сопротивления резисторов и расчет RT ( RTioбл) согласно соотношению (3). Результаты измерений приведены в таблице. По результатам измерения RTioбл видно, что резисторы обеих партий имеет значения RT> RT3. Исходя из этого для резистивных элементов 1-й и 2-й групп, используя зависимости f1 и f 2 (фиг.2), соответственно, и соотношение (4), были определены значения Ф1 для каждого i-го резистора, соответствующие значениям RTioбл. Полученные значения Фi приведены в таблице.
Далее были проведены повторное облучение заданной дозой (Фi) и измерение RTi. Результаты измерений приведены в таблице. Из результатов измерения видно, что RTi после повторного облучения для всех резистивных элементов меньше RT3.
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.
Класс H01L21/263 с высокой энергией