-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Widerstandsbauelement,
dessen elektrischer Widerstand abgleichbar ist, sowie ein Verfahren
zu dessen Abgleich.
-
Für zahlreiche
Anwendungen müssen
in integrierten Schaltungen Widerstandsbauelemente mit einem definierten
elektrischen Widerstand erzeugt werden. Es existieren verschiedene
Verfahren zur Erzeugung von integrierten Widerstandsbauelementen,
die jedoch in der Regel entweder durch eine große Streuung der Widerstandswerte
oder durch einen hohen verfahrentechnischen Aufwand gekennzeichnet
sind. Um einen definierten Widerstandswert zu erhalten, werden Widerstandsbauelemente
oft nachträglich
abgeglichen bzw. justiert. Dieser Abgleich ist jedoch herkömmlich nur
innerhalb eines relativ kleinen Bereichs möglich.
-
Ein
Beispiel für
ein herkömmliches
integriertes Widerstandsbauelement ist ein Filmwiderstand. Auf einem
Substrat wird eine Isolierschicht, beispielsweise eine Halbleiteroxidschicht,
erzeugt. Auf dieser wird eine dünne
Halbleiterschicht abgeschieden und lateral strukturiert. Die dünne Halbleiterschicht
bzw. der Halbleiterfilm wird dotiert. Eine typische laterale Form
eines Filmwiderstands ist ein Rechteck. Entlang zweier einander
gegenüberliegender
paralleler Seiten des Rechtecks sind hoch dotierte, beispielsweise
p+-dotierte,
Kontaktstreifen vorgesehen, über die
das Widerstandsbauelement kontaktiert wird. Der zwischen diesen
hoch dotierten Kontaktstreifen liegende rechteckige Bereich des
Halbleiterfilms ist der eigentliche Widerstandsbereich. Der Widerstandsbereich
ist schwächer
dotiert als die hoch dotierten Kontaktstreifen, weist jedoch den
gleichen Leitungstyp auf. Wenn die Kontaktstreifen p+-dotiert
sind, ist der Widerstandsbereich also vorzugsweise p–-dotiert.
-
Die
Dotierung sowohl des Widerstandsbereichs als auch der Kontaktstreifen
erfolgt in der Regel durch Implantation eines Dotierstoffs mit nachfolgender
thermischer Aktivierung des implantierten Dotierstoffs.
-
Bei
einem Filmwiderstand der beschriebenen Bauart bestehen verschiedene
Möglichkeiten
bei einer gegebenen Geometrie des Widerstandsbauelements und bei
einer gegebenen Anzahl implantierter Dotierstoffatome, den elektrischen
Widerstand zu verändern.
Eine Möglichkeit
besteht darin, die Dotierstoffaktivierung zu ändern bzw. zu variieren. Dazu werden
das Temperaturprofil der thermischen Dotierstoffaktivierung variiert,
insbesondere die Dauer und die erreichten Temperaturen. Eine unvollständige Aktivierung
des Dotierstoffs bewirkt einen erhöhten Widerstand des Widerstandsbauelements,
da einerseits nur ein Teil der Dotierstoffatome auf Gitterplätzen sitzt
und dort als Donatoren bzw. Akzeptoren wirkt und andererseits Dotierstoffatome
auf Zwischengitterplätzen
und andere bei der Implantation des Dotierstoffs erzeugte und nicht
ausgeheilte Gitterfehler des Halbleiters als Fallen (Traps) für Ladungsträger wirken
und dadurch die Ladungsträgerdichte
verringern.
-
Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, durch eine thermische Behandlung eine Ausdiffusion
von Dotierstoff aus den hoch dotierten Kontaktstreifen in angrenzende
Bereiche des niedrig dotierten Widerstandsbereichs zu bewirken.
Dadurch sinkt die Leitfähigkeit
der hoch dotierten Kontaktstreifen nur geringfügig, während die Leitfähigkeit
des niedrig dotierten Widerstandsbereichs zumindest in der Nähe der hoch
dotierten Kontaktstreifen deutlich steigt. Der elektrische Widerstand
des Widerstandsbauelements wird dadurch herabgesetzt. Eine solche
Ausdiffusion von Dotierstoff aus den hoch dotierten Kontaktstreifen
in den niedrig dotierten Widerstandsbereich kann bereits bei dem
Verfahrensschritt der Dotierstoffaktivierung erfolgen. Durch ein
Erhöhen
der Temperatur oder ein Verlängern
der Dauer der Dotierstoffaktivierung kann somit eine (vermehrte)
Ausdiffusion von Dotierstoff aus den hoch dotierten Kontaktstreifen
in den niedrig dotierten Widerstandsbereich und damit eine Verringerung
des elektrischen Widerstands des Widerstandsbauelements bewirkt werden.
-
Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, innerhalb des Widerstandsbauelements und insbesondere
innerhalb des Widerstandsbereichs bei der Implantation des Dotierstoffs
zunächst
eine in vertikaler Richtung, also in einer Richtung senkrecht zu
dem Halbleiterfilm, inhomogene Dotierstoffkonzentration zu erzeugen.
Wiederum mit Hilfe eines nachfolgenden thermischen Schritts, beispielsweise
gleichzeitig mit einer Dotierstoffaktivierung bei veränderten
Parametern, kann nachträglich
eine Homogenisierung der Dotierstoffkonzentration in vertikaler
Richtung bewirkt werden. Auch dies hat eine Veränderung des elektrischen Widerstands
des Widerstandsbereichs, insbesondere eine Verringerung des elektrischen
Widerstands zur Folge.
-
Ein
schwerwiegender gemeinsamer Nachteil der oben beschriebenen herkömmlichen
Wege zur Veränderung
des elektrischen Widerstands eines Widerstandsbauelements besteht
darin, daß jede
thermische Behandlung Auswirkungen auf das gesamte Substrat bzw.
den gesamten Halbleiterwafer und gegebenenfalls bereits darin gebildete
oder noch zu bildende Bauelemente hat. Temperatur und Dauer einer
thermischen Benhandlung können
deshalb nicht beliebige variiert werden, sondern müssen innerhalb enger
Grenzen gehalten werden. Der elektrische Widerstand eines Widerstandsbauelements
kann deshalb auf die oben beschriebenen Weisen nur innerhalb eines
sehr beschränkten
Bereichs verändert werden.
Ferner sind die beschriebenen Wege zur Veränderung des elektrischen Widerstands
eines Widerstandsbauelements in der Regel nur für Widerstandsbauelemente auf
der Grundlage von Halbleiterfilmen auf Isolierschichten, welche
eine vertikale Diffusion wirksam unterbinden, anwendbar. Im Fall eines
Widerstandsbauelements, das im Substrat gebildet ist, würde der
Dotierstoff in verti kaler Richtung diffundieren und so den für das Widerstandsbauelement
vorgesehenen Raumbereich verlassen.
-
Die
Druckschrift
EP 0 996
158 A1 beschreibt eine Widerstandsstruktur für Hochvolt-Anwendungen,
die auf ein Halbleitersubstrat integriert ist. Der vorgeschlagene
Widerstand weist eine Mäanderform auf.
Die leitfähige
Struktur wird dabei durch ein p-dotiertes Gebiet gebildet, das in
einem p–-dotiertem Spacer-Gebiet
gebildet wird. Weiterhin enthält
die in der bezeichneten Druckschrift gezeigte Widerstandsstruktur
Gräben.
-
Die
Druckschrift
DE 26
08 214 A1 zeigt eine integrierte, hochohmige Halbleiter-Widerstandsstruktur,
die im Wesentlichen aus zwei parallel angeordneten, länglichen
Diffusionszonen besteht, die über Öffnungen
mit ohmschen Kontakten versehen sind. Insbesondere zeigt die Druckschrift,
dass die Diffusionszonen in ein niedrigdotiertes bzw. intrinsisches
Substrat
10 eindiffundiert sind. Die beiden Diffusionszonen überlappen
sich bei einer bevorzugten Ausführungsform.
-
Die
Druckschrift
US 5 065 221 zeigt
ein abgleichbares Widerstandselement für eine mikroelektronische Schaltung.
Die leitfähigen
Regionen werden hierbei durch selektive Implantation eines Dotierstoffs
in eine Schicht von geringer Leitfähigkeit bzw. geringer Dotierstoffkonzentration
erzeugt.
-
Die
Druckschrift
US 4 893 166 zeigt
einen hochohmigen Halbleiterwiderstand, dessen Wert durch Verschieben
von Dotiergrenzen erhöht
werden kann. Hierbei wird der Querschnitt eines leitenden Bereichs
von einem Leitungstyp dadurch verringert, dass Dotierstoffe, die
einen entgegengesetzten Leitungstyp des Halbleiters zur Folge haben,
in hoher Konzentration eingebracht werden. Damit bildet sich ein
Halbleiterübergang,
der den leitenden Bereich räumlich
beschränkt
und verkleinert, wodurch der Widerstand sich erhöht.
-
Bei
herkömmlichen
Widerstandsstrukturen wie den oben beschriebenen ist eine Veränderung des
elektrischen Widerstands eines integrierten Halbleiterwiderstandsbauelements
nur innerhalb eines eingeschränkten
Widerstandswertebereichs möglich.
Im Falle von Technologien, bei denen der elektrische Widerstand
der Widerstandsbauelemente von Wafer zu Wafer oder von Los zu Los
stärker schwankt,
ist deshalb ein Abgleichen bzw. Einstellen des elektrischen Widerstands
auf einen erwünschten Wert
nicht möglich.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Widerstandsbauelement
und ein Verfahren zum Abgleichen desselben zu schaffen, die ein
Einstellen des elektrischen Widerstands des Widerstandsbauelements
innerhalb eines großen
Widerstandswertebereichs ermöglichen.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Widerstandsbauelement nach Anspruch 1 bzw.
ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst.
-
Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Idee, innerhalb eines Widerstandsbereichs
eines Widerstandsbauelements einen ersten und einen zweiten Bereich
mit unterschiedlich hohen Dotierstoffkonzentrationen anzuordnen,
wobei ein Stromweg durch den höher
dotierten ersten Bereich durch einen Abschnitt einer Dotiergrenze
zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich eingeschränkt und insbesondere
der Abschnitt der Dotiergrenze die widerstandsbestimmende Breite
des Stromwegs durch den ersten Bereich bestimmt. Eine thermisch
induzierte Diffusion eines Dotierstoffs (insbesondere vom ersten
Bereich zum zweiten Bereich) bewirkt (neben einer Aufweichung der
Dotiergrenze) eine Verschiebung der Dotiergrenze in Richtung zu
dem zweiten Bereich bzw. eine Vergrößerung des ersten Bereichs und
eine Verkleinerung des zweiten Bereichs. Dies hat eine Vergrößerung der
widerstandsbestimmenden Breite des Stromwegs durch den ersten Bereich und
damit eine Verringerung des elektrischen Widerstands des Widerstandsbauelements
zur Folge.
-
Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch
eine Beeinflussung der widerstandsbestimmenden Breite eines Stromwegs
durch den höher
dotierten ersten Bereich eine besonders wirksame Veränderung
des elektrischen Widerstands des Widerstandsbauelements möglich ist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht
somit eine Veränderung
des elektrischen Widerstands des Widerstandsbauelements innerhalb
eines großen
Widerstandswertebereichs. Somit kann auch bei einer mit einfachen
und kostengünstigen
technologischen Mitteln bewirkten großen Streuung der ursprünglichen Widerstandswerte
von Widerstandsbauelementen eine Einstellung bzw. ein Abgleich auf
einen vorbestimmten Widerstandswert erfolgen.
-
Gemäß der Erfindung
ist der zweite Bereich, der die geringere Dotierstoffkonzentration
aufweist, an dem Abschnitt der Dotiergrenze, der die widerstandsbestimmende
Breite des Stromwegs bestimmt, spitzwinklig mit geraden Abschnitten,
also konvex und insbesondere keilförmig. Besonders ein keilförmiger oder
insbesondere an dem Abschnitt der Dotiergrenze, der die widerstandsbestimmende
Breite des Stromswegs bestimmt, keilförmiger zweiter Bereich hat
den Vorteil, daß bereits
eine geringe Verschiebung der Dotiergrenze zwischen dem ersten Bereich
und dem zweiten Bereich eine wesentlich stärkere Vergrößerung der widerstandsbestimmenden
Breite des Stromwegs durch den ersten Bereich zur Folge hat.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
sind der erste Bereich einfach zusammenhängend und der zweite Bereich
zusammenhängend.
Vorzugsweise erstreckt sich der zweite Bereich in erster Linie quer zur
Grundstromflußrichtung
des Widerstandsbauelements zwischen den Anschlüssen desselben, wobei die widerstandsbestimmende
Breite des Stromwegs durch den ersten Bereich gleich der Gesamtbreite des
Widerstandsbereichs abzüglich
der Ausdehnung des zweiten Bereichs ist.
-
Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel sind
der erste Bereich mehrfach zusammenhängend und der zweite Bereich
nicht-zusammenhängend. Der
zweite Bereich besteht aus mehreren zusammenhängenden Teilbereichen, die
in Richtung der Grundstromflußrichtung
des Widerstandsbauelements im wesentlichen hintereinander oder vorzugsweise
im wesentlichen nebeneinander angeordnet sind. Jeder einzelne Teilbereich
ist wiederum vorzugsweise so ausgebildet, daß eine Verschiebung der Dotiergrenze
um eine Verschiebungsstrecke eine Vergrößerung der widerstandsbestimmenden
Breite des Stromwegs durch den ersten Bereich zur Folge hat, die
größer als
die Verschiebungsstrecke ist.
-
Die
vorliegende Erfindung ist sowohl als Widerstandsbauelement als auch
als Verfahren zum Abgleich eines Widerstandsbauelements implementierbar.
-
Bevorzugte
Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
-
Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung;
-
2 eine
schematische Draufsicht des Ausführungsbeispiels
aus 1 nach einer Verschiebung einer Dotiergrenze;
-
3 eine
schematische Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung; und
-
4 eine
schematische Draufsicht auf ein Widerstandsbauelement mit verschiedenen
alternativen Merkmalen gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
1 ist
eine schematische Draufsicht auf ein Widerstandsbauelement gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Das Widerstandsbauelement umfaßt einen
im wesentlichen rechteckigen Widerstandsbereich aus einem Halbleitermaterial,
das vorzugsweise amorph oder polykristallin auf einer vorzugsweise
diffusionshemmenden Isolierschicht, vorzugsweise einer Halbleiteroxidschicht,
abgeschieden wurde.
-
Eine
kristalline Schicht, die entsprechend der SDI-Technologie auf eine
vorzugsweise diffusionshemmende Isolierschicht montiert ist, ist
ebenfalls einsetzbar. Entlang zweier einander gegenüberliegender
paralleler Seiten des Widerstandsbereichs 10 sind hoch
dotierte Kontaktstreifen 12, 14 vorgesehen. Über die
hoch dotierten Kontaktstreifen 12, 14 sowie gegebenenfalls
ohmsche Kontakte ist der Widerstandsbereich 10 elektrisch
leitfähig
mit Anschlüssen 16, 18 verbunden.
Die Anordnung der Kontaktstreifen 12, 14 und der
Anschlüsse 16, 18 gibt
eine Grund-Stromflußrichtung
in dem Widerstandsbereich 10 vor.
-
Der
Widerstandsbereich 10 umfaßt einen ersten Bereich 22 und
einen zweiten Bereich 24, der keilförmig in den ersten Bereich 22 eingeschoben
ist. Der erste Bereich 22 weist eine erste Dotierstoffkonzentration
auf, die höher
als eine zweite Dotierstoffkonzentration des zweiten Bereichs 24 ist.
Beispielsweise sind die Kontaktstreifen 12, 14 p+-dotiert, der erste Bereich 22 p–-dotiert
und der zweite Bereich 24 undotiert. Die Grenze zwischen
dem ersten Bereich 22 und dem zweiten Bereich 24 wird
im folgenden als Dotiergrenze 26 bezeichnet.
-
Da
der zweite Bereich 24 eine Dotierstoffkonzentration aufweist,
die geringer, vorzugsweise wesentlich geringer als die Dotierstoffkonzentration des
ersten Bereichs 22 ist, und besonders bevorzugt undotiert
ist, weist der zweite Bereich 24 eine geringere bzw. wesentlich
geringere elektrische Leitfähigkeit
auf als der erste Bereich 22. Ein elektrischer Strom zwischen
dem Anschluß 16 und
dem Kontaktstreifen 12 einerseits und dem Kontaktstreifen 14 und dem
Anschluß 18 andererseits
fließt
folglich überwiegend
oder fast ausschließlich
durch den ersten Bereich 22. Der Widerstand des Widerstandsbereichs 10 wird
deshalb überwiegend
oder fast ausschließlich
durch die spezifische Leitfähigkeit
und die Geometrie des ersten Bereichs 22 bestimmt. Die
widerstandsbestimmende Abmessung ist dabei die Breite B des Stromwegs zwischen
den Anschlüssen 16, 18 an
seiner schmalsten Stelle. Die widerstandsbestimmende Breite B wird
ihrerseits durch einen Abschnitt 30 der Dotiergrenze 26 bzw.
durch die Anordnung dieses Abschnitts relativ zur gegenüberliegenden Seite 32 des
Widerstandsbereichs 10 bestimmt. Entsprechend der keilförmigen Ausbildung
des zweiten Bereichs 24 weist der Abschnitt 30 einen
spitzen Winkel auf. Anders ausgedrückt grenzen hier zwei nicht-parallele
Teilabschnitte 34, 36 der Dotiergrenze 26 in
einem spitzen Winkel aneinander.
-
Das
in 1 dargestellte Widerstandsbauelement wird hergestellt,
indem zunächst
der Widerstandsbereich 10 aus einem Halbleitermaterial
gebildet wird. Dazu wird auf einem Substrat eine Isolierschicht,
vorzugsweise eine Halbleiteroxid- oder
auch eine Halbleiternitridschicht erzeugt. Auf der Isolierschicht
wird ein Halbleiterfilm amorph oder polykristallin abgeschieden.
Alternativ wird eine kristalline Halbleiterschicht mittels der SOI-Technologie
auf eine vorzugsweise diffusionshemmende Isolierschicht montiert
und nachfolgend strukturiert. Dieser definierte Halbleiterbereich
ist zunächst
nur schwach oder gar nicht dotiert.
-
In
der Halbleiterschicht bzw. dem Halbleiterfilm werden dann der erste
Bereich 22 mit einer ersten, höheren Dotierstoffkonzentration
und der zweite Bereich 24 mit einer zweiten, niedrigeren
Dotierstoffkonzentration erzeugt. Dazu wird vorzugsweise ein Dotierstoff
durch Implantation in den Halbleiterfilm eingebracht, wobei eine
Maske den zweiten Bereich 24 abdeckt, um eine Implantation
von Dotierstoff in den zweiten Bereich 24 zu verhindern
oder eine geringere Konzentration des implantierten Dotierstoffs zu
erzeugen. Der implantierte Dotierstoff wird dann durch Erhitzen
bzw. Erwärmen
des Halbleiterfilms aktiviert. Beim Aktivieren werden die Dotierstoffatome auf
Gitterplätzen
des Halbleitermaterials eingebaut und bei der Implantation des Dotierstoffs
im Halbleitermaterial erzeugte Materialschäden ausgeheilt. Auf ähnliche
Weise werden die hoch dotierten Kontaktstreifen 12, 14 erzeugt.
-
Vorzugsweise
wird der zweite Bereich 24 überhaupt nicht dotiert und
verbleibt somit mit seiner ursprünglichen
Dotierstoffkonzentration oder gegebenenfalls als undotierter, intrinsischer
Bereich.
-
Vor,
während
oder nach dem Erzeugen des ersten Bereichs 22 und des zweiten
Bereichs 24 durch ein lateral strukturiertes Dotieren wird
der Widerstandsbereich 10 insgesamt lateral strukturiert. Dazu
wird vorzugsweise der Halbleiterfilm, aus dem der Widerstandsbereich 10 gebildet
wird, außerhalb des
Widerstandsbereichs 10 entfernt. Gesteuert durch eine Photoresist-
oder eine andere Maske und durch Ätzen wird ein Graben erzeugt,
der den Widerstandsbereich 10 und die Kontaktstreifen 12, 14 vollständig umgrenzt
und in vertikaler Richtung bis zur darunterliegenden Isolierschicht
reicht. Alternativ wird der Halbleiterfilm außerhalb des Widerstandsbereichs 10 vollständig entfernt
oder von Anfang erst gar nicht erzeugt.
-
Nach
dem beschriebenen Verfahrensschritten weist das Widerstandsbauelement
einen bestimmten elektrischen Widerstand auf, der aufgrund niemals
exakt definierbarer Fertigungsparameter einer gewissen Streuung
unterworfen ist. Dabei ist die Abweichung des elektrischen Widerstands
von Widerstandsbauelement zu Widerstandsbauelement innerhalb eines
Wafers in der Regel gering. Größere und
große
Abweichungen treten zwischen den Widerstandswerten von Widerstandsbauelementen
auf verschiedenen Wafern oder gar aus verschiedenen Fertigungslosen
auf. Der elektrische Widerstands eines oder mehrerer Widerstandsbauelemente
auf einem Wafer oder innerhalb eines Fertigungsloses werden gemessen.
Aus diesem Meßwert
und seiner Abweichung von einem vorbestimmten Sollwert werden die
Parameter des im folgenden beschriebenen Korrekturschritts berechnet
oder auf andere Weise bestimmt. Die Wirkung dieses Korrekturschritts
wird im folgenden anhand der 2 dargestellt.
-
2 zeigt
ebenfalls in einer Draufsicht das oben anhand der 1 dargestellte
Widerstandsbauelement. Zur Korrektur bzw. zum Abgleich bzw. zum
Einstellen des elektrischen Widerstands des Widerstandsbauelements
wird dieses einer Wärmebehandlung
ausgesetzt. Durch Erwärmen
des Widerstandsbauelements wird eine Diffusion des Dotierstoffs
vom ersten Bereich 22 zum zweiten Bereich 24 hervorgerufen.
Aufgrund dieser Diffusion wird die Dotiergrenze 26 zwischen
dem ersten Bereich 22 und dem zweiten Bereich 24 verschoben.
Dabei wächst der
erste Bereich 22 zu Lasten des zweiten Bereichs 24 und
es stellt sich eine neue (etwas unschärfere) Dotiergrenze 26' ein. Durch
die Verschiebung der Dotiergrenze 26 um eine Verschiebungsstrecke
V zu der Dotiergrenze 26' verschiebt
sich der Abschnitt 30 der Dotiergrenze 26 um einen
Betrag bzw. eine Strecke S. Die widerstandsbestimmende Breite nimmt entsprechend
von B zu B + S zu. Der elektrische Widerstand des Widerstandsbauelements
nimmt entsprechend ab. Zusätzlich
muß noch
die Ausdiffusion der hochdotierten vorzugsweise p++-dotierten Anschlußgebiete
bzw. Kontaktstreifen 12, 14 berücksichtigt
werden, die ebenfalls einen Beitrag zur Änderung des elektrischen Widerstands
des Widerstandsbauelements leistet. Dieser Beitrag zur Widerstandsänderung
ist jedoch kleiner als der Beitrag der oben beschriebenen Verschiebung
der Dotiergrenze und der resultierenden Vergrößerung der widerstandsbestimmenden
Breite.
-
Aufgrund
der Konvexität
der Dotiergrenze 26 und insbesondere des Abschnitts 30 der
Dotiergrenze 26 ist die Strecke S, um die die widerstandsbestimmende
Breite zunimmt, größer als
die Verschiebungsstrecke V. Es ist erkennbar, daß aufgrund der spitzwinkligen
bzw. keilförmigen
Ausführung
des zweiten Bereichs 24 und insbesondere des Abschnitts 30 der
Dotiergrenze 26 die Strecke S wesentlich größer ist
als die Verschiebungsstrecke V. Durch eine geeignete Dimensionierung, insbesondere
einen besonders spitzen Winkel, kann die Strecke S ein Vielfaches
der Verschiebungsstrecke V betragen. Mit einer kleinen Verschiebung
der Dotiergrenze 26, die bereits bei einer relativ kurzfristigen
Temperatureinwirkung erzielbar ist, ist somit eine relativ große Änderung
der widerstandsbestimmenden Breite B nach B + S und damit eine relativ
große Änderung des
elektrischen Widerstands des Widerstandsbauelements erzielbar.
-
3 ist
eine schematische Draufsicht eines Widerstandsbauelements gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Das anhand der 3 nachfolgend
dargestellte Widerstandsbauelement unterscheidet sich von dem oben
anhand der 1 und 2 dargestellten
Widerstandsbauelement dadurch, daß der zweite Bereich 24 aus
zwei nicht zusammenhängenden
Teilbereichen 24a, 24b besteht. Der zweite Bereich 24 bzw.
seine Teilbereiche 24a, 24b sind symmetrisch bezüglich der
Grundstromrichtung des Widerstandsbauelements zwischen den Anschlüssen 16, 18 bzw.
den Kontaktstreifen 12, 14 angeordnet. Jeder der
Teilbereiche 24a, 24b des zweiten Teilbereichs 24 ist
keil- bzw. dreiecksförmig
und grenzt mit einer Seite an einen Rand 32a, 32b des
Widerstandsbauelements. Die widerstandsbestimmende Breite B des
ersten Bereichs 22 ist hier nicht wie bei dem oben anhand
der 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
der Abstand zwischen der Spitze bzw. dem Abschnitt 30 der
Dotiergrenze 26 des zweiten Bereichs 24 einerseits
und der gegenüberliegenden
Seite 32, sondern der Abstand zwischen Spitzen bzw. Abschnitten 30a, 30b der
Dotiergrenzen 26a, 26b der Teilbereiche 24a, 24b des
zweiten Bereichs 24. Obwohl eine Situation nach einer Verschiebung
der Dotiergrenze 26a, 26b um eine Verschiebungsstrecke
V hier nicht dargestellt ist, ist aus einer Zusammenschau der 2 und 3 ohne
weiteres erkennbar, daß eine
solche Verschiebung eine Änderung
der widerstandsbestimmenden Breite von B nach B + 2S zur Folge hat.
Die Wirkung der Verschiebung der Dotiergrenze 26a, 26b um
die Verschiebungsstrecke V ist bei dem anhand der 3 dargestellten
Ausfüh rungsbeispiel
somit noch größer als bei
dem oben anhand der 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel.
-
Aus
den bisher anhand der 1–3 dargestellten
Ausführungsbeispielen
ist der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung erkennbar. Durch eine
Kombination eines Designs bzw. einer lateralen Gestalt des ersten
Bereichs 22 bzw. des zweiten Bereichs 24 des Widerstandsbereichs 10 und
eines Temper-Schrittes kann der elektrische Widerstand des Widerstandsbauelements
mit einer kurzen thermischen Behandlung bzw. einer Temperung innerhalb
einer besonders kurzen Zeit im Wert stark verändert werden. Dazu wird das
Widerstandsbauelement ursprünglich
so ausgelegt, daß es
ohne eine Temperung einen Widerstandswert aufweist, der zuverlässig, d.
h. auch unter Berücksichtigung
von Fertigungstoleranzen, höher
als ein Sollwert ist, jedoch vorzugsweise möglichst nahe dem Sollwert liegt.
Vorzugsweise am Ende des vorderen bzw. ersten Abschnitts der Halbleiterfertigungslinie
(front and of line) wird mittels RTA (RTA = rapid thermal annealing
= schnelles thermisches Ausheilen) oder unter Verwendung eines Vertikalofens
das Widerstandsbauelement im Waferverbund getempert. Das Tempern
ermöglicht
und bewirkt eine (weitere) Ausdiffusion des Dotierstoffs und somit
die oben beschriebene Vergrößerung des
höher dotierten
ersten Bereichs 22 zu Lasten des niedriger dotierten zweiten
Bereichs 24 des Widerstandsbereichs 10.
-
Die
oben in den anhand der 1–3 beschriebenen
Ausführungsbeispielen
gezeigte bevorzugte keilförmige
bzw. dreieckige Formgebung des zweiten Bereichs 24 oder
auch mehrerer nicht zusammenhängender
Teilbereiche 24a, 24b des Teilbereichs 24 ermöglicht dabei
eine besonders deutliche Änderung
der widerstandsbestimmenden Breite B und damit des elektrischen
Widerstands des Widerstandsbauelements mit einer Verschiebung der
Dotiergrenze 26; 26a, 26b um eine besonders
geringe Verschiebungsstrecke V. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit
einen stufenlosen Abgleich des Widerstands werts des erfindungsgemäßen Widerstandsbauelements
auf einen Zielwert bzw. Sollwert innerhalb eines relativ großen Bereichs.
Die Verwendung einer Einzelwaferprozessierung, beispielsweise des
erwähnten
RTA, ermöglicht
eine waferfeine Nachprozessierung, mit der Schwankungen von Wafer
zu Wafer bzw. von Los zu Los ausgeglichen werden.
-
Es
ist erkennbar, daß das
Verhältnis
zwischen der Strecke S, um die die widerstandsbestimmende Breite
B anwächst,
und der Verschiebungsstrecke V, um die die Dotiergrenze 26 verschoben wird,
um so größer ist,
je spitzer der Winkel zwischen den beiden Teilabschnitten 34, 36 des
Abschnitts 30 ist bzw. je flacher das oder die Dreiecke
sind, deren Form der zweite Bereich 24 hat. Der Grundgedanke der
vorliegenden Erfindung wird jedoch auch durch zahlreiche Varianten
und Variationen der anhand der 1–3 dargestellten
Ausführungsbeispiele verwirklicht,
die im folgenden in Form einiger Beispiele dargestellt werden.
-
Abweichend
von den Darstellungen in den 1–3 können beispielsweise
der hoch dotierte Kontaktstreifen 12 und der zweite Bereich 24 aneinandergrenzen.
Dies hat den Vorteil, daß aufgrund der
hohen Dotierstoffdichte des Kontaktstreifens 12 beim Tempern
der an den Kontaktstreifen 12 angrenzende Abschnitt der
Dotiergrenze 26 besonders schnell bzw. besonders weit verschoben
wird. Diese Anordnung bedeutet somit gegenüber den anhand der 1–3 dargestellten
Ausführungsbeispielen
eine weitere Verbesserung insofern, als bei der Temperung bei niedrigeren
Temperaturen oder innerhalb einer kürzeren Zeit eine Verschiebung
der Dotiergrenze um eine größere Verschiebungsstrecke
V und damit eine Änderung
der widerstandsbestimmenden Breite B um eine größere Strecke S nach B + S und
damit wiederum eine größere Widerstandsänderung
des Widerstandsbauelements erzielbar sind.
-
In
den oben anhand der 1–3 dargestellten
Ausführungsbeispielen
setzt sich die Dotiergrenze 26 entsprechend der Dreiecksform
des zweiten Bereichs 24 (näherungsweise) aus geraden Abschnitten
zusammen. Durch eine Abweichung der Gestalt der Dotiergrenze 26 von
der Dreiecksform ist ein der mathematische Zusammenhang S = f(V)
zwischen der Verschiebungsstrecke V und der Strecke S, um die die
widerstandsbestimmende Breite B verändert wird, erzielbar. Durch
eine gegenüber
der Dreiecksform konvexe oder konkave Umgestaltung der Dotiergrenze 26 ist
es erzielbar, daß sich
die widerstandsbestimmende Breite B bei kleinen Verschiebungsstrecken
V stärker
und bei größeren Verschiebungsstrecken
V geringer ändert
oder umgekehrt bei kleinen Verschiebungsstrecken V schwächer und
bei größeren Verschiebungsstrecken
V stärker ändert.
-
Der
zweite Bereich 24 muß aber
auch nicht nur näherungsweise
die Form eines Dreiecks aufweisen. Vielmehr ist grundsätzlich jede
im wesentlichen konvexe und zumindest an dem Abschnitt 30 der
Dotiergrenze 26, der die widerstandsbestimmende Breite
B des Stromwegs bestimmt, keilförmige
Formgebung des zweiten Bereichs 24 besonders vorteilhaft, da
die Strecke S, um welche die widerstandsbestimmende B anwächst, größer ist
als die Verschiebungsstrecke V, um welche die Dotiergrenze 26 verschoben
wird. Der erste Bereich 22 des Widerstandsbereichs 10 kann
dabei einfach oder mehrfach zusammenhängend sein, der zweite Bereich 24 des
Widerstandsbereichs 10 kann zusammenhängend oder nicht-zusammenhängend sein.
-
Die
durch die Änderung
der widerstandsbestimmenden Breite B um die Strecke S hervorgerufene Änderung
des elektrischen Widerstands des Widerstandsbauelements ist um so
größer, je
größer der
Unterschied der Dotierstoffkonzentrationen im ersten Bereich 22 und
im zweiten Bereich 24 ist. Vorzugsweise ist der zweite
Bereich 24 deshalb undotiert bzw. aus einem intrinsischen
Halbleiter gebildet.
-
4 ist
eine schematische Darstellung von Merkmalen verschiedener möglicher
Varianten der oben anhand der 1–3 dargestellten
Formgebungen des zweiten Bereichs 24 sowie von Varianten 24d, 24f,
die für
sich genommen nicht unter die Erfindung fallen. In 4 sind
in Draufsicht vier verschiedene Beispiele für die Formgebung des zweiten Bereichs 24 oder
einzelner Teilbereiche des zweiten Bereichs 24 dargestellt.
Diese verschiedenen Formgebungen des zweiten Bereichs 24 oder
seiner Teilbereiche können
entweder einzeln oder gleichzeitig in dem Widerstandsbauelement
realisiert werden. Das erfindungsgemäße Widerstandsbauelement umfaßt also
einen oder mehrere gleiche oder ggf. untereinander verschiedene
der in 4 dargestellten Teilbereiche 24a, 24c, 24d, 24f.
Im Falle von mehreren Teilbereichen 24a, 24c, 24d, 24f können diese, wie
in 4 dargestellt, in bezug auf die Grundstromrichtung
zwischen den Anschlüssen 16, 18 nebeneinander
bzw. im wesentlichen entlang einer Gerade senkrecht zu der Grundstromrichtung
angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, daß zwischen jeweils zwei der
Teilbereiche 24a, 24c, 24d, 24f ähnlich wie bei
dem oben anhand der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
ein schmaler Durchlaß vorliegt,
wobei die Breiten aller dieser Durchlässe den Widerstand des Widerstandsbauelements
bestimmen. Alternativ sind die Teilbereiche 24a, 24c, 24d, 24f in
einer Richtung parallel zu der Grundstromrichtung gegeneinander
versetzt bzw. verschoben.
-
Der
Teilbereich 24c weist die Form eines gleichschenkligen
Dreiecks auf, dessen Symmetrieachse parallel zur Grundstromrichtung
zwischen den Anschlüssen 16, 18 angeordnet
ist. Der Teilbereich 24d weist die Form eines Quadrats
oder allgemeiner einer Raute auf, wobei die Verbindungslinie zwischen zwei
einander gegenüberliegenden
Ecken parallel zur Grundstromrichtung angeordnet ist. Der Teilbereich 24f weist
die Form eines schmalen Rechtecks auf, dessen längere Seiten senkrecht zur
Grundstromrichtung angeordnet sind. Bei dieser Form des Teilbereichs 24f tritt,
sobald die Verschiebungsstrecke V der Dotiergrenze 26f ungefähr die Hälfte der
in Richtung parallel zur Grundstromrichtung gemessenen Länge L des
Teilbereichs 24 erreicht, zu der oben insbesondere anhand
der 2 dargestellten geometrischen Wirkung der Temperung
ein weiterer Aspekt hinzu. Sobald Dotierstoffatome aus dem ersten Bereich 22 im
wesentlichen jeden Punkt innerhalb des Teilbereichs 24f erreicht
haben, fließt
ein nennenswerter Teil des Stroms zwischen den Anschlüssen 16, 18 durch
den dann dotierten Teilbereich 24f. Der Widerstand des
Widerstandsbauelements hängt dann
von der Menge des Dotierstoffs ab, der aus dem ersten Bereich 22 in
den Teilbereich 24f diffundiert ist. Im Grenzfall einer
sehr intensiven Temperung wird sich die Dotierstoffkonzentration
im Teilbereich 24f des zweiten Bereichs 24 im
wesentlichen an die Dotierstoffkonzentration im ersten Bereich 22 angleichen.
-
Unmittelbar
nach der Implantation des Dotierstoffs in den Halbleiterfilm, der
im folgenden den Widerstandsbereich 10 bildet, ist die
Dotiergrenze 26 durch die verwendete Maske scharf definiert.
Beim anschließenden
Aktivieren der Dotierung tritt bereits in einem vorzugsweise möglichst
geringen Maße eine
Diffusion des Dotierstoffs vom ersten Bereich 22 in den
zweiten Bereich 24 auf. Damit einher gehen eine leichte
Verschiebung und eine leichte Aufweichung der Dotiergrenze 26.
Bei der erfindungsgemäßen folgenden
Temperung des Widerstandsbauelements zum Zweck des Einstellens des
elektrischen Widerstandswerts erfolgt neben dem beschriebenen Verschieben
der Dotiergrenze 26 zur Dotiergrenze 26' eine weitere
Aufweichung derselben. Die Dotiergrenze 26, 26' wird vorteilhaft
als die Menge der Orte innerhalb des Widerstandsbereichs 10 definiert,
an denen die lokale Dotierstoffkonzentration oder der lokale spezifische
Widerstand einen vorbestimmten Wert aufweisen. Beispielsweise kann
die Dotiergrenze als die Menge der Orte definiert werden, an denen die
Dotierstoffkonzentration den arithmetischen oder geometrischen Mittelwert
der Dotierstoffkonzentrationen weit innerhalb des ersten Bereichs 22 und
weit innerhalb des zweiten Bereichs 24 aufweisen. Der Grundgedanke,
das Wirkungsprinzip, die Vorteile und die dargestellten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind von der genauen Definition der Dotiergrenze
jedoch unabhängig.
-
Das
erfindungsgemäße Widerstandsbauelement
wird vorzugsweise als Filmbauelement bzw. als Bauelement mit einer
vertikalen Erstreckung, die wesentlich kleiner ist als ihre horizontale
Erstreckungen, realisiert. Etwas allgemeiner ausgedrückt wird
die vorliegende Erfindung vorzugsweise bei vollständig durchdiffundierten
und geometrisch begrenzten, insbesondere lateral begrenzten Halbleiter-Widerstandsbauelementen
eingesetzt. Auf eine darunterliegende diffusionshemmende Schicht
kann verzichtet werden, wenn die Dicke der vorzugsweise voll durchdiffundierten
Widerstandsschicht wesentlich größer ist
als die Diffusionslänge
bzw. die Strecke V, um die die Dotiergrenze verschoben wird. In
diesem Fall kann die Veränderung
der Dotierstoffdichte aufgrund der vertikalen Diffusion näherungsweise
vernachlässigt
werden bzw. hat einen geringeren Einfluß als die oben beschriebene
laterale Verschiebung der Dotiergrenze.