RU2531381C1 - High-power semiconductor resistor and method of making said resistor - Google Patents
High-power semiconductor resistor and method of making said resistor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2531381C1 RU2531381C1 RU2013146560/07A RU2013146560A RU2531381C1 RU 2531381 C1 RU2531381 C1 RU 2531381C1 RU 2013146560/07 A RU2013146560/07 A RU 2013146560/07A RU 2013146560 A RU2013146560 A RU 2013146560A RU 2531381 C1 RU2531381 C1 RU 2531381C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- ohm
- type
- electrical conductivity
- resistor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемая группа изобретений относится к конструированию и технологии изготовления полупроводниковых приборов и может быть использована в производстве мощных высоковольтных высокотемпературных кремниевых резисторов и шунтов таблеточного исполнения, имеющих высокую температурную стабильность сопротивления в широком интервале рабочих температур.The proposed group of inventions relates to the design and manufacturing technology of semiconductor devices and can be used in the manufacture of high-power high-voltage high-temperature silicon resistors and tablet shunts having high temperature resistance in a wide range of operating temperatures.
Наиболее эффективным является их использование в мощной преобразовательной технике в единой системе охлаждения с ключевыми полупроводниковыми приборами таблеточного исполнения (мощными тиристорами, IGBT, IGCT и др).The most effective is their use in powerful conversion technology in a single cooling system with key tablet-type semiconductor devices (powerful thyristors, IGBT, IGCT, etc.).
Известен мощный полупроводниковый резистор (RU 2206146 C1, H01L 29/36, опубликовано 10.06.2003 г., п.1 ф-лы) [1], состоящий из резистивного элемента, выполненного в виде диска из монокристаллического кремния n-типа электропроводности, содержащего атомы платины с концентрацией от 1,1·1014 см-3 для кремния с исходным удельным сопротивлением ρ0, равным 150 Ом·см, до 1,1·1017 см-3 для кремния с ρ0, равным 0,8 Ом·см.A powerful semiconductor resistor is known (RU 2206146 C1, H01L 29/36, published June 10, 2003, item 1) [1], consisting of a resistive element made in the form of a disk of n-type monocrystalline silicon containing electrical conductivity, containing platinum atoms with a concentration of 1.1 · 10 14 cm -3 for silicon with an initial specific resistance ρ 0 of 150 Ohm · cm, up to 1.1 · 10 17 cm -3 for silicon with a ρ 0 of 0.8 Ohm ·cm.
Предложенное в решении [1] соотношение вводимой концентрации атомов платины (NPt) в зависимости от исходного удельного сопротивления кремния (ρ0) с целью снижения температурной зависимости сопротивления справедливо для резисторов, изготовленных исключительно из кремния n-типа электропроводности.The ratio of the introduced concentration of platinum atoms (N Pt ), proposed in solution [1], depending on the initial specific resistivity of silicon (ρ 0 ) in order to reduce the temperature dependence of the resistance is valid for resistors made exclusively of n-type silicon of electrical conductivity.
Известен также мощный полупроводниковый резистор (GB 2025147 В, кл. Н1К, МПК: H01C 7/06, опубликовано 22.09.82 г.) [2], выбранный в качестве прототипа и содержащий резистивный элемент, который выполнен из монокристаллического кремния p-типа электропроводности, содержащего атомы примесей, создающих глубокие уровни захвата в запрещенной зоне кремния.Also known is a powerful semiconductor resistor (GB 2025147 V, class N1K, IPC: H01C 7/06, published September 22, 1992) [2], selected as a prototype and containing a resistive element that is made of p-type single crystal silicon of electrical conductivity containing impurity atoms, creating deep levels of capture in the band gap of silicon.
В конкретном примере исполнения [2] приведена конструкция резистивного элемента, изготовленного из кремния p-типа электропроводности с исходным удельным сопротивлением ρp0, равным 5 Ом·см. Для снижения температурной зависимости сопротивления ТХС с 215% до 20% в интервале температур 25-200°C была проведена диффузия атомов золота, при этом не конкретизированы ни температура диффузии атомов золота, ни количество введенного золота, знание которых необходимо для достижения указанного в [2] результата.In a specific example of execution [2], the design of a resistive element made of p-type silicon of electrical conductivity with an initial specific resistance ρ p0 equal to 5 Ω · cm is given. In order to reduce the temperature dependence of the resistance of TCS from 215% to 20% in the temperature range 25-200 ° C, the diffusion of gold atoms was carried out, while neither the diffusion temperature of gold atoms nor the amount of introduced gold were specified, the knowledge of which is necessary to achieve the specified in [2 ] result.
Известен способ изготовления мощного полупроводникового резистора на основе монокристаллического кремния n-типа электропроводности (RU 2206146 C1, H01L 29/36, опубликовано 10.06.2003 г., п.2 ф-лы) [1], включающий создание в кремниевом резистивном элементе диффузионных приконтактных областей, проведение диффузии атомов платины при температуре от 910°C для кремния с исходным удельным сопротивлением ρ0, равным 150 Ом·см, до 1300°C для кремния с ρ0, равным 0,8 Ом·см.A known method of manufacturing a powerful semiconductor resistor based on monocrystalline silicon n-type electrical conductivity (RU 2206146 C1, H01L 29/36, published June 10, 2003, p. 2 f-ly) [1], including the creation of a silicon resistive element diffusion contact regions, conducting diffusion of platinum atoms at a temperature of from 910 ° C for silicon with an initial specific resistance ρ 0 equal to 150 Ω · cm, up to 1300 ° C for silicon with ρ 0 equal to 0.8 Ω · cm.
Указанные в [1, п.2] режимы диффузии атомов платины для минимизации ТХС резистора, строго связанные с исходным значением удельного сопротивления, пригодны только для кремния n-типа электропроводности.The diffusion modes of platinum atoms indicated in [1, Section 2] to minimize the TCS resistor, strictly related to the initial value of the resistivity, are suitable only for n-type silicon with electrical conductivity.
Наиболее близким является способ изготовления мощного полупроводникового резистора (GB 2025147 В, кл. Н1К, МПК: H01C 7/06, опубликовано 22.09.82 г.) [2], включающий создание в кремниевом резистивном элементе p-типа электропроводности диффузионных приконтактных областей p-типа электропроводности, проведение диффузии атомов примесей, создающих глубокие уровни захвата в запрещенной зоне кремния до создания металлических контактов. Как показано в примере реализации технического решения [2], в качестве примеси, создающей глубокие уровни захвата в запрещенной зоне кремния p-типа электропроводности, использовано золото. Указано, что исходное удельное сопротивление кремния p-типа электропроводности ρp0 составляло 5 Ом·см, диффузия атомов золота проводилась при температуре из интервала (800÷1000)°C в течение двух часов. В указанном интервале температуры диффузии концентрация атомов золота изменяется в несколько раз, вследствие чего невозможно прогнозировать степень компенсации температурной зависимости сопротивления (ТХС).The closest is a method of manufacturing a powerful semiconductor resistor (GB 2025147 V, class N1K, IPC: H01C 7/06, published 09/22/82) [2], including the creation in a silicon resistive element of a p-type electrical conductivity of diffusion contact regions p- such as electrical conductivity, conducting diffusion of impurity atoms, creating deep levels of capture in the silicon forbidden zone before creating metal contacts. As shown in the example of the implementation of the technical solution [2], gold was used as an impurity that creates deep levels of capture in the band gap of silicon p-type electrical conductivity. It was indicated that the initial specific resistivity of p-type silicon of electrical conductivity ρ p0 was 5 Ohm · cm, the diffusion of gold atoms was carried out at a temperature from the interval (800 ÷ 1000) ° C for two hours. In the indicated range of diffusion temperature, the concentration of gold atoms varies several times, as a result of which it is impossible to predict the degree of compensation of the temperature dependence of resistance (TCS).
Как показывают наши исследования, при изготовлении кремниевых резисторов для получения ТХС≤±10% температура и время диффузии «глубоких» примесей строго связаны с величиной исходного удельного сопротивления кремния как n-, так и p-типа электропроводности.As our studies show, in the manufacture of silicon resistors to obtain TCS ≤ ± 10%, the temperature and diffusion time of “deep” impurities are strictly related to the value of the initial silicon resistivity of both n- and p-type conductivity.
В последнее время при разработке мощных кремниевых резисторов большой интерес проявляется к кремнию p-типа электропроводности. Прежде всего это обусловлено возможностью увеличения импульсного рабочего напряжения (Uраб) резисторов, изготовленных из кремния p-типа электропроводности, т.к. критическая напряженность электрического поля в p-Si (Eкp=7,5·103 B/см) примерно в 3 раза больше, чем в n-Si (Екр=2,5·103 В/см) (Фистуль В.И. Введение в физику полупроводников. Москва, Высшая школа, 1975 г.) [3], a Uраб=Екр·d: где d - толщина резистивного элемента.Recently, in the development of powerful silicon resistors, great interest has been shown in p-type silicon of electrical conductivity. First of all, this is due to the possibility of increasing the pulse operating voltage (Urab) of resistors made of p-type silicon of electrical conductivity, because the critical electric field in p-Si (E cr = 7.5 · 10 3 V / cm) is about 3 times greater than in n-Si (E cr = 2.5 · 10 3 V / cm) (Fistul V .I. Introduction to Semiconductor Physics. Moscow, Higher School, 1975) [3], a U slave = E cr · d: where d is the thickness of the resistive element.
Основной задачей предлагаемой группы технических решений является создание мощного полупроводникового резистора на основе кремния p-типа электропроводности, содержащего примеси, создающие глубокие уровни в запрещенной зоне кремния, и способа его изготовления, позволяющих при обеспечении высокой температурной стабильности сопротивления (т.е. сохранение ТХС не хуже ±10%) повысить максимально допустимую температуру резистора (до +260°C) и рабочее импульсное напряжении в 2÷2,5 раза (до 5000 В) без существенных материальных затрат.The main objective of the proposed group of technical solutions is to create a powerful semiconductor resistor based on silicon p-type electrical conductivity containing impurities that create deep levels in the silicon forbidden zone, and a method for its manufacture, which, while maintaining high temperature stability of the resistance (i.e. worse than ± 10%) to increase the maximum allowable temperature of the resistor (up to + 260 ° C) and the working impulse voltage by 2 ÷ 2.5 times (up to 5000 V) without significant material costs.
Техническим результатом предлагаемой группы изобретений является:The technical result of the proposed group of inventions is:
- за счет снижения температурной зависимости сопротивления с 100÷200% до ±10% (при этом ТХС стремится к 0) в мощных кремниевых резисторах, выполненных на кремнии p-типа электропроводности и содержащих примеси, создающие глубокие уровни захвата в запрещенной зоне кремния, повышаются КПД и надежность работы использующих предлагаемые мощные кремниевые резисторы устройств (источники питания, преобразователи, снабберы и др.);- by reducing the temperature dependence of resistance from 100 ÷ 200% to ± 10% (while TCS tends to 0) in high-power silicon resistors made on p-type silicon of electrical conductivity and containing impurities that create deep levels of capture in the band gap of silicon, increase Efficiency and reliability of the devices using the proposed powerful silicon resistors (power supplies, converters, snubbers, etc.);
- за счет повышения максимально допустимой температуры до +260°C возможно увеличение реальной мощности резистора (на 10÷15%) без изменения габаритов и цены, что увеличивает запас по перегреву и, как следствие, их надежность и ресурс эксплуатации;- by increasing the maximum allowable temperature to + 260 ° C, it is possible to increase the real power of the resistor (by 10 ÷ 15%) without changing the dimensions and price, which increases the margin for overheating and, as a result, their reliability and service life;
- возможность увеличения импульсного напряжения дискретного резистора позволяет снизить количество резисторов в высоковольтных сборках, что уменьшает массогабаритные параметры и цену энергетического оборудования;- the possibility of increasing the pulse voltage of a discrete resistor allows to reduce the number of resistors in high-voltage assemblies, which reduces the overall dimensions and the price of power equipment;
- при сохранении величины импульсного напряжения возможно уменьшение толщины кремниевой пластины и, как следствие, снижение себестоимости изготовления приборов на 20÷30%.- while maintaining the magnitude of the pulse voltage, it is possible to reduce the thickness of the silicon wafer and, as a consequence, reduce the cost of manufacturing devices by 20 ÷ 30%.
Для достижения поставленной задачи и указанного выше технического результата в мощном полупроводниковом резисторе, содержащем резистивный элемент, который выполнен в виде диска из монокристаллического кремния p-типа электропроводности с приконтактными областями p-типа электропроводности с обеих его сторон и содержит атомы примеси, создающие глубокие уровни захвата в запрещенной зоне кремния, в качестве атомов примеси, создающих глубокие уровни захвата в запрещенной зоне кремния, выбраны атомы платины с концентрацией от 2,5·1013 см-3 для кремния p-типа электропроводности с исходным удельным сопротивлением ρp0=150 Ом·см до 9·1014 см-3 для кремния p-типа электропроводности с ρp0=0,4 Ом·см.To achieve the task and the technical result indicated above, in a powerful semiconductor resistor containing a resistive element, which is made in the form of a p-type single-crystal silicon disk with p-type contact regions on both sides and contains impurity atoms that create deep capture levels in the silicon forbidden zone, platinum atoms with a concentration of 2.5 · 10 13 cm -3 were selected as impurity atoms creating deep trapping levels in the silicon forbidden zone for silicon p-type electrical conductivity with an initial specific resistance ρ p0 = 150 Ohm · cm to 9 · 10 14 cm -3 for silicon p-type electrical conductivity with ρ p0 = 0.4 Ohm · cm.
Для достижения поставленной задачи и технического результата в способе изготовления мощного полупроводникового резистора, включающем создание в кремниевом резистивном элементе p-типа электропроводности с обеих его сторон приконтактных областей p-типа электропроводности, проведение диффузии атомов примесей, создающих глубокие уровни захвата в запрещенной зоне кремния, диффузию проводят атомами платины при температуре от 870°C для кремния p-типа электропроводности с исходным удельным сопротивлением ρp0=150 Ом·см до 1190°C для кремния p-типа электропроводности с исходным удельным сопротивлением ρp0=0,4 Ом·см.To achieve the task and technical result in a method for manufacturing a powerful semiconductor resistor, which includes creating p-type electrical conductivity in a silicon resistive element on both sides of the p-type electrical contact regions, conducting diffusion of impurity atoms, creating deep trapping levels in the band gap of silicon, diffusion carried out by platinum atoms at a temperature of from 870 ° C for p-type silicon with an initial specific resistance ρ p0 = 150 Ohm · cm to 1190 ° C for p-type silicon electrical conductivity with the initial specific resistance ρ p0 = 0.4 Ohm · cm.
Достигаемый технический эффект при использовании указанных выше отличительных признаков объясняется тем, что растущая температурная зависимость удельного сопротивления кремния ρp0=1/po·q·µp (где p0 - концентрация подвижных дырок в валентной зоне исходного кремния; q - заряд электрона; µp - подвижность дырок) определяется падающей температурной зависимостью подвижности дырок µp≈T-2,2 в интервале рабочих температур резистора, которую предлагается компенсировать растущей температурной зависимостью концентрации дырок po≈T+2,2 (ТХС стремится к 0), освобождаемых с ростом температуры из центров захвата, введенных с помощью диффузии атомов платины. При этом должны быть согласованы значения концентрации центров захвата (NPt), глубины их залегания в запрещенной зоне кремния (Et) и сечения захвата дырок (σp) с исходной концентрацией подвижных дырок (p0=1/ρpo) в валентной зоне и температурной зависимостью подвижности дырок в исходном кремнии p-типа электропроводности. Экспериментально найдены соотношения требуемой концентрации платины (Npt), определяемой температурой диффузии (ТД) в зависимости от исходного удельного сопротивления (ρpo). Таким образом, для снижения температурной зависимости сопротивления мощных кремниевых резисторов просто введение атомов «глубоких» примесей является не достаточным.The achieved technical effect when using the above distinguishing features is explained by the fact that the growing temperature dependence of the resistivity of silicon is ρ p0 = 1 / p o · q · µ p (where p 0 is the concentration of mobile holes in the valence band of the initial silicon; q is the electron charge; μ p - hole mobility) is determined by the temperature dependence of the incident hole mobility μ p ≈T -2,2 range of operating temperatures of the resistor, which is proposed to compensate for the increasing of the temperature dependence of the hole concentration p o ≈T +2,2 (TCS strives I to 0) liberated with increasing temperature of the trapping centers introduced by diffusion of platinum atoms. In this case, the values of the concentration of trapping centers (N Pt ), the depths of their occurrence in the band gap of silicon (Et) and the cross section of hole capture (σ p ) with the initial concentration of moving holes (p 0 = 1 / ρ po ) in the valence band and temperature dependence of hole mobility in the initial p-type silicon of electrical conductivity. The ratios of the required platinum concentration (N pt ) determined by the diffusion temperature (T D ) depending on the initial resistivity (ρ po ) were experimentally found. Thus, to reduce the temperature dependence of the resistance of powerful silicon resistors, simply introducing atoms of "deep" impurities is not sufficient.
Содержание атомов платины с концентрацией в интервале от 2,5·1013 см-3 для кремния p-типа электропроводности с исходным удельным сопротивлением ρp0=150 Ом·см до 9·1014 см-3 для кремния p-типа электропроводности с ρp0=0,4 Ом·см в резистивном элементе и проведение для этого диффузии атомов платины при температуре в интервале от 870°C для кремния p-типа электропроводности с исходным удельным сопротивлением ρp0=150 Ом·см до 1190°C для кремния p-типа электропроводности с ρp0=0,4 Ом·см в предлагаемом способе изготовления мощного полупроводникового резистора необходимо и достаточно для снижения ТХС до ±10% в широком интервале рабочих температур.The content of platinum atoms with a concentration in the range from 2.5 · 10 13 cm -3 for silicon p-type electrical conductivity with an initial specific resistance ρ p0 = 150 Ohm · cm to 9 · 10 14 cm -3 for silicon p-type electrical conductivity with ρ p0 = 0.4 Ohm · cm in the resistive element and conducting for this diffusion of platinum atoms at a temperature in the range from 870 ° C for silicon p-type conductivity with the initial specific resistance ρ p0 = 150 Ohm · cm to 1190 ° C for silicon p -type conductivity with ρ p0 = 0,4 ohm · cm in the method of manufacturing a power semiconductor resistor Parts Required and sufficient to reduce the TCS to ± 10% over a wide range of operating temperatures.
Известных технических решений с такой совокупностью признаков в патентной и научно-технической литературе не обнаружено, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемой группы технических решений критерию «новизна».Known technical solutions with such a combination of features were not found in the patent and scientific literature, which allows us to conclude that the proposed group of technical solutions meets the criterion of "novelty."
Заявленные технические решения характеризуются совокупностью признаков, проявляющих новые качества, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемых технических решений критерию «изобретательский уровень».The claimed technical solutions are characterized by a combination of features exhibiting new qualities, which allows us to conclude that the proposed technical solutions meet the criterion of "inventive step".
На Фиг.1 приведена конструкция резистивного элемента заявляемого мощного полупроводникового резистора.Figure 1 shows the design of the resistive element of the inventive powerful semiconductor resistor.
На Фиг.2 приведены для сравнения экспериментальные зависимости требуемой температуры диффузии атомов платины в резистивные элементы, изготовленные из кремния n-типа электропроводности (кривая 1) по известному способу [1, п.2], и в резистивные элементы из кремния p-типа электропроводности (кривая 2) по предлагаемому способу от величины исходного удельного сопротивления кремния ρ0 для обеспечения ТХС≤±10%.Figure 2 shows, for comparison, the experimental dependences of the required diffusion temperature of platinum atoms in resistive elements made of n-type silicon of electrical conductivity (curve 1) by the known method [1, item 2], and in resistive elements of silicon p-type electrical conductivity (curve 2) according to the proposed method from the value of the initial specific resistivity of silicon ρ 0 to ensure TCS≤ ± 10%.
Основой мощного полупроводникового резистора является показанный на фиг.1 резистивный элемент, который имеет: подложку в виде диска 1 из монокристаллического кремния p-типа электропроводности; диффузионные приконтактные области p-типа 2 с двух сторон подложки 1; алюминиевые контакты 3, напыленные на приконтактные области p-типа 2; фаски 4 для исключения влияния краевых эффектов с обеих сторон подложки в виде диска 1; кремнийорганический компаунд (КЛТ) 5, которым защищены фаски 4.The basis of a powerful semiconductor resistor is the resistive element shown in FIG. 1, which has: a substrate in the form of a p-type single-
Атомы платины вводят с помощью диффузии до напыления Al-контактов 3. Резистивный элемент помещен в таблеточный корпус (на фиг.1 не показан).Platinum atoms are introduced by diffusion before deposition of Al contacts 3. The resistive element is placed in a tablet case (not shown in FIG. 1).
Линейность вольт-амперной характеристики резистора достигается при помощи диффузионных приконтактных областей p+-типа 2, сформированных при помощи диффузии атомов бора под алюминиевыми контактами 3.The linearity of the current-voltage characteristic of the resistor is achieved using diffusion near-contact regions of p + type 2 formed by diffusion of boron atoms under aluminum contacts 3.
В процессе эксплуатации резистивный элемент может нагреваться в интервале температур от комнатной +25°C до максимально допустимой (Trm). Резистивный элемент, не легированный атомами платины, имеет ТХС≥100%, что может привести к нарушению тепловых режимов работы схемы. Улучшение ТХС осуществляется за счет введения атомов платины, создающих в запрещенной зоне кремния глубокие уровни захвата, которые компенсируют падающую температурную характеристику подвижности носителей заряда (µp~1/T) растущей температурной зависимостью концентрации носителей заряда, освобождаемых с донорного уровня платины. Требуемое значение концентрации платины (NPt) для обеспечения ТХС≤±10% строго связано с исходным значением удельного сопротивления кремния p-типа электропроводности (ρp0).During operation, the resistive element can heat in the temperature range from room temperature + 25 ° C to the maximum allowable (T rm ). A resistive element not doped with platinum atoms has a TCS≥100%, which can lead to a violation of the thermal regimes of the circuit. TCS is improved by introducing platinum atoms, which create deep capture levels in the band gap of silicon, which compensate for the decreasing temperature characteristic of charge carrier mobility (µp ~ 1 / T) by the increasing temperature dependence of the concentration of charge carriers released from the donor level of platinum. The required value of the concentration of platinum (N Pt ) to ensure TCS ≤ ± 10% is strictly related to the initial value of the specific resistance of silicon p-type conductivity (ρ p0 ).
Сравнительный анализ представленных на фиг.2 зависимостей показывает, что достижение ТХС≤±10% в образцах, изготовленных из кремния p-типа электропроводности, происходит при меньших температурах диффузии атомов платины. Кроме того, применение диффузии платины при изготовлении резистивных элементов на основе кремния p-типа электропроводности позволило расширить границы применимости исходного удельного сопротивления в сторону меньших значений ρp0=0,4 Ом·см и, как следствие, повысить максимально допустимую температуру резисторов до +260°C без существенного увеличения себестоимости изготовления.A comparative analysis of the dependences shown in Fig. 2 shows that the achievement of TCS ≤ ± 10% in samples made of p-type silicon of electrical conductivity occurs at lower diffusion temperatures of platinum atoms. In addition, the use of platinum diffusion in the manufacture of resistive elements based on silicon p-type electrical conductivity allowed us to expand the range of applicability of the initial resistivity to lower values ρ p0 = 0.4 Ohm · cm and, as a result, increase the maximum allowable temperature of the resistors to +260 ° C without a significant increase in manufacturing costs.
Границы предлагаемого интервала исходного удельного сопротивления кремния p-типа электропроводности ρp0=0,4÷150 Ом·см обосновываются следующим образом.The boundaries of the proposed interval of the initial specific resistivity of silicon p-type electrical conductivity ρ p0 = 0.4 ÷ 150 Ohm · cm are justified as follows.
Выбор верхнего предела ρp0=150 Ом·см связан с тем, что превышение ρp0=150 Ом·см ведет к снижению максимально допустимой температуры резистора Trm≤125°C, что является нарушением норм технических условий на резистор.The choice of the upper limit ρ p0 = 150 Ohm · cm is due to the fact that exceeding ρ p0 = 150 Ohm · cm leads to a decrease in the maximum allowable temperature of the resistor T rm ≤125 ° C, which is a violation of the technical specifications for the resistor.
Выбор нижнего предела исходного удельного сопротивления, равного 0,4 Ом·см, связан с предельной растворимостью атомов платины 9·1014 см-3 при температуре 1190°C в кремнии p-типа электропроводности. Т.е. при использовании кремния p-типа электропроводности с ρp0=0,3 Ом·см для обеспечения ТХС≤±10% была увеличена температура диффузии атомов платины до 1200°C, однако концентрация платины не увеличилась, а ТХС превысила допустимый предел.The choice of the lower limit of the initial specific resistance equal to 0.4 Ohm · cm is associated with the limiting solubility of platinum atoms of 9 · 10 14 cm -3 at a temperature of 1190 ° C in p-type silicon of electrical conductivity. Those. when using p-type silicon of electrical conductivity with ρ p0 = 0.3 Ohm · cm to ensure TCS ≤ ± 10%, the diffusion temperature of platinum atoms was increased to 1200 ° C, however, the platinum concentration did not increase, and TCS exceeded the allowable limit.
Выбор интервалов концентраций атомов платины и температур диффузии (870-1190°C) в зависимости от исходного удельного сопротивления (ρp0) обоснован в конкретном примере исполнения с данными, представленными в таблице 1.The choice of the ranges of concentrations of platinum atoms and diffusion temperatures (870-1190 ° C) depending on the initial specific resistance (ρ p0 ) is justified in a specific example of execution with the data presented in table 1.
Пример конкретного исполненияConcrete example
При изготовлении экспериментальных образцов резистивных элементов, представляющих собой кремниевые диски 1 диаметром 32 мм, толщиной 2,5 мм из монокристаллического кремния p-типа электропроводности марки КДБ с различным удельным сопротивлением ρp0=0,3 Ом·см, 0,4 Ом·см; 0,8 Ом·см; 4,0 Ом·см; 20 Ом·см; 60 Ом·см; 150 Ом·см; 160 Ом·см был использован предлагаемый способ.In the manufacture of experimental samples of resistive elements, which are
Изготовление проводили по следующей схеме:Production was carried out according to the following scheme:
- резка кремниевых слитков на пластины толщиной 2,6 мм;- cutting silicon ingots into wafers with a thickness of 2.6 mm;
- вырезка дисков 1 диаметром 32 мм;- cutting
- сошлифовка микропорошком М28 с двух сторон по 50 мкм до толщины 2,5 мм;- grinding with M28 micropowder on both sides of 50 microns to a thickness of 2.5 mm;
- создание приконтактных областей 2 p+-типа электропроводности путем двухстадийной диффузии бора, включающей загонку бора при температуре 1150°C в течение 1,5 часов, снятие боросиликатного стекла и разгонку бора при температуре 1200°C в течение 25 ч;- creation of the contact areas of the 2 p + -type of electrical conductivity by two-stage boron diffusion, including a boron flare at a temperature of 1150 ° C for 1.5 hours, removal of borosilicate glass and boron distillation at a temperature of 1200 ° C for 25 hours;
- контроль диффузионных параметров (глубина слоев p+-типа электропроводности порядка 20 мкм и поверхностная концентрация бора ~1019 см-3);- control of diffusion parameters (the depth of the p + type conductivity layers is about 20 μm and the surface boron concentration is ~ 10 19 cm -3 );
- проведение диффузии атомов платины (в качестве источника используется спиртовой раствор платино-хлористоводородной кислоты, который наносят с 2-х сторон кремниевых дисков 1) в атмосфере воздуха в течение 2÷3 часов при температурах: а) для кремния с ρp0=0,3 Ом·см Тд=1200°C; б) для кремния с ρp0=0,4 Ом·см Тд=1190°C; в) для кремния с ρp0=0,8 Ом·см Тд=1180°C, 1185°C и 1190°C; г) для кремния с ρp0=4,0 Ом·см Тд=1140°C, 1150°C и 1130°C; д) для кремния с ρp0=20 Ом·см Тд=1060°C, 1070°C и 1050°C; е) для кремния с ρp0=60 Ом·см Тд=970°C; ж) для кремния с ρp0=150 Ом·см Тд=870°C; з) для кремния с ρp0=160 Ом·см Тд=860°C;- conducting diffusion of platinum atoms (an alcohol solution of platinum-hydrochloric acid, which is applied from 2 sides of
- создание омических контактов 3 путем напыления алюминия (диаметр металлизации 30 мм) по стандартной технологии;- creation of ohmic contacts 3 by spraying aluminum (metallization diameter 30 mm) according to standard technology;
- снятие фасок 4 с боковой поверхности дисков 1 до границы Al-контакта 3;- chamfering 4 from the side surface of the
- травление фасок 4 и защита кремний-органическим компаундом (КЛТ) 5 с последующей сушкой при 180°C в течение 10 ч;- etching of the chamfers 4 and protection with a silicon-organic compound (KLT) 5, followed by drying at 180 ° C for 10 hours;
- измерение основных параметров и характеристик: номинального сопротивления, ТХС и вольт-амперной характеристики;- measurement of the main parameters and characteristics: nominal resistance, TCS and current-voltage characteristics;
- сборка элементов в таблеточные корпусы типа КЖТД4-32 (на фиг.1 не показано). Приведенные соотношения между значениями исходного удельного сопротивления (ρp0) и требуемой температуры диффузии атомов платины (Тд) взяты из более многочисленных экспериментальных исследований, достаточных для построения зависимостей Тд от ρp0 (Фиг.2, кривая 2).- assembly of elements in tablet housings of the type KZhTD4-32 (not shown in figure 1). The above relations between the values of the initial specific resistance (ρ p0 ) and the required diffusion temperature of platinum atoms (T d ) are taken from more numerous experimental studies sufficient to build the dependences of T d on ρ p0 (Figure 2, curve 2).
В таблице 1 и на фиг.2 приведены результаты экспериментальных исследований. Количество элементов, изготовленных из кремния p-типа электропроводности с различным исходным удельным сопротивлением ρp0 при различных режимах диффузии атомов платины, составляло 8-10 шт.Table 1 and figure 2 shows the results of experimental studies. The number of elements made of p-type silicon of electrical conductivity with different initial specific resistivity ρ p0 under various diffusion regimes of platinum atoms was 8-10 pcs.
где ρp0 - исходное удельное сопротивление кремния p-типа электропроводности;where ρ p0 is the initial specific resistivity of silicon p-type conductivity;
NPt - концентрация атомов платины, требуемая для минимизации ТХС;N Pt is the concentration of platinum atoms required to minimize TCS;
Rном - номинальное сопротивление резистора;R nom - nominal resistance of the resistor;
ТХС - температурная характеристика резистора;TCS - temperature characteristic of the resistor;
Trm - максимально допустимая температура резистора;T rm is the maximum allowable temperature of the resistor;
Тд - температура диффузии атомов платины, обеспечивающая требуемую концентрацию платины.T d - the diffusion temperature of platinum atoms, providing the desired concentration of platinum.
В таблице 2 показано влияние отклонения от указанных в таблице 1 рекомендуемых температур диффузии атомов платины и соответствующих им концентраций атомов платины на примере кремния p-типа электропроводности с исходным удельным сопротивлением ρp0, равным 0,8; 4,0; 20,0 (Ом·см).Table 2 shows the effect of deviations from the recommended diffusion temperatures of platinum atoms and the corresponding concentrations of platinum atoms indicated in Table 1, using silicon p-type conductivity as an example with an initial specific resistance ρ p0 of 0.8; 4.0; 20.0 (Ohm · cm).
Как следует из сравнительного анализа результатов, приведенных в таблице 2, незначительное отклонение режима диффузии платины приводит к существенному ухудшению TXC и снижению выхода годных приборов с требуемой TXC. Аналогичные выводы относятся и к образцам с другими значениями ρpo.As follows from a comparative analysis of the results shown in Table 2, a slight deviation of the diffusion mode of platinum leads to a significant deterioration in TXC and a decrease in the yield of devices with the required TXC. Similar conclusions apply to samples with other ρ po values.
Сравнить предложенный способ изготовления с известным по прототипу [2] не представляется возможным вследствие того, что указанный в прототипе интервал температур диффузии атомов золота (в заявляемом способе предлагается диффузия атомов платины) 800-1000°C не согласован с исходным удельным сопротивлением кремния p-типа электропроводности. Например, если провести диффузию золота в резистивный элемент на основе кремния с исходным удельным сопротивлением 5 Ом·см при температуре 850°C (из указанного интервала) в течение двух часов, то TXC такого резистора будет более 120%, что не соответствует приведенному техническому эффекту со значением 20% в [2], т.е. этот результат не подлежит сравнению.To compare the proposed manufacturing method with the known prototype [2] is not possible due to the fact that the prototype temperature range of diffusion of gold atoms (in the present method suggests diffusion of platinum atoms) 800-1000 ° C is not consistent with the initial specific resistance of p-type silicon electrical conductivity. For example, if gold is diffused into a silicon-based resistive element with an initial specific resistance of 5 Ohm · cm at a temperature of 850 ° C (from the indicated interval) for two hours, then the TXC of such a resistor will be more than 120%, which does not correspond to the given technical effect with a value of 20% in [2], ie this result cannot be compared.
К преимуществам предлагаемых конструкции мощного полупроводникового резистора и способа его изготовления, представленных в таблицу 3, относятся:The advantages of the proposed design of a powerful semiconductor resistor and method of its manufacture, are presented in table 3, include:
- возможность увеличения импульсного рабочего напряжения за счет использования кремния p-типа электропроводности, для которого определена температура диффузии атомов платины, обеспечивающая требуемую TXC;- the possibility of increasing the pulse operating voltage due to the use of silicon p-type electrical conductivity, for which the diffusion temperature of platinum atoms is determined, providing the required TXC;
- возможность увеличения максимально допустимой температуры резистора до +260°C и, как следствие, увеличение номинальной мощности при сохранении температурной стабильности сопротивления и относительно низкой себестоимости.- the possibility of increasing the maximum permissible temperature of the resistor to + 260 ° C and, as a result, increasing the nominal power while maintaining the temperature stability of the resistance and relatively low cost.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013146560/07A RU2531381C1 (en) | 2013-10-18 | 2013-10-18 | High-power semiconductor resistor and method of making said resistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013146560/07A RU2531381C1 (en) | 2013-10-18 | 2013-10-18 | High-power semiconductor resistor and method of making said resistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2531381C1 true RU2531381C1 (en) | 2014-10-20 |
Family
ID=53381976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013146560/07A RU2531381C1 (en) | 2013-10-18 | 2013-10-18 | High-power semiconductor resistor and method of making said resistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2531381C1 (en) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2025147A (en) * | 1978-07-04 | 1980-01-16 | Thomson Csf | Silicon resistor having a very low temperature coefficient |
US4196228A (en) * | 1978-06-10 | 1980-04-01 | Monolithic Memories, Inc. | Fabrication of high resistivity semiconductor resistors by ion implanatation |
US5439841A (en) * | 1994-01-12 | 1995-08-08 | Micrel, Inc. | High value gate leakage resistor |
US5554878A (en) * | 1992-05-28 | 1996-09-10 | Co. Ri. M. Me. | Intergrated high-voltage resistor including field-plate layers |
RU2084032C1 (en) * | 1994-07-05 | 1997-07-10 | Товарищество с ограниченной ответственностью - Фирма "БРОНКС" | Method for manufacturing of semiconductor temperature-sensitive resistor |
RU2169411C1 (en) * | 2000-08-17 | 2001-06-20 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И.Ленина" | High-power semiconductor resistor and its manufacturing process |
RU2206146C1 (en) * | 2001-10-12 | 2003-06-10 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" | High-power semiconductor resistor and its manufacturing process |
RU2382438C1 (en) * | 2008-09-05 | 2010-02-20 | ОАО "Электровыпрямитель" | Resistive element for high-voltage semiconductor resistor |
RU2400864C2 (en) * | 2008-09-22 | 2010-09-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Semiconductor integrated circuit (versions) |
-
2013
- 2013-10-18 RU RU2013146560/07A patent/RU2531381C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4196228A (en) * | 1978-06-10 | 1980-04-01 | Monolithic Memories, Inc. | Fabrication of high resistivity semiconductor resistors by ion implanatation |
GB2025147A (en) * | 1978-07-04 | 1980-01-16 | Thomson Csf | Silicon resistor having a very low temperature coefficient |
US5554878A (en) * | 1992-05-28 | 1996-09-10 | Co. Ri. M. Me. | Intergrated high-voltage resistor including field-plate layers |
US5439841A (en) * | 1994-01-12 | 1995-08-08 | Micrel, Inc. | High value gate leakage resistor |
RU2084032C1 (en) * | 1994-07-05 | 1997-07-10 | Товарищество с ограниченной ответственностью - Фирма "БРОНКС" | Method for manufacturing of semiconductor temperature-sensitive resistor |
RU2169411C1 (en) * | 2000-08-17 | 2001-06-20 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И.Ленина" | High-power semiconductor resistor and its manufacturing process |
RU2206146C1 (en) * | 2001-10-12 | 2003-06-10 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" | High-power semiconductor resistor and its manufacturing process |
RU2382438C1 (en) * | 2008-09-05 | 2010-02-20 | ОАО "Электровыпрямитель" | Resistive element for high-voltage semiconductor resistor |
RU2400864C2 (en) * | 2008-09-22 | 2010-09-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Semiconductor integrated circuit (versions) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7615393B1 (en) | Methods of forming multi-doped junctions on a substrate | |
JP6861171B2 (en) | Active Region Design and Corresponding Methods for Silicon Carbide Superjunction Power Devices | |
JP5236914B2 (en) | Manufacturing method of solar cell | |
JP5955246B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2013512570A (en) | Method of using a set of silicon nanoparticle liquids to control a set of dopant diffusion profiles in situ | |
JP6267624B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
WO2010050936A1 (en) | Methods of forming multi-doped junctions on a substrate | |
US9099517B2 (en) | Bipolar junction transistor with spacer layer | |
CN103748689B (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
US20190019904A1 (en) | Solar cell fabrication using laser patterning of ion-implanted etch-resistant layers and the resulting solar cells | |
KR101300790B1 (en) | Cdte thin film solar cell having diffusion barriers and manufacturing method thereof | |
US8698285B2 (en) | Reverse recovery using oxygen-vacancy defects | |
JP5600985B2 (en) | Method for manufacturing power semiconductor device | |
JP2022136627A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
RU2531381C1 (en) | High-power semiconductor resistor and method of making said resistor | |
JP5867609B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
Sansbury et al. | CONDUCTIVITY AND HALL MOBILITY OF ION‐IMPLANTED SILICON IN SEMI‐INSULATING GALLIUM ARSENIDE | |
WO2015068475A1 (en) | Silicon carbide semiconductor device and method for producing same | |
US11222991B2 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
KR101406339B1 (en) | Method for preparing selective emitter layer, selective emitter layer prepared by the same, and silicone solar-cell comprising the same | |
JP2016536778A (en) | Zener diode with polysilicon layer with improved reverse surge capability and reduced leakage current | |
Campbell et al. | Simultaneous junction formation using a directed energy light source | |
JP2015073051A (en) | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US9012314B2 (en) | Method for forming patterned doping regions | |
RU2086043C1 (en) | Power semiconductor resistor and method for its manufacturing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151019 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20181008 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191019 |