DE1156510B

DE1156510B - Halbleiterbauelement mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkoerper und vier Zonen abwechselnden Leitfaehigkeitstyps und Verfahren zum Herstellen

Info

Publication number: DE1156510B
Application number: DES73885A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Hans-Jochen Benda
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-05-10
Filing date: 1961-05-09
Publication date: 1963-10-31

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S 73885 Vmc/21g

ANMELDETAG: 9. MAI 1961

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 31. OKTOBER 1963

Die Hauptpatentanmeldung S 68423 VIIIc/21g betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps, von. "denen die beiden äußeren, injizierenden Zonen, ₍die Emitterzonen, stärker und die beiden inneren,; nicht injizierenden Zonen, die Basiszonen, schwächer dotiert sind und bei dem die Oberfläche des Halbleiterkörpers zwischen der einen Emitterzone und der angrenzenden Basiszone mit einem als Nebenschluß wirkenden, elektrisch leitfähigen Überzug versehen ist.

Vierschicht-Halbleiterbauelemente, die als Stromtore verwendet werden, zeigen unter Umständen bei höheren Betriebstemperaturen ein ungünstiges Verhalten bezüglich ihrer Sperrfähigkeit. Der höhere Sperrstrom führt zu einer höheren Stromverstärkung, und damit tritt das Durchzünden bei einem wesentlich niedrigeren Spannungswert als bei einer kaum über Raumtemperatur liegenden Betriebstemperatur auf. Es ist bekannt, daß sich der Wirkungsgrad eines Emitters dadurch herabsetzen läßt, daß man der Emitter-Basis-Strecke einen Nebenschluß gibt. Schaltet man also einen Widerstand parallel zu einer Emitter-Basis-Strecke des Stromtores, so wird hierdurch die Stromverstärkung herabgesetzt, und das Durchzünden tritt auch bei höheren Betriebstemperaturen erst bei ähnlich hohen Spannungswerten wie bei Raumtemperatur der Vierschichtanordnung ein. Der aufgebrachte Überzug wirkt in diesem Sinne.

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des Halbleiterbauelements nach der Hauptpatentanmeldung. Es ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß eine Basiszone und die angrenzende Emitterzone sich aneinander in einem fiächenhaften und im wesentlichen ebenen pn-übergang berühren und daß der pn-übergang und die Emitterzone mehrere über die Emitterzonenfläche feinverteilte Durchbrüche hat, durch die die angrenzende Basiszone bis zur äußeren Oberfläche der Emitterzone und bis zum leitfähigen Überzug geführt ist.

Es erwies sich in gewissen Fällen als zweckmäßig, den Nebenschluß zwischen Emitter- und Basiszone bis auf den Wert Null zu vermindern, also den pn-übergang durch einen Kurzschluß zu überbrücken. Insbesondere bei Halbleiterbauelementen der beschriebenen Art mit verhältnismäßig großflächigen Emitterzonen zeigte es sich nun, daß die Wirkung des Nebenschlusses dann besonders stark in Erscheinung trat, wenn die Überbrückung des pn-Überganges nicht nur an einer Stelle, sondern verhältnismäßig gleichmäßig verteilt am gesamten Rand der Emitterzone auftritt.

Halbleiterbauelement

mit einem im wesentlichen einkristallinen

Halbleiterkörper und vier Zonen

abwechselnden Leitfähigkeitstyps

und Verfahren zum Herstellen

Zusatz zur Patentanmeldung S 68423 VIIIc /21g
(Auslegeschrift 1133 038)

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

DipL-Phys. Hans-Jochen Benda, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung sucht diesen Effekt zu verstärken, indem die gesamte Emitterfläche sozusagen in einzelne Flächenelemente aufgeteilt wird, denen jeweils ein unmittelbar benachbarter Nebenschluß bzw. Kurzschluß zugeordnet ist.

An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt ein Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung im Schnitt;

Fig. 2 zeigt dasselbe Halbleiterbauelement im Aufriß;

Fig. 3 ist ein Ausschnitt des Emitter-Basis-Bereiches aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab dargestellt.

Das Bauelement ist insbesondere in den Dickenverhältnissen stark verzerrt dargestellt, damit in der Zeichnung die einzelnen Teile der Anordnung besser zu erkennen sind.

Ein derartiges Vierschicht-Halbleiterbauelement kann beispielsweise in folgender Weise hergestellt

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werden: In ein rundes Halbleiterscheibchen, beispielsweise aus η-leitendem Silizium, mit einem spezifischen Widerstand von etwa 50 bis 150 Ohm-cm von etwa

18 mm Durchmesser und 0,25 mm Dicke wird Aluminium eindiffundiert. Man erhitzt das Scheibchen in Gegenwart von Aluminium im Vakuum auf etwa J2OO⁰ C und beläßt es etwa 1 Tag lang auf dieser Temperatur. Nach dem Abkühlen werden verschiedene Elektroden durch Einlegieren aufgebracht, und danach wird durch einen Ätzvorgang die durch Eindiffundierung von Aluminium p-leitend gewordene äußere Schicht in zwei Zonen aufgeteilt.

■' Fig. 1 zeigt das Ergebnis: Der Kern des Siliziumscheibchens von etwa 0,1 mm Stärke ist unverändert geblieben und bildet die n-Basis 2. Ein Teil der aluminiumdotierten Oberflächenschicht bildet die erste p-Emitterzone 3, der andere, durch einen Ätzgraben 4 davon getrennte Teil die p-Basiszone 5. Die p-Emitterzone 3 ist durch eine Elektrode 6 kontaktiert, die durch Einlegieren einer Scheibe von etwa

19 mm Durchmesser und 0,03 mm Dicke aus Bor enthaltendem Gold (etwa 0,03 % Bor) entstanden ist. Die p-Basiszone ist durch eine kreisscheibenförmige Elektrode? kontaktiert, die durch Einlegieren einer aus dem gleichen Material, einer Gold-Bor-Legierung, bestehenden Scheibe von etwa 2 mm Außendurchmesser entstanden ist.

Die Kontaktelektrode 7 ist von einer kreisringförmigen Kontaktelektrode 8 umgeben, welche auf einer ebenfalls kreisringförmigen, η-leitenden Zone 9, der η-Emitterzone, aufliegt. Eine Kreisringscheibe von etwa 3 bis 4 mm Innendurchmesser und etwa 14 mm Außendurchmesser aus einer Gold-Antimon-Legierung wird konzentrisch zur Kontaktelektrode 7 auf die Zone 5 aufgelegt und durch einen Erwärmungsvorgang einlegiert. Hierbei wird ein Teil der Zone 5, nämlich die Zone 9, umdotiert, da die η-dotierende Wirkung des auf diese Weise eingebrachten Antimons stärker als die p-dotierende des eindiffundierten Aluminiums ist. Der Rest der Goldschmelze bildet nach dem Erstarren die Kontaktelektrode 8, die auf der Zone 9 aufliegt.

Alle Legierungsvorgänge werden zweckmäßigerweise in einem Arbeitsgang vorgenommen, indem das Halbleiterscheibchen nach dem Diffusionsvorgang mit den aufgelegten Goldfolien zusammen im Vakuum auf etwa 700° C, jedenfalls oberhalb der eutektischen Temperatur von Gold und Silizium von etwa 370° C erwärmt wird. Während dieser Erwärmung kann das gesamte Aggregat in ein nicht schmelzendes und mit den Bestandteilen des Aggregates nicht reagierendes Pulver, z. B. Graphit, eingebettet sein.

Der später die Kontaktelektrode 8 bildende Gold-Antimon-Ring wird perforiert. An diesen Stellen 10, an denen die Goldfolie eine Durchbrechung aufweist, findet keine Legierung statt. An diesen Stellen tritt deshalb später die Basiszone 5 durch die Emitterzone 9 hindurch bis an die Oberfläche des Halbleiterkörpers. Durch den elektrisch leitfähigen Überzug, welcher gemäß der Hauptpatentanmeldung auf die Oberfläche des Halbleiterbauelementes aufgebracht wird, werden alle diese Durchbrechungen 10 der Emitterzone mit einem Kurzschluß überbrückt.

Zweckmäßigerweise wird dieser Überzug auf die gesamte Oberfläche der Emitterzone und damit auch auf die Emitter-Kontaktelektrode aufgebracht, da er auch an den Stellen, an denen er nicht benötigt wird, keinen Schaden anrichtet. Vorteilhaft wird dieser Überzug in der Weise hergestellt, daß eine kolloidale Graphitlösung auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgetragen wird.

Zur Herstellung der Kontaktelektrode 8 wird zweckmäßigerweise eine Gold-Antimon-Folie von etwa 30 bis 50 μ Stärke verwendet, z. B. von 35 μ Stärke. Die Legierungstiefe, d.h. die Dicke der Zone 9 beträgt dann etwa 20 μ. Wenn man aus der Gold-Antimon-Folie Löcher von etwa 100 bis 200 μ Durchmesser ausstanzt, so ist dies vollkommen ausreichend, damit ein. Zusammenlegieren der Ränder des Loches verhindert wird. Andererseits sollen diese Löcher so klein wie möglich gehalten werden, damit keine merkliche Verminderung der Emitterfläche eintritt.

Der Abstand der Löcher voneinander kann etwa 1 mm betragen. Wie die Erfahrungen besonders an kleinen Vierschichtbauelementen zeigten, ist dieser Abstand klein genug, daß hierdurch die gewünschte Wirkung eintritt.

Im Prinzip ist es gleichgültig, ob der Nebenschluß zwischen einer p-Basiszone und η-Emitterzone oder zwischen einer η-Basiszone oder p-Emitterzone bewirkt wird; man wird aber zweckmäßigerweise wie bei dem oben ausgeführten Beispiel den Nebenschluß zwischen der Emitterzone und derjenigen Basiszone anbringen, die den größten der beiden Stromverstärkungsfaktoren ergeben.

Zu dem beschriebenen Verfahren, bei dem ein Nebenschluß zwischen p-Basiszone und n-Emitterzone hergestellt wurde, kann beispielsweise folgendes Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit umgekehrten Verhältnissen treten: Auf eine Oberflächenzone eines Halbleiterkörpers, beispielsweise Silizium vom η-Typ, wird eine entsprechend perforierte Aluminiumfolie aufgelegt und anschließend eine Erwärmung auf etwa 800° C vorgenommen. Hierdurch wird eine p-leitende Zone mit den Durchbrechungen der darunterliegenden n-leitenden Zone zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers hergestellt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Halbleiterbauelement mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps, von denen die beiden äußeren, injizierenden Zonen, die Emitterzonen, stärker und die beiden inneren, nicht injizierenden Zonen, die Basiszonen, schwächer dotiert sind, und bei dem die Oberfläche des Halbleiterkörpers zwischen der einen Emitterzone und der angrenzenden Basiszone mit einem als Nebenschluß wirkenden, elektrisch leitfähigen Überzug versehen ist, nach Patentanmeldung S 68 423 VIII c/21g, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Basiszone und die angrenzende Emitterzone sich aneinander in einem flächenhaften und im wesentlichen ebenen pn-übergang berühren, und daß der pn-übergang und die Emitterzone mehrere über die Emitterzonenfläche fein verteilte Durchbrüche hat, durch die die angrenzende Basiszone bis zur äußeren Oberfläche der Emitterzone und bis zum leitfähigen Überzug geführt ist.

2. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Zone eines Halbleiter-

körpers von einem Leitfähigkeitstyp eine durchbrochene Folie aus einem Werkstoff, welcher einen den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bewirkenden Dotierungsstoff enthält, aufgelegt und durch einen Erwärmungsvorgang einlegiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine η-Zone eine Aluminiumfolie aufgelegt und einlegiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine p-Zone eine Gold-Antimon-Folie aufgelegt und einlegiert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen