專利名稱：半導(dǎo)體器件的工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的工作方法，所述半導(dǎo)體器件具有一個(gè)基片、一個(gè)由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的附著在基片上的導(dǎo)電條、一個(gè)第一和一個(gè)第二電觸點(diǎn)，所述觸點(diǎn)與導(dǎo)電條連接，使導(dǎo)電條構(gòu)成在兩個(gè)觸點(diǎn)之間的電阻。
觸發(fā)二極管是半導(dǎo)體器件，當(dāng)加在兩個(gè)端子之間的電壓超過(guò)一特定的值時(shí)，所述半導(dǎo)體器件將由閉塞狀態(tài)轉(zhuǎn)換成導(dǎo)通狀態(tài)并且將大幅度地減少其微分電阻。一種已知的觸發(fā)二極管是所謂的四層二極管(四層半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件)，所述四層二極管有時(shí)也被稱作翻轉(zhuǎn)二極管，該二極管就好象一個(gè)不具有控制電極而是由“頭腦”點(diǎn)火的半導(dǎo)體閘流管。
觸發(fā)二極管和其它已知的可對(duì)電流或電壓進(jìn)行通斷控制的半導(dǎo)體器件，例如可控晶體管(結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管、N-金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管等)、半導(dǎo)體閘流管、雙向三端半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和二極管或用于強(qiáng)電流-形成脈沖的雙極晶體管等都具有下述缺點(diǎn)a.復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)；b.關(guān)鍵參數(shù)的適配性受給定的制作工藝的限制；c.由于工作方式復(fù)雜造成研制費(fèi)用昂貴；d.昂貴和耗時(shí)的處理技術(shù)(多個(gè)掩膜面等)；e.缺少用通常的超大規(guī)模工藝的可集成性；f.對(duì)工藝波動(dòng)和向不同生產(chǎn)工位的輸送缺少穩(wěn)定性；和g.在超大規(guī)模集成電路中占用面積和空間大。

發(fā)明內(nèi)容
所以本發(fā)明的目的在于提出一種可實(shí)現(xiàn)電流或電壓通斷控制的開(kāi)關(guān)特性的半導(dǎo)體器件的工作方法，所述器件可以簡(jiǎn)便地集成到一個(gè)超大規(guī)模集成電路中。
本發(fā)明的目的的實(shí)現(xiàn)方案是一種半導(dǎo)體元器件的工作方法，所述半導(dǎo)體器件具有一個(gè)基片；一個(gè)附著在基片上的導(dǎo)電條；分別附著在基片上的第一和第二電觸點(diǎn)，所述電觸點(diǎn)與導(dǎo)電的多晶硅條連接，使多晶硅條構(gòu)成兩者之間的電阻；其中半導(dǎo)體元器件在一電流-/電壓范圍內(nèi)以可逆的方式工作，其中該半導(dǎo)體器件在達(dá)到一與上限電壓值相符的極限電流值之前具有一個(gè)第一微分電阻并且當(dāng)電流超過(guò)此極限電流值時(shí)具有一第二微分電阻，第二微分電阻小于第一微分電阻。
本發(fā)明的以半導(dǎo)體材料條的形式工作的特征在于制作簡(jiǎn)單、體積小和可采用器件的現(xiàn)代化的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體-、雙極互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體-和雙極工藝集成以及用兩個(gè)具有大的及小的微分電阻的工作方式的良好的線性。這種新型的工作方法的一個(gè)顯著的特征在于在制作工藝范圍內(nèi)僅采取線路設(shè)計(jì)措施即可充分地實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)整并且從而可以在高集成的產(chǎn)品中應(yīng)用具有不同特性的多種這類器件。
根據(jù)本發(fā)明對(duì)已知的電阻條在兩種具有不同的微分電阻的工作狀態(tài)以可逆的方式加以應(yīng)用。例如可逆涉及一種直流時(shí)的或至少占空因數(shù)的典型值為1微秒的脈沖時(shí)的無(wú)損傷工作。
在電流強(qiáng)度較小時(shí)電阻值取一特定的額定值，并且當(dāng)超過(guò)某一特定的閾值電流或閾值電壓時(shí)，則器件迅速轉(zhuǎn)變成具有較小的微分電阻的較好的導(dǎo)電狀態(tài)。
這種可控電阻的特征參數(shù)是兩個(gè)微分電阻值Rdiff1和Rdiff2、極限電壓Vτ、極限電流Iτ以及可逆工作范圍的上限，其特征在于一個(gè)臨界電流Ik。必要時(shí)器件還可以直至達(dá)到一個(gè)門限電壓之前Vτh＜Vτ具有一個(gè)阻塞范圍。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明對(duì)多晶硅電阻的應(yīng)用具有下述其它的特點(diǎn)a.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于用各種工藝實(shí)現(xiàn)；
b.僅采取線路措施(用戶設(shè)計(jì))即可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的完全適配；c.內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因而開(kāi)發(fā)費(fèi)用低；d.制作時(shí)間短；e.采用現(xiàn)有的超大規(guī)模集成工藝，可實(shí)現(xiàn)無(wú)焊集成；f.由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)牢固，因而對(duì)工藝波動(dòng)和在不同的生產(chǎn)工位的之間的運(yùn)輸具有很高的穩(wěn)定性；g.由于集成度高以及單位面積的耐流強(qiáng)度相應(yīng)較高，因而在超大規(guī)模集成電路中占用面積小(面積好處的系數(shù)為2至6)。
根據(jù)另一優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，條具有一個(gè)層電阻，所述電阻每平方在100至1000Ω范圍內(nèi)。
根據(jù)另一優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，條具有長(zhǎng)為l、寬為b和高為h的長(zhǎng)六面體形狀的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)另一優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，所述條由多個(gè)具有不同摻雜和/或長(zhǎng)度的分條組成，其中分條串接組合在一起，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)定的極限電壓值的調(diào)整。
根據(jù)另一優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，對(duì)分條交替地進(jìn)行p型和n型摻雜。
根據(jù)另一優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，通過(guò)交替摻雜建立電流電路的附加的二極管通流門限。
根據(jù)另一優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，通過(guò)交替摻雜建立電流電路的附加的二極管擊穿門限。
根據(jù)另一優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，根據(jù)關(guān)系式Vτ＝Rb(k/Rsq)1/2對(duì)極限電壓值Vτ進(jìn)行調(diào)整，其中R為歐姆電阻值，b為寬，k為常數(shù)和Rsq為條(10；10a-d)的層電阻。
根據(jù)另一優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，對(duì)半導(dǎo)體器件作為靜電損傷(ESD)-保護(hù)件加以應(yīng)用。
根據(jù)另一優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，在高頻-電路配置中對(duì)半導(dǎo)體器件以雙功能作為ESD-保護(hù)件和附加電阻加以應(yīng)用。
根據(jù)另一優(yōu)選的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，條由用半導(dǎo)體材料摻雜的多晶硅構(gòu)成。
下面將對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步的說(shuō)明。圖中示出

圖1為說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施例的在基片上的多晶硅電阻示意圖；圖2為本發(fā)明的工作方法的第一實(shí)施方式的多晶硅條的微分電阻特性和電流-/電壓特性；圖3為具有相同的額定的電阻值的兩個(gè)選出的電阻的電流-/電壓特性曲線；圖4為說(shuō)明本發(fā)明工作方法的第二實(shí)施方式的多晶硅條的配置；和圖5為說(shuō)明本發(fā)明工作方法的應(yīng)用領(lǐng)域的高頻-電路配置。
附圖中用相同的附圖標(biāo)記表示相同的或功能相同的部分。
在圖1中附圖標(biāo)記1表示硅基片，在硅基片上涂覆一個(gè)諸如二氧化硅等絕緣層5。在絕緣層上設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)為1、寬為b、高為h的長(zhǎng)六面體形狀的多晶硅條，用10表示該多晶硅條。這種多晶硅條的制作工藝根據(jù)已有技術(shù)是已知的。例如可以應(yīng)用化學(xué)氣相淀積方法(CVD)并接著對(duì)摻雜的多晶硅進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理。例如應(yīng)用已知的工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)的多晶硅電阻條的高h(yuǎn)為0.15μm、寬b為幾μm和長(zhǎng)1在幾十μm的范圍內(nèi)。
例如視采用硼、砷、磷等的摻雜程度，可以對(duì)淀積的多晶硅的層電阻并隨之對(duì)多晶硅條10的電阻在非常寬的數(shù)值范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。結(jié)合上述實(shí)施方式在數(shù)值范圍100至1000Ω/平方內(nèi)進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)。在多晶硅條10上通常設(shè)置有觸點(diǎn)11、12，所述觸點(diǎn)與導(dǎo)線13、14連接，導(dǎo)線又與可控電源15的端子連接。
在圖2中示出微分電阻的特性及本發(fā)明工作方法的第一實(shí)施方式的多晶硅條10的電流-/電壓-特性。
工作時(shí)，通過(guò)可控電源15可以實(shí)現(xiàn)多晶硅條的可逆特性，其中多晶硅條直至達(dá)到一極限電流值Iτ前具有一個(gè)與上限電壓值Vτ相符的第一微分電阻Rdiff1并且當(dāng)超過(guò)所述電流值時(shí)具有一第二微分電阻值Rdiff2，第二微分電阻值Rdiff2小于第一微分電阻值Rdiff1。
如圖2所示，該特性與已知的二極管交流開(kāi)關(guān)(DIAC)的特性相符。尤其可以看出，電流被限制在臨界上電流值Ik，高于此值時(shí)在多晶硅上將出現(xiàn)可逆的變化，例如出現(xiàn)熔融通路。
圖1中所示的可控電源15的典型的試驗(yàn)條件是在100毫微秒范圍內(nèi)的脈沖測(cè)量，其中對(duì)毫秒范圍內(nèi)的由較小的電阻開(kāi)始直至實(shí)現(xiàn)較大的電阻時(shí)多晶硅條10的恢復(fù)時(shí)間進(jìn)行了觀察?？捎贸^(guò)極限電流值Iτ對(duì)多晶硅條10形式的電阻的通斷進(jìn)行解釋，即該“超過(guò)”由于熱的生成將導(dǎo)致載流子對(duì)電阻的溢流。根據(jù)分析可以對(duì)該通斷做出如下說(shuō)明，一個(gè)特定的電功率Vτ×Iτ被加入一特定的電阻體積b×l×h上，其中b、h、l是上述的多晶硅條10的尺寸。
利用定義 ＝k＝常數(shù)和通過(guò)下式給出的層電阻Rsq的定義R=Rsqlw]]>得出關(guān)系式Vτ=RbkRsq---(1)]]>其中可采用多晶硅電阻的寬度對(duì)極限電壓值Vτ及采用專門的電阻對(duì)電阻值R進(jìn)行調(diào)整。通常根據(jù)用途對(duì)R預(yù)先給定，并且由電移-要求和/或最大電流負(fù)荷能力確定電阻的最小寬度b。
通過(guò)對(duì)多晶硅的不同電阻摻雜的組合或在擴(kuò)散阻力(n+/n-/本征的)情況下以適當(dāng)?shù)拿娣e實(shí)現(xiàn)幾Ω至MΩ范圍的任意的電阻，從而在一非常寬的范圍內(nèi)可對(duì)極限電壓Vτ進(jìn)行調(diào)整。
圖3示出兩個(gè)選出的具有相同的額定電阻值的電阻的電流-/電壓特性。曲線1示出在比例b/l＝5/1時(shí)的特性，并且曲線2示出比例b/1＝25/5的特性。從圖中可以清楚地看出，隨著寬度b的增大，極限電壓增大，即Vτ2＝13.8V大于Vτ＝4V。
圖4示出說(shuō)明本發(fā)明工作方法的多晶硅條的配置。
根據(jù)該第二實(shí)施方式，多晶硅條10由多個(gè)分條10a-10d組成，所述分條具有不同的摻雜和/或長(zhǎng)度11-14，從而在一寬度的數(shù)值范圍內(nèi)通過(guò)相應(yīng)的串接可實(shí)現(xiàn)一預(yù)定的極限電壓值Vτ。這種串接可以通過(guò)熔融原理或激光補(bǔ)償或其它現(xiàn)有的技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
圖5示出說(shuō)明本發(fā)明工作方法的應(yīng)用范圍的高頻-電路配置。
在圖5中用100和200分別表示第一和第二電源電壓線路。E1-E6是ESD-保護(hù)件，例如觸發(fā)二極管，所述ESD-保護(hù)件設(shè)置在兩根電源電壓線之間。A1、A2是用于對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行耦合的第一及第二高頻通路，所述高頻通路與電路節(jié)點(diǎn)K1及K4連接，所述節(jié)點(diǎn)同時(shí)構(gòu)成ESD-保護(hù)件E1、E2以及E3、E4的中間節(jié)點(diǎn)。
在電路的中間具有一個(gè)用DS表示的微分級(jí)，所述微分級(jí)具有兩個(gè)輸入晶體管T1、T2和一個(gè)輸出晶體管T3。該微分級(jí)的細(xì)節(jié)是已知的，故在此不再贅述。作為微分級(jí)DS的附加電阻具有50Ω-電阻R1、R2，所述電阻通過(guò)電路節(jié)點(diǎn)K2及K3與晶體管T1、T2連接。另外節(jié)點(diǎn)K2、K3與節(jié)點(diǎn)K1及K4的電位相同。
在這種高頻電路配置中的ESD-保護(hù)中的一個(gè)特殊的難題是容許的為實(shí)現(xiàn)ESD-保護(hù)消耗的分布電容很小。迄今在許多情況下并未實(shí)現(xiàn)有效的ESD-保護(hù)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)作為通斷控制電阻的多晶硅條的應(yīng)用可以克服迄今存在的這一問(wèn)題。
為此可以用本發(fā)明的相應(yīng)大小的多晶硅條取代電阻R1、R2，其中同時(shí)去掉ESD-保護(hù)件E1和E3。在將寬度b參數(shù)和這些電阻的電阻R相互不受影響地調(diào)整變化后，如圖4所示在確定的比例b/l情況下可以設(shè)計(jì)出具有50Ω的電阻，該電阻具有相應(yīng)的，例如幾百伏的極限電壓Vτ，該極限電壓適用于本應(yīng)用情況。
通過(guò)相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)多晶硅條10可以作為電阻R1、R2并同時(shí)作為ESD-保護(hù)件E1及E3加以應(yīng)用。此點(diǎn)將導(dǎo)致面積節(jié)省顯著并附加改善特性，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)附加的ESD-保護(hù)件E1、E2可以避免附加的分布電容。
作為在一個(gè)如圖5所示的高頻-電路配置50中的多晶硅-電阻條的規(guī)格的具體舉例，給出一個(gè)310Ω/平方的P+-多晶硅電阻層。出于對(duì)電移的考慮，b＞15μm。采用上述關(guān)系式(1)得出b＝20μm，從而可以滿足電移條件并同時(shí)實(shí)現(xiàn)大約為1kV的ESD-強(qiáng)度。當(dāng)由于電移或ESD-保護(hù)的考慮需要較大的寬度b時(shí)，則可以通過(guò)改變摻雜增大層電阻。
盡管在上面對(duì)照優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做了說(shuō)明，但本發(fā)明并不僅限于此，而是可以進(jìn)行各種改動(dòng)。
特別是本發(fā)明并不限于多晶硅或多晶硅特定的摻雜率。而且所述的應(yīng)用情況僅起著舉例的作用，可以任意擴(kuò)展到需要開(kāi)關(guān)控制電阻的應(yīng)用領(lǐng)域。
而且多晶硅條也可以具有任意的其它的形狀。
本發(fā)明方法的典型的其它的應(yīng)用領(lǐng)域a.快速電流脈沖的非線性脈沖形成，例如在一個(gè)激光二極管-激勵(lì)器中；b.二極管交流開(kāi)關(guān)，例如用于大電流-/高壓-和小功率應(yīng)用的三極管交流開(kāi)關(guān)和閘流管的觸發(fā)；c.大電流脈沖的無(wú)損導(dǎo)出，例如靜電放電(ESD-保護(hù)件)，避雷電路；d.電流鎖增-保護(hù)電路；e.應(yīng)用于強(qiáng)電流領(lǐng)域，其中對(duì)大的電流強(qiáng)度限制損耗功率。
附圖標(biāo)記對(duì)照表1基片5絕緣層10；10a-d多晶硅條11、12 觸點(diǎn)13、14 線路15 可控電源1，11-14，b，h 長(zhǎng)度、寬度、高Iτ；Vτ，Vτ1，Vτ2極限電流值；極限電壓值Ik臨界電流值100、200 電源電位-線VDDP、VSSB 電源電位E1-E6ESD-保護(hù)件R1，R2 50Ω附加電阻A1、A2 高頻墊DS 微分級(jí)K1-K4電路節(jié)點(diǎn)
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的工作方法，所述半導(dǎo)體器件具有一個(gè)基片(1；5)；一個(gè)附著在基片(1；5)上的導(dǎo)電條((10；10a-d)；分別附著在基片上的第一和第二電觸點(diǎn)，所述電觸點(diǎn)與導(dǎo)電的多晶硅條(10；10a-d)連接，使多晶硅條構(gòu)成兩者之間的電阻，其中半導(dǎo)體器件在一電流-/電壓范圍內(nèi)以可逆的方式工作，其中該半導(dǎo)體器件在達(dá)到一與上限電壓值(Vτ)相符的極限電流值(Iτ)之前具有一個(gè)第一微分電阻(Ddiff1)并且當(dāng)電流超過(guò)此極限電流值時(shí)具有一第二微分電阻(Ddiff2)，第二微分電阻(Ddiff2)小于第一微分電阻(Ddiff1)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，條(10；10a-d)具有一個(gè)層電阻，所述電阻每平方在100至1000Ω范圍內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，條(10；10a-d)具有長(zhǎng)為1、寬為b和高為h的長(zhǎng)六面體形狀的結(jié)構(gòu)。
4.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述條(10；10a-d)由多個(gè)具有不同摻雜和/或長(zhǎng)度(11-14)的分條(10a-d)組成，其中分條(10a-d)串接組合在一起，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)定的極限電壓值(Vτ)的調(diào)整。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對(duì)分條(10a-d)交替地p型和n型摻雜。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，交替摻雜建立電流電路的附加的二極管通流門限。
7.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，交替摻雜建立電流電路的附加的二極管擊穿門限。
8.按照權(quán)利要求3或4所述的方法，其中根據(jù)關(guān)系式Vτ＝Rb(k/Rsq)1/2對(duì)極限電壓值Vτ進(jìn)行調(diào)整，其中R為電阻，b為寬，k為常數(shù)和Rsq為條(10；10a-d)的層電阻。
9.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，半導(dǎo)體器件作為ESD-保護(hù)件加以應(yīng)用。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其中在高頻電路配置(50)中的半導(dǎo)體器件具有雙重作用，起著ESD-保護(hù)件和附加電阻的作用。
11.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中條(10；10a-d)由半導(dǎo)體材料摻雜的多晶硅構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的工作方法，所述半導(dǎo)體器件具有一個(gè)基片(1；5)；一個(gè)附著在基片(1；5)上的導(dǎo)電條(10；10a－d)；分別附著在基片上的第一和第二電觸點(diǎn)，所述電觸點(diǎn)與導(dǎo)電的多晶硅條(10；10a－d)連接，使多晶硅條構(gòu)成兩者之間的電阻，其中半導(dǎo)體器件在一電流－/電壓范圍內(nèi)以可逆的方式工作，其中該半導(dǎo)體器件在達(dá)到一與上限電壓值(V
文檔編號(hào)H01L23/60GK1399337SQ0212683
公開(kāi)日2003年2月26日 申請(qǐng)日期2002年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月20日
發(fā)明者凱·埃斯馬克, 哈拉爾德·格斯納, 菲利普·里斯, 沃爾夫?qū)な┧吕? 馬丁·施特賴布爾, 馬丁·文德?tīng)?申請(qǐng)人:印芬龍科技股份有限公司