RU2284610C1 - Способ изготовления мощного высокотемпературного полупроводникового резистора - Google Patents
Способ изготовления мощного высокотемпературного полупроводникового резистора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2284610C1 RU2284610C1 RU2005110156/28A RU2005110156A RU2284610C1 RU 2284610 C1 RU2284610 C1 RU 2284610C1 RU 2005110156/28 A RU2005110156/28 A RU 2005110156/28A RU 2005110156 A RU2005110156 A RU 2005110156A RU 2284610 C1 RU2284610 C1 RU 2284610C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- silicon
- ohm
- resistor
- resistance
- Prior art date
Links
Landscapes
- Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве мощных высокотемпературных кремниевых резисторов, имеющих высокую температурную стабильность сопротивления в широком интервале рабочих температур. Техническим результатом изобретения является повышение максимально допустимой температуры мощного кремниевого резистора при сохранении температурной характеристики сопротивления в пределах ±10%, повышение его номинальной мощности и снижение стоимости изготовления. Сущность изобретения: способ изготовления мощного высокотемпературного полупроводникового резистора включает создание в кремниевом резистивном элементе диффузионных приконтактных областей и металлических контактов к ним, введение радиационных дефектов в резистивный элемент путем облучения ускоренными электронами с энергией Е=2÷5 МэВ с последующим термическим отжигом. Облучение ускоренными электронами проводят дозой в интервале от 1,1·1015 см-2 для кремния с исходным удельным сопротивлением ρ0=120 Ом·см до 2,1·10 см-2 для кремния с исходным удельным сопротивлением ρ0=7 Ом·см, термический отжиг проводят в интервале температур 260-280°С. 1 ил., 5 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве мощных высокотемпературных кремниевых резисторов, имеющих высокую температурную стабильность сопротивления в широком интервале рабочих температур.
Известен способ изготовления мощного полупроводникового резистора (Патент РФ №2086043, кл. H 01 L 29/30, опубл. 20.07.1997 г. (аналог) - [1]), включающий создание в кремниевом резистивном элементе диффузионных приконтактных областей и металлических контактов к ним, введение радиационных дефектов путем облучения ускоренными электронами. Электронное облучение проводят с целью минимизации температурной зависимости сопротивления резистора, которая оценивается температурной характеристикой сопротивления ТХС[%] (ТХС≤±10% - одно из основных технических требований к постоянным резисторам). Однако максимально допустимая температура Тm[°С] таких резисторов не превышает 125°С.
Наиболее близким является способ изготовления мощного высокотемпературного полупроводникового резистора (Патент РФ №2169411, кл. H 01 L 29/30, 21/263, опубл. 20.06.2001 г. (прототип) - [2]), включающий создание в кремниевом резистивном элементе диффузионных приконтактных областей и металлических контактов к ним, введение радиационных дефектов в резистивный элемент путем облучения ускоренными электронами с энергией 2÷5 МэВ с последующим термическим отжигом. Доза облучения Ф[см-2] выбирается из интервала от 3,4·1015 см-2 для кремния с исходным удельным сопротивлением ρ0[Ом·см], равным 120 Ом·см, до 2,0·1016 см-2 для кремния с ρ0=20 Ом·см. Термический отжиг проводится при температуре Тотж[°С], равной 200°С.
При температуре 200°С отжигаются радиационные дефекты типа вакансия-фосфор (Е-центр), температура аннигиляции которых составляет 130-150°C (Вопросы радиационной технологии полупроводников. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1980, стр.20-22 - [3]), тем самым стабилизируются характеристики прибора в рабочем диапазоне температур.
Способ изготовления по прототипу позволяет повысить максимально допустимую температуру мощного кремниевого резистора в интервале от 130°С до 180°С в зависимости от величины исходного удельного сопротивления, выбранного в интервале от 120 Ом·см до 20 Ом·см, при сохранении температурной характеристики сопротивления ТХС≤±10%.
Однако применение известного способа [2] при изготовлении мощных резисторов из кремния с ρ0 менее 20 Ом·см с целью дальнейшего увеличения Тm>180°С при сохранении ТХС≤±10% ограничено необходимостью облучения резистивных элементов большими дозами ускоренных электронов (Ф>2·1016 см-2), что существенно увеличивает себестоимость изготовления резисторов.
В таблице 1 приведены эмпирические соотношения между требуемой максимально допустимой температурой Тm, необходимым исходным удельным сопротивлением ρ0, дозой облучения Ф, временем облучения t [час] и стоимостью облучения С [USD] одного резистивного элемента на ускорителе "Электроника ЭЛУ-6" при изготовлении резистора РК233 с использованием известного способа [2].
| Таблица 1. | |||
| Тm, °C | 130 | 180 | 195 |
| ρ0, Ом·см | 120 | 20 | 10 |
| Ф, см-2 | 3,4·1015 | 2,0·1016 | 3,6·1016 |
| t, час | 0,76 | 4,5 | 8,1 |
| С, USD | 0,88 | 5,25 | 9,45 |
При этом полная себестоимость резистора с Tm=130°C составляет (20÷22)USD.
Из таблицы 1 видно, что при изготовлении резистора данного типа с Тm=195°С известным способом время облучения (8,1 час) будет приблизительно в 10 раз больше времени облучения (0,76 час) аналогичного резистора с Tm=130°C, что связано с большой дозой облучения (3,6·1016 см-2), поэтому стоимость процесса облучения составит 9,45 USD, т.е. почти 50% от полной себестоимости резистора с Тm=130°С.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение максимально допустимой температуры мощного кремниевого резистора при сохранении температурной характеристики сопротивления в пределах ±10%, повышение его номинальной мощности и снижение себестоимости изготовления.
Для достижения технического результата в известном способе изготовления мощного высокотемпературного полупроводникового резистора, включающего создание в кремниевом резистивном элементе диффузионных приконтактных областей и металлических контактов к ним, введение радиационных дефектов в резистивный элемент путем облучения ускоренными электронами с энергией Е=2÷5 МэВ с последующим термическим отжигом, облучение ускоренными электронами проводят дозой в интервале от 1,1·1015 см-2 для кремния с исходным удельным сопротивлением ρ0=120 Ом·см до 2,1·1016 см-2 для кремния с исходным удельным сопротивлением ρ0=7 Ом·см, термический отжиг проводят в интервале температур 260÷280°С.
К отличительным признакам предлагаемого технического решения относятся:
1. Резистивный элемент облучают ускоренными электронами дозой, которую выбирают в интервале от 1,1·1015 см-2 для кремния с ρ0=120 Ом·см до 2,1·1016 см-2 для кремния с ρ0=7 Ом·см.
2. Термический отжиг облученных резистивных элементов проводят в интервале температур 260÷280°С.
Известных технических решений с такой совокупностью признаков в патентной и научно-технической литературе не обнаружено.
Положительный эффект достигается за счет введения в резистивный элемент радиационных дефектов с концентрацией, требуемой для минимизации температурной зависимости сопротивления, при этом элементы облучают дозой, меньшей в ~3,3 раза по сравнению с известным способом [2], а термический отжиг проводят при большей температуре.
Все это приводит к увеличению максимально допустимой температуры мощных кремниевых резисторов до 200°С при сохранении ТХС≤±10%, увеличению номинальной мощности и снижению себестоимости процесса электронного облучения в 3-4 раза.
Чертеж поясняет сущность предлагаемого способа изготовления мощного высокотемпературного резистора.
На чертеже по оси ординат отложено изменяющееся с температурой Т[°С] значение сопротивления резистора R [Ом], приведенное к величине сопротивления при максимально допустимой температуре Тm, в относительных единицах. По оси абсцисс отложена температура резистивного элемента Т. Кривая 1 соответствует температурной зависимости сопротивления исходного необлученного резистора, ТХС такого образца составляет около 100%. Кривая 2 соответствует температурной зависимости сопротивления резистора, изготовленного по известному способу [2], т.е. облученного дозой ускоренных электронов Ф1 с последующим термическим отжигом при температуре Tотж1=200°С; TXC такого резистора менее +10%. Кривая 3 соответствует температурной зависимости сопротивления резистора, изготовленного по предлагаемому способу, т.е. облученного дозой Ф2≈0,3 Ф1 с последующим термическим отжигом при температуре Тотж2, выбранной из интервала температур 260÷280°С; TXC такого резистора менее +10% и практически совпадает с TXC резистора, изготовленного по способу [2] (кривая 2). Наблюдаемое увеличение концентрации радиационных дефектов при отжиге в интервале температур 260÷280°С, по-видимому, обусловлено возникновением К-центров (дивакансия - углерод-кислород) и вызвано так называемым "отрицательным" отжигом (Лугаков П.Ф., Лукашевич Т.А., Шуша В.В. Физика и техника полупроводников, т.13, стр.401, 1979 - [4]). Кривая 4 соответствует температурной зависимости сопротивления резистора, изготовленного с помощью облучения ускоренными электронами дозой Ф2≈0,3Ф1 (признак предлагаемого способа) и последующего термического отжига при температуре Тотж1=200°C (признак прототипа); TXC такого резистора составляет ~50%, что не соответствует техническим требованиям, предъявляемым к резистору.
Выбор интервала доз электронного облучения (1,1·1015 см-2÷2,1·1016 см-2) в зависимости от исходного удельного сопротивления (120÷7 Ом·см) и интервала температур отжига (260÷280°С) обоснован в примере конкретного исполнения с данными, представленными в таблицах 2÷4.
Пример конкретного исполнения
При изготовлении экспериментальных образцов резистивных элементов (резистор РК233), представляющих собой кремниевые диски диаметром 32 мм, толщиной 2,5 мм из кремния n-типа электропроводности с различным исходным удельным сопротивлением ρ0, равным 7 Ом·см, 20 Ом·см и 120 Ом·см были использованы предлагаемый и известный способы.
Изготовление проводили по следующей технологической схеме:
- резка кремниевых слитков на пластины толщиной 2,6 мм;
- вырезка дисков диаметром 32 мм;
- шлифовка пластин до толщины 2,5 мм;
- создание приконтактных n+-областей путем двухстадийной диффузии фосфора, включающей загонку фосфора при температуре 1150°С в течение 1,5 часов, снятие фосфоросиликатного стекла и разгонку фосфора при температуре 1200°С в течение 25 часов (приконтактные n+-области необходимы для обеспечения линейности вольтамперной характеристики резистора);
- контроль диффузионных параметров (глубина n+-слоя ≈20 мкм, поверхностная концентрация фосфора ≈1020 см-3);
- создание омических контактов путем напыления алюминия с последующим вжиганием при температуре ~500°С в течение 1 часа;
- измерение сопротивления резистивных элементов;
- облучение и отжиг кремниевых дисков:
1) для кремния с ρ0=120 Ом·см
Ф=3,4·1015 см-2 (Тотж=200°С) - прототип
Ф=9,9·1014 см-2 (Тотж=250, 260, 270, 280 и 290°С)
Ф=1,1·1015 см-2 (Тотж=200*, 250, 260, 270, 280 и 290°С)
Ф=1,2·1015 см-2 (Тотж=250, 260, 270, 280 и 290°С)
2) для кремния с ρ0=20 Ом·см
Ф=2·1016 см-2 (Тотж=200°С) - прототип
Ф=5,95·1015 см-2 (Тотж=250, 260, 270, 280 и 290°С)
Ф=6.6·1015 см-2 (Тотж=200*, 250, 260, 270, 280 и 290°С)
Ф=7,26·1015 см-2 (Тотж=250, 260, 270, 280 и 290°С)
3) для кремния с ρ0=7 Ом·см
Ф=6,2·1016 см-2 (Тотж=200°С) - прототип
Ф=1,9·1016 см-2 (Тотж=250, 260, 270, 280 и 290°С)
Ф=2.1·1016 см-2 (Тотж=200*, 250, 260, 270, 280 и 290°С)
Ф=2,3·1016 см-2 (Тотж=250, 260, 270, 280 и 290°С)
*Тотж=200°С соответствует признаку прототипа.
Облучение проводилось электронами с энергией ~3,5 МэВ при комнатной температуре. Термический отжиг проводился в инертной среде в течение одного часа (времени, достаточном для завершения структурной перестройки дефектов);
- контроль сопротивления резистивных элементов после облучения и отжига;
- травление торцевой поверхности резистивных элементов, защита кремний-органическим компаундом (ВГС) с последующей сушкой при температуре 180°С в течение 6 часов;
- измерение основных параметров и характеристик резистивных элементов (линейность ВАХ, номинальное сопротивление, температурная характеристика сопротивления ТХС, импульсное напряжение и др.)
Для оценки себестоимости процесса электронного облучения одного резистивного элемента использованы следующие данные:
- облучение проводилось на ускорителе "Электроника ЭЛУ-6" с одновременной загрузкой 60 резистивных элементов ⌀32 мм;
- плотность тока ускоренных электронов в области облучения j[мкА/см2] выбиралась не более 0,2 мкА/см2, чтобы исключить нагрев элементов в процессе облучения;
- время облучения tобл [сек] оценивалось, как
где q [Кл] - заряд электрона, равный 1,6·10-19 Кл;
- стоимость одного часа облучения на ускорителе "Электроника-ЭЛУ6" составляет около 70 USD.
Надо иметь в виду, что время и стоимость отжига после облучения в известном и предлагаемом способах примерно одинаковы.
Усредненные значения сопротивления R и ТХС резистивных элементов, изготовленных по известному и предлагаемому способам, приведены в таблицах 2÷4. Для статистической обработки было отобрано по десять образцов с различным сочетанием режимов облучения и отжига.
Сравнительный анализ параметров и характеристик резистивных элементов показывает, что увеличение Тm от +130°С до +200°С и снижение себестоимости изготовления приблизительно в три раза при сохранении ТХС≤±10% достигается при облучении элементов, изготовленных из кремния с ρ0 от 120 Ом·см до 7 Ом·см, дозами от 1,1·1015 см-2 до 2,1·1016 см-2 соответственно, с последующим термическим отжигом при температуре, выбранной из интервала 260÷280°С.
Отклонение дозы облучения на 10% и температуры отжига на 10°С от указанных в предлагаемом способе приводит к недопустимому ухудшению ТХС. Также показано, что использовать дозу облучения по предлагаемому способу, а отжиг вести по прототипу (Тотж=200°С) недопустимо, так как температурная характеристика сопротивления таких элементов будет ТХС=45÷50%, что не соответствует техническим требованиям, предъявляемым к резисторам.
Таким образом, подтверждается необходимость и достаточность отличительных признаков предлагаемого способа изготовления.
Границы предлагаемого интервала исходного удельного сопротивления кремния ρ0=7÷120 Ом·см, для которого применение предлагаемого способа дает положительный эффект, обосновываются следующим образом.
Кремний с ρ0=120 Ом·см позволяет изготовить резисторы с Tm=130°C, которая является нижней границей Тm для высокотемпературных резисторов (максимально допустимая температура Тm для не высокотемпературных резисторов равна 125°С).
Кроме того, снижение себестоимости электронного облучения элементов из кремния с ρ0≥120 Ом·см с использованием предлагаемого способа не приводит к существенному снижению стоимости резистора, из-за ее незначительной доли (0,285 USD) в полной стоимости (20÷22)USD резистора.
Выбор кремния с исходным удельным сопротивлением ρ0=7 Ом·см в качестве нижнего предела обусловлен тем, что время облучения резистивных элементов, изготовленных из кремния с ρ0<7 Ом·см, становится более 4,67 час, при этом стоимость облучения превышает 25% полной себестоимости резистора, т.е. использование данного способа становится нерентабельным.
К преимуществам предлагаемого способа изготовления мощного высокотемпературного полупроводникового резистора относятся:
- возможность увеличения максимально допустимой температуры до 200°С без увеличения себестоимости при сохранении высокой температурной стабильности (ТХС≤±10%);
- возможность увеличения номинальной мощности Рном[Вт] (см. на примере РК233 в таблице 5) без увеличения размеров резистора;
- уменьшение времени облучения приблизительно в 3 раза в сравнении с прототипом, что позволяет увеличить производительность труда, снизить сроки изготовления и т.д.;
- снижение себестоимости процесса облучения при изготовлении высокотемпературных резисторов ~ в 3 раза, что позволяет снизить полную себестоимость резистора.
Максимально допустимая температура (Тm) для всех образцов находится в интервале 130÷135°С
Максимально допустимая температура (Тm) для всех образцов находится в интервале 180÷184°С
Максимально допустимая температура (Тm) для всех образцов находится в интервале 200÷210°С.
| Таблица 5. | ||||
| Резистор | По прототипу | Предлагаемый способ | ||
| РК233 | ρ0=120 Ом·см | ρ0=60 Ом·см | ρ0=20 Ом·см | ρ0=7 Ом·см |
| Тm, °С | 130 | 160 | 180 | 200 |
| Рном(Тс=85°С), Вт | 900 | 1500 | 1900 | 2300 |
Источники информации
1. Патент РФ №2086043, кл. H 01 L 29/30, опубл. 27.07.1997 г. (аналог).
2. Патент РФ №2169411, кл. H 01 L 29/30, 21/263, опубл. 20.06.2001 г. (прототип).
3. Вопросы радиационной технологии полупроводников. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1980, стр.20-22.
4. Лугаков П.Ф., Лукашевич Т.А., Шуша В.В. Физика и техника полупроводников, т.13, стр.401, 1979.
Claims (1)
- Способ изготовления мощного высокотемпературного полупроводникового резистора, включающий создание в кремниевом резистивном элементе диффузионных приконтактных областей и металлических контактов к ним, введение радиационных дефектов в резистивный элемент путем облучения ускоренными электронами с энергией Е=2÷5 МэВ с последующим термическим отжигом, отличающийся тем, что облучение ускоренными электронами проводят дозой в интервале от 1,1·1015 см-2 для кремния с исходным удельным сопротивлением ρ0=120 Ом·см до 2,1·1016 см-2 для кремния с исходным удельным сопротивлением ρ0=7 Ом·см, термический отжиг проводят в интервале температур 260-280°С.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005110156/28A RU2284610C1 (ru) | 2005-04-07 | 2005-04-07 | Способ изготовления мощного высокотемпературного полупроводникового резистора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005110156/28A RU2284610C1 (ru) | 2005-04-07 | 2005-04-07 | Способ изготовления мощного высокотемпературного полупроводникового резистора |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2284610C1 true RU2284610C1 (ru) | 2006-09-27 |
Family
ID=37436619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005110156/28A RU2284610C1 (ru) | 2005-04-07 | 2005-04-07 | Способ изготовления мощного высокотемпературного полупроводникового резистора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2284610C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2445721C1 (ru) * | 2010-12-10 | 2012-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" | Способ изготовления мощного полупроводникового резистора |
-
2005
- 2005-04-07 RU RU2005110156/28A patent/RU2284610C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2445721C1 (ru) * | 2010-12-10 | 2012-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" | Способ изготовления мощного полупроводникового резистора |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4151008A (en) | Method involving pulsed light processing of semiconductor devices | |
| US4088799A (en) | Method of producing an electrical resistance device | |
| US3341754A (en) | Semiconductor resistor containing interstitial and substitutional ions formed by an ion implantation method | |
| WO2013108911A1 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| EP0405422A1 (en) | Irradiation and annealing of semiconductor devices for improved device characteristics | |
| US4082958A (en) | Apparatus involving pulsed electron beam processing of semiconductor devices | |
| JPS59920A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPS6338859B2 (ru) | ||
| US3950187A (en) | Method and apparatus involving pulsed electron beam processing of semiconductor devices | |
| RU2284610C1 (ru) | Способ изготовления мощного высокотемпературного полупроводникового резистора | |
| JPH05102161A (ja) | 半導体装置の製造方法とその半導体装置 | |
| US9793362B2 (en) | Semiconductor device having an impurity concentration and method of manufacturing thereof | |
| US10388527B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
| EP0780891B1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
| JPS5875869A (ja) | 集積回路のメタライゼイシヨン | |
| JPH04252078A (ja) | スイッチング半導体装置の製造方法 | |
| CN106471605A (zh) | 宽带隙半导体上的欧姆触点的形成 | |
| JPH1012565A (ja) | ダイヤモンド半導体装置及びその製造方法 | |
| RU2086043C1 (ru) | Мощный полупроводниковый резистор и способ его изготовления | |
| RU2169411C1 (ru) | Мощный полупроводниковый резистор и способ его изготовления | |
| JPS6250971B2 (ru) | ||
| RU2206146C1 (ru) | Мощный полупроводниковый резистор и способ его изготовления | |
| KR101771173B1 (ko) | 저마나이드 형성 방법 및 그 저마나이드를 포함하는 반도체 소자 | |
| RU2388113C1 (ru) | Мощный полупроводниковый резистор-шунт и способ его изготовления | |
| CN117296129A (zh) | 用于制造碳化硅衬底的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140408 |