專利名稱：半導體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1所述特征的半導體器件，特別是涉及一種具有溫度相關(guān)的電阻的溫度的相關(guān)的、可以被用于限制電流的半導體開關(guān)。
現(xiàn)有技術(shù)在許多電技術(shù)的應(yīng)用中，需要將在開關(guān)電路中流過的電流限制到一個最大值上。特別是主要在接通電感性的負載時出現(xiàn)的所謂的電流的接通峰值通常必須被限制在最大值上。這特別適用于機動車車載電網(wǎng)中，其中例如起動裝置是具有高電感的非常低阻值的負載，它在起動過程開始的情況下在接通時導致電流峰值并且由此導致在車載電網(wǎng)中的電壓擾動。當可以限制電流峰值時，在車載電網(wǎng)中的電壓擾動也更小。在電流峰值結(jié)束之后，在車輛中操作起動裝置時，即大致在一百毫秒之后，電流限制應(yīng)該盡可能地不再起作用，由此隨后流過的電流不會被不必要地減小。
高電流峰值的限制例如可以通過使用功率電子組件來實現(xiàn)。也有這樣的建議，其中為了限制電流而在至負載的饋電線中、例如在起動裝置的供給線路中使用NTC電阻、即具有負溫度系數(shù)的電阻。這種NTC電阻限制了在接通過程中出現(xiàn)的電流峰值，因為冷的組件的電阻相對高。在通過在電流流過時在其中所轉(zhuǎn)換的電功率加熱NTC電阻時，NTC電阻的值減小，并且這樣僅僅還是輕微地減小流過負載的電流。在DE 4122 252 A1中描述了這種用于在車輛中的起動裝置的電流限制裝置，其中利用了電阻的負溫度系數(shù)，以在冷的狀態(tài)中衰減電流峰值并且在加熱的狀態(tài)中良好地導通電流。
在尚未提前公開的國際專利申請DE 2004/00 07 76中提出了，將一個電阻置于起動裝置線路中，該電阻構(gòu)造為具有弱摻雜的硅的硅電阻。該電阻在較高的溫度時通過達到本征導電而改變其值，其中這導致了電阻值的明顯減小。借助在起動裝置線路中的這種電阻，保證了在冷的電阻情況下起動裝置電流受到限制并且這樣在接通起動裝置時出現(xiàn)的電流峰值被衰減，而在電阻由于流過其的電流被加熱之后使得電阻值減小，并且這樣流過的電流僅僅還是輕微地降低。
具有負溫度系數(shù)的由硅構(gòu)成的溫度相關(guān)的電阻(NTC電阻)具有的缺點是，在使用1014每平方厘米(cm2)的范圍中的摻雜情況下，在大約300℃的溫度時才可以觀察到比在室溫下明顯更低的電阻值。然而周期地經(jīng)受這種溫度對于構(gòu)造和連接技術(shù)提出了非常高的要求。在硅的明顯較弱的摻雜情況下，為了給出電阻的一個確定的值所需要的面積變得非常大和/或?qū)雍褡兊梅浅Ｐ　?br> 本發(fā)明的優(yōu)點根據(jù)本發(fā)明的具有權(quán)利要求1的特征的半導體器件與此相比具有的優(yōu)點是，在其中電阻值減小的溫度可以在寬的范圍中被任意改變并且由此也可以被減小，其中這也意味著，在確定的溫度下電阻值可以被可變地構(gòu)造。通過將p摻雜的島設(shè)置到n型導電的硅中來影響在其中電阻可變的溫度、特別是減小的溫度，實現(xiàn)了這個優(yōu)點。特別有利的是，電阻的值或大小可以通過摻雜分布和幾何結(jié)構(gòu)而被任意改變。由此可以調(diào)整可預(yù)先給定的所希望的電阻以及甚至確定的溫度相關(guān)的電阻。
本發(fā)明的另外的優(yōu)點通過在從屬權(quán)利要求中說明的措施來實現(xiàn)。在此，根據(jù)本發(fā)明的器件特別有利地這樣構(gòu)造，使得其具有開關(guān)的特性，其中半導體器件的電阻則在達到例如與溫度相關(guān)的接通條件時，在時間上非常快速地變化。在通常理解的條件下，該直至接通的時間與安裝條件相關(guān)，特別是與熱容量和熱電阻相關(guān)。對于電阻的值的這種溫度特性行為和/或時間特性在已知的器件中以類似的方式由所謂的DIAC實現(xiàn)。然而這種DIAC具有對稱的特性曲線，并且在超過一個確定的電壓時接通，它在該電壓之下截止并且由此不顯示出具有最終電阻值的電阻的實際特性。
根據(jù)本發(fā)明的、用于制造具有權(quán)利要求1至15的特征的半導體器件的方法16至20能夠借助在半導體技術(shù)中公開的措施或工藝實現(xiàn)可靠和無干擾的制造半導體器件。
附圖本發(fā)明的實施例在附圖中被示出并且在隨后的描述中被進一步闡述。詳細地

圖1示出了穿過本發(fā)明的半導體器件的示意性橫截面，及圖2示出了一特性曲線，其說明了在器件的不同溫度情況下在電流和電壓之間的關(guān)系。
描述在圖1中以橫截面示出了本發(fā)明的半導體器件的實施例。在此，半導體器件由具有金屬端子2的高摻雜的襯底1構(gòu)成，其中該端子2在襯底1的一個在根據(jù)圖1的視圖中在下方的主表面上。在高摻雜的襯底1上施加有一個整面地施加在該上部主表面上的較弱摻雜的、相同導電類型的區(qū)域3。一個另外的整面地引入的、相同導電類型然而較高摻雜的區(qū)域4連接至區(qū)域3。一個同樣整面地施加的第二金屬端子5形成該半導體器件的邊界。
在較高地摻雜的區(qū)域4中，將一些相反導電類型的區(qū)域6引入到一些部分區(qū)域中。在該半導體本體的(在根據(jù)圖1的視圖中)上部的主表面上、在區(qū)4和6之間形成的pn結(jié)通過金屬化結(jié)構(gòu)5被短路。
高摻雜的襯底1例如由銻摻雜的或優(yōu)選為砷摻雜的硅構(gòu)成。區(qū)3例如由外延地沉積的磷摻雜的硅構(gòu)成。區(qū)4例如具有分級的(gestuftes)雜質(zhì)分布，該雜質(zhì)分布通過具有不同離子類型和能量的兩次離子注入來產(chǎn)生。有利的是，一次是具有低能量的淺的砷注入并且一次是具有較高能量的較深的磷注入。
區(qū)6例如借助光刻而被限制在斑點狀或帶狀的區(qū)域上，并且借助硼注入而被確定。在注入之后執(zhí)行退火步驟，其中在該退火步驟之后，硼離子在區(qū)6中的侵入深度處于砷離子和磷離子在區(qū)4中的侵入深度之間。在該實施例中，兩個金屬端子2和5被整面地施加并可焊接到晶片的上側(cè)和下側(cè)上，由此該半導體器件可以被引入到開關(guān)電路中，其中它這樣地進行，即分別將電流導體焊接到上層和下層上。在施加電壓之后，則流過電流I，通過三個箭頭示出其分布或分配到半導體器件中的單個的組分中。
原理上，金屬端子2和5也可以這樣構(gòu)造，使得它們只是覆蓋可預(yù)先給定的部分區(qū)域。一種另外的可能性是，半導體器件或者半導體芯片從作為襯底的晶片、例如硅晶片出發(fā)來制造，并且在切割晶片之后，將所得到的半導體器件或半導體芯片安裝到殼體中，該殼體在芯片的上方和下方包含足夠的熱物質(zhì)(thermische Masse)，例如以銅的形式。
半導體器件的制造例如在下列步驟中進行高摻雜的襯底1，其為市面上常見的砷襯底(具有砷摻雜的n型導電的硅)，借助外延方法來處理，其中層3被施加。該外延基本上確定了半導體器件的電阻的值。在25℃的溫度和小電流情況下，考慮到在16mm2的芯片大小時襯底和層4的向外擴散，在厚度為5μ的情況下的10Ohmcm的層得到大約10毫歐的電阻。
在層3的外延之后制造區(qū)4。在此，執(zhí)行砷和磷的整面的注入，用于制造區(qū)4。在下一步驟中，施加光刻膠并且制造光掩膜。在下一步驟中，在施加了光掩膜的情況下曝光，用于在區(qū)4中產(chǎn)生p島6，并且光刻膠被顯影。
在進一步的步驟中，注入硼，由此得到p區(qū)。在借助可預(yù)先給定的熱處理的退火步驟之后，在芯片的正面和背面借助濺射來施加金屬化結(jié)構(gòu)，由此形成金屬化層2和5。
半導體器件的工作原理可以如下解釋在將半導體器件引入電流導體并且將電壓施加到該電流導體上之后，其分布通過箭頭示出的電流I流過半導體器件。電流在層4中的p摻雜的區(qū)域之間至少部分地平行于半導體器件的表面地流過。在此，電流的平行于該表面的分量引起了壓降，該壓降——與電流、溫度、摻雜分布和p島的幾何結(jié)構(gòu)相關(guān)——在區(qū)6下方導致在層4和6之間的pn結(jié)的偏壓導通(Aufsteuern)并且由此通過空穴注入導致區(qū)3的電阻值的降低。
直到達到對于開關(guān)過程所必需的溫度的時間又與所安裝的部件的熱時間常數(shù)相關(guān)。合適的金屬、例如銅被使用得越多，其中該金屬應(yīng)該盡可能被兩側(cè)地使用，并且在芯片和銅之間的焊接的熱阻越小，則時間越長。
在圖2中示出了針對該半導體器件的特性曲線，其中繪出了關(guān)于以伏特為單位的電壓的以安培為單位的電流，在此，針對兩個不同的溫度、即25℃和225℃的曲線變化被示出。如可以從圖2中看到的那樣，在25℃時，特性曲線關(guān)于零點對稱，即關(guān)于U＝0及I＝0對稱。S形狀可以用在高場強情況下載流子運動性的降低來解釋，以及由此在特性曲線測定時溫度不是保持恒定。在225℃時，特性曲線在寬的區(qū)域上具有幾乎線性的曲線走向，并且在確定的電壓之上跳躍式地改變其特性。根據(jù)溫度和電流，則該器件轉(zhuǎn)換到具有低電阻和二極管特性曲線特點的狀態(tài)中。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件特別適合于作為具有確定的溫度特征的開關(guān)來使用。在此，在達到確定的條件時，例如在達到確定的溫度時，會出現(xiàn)器件特性的這樣強的改變，使得其相應(yīng)于開關(guān)過程。
該半導體器件集成到起動裝置線路中能夠?qū)崿F(xiàn)防止在接通時出現(xiàn)電流峰值，因為其在低溫情況下是高阻值的。在較高的溫度時，該溫度通過在尚冷的半導體器件中的能量轉(zhuǎn)化而引起，半導體器件的電阻值強地減小并且在隨后存在的更高的溫度情況下其不再阻礙電流。
作為熱開關(guān)使用，使得可以借助該半導體器件構(gòu)造一種裝置，其在低溫時阻塞電流，并且在高溫度時導通，其中轉(zhuǎn)換點或轉(zhuǎn)換區(qū)域可以在寬的邊界中調(diào)整。在此，電阻的值或者大小可以通過摻雜分布和幾何結(jié)構(gòu)而被任意地改變。由此可以調(diào)節(jié)出一種可預(yù)先給定的所希望的電阻以及甚至是一種確定的與溫度相關(guān)的電阻曲線走向。重要的還有，半導體器件的電阻在達到與溫度相關(guān)的接通條件時在時間上非常快速地變化。
權(quán)利要求
1.具有一種高摻雜襯底(1)的半導體器件，該襯底在其一個主表面上具有一個金屬化結(jié)構(gòu)(2)并且以其另外的主表面與一個弱摻雜的、相同導電類型的區(qū)(3)相連接，并且該半導體器件具有一個相同導電類型的、具有較高摻雜的另外的層(4)以及一個形成該半導體器件的另外的主表面的金屬化結(jié)構(gòu)(5)，其特征在于，一些相反的導電類型的區(qū)域(6)被引入該區(qū)(4)的部分區(qū)域中，其中在該半導體本體的第二主表面上在這些區(qū)(4)和(6)之間形成的pn結(jié)通過該金屬化結(jié)構(gòu)(5)短路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導體器件，其特征在于，該襯底(1)由銻摻雜的或砷摻雜的硅構(gòu)成并且由此是n型導電的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2的半導體器件，其特征在于，該區(qū)(3)由外延地沉積的磷摻雜的硅構(gòu)成并且由此同樣是n型導電的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的半導體器件，其特征在于，該區(qū)(4)具有一個分級的雜質(zhì)分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的半導體器件，其特征在于，該區(qū)(4)具有不同的離子、特別是As離子和P離子，它們位于該區(qū)(4)的不同的區(qū)域中。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的半導體器件，其特征在于，一個或兩個金屬端子(2)、(5)被整面地施加到該半導體襯底的這些主邊界面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的半導體器件，其特征在于，這些金屬端子是可以焊接的。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的半導體器件，其特征在于，該半導體芯片或該襯底以不同的區(qū)域位于一個殼體中，其中該芯片的兩側(cè)地存在特別是銅形式的、熱和電地起作用的材料。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的半導體器件，其特征在于，它的電阻是溫度相關(guān)的，并且在一個可調(diào)節(jié)的溫度范圍中具有強的變化。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的半導體器件，其特征在于，它的溫度相關(guān)的電阻可以借助摻雜分布的選擇和/或借助該半導體器件的幾何結(jié)構(gòu)的選擇來調(diào)節(jié)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的半導體器件，其特征在于，在其中該電阻具有強的變化的溫度區(qū)域可以借助摻雜分布的選擇和/或借助該半導體器件的幾何結(jié)構(gòu)的選擇來調(diào)節(jié)。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的半導體器件，其特征在于，該半導體器件作為溫度相關(guān)的開關(guān)被使用。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的半導體器件，其特征在于，該開關(guān)溫度可以借助摻雜分布的選擇和/或借助該半導體器件的幾何結(jié)構(gòu)的選擇來調(diào)節(jié)，其中該開關(guān)溫度是這樣的溫度，在該溫度中出現(xiàn)該電阻的大的變化。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的半導體器件，其特征在于，直到達到開關(guān)溫度的時間通過調(diào)節(jié)該器件的一個可預(yù)先給定的熱時間常數(shù)來確定。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的半導體器件，其特征在于，該半導體器件作為溫度相關(guān)的電流限制裝置被使用。
16.用于制造根據(jù)上述權(quán)利要求之一的半導體器件的方法，其特征在于，在一個高摻雜的、特別是由銻摻雜或砷摻雜的硅構(gòu)成的襯底(1)上，施加一個相同的導電類型的外延地沉積的弱摻雜的區(qū)(3)，借助整面地注入砷和磷形成一個相同導電類型的區(qū)(4)，將相反導電類型的一些區(qū)域(6)引入該區(qū)(4)的一些部分區(qū)域中，并且兩個主表面分別設(shè)置一個金屬化結(jié)構(gòu)(2)、(5)，其中該金屬化結(jié)構(gòu)(5)將在這些區(qū)(4)和(6)之間形成的pn結(jié)短路。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，在該區(qū)(4)中產(chǎn)生分級的雜質(zhì)分布。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述分級的雜質(zhì)分布通過具有不同的離子類型和不同的能量的兩個離子注入來產(chǎn)生，特別是作為具有低能量的淺的砷注入以及作為具有較高能量的深的磷注入。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于，在所述離子注入之后執(zhí)行一個退火步驟，并且至少在該退火步驟之后，硼離子在區(qū)(6)中的侵入深度處于砷和磷離子在區(qū)(4)中的侵入深度之間。
20.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，該襯底(1)是半導體芯片，它在完成和切割之后被安裝在一個殼體中，其中該殼體在芯片的上方和下方具有一種特別是由銅構(gòu)成的、足夠的熱材料。
全文摘要
本發(fā)明說明了一種半導體器件以及一種用于制造這種半導體器件的方法，該半導體器件具有這樣的電阻特性，即強地與溫度相關(guān)。該電阻特性通過半導體器件的特殊的多層結(jié)構(gòu)來得到，其中一層這樣地構(gòu)造，即例如在n摻雜的區(qū)域中有多個p摻雜的區(qū)域，它們在一個側(cè)面上借助金屬化層被短路。該半導體器件可以例如被用于減小電流峰值，其中該器件隨后被集成到導體中。在冷的狀態(tài)中，該半導體器件具有高的電阻，該電阻在半導體器件由于流過的電流被加熱之后顯著地變小。
文檔編號H01L21/329GK101036233SQ200580034072
公開日2007年9月12日 申請日期2005年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月6日
發(fā)明者皮特·費洛斯, 阿爾弗雷德·格拉赫, 皮特·烏爾巴赫, 沃爾夫?qū)しㄒ晾? 曲寧, 克勞斯·埃耶斯 申請人:羅伯特·博世有限公司