DE3009042A1

DE3009042A1 - Halbleiterwiderstand

Info

Publication number: DE3009042A1
Application number: DE19803009042
Authority: DE
Inventors: Michael John Saari
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1979-03-19
Filing date: 1980-03-08
Publication date: 1980-10-02
Also published as: JPS55146957A; CA1122721A; GB2044998A; JPS6356707B2; SE8002073L; FR2452180A1

Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 4300 ESSFN1 · AM RUHRETEiM 1 - TEL.: (O2O1) 412687 Seite -.jX^-lj-- _T -!04

TRW, INC.
10880 Wilshire Blvd., Los Angeles, Kalifornien 90024, V.St.A.

Halbleiterwiderstand

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterwiderstände zur Verwendung in integrierten Schaltungen.

Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen werden elektrische Widerstandselemente typischer Weise durch Bildung einer Halbleiter-Widerstandsschicht auf einem Unterlagenmaterial (Substrat), beispielsweise durch Diffusion hergestellt. Die Widerstandsschicht wird dotiert, um einen vom Unterlagenmaterial bzw. Substrat abweichenden Halbleitertyp zu schaffen. Bekanntlich sind Halbleitermaterialien prinzipiell entweder n- oder p-leitend, wobei die n-leitenden Materialien mit fünfwertigen Atomen in einer gewählten Konzentration dotiert werden, um einen Überschuß an freien Elektronen als Ladungsträger zu schaffen, und die p-leitenden Materialien werden mit dreiwertigen Atomen bei einer gewählten Konzentration dotiert, um einen Überschuß an freien Löchern als Ladungsträger hervorzurufen. So.kann beispielsweise eine Widerstandsschicht dadurch gebildet werden, daß n-leitendes Material in die Oberfläche eines p-leitenden Substrats eindiffundiert wird. An den entgegengesetzten Endabschnitten

Z/ko.

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der η-leitenden Widerstandsschicht wird mit letzterer die elektrische Kontaktierung hergestellt, wobei der Widerstandswert der Widerstandsschicht in erster Linie von deren Abmessungen abhängig ist. Generell werden derartige Schichten auf eine einheitliche Tiefe eindiffundiert, und der Widerstandswert bestimmt sich nach den Breiten- und Längenabmessungen der Schicht.

Ein Hauptproblem, das Halbleiter-Widerstandselementen dieser allgemeinen Art anhaftet, besteht darin, daß diese Widerstandselemente nicht-lineare Spannungs-Strom-Charakteristiken haben, d.h. der Widerstandswert ändert sich beträchtlich mit Schwankungen der am Widerstandselement anliegenden Spannung. Dieses Phänomen wird manchmal als JFET-Effekt bezeichnet, da sich die Widerstandsschicht und das benachbarte Substrat ähnlich einem Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET) verhalten. Insbesondere wird eine Verarmungs- oder Raumladungszone an der Übergangszone zwischen dem η-leitenden Widerstandselement und dem p-leitenden Substrat gebildet, und die Dicke dieser Zone schwankt mit der Spannungsdifferenz am Übergang bzw. an der Sperrschicht. Die Verarmungszone dringt in die η-leitende Widerstandsschicht ein, verringert deren effektive Tiefe und erhöht dadurch den Widerstand der Schicht beträchtlich. Die Dicke der Verarmungszone hängt an jedem Punkt entlang der Übergangsgangszone von der Spannung über der Übergangszone bzw. Sperrschicht an diesem Punkte ab. Demgemäß ist der Gesamteffekt der Verarmungszone auf den Widerstandswert von den Spannungen abhängig, die an den Widerstandsanschlüssen anliegen.

Diese Problem der Nicht-Linearität hat auf digitale integrierte Schaltungen nur wehig oder keinerlei' Einfluß, da es bei digitalen Bauelementen hauptsächlich auf die Spannungs- bzw. Stromschwellenwerte, nicht aber auf die Absolutwerte ankommt. In analogen Schaltungen ist dagegen der Absolutwert eines Stroms oder einer Spannung wesentlich, so daß die Nicht-Linearität eines

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Widerstandes ein kritisches Problem werden kann. So wird beispielsweise in einem Digital/Analog-Umsetzer eine analoge Ausgangsspannung durch Steuerung des an ein Widerstandsnetzwerk angelegten Stroms entwickelt. Wenn sich die Widerstandswerte beträchtlich ändern, kann die analoge Ausgangsspannung entsprechend fehlerhaft sein, so daß die Genauigkeit des Bauelements ernsthaft in Frage steht.

Der zuvor erläuterte Einfluß der Nicht-Linearität kann an einem besonderen Beispiel gezeigt werden. In einer typischen Schaltung zur Digital/Analog-Umsetzung können an ein Widerstandselement Spannungen zwischen 0 und 1 Volt angelegt werden, und die entsprechenden Schwankungen des Widerstandswerts über diesen Spannungsbereich können 1 bis 2 % betragen. In einem Digital/Analog-Umsetaer mit einer 12-Bit-Auflösung, d.h. einem Umsetzer, der eine aus 12-Bits bestehende Eingangsgröße in ein entsprechendes Analogsignal umzusetzen vermag, hat das am niedrigsten bewertete Bit des digitalen Eingangssignals einen Wert von 1/4096 oder angenähert 0,025 %. Ein Widerstandsfehler von 1 % ist daher angenähert gleich dem vierzigfachen Wert des am niedrigsten bewerteten Bits, was bedeutet, daß die Genauigke des analogen Ausgangssignals nicht zum Auflösungsvermögen der digitalen Eingangsdaten paßt und die niedrigsten sechs Bits des 12-Bit-Eingangssignals beim Umsetzen unrichtig interpretier werden können.

Zwar ist es möglich, Nicht-Linearität von Widerständen mit Hilfe externer Schaltungsmaßnahmen oder durch vollständig andere Herstellung der Widerstände zu kompensieren; jedoch steht dies im Gegensatz zu dem allgemeinen Ziel der Schaffung einer monolitischen Schaltung bei vertretbaren Kosten. Es ergibt sich also ein besonders dringender Bedarf in der integrierten Schaltungstechnologie nach einem Halbleiter-Widerstandselement, das einen praktisch konstanten Widerstandswert über einen weiten Bereich von anliegenden Spannungen hat. Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Bedarf zu befriedigen.

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Die Erfindung stellt einen Halbleiterwiderstand zur Verfügung, der einen praktisch konstanten Widerstandswert über einen weiten Betriebsspannungsbereich hat. Allgemein ausgedrückt weist der erfindungsgemäße Widerstand eine Trennschicht auf, auf der eine Halbleiter-Widerstandsschicht mit zwei elektrischen Kontakten als Widerstandsanschlüssen und einem an einem vorgegebenen Zwischenpunkt zwischen den ersten beiden Kontakten, vorzugsweise in der Mitte zwischen letzteren angeordneten dritten elektrischen Kontakt aufgebaut ist. Ferner weist der erfindungsgemäße Widerstand eine die Trennschicht an den dritten elektrischen Kontakt in der Widerstandsschicht anschließende Verbindung auf. Aufgrund dieser Gestaltung und Anordnung wird die Trennschicht auf einem Potential gehalten, das zwischen den an die Widerstandsanschlüsse angelegten Potentialpegeln liegt, und die Natur der Dicke der Verarmungszone am Übergang zwischen der Widerstandsschicht und der Trennschicht ist so, daß die mittlere wirksame Tiefe der Widerstandsschicht unabhängig von Schwankungen der am Widerstand anliegenden Klemmenspannung praktisch konstant gehalten wird. Daher bleibt auch der Widerstandswert zwischen den Anschlüssen praktisch konstant.

Es ist zu sehen, daß bei dem erfindungsgemäßen Widerstand der Übergang zwischen der Widerstandsschicht und der Trennschicht zu einem Ende des Übergangs hin in Sperrichtung und zum entgegengesetzten Ende des Übergangs hin in Vorwärts- bzw. Durchlaßrichtung betrieben wird. Eine Null-Vorspannung wird an dem gewählten Zwischenpunkt am Übergang aufrechterhalten, da der dritte elektrische Kontakt in der Widerstandsschicht elektrisch mit der Trennschicht verbunden ist. Die Verarmungszone ändert sich von einer Maximaldicke an dem in Sperrichtung betriebenen Ende des Übergangs zu einer Minimaldicke an dem in Durchlaßrichtung vorgespannten Ende des Übergangs. Eine Vergrößerung der Dicke der Verarmungszone führt zu einer Verminderung der effektiven Dicke der Widerstandsschicht und umgekehrt. Der

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Flächenwiderstand der Widerstandsschicht ist daher an dem in Sperrichtung vorgespannten Ende am größten und an dem in Durchlaßrichtung vorgespannten Ende am niedrigsten. Die mittlere effektive Tiefe der Widerstandsschicht ist jedoch angenähert gleich der Tiefe am Mittelpunkt, und diese Tiefe wird aufgrund der elektrischen Verbindung mit der Trennschicht konstant gehalten. Wenn sich daher die an den Widerstandsanschlüssen angelegten Spannungen ändern, so ändert sich auch die Dicke der Verarmungsschicht, jedoch bleibt die mittlere Dicke praktisch konstant, und dementsprechend wird die mittlere effektive Tiefe der Widerstandsschicht ebenfalls praktisch konstant gehalten.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zur Herstellung eir Halbleiterwiderstandes angegeben, das sich dadurch auszeichnet, daß eine Trennschicht in einem Substrat oder einem anderer Unterlagematerial gebildet, eine mit der Trennschicht einen Übergang bildende Widerstandsschicht aufgebaut und vier elektrische Kontakte gebildet werden, von denen zwei die Anschlußkontakte in der Widerstandsschicht, ein dritter zwischen den ersten beiden Kontakten in die Widerstandssch'icht eingebaut und ein vierter in der Trennschicht angeordnet wird. Schließlich werden die dritten und vierten Kontakte elektrisch miteinander verbunden, um eine Null-Vorspann-Bedingung an einer Zwischenpunkt des Übergangs zwischen der Widerstandsschicht und der Trennschicht aufrechtzuerhalten.

Eine beachtliche aber vermeidbare Beschränkung der Erfindung liegt darin, daß bei anliegen von Spannungen an den Widerstandsanschlüssen derart, daß der in Durchlaßrichtung vorgespannte Abschnitt des Übergangs zwischen der Widerstandsschicht und der Trennschicht leitend wird, eine unerwünschte Stromleitung aus der Widerstandsschicht auftritt, welche den vorgesehenen Widerstandswert merklich verzerrt. Es muß daher darauf geachtet werden, daß die Spannungen an der Widerstands-

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schicht solche Werte haben, daß der Übergang zwischen der Widerstandsschicht und der Trennschicht nicht soweit in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, daß ein beträchtlicher Strom über den Übergang fließt. Dieses Problem kann in Weiterbildung der Erfindung dadurch weitgehend ausgeschaltet werden, daß eine Vielzahl von Widerständen in der erfindungsgemäßen Ausbildung verwendet und zur Verringerung der Spannungsdifferenz zwischen der Widerstandsschicht und der Trennschicht in jedem Widerstand in Reihe geschaltet wird.

Aus der vorstehenden allgemeinen Beschreibung ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Widerstand nicht nur bei Digital/Analog-Umsetzern, sondern mit ähnlichen Vorteilen in jeder integrierten Schaltung verwendbar ist, in der analoge Signale erzeugt oder verarbeitet werden. Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie,len näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht auf eine Halbleiterwiderstands-Diffusionszone, wie sie für den Stand der Technik typisch ist;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht des Halbleiterwiderstandes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen Widerstandselements unter Veranschaulichung der im wesentlichen konstant gehaltenen mittleren Tiefe der Grenze der Verarmungszone;

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht mit vier

erfindungsgemäß· hergestellten Widerständen, die zur Senkung der' Vorspannung in Durchlaßrichtung in Reihe geschaltet sind;

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht durch eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterwiderstandes; und

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Fig. 6 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Digital/Analog-Umsetzers, bei dem-Widerstandselemente nach der Erfindung verwendet werden.

Die Erfindung befaßt sich mit Halbleiter-Widerstandselementen und der Anwendung solcher Elemente auf integrierte Schaltungen, z.B. Digital/Analog-Umsetzer. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird nach einer üblichen Methode zur Herstellung von Widerständen ir integrierten Schaltungen eine Widerstandsschicht aus einem ·. Halbleitermaterial eines speziellen Leitungstyps, z.B. eine η-leitende Zone 10 in ein darunterliegendes Substratmaterial 12 eines anderen Leitungstyps, in Fig. 1 ein p-leitendes Substr eindiffundiert. Elektrische Kontakte 14 und 16 sind an entgegengesetzten Enden der Widerstandsschicht 10 angeordnet. Der Widerstandswert der Widerstandsschicht 10 hängt von den Abmessungen der η-leitenden Diffusionszone ab, die die Widerstandsschcht bildet. Bekanntlich b.ildet sich in der Nähe eines pn-Ubergangs eine Verarmungs- oder Raumladungszone 18, die zwischen den in Kontakt stehenden Schichten 10 und 12 in Fig. 1 gezeigt ist.

Die Verarmungszone wird nach diesem Stande der Technik durch Diffusion von freien Elektronen aus dem η-leitenden Material in das p-leitende Material gebildet, wo die Elektronen jeweils eine vierte kovalente ELndung · in einem p-leitenden Störstellenatom in der p-leitenden Zone füllen. In ähnlicher Weise diffundieren Löcher aus dem p-leitenden Material über den Übergang und rekombinieren mit freien Elektronen im n-leitender Material. Infolgedessen wird die Verarmungszone gebildet, die eine Schicht aus. negativen Ionen nahe des Übergangs auf der p-leitenden Seite und eine Schicht aus positiven Ionen auf der η-leitenden Seite des Übergangs enthält. Diese Verarmungszone bildet eine Potentialbarriere für den Stromfluß über den Übergang und ist für die bekannte Spannungs-Strom-Charakteristik einer pn-Flächendiode ursächlich.

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Für die Ziele der vorliegenden Erfindung ist jedoch von besonderer Bedeutung, daß die Verarmungszone den Effekt einer Verdünnung des Querschnitts· der Widerstandszone 10 entfaltet, wodurch der Widerstandswert dieser Zone erhöht wird. Die unterbrochene Linie zeigt in Fig. 1 etwa die obere Grenze der Verarmungszone 18 in dem n-leitenden Material 10. Es ist klar, daß sich die Verarmungszone auch in das Substrat 12 hineinerstreckt. In dem in Fig. 1 gezeigten Zustand wird bei Anlegen eines Potentials von 0 Volt an den linken Anschluß 14 und von -1,0 Volt an den rechten Anschluß 16 die Verarmungszone 18 an dem rechten Ende des Übergangs dünner, da dieses Ende weniger stark in Spedchtung vorgespannt ist als das linke Ende, wenn man annimmt, daß das Substrat 12 etwa mit -5,0 Volt beaufschlagt ist. Wie ebenfalls bekannt ist, wird die Verarmungszone wesentlich dicker, wenn an einen pn-übergang eine Vorspannung in Sperrichtung angelegt wird. Wenn daher in dem in Fig. 1 gezeigten Widerstand das Potential am rechten Anschluß 16 weniger negativ wird, so wird die Verarmungszone am Ende des Übergangs nahe diesem Anschluß dicker, und der Gesamtwiderstandswert wird entsprechend erhöht. Es ist klar, daß der Widerstandswert nicht konstant, sondern von der angelegten Spannung und den Differenzen zwischen den Anschlußspannungen und dem elektrischen- Potential der Substratzone 12 abhängig ist. Die Schwankungen des Widerstandswerts können in der Größenordnung von 1 bis 2 % bei einer Änderung der angelegten Spannung um 1 Volt liegen. Diese Änderung des Widerstandswerts ist zwar bei digitalen Bauelementen von geringer oder ohne Bedeutung, da digitale Bauelemente normalerweise auf der Grundlage eines Spannungsoder Stromschwellenwerts betrieben werden; dagegen sind Widerstandsschwankungen in solchen Schaltungen von kritischer Bedeutung, bei denen analoge Signale erzeugt oder verarbeitet werden, so z.B. bei Digital/Analog-Umsetzern.

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In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Eine Halbleiter-Widerstandsschicht 20 ist vom Substrat 12 durch eine Trenn- bzw.. Sperrschicht 22 getrennt, und das an die Trennschicht angelegte Potential ist gleich dem Potential an einem Zwischenpunkt der Widerstandsschicht. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 2 besteht die Trennschicht 22 aus η-leitendem Material, während die Widerstandsschicht 20 aus p⁺-leitendem Material besteht. Die Widerstandsschicht 20 hat wie bei dem herkömmlichen Bauelemente (Fig. 1) zwei elektrische Kontakte 24 und 26 als Widerstandsanschlüsse; die Widerstandsschicht 20 weist zusätzlich einen dritten elektrischen Kontakt 28 auf, der etwa in der Mitte zwischen den Kontakten 24 und 26 angeordnet ist. Der dritten Kontakt 28 ist über ein leitendes Element 30 mit einem weiteren elektrischen Kontakt 32 verbunden, der in der Trennschicht 22 angeordnet ist.

Wie beim Stande der Technik unterliegt der Übergang zwischen der Widerstandsschicht 20 und der Trennschicht 22 durch die Verarmungszone Verzerrungen, wobei jedoch ein wesentlicher Unterschied besteht. Nahe dem Mittelpunkt des Übergangs wird die Vorspannung zwischen den beiden Schichten bei 0 gehalten, da die Widerstandsschicht 20 an diesem Punkt und die Trennschicht 22 über das leitende Element 30 miteinander elektrisch verbunden sind. Daher ist die Tiefe der oberen Grenze der Verarmungszone im Mittelpunkt ein der Null-Vorspannung entsprechender Wert, wie dies durch die unterbrochene Linie 34 in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Linie zeigt die Tiefe der Verarmungszone bei Anliegen einer Nullspannung an beiden elektrischen Kontakten 24 und 26.

Wenn an den Anschlüssen 24 und 26 unterschiedliche Spannungen anliegen, wird in der Mitte zwischen diesen Kontakten der Zustand der Null-Vorspannung weiterhin aufrechterhalten. Wenn beispielsweise eine Spannung 0 an den linken Anschluß -24 _und

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-1,0 Volt an den rechten Anschluß 26 angelegt werden, ist erkennbar, daß der Übergang zwischen den Schichten 20 und 22 links vom Mittelpunkt in Durchlaß- bzw. Vorwärtsrichtung und rechts vom Mittelpunkt in Sperr- bzw. Rückwärtsrichtung vorgespannt ist. Daher hat die Tiefe der oberen Grenze der Verarmungszone den in Fig. 3 durch die unterbrochene Linie 36 dargestellten Verlauf. An dem in Durchlaßrichtung vorgespannten Ende des Widerstands ist die von der Verarmungszone hervorgerufene Potentialbarriere teilweise _;abgebaut, während an dem in Sperrichtung vorgespannten Ende die Potentialbarriere verstärkt ist. Wenn auch die Erstreckung der Verarmungszone nur angenähert durch die unterbrochene gerade Linie in Fig. 3 angegeben ist j wird der Widerstandswert an dem in Durchlaßrichtung vorgespannten Ende der Schicht 20 um einen Wert erhöht, der angenähert gleich demjenigen ist, um den der Widerstand an dem in Sperrichtung vorgespannten Ende der Widerstandsschicht absinkt. Die Linie 36, die das Ausmaß bzw. die Erstreckung der Verarmungszone bezeichnet, wird tatsächlich um einen festen Punkt der Null-Vorspannungslinie 34 gedreht, und der Gesamtwiderstand der Schicht 20Heibt zwischen den Kontakten 24 und 26 im wesentlichen konstant, und zwar unabhängig von Schwankungen in der an den Kontakten anliegenden Spannung. Ein .weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der neue Widerstand einen extrem niedrigen Widerstands-Temperaturkoeffizienten hat. Die Ursachen für diesen Vorteil sind jedoch derzeit noch nicht erschöpfend untersucht.

Die einzige praktische Beschränkung der anhand der Figuren 2 und 3 vorstehend beschriebenen Erfindung liegt darin, daß das in Vorwärts-.bzw. Durchlaßrichtung vorgespannte Ende der Widerstandsschicht 20 nicht so .stark in Durchlaßrichtung vorgespannt werden kann, daß die Poten'tialbarriere der Verarmungszone vollständig beseitigt wird. Wenn dieser Fall auftreten würde, so würde der Übergang zwischen der Widerstandsschicht 20 und der Trennschicht 22 leitend, und die

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drei Zonen, d.h. die Widerstandsschicht 20, die Trennschicht 22 und das Substrat 12 verhalten sich ähnlich einem leitenden Transistor. Strom, der auf die Widerstandsschicht 20 begrenzt werden sollte, geht dann an das Substrat 12 verloren, und die Linearität der Widerstandsschicht wird eindeutig eingebüßt. Um diesem Problem entgegenzuwirken, können Widerstände entsprechend der Darstellung in Fig. 4 in einem Serienstrang angeordnet werden. Wie in dieser Figur zu sehen ist, wird eine Spannung von -1,0 Volt an einen Serienstrang bzw. eine Serienschaltung von vier Widerständen angelegt, die in dem selben Substrat 12 ausgebildet sind. Die Widerstandsschichten sind bei 20 (a) ... 20 (d) und die Trennschichten bei 22 (a) bis 22 (d) gezeigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Maximalspannung an jedem der Widerstände auf 0,25 Volt begrenzt, und die maximale Vorspannung in Durchlaßrichtung ist in jedem Widerstand auf 0,125 Volt begrenzt. Da dieser Wert weit unterhalb von 0,75 Volt liegt, d.h..dem typischen Wert der Spannung in Durchlaßrichtung, bei dem ein pn-übergang leitend wird, ist das durch eine mögliche Leitung über die Übergänge hervorgerufene Problem ausgeräumt.

Die Widerstandsschicht 20 und die Isolierschicht 22 können durch einen herkömmlichen Diffusionsvorgang gebildet werden· Grundsätzlich wird bei einem solchen Vorgang jede Schicht in die daruntergelegene Zone eindiffundiert, d.h. die Trennschicht wird in das Substrat und die Widerstandsschicht wird in die Trenn- bzw. Sperrschicht eindiffundiert. Die Bereiche der Schichten werden durch photolithographische Masken (nicht dargestellt) definiert, wie sie in Verbindung mit herkömmlicher Photolackmethoden verwendet werden.

Es ist zu erkennen, daß die Trenn- bzw. Sperrschicht 22 nicht zwischen der Widerstandsschicht 20 und einem Substrat angeordnet zu werden braucht und daß die Widerstandsschicht nicht entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel p-leitend

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zu sein braucht. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann eine n⁺-leitende Widerstandsschicht 20' auf einer p⁺-Trennschicht 22' gebildet sein, wobei letztere auf einer Trennschicht 60 aus n-leitendern Material angeordnet ist. Die Trennschicht 60 ist in das Substrat 12 eingebaut. Wenn auch die beschriebenen Ausführungsbeispiele auf eine Diffusionsherstellungsmettode bezogen sind, ist klar, daß die Erfindung in gleicher Weise bei solchen Halbleiterbauelementen anwendbar ist, die epitaktisch oder mit anderen Halbleiter-Herstellungsmethoden hergestellt sind. Für die Erfindung wesentlich sind in allen Fällen eine Widerstandsschicht, eine benachbarte Trenn- bzw. Sperrschicht und eine elektrische Verbindung zwischen der Trennschicht und einem ' Zwischenpunkt der Widerstandsschicht zwischen den Widerstandsanschlüssen.

Fig. 6 zeigt einen Anwendungsfall des beschriebenen Widerstandes bei einer Digital/Analog-Umsetzerschaltung. Ein mehrstufiges digitales Eingangssignal, das bei 40 gezeigt ist, wird in mehrere Flipflops 42 eingetaktet und durch einen Puffer 44 unter Steuerung durch geeignete Taktsignale geleitet. Die digitalen Signale dienen zur Steuerung mehrerer Steuerschalter, die schematisch bei 46 (a) bis 46 (1) dargestellt sind. Diese Schalter steuern den Fluß des elektrischen Stroms von einer entsprechenden Anzahl von Konstantstromgeneratoren 48 (a) bis 48 (1) in ein Widerstandsnetzwerk, das als R-2R Leiternetzwerk bezeichnet wird. Das Widerstandsnetzwerk weist in der dargestellten Schaltung zwölf Eingangsanschlüsse 58 (a) bis 58 (1) auf und ist mit einem Widerstand R zwischen benachbarten Anschlüssen, d.h. zwischen den Anschlüssen 58 (a) und 58 (b), zwischen 58 (b) und 58 (c) usw. versehen. Es hat ferner einen Widerstand R zwischen jeweils den ersten und letzten Eingangsanschlüssen 58 (a) und 58(1) und Erde und einen Widerstand 2R zwischen jeidem der anderen Eingangsanschlüsse und Erde. Bekanntlich hat ein Widerstandsnetzwerk dieser Art die Eigenschaft, daß der Widerstandswert an jedem

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der Eingangsanschlüsse 2R/3 beträgt.

Ein analoges Ausgangsspannungssignal wird vom Eingangsanschluß 58a über die Leitung 60 abgeleitet. Wenn der Strombeitrag von jedem der Stromgeneratoren 48 (a) bis 48(1) mit I bezeichnet wird,so ist der Spannungsbeitrag zu dem analogen Ausgangssignal vom Stromgenerator 48 (a) gleich I χ 2R/.3, und der Spannungsbeitrag zum Ausgangssignal vom Stromgenerator 48 (b) gleich 1/2 χ 2R/3> In ähnlicher Weise ist=der Beitrag des dritten Generators 48 (c) gleich 1/4 χ 2R/3 usw. Daher erzeugt das Netzwerk eine geeignete Binärbewertung der digitalen Eingangssignale zu dem analogen Ausgangssignal. Die Schalter 46 (a) bis 46 (1) werden von den digitalen Eingangssignalen gesteuert und schalten den Strom aus den Generatoren 48 (a) bis 48 (1) entweder zu den entsprechenden Anschlüssen des Leiternetzwerks oder zu den entsprechenden Anschlüssen eines in der Zeichnung nicht dargestellten R-2R Leiter-Hilfsnetzwerks, um die Symmetri der Schaltung aufrechtzuerhalten.

Es ist zu erkennen, daß die Werte der Widerstände im Widerstand netzwerk für die Erzeugung eines genauen Analogsignals kritisch! sind und daß der erfindungsgemäße Widerstand zur Aufrechterhaltung der Linearität und Genauigkeit dieses Digital/Analog-Umsetzers besonders gut geeignet ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu sehen, daß die Erfindung einen beträchtlichen Fortschritt auf dem Gebiet der integrierten Schaltungstechnik ergibt. Insbesondere schafft die Erfindung einen Halbleiterwiderstand, dessen Widerstandswert von der Amplitude der angelegten Spannung praktisch unabhängig ist.

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Claims

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 43OO ESSEN 1 · AM RUHRSTEJNn · TEL.: (O2O1) 4126Θ7

T 104 *

«W.INC

Patentansprüche

lj Halbleiterwiderstand mit einer Widerstandsschicht, in der zwei elektrische Anschlußkontakte in gegenseitigem Abstand eingebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß an die Widerstandsschicht (20; 20·) eine Trenn- bzw. Sperrschicht (22; 22·) angrenzt, zwischen denen ein pn-über gang gebildet ist, daß in der Widerstandsschicht (20; 20') an einem Punkt zwischen den elektrischen Anschlußkontakten (24, 26) ein dritter elektrischer Kontakt (28) eingebaut und der dritte elektrische Kontakt über eine Leitung (30) mit der Trennschicht (22; 22') elektrisch verbunden ist, so daß der Übergang zwischen der Trennschicht (22; 22') und der Widerstandsschicht (20; 20·) an dem Zwischenpunkt stets auf Null-Vorspannung gehalten und die mittlere effektive Tiefe der Widerstandsschicht sowie der Widerstandswert des Halbleiterwiderstands unabhängig von der Anschlußspannung im wesentlichen konstant gehalten ist.
2. Halbleiterwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der jeweils am Übergang zwischen den Trenn- und Widerstandsschichten (20 und 22) anliegenden Vorspannung in Durchlaßrichtung der Widerstand mit wenigstens einem anderen Widerstand gleicher Bauart in Reihe geschaltet ist.
3. Halbleiterwiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

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gekennzeichnet, daß der dritte elektrische Kontakt (28) etwa in der Mitte zwischen den Anschlußkontakten (24, 26) angeordnet ist.
4. Halbleiterwiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (22) in ein Halbleitersubstrat (12) eindiffundiert ist und aus einem Halbleitermaterial des demjenigen des Substrats (12) entgegengesetzten Leitungstyps besteht, und daß die Widerstandsschicht (20) in die Trennschicht (22) eindiffundiert ist und aus einem Halbleitermaterial eines zu demjenigen der Trennschicht (22) entgegengesetzten Leitungstyps besteht.
5. Halbleiterwiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Trenn- bzw. Sperrschicht (60) aus einem Halbleitermaterial in ein Halbleitersubstrat (12) eindiffundiert ist, daß eine zweite Trennbzw. Sperrschicht (22¹) aus einem Halbleitermaterial in die erste Trenn- bzw. Sperrschicht eindiffundiert ist, daß die Widerstandsschicht in die zweite Trenn- bzw. Sperrschicht (22·) eindiffundiert ist und daß die Halbleitermaterialien in benachbarten Schichten, beginnend mit dem Substrat (12) bis zur Widerstandsschicht (20·), entgegengesetzte Leitungstypen haben (Fig. 5).
6. Halbleiterwiderstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (22) aus einem n-leitenden Halbleitermaterial besteht, das in ein p-leitendes Substrat (12) eindiffundiert ist, und daß die Widerstandsschicht (20)aus einem in die Trennschicht (22) eindiffundierten p⁺-leitenden Halbleitermaterial besteht.
7. Verwendung von Halbleiterwiderständen nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem monolitischen Digital/Analog-Umsetzer, der ein in Analogsignale umzusetzende digitale

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Eingangssignale aufnehmendes Digaialregister, eine in Abhängigkeit von den Zuständen der digitalen Eingangssignale in dem Digitalregister schaltbare· Konstantstrom-Generatoreinrichtung und ein mit der Konstantstrom-Generatoreinrichtung gekoppeltes, ein analoges Signal entsprechend den digitalen Eingangssignalen erzeugendes Kettenwiderstandsnetzwerk (R-2R) mit den Halbleiterwiderständen aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterwiderstandes, der einen von der angelegten Spannung praktisch unabhängigen Widerstandswert hat, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf einem Halbleitersubstrat eine mit letzterem einen pnübergang bildende Halbleiter-Trennschicht aufgebaut, danach eine Halbleiter-Widerstandsschicht mit einem pn-übergang mit der Trennschicht gebildet, erste und zweite elektrische Kontakte als Widerstandsanschlüsse und ein dritter elektrischer Kontakt zwischen den ersten und zweiten elektrischen Kontakten in der Widerstandsschicht gebildet werden, daß ein vierter elektrischer Kontakt in der Trennschicht gebildet und eine elektrische Verbindung zwischen den dritten und vierten elektrischen Kontakten hergestellt wird, um eine Null-Vorspannungsbedingung am Zwischenpunkt entlang des Übergangs zwischen der Trennschicht und der Widerstandsschicht zu schaffen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenn- und Widerstandsschichten durch Diffusionsschritte hergestellt werden.

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