DE1212218B - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit mindestens einer p pn - oder n np -Zonenfolge im Silizium-Halbleiterkoerper - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit mindestens einer p pn - oder n np -Zonenfolge im Silizium-Halbleiterkoerper

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DE1212218B DES79613A DES0079613A DE1212218B DE 1212218 B DE1212218 B DE 1212218B DE S79613 A DES79613 A DE S79613A DE S0079613 A DES0079613 A DE S0079613A DE 1212218 B DE1212218 B DE 1212218B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
Nummer: 1212218
Aktenzeichen: S 79613 VIII c/21 g
Anmeldetag: 25. Mai 1962
Auslegetag: 10. März 1966
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Halbleiterbauelements, wie es nach dem Gegenstand der Hauptpatentanmeldung vorgeschlagen worden ist.
Der Gegenstand der Hauptpatentanmeldung ist ein Halbleiterbauelement mit mindestens einer p+pn+- oder n+np+-Zonenfolge im Silizium-Halbleiterkörper, insbesondere' Halbleiterflächengleichrichter oder Halbleiterstromtor, für hohe auftretende Störspannungen, dessen Silizium-Halbleiterkörper in einem an· die Oberfläche grenzenden Teil einer äußeren Zone eine Störstellenkonzentration von 1018 bis 1020 Störstellen je cm3 besitzt, bei dem der Gradient des in Richtung zur Mittelzone abnehmenden Störstellenverlaufs in dieser Zone an der Mittelzone kleiner als 1017 Fremdatome je cm4 ist, und bei dem in der schwach mit höchstens etwa 1015 Störstellen je cm3 dotierten Mittelzone, welche im Halbleiterkörper zwischen zwei stärker und entgegengesetzt zueinander dotierten Zonen liegt, das Verhältnis der Dicke zur Konzentration der Rekombinationszentren so abgestimmt ist, daß bei einer Stromdichte von 1 Ampere je mm2 in der Flußrichtung des pn-Über- gangs zwischen den Oberflächen der äußeren Zonen des Halbleiterkörpers ein Spannungsabfall zwischen 1,0 und 1,15 Volt auftritt.
Für die Erreichung des Merkmals, daß das erwünschte Verhältnis der Dicke zur Konzentration der Rekombinationszentren in der Mittelzone entsprechend gewährleistet ist, ist, wenn sich für die Zwecke des Gegenstandes der Hauptpatentanmeldung die spezifische Stromtragfähigkeit des Halbleiterbauelements als zu hoch erweisen sollte, indem die Konzentration der Rekombinationszentren in der schwach dotierten Zone zu gering ist, vorgeschlagen worden, diese Dicke dieser Zone um so viel größer zu bemessen, daß damit die spezifische Stromtragfähigkeit des Halbleiterelements verringert wird und dadurch in den angegebenen Bereich hinein verlegt wird, bei welchem im Falle eines Stromes, der mit einer Stromdichte von 1 Ampere je nun2 in Flußrichtung durch das Halbleiterelement geschickt wird, der Wert des Spannungsabfalles in Flußrichtung an den Anschlüssen am Halbleiterkörper von etwa 1,0 bis 1,15 Volt nicht abweicht.
In sinngemäßer Weise kann, wenn die Stromtragfähigkeit des Halbleiterbauelements zu gering sein würde, die Dicke der schwach dotierten Zone entsprechend kleiner bemessen werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die, Erkenntnis zugrunde, daß sich eine solche Anpassung der Konzentration der Rekombinationszentren in der Verfahren zum Herstellen eines
Halbleiterbauelements mit mindestens einer
p+pn+- oder n+np+-Zonenfolge im Silizium-Halbleiterkörper
Zusatz zur Anmeldung: S 79057 VIII c/21 g ·
Auslegeschrift 1208 011
Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Erich Nitsche, München-Obermenzing; Dipl.-Ing. Udo Lob, München
schwach dotierten Zone bei vorgegebener Dicke der schwach dotierten Mittelschicht, deren Wahl insbesondere z. B. durch die verlangte Sperrspannungsfestigkeit sowie eine erwünschte mechanische Festigkeit des gesamten Halbleiterkörpers vorgegeben sein kann, auch noch technisch vorteilhaft allein oder zusätzlich auf anderem Wegge erreichen läßt, indem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das Verhältnis der Dicke zur Konzentration der Rekombinationszentren der schwach dotierten Mittelzone mittels auf die Halbleiteroberfläche aufgebrachten Getterungsstoffes abgestimmt wird.
Als geeignete Getterstoffe können geeignete Metalle oder Metalloxyde aufgebracht werden, die auf die Störstellen derjenigen Elemente, welche in dem Halbleiterkörper allein öder im wesentlichen die Rekombinationszentren bilden, eine entsprechende Getterwirkung bei einer geeigneten Temperaturbehandlung ausüben. Der jeweilige Getterstoff wird entweder auf die ganze Oberfläche oder entsprechende Teile der Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht, von denen aus eine Getterwirkung ausgeübt werden soll. Die genannten Störstellen werden durch den Getterungsprozeß in die oberflächennahe Zone des Halbleiterkörpers oder bis, zu den Getterstoffen geführt und können dann gegebenenfalls mit diesen, wenn erforderlich, entfernt werden. Ein solcher Getterungsprozeß läßt sich gegebenenfalls in der Weise durchführen, daß gleichzeitig dabei oder in gewissen Zeitabschnitten während des Getterungs-
. I. 609 537/310
Prozesses oder in Pausen zwischen diesen der Spannungsabfall an dem Halbleiterkörper bei der genannten Stromdichte in Flußrichtung gemessen wird, so daß dadurch eine eindeutige Anpassung der Konzentration der Rekombinationszentren in der zwischen den stark dotierten Zonen liegenden schwach dotierten Zone vorgenommen werden kann.
' Bei einem solchen Getterungsvorgang kann beispielsweise in der nachfolgenden Weise vorgegangen werden.
Es wurde zunächst eine p-dotierte Scheibe von etwa 250 μ Dicke aus Silizium von etwa 1000 Ohm · cm einem Dotierungsprozeß für die Erzeugung der hochdotierten Bereiche in dem Halbleiterkörper unterworfen. Hierbei wurde für die Herstellung einer Diode beispielsweise auf die eine Oberfläche der Halbleiterplatte eine Dotierungssubstanz mit Phosphorpehtoxyd als Störstellen liefernde Substanz und auf die andere Oberfläche eine Dotierungssubstanz mit Bortrioxyd als Störstellen liefernde Substanz aufgebracht und dann im Verlaufe einer Temperaturbehandlung bei etwa 1250° C während einer Zeitdauer von etwa vier Stunden die Eindiffusion der Dotierungsstoffe bis zu einer Tiefe von etwa 25 μ durchgeführt. Nunmehr wird an dem Halbleiterkörper im Sinne der Lehre nach der Hauptpatentanmeldung bei einer Stromdichte von 1 Ampere je mm2 der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung bzw. Flußrichtung an dem Halbleiterkörper gemessen. Es werde angenommen, daß dabei z. B. ein Wert des Spannungsabfalles von etwa 2VoIt gemessen werde. Das bedeutet bei der in der Hauptpatentanmeldung gegebenen Lehre, daß der Spannungsabfall in Flußrichtung an dem Halbleiterelement innerhalb eines Intervalles von 1,0 bis 1,15 Volt für die angestrebte Zielsetzung liegen soll, da in dem erwünschten Verhältnis der Dicke der schwach dotierten Zone zu der Zahl der Rekombiriationszentren die letztere zu groß ist. Um nun den Wert dieses Verhältnisses in das mittelbar durch den Wert des Spannungsabfalls in Flußrichtung vorgegebene Intervall hinzuführen, müßte also die Zahl dieser Rekombinationszentren herabgesetzt werden.
Das wird erfindungsgemäß durch einen Getterungsprozeß herbeigeführt, der auf die in dem Halbleiterkörper vorhandenen Rekombinationszentren bzw. unerwünschten Verunreinigungen ausgeführt wird. Hierfür wird der genannte Halbleiterkörper nunmehr an seiner Oberfläche oder Teilen derselben z. B. nach einem stromlosen Abscheidungsverfahren nut einer Nickelschicht von etwa 0,5 bis 1,0 μ Stärke überzogen und dann einer Temperaturbehandlung bei etwa 1200° C während etwa einer Stunde unterworfen. Nach der Abkühlung, z. B. mit einem Gradienten von größer etwa 200° C je Stunde, würde der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung bei einer Stromdichte von 1 Ampere erneut an einem Probeausschnittestück der Halbleiterscheibe gemessen. Liegt der Meßwert in dem genannten erwünschten Intervall, so ist damit der erwünschte Diodenhalbleiterkörper erreicht, oder es wird im anderen Falle eine erneute Getterung, gegebenenfalls über einen kürzeren oder längeren Zeitraum entsprechend gewonnenen Erfahrungswerten ein- oder mehrmals wiederholt.
Wird bei der ersten Messung festgestellt, daß die Zahl der Rekombinationszentren zu gering ist, weil der gemessene Spannungsabfall zu gering ist, so kann zunächst der Halbleiterkörper einem Anreicherungsprozeß mit Störstellen unterworfen und dann anschließend der Getterungsprozeß für die Dosierung der Zahl der Rekombinationszentren durchgeführt werden.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles wird nunmehr auf die F i g. 1 und 2 Bezug genommen, in welchen in einem
ίο zur Veranschaulichung gewählten Maßstab ein Halbleiterbauelement in Form einer Diode in zwei einander entsprechenden Rissen wiedergegeben ist. In diesen Figuren bezeichnet 1 die schwach dotierte Zone des Halbleiterkörpers, welche sich zwischen den beiden durch Eindiffusion erzeugten stark dotierten Zonen 2 bzw. 3 befindet. Auf diesen Halbleiterkörper ist an den gegenüberliegenden Oberflächen bereits eine Nickelschicht 4 bzw. 5 aufgebracht worden, mittels welcher der bereits beschriebene Getterungseffekt durchgeführt wird. 6 deutet in gestrichelter Darstellung in Fig. 2 einen Ausschnitts-Probekörper an, der von dem Halbleiterkörper entnommen werden kann, um zu prüfen, ob ein Halbleiterkörper mit den erwünschten Werten durch die Behandlung erreicht worden ist.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit mindestens einer p+pn+- oder n+np+-Zonenfolge im Silizium-Halbleiterkörper, insbesondere Halbleiterflächengleichrichter oder Halbleiterstromtor, für hohe auftretende Störspannungen, dessen Silizium-Halbleiterkörper in einem an die Oberfläche grenzenden Teil einer äußeren Zone eine Störstellenkonzentration von 1018 bis 1020 Störstellen je cm3 besitzt, bei dem der Gradient des in Richtung zur Mittelzone abnehmenden Störstellenverlaufs in dieser Zone an der Mittelzone kleiner als 1017 Fremdatome je cm4 ist, und bei dem in der schwach mit höchstens etwa 1015 Störstellen je cm3 dotierten Mittelzone, welche im Halbleiterkörper zwischen zwei stärker und entgegengesetzt zueinander dotierten Zonen liegt, das Verhältnis der Dicke zur Konzentration der Rekombinationszentren so abgestimmt ist, daß bei einer Stromdichte von 1 Ampere je mm2 in der Flußrichtung des pn-Übergangs zwischen den Oberflächen der äußeren Zonen des Halbleiterkörpers ein Spannungsabfall zwischen 1,0 und 1,15 Volt auftritt, nach Patentanmeldung S79057Vnic/21g, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke zur Konzentration der Rekombinationszentren der schwach dotierten Mittelzone mittels eines auf die Halbleiteroberfläche aufgebrachten Getterungsstoffes abgestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der ganzen oder an Teilen der Oberfläche des Halbleiterkörpers eine Nickelgo schicht von 0,1 bis 1,0 μ Dicke als Überzug aufgebracht und dann der Halbleiterkörper einer Temperatur von etwa 1200° C während einer Stunde unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht stromlos auf
dem Halbleiterkörper abgeschieden wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609 537/31Q 3.66 © Bundesdruckerei Berlin
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