DE10012866A1 - Resistor made of semiconductor material - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Widerstand aus Halbleitermaterial und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to an electrical resistor Semiconductor material and a method for its production.
Ein Widerstand aus Halbleitermaterial ist beispielsweise aus EP-A-97 116 091 (96 P 2299) bekannt. Dieser Widerstand ist ein sogenannter "Lateralwiderstand", der an der Oberfläche eines Körpers aus Halbleitermaterial integriert und durch Eindiffundieren oder Implantieren von Dotieratomen in den Körper bis zu einer geringen Tiefe unter der Oberfläche her gestellt ist.A resistor made of semiconductor material is out, for example EP-A-97 116 091 (96 P 2299) is known. This resistance is a so-called "lateral resistance" that is on the surface of a body made of semiconductor material and integrated Diffusion or implantation of doping atoms in the Bodies to a shallow depth below the surface is posed.
Speziell ist in der Druckschrift ein Halbleiterbauelement be schrieben, das aus einem Körper aus Halbleitermaterial mit mindestens einem Lateralwiderstand mit den Merkmalen besteht, dass sich der Lateralwiderstand aus der Dotierungskonzentra tion im Widerstandsbereich ergibt, dass sich der Widerstands bereich in einem von der Oberfläche des Halbleiterbauelements zugänglichen Bereich befindet, und dass der Widerstandsbe reich eine definierte Dotierungskonzentration aufweist.Specifically, a semiconductor device is in the document wrote that with a body made of semiconductor material there is at least one lateral resistance with the characteristics, that the lateral resistance results from the doping concentration tion in the resistance range shows that the resistance area in one of the surface of the semiconductor device accessible area, and that the resistance area has a defined doping concentration.
Das Halbleiterbauelement ist beispielsweise ein Thyristor, bei dem der Lateralwiderstand in einer bezüglich des Thy ristors kathodenseitigen Basiszone des Körpers aus Halblei termaterial ausgebildet und zwischen zwei ebenfalls auf die sem Körper ausgebildeten Hilfsthyristoren für diesen Thy ristor geschaltet ist.The semiconductor component is, for example, a thyristor, where the lateral resistance is in a Thy ristor cathode-side base zone of the body made of semi-lead Term material trained and between two also on the his body trained auxiliary thyristors for this Thy ristor is switched.
Zwar ist es nach der Druckschrift möglich, durch spezielle Dotierungs- und Strukturierungsvorgänge Lateralwiderstände mit gut reproduzierbaren Widerstandswerten zu erzeugen, je doch heizen sich diese Lateralwiderstände während des Strom flusses durch Joulesche Wärme zum Teil stark auf, wodurch der Widerstandswert des Lateralwiderstandes steigt, da die Zahl der Phononen mit der Temperatur und damit die Streuung an diesen zunimmt. Durch den erhöhten Widerstand steigt wieder die Dissipation usw. Dieses gegenseitige Aufschaukeln des Wi derstandswertes und der Temperatur kann im starken Belas tungsfall zur Zerstörung des Halbleiterbauelements führen.According to the publication, it is possible to use special Doping and structuring processes lateral resistances with reproducible resistance values, depending but these lateral resistances heat up during the current flows through Joulesche heat, which makes the Resistance value of the lateral resistance increases as the number of the phonons with the temperature and thus the scatter this increases. The increased resistance increases again dissipation, etc. This mutual rocking of the Wi the resistance values and the temperature can in strong belas lead to the destruction of the semiconductor component.
Gemäß der Druckschrift ist das Halbleiterbauelement so wei tergebildet, dass dessen Lateralwiderstand im Temperaturbe reich des Bauelementebetriebs weitgehend von der Temperatur unabhängig ist und sich mit minimalem prozesstechnischem Auf wand gut reproduzierbar im Halbleiterbauelement integrieren läßt.According to the publication, the semiconductor component is so white educated that its lateral resistance in the temperature range component operation largely depends on temperature is independent and deals with minimal process engineering Integrate the wall in a reproducible manner in the semiconductor component leaves.
Gemäß dieser Weiterbildung sind im Bereich des Lateralwider standes Streuzentren vorgesehen, welche die Temperaturabhän gigkeit des Lateralwiderstandes herabsetzen. Die Streuzentren können Defekte im Körper aus einkristallinem Halbleitermate rial sein, die durch Bestrahlung mit nichtdotierenden, hoch energetischen Teilchen im Kristallgitter erzeugt werden.According to this training are in the area of lateral resistance provided scattering centers, which depend on the temperature reduce the lateral resistance. The scattering centers can defects in the body from single-crystal semiconductor mate be rial by irradiation with non-doping, high energetic particles are generated in the crystal lattice.
Als Teilchen können α-Teilchen (Protonen) und/oder Elektro nen und/oder Sauerstoffionen und/oder Siliziumionen verwendet werden.The particles can be α-particles (protons) and / or electro NEN and / or oxygen ions and / or silicon ions used become.
Die Defekte können Frenkel-Defekte und/oder Schottky-Defekte und/oder Sauerstoff-Leerstellenkomplexe und/oder Doppelleer stellen sein.The defects can be Frenkel defects and / or Schottky defects and / or oxygen vacancy complexes and / or double voids pose.
Zur Herstellung der Streuzentren im Lateralwiderstand des Halbleiterbauelements wird das Bauelement kathodenseitig mas kiert, wobei außerhalb des Bereichs des Lateralwiderstandes liegende Bereiche durch eine Maske abgedeckt sind, dann das Halbleiterbauelement kathodenseitig mit hochenergetischen, nichtdotierenden Teilchen bestrahlt und danach der Körper aus Halbleitermaterial zur Stabilisierung der Streuzentren ab schließend getempert.To create the scattering centers in the lateral resistance of the Semiconductor component, the component is mas kiert, being outside the range of lateral resistance lying areas are covered by a mask, then that Semiconductor component on the cathode side with high-energy, irradiated non-doping particles and then the body Semiconductor material to stabilize the scattering centers finally annealed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Widerstand aus Halbleitermaterial bereitzustellen, der in Se rie mit einem anderen, insbesondere aktiven elektrischen Bau element, vorzugsweise ein Halbleiterbauelement, geschaltet werden kann, und der eine geringe Temperaturabhängigkeit auf weist.The invention has for its object an electrical To provide resistance from semiconductor material, which in Se rie with another, especially active electrical construction element, preferably a semiconductor component, switched can be, and a low temperature dependence has.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.
Gemäß dieser Lösung weist der erfindungsgemäße elektrische
Widerstand
According to this solution, the electrical resistance according to the invention has
- - einen Körper aus Halbleitermaterial auf,A body made of semiconductor material,
- - der zwei voneinander abgekehrte Oberflächenabschnitte hat, zwischen denen sich der Körper erstreckt, wobei über jeden der beiden Oberflächenabschnitte je ein elektri sches Potential an den Körper anlegbar ist, und- The two surface sections facing away from each other between which the body extends, with over each of the two surface sections an electri potential can be applied to the body, and
- - der Streuzentren aufweist, die im Körper über dessen ge samte Erstreckung zwischen den beiden Oberflächenab schnitten verteilt sind und die eine Temperaturabhängig keit eines Widerstandswertes des Körpers herabsetzen.- Has the scattering centers in the body on the ge entire extent between the two surfaces cuts are distributed and the one temperature-dependent reduce the resistance value of the body.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es auf dem Ge biet der Halbleiterbauelemente Anwendungen gibt, bei denen das Bedürfnis besteht, einen Widerstand in Reihe mit einem aktiven Halbleiterbauelement, beispielsweise einem Thyristor oder IGBT zu schalten. Dieser Widerstand sollte eine mög lichst geringe Temperaturabhängigkeit aufweisen, insbesondere über dem gesamten Betriebstemperaturbereich des Widerstands so konstant wie möglich sein.The invention is based on the knowledge that it is based on the Ge offers the semiconductor components applications where there is a need to put resistance in series with one active semiconductor component, for example a thyristor or to switch IGBT. This resistance should be possible have as little temperature dependence, in particular over the entire operating temperature range of the resistor be as constant as possible.
Der erfindungsgemäße Widerstand heizt sich während des Strom flusses durch den Körper aus Halbleitermaterial von einem Oberflächenabschnitt zum andern durch Joulesche Wärme auf, wodurch wiederum sein Widerstandswert weiter ansteigt und da mit wieder die Dissipation usw. The resistor according to the invention heats up during the current flow through the body of semiconductor material from a Surface section to the other by Joule heat, which in turn increases its resistance value and there with the dissipation etc. again
Dabei zeigt der erfindungsgemäße Widerstand jedoch ähnlich wie ein durch spezielle Dotierungsvorgänge realisierter Late ralwiderstand nach EP-A-97 116 091 einen deutlichen Anstieg seines Widerstandswertes.However, the resistance according to the invention is similar like a late realized by special doping processes ral resistance according to EP-A-97 116 091 a significant increase its resistance value.
Es wurde erkannt, dass bei einem erfindungsgemäßen Widerstand eine Erniedrigung seines Temperaturkoeffizienten und damit eine niedrigere Temperaturabhängigkeit des Widerstandes durch Streuzentren bewirkt werden kann, wenn diese Streuzentren im Körper aus Halbleitermaterial über dessen gesamte Erstreckung zwischen den beiden Oberflächenabschnitten verteilt sind.It was recognized that with a resistor according to the invention a lowering of its temperature coefficient and thus a lower temperature dependence of the resistance Scattering centers can be effected if these scattering centers in the Body made of semiconductor material over its entire extent are distributed between the two surface sections.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass ein Late ralwiderstand nach EP-A-97 116 091 ein kleinflächiger Wider stand ist, der sich nicht über eine gesamte Abmessung eines Körpers aus Halbleitermaterial erstreckt und somit nicht als ein in Serie mit einem anderen Bauelement zu schaltender Wi derstand geeignet ist.In this context it should be noted that a Late ral resistance according to EP-A-97 116 091 is a small-area resistance is that is not an entire dimension of a Body made of semiconductor material and therefore not as a Wi to be connected in series with another component the level is suitable.
Es ist beim erfindungsgemäßen Widerstand vorteilhaft, wenn die Streuzentren über das ganze zwischen den beiden Oberflä chenabschnitten befindliche Volumen des Körpers verteilt sind.It is advantageous in the resistor according to the invention if the scattering centers all over between the two surfaces distributed volume of the body are.
Bevorzugter- und vorteilhafterweise werden im Körper aus Halbleitermaterial verteilte Streuzentren verwendet, bei de nen eine Dichte dieser Streuzentren weitgehend unabhängig von der Temperatur des Körpers ist. Solche Streuzentren setzen die Temperaturabhängigkeit des Widerstandswertes des Körpers aus Halbleitermaterial dadurch herab, dass sie den Einfluß der Streuung der freien Ladungsträger im Halbleitermaterial an Phononen reduzieren.It is preferred and advantageous to be in the body Distributed scattering centers used semiconductor material, de a density of these scattering centers largely independent of is the temperature of the body. Set such scattering centers the temperature dependence of the body's resistance from semiconductor material in that they have the influence the scattering of the free charge carriers in the semiconductor material reduce on phonons.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wi derstandes mit Streuzentren temperaturunabhängiger Dichte weist der Körper aus Halbleitermaterial einkristallines Halbleitermaterial auf, in welchem Streuzentren durch Kristall gitterdefekte sind.In a preferred embodiment of the Wi with scattering centers of temperature-independent density the body made of semiconductor material has single-crystalline semiconductor material on what scattering centers through crystal are grid defects.
Alternativ oder zusätzlich kann der erfindungsgemäße Wider stand mit Streuzentren temperaturunabhängiger Dichte so aus gestaltet sein, dass der Körper aus Halbleitermaterial poly kristallines Halbleitermaterial aufweist, in welchem Streu zentren durch Grenzen von Kristalliten dieses Halbleitermate rials definiert sind. Das polykristalline Halbleitermaterial ist vorzugsweise mit Neutronen dotiert, um den Wert des spe zifischen Widerstands einzustellen.Alternatively or additionally, the contra invention stood out with scattering centers of temperature-independent density be designed so that the body made of semiconductor material poly has crystalline semiconductor material in which litter centers by boundaries of crystallites of this semiconductor mate rials are defined. The polycrystalline semiconductor material is preferably doped with neutrons to the value of the spe set specific resistance.
Der erfindungsgemäße Widerstand weist vorzugs- und vorteil hafterweise Streuzentren auf, die durch Einstrahlen von das Halbleitermaterial nicht oder höchstens schwach dotierenden Teilchen einer Korpuskularstrahlung in den Körper erzeugt sind, und/oder Streuzentren, die durch Eindiffundieren von das Halbleitermaterial nicht oder höchstens schwach dotieren den Fremdatomen in den Körper erzeugt sind. Solche Streuzent ren sind besonders einfach herzustellen.The resistance according to the invention is preferred and advantageous spreading centers by radiation from the Semiconductor material not or at most weakly doping Particles of corpuscular radiation are generated in the body and / or scattering centers, which are caused by diffusing in do not, or at most weakly, dope the semiconductor material weakly the foreign atoms are generated in the body. Such stray Ren are particularly easy to manufacture.
Der Widerstandswert des erfindungsgemäßen Widerstandes kann durch eine Dotierung des Halbleitermaterials vorab einge stellt werden, wobei es vorteilhafterweise genügt, wenn das Halbleitermaterial eine Dotierung nur eines Leitfähigkeits typs aufweist.The resistance value of the resistor according to the invention can turned on in advance by doping the semiconductor material are, it is advantageously sufficient if the Semiconductor material doping only one conductivity typs.
Zweckmäßigerweise ist auf zumindest einen der beiden Oberflä chenabschnitte des Körpers aus Halbleitermaterial ein elekt rischer Kontakt aufgebracht.It is expedient for at least one of the two surfaces Chen sections of the body made of semiconductor material an elect Contact applied.
Im Hinblick auf den elektrischen Kontakt sei darauf hingewie sen, dass für die meisten Anwendungen die den Widerstandswert vorab bestimmende Dotierung des Halbleitermaterials relativ gering ist. Dadurch kann zwischen dem Halbleitermaterial und dem Kontakt ein Schottky-Kontakawiderstand vorhanden sein. Ein solcher Schottky-Kontaktwiderstand kann vermieden werden, wenn an zumindest einen der beiden Oberflächenabschnitte ein Bereich des Körpers grenzt, der eine höhere Dotierung des ei nen Leitfähigkeitstyps aufweist als ein an diesen Bereich grenzender Bereich des Körpers. Wird der Kontakt auf diesen Oberflächenabschnitt aufgebracht und die höhere Dotierung des an diesen Abschnitt grenzenden Bereichs ausreichend hoch ge wählt, kann der Schottky-Kontaktwiderstand vollständig ver mieden werden.With regard to the electrical contact, it should be noted that for most applications the resistance value predetermined doping of the semiconductor material relative is low. This allows between the semiconductor material and the contact has a Schottky contact resistance. Such a Schottky contact resistance can be avoided if on at least one of the two surface sections Area of the body that borders a higher doping of the egg has a conductivity type as one to this area bordering area of the body. Will the contact on this Surface section applied and the higher doping of the area bordering this section is sufficiently high the Schottky contact resistance can be completely be avoided.
Obgleich bezüglich der Wahl des Halbleitermaterials des er
findungsgemäßen Widerstandes prinzipiell keine Einschränkung
besteht, weist dieses Material vorzugsweise Silizium auf.
Insbesondere besteht das Halbleitermaterial nur aus Silizium.
Ein erfindungsgemäßer Widerstand, bei dem der Körper aus
Halbleitermaterial einkristallines Halbleitermaterial auf
weist, in welchem Streuzentren durch Kristallgitterdefekte
definiert sind, kann auf einfache Weise hergestellt werden
mit dem Schritt:
Although there is in principle no restriction with regard to the choice of the semiconductor material of the resistor according to the invention, this material preferably has silicon. In particular, the semiconductor material consists only of silicon. A resistor according to the invention, in which the body made of semiconductor material has single-crystalline semiconductor material, in which scattering centers are defined by crystal lattice defects, can be produced in a simple manner with the step:
- - Bestrahlen des Körpers mit das Halbleitermaterial nicht o der höchstens schwach dotierenden Teilchen einer Korpusku larstrahlung, deren Strahlungsenergie so hoch gewählt ist, dass die Teilchen den Körper durchdringen- Do not irradiate the body with the semiconductor material the most weakly doping particles in a body lar radiation, whose radiation energy is chosen so high, that the particles penetrate the body
und/oderand or
- - Eindiffundieren von das Halbleitermaterial nicht oder höchstens schwach dotierenden Fremdatomen in den Körper.- Diffusion of the semiconductor material is not or at most weakly doping foreign atoms in the body.
Als Korpuskularstrahlung wird vorzugsweise Elektronenstrah lung verwendet.Electron beam is preferably used as the corpuscular radiation lung used.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand den Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention is described in the following description the figures explained in more detail by way of example. Show it:
Fig. 1 in schematischer, nicht maßstäblicher Darstellung ei nen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen elekt rischen Widerstand mit einem Körper aus Halbleiterma terial und ein aktives Halbleiterbauelement, wobei Widerstand und Bauelement zueinander in Serie ge schaltet sind, Fig. 1 is a schematic, not to scale TERIAL ei NEN cross-section through an inventive step elekt resistance with a body of Halbleiterma and an active semiconductor device, said resistor device and ge to each other in series are switched on,
Fig. 2 den einer Korpuskularstrahlung zur Herstellung von Streuzentren ausgesetzten Körper aus Halbleitermate rial des Widerstandes in der Darstellung nach Fig. 1, FIG. 2 is a corpuscular for the preparation of scattering centers exposed body of semiconductor mate rial of the resistance in the illustration of FIG. 1,
Fig. 3 ein Diagramm, in welchem der Widerstandswert des Wi derstandes über der Temperatur aufgetragen ist, wobei der Körper aus Halbleitermaterial des Widerstandes keine Streuzentren aufweist, Fig. 3 is a diagram in which the resistance value of Wi DERS tandes is plotted against the temperature, the body comprising semiconductor material of the resistance no scattering centers,
Fig. 4 ein Diagramm, in welchem der Widerstandswert des Wi derstandes über der Temperatur aufgetragen ist, wobei der Körper aus Halbleitermaterial des Widerstandes jetzt Streuzentren aufweist, und Fig. 4 is a diagram in which the resistance value of the resistance is plotted against the temperature, the body made of semiconductor material of the resistance now having scattering centers, and
Fig. 5 in vergrößerter und stark vereinfachter Darstellung einen Ausschnitt aus einem Körper aus polykristalli nem Halbleitermaterial in der Querschnittsdarstellung nach Fig. 1. Fig. 5 is an enlarged and highly simplified view of a section of a body of polykristalli nem semiconductor material in the cross-sectional view of FIG. 1.
Die Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.The figures are schematic and not to scale.
In der Fig. 1 ist der Widerstand generell mit 1 und das Halbleiterbauelement generell mit 2 bezeichnet.In FIG. 1, the resistance generally at 1 and the semiconductor device is generally designated 2.
Der Widerstand 1 weist einen Körper 10 aus Halbleitermaterial auf. Der Körper 10 hat zwei voneinander abgekehrte Oberflä chenabschnitte 11 und 12, zwischen denen sich der Körper 10 erstreckt. Über jeden der beiden Oberflächenabschnitte 11 und 12 ist je ein elektrisches Potential V1 bzw. V2 an den Körper 10 anlegbar.The resistor 1 has a body 10 made of semiconductor material. The body 10 has two mutually facing surface sections 11 and 12 , between which the body 10 extends. An electrical potential V1 or V2 can be applied to the body 10 via each of the two surface sections 11 and 12 .
Außerdem weist der Körper 10 erfindungsgemäß Streuzentren 13 auf, die im Körper 10 über dessen gesamte Erstreckung d zwi schen den beiden Oberflächenabschnitten 11 und 12 verteilt sind und die eine Temperaturabhängigkeit eines Widerstands wertes R des Körpers 10, bei welcher der Widerstandswert R mit steigender Temperatur deutlich zunimmt, herabsetzen.In addition, the body 10 according to the invention has scattering centers 13 which are distributed in the body 10 over its entire extent d between the two surface sections 11 and 12 and which have a temperature dependence of a resistance value R of the body 10 , in which the resistance value R clearly increases with increasing temperature increases, decrease.
Insbesondere sind die Streuzentren 13 über das ganze zwischen den beiden Oberflächenabschnitten 11 und 12 befindliche Volu men des Körpers 10 verteilt.In particular, the scattering centers 13 are distributed over the entire volume of the body 10 located between the two surface sections 11 and 12 .
Beispielsweise besteht der Körper 10 aus einkristallinem Halbleitermaterial, in welchem die Streuzentren 13 durch lo kale Kristallgitterdefekte definiert sind. Solche lokale Kristallgitterdefekte definieren im ganzen einkristallinen Halbleitermaterial des Körpers 10 verteilte Streuzentren 13 einer Dichte σ (= Zahl der Streuzentren/cm3), die im wesent lichen unabhängig von der Temperatur T des Körpers 10 ist.For example, the body 10 consists of single-crystalline semiconductor material, in which the scattering centers 13 are defined by local crystal lattice defects. Such local crystal lattice defects define scattered centers 13 of a density σ (= number of scattering centers / cm 3 ) distributed throughout the single-crystalline semiconductor material of the body 10 , which is essentially independent of the temperature T of the body 10 .
Eine Erniedrigung der Temperaturabhängigkeit eines solchen Widerstands 1 beruht darauf, dass im Halbleitermaterial der Einfluß der Streuung der freien Ladungsträger an Phononen re duziert wird.A reduction in the temperature dependence of such a resistor 1 is based on the fact that the influence of the scattering of the free charge carriers on phonons is reduced in the semiconductor material.
Der spezifische Widerstand ρ des Halbleitermaterials des Wi
derstands 1 bestimmt sich nach der Gleichung
The specific resistance ρ of the semiconductor material of the resistor 1 is determined according to the equation
ρ = (e . n . µ)-1,
ρ = (e. n. µ) -1 ,
in der n die Zahl der Ladungsträger pro cm3 und µ die Beweg lichkeit der freien Ladungsträger im Halbleitermaterial be deuten.where n is the number of charge carriers per cm 3 and µ indicates the mobility of the free charge carriers in the semiconductor material.
Die Beweglichkeit µ wird bei sehr reinem einkristallinen Halbleitermaterial überwiegend durch Stöße mit Phononen be grenzt und bei defektreichem einkristallinen Halbleitermate rial auch durch die Stöße mit den lokalen Kristallgitterde fekten, die Streuzentren 13 definieren. Hierbei gilt, dass sich die reziproke mittlere Zeit bis zum Auftreten eines Stoßprozesses aus der Summe der reziproken mittleren Zeit bis zum Auftreten einer Streuung an Phononen und der reziproken mittleren Zeit bis zum Auftreten einer Streuung an lokalen Kristallgitterdefekten zusammensetzt.The mobility µ is limited in very pure single-crystal semiconductor material mainly by collisions with phonons and in defective single-crystal semiconductor material rial also by the collisions with the local crystal lattice defects that define scattering centers 13 . It applies here that the reciprocal mean time to the occurrence of a collision process is made up of the sum of the reciprocal mean time to the occurrence of a scattering of phonons and the reciprocal mean time to the occurrence of a scattering of local crystal lattice defects.
Sind die lokalen Kristallgitterdefekte so zahlreich im Körper 10 aus dem einkristallinen Halbleitermaterial verteilt, dass im Bereich der Betriebstemperatur des Widerstands 1 der An teil der Stöße der freien Ladungsträger mit Kristallgitterde fekten, deren Dichte σ - im Gegensatz zu den Phononen - nicht temperaturabhängig ist, den Anteil der Stöße der freien La dungsträger mit Phononen übertrifft, so wird eine Temperatur abhängigkeit des Widerstandes weitgehend vermieden.Are the local crystal lattice defects distributed so numerous in the body 10 from the single-crystal semiconductor material that in the area of the operating temperature of the resistor 1 the proportion of the impacts of the free charge carriers with crystal lattice defects, whose density σ - in contrast to the phonons - is not temperature-dependent If the proportion of the impacts of the free charge carriers with phonons exceeds, a temperature dependence of the resistance is largely avoided.
Günstig ist es, wenn die Dichte σ entlang der ganzen Erstre ckung d des Körpers 10, zu der eine Flußrichtung eines elekt rischen Stromes I durch den Widerstand 1 im wesentlichen pa rallel ist, vorzugsweise über dem ganzen Volumen des Körpers 10 annähernd konstant ist.It is expedient if the density σ along the entire extent d of the body 10 , to which a direction of flow of an electrical current I through the resistor 1 is essentially parallel, is preferably approximately constant over the entire volume of the body 10 .
Der Widerstandswert R des Widerstandes 1 bestimmt sich gene
rell nach der Gleichung
The resistance value R of the resistor 1 is determined generally according to the equation
R = ρ . d/F,
R = ρ. d / F,
in der F eine zur Erstreckung d des Körpers 10 senkrechte zweidimensionale Ausdehnung des Körpers 10 bedeutet. Danach kann der Widerstandswert R durch Wahl des spezifischen Wider stands ρ des Halbleitermaterials und/oder der Erstreckung d des Körpers 10 zwischen den Oberflächenabschnitten 11 und 12 und/oder der zweidimensionalen Ausdehnung F des Körpers 10 eingestellt werden. Der spezifische Widerstand ρ des Halblei termaterials kann über die Dotierung des Halbleitermaterials gewählt werden. Vorzugsweise weist das Halbleitermaterial ei ne Grunddotierung entweder des Leitfähigkeitstyps n oder des Leitfähigkeitstyps p auf. in which F means a two-dimensional extension of the body 10 perpendicular to the extension d of the body 10 . Thereafter, the resistance value R can be set by choosing the specific resistance ρ of the semiconductor material and / or the extent d of the body 10 between the surface sections 11 and 12 and / or the two-dimensional dimension F of the body 10 . The specific resistance ρ of the semiconductor material can be selected via the doping of the semiconductor material. The semiconductor material preferably has a basic doping of either the conductivity type n or the conductivity type p.
Um den Widerstand 1 einfach in Serie schalten zu können, ist beispielsweise auf dem Oberflächenabschnitt 11 ein elektri scher Kontakt 15 und auf dem Oberflächenabschnitt 12 ein e lektrischer Kontakt 16 aufgebracht.In order to be able to simply connect the resistor 1 in series, an electrical contact 15 is applied, for example, to the surface section 11 and an electrical contact 16 is applied to the surface section 12 .
Für die meisten Anwendungen ist die Grunddotierung des Kör pers 10 relativ gering und entspricht beispielsweise einer p- oder p--Dotierung bzw. n- oder n--Dotierung. Um an jedem kon taktierten Oberflächenabschnitt 11 und 12 einen Schottky- Kontaktwiderstand zu vermeiden, ist in einem an diesen Ober flächenabschnitt 11 bzw. 12 grenzenden Bereich 101 bzw. 102 die Dotierung um so viel höher als die Grunddotierung ge wählt, dass dort der Schottky-Kentaktwiderstand nicht auf tritt. Der zwischen diesen Bereichen 101 und 102 liegende und an diese Bereiche 101 und 102 grenzende und vorzugsweise un gleich größere Hauptbereich 103 des Körpers 10 weist dagegen die Grunddotierung auf.For most applications, the basic doping of Kör pers 10 is relatively low and corresponds, for example, a p-type or p - type doping or n-type or n - -type doping. In order to avoid Schottky contact resistance at each contacted surface section 11 and 12, the doping in a region 101 or 102 bordering on this surface section 11 or 12 is selected so much higher than the basic doping that the Schottky Kentakt resistance does not occur. The main region 103 of the body 10 lying between these regions 101 and 102 and bordering on these regions 101 and 102 and preferably unequal in size, however, has the basic doping.
Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel besteht der Körper 10 aus einer vorzugsweise kreisförmigen Scheibe aus Silizium, die voneinander abgekehrte, ebene und zueinander parallele flachseitige Oberflächenabschnitte 11 und 12 aufweist und de ren Erstreckung d zwischen diesen Oberflächenabschnitten 11 und 12 durch die Dicke dieser Scheibe gegeben ist. Die Dicke d der Scheibe 10 beträgt beispielsweise 300 bis 800 µm, kann aber auch kleiner oder größer sein. Die zweidimensionale Aus dehnung F der Scheibe 10 ist durch π . (D/2)2 gegeben, wobei D den senkrecht zur Dicke d gemessenen Durchmesser der Scheibe 10 bedeutet. Das Silizium weist eine relativ schwache Grund dotierung des Leitfähigkeitstyps p oder des Leitfähigkeits typs n auf.In a specific exemplary embodiment, the body 10 consists of a preferably circular disk made of silicon, which has flat, parallel and mutually parallel flat-side surface sections 11 and 12 and whose extension d between these surface sections 11 and 12 is given by the thickness of this disk. The thickness d of the disk 10 is, for example, 300 to 800 μm, but can also be smaller or larger. The two-dimensional expansion F of the disk 10 is by π. Given (D / 2) 2 , where D means the diameter of the disk 10 measured perpendicular to the thickness d. The silicon has a relatively weak basic doping of the conductivity type p or the conductivity type n.
In der Fig. 1 ist beispielsweise der Kontakt 11 mit dem Halbleiterbauelement 2 verbunden. Beispielsweise ist dieses Element 2 ein Thyristor, IGBT usw. In der Fig. 1 ist speziell angenommen, dass das Halbleiterbauelement 2 ein Thy ristor ist.In FIG. 1, the contact 11 is, for example, connected to the semiconductor component 2. For example, this element 2 is a thyristor, IGBT, etc. In FIG. 1, it is specifically assumed that the semiconductor component 2 is a thyristor.
Der stark vereinfacht dargestellte Thyristor 2 nach Fig. 1 weist einen Körper 20 aus unterschiedlich dotiertem Halblei termaterial, z. B. aus dotiertem Silizium auf und hat zwei voneinander abgekehrte Oberflächenabschnitte 21 und 22.The thyristor 2 shown in a highly simplified manner in FIG. 1 has a body 20 made of differently doped semiconductor material, for. B. from doped silicon and has two mutually facing surface sections 21 and 22nd
Auf den Oberflächenabschnitt 21 ist ein elektrischer Kontakt 23 aufgebracht, der eine Kathode des Thyristors 2 bildet, und an diesen Oberflächenabschnitt 21 grenzt ein von diesem Kon takt 23 kontaktierter n-dotierter (oder p-dotierter), vor zugsweise n+-dotierter (p+-dotierter) Bereich 24 des Körpers 20, der einen kathodenseitigen Emitter des Thyristors 2 defi niert. An den kathodenseitigen Emitter 24 grenzt ein p- dotierter (n-dotierter) Bereich 25 des Körpers 20, der eine kathodenseitige Basis des Thyristors 2 definiert. An die ka thodenseitige Basis 25 grenzt ein n-dotierter (p-dotierter) Bereich 26 des Körpers 20, der eine anodenseitige Basis des Thyristors 2 definiert. Ein sowohl an die anodenseitige Basis 26 als auch an den Oberflächenabschnitt 22 des Körpers 20 grenzender p-dotierter (n-dotierter), vorzugsweise p+- dotierter (n+-dotierter) Bereich 27 definiert einen anoden seitigen Emitter des Thyristors 2. Auf den Oberflächenab schnitt 22 ist ein elektrischer Kontakt 28 aufgebracht, der eine Anode des Thyristors 2 bildet und den anodenseitigen E mitter 27 kontaktiert. Eine Gateelektrode 29 kontaktiert die kathodenseitige Basis 25 des Thyristors 2.On the surface section 21 , an electrical contact 23 is applied, which forms a cathode of the thyristor 2 , and this surface section 21 is adjacent to this contact 23 contacts n-doped (or p-doped), preferably n + -doped (p + -doped) area 24 of the body 20 , which defines a cathode-side emitter of the thyristor 2 . A p-doped (n-doped) region 25 of the body 20 borders on the cathode-side emitter 24 and defines a cathode-side base of the thyristor 2 . An n-doped (p-doped) region 26 of the body 20 , which defines an anode-side base of the thyristor 2 , borders on the cathode-side base 25 . A both to the anode-side base 26 as bordering also on the surface portion 22 of the body 20 p-doped (n-doped), preferably p + - doped (n + doped) region 27 defines an anode side of the thyristor emitter. 2 On the surface section 22 , an electrical contact 28 is applied, which forms an anode of the thyristor 2 and contacts the anode-side E middle 27. A gate electrode 29 contacts the cathode-side base 25 of the thyristor 2 .
Der Widerstand 1 und der Thyristor 2 sind beispielsweise so in Serie geschaltet, dass der elektrische Kontakt 15 oder 16 des Widerstandes 1 elektrisch mit der Anode 28 oder Kathode 23 des Thyristors 2 verbunden ist. Beim Beispiel nach Fig. 1 ist speziell angenommen, dass der elektrische Kontakt 15 des Widerstandes 1 mit der Anode 28 des Thyristors 2 verbunden ist, wobei die elektrische Verbindung symbolisch durch die elektrische Verbindungsleitung 201 angedeutet ist. The resistor 1 and the thyristor 2 are connected in series, for example, such that the electrical contact 15 or 16 of the resistor 1 is electrically connected to the anode 28 or cathode 23 of the thyristor 2 . In the example according to FIG. 1, it is specifically assumed that the electrical contact 15 of the resistor 1 is connected to the anode 28 of the thyristor 2 , the electrical connection being symbolically indicated by the electrical connecting line 201 .
Der Widerstand 1 nach Fig. 1 kann so hergestellt werden, dass der Körper 10 aus Halbleitermaterial, wie in Fig. 2 an gedeutet, mit Teilchen einer Korpuskularstrahlung 17, die das einkristalline Halbleitermaterial nicht oder höchstens schwach dotieren, bestrahlt wird, wobei die Strahlungsenergie P der Korpuskularstrahlung 17 so hoch gewählt ist, dass die Teilchen tief in den Körper 10 eindringen. Tief bedeutet, dass die Teilchen mindestens eine Hälfte des Körpers 10, vor zugsweise aber den ganzen Körper 10 durchdringen.The resistor 1 according to FIG. 1 can be produced in such a way that the body 10 made of semiconductor material, as indicated in FIG. 2, is irradiated with particles of corpuscular radiation 17 which do not or only weakly dope the single-crystalline semiconductor material, the radiation energy P the corpuscular radiation 17 is chosen so high that the particles penetrate deep into the body 10 . Deep means that the particles penetrate at least half of the body 10 , but preferably the whole body 10 .
Bestrahlt wird zweckmäßigerweise einer der beiden Oberflä chenabschnitte 11 und 12 des Körpers 10. Durchdringen dabei die Teilchen den Körper 10 nicht ganz, wird danach auch der andere Oberflächenabschnitt bestrahlt.One of the two surface areas 11 and 12 of the body 10 is expediently irradiated. If the particles do not penetrate completely through the body 10 , the other surface section is then also irradiated.
Es ist vorteilhaft, wenn die Strahlungsenergie P so hoch ist, dass die Teilchen der Korpuskularstrahlung 17, z. B. Elektro nen, den Körper 10 völlig durchdringen können, da dies zu ei ner in Richtung der Erstreckung d des Körpers 10 und auch senkrecht zu dieser Erstreckung d annähernd konstanten Kon zentration der erzeugten und die Streuzentren 13 definieren den lokalen Kristallgitterdefekte führt.It is advantageous if the radiation energy P is so high that the particles of the corpuscular radiation 17 , e.g. B. Electric nen, can penetrate the body 10 completely, since this leads to egg ner in the direction of the extension d of the body 10 and perpendicular to this extension d approximately constant concentration of the generated and the scattering centers 13 define the local crystal lattice defects.
Als Teilchen können α-Teilchen (Protonen) und/oder Elektro nen und/oder Sauerstoffionen und/oder Siliziumionen und/oder Neutronen verwendet werden. Vorzugsweise werden als Teilchen Elektronen verwendet.The particles can be α-particles (protons) and / or electro nen and / or oxygen ions and / or silicon ions and / or Neutrons are used. Preferably as particles Electrons used.
Die Konzentration der resultierenden und die Streuzentren 13 definierenden lokalen Kristallgitterdefekte kann durch die Wahl der Strahlungsenergie P und der Dosis gesteuert werden.The concentration of the resulting local crystal lattice defects and the scattering centers 13 can be controlled by the choice of the radiation energy P and the dose.
Aus Stabilitätsgründen empfiehlt es sich, nach der Bestrah lung eine Temperung des Körpers 10 bei einer Temperatur zwi schen 220°C und 270°C über mehrere Stunden (z. B. 15 Stunden) durchzuführen. For reasons of stability, it is advisable to heat the body 10 after the irradiation at a temperature between 220 ° C. and 270 ° C. for several hours (e.g. 15 hours).
Alternativ dazu oder zusätzlich zu einer Bestrahlung kann die Herstellung der Streuzentren 13 des Widerstandes 1 nach Fig. 1 so durchgeführt werden, dass in den Körper 10 Fremdatome eindiffundiert werden, die das Halbleitermaterial nicht oder höchstens schwach dotieren.As an alternative to this or in addition to irradiation, the production of the scattering centers 13 of the resistor 1 according to FIG. 1 can be carried out in such a way that foreign atoms are diffused into the body 10 which do not or only weakly dope the semiconductor material.
Ein besonderer Vorteil bei der Herstellung der Streuzentren 13 durch Bestrahlen mit Teilchen einer Korpuskularstrahlung 17 liegt darin, dass der endgültige Widerstandswert R des Wi derstandes 1 am fertig prozessierten Widerstand 1 eingestellt werden kann. So läßt sich der Widerstandswert R durch eine Nachbestrahlung des Widerstandes 1 nachjustieren, wenn sich bei der Widerstandsmessung nach der ersten Bestrahlung her ausstellt, dass der Widerstandswert R nicht hoch genug ist.A particular advantage in the preparation of the scattering centers 13 by irradiation with a corpuscular particles 17 is that the final resistance value R of the Wi DERS tandes 1 can be completely processed on the resistor 1 is set. Thus, the resistance value R can be readjusted by irradiating the resistor 1 if it turns out during the resistance measurement after the first irradiation that the resistance value R is not high enough.
Da der Widerstandswert R durch eine derartige Maßnahme zwangsläufig erhöht wird, muß dafür dementsprechend die Kon zentration freier Ladungsträger im Körper 10 durch eine Anhe bung der Dotierung im Körper 10 ebenfalls erhöht werden, um den Zielwert des Widerstandswertes R zu erreichen.Since the resistance value R is inevitably increased by such a measure, the concentration of free charge carriers in the body 10 must accordingly be increased by increasing the doping in the body 10 in order to achieve the target value of the resistance value R.
In der Fig. 3 ist beispielhaft der Widerstandswert R des Wi derstandes 1 nach Fig. 1 über der Temperatur T dargestellt, wobei der Körper 10 noch keine Streuzentren 13 aufweist. Der Linie I in Fig. 3 ist zu entnehmen, dass der Widerstandswert R im Temperaturbereich ΔT zwischen 20°C und 140°C mit stei gender Temperatur deutlich zunimmt.In FIG. 3, the resistance value R of the Wi DERS tandes 1 is exemplary shown in FIG. 1 plotted against the temperature T, wherein the body 10 has no scattering centers. 13 The line I in FIG. 3 shows that the resistance value R increases significantly in the temperature range ΔT between 20 ° C. and 140 ° C. with increasing temperature.
Die Fig. 4 zeigt im Vergleich dazu den Widerstandswert R dieses Widerstandes 1 über der Temperatur T, wobei jetzt der Körper 10 die Streuzentren 13 aufweist. Gemäß der Linie II in Fig. 4 ist jetzt der Widerstandswert R im etwa gleichen Tem peraturbereich ΔT zwischen 20°C und 120°C weitgehend kon stant und damit temperaturunabhängig. FIG. 4 shows, in comparison to the resistance value of this resistor R 1 to the temperature T, where now, the body 10 having the scattering centers. 13 According to line II in FIG. 4, the resistance value R is now largely constant in the approximately same temperature range ΔT between 20 ° C. and 120 ° C. and is therefore temperature-independent.
Der Körper 10 des Widerstandes 1 nach Fig. 1 kann anstelle des einkristallinen Halbleitermaterials oder zusätzlich zu diesem Material polykristallines Halbleitermaterial, bei spielsweise Polysilizium, aufweisen, in welchem Streuzentren 13 durch Grenzen von Kristalliten 130 dieses Halbleitermate rials definiert sind.The body 10 of the resistor 1 according to FIG. 1 can have polycrystalline semiconductor material, for example polysilicon, instead of the single-crystalline semiconductor material or in addition to this material, in which scattering centers 13 are defined by limits of crystallites 130 of this semiconductor material.
In der Fig. 5 ist ein Ausschnitt aus einem Körper 10 aus po lykristallinem Halbleitermaterial in der Querschnittsdarstel lung nach Fig. 1 vergrößert und stark vereinfacht darge stellt.In FIG. 5, a section of a Body 10 is formed of po lykristallinem semiconductor material in the lung Querschnittsdarstel of FIG. 1 enlarged and simplified Darge provides.
Die Streuung der freien Ladungsträger an den Grenzen 13 der Kristallite 130 führen bei diesem Halbleitermaterial zu den gewünschten geringen mittleren freien Weglängen. Hierdurch läßt sich eine zusätzliche Bestrahlung mit Teilchen einer Korpuskularstrahlung 17 hoher Strahlungsenergie und/oder ho her Dosis einsparen. Vorzugsweise wird mit Neutronen dotier tes polykristallines Halbleitermaterial verwendet.The scattering of the free charge carriers at the boundaries 13 of the crystallites 130 leads to the desired small mean free path lengths in this semiconductor material. In this way, additional radiation with particles of corpuscular radiation 17 of high radiation energy and / or high dose can be saved. Neutron-doped polycrystalline semiconductor material is preferably used.
Claims (14)
- - Einen Körper (10) aus Halbleitermaterial,
- - der zwei voneinander abgekehrte Oberflächenabschnitte (11, 12) hat, zwischen denen sich der Körper (10) er streckt, wobei über jeden der beiden Oberflächenabschnit te (11, 12) je ein elektrisches Potential (V1, V2) an den Körper (10) anlegbar ist, und
- - der Streuzentren (13) aufweist, die im Körper (10) über dessen gesamte Erstreckung (d) zwischen den beiden Ober flächenabschnitten (11, 12) verteilt sind und die eine Temperaturabhängigkeit eines Widerstandswertes (R) des Körpers (10) herabsetzen.
- A body ( 10 ) made of semiconductor material,
- - The two mutually facing surface sections ( 11 , 12 ), between which the body ( 10 ) he stretches, with each of the two surface sections ( 11 , 12 ) each having an electrical potential (V1, V2) to the body ( 10 ) can be created, and
- - The scattering centers ( 13 ), which are distributed in the body ( 10 ) over its entire extent (d) between the two upper surface sections ( 11 , 12 ) and which reduce a temperature dependence of a resistance value (R) of the body ( 10 ).
- - Bestrahlen des Körpers (10) mit das Halbleitermaterial höchstens dotierenden Teilchen einer Korpuskularstrahlung (17), deren Strahlungsenergie (P) so hoch gewählt ist, dass die Teilchen tief in den Körper (10) eindringen
- - Eindiffundieren von das Halbleitermaterial höchstens schwach dotierenden Fremdatomen in den Körper ().
- - Irradiating the body ( 10 ) with particles of corpuscular radiation ( 17 ) which at most dope the semiconductor material, the radiation energy (P) of which is chosen so high that the particles penetrate deeply into the body ( 10 )
- - Diffusion of at most weakly doping foreign atoms into the body of the semiconductor material ().
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Legal Events
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Owner name: EUPEC EUROPAEISCHE GESELLSCHAFT FUER LEISTUNGSHALBLE |
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