СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИСТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ РЕЗИСТОРОВ
METHOD OF MAKING RESISTIVE ELEMENTS OF SEMICONDUCTOR RESISTORS

Т
ТЗ
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) при изменении температуры в заданном диапазоне (ΔТ) не более заданного значения (ΔR).
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:
0
где R - сопротивление резистора при минимальном заданном значении температуры, Ом·см;
TCR
β - температурный коэффициент сопротивления кремния (ТКС),
-1
°С.
Недостатком этого способа является то, что поскольку величина температурного коэффициента сопротивления кремния велика, такой резистор имеет недопустимо большое изменение величины сопротивления при изменении температуры.
0
0
0
14
-2
15
-2
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 (ρ), из которого изготавливают резисторы, например, Ф=2,5·10 см для кремния с ρ=700 Ом·см и Ф=2,5·10 см для кремния с ρ=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.
0
Недостатком способа [2] является то, что доза облучения устанавливается исходя только из величины ρ 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.
ТЗ
Целью данного изобретения является увеличение процента выхода резистивных элементов, имеющих изменение величины сопротивления при изменении температуры в заданном диапазоне не более заданного значения (ΔR).
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
min
max
где  и  - значения сопротивления резистивного элемента до облучения при минимальном (T) и максимальном (Т) значениях температуры, соответственно, в заданном температурном диапазоне.
T
K
T
T
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 при изменении температуры в заданном диапазоне (для резисторов к-той группы Ф=f(ΔR)), 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 (), определяемой из соотношения
min
max
где  - значения сопротивления резистивного элемента после облучения при минимальном (T) и максимальном (Т) значениях температуры, соответственно, в заданном температурном диапазоне.
Ti обл
ТЗ
Ti обл
min
Ti обл
max
i
При этом, если ΔR>ΔR и R(Т)< R(Т), проводят повторное облучение, доза которого (Ф) для каждого i-того резистивного элемента к-той группы должна удовлетворять соотношению
K
Ti обл
ТЗ
K
Ti обл
ТЗ
К
Т
T
Ti обл
ТЗ
T
Ti обл
ТЗ
где f(ΔR-ΔR), f(ΔR+ΔR) - значения функции Ф=f(ΔR) для резисторов к-той группы при ΔR=ΔR-ΔRи ΔR=ΔR+ΔR, соответственно.
0
Это позволяет при повторном облучении компенсировать разброс резисторов по величине исходного значения (ρ) внутри к-той группы, а также разброс по величине дозы первого облучения для каждого резистивного элемента группы.
T3
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| - не более 0,1 Ом.
Была изготовлена партия резисторов по серийному технологическому процессу ОАО «Электровыпрямитель».
Ti нач.
min
Ti нач.
max
Ti нач.
T
На резисторах были измерены значения сопротивления при 25 и 125С°, соответственно, R(T) и R(T). В соответствии с соотношением (2) были рассчитаны Δ R. После этого партия была разбита на две группы. Для первой группы величина ΔR удовлетворяет соотношению (5), для второй группы - соотношению (6)
Ti нач.
min
T
T
0
0
Результаты измерений и расчетов приведены в таблице, откуда видно, что величина R(T) для группы №1 R~1,5 Ом, а для группы №2 R~1,8 Ом. Очевидно, что это связано с тем, что величина ρ 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 ρ±12%.
T
1
2
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. Эти зависимости f и f, соответственно, для группы №1 и №2, представлены на фиг.1 и 2.
опт.К
T
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) для резистивных элементов к-той группы считалась такая доза, при которой величина ΔR у них равнялась 0.
T
0
зк
При выборе величины доз облучения для резисторов первой и второй групп полагалось, что после облучения величина ΔR должна быть положительной и близкой к нулю. Поэтому с учетом разброса резисторов по величине ρ внутри каждой группы и разброса по величине дозы облучения резистивных элементов величины Ф рассчитывались из соотношения
31
32
Полученные значения Ф и Ф приведены в таблице.
-8
2
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 А/см.
T
Tioбл
Tioбл
T
T3
1
2
1
Tioбл
i
После облучения проводились повторное измерение сопротивления резисторов и расчет ΔR (ΔR) согласно соотношению (3). Результаты измерений приведены в таблице. По результатам измерения ΔR видно, что резисторы обеих партий имеет значения ΔR>ΔR. Исходя из этого для резистивных элементов 1-й и 2-й групп, используя зависимости f и f (фиг.2), соответственно, и соотношение (4), были определены значения Фдля каждого i-го резистора, соответствующие значениям    ΔR. Полученные значения Ф приведены в таблице.
i
Ti
Ti
T3
Далее были проведены повторное облучение заданной дозой (Ф) и измерение ΔR. Результаты измерений приведены в таблице. Из результатов измерения видно, что ΔR после повторного облучения для всех резистивных элементов меньше ΔR.
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.