DE1236080B

DE1236080B - Halbleiterbauelement mit mindestens zwei pn-UEbergaengen und mit mindestens einer schwaecher dotierten Zone und Verfahren zum Herstellen

Info

Publication number: DE1236080B
Application number: DE1963S0086478
Authority: DE
Inventors: Dr Ottomar Jaentsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-08-01
Filing date: 1963-08-01
Publication date: 1967-03-09

Description

jESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES «V; CV'^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21 g -11/02

Nummer: 1 236 080

Aktenzeichen: S 86478 VIII c/21 g

Anmeldetag: 1. August 1963

Auslegetag: 9. März 1967

Die Erfindung betriSt ein Halbleiterbauelement mit mindestens zwei pn-Übergängen und mit mindestens einer schwächer dotierten Zone. Sie bezweckt die Erhöhung der Sperrfähigkeit bei solchen Halbleiterbauelementen. Erfindungsgemäß ist auf mindestens einem Teil der Oberfläche der schwächer dotierten Zone zwischen den beiden an die Oberfläche tretenden pn-Übergängen eine Schicht so aufgebracht, daß in dieser schwächer dotierten Zone eine Oberflächenschicht entgegengesetzten Leitungstyps entsteht, und daß diese Oberflächenschicht entgegengesetzten Leitungstyps durch eine schmale Schutzzone höherer Dotierung und vom gleichen Leitungstyp wie die schwächer dotierte Zone zwischen den pn-Übergängen und längs der pn-Übergänge vollständig in zwei getrennte Oberflächenschichten aufgeteilt ist.

Durch das Erzeugen einer Oberflächenschicht entgegengesetzten Leitungstyps, einer sogenannten Inversionsschicht, auf der schwächer dotierten Zone und durch das Unterbrechen dieser Schicht mit Hilfe einer Schutzzone höherer Dotierung wird die Sperrfähigkeit der Halbleiterbauelemente gegenüber den bekannten Halbleiterbauelementen mit mindestens zwei pn-Übergängen und mindestens einer schwächer dotierten Zone erhöht. Durch die Schutzzone, welche die Inversionsschicht unterbricht, wird ein Kurzschluß zwischen den an die schwächer dotierte Zone angrenzenden Zonen entgegengesetzten Leitungstyps über die Inversionsschicht verhindert. Ein solcher Kurzschluß würde die vorteilhafte Wirkung der Inversionsschicht auf die Sperrfähigkeit des Halbleiterbauelements zunichte machen. Unter Schutzzone wird ein Gebiet verstanden, das keinen Stromanschluß besitzt und nur zur Unterbrechung der Inversionsschicht dient. Diese Maßnahme ergibt vor allem bei npnp- und pnpn-Thyristoren eine Erhöhung der Sperr- und Kippspannung.

Es ist zwar ein Halbleiterbauelement bekannt, dessen mittlere, zwischen zwei pn-Ubergängen liegende Zone an ihrer Oberfläche eine sich zwischen den pn-Ubergängen erstreckende Zone entgegengesetzten Leitungstyps besitzt. Dieses bekannte Halbleiterbauelement unterscheidet sich jedoch wesentlich von dem Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung. Die Zone entgegengesetzten Leitungstyps ist keine durch Aufbringen einer Schicht auf die Oberfläche des Halbleiterbauelements erzeugte Inversionsschicht, sondern ist durch Einbringen eines Doüerungsstoffs in den Halbleiterkörper erzeugt. Sie besitzt einen hohen Widerstand, überbrückt elektrisch die beiden pn-Übergänge und bewirkt einen von äußeren Ein-Halbleiterbauelement mit mindestens zwei
pn-Übergängen und mit mindestens einer
schwächer dotierten Zone und Verfahren
zum Herstellen

Anmelder:

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

Als Erfinder benannt:

Dr. Ottomar Jäntsch, Erlangen

flüssen weitgehend unabhängigen Verlauf der Sperrkennlinie des Bauelements, wobei der Sperrwiderstand jedoch erniedrigt wird. Eine Schutzzone ist bei diesem bekannten Halbleiterbauelement nicht vorhanden.

Zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung kann vorteilhaft so verfahren werden, daß in einem Halbleiterkörper vorgegebenen Leitungstyps durch allseitige Eindiffusion von Dotierungsmaterial ein Gebiet entgegengesetzten Leitungstyps erzeugt wird, daß ein in sich geschlossener Bereich dieses Gebietes so weit abgetragen wird, daß die innere schwächer dotierte Zone mit den beiden angrenzenden pn-Übergängen an die Oberfläche tritt, daß in diese schwächer dotierte Zone ein schmales, als Schutzzone dienendes Gebiet höherer Dotierung und vom gleichen Leitungstyp eingebracht wird und daß auf mindestens einen Teil der Oberfläche der schwächer dotierten Zone zwischen den beiden an die Oberfläche tretenden pn-Übergängen eine Schicht so aufgebracht wird, daß in dieser Zone eine Oberflächenschicht entgegengesetzten Leitungstyps entsteht.

Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung und einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 a bis Ic die einzelnen Verfahrensschritte zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung in der Ausführung eines npop-Si-Thyristors,

Fig. 2a bis 2c die einzelnen Verfahrensschritte zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß

709 518/384

der Erfindung in der Ausführung eines pnpn-Si-Thyristors

Beispiel 1
npnp-Si-Thyristor

In einem η-leitenden Siliziumkörper 11 wird allseitig ein p-leitendes Gebiet 12 durch EindiSundieren von Dotiermaterial erzeugt, so daß sich eine Struktur ergibt, wie sie in der F i g. 1 a im Schnitt schematisch dargestellt ist. Die innere Zone 13 ist η-leitend. Im Anschluß daran wird ein in sich geschlossener Bereich 14 der äußeren Teile des oberen diffundierten Gebietes abgetragen. In der F i g. 1 b ist dieser Bereich 14 gestrichelt gezeichnet. Die Abtragung dieses Bereiches erfolgt vorteilhafterweise unter Verwendung der Ultraschalltechnik. Zur Säuberung der bei der Abtragung entstehenden Oberfläche wird der Halbleiterkörper einer Ätzbehandlung unterworfen. Hierfür eignet sich besonders eine etwa lO°/oige Ätzlösung von KOH bei Raumtemperatur. Die Ätzzeit beträgt etwa 6 Stunden. In die innere Zone 13 wird, wie es in der Fig. Ic wiedergegeben ist, ein in sich geschlossenes schmales Gebiet 15, z. B. aus AuSB, einlegiert, das eine starke n+-Dotierung bewirkt. Nach der Ätzbehandlung wird die Oberfläche der Zone 13 so behandelt, daß sich in dieser Zone ganz oder teilweise eine Oberflächenschicht entgegengesetzten Leitungstyps, eine sogenannte Inversionsschicht, bildet. Dies kann beispielsweise so geschehen, daß Siliconlacke oder Aralditharze aufgebracht werden, die so beschaffen sein müssen, daß sie an der Oberfläche der Zone 13, die als n-Basiszone wirkt, eine p-leitende Schicht 16 erzeugen. Die Inversionsschicht würde an sich einen Kurzschluß zwischen der oberen p-Zone 12, die als p-leitende Basiszone wirkt, und der unteren p-Zone 12, die als Kollektorzone wirkt, verursachen, wenn nicht in die innere Zone 13 das hoch n⁺-dotierte, in sich geschlossene, schmale Gebiet 15 einlegiert wäre. Durch dieses Gebiet, das als Schutzzone dient, wird die Inversionsschicht 16 unterbrochen. Das Einbringen des hoch n⁺-dotierten, in sich geschlossenen, schmalen Gebietes kann z. B. auch durch die bekannte Planartechnik erfolgen. Die p-Basiszone wird bei 17 durch Einlegieren von Aluminium, das eine p+-Dotierung bewirkt, mit einem Stromanschlußkontakt versehen. Weiterhin wird um den p-Basis-Kontakt 17 herum eine ringförmige Zone 18 geschaffen durch Einlegieren von AuSB, das eine n+-Dotierung hervorruft. Diese Zone wirkt als Emitterzone. Bei 19 ist der Stromanschlußkontakt für den Kollektor dargestellt.

Beispiel 2
pnpn-Si-Thyristor

In einen p-leitenden Siliziumkörper 21 wird allseitig ein η-leitendes Gebiet 22 eindiffundiert, so daß sich eine Struktur ergibt, wie sie in der F i g. 2 a im Schnitt schematisch dargestellt ist. Die innere Zone 23 ist p-leitend. Im Anschluß daran wird ein in sich geschlossener Bereich 24 der äußeren Teile des oberen diffundierten Gebietes abgetragen. In der F i g. 2b ist dieser Bereich 24 gestrichelt dargestellt. Die Abtragung dieses Bereiches erfolgt vorteilhafterweise unter Verwendung der Ultraschalltechnik. In die innere Zone 23 wird, wie es in der F i g. 2 c wiedergegeben ist, ein in sich geschlossenes schmales Gebiet 25 z. B. aus Aluminium einlegiert, das eine hohe p+-Dotierung bewirkt. Nach der Ätzbehandlung wird die Oberfläche der Zone 23 so behandelt, daß sich auf ihr ganz oder teilweise eine Inversionsschicht bildet. Dies kann beispielsweise so geschehen, daß Siliconlacke oder Aralditharze aufgebracht werden, die so beschaffen sein müssen, daß sie an der Oberfläche der Zone 23, die als p-Basiszone wirkt, eine η-leitende Schicht 26 erzeugen. Hierfür eignet sich besonders ein siliconmodifiziertes Terephthalesterharz mit einem Zusatz von Alizarin. Die Inversionsschicht würde an sich einen Kurzschluß zwischen der oberen n-Zone 22, die als η-leitende Basiszone wirkt, und der unteren Zone 22, die als Kollektorzone wirkt, verursachen, wenn nicht in die innere Zone 23 das hoch p⁺-dotierte in sich geschlossene, schmale Gebiet 25 einlegiert wäre. Durch dieses Gebiet, das als Schutzzone dient, wird die Inversionsschicht 26 unterbrochen. Das Einbringen des hoch p⁺-dotierten, in sich geschlossenen, schmalen Gebietes kann z. B.

ao auch durch die bekannte Planartechnik erfolgen. Die η-Basiszone wird bei 27 durch Einlegieren von AuSB, das eine n⁺-Dotierung bewirkt, mit einem Stromanschlußkontakt versehen. Weiterhin wird bei 28 in die η-Basiszone Aluminium einlegiert, das eine p⁺- Dotierung bewirkt. Diese Zone wirkt als Emitterzone. Bei 29 ist der Stromanschlußkontakt für den Kollektor dargestellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit mindestens zwei pn-Ubergängen und mit mindestens einer schwächer dotierten Zone, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einem Teil der Oberfläche der schwächer dotierten Zone zwischen den beiden an die Oberfläche tretenden pn-Übergängen eine Schicht so aufgebracht ist, daß in dieser schwächer dotierten Zone eine Oberflächenschicht entgegengesetzten Leitungstyps entsteht und daß diese Oberflächenschicht entgegengesetzten Leitungstyps durch eine schmale Schutzzone höherer Dotierung und vom gleichen Leitungstyp wie die schwächer dotierte Zone zwischen den pn-Übergängen und längs der pn-Ubergänge vollständig in zwei getrennte Oberflächenschichten aufgeteilt ist.
.

2. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Halbleiterkörper vorgegebenen Leitungstyps durch allseitige Eindiffusion von Dotierungsmaterial ein Gebiet entgegengesetzten Leitungstyps erzeugt wird, daß ein in sich geschlossener Bereich dieses Gebietes so weit abgetragen wird, daß die innere schwächer dotierte Zone mit den beiden angrenzenden pn-Übergängen an die Oberfläche tritt, daß in diese schwächer dotierte Zone eine schmale Schutzzone höherer Dotierung und vom gleichen Leitungstyp eingebracht wird, und daß auf mindestens einen Teil der Oberfläche der schwächer dotierten Zone zwischen den beiden an die Oberfläche tretenden pn-Übergängen eine Schicht so aufgebracht wird, daß in dieser Zone eine Oberflächenschicht entgegengesetzten Leitungstyps entsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in sich geschlossene Bereich des durch Diffusion erzeugten Gebietes mittels Ultraschall abgetragen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schmale Schutzzone in die schwächer dotierte Zone einlegiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schmale Schutzzone unter Verwendung der Planartechnik in die schwächer dotierte Zone eingebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der schwächer dotierten Zone zum Bilden der Oberflächenschicht entgegengesetzten Leitungstyps wenigstens teilweise mit einem siliconmodifizierten Terephthalesterharz mit einem Zusatz von Alizarin überzogen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Französische Patentschriften Nr. 1245 720, 548;

französische Zusatzpatentschrift Nr. 79 698 (Zusatz zur französischen Patentschrift Nr. 1 288 168); USA.-Patentschriften Nr. 2 857 527, 3 007 090.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen