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 Anordnung

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DE2160427A1 DE19712160427 DE2160427A DE2160427A1 DE 2160427 A1 DE2160427 A1 DE 2160427A1 DE 19712160427 DE19712160427 DE 19712160427 DE 2160427 A DE2160427 A DE 2160427A DE 2160427 A1 DE2160427 A1 DE 2160427A1
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Description

Anmelder: O. P:; ■ V ..'. ■...'; .cJ'^IEKEN
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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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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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.
Bei einer ersten Ausführungsform wird das
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-
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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.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil
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
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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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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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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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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 209825/0800
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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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Beispiel II
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)

  1. - 2k -
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    kt 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. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnten neutrale
    h Ionen in einer derart hohen Konzentration implantiert werden, dass der Widerstand einen grossen negativen Temperaturkoeffizienten von mindestens -1000 ppm/°C aufweist.
  3. 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 implantierten
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    neutralen Ionen und zugehöriger Beschädigung ist.
  4. 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 209825/0800
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    bildet, 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, dadurch
    gekennzeichnet, 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, dadurch
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    gekennzeichnet, 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.
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