DE2923799C2 - Diffundierter Halbleiterwiderstand - Google Patents

Description

a) die Querschnittsfläche des Widerstandes (2) to weist entlang seiner Längserstreckung (a) einen Maximalwert auf;

b) die Spannungsteilerabgriffe (x, y, w; x, y, w, u, v) sind nahe beieinander liegend im Bereich des Maximalwertes der Querschnittsfläche angeordnet

2. Diffundierter Halbleiterwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteilerabgriffe (x, y, w; x, y, w, u, o) im Bereich der größten Steigerungsänderung des mit den Spannup.gsteilerabgriffen (x, y, w; x, y, w, u, v) versehenen Längsrandes (B) des Widerstandes (2) angeordnet sind.

3. Diffundierter Halbleiterwiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Spannungsabgriffen (x, y, w; x, y, w, u, o) versehene Längsrand (B) des Widerstandes (2) einen bezüglich der Stelle maximaler Querschnittsfläche symmetrischen Krümmungsverlauf aufweist und die Spannungsabgriffe (x, y, w; x, y, w, u, v) beidseits der Stelle maximaler Querschnittsfläche angeordnet sind.

35

Die Erfindung betrifft einen diffundierten Halbleiterwiderstand gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 35 77 038 ist eins monolithisch integrierte Spannungsteilerschaltung bekannt, bei welcher der Widerstand durch eine in ein Halbleitersubstrat eindiffundierte streifenförmige Zone mit zur Leitfähigkeit des Halbleitersubstrats entgegengesetzter Leitfähigkeitsart gebildet ist. Dabei sind die Abgriffskontaktflächen für mehrere Zwischenabgriffsstellen auf der Widerstandsbahn angeordnet. Dadurch kommt es zu strukturellen Veränderungen geometrischer und physikalischer Art, deren Auswirkung auf das fertige Bauelement quantitativ sehr schwer abzuschätzen ist. Dieser Nachteil wirkt sich umso deutlicher aus, je größer die Anzahl der Zwischenabgriffsstellen ist, und insbesondere dann, wenn die Spannungsteilerschaltung mehrere Zwischenabgriffe haben soll, die sehr nahe beeinander liegen, um zwischen diesen einen sehr kleinen Widerstandswert zu erzielen. Für die Herstellung möglichst genau reproduzierbarer kleiner Widerstandswerte ist diese bekannte integrierte Spannungsteilerschaltung nicht geeignet.

Eine Spannungsteilerschaltung der eingangs angegebenen Art ist bekannt aus »Semiconductor Measurement Technology«, U.S. Department of Commerce, November 1974, Seiten 46 und 47. Diese Veröffentlichung befaßt sich allerdings nicht mit der Bereitstellung eines diffundierten Halbleiterwiderstandes sondern gibt eine Struktur an, mit deren Hilfe unter Einsatz der üblichen 4-Punkt-Meßmethode der Flächenwiderstand einer dotierten Halbleiterzone gemessen werden kann. In herkömmlicher Weise wird hierfür ein Diffusionszonenstreifen verwendet, der sich wie ein Widerstandsstreiten verhält. Dieser Widerstandsstreifen weist ein Paar Kontaktstellen an seinen beiden Enden und zwei weitere Kontaktstellen, die einen Abstand voneinander aufweisen, zwischen den beiden Enden auf. Auf die Kontaktstellen können vier Meßspitzen aufgesetzt werden. Über die beiden Meßspitzen an den äußeren Enden des Widerstandsstreifen wird eine Speisespannung angelegt, die einen Stromfluß durch den Widerstandsstreifen erzeugt, der mit einem Meßinstrument gemessen wird. Mittels der auf die beiden weiteren Kontaktstellen aufgesetzten Meßspitzen wird der Spannungsabfall gemessen, den der Stromfluß durch den Widerstandsstreifen zwischen diesen beiden zusätzlichen Kontaktstellen hervorruft Um den zu ermittelnden Flächenwiderstand möglichst genau zu messen, soll dieser Spannungsabfall möglichst groß sein, weswegen die beiden zusätzlichen Kontaktstellen einen möglichst großen Abstand voneinander aufweisen sollen.

Bei der in der genannten Veröffentlichung dargestellten Struktur befinden sich mit metallischen Leiterbahnen verbundenen Teile der Widerstandszone auf Abgriffskontaktflächen, die alle auf derselben Seite der Widerstandszone im selben Abstand von dieser angeordnet sind und mit der Widerstandszone je durch eine quer zu ihr verlaufende Abgriffszone verbunden sind. Um bei der Spannungsmessung den Einfluß der Abgriffszone klein zu halten, sind die Abgriffszonen der beiden mittleren Abgriffskontaktflächen relativ schmal. Die Abgriffskontaktflächen selber und die darauf befindlichen Abgriffsleiterbahnen sind jedoch wesentlich größer und haben Abmessungen, die um einiges größer sind als die Breite der Widerstandszone. Diese bekannte Widerstandsmeßstruktur eignet sich daher nicht für einen Halbleiterwiderstand mit mehreren Spannungsteilerabgriffen, zwischen denen eine nur sehr kleine Teilspannung abgreifbar sein soll. Es existiert ein Mindestabstand, der durch die Mindestabmessungen der Abgriffskontaktflächen bedingt ist, deren Abmessungen wiederum durch die Mindestgröße der Abgriffsleiterbahnen bedingt ist. Sehr kleine Teilspannungen, die beispielsweise nur bei wenigen mV liegen, lassen sich mit dieser bekannten Struktur somit nicht realisieren.

Ein Halbleiterwiderstand, der den Abgriff sehr kleiner Teilspannungen, beispielsweise im Größenordnungsbereich von 1 bis 3 mV ermöglicht, wird beispielsweise dazu benötigt, Offset-Fehler einer Widerstandsbrücke minimal zu machen. Dabei liegt nicht von vornherein fest, von welchen der mehreren Spannungsteilerabgriffen des Halbleiterwiderstandes Teilspannungen abgegriffen werden. Die Auswahl der abgegriffenen Teilspannung erfolgt erst, nachdem der Restfehler der Widerstandsbrücke gemessen und eine zur Fehlerkompensation geeignete Teilspannung ausgewählt ist. Danach wird dann eine bleibende leitende Verbindung zu dem ausgewählten Spannungsteilerabgriff hergestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen abgreifbaren diffundierten Halbleiterwiderstand der eingangs genannten Art verfügbar zu machen, bei dem sich sehr kleine Teilspannungen abgreifen lassen.

Eine Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben und kann den Unteransprüchen gemäß vorteilhaft weitergebildet werden.

Die Maßnahmen, die Querschnittsfläche des Widerstandes entlang seiner Längserstreckung mit einem Maximalwert auszubilden und die Spannungsteilerabgriffe nahe beieinander liegend im Bereich des Maximalwertes der Querschnittsfläche anzuordnen, führt da/u, daß die seitlich angeordneten Spannungsteilerabgriffe an Orten minimaler Stromdichte zu liegen kommen. Da-

durch erreicht man zwischen benachbarten Spannungsteilerabgriffen eine kleinere Teilspannung als zwischen Spannungsteilerabgriffen gleichen geometrischen Abstandes, die sich außerhalb des Bereichs maximaler Querschniitsfläche befinden, also an Steller, mit höherer Stromdichte.

Wenn man die Spannungsteilerabt.': iffe im Bereich der größten Steigerungsänderung des mit den Spannungsteilerabgriffen versehenen Längsrandes des Widerstandes anordnet, erreicht man eine besonders s.arke Auffäche.-üng der Verbindungsbahnen zwischen dem Halbleiterwiderstand und den Abgriffskontaktflächen, so daß man mehr Platz für die Abgriffskontaktflächen verfügbar hat oder bei einer bestimmten Größe der einzelnen Abgriffskontaktflächen die eigentlichen Abgriffsstellen sehr eng nebeneinander anordnen und daher sehr kleine Teilspannungen abgreifen kann. Besonders günstige Verhältnisse erreicht man, wenn man die Stelle maximaler Querschnittsfläche mit einem symmetrischen Krümmungsverlauf des mit den Spannungsabgriffen versehenen Längsrandes versieht und die Spannungsabgriffe beidseits der Stelle maximaler Querschnittsfläche anordnet.

In einer eigenen älteren Patentanmeldung, die inzwischen zur DE-PS 28 19 149 geführt hat, ist bei einem Halbleiterwiderstand mit konstanter Querschnittsfläche bereits vorgeschlagen worden, die Abgriffe auf einander gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterwiderstandes anzuordnen, so daß sie hinsichtlich der Längserstrekkung des Halbleiterwiderstandes beliebig dicht nebeneinander angeordnet werden können, im Extremfall iogar genau gegenüberliegend, was den Abgriff gleich großer Teilspannungen ermöglicht. Diese Methode eignet sich jedoch dann nicht, wenn mehr als zwei nur geringfügig voneinander verschiedene Teilspannungen abgreifbar sein sollen, um beispielsweise verschieden große, erst durch Messung feststellbare Restfehler einer Widerstandsbrücke kompensieren zu können.

Aus der DE-OS 18 16 067 ist ein elektrischer Widerstand bekannt, der einen dünnen, filmartigen Träger aus elektrisch isolierendem Material aufweist, auf den ein aus elektrischem Widerstandsmaterial bestehendes mäanderförmiges Linienmuster aufgebracht ist. Auf dem Träger befindet sich außerdem eine Verbindungsleiterbahn. Das mäanderförmige Linienmuster ist in einzelne Widerstandsabschnitte mit je zwei Widerstandsenden unterteilt, wobei die Widerstandsenden alle mit der Verbindungsleilerbar-n verbunden sind. Dabei liegen die benachbarten Widerstandsenden je eines benachbarten Paares von Widerstandsabschnitten an jeweils ganz nahe beieinanderliegenden Punkten des Verbindungsleiierstreifens. Die einzelnen Widerstandsabschnitte sind zunächst von dem Verbindungsleiter elektrisch überbrückt. Dadurch, daß man den Verbindungsleiter zwischen den zu einem Widerstandsabschnitt gehörenden Widerstandsenden unterbricht, beispielsweise durch Ausstanzen eines Loches aus dem Träger an entsprechender Stelle des Verbindungsleiters, kann man den elektrischen Widerstand entsprechender Widerstandsabschnitte wirksam machen. Daß benachbarte Widerstandsenden benachbarter Widerstandsabschnitte ganz nahe beieinander angeordnet werden, hat den Zweck, die Gesamtlänge des bekannten Widerstandselementes möglichst klein zu machen. Dies dient jedoch nicht der Möglichkeit, sehr kleine Teilspannungen abgreifen zu können. Nach außen hin gibt es nämlich nur zwei Anschlüsse an den beiden Enden der Verbindungsleiterbahn. Teilspannungen sind somit nicht abgreifbar.

Aus der DE-PS 7 60 029 ist ein Widerstandsstreifen bekannt, der die Stromabnahmebahn für einen beweglichen Stromabnehmer bildet. Dieser Widerstandsstreifen besitzt Anzapfungen an Stellen, die in Gebieten mit jeweils niedrigerem Widerstand liegen, die allerdings nicht durch zunehmenden Widerstandsquerschnitt sondern durch Änderung des spezifischen Widerstands des Widerstandsmaterial erzeugt worden sind. Da benachbarte Anzapfungen nicht in ein und demselben Bereich niedrigen Widerstandes angeordnet sind, sondern in benachbarten Gebieten niedrigen Widerstandes, zwischen denen sich ein Gebiet hohen Widerstandes befindet, sind zwischen benachbarten Anzapfungen keine besonders niedrigen Teilspannungen abgreifbar.

Die Erfindung wird nun anhand zweier Ausführungsformen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform eines Halbleiterwiderstandes mit zu einer Längsmittellinie unsymmetrischen Längsrändern; und

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform eines Halbleiterwiderstandes mit zu seiner Längsmittellinie unsymmetrischen Längsrändern.

In F i g. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In Draufsicht, jedoch nicht im Maßstab, ist die Oberfläche eines Silizium-Einkristalls mit einem ersten Leitfähigkeitstyp gezeigt, in den ein Donator diffundiert ist, um einen diffundierten Widerstand 2 mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp zu erhalten. Die Dicke der diffundierten Schicht, die in allen Punkten der Draufsicht des diffundierten Widerstandes konstant ist, ist nicht dargestellt.

In der Figur erkennt man die Längsmittellinie a des diffundierten Widerstandes, die Enden 3 und 4, die am Schluß der Herstellung der Vorrichtung gemeinsam mit den Enden der Abgriffe X. Kund Wmetallisiert worden sind, die Längsränder B und C, die den diffundierten Widerstand zu beiden Seiten der Längsmittellinie a begrenzen, die rechtwinklig zur Längsmittellinie a liegenden Schnittflächen zwischen den Punkten O-O', P-P' und R-R'sow\e schließlich die Abgriffe x,y und w.

Die Abgriffe x, y und w sind am Längsrand B in der Nähe des Punktes Pangeordnet, wo die Querschnittsfläche am größten ist, d. h., wo das Produkt aus dem Abstand P-P' und der Dicke s sowie gleichzeitig die Steigungsänderung des Längsrandes Sam größten sind. Die Abstände O-O' und R-R'bezeichnen die Zonen des diffundierten Widerstandes, in denen die rechtwinklig zur Längsmittellinie liegende Querschnittsfläche konstant bleibt. Im dargestellten Beispiel weist nur der Längsrand B die zur Ausführung der Erfindung geeigneten Eigenschaften auf, wobei die Anzahl der Abgriffe 3 beträgt.

Beim in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Anzahl der Abgriffe größer als 3 sein, weil in der Gegend des maximalen Querschnittes der Außenrand eine fast konstante Steigungsänderung hat. Auch hier ist die Darstellung nicht maßstabsgetreu, wob^i die Bezugszeichen mit denen der F i g. 1 übereinstimmen.
Die Abgriffe sind mit x. y, w, u und ν bezeichnet.
Bei diesem Beispiel ist der Au3enrand B ersichtlich geeignet, um die Erfindung mit einer Anzahl von Abgriffen, die größer als 3 ist, auszuführen, weil der Verlauf des Außenrandes in den Punkten, die am nächsten am maximalen Querschnitt liegen, ein Kreisbogen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Diffundierter Halbleiterwiderstand, der auf einer Längsseite mit mehreren Spannungsteilerabgriffen versehen ist, den Abgriffskontaktflächen außerhalb der eigentlichen Widerstandsbahn liegen,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale: