DE2160427A1 - Halbleiteranordnung mit einem Halb leiterwiderstand und Verfahren zur Her stellung einer derartigen Anordnung - Google Patents
Halbleiteranordnung mit einem Halb leiterwiderstand und Verfahren zur Her stellung einer derartigen AnordnungInfo
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Description
P ff β 32110
"Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterwiderstand und Verfahren zur Herstellung einer derartigen
Anordnung".
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper mit mindestens
einem Halbleiterwiderstand mit einem Widerstandsgebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das
an eine Oberfläche des Körpers grenzt und mit dem angrenzenden Teil des Körpers vom entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyp einen pn-Uebergang bildet. Weiterhin
bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Halbleiteranordnung.
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PHB 32110
Wenn über den Kontakten eines Widerstandes, der einen pn-Uebergang enthält, eine Spannung angelegt
wird, beteiligen sich gewisse Ladungsträger im Widerstandsgebiet nicht mehr an der Leitung infolge ihrer
Entfernung an der Stelle der zu dem pn-*Uebergang gehörigen
Erschöpfungsschicht. Die Breite der Erschöpfungsschicht
hängt von der angelegten Spannung ab. Die Anzahl zwischen den Kontakten des Widerstandes
der Leitung entzogener Ladungsträger ist also von der zwischen diesen Kontakten angelegten Spannung
abhängig, so dass eine nichtlineare Spannungskennlinie erhalten wird.
Es ist wünschenswert, grosso Widerstände herzustellen, die einen pn-Uebergang besitzen, aber
die eine verbesserte Spannungslinearitat aufweisen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine
Verbesserung der Spannungslinearitat eines Widerstands
dadurch erhalten, dass neutrale Ionen mit einer gee±gneten Energie in den Halbleiterkörper
implantiert werden, um neutrale Ionen und eine Kristallbeschädigung wenigstens in der Nähe des pn-Uebergangs
einzuführen, damit die effektive Beweglichkeit von Majoritätsladungsträgern in der Nähe
des pn-Uebergangs herabgesetzt wird.
Die Aenderung der Leitfähigkeit in einer Einheitslänge des Widerstandes kann durch die nach-
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PHB 32110
stellende einfache Formel dargestellt werden:
in welcher Formel 2a <J~ die Aenderung der Leitfähig- keit;
Z\ N die Anzahl zu der Erschöpfungsschicht abgeführter
Ladungsträger; /u die effektive Beweglichkeit dieser Ladungsträger, und e die Ladung an einem
Elektron darstellt.
Bei bekannten Widerständen ist die effektive Beweglichkeit von Majoritätsladungsträgern in
dem Widerstandsgebiet in der Nähe des pn-Uebergangs verhältnismässig hoch, weil die Dotierungskonzentration
vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Nähe des pn Uebergangs erheblich abnimmt; dies ist insbesondere
der Fall, wenn das Widerstandsgebiet durch eine den Leitfähigkeitstyp bestimmende Dotierungsdiffusion
von der Oberfläche an gebildet wird, und es ist sogar der Fall, wenn das Gebiet durch eine den
Leitfähigkeitstyp bestimmende Implantation von Dotierungsionen über die Oberfläche gebildet wird.
Wenn das Widerstandsgebiet durch eine den Leitfähigkeitstyp
bestimmende Implantation von Dotierungsionen gebildet wird, führt die Implantation
eine Halbleiterkristallbeschädigungen herbei, die nach dem Ausglühen gewöhnlich nicht völlig beseitigt
ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die maximale durch die Implantation herbeigeführte
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Kristallbeschädigungen hinter der maximal implantierten Dotierungskonzentration, z.B. um 0,7 der
Tiefe der maximalen implantierten Dotierungsionenkonzentration, zurückbleibt; die auf diese Weise
herbeigeführte Kristallbeschädigung ist also gering in dem Implantationsschwanz in der Nähe des pn-Uebergangs.
Dadurch weisen bekannte grosse Wider— fe stände, die durch eine solche den Leitfähigkeitstyp
bestimmende Dotierungsionenimplantation gebildet sind, eine hohe Beweglichkeit der Ladungsträger in der Nähe
des erwähnten pn-Uebergangs auf; wie in der obenstehenden Formel angegeben ist, weisen derartige Widerstände
eine nichtlineare Spannungskennlinie auf, insbesondere wenn ihr Schichtwiderstandswert oberhalb
etwa 5 kß/Quadrat liegt.
Nach der Erfindung ist eine Halbleiteranordnung der eingangs beschriebenen Art dadurch ge-
kennzeichnet, dass implantierte neutrale Ionen mit zugehöriger Kristallbeschädigung in dem Widerstandsgebiet
wenigstens in der Nähe des erwähnten pn-Uebergangs in einer derart hohen Konzentration vorhanden
sind, dass die Spannungslinearität des Widerstands erheblich verbessert wird. Diese Verbesserung
der Linearität wird im wesentlichen durch die Herabsetzung der effektiven Beweglichkeit der Ladungsträger
in dem Widerstandsgebiet in der Nähe
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des" erwähnten pn-Uebergangs erzielt.
Neutrale Ionen sind Ionen elektrisch unwirksamer Verunreinigungen, die die Konzentration an
freien Ladungsträgern praktisch nicht beeinflussen, d.h., dass sie weder Donatoren noch Akzeptoren sind;
sie können aus einem inerten Gas, z.B. Neon, und/oder einem Element aus der Gruppe IV des periodischen Systems,
z.B. Zinn, und/oder aus einem Halbleiterelement, z.B. Silicium, bestehen. Sie können sogar aus einer
Verunreinigung geringer elektrischer Wirksamkeit, wie z.B. Stickstoff, bestehen. Diese Ionen können
sich an Zwischengitter- oder Substitutionsstellen im Kristallgitter befinden.
Die zu dieser Implantation gehörige Halbleiterkristallbeschädigung,
z.B. in Form von Dislokationen, kann als "Strahlungsbeschädigung,1· bezeichnet
werden.
Es stellt sich heraus, dass dieser Herabsetzung der Beweglichkeit der Ladungsträger im Widerstandsgebiet
in der Nähe des pn-Uebergangs einer zugenommenen Streuung der Ladungsträger durch die
implantierten neutralen Ionen mit zugehöriger Beschädigung zuzuschreiben ist; insbesondere stellt
sich heraus, dass gewöhnl±ch der Strahlungsbeschädigungsanteil
vorherrschend ist. Indem auf diese Weise die effektive Beweglichkeit herabgesetzt wird,
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wird die Aenderung der Leitfähigkeit jOö" mit der Spannung
verringert und können Widerstände grösserer Linearität mit hohem Wert hergestellt werden. Die Linearität
kann um einen Faktor von mindestens 2 für einen bestimmten Schichtwiderstand im Widerstandsgebiet
vergrössert werden; der Vergrösserungsfaktor kann z.B. mindestens 3 oder mindestens eine Grossen-
f Ordnung betragen.
Es sei bemerkt, dass in der britischen Patentanmeldung 54878/68 IjSBSSgIg=BgBg=I ein Verfahren
zur Herabsetzung des Temperaturkoeffizienten eines Widerstandes durch Anbringung einer geeigneten Konzentration
einer neutralen Verunreinigung im Halbleiterwiderstandsgebiet beschrieben ist. In diesem
Falle stellt sich heraus, dass die Streuung der Ladungsträger durch das Kristallgitter einen positiven
Beitrag zu dem Temperaturkoeffizienten liefert,
während Streuung durch eine Verunreinigung (sowohl eine elektrisch wirksame als auch eine neutrale
Verunreinigung) einen negativen Beitrag liefert; die neutrale Verunreinigung wird in · dem Widerstandsgebiet
in einer Konzentration angebracht, die genügend gross ist, um den durch die Gitterstreuung gelieferten
positiven Beitrag praktisch auszugleichen, aber genügend klein ist, um das Auftreten eines
groesen negativen Temperaturkoeffizienten durch
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Streuung der Verunreinigung zu vermeiden. Auf diese Weise kann der Temperaturkoeffizient einen Absolutwert
von weniger als 750 ppm/0C aufweisen. Eine weitere
Erhöhung der Konzentration an neutraler Verunreinigung ist in bezug auf das Verfahren nach der
vorerwähnten Patentanmeldung 5^878/68 unerwünscht,
weil dadurch die Grosse des Temperaturkoeffizienten in negativem Sinne erhöht werden würde. Ueberraschenderweise
wurde gefunden, dass eine weitere Erhöhung einer bestimmten Konzentration an neutraler
Verunreinigung in einem Widerstandsgebiet, insbesondere in der Nähe des pn-üebergangs, insbesondere
in bezug auf die vorliegende Erfindung günstig ist, weil, obgleich die Grosse des Temperaturkoeffizienten
in negativem Sinne, in den meisten Fällen auf einen negativen Wert von mindestens -1000 ppm/°C,
zunimmt, die Spannungslxnearxtat wesentlich verbessert werden kann.
Bei Anordnungen nach der Erfindung kann die effektive Beweglichkeit von Majoritätsladungsträgern
in dem Widerstandsgebiet in der Nähe des erwähnten pn-Uebergangs z.B. höchstens gleich einem
Drittel oder höchstens einem Zehntel des Wertes beim Fehlen der implantierten neutralen Ionen und zugehöriger
Beschädigung sein. Die erwähnte Beweglichkeit kann mindestens eine Grössenordnung (z.B. zwei Gros-
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senordnungen) geringer als der Vert beim Fehlen der
implantierten neutralen Ionen und zugehöriger Beschädigung sein.
Die kombinierte Konzentration an implantierten neutralen Ionen und zugehöriger Beschädigung kann
einen Höchstwert in der Nähe des erwähnten pn-Uebergangs aufweisen, wo die Dotierungeatomenkonzentra-
W tion vom ersten Leitfähigkeitstyp abnimmt. Der Wert
dieser kombinierten Konzentration in der Erschöpfungsschicht, die an der Stelle des erwähnten pn-Uebergangs
eine bestimmte Betriebsspannung aufweist, ist wesentlich für die Bestimmung der effektiven
Beweglichkeit in der Erschöpfungssshicht im Widerstandsgebiet und somit der Spannungslinearität des
Widerstandes. Strahlungsbeschädigung und neutrale Ionen können über die ganze Tiefe des Widerstandsgebietes
sowie in der Erschöpfungsschicht an der Stelle des erwähnten pn-Uebergangs vorhanden sein.
Der Schichtwiderstand des Widerstandsgebietes
kann erheblich durch das Vorhandensein der implantierten neutralen Ionen und zugehöriger Beschädigung
gesteigert werden, insbesondere, aber nicht ausschliesslich, wenn die implantierte neutrale
Verunreinigung im ganzen Widerstandsgebiet vorhanden ist. Der Schichtwiderstand des Widerstandsgebietes
kann z.B. mindestens 30 k Xl/Quadrat sein;
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der erwähnte Schichtwiderstand kann aber höher, z.B. mindestens 0,25 M/i/Quadrat oder sogar 1 M/2/Quadrat,
sein.
Das Widerstandsgebiet kann durch Metallelektroden auf gut leitenden Kontaktgebieten des Körpers
kontaktiert werden. Wenn die Halbleiteranordnung eine integrierte Schaltung ist, kann mindestens einer
der Kontakte mit dem Widerstandsgebiet des Widerstandes eine Halbleitergebiet eines anderen Schaltungselements
der Schaltung, z.B. das Basisgebiet eines Bipolartransistors oder die Quelle oder Senke
eines Feldeffekttransistors, sein.
Nach der Erfindung ist weiter ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung,
bei dem ein Widerstandsgebiet vom ersten Leitfähig·· keitstyp eines Widerstandes, das an eine Oberfläche
eines Halbleiterkörpers grenzt, in diesem Körper angebracht und ein pn-Uebergang mit dem angrenzenden
Teil des Körpers vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet wird, wobei neutrale Ionen an der Stelle,
an der der erwähnte pn-Uebergang gebildet wird oder werden muss, in den Körper implantiert werden, da*
durch gekennzeichnet, dass die Implantation neutraler Ionen und eine gegebenenfalls anschliessende Wärmebehandlung derart durchgeführt werden, dass in der
Anordnung in der Nähe des erwähnten pn-Uebergangs
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-1C-
eine derartige Konzentration an implantierten neutralen
Ionen und zugehöriger Kristallbeschädigung angebracht wird, dass die Spannungslinearität des
Widerstandes um einen vorher bestimmten Wert vergrössert
wird.
Wie oben bereits erwähnt wurde, können die neutralen Ionen aus einem inerten Gas, z.B. Neon oder
Stickstoff, und/oder einem Element aus der Gruppe IV, z.B. Zinn, oder aus einem Halbleiterelement, bestehen.
Neon ist ein besonders geeignetes neutrales Ion für Implantation, weil es genügend leicht
ist, um z.B. durch eine Isolierschicht in den Halbleiterkörper bis zu der Tiefe des erwähnten pn-Uebergangs
einzudringen, während es dennoch genügend schwer ist, um bei einer niedrigen Dosis eine erhebliche
-Strahlungsbeschädigung herbeizuführen.
Die Konzentration an durch Ionenimplantation herbeigeführter Strahlungsbeschädigung wird durch
Ausglühen während einer Wärmebehandlung herabgesetzt. Auf diese Weise wird eine Wärmebehandlung, die auf
dem Halbleiterkörper durchgeführt wird, gleichzeitig mit und/oder nadh der Implantation neutraler Ionen
derart durchgeführt, dass die gewünschte Menge an Strahlungsbeschädigung in der hergestellten Anordnung
aufrechterhalten wird.
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Die Energie der neutralen Ionen kann derartig sein, dass die implantierten neutralen Ionen eine
Höchstkonzentration unterhalb der Stelle aufweisen,
an der der erwähnten pn-Uebergang gebildet wird oder werden muss. Die durch diese implantierten neutralen Ionen herbeigeführte maximale Strahlungsbeschädigung bleibt hinter der maximalen Ionenkonzentration zurück und kann also an der Stelle des erwähnten pn-Uebergangs und in dem Teil des Widerstandsgebietes, in
dem die Erschöpfungsschicht gebildet werden muss,
einen Höchstwert aufweisen.
an der der erwähnten pn-Uebergang gebildet wird oder werden muss. Die durch diese implantierten neutralen Ionen herbeigeführte maximale Strahlungsbeschädigung bleibt hinter der maximalen Ionenkonzentration zurück und kann also an der Stelle des erwähnten pn-Uebergangs und in dem Teil des Widerstandsgebietes, in
dem die Erschöpfungsschicht gebildet werden muss,
einen Höchstwert aufweisen.
Bei einer ersten Ausführungsform wird das
Widerstandsgebiet durch thermische Diffusion von Dotierungsatomen vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet.
Widerstandsgebiet durch thermische Diffusion von Dotierungsatomen vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird
das Widerstandsgebiet durch Implantation von Dotierungsionen vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet. In diesem Falle kann die Energie der neutralen Ionen derartig sein, dass die implantierten neutralen Ionen eine Höchstkonzentration in oder direkt unter dem
Implantationsschwanz der Ionen vom ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Die Implantationen können in
jeder beliebigen Reihenordnung durchgeführt werden,
während eine oder mehrere Ausglühbehandlungen stattfinden können. Es stellt sich aber heraus, dass ins-
das Widerstandsgebiet durch Implantation von Dotierungsionen vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet. In diesem Falle kann die Energie der neutralen Ionen derartig sein, dass die implantierten neutralen Ionen eine Höchstkonzentration in oder direkt unter dem
Implantationsschwanz der Ionen vom ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Die Implantationen können in
jeder beliebigen Reihenordnung durchgeführt werden,
während eine oder mehrere Ausglühbehandlungen stattfinden können. Es stellt sich aber heraus, dass ins-
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PHB 32110
besondere reproduzierbare hohe Widerstände hergestellt werden können, wenn die Implantation neutraler Ionen
der Implantation von Dotierungsionen vom ersten Leitfähigkeit styp vorangeht; in diesem Falle kann eine
einzige Ausglühbehandlung nach den beiden Implantationsschritten durchgeführt werden.
Die Strahlungsbeschädigung kann durch Aus-
W glühen durch Erhitzung während der Implantation
teilweise beseitigt werden, in welchem Falle die
Implantation auch eine Ausglühbehandlung umfassen soll. Eine Ausglühbehandlung bei einer niedrigen
Temperatur kann aber nach der Implantation stattfinden; auf diese ¥eise kann z.B. die Strahlungsbeschädigung teilweise nach Implantation durch Erhitzung des Körpers bei einer Temperatur von z.B. höchstens 5000C ausgeglüht werden.
teilweise beseitigt werden, in welchem Falle die
Implantation auch eine Ausglühbehandlung umfassen soll. Eine Ausglühbehandlung bei einer niedrigen
Temperatur kann aber nach der Implantation stattfinden; auf diese ¥eise kann z.B. die Strahlungsbeschädigung teilweise nach Implantation durch Erhitzung des Körpers bei einer Temperatur von z.B. höchstens 5000C ausgeglüht werden.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil
des Körpers einer Halbleiteranordnung,
des Körpers einer Halbleiteranordnung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Teil des Körpers nach Fig. 1 längs der Linie II - II der
Fig. 1,
Figuren 3 und k Querschnitte durch den
Teil des Körpers nach den Figuren 1 und 2 in zwei
Teil des Körpers nach den Figuren 1 und 2 in zwei
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PHB 32110
Herstellungsstufen längs derselben Linie wie in
Fig. 2,
Fig. 5 eine Draufsicht auf den Teil des
Körpers in der Stufe nach Fig. k,
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Aenderung des Schichtwiderstandes als Funktion der
Uebergangsvorspannung für verschiedene Widerstände.
Fig. 7 eine graphische Darstellung der Aenderung des Stromes durch verschiedene Widerstände
als Funktion der zwischen den Kontakten des Widerstandes angelegten Spannung, und
Fig. 8 eine graphische Darstellung der positiven Aenderung des Schichtwiderstandes als Funktion
der angelegten Spannung, welche Figur von Fig. abgeleitet ist.
Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Teil des Körpers ist ein Teil eines einkristallinen Siliciumkörpers»
in dem sich ein p-leitendes Widerstandsgebiet 1 befindet, das mit Bor implantiert
ist und an eine Oberfläche 2 des Teiles des Körpers grenzt. Das p-leitende Widerstandsgebiet 1 bildet
einen pn-Uebergang 3 mit dem angrenzenden n-leitenden
Teil 4 des Körpers, der von der Oberfläche 2 abgekehrt ist. Das Gebiet 1 ist zur Lieferung der
Sehaltfunktion eines Widerstandes durch hochleitende
Kontaktgebiete 5 vom p-Typ und durch Metall-
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PHB 32-1 K
schichtelektroden 6 kontaktiert. Die Elektroden 6.sind
in der Draufsicht nach Fig. 1 schraffiert dargestellt. Implantierte neutrale Ionen mit zugehöriger
Strahlungsbeschädigung befinden sich im Widerstandsgebiet 1 in der Nähe des pn-Uebergangs 3 auf der von
der Oberfläche 2 abgekehrten Seite in einer derartigen Konzentration, dass die effektive Beweglich-
ψ keit von Löchern in dem Widerstandsgebiet 1 in der
Nähe des pn-Uebergangs 3 auf der von der Oberfläche 2 abgekehrten Seite etwa um einen Faktor 10 herabgesetzt
wird. Die Spannungslinearität dieses Widerstandes wird im Vergleich zu einem Widerstand, dessem
Widerstandsgebiet bei niedriger Spannung den gleichen Schichtwiderstandswert aufweist und der
durch Implantation lediglich von Bor gebildet wird, um etwa eine GrossenOrdnung verbessert.
k Die implantierten neutralen Ionen können
aus Neon, Silicium, Zinn oder sogar Stickstoff bestehen. Die beiden nachstehenden Beispiele von Verfahren
zur Herstellung eines derartigen Transistors werden jedoch der Einfachheit halber nur für Neonionen
beschrieben. Es sei bemerkt, dass Silicium-., Zinn- oder sogar Stickstoffionen bei diesen Verfahren
angewandt werden können, indem die Ionenenergie und -Dosis, wenn nötig, geändert werden.
Ein derartiger Transistor kann auf folgende
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/ε
PHB 321I
Welse hergestellt werden*
Eine n-leitende Siliciumscheifoe mit einem
spezifischen Widerstand zwischen 3 und 5 £1 «cm, deren
Hauptoberflächen sich nahezu senkrecht zu einer bestimmten Kristallrichtung erstrecken, wird auf
übliche Weise mit einer Siliciumoxydschicht 10 versehen. Durch einen photοlithographischen Aetz* schritt
werden Oeffnungen 11 von 30 /um χ k0 /um
in der Oxydschicht 10 gebildet. Eine Vielzahl von Widerständen und anderen Schaltungselementen werden
gleichzeitig auf derselben Siliciumscheibe hergestellt; die Figuren 3-5 zeigen aber nur einen Teil
der Scheibe, in dem ein einziger Widerstand gebildet wird, und die Herstellung wird nachstehend für nur
einen einzigen Widerstand beschrieben.
Durch die Oeffnungen 11 wird Bor zur Bildung
der Kontaktgebiete 5 in die Scheibe hineindiffundiert.
Der Schichtwiderstand der auf diese Weise gebildeten diffundierten p-leitenden Kontaktgebiete
liegt zwischen 4θ und 60 Q. /Quadrat.
Dann wird die Oxydschicht 10 weggeätzt und eine neue Siliciumoxydschicht 7 mit einer Dicke von
9t"via 0,12 /um thermisch angewachsen. Durch einen photolicliographischen
Aetzschritt werden Kontaktöffnungen von 30 /um χ 16 /um in der Oxydschicht 7 angebracht.
Aräiohliessend wird Aluminium zur Bildung einer
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216042?
Schicht 12 auf der Oxydschicht 7 und auf den frei gelegten Teilen der Kontaktgebiete 5 an der Stelle
der Kontaktöffnungen in der Oxydschicht 7
niedergeschlagen. In der Aluminiumschicht 12 wird
eine strichförmige Oeffnung 13 zwischen den diffundierten
Kontaktgebieten 5 und den Kontaktöffnungen in der Oxydschicht 7 durch Aetzen angebracht.
Bei den anschliessend durchgeführten Implantationsschritten wird die Aluminiumschicht 12 mit
der Oeffnung 13 als Maskierungsmuster verwendet, so dass Ionen nur durch die Oeffnung 13 in der Aluminiumschicht
12 in die Scheibe implantiert werden. Es werden zwei Ionenbeschüsse durchgeführt, und zwar
einer mit neutralen Ionen und einer mit Bor. Nach den beiden Beschüssen wird eine einzige Ausglühbe-
fc handlung bei 5OO°C durchgeführt. Nach den Implantationen
wird die Aluminiumschicht 12 - mit Ausnahme von Quadraten von etwa 50 '/um χ 50 /um, die die Elektroden
6 bilden - durch Aetzen entfernt. Diese Elektroden 6 kontaktieren die diffundierten Kontaktgebiete
5 des Widerstandes an der Stelle der Kontakt-Öffnungen in der Oxydschicht 7· Beispiel I.
Bei diesem Beispiel des Verfahrend wurde
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der hergestellte Widerstand mit einem üblichen Widerstand unter den gleichen Borieplantationsbedingungen
verglichen. Die Hauptoberflochen der n-leitenden
Siliciumscheibe erstreckten sich nahezu senkrecht zu der K>
100 / -Kristallrichtung und die Borimplantation wurde vor der Implantation neutraler Jonen
durchgeführt.
Die ganze Scheibe wurde mit 4o keV- Borionen beschössen, die über die Oxydschicht 7 an der
Stelle der Oeffnung 13 zur Bildung des p-leitenden
Widerstandsgebietes 1 implantiert, wurden, das einen pn-Uebergang*mit dem angrenzenden η-leitenden Teil
bildet. Die Borionendosis betrug etwa 10 Ionen/cm2.
Dann wurde die Hälfte der Scheibe mit 100 keV-Neonionen mit einer Ionendosis von 2 χ 10
Ionen/cm2 beschossen* Die Neonionen wurden über
das Widerstandsgebiet 1 implantiert, aber wiesen \
eine Höchstkonzentration in der Nähe des pn-Uebergangs
3 auf. Die Neonionen wurden nur auf eine Hälfte der Siliciumscheibe gerichtet, so dass nur
die in dieser Hälfte der Scheibe gebildeten Widerstände eine implantierte Neonkonzentration aufwiesen.
In der anderen Hälfte der Scheibe wurden also andere nicht mit Neon Implantierte Widerstände gebildet,
die mit den wohl mit Neon implantierten Widerstanden verglichen wurden. Diese nicht mit Neon
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implantierten Widerstände waren übliche mit Bor implantierte Widerstände. Für die Neon- und Borimplantation
schloss die Orientationsrichtung des bombardierenden Ionenbündels mit der ^ 100^ -Kristallrichtung
einen Winkel von etwa 8° ein.
Es stellte sich heraus, dass bei Anwendung dieses Verfahrens und nach Ausglühen bei 5000C der
W Schichtwiderstandswert der gebildeten nicht mit
Neon implantierten Widerstände etwa 2 k O/Quadrat
betrug, während die gebildeten mit Neon implantierten -Widerstände einen höheren Schichtwiderstandswert
von etwa 20 kXJ/Quadrat aufwiesen.
Fig. 6 zeigt graphische Darstellungen der Aenderung der Leitfähigkeit (xxxx)x {'X- &" θ)
(in /uA/v) als Funktion der Quadratswurzel der
Spannung V (in V) für die hergestellten mit Neon
k implantierten und nicht mit Neon implantierten
Widerstände. Die Quadratswurzel der Spannung (v) ist als Abszisse aufgetragen. Diese Spannung ist
eine Sperrvorspannung über dem pn-Uebergang 3 zwischen einem Kontakt auf dem n-leitenden Teil
k und den beiden Elektroden 6 des Widerstandes. Als Ordinate ist die Aenderung der Schichtleitfähigkeit
& - {fO im Widerstandsgebiet 1 aufgetragen.
Die Kurve für die mit Neon implantierten Widerstände ist mit A bezeichnet, während der Ursprung
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O der Ordinate für diese Widerstände Oiist. Die
Kurve für die nicht mit Neon implantierten Widerstände ist mit B bezeichnet und der Ursprung <5""*O
der Ordinate für diese Widerstände ist 500 ,uA/V. Die Neigung der Kurven A und B ist ein Mass für die
effektive Beweglichkeit der Ladungsträger im Widerstandsgebiet 1 in der Nähe des pn-Uebergangs 3 auf
der von der Oberfläche 2 abgekehrten Seite. Diese Neigungen ergeben einen Wert von etwa 20 cm2/V pro
Sekunde für die mit Neon implantierten Widerstände und einen Wert von etwa 400 cm2/V pro Sekunde für
die nicht mit Neon implantierten Widerstände. Die Strahlungsbeschädigung und das implantierte Neon in
dem mit Neon implantierten Widerstand haben also die effektive Beweglichkeit von Ladungsträgern in der
Nähe des pn-Uebergangs 3 um mehr als einen Faktor 10 herabgesetzt.
Die Neonimplantation hat also wesentlich die Aenderung der Leitfähigkeit ^ ^mit der Spannung
in einer Einheitslänge des Widerstands herabgesetzt. Obgleich die Leckströme in dem mit Neon implantiertten
Widerstand etwa fünfmal grosser als die Leckströme in den nicht mit Neon implantierten Widerständen
waren, gleicht der erhöhte Schichtwiderstandswert diesen Effekt wenigstens teilweise aus.
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Bei diesem Beispiel des Verfahrens wurde der hergestellte Widerstand mit einem üblichen mit
Bor implantierten Widerstand mit demselben Schichtwiderstandswert bei niedrigen Spannungswerten verglichen.
Die Hauptoberfläche der η-leitenden SiIiciumscheibe für jeden Widerstandstyp erstreckten
m nahezu senkrecht zu der \ 111 ^ -Kristallrichtung
und die Borimplantation für die mit Neon implantierten Widerstände wurde nach der Neonimplantation
dur chge führ t.
In einer Scheibe wurden mit Neon implantierte Widerstände hergestellt. Diese eine Scheibe
wurde mit 100 keV-Neonionen mit einer Ionendosis
-I O
von 2 χ 10 Ionen/cm2 beschossen. Die Neonionen
wurden über den ganzen Teil, in dem das Widerstandsgebiet 1 gebildet werden musste, implantiert, aber
wiesen eine Höchstkonzentration in der Nähe des zu bildenden pn-Uebergangs 3 auf. Dann wurden 40
keV-Borionen auf die eine Scheibe gerichtet und über die Oxydschicht 7 an der Stelle der Oeffnung
13 zur Bildung des p-leitenden Widerstandsgebietes
1 implantiert, das mit dem angrenzenden n-leitenden Teil einen pn-Uebergang bildete. Die Borionendosis
betrug etwa 2 χ 10 Ionen/cm2.
In einer anderen ähnlichen Scheibe wurden
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nicht mit Neon implantierte Widerstände hergestellt. Diese andere Scheibe wurde mit kO keV-Borionen beschossen,
die über die öxydschicht 7 an der Stelle der Oeffnung 13 zur Bildung des p-leitenden Widerstandsgebietes
1 implantiert wurden, das mit dem angrenzenden p-leitenden Teil einen pn-Uebergang 3
bildete. In diesem Falle war die Borionendosis nur 1 2
5x10 Ionen/cm2, so dass für die mit Neon implantierten
sowie für die nicht mit Neon implantierten Widerstände die gebildeten Widerstandsgebiete den
gleichen Schichtwiderstandswert bei niedrigen Spannungen haben müssten.
Bei Anwendung dieses Verfahrens und nach Ausglühen bei 500°C stellte sich heraus, dass der
Schichtwiderstandswert der mit Neon implantierten sowie der nicht mit Neon implantierten Widerstände
etwa 50 k-Ω/Quadrat bei niedrigen Spannungen betrug.
(Siehe Fig. 8).
Fig. 7 zeigt Kurven der Aenderungen der Ströme durch diese Widerstände als Funktion der
zwischen ihren Elektroden 6 angelegten Spannung E. Der Strom I ist in /uA und die Spannung E in V angegeben.
Die Elektrode 6( mit dem niedrigsten Potential ist mit dem η-leitenden Substrat des Widerstands
verbunden. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, weisen die mit Neon implantierten Widerstände, die mit A bezeichnet
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sind, eine grössere Linearität als die nicht mit Neon implantierten (mit B bezeiehneten) Widerstände auf.
Fig. 8 zeigt Kurven der positiven Aenderung des Schichtwiderstandes S in k i^Quadrat bei ange-
legter Spannung E zwischen den Elektroden 7 für die
mit Neon implantierten Widerstände (a) sowie für die nicht mit Neon implantierten Widerstände (b).
™ S ist vor dem Gradienten der Neigungen der Kurven
A und B in Fig. 7 abgeleitet, um die Geometrie der Widerstände zu korrigieren. Bei niedrigen Werten der
Spannung E ist der Schichtwiderstandswert für beide Typen Widerstände A und B etwa 50 kCi/Quadrat. Wie
aber aus Fig. 8 hervorgeht, nimmt der Schichtwiderstandswert der nicht mit Neon implantierten Widerstände
(b) mit der Spannung erheblich schneller als der der mit Neon implantierten Widerstände (A) zu.
^ Die Linearität der gebildeten mit Neon implantierten
Widerstände A wird um einen Faktor von mindestens 3 im Vergleich zu den nicht mit Neon implantierten
Widerständen B mit dem gleichen Anfangsschichtwider
standswert verbessert.
Leckströme in den mit Neon implantierten Widerständen (A) hatten, wie sich herausstellte, um
einen Faktor von etwa 7 x auf etwa 70 nA/mm2 zugenommen;
dieser Wert liegt noch weit unterhalb des Stroms beim Betrieb in einem Widerstand mit prak-
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tischen Abmessungen und ist für Anwendung in integrierten
Schaltungen akzeptabel. Der Temperaturkoeffizient der Widerstände wurde gemessen und es
stellte sich heraus, dass dieser etwa -k χ 10 ppm/°C
war; dieser hohe negative Wert ist der hohen Konzentration an implantierten Neonionen und zugehöriger
Beschädigung im Widerstandsgebiet zuzuschreiben.
Bei den mit Neon implantierten im Beispiel
1 hergestellten Widerständen war die implantierte Neondosis höher (2 . 10 Ionen/cm2 im vergleich zu
2 . 10 Ionen/cm2). Daher lässt sich bei diesen
Widerständen nach Beispiel I ein noch höherer negativer Temperaturkoeffizient erwarten.
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Claims (4)
- - 2k -PHB 32110kt en tan Sprüche :Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper mit mindestens einem Halbleiterwiderstand mit einem Widerstandsgebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das an eine Oberfläche des Körpers grenzt und mit dem angrenzenden Teil des Körpers vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp einen pn-Uebergang bildet, da-" durch gekennzeichnet, dass implantierte neutrale Ionen und eine zugehörige Halbleiterkristallbeschädigung in dem Widerstandsgebiet wenigstens in der Nähe des erwähnten pn-Uebergangs in einer derart hohen Konzentration vorhanden sind, dass die Spannungslinearität des Widerstandes erheblich verbessert wird.
- 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnten neutraleh Ionen in einer derart hohen Konzentration implantiert werden, dass der Widerstand einen grossen negativen Temperaturkoeffizienten von mindestens -1000 ppm/°C aufweist.
- 3· Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die erwähnte Implantation die effektive Beweglichkeit der Majorität sladungs träger im 'Widerstandsgebiet in der Nähe des erwähnten pn-Uebergangs höchstens gleich einem Drittel des Wertes beim Fehlen der implantierten209825/0800PHB 32110neutralen Ionen und zugehöriger Beschädigung ist.
- 4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Beweglichkeit der Majoritätsladungsträger im Widerstandsgebiet in der Nähe des erwähnten pn-Uebergangs mindestens eine Grössenordnung niedriger als der Wert bei« Fehlen der implantierten neutralen Ionen und zugehöriger Beschädigung ist.5· Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte Konzentration an implantierten neutralen Ionen und zugehöriger Beschädigung einen Höchstwert in der Nähe des pn-Uebergangs aufweist, wo die Dotierungsatomenkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp abnimmt.6. Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtwiderstand des Widerstandsgebietes mindestens 30 k/l/Quadrat ist.7· Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in einem Halbleiterkörper ein Widerstandsgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp eines Widerstandes angebracht wird, das an eine Oberfläche des Körpers grenzt und mit dem angrenzenden Teil des Körpers vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp einen pn-Uebergang 209825/0800PHB 32110bildet, wobei neutrale Ionen in das erwähnte Widerstandsgebiet implantiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Implantation der neutralen Ionen und eine gegebenenfalls anschliessende Wärmebehandlung derart durchgeführt werden, dass in der Nähe des pn-Uebergangs eine derartige Konzentration an implantierten^ neutrale Ionen und zugehöriger Halbleiterkristallbeschädigung erhalten wird, dass die Spannungslinearität des Widerstandes um einer vorher bestimmten Wert verbessert wird.8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Energie der neutrale Ionen derartig ist, dass die implantierten neutralen Ionen eine Höchstkonzentration unmittelbar unterhalb der Stelle aufweisen, an der der pn-Uebergang gebildet wird oder werden muss." 9· Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurchgekennzeichnet, dass neutrale Ionen eines inerten Gases implantiert werden.10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass Neonionen implantiert werden.11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Silicium als Halbleitermaterial verwendet wird, und dass neutrale Zinnionen implantiert werden.12. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch209825/0800PHB 32110gekennzeichnet, dass Silicium als Halbleitermaterial verwendet wird und dass neutrale Siliciumionen implantiert werden.13· Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsgebiet durch Implantation von Dotierungsionen vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet wird.14. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, dass die Implantation neutraler Ionen vor der Implantation von Dotierungsionen vom ersten Leitfähigkeitstyp durchgeführt wird.15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 h±s"\k, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Implantation neutraler Ionen der Körper auf eine Temperatur von höchstens 500°C erhitzt wird.209825/0800
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