專利名稱：半導體器件的工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導體器件的工作方法，所述半導體器件具有一個基片、一個由半導體材料構(gòu)成的附著在基片上的導電條、一個第一和一個第二電觸點，所述觸點與導電條連接，使導電條構(gòu)成在兩個觸點之間的電阻。
觸發(fā)二極管是半導體器件，當加在兩個端子之間的電壓超過一特定的值時，所述半導體器件將由閉塞狀態(tài)轉(zhuǎn)換成導通狀態(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(四層半導體開關(guān)器件)，所述四層二極管有時也被稱作翻轉(zhuǎn)二極管，該二極管就好象一個不具有控制電極而是由“頭腦”點火的半導體閘流管。
觸發(fā)二極管和其它已知的可對電流或電壓進行通斷控制的半導體器件，例如可控晶體管(結(jié)型場效應(yīng)晶體管、N-金屬氧化物半導體晶體管等)、半導體閘流管、雙向三端半導體開關(guān)元件和二極管或用于強電流-形成脈沖的雙極晶體管等都具有下述缺點a.復雜的多層結(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.由于工作方式復雜造成研制費用昂貴；d.昂貴和耗時的處理技術(shù)(多個掩膜面等)；e.缺少用通常的超大規(guī)模工藝的可集成性；f.對工藝波動和向不同生產(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現(xiàn)電流或電壓通斷控制的開關(guān)特性的半導體器件的工作方法，所述器件可以簡便地集成到一個超大規(guī)模集成電路中。
本發(fā)明的目的的實現(xiàn)方案是一種半導體元器件的工作方法，所述半導體器件具有一個基片；一個附著在基片上的導電條；分別附著在基片上的第一和第二電觸點，所述電觸點與導電的多晶硅條連接，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，其中該半導體器件在達到一與上限電壓值相符的極限電流值之前具有一個第一微分電阻并且當電流超過此極限電流值時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)明的以半導體材料條的形式工作的特征在于制作簡單、體積小和可采用器件的現(xiàn)代化的互補金屬氧化物半導體-、雙極互補金屬氧化物半導體-和雙極工藝集成以及用兩個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顯著的特征在于在制作工藝范圍內(nèi)僅采取線路設(shè)計措施即可充分地實現(xiàn)對關(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的或至少占空因數(shù)的典型值為1微秒的脈沖時的無損傷工作。
在電流強度較小時電阻值取一特定的額定值，并且當超過某一特定的閾值電流或閾值電壓時，則器件迅速轉(zhuǎn)變成具有較小的微分電阻的較好的導電狀態(tài)。
這種可控電阻的特征參數(shù)是兩個微分電阻值Rdiff1和Rdiff2、極限電壓Vτ、極限電流Iτ以及可逆工作范圍的上限，其特征在于一個臨界電流Ik。必要時器件還可以直至達到一個門限電壓之前Vτh＜Vτ具有一個阻塞范圍。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明對多晶硅電阻的應(yīng)用具有下述其它的特點a.結(jié)構(gòu)簡單、易于用各種工藝實現(xiàn)；
b.僅采取線路措施(用戶設(shè)計)即可實現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的完全適配；c.內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，因而開發(fā)費用低；d.制作時間短；e.采用現(xiàn)有的超大規(guī)模集成工藝，可實現(xiàn)無焊集成；f.由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)牢固，因而對工藝波動和在不同的生產(chǎn)工位的之間的運輸具有很高的穩(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)選的進一步設(shè)計，條具有一個層電阻，所述電阻每平方在100至1000Ω范圍內(nèi)。
根據(jù)另一優(yōu)選的進一步設(shè)計，條具有長為l、寬為b和高為h的長六面體形狀的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)另一優(yōu)選的進一步設(shè)計，所述條由多個具有不同摻雜和/或長度的分條組成，其中分條串接組合在一起，從而實現(xiàn)對預定的極限電壓值的調(diào)整。
根據(jù)另一優(yōu)選的進一步設(shè)計，對分條交替地進行p型和n型摻雜。
根據(jù)另一優(yōu)選的進一步設(shè)計，通過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)選的進一步設(shè)計，通過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)選的進一步設(shè)計，根據(jù)關(guān)系式Vτ＝Rb(k/Rsq)1/2對極限電壓值Vτ進行調(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)選的進一步設(shè)計，對半導體器件作為靜電損傷(ESD)-保護件加以應(yīng)用。
根據(jù)另一優(yōu)選的進一步設(shè)計，在高頻-電路配置中對半導體器件以雙功能作為ESD-保護件和附加電阻加以應(yīng)用。
根據(jù)另一優(yōu)選的進一步設(shè)計，條由用半導體材料摻雜的多晶硅構(gòu)成。
下面將對照附圖對本發(fā)明的實施例做進一步的說明。圖中示出

圖1為說明本發(fā)明的第一實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選出的電阻的電流-/電壓特性曲線；圖4為說明本發(fā)明工作方法的第二實施方式的多晶硅條的配置；和圖5為說明本發(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記表示相同的或功能相同的部分。
在圖1中附圖標記1表示硅基片，在硅基片上涂覆一個諸如二氧化硅等絕緣層5。在絕緣層上設(shè)置一個長為1、寬為b、高為h的長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)用化學氣相淀積方法(CVD)并接著對摻雜的多晶硅進行結(jié)構(gòu)化處理。例如應(yīng)用已知的工藝技術(shù)實現(xiàn)的多晶硅電阻條的高h為0.15μm、寬b為幾μm和長1在幾十μm的范圍內(nèi)。
例如視采用硼、砷、磷等的摻雜程度，可以對淀積的多晶硅的層電阻并隨之對多晶硅條10的電阻在非常寬的數(shù)值范圍內(nèi)進行調(diào)整。結(jié)合上述實施方式在數(shù)值范圍100至1000Ω/平方內(nèi)進行了廣泛的試驗。在多晶硅條10上通常設(shè)置有觸點11、12，所述觸點與導線13、14連接，導線又與可控電源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施方式的多晶硅條10的電流-/電壓-特性。
工作時，通過可控電源15可以實現(xiàn)多晶硅條的可逆特性，其中多晶硅條直至達到一極限電流值Iτ前具有一個與上限電壓值Vτ相符的第一微分電阻Rdiff1并且當超過所述電流值時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的典型的試驗條件是在100毫微秒范圍內(nèi)的脈沖測量，其中對毫秒范圍內(nèi)的由較小的電阻開始直至實現(xiàn)較大的電阻時多晶硅條10的恢復時間進行了觀察?？捎贸^極限電流值Iτ對多晶硅條10形式的電阻的通斷進行解釋，即該“超過”由于熱的生成將導致載流子對電阻的溢流。根據(jù)分析可以對該通斷做出如下說明，一個特定的電功率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極限電壓值Vτ及采用專門的電阻對電阻值R進行調(diào)整。通常根據(jù)用途對R預先給定，并且由電移-要求和/或最大電流負荷能力確定電阻的最小寬度b。
通過對多晶硅的不同電阻摻雜的組合或在擴散阻力(n+/n-/本征的)情況下以適當?shù)拿娣e實現(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)可對極限電壓Vτ進行調(diào)整。
圖3示出兩個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示出說明本發(fā)明工作方法的多晶硅條的配置。
根據(jù)該第二實施方式，多晶硅條10由多個分條10a-10d組成，所述分條具有不同的摻雜和/或長度11-14，從而在一寬度的數(shù)值范圍內(nèi)通過相應(yīng)的串接可實現(xiàn)一預定的極限電壓值Vτ。這種串接可以通過熔融原理或激光補償或其它現(xiàn)有的技術(shù)加以實現(xiàn)。
圖5示出說明本發(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-保護件，例如觸發(fā)二極管，所述ESD-保護件設(shè)置在兩根電源電壓線之間。A1、A2是用于對高頻信號進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K1及K4連接，所述節(jié)點同時構(gòu)成ESD-保護件E1、E2以及E3、E4的中間節(jié)點。
在電路的中間具有一個用DS表示的微分級，所述微分級具有兩個輸入晶體管T1、T2和一個輸出晶體管T3。該微分級的細節(jié)是已知的，故在此不再贅述。作為微分級DS的附加電阻具有50Ω-電阻R1、R2，所述電阻通過電路節(jié)點K2及K3與晶體管T1、T2連接。另外節(jié)點K2、K3與節(jié)點K1及K4的電位相同。
在這種高頻電路配置中的ESD-保護中的一個特殊的難題是容許的為實現(xiàn)ESD-保護消耗的分布電容很小。迄今在許多情況下并未實現(xiàn)有效的ESD-保護。本發(fā)明通過對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，其中同時去掉ESD-保護件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。
通過相應(yīng)的電路設(shè)計多晶硅條10可以作為電阻R1、R2并同時作為ESD-保護件E1及E3加以應(yīng)用。此點將導致面積節(jié)省顯著并附加改善特性，這是因為通過附加的ESD-保護件E1、E2可以避免附加的分布電容。
作為在一個如圖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310Ω/平方的P+-多晶硅電阻層。出于對電移的考慮，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實現(xiàn)大約為1kV的ESD-強度。當由于電移或ESD-保護的考慮需要較大的寬度b時，則可以通過改變摻雜增大層電阻。
盡管在上面對照優(yōu)選實施例對本發(fā)明做了說明，但本發(fā)明并不僅限于此，而是可以進行各種改動。
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，可以任意擴展到需要開關(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，例如在一個激光二極管-激勵器中；b.二極管交流開關(guān)，例如用于大電流-/高壓-和小功率應(yīng)用的三極管交流開關(guān)和閘流管的觸發(fā)；c.大電流脈沖的無損導出，例如靜電放電(ESD-保護件)，避雷電路；d.電流鎖增-保護電路；e.應(yīng)用于強電流領(lǐng)域，其中對大的電流強度限制損耗功率。
附圖標記對照表1基片5絕緣層10；10a-d多晶硅條11、12 觸點13、14 線路15 可控電源1，11-14，b，h 長度、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-保護件R1，R2 50Ω附加電阻A1、A2 高頻墊DS 微分級K1-K4電路節(jié)點
權(quán)利要求
1.一種半導體器件的工作方法，所述半導體器件具有一個基片(1；5)；一個附著在基片(1；5)上的導電條((10；10a-d)；分別附著在基片上的第一和第二電觸點，所述電觸點與導電的多晶硅條(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，其中該半導體器件在達到一與上限電壓值(Vτ)相符的極限電流值(Iτ)之前具有一個第一微分電阻(Ddiff1)并且當電流超過此極限電流值時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)具有長為1、寬為b和高為h的長六面體形狀的結(jié)構(gòu)。
4.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述條(10；10a-d)由多個具有不同摻雜和/或長度(11-14)的分條(10a-d)組成，其中分條(10a-d)串接組合在一起，從而實現(xiàn)對預定的極限電壓值(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對極限電壓值Vτ進行調(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)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，半導體器件作為ESD-保護件加以應(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)中的半導體器件具有雙重作用，起著ESD-保護件和附加電阻的作用。
11.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中條(10；10a-d)由半導體材料摻雜的多晶硅構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導體器件的工作方法，所述半導體器件具有一個基片(1；5)；一個附著在基片(1；5)上的導電條(10；10a－d)；分別附著在基片上的第一和第二電觸點，所述電觸點與導電的多晶硅條(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，其中該半導體器件在達到一與上限電壓值(V
文檔編號H01L23/60GK1399337SQ0212683
公開日2003年2月26日 申請日期2002年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月20日
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