DE1248165B - Zenerdiode mit definierter Abbruchspannung - Google Patents

Zenerdiode mit definierter Abbruchspannung

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DE1248165B
DE1248165B DEJ23302A DEJ0023302A DE1248165B DE 1248165 B DE1248165 B DE 1248165B DE J23302 A DEJ23302 A DE J23302A DE J0023302 A DEJ0023302 A DE J0023302A DE 1248165 B DE1248165 B DE 1248165B
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Dipl-Phys Hans Weinerth
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TDK Micronas GmbH
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Deutsche ITT Industries GmbH
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    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/866—Zener diodes

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
Nummer: 1248 165
Aktenzeichen: J 23302 VIII c/21 j
Anmeldetag: 7. März 1963
Auslegetag: 24. August 1967
Die deutsche Auslegeschrift 1228 003 betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines pn-Überganges in einem Halbleiterkörper, der an der Oberfläche einen weichen bzw. flachen und im Inneren des Halbleiterkörpers einen abrupten bzw. harten Verlauf zwischen den beiden Zonen entgegengesetzter Leitfähigkeit besitzt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß in an sich bekannter Weise durch Eindiffundieren von den entgegengesetzten Leitungstyp erzeugendem Dotierungsmaterial in einen Halbleiterkörper eines Leitungstyps eine Zone des entgegengesetzten Leitungstyps mit einem pn-übergang erzeugt wird, und daß anschließend durch die diffundierte Zone hindurch Dotierungsmaterial des gleichen Leitungstyps derart einlegiert wird, daß die oberflächennahen Teile der legierten Zone innerhalb der diffundierten Zone liegen und im Inneren die legierte Zone über die diffundierte Zone hinaus in den Halbleiterkörper reicht. Als Anwendungsbeispiel eines derartigen pn-Überganges ist die Herstellung der Emitterelektrode in einem Transistor beschrieben.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß dieser pn-übergang auch bei der Herstellung von Zenerdioden Vorteile bringen kann.
Es sind Dioden bekannt, bei denen der gleichrichtende pn-übergang durch ein Diffusionsverfahren erzeugt wird. Insbesondere bei der Herstellung von Dioden, die im Abbruchgebiet betrieben werden, sogenannten Zenerdioden, treten Probleme auf, die durch keines der bekannten Verfahren zum Herstellen eines pn-Überganges befriedigend gelöst werden. Mit Hilfe der Legierungstechnik ist es möglich, einen hohen Störstellengradienten in der Nähe des pn-Überganges und damit eine niedrige Abbruchspannung zu erzielen. Nachteilig machen sich dabei jedoch die hohen Feldstärken, an der Oberfläche des Halbleiterkörpers bemerkbar, die durch Auftreten der bekannten Oberflächeneffekte wie Oberflächenströme und Unregelmäßigkeiten in der Abbruchkennlinie eine unerwünscht breite Verteilung der Zündspannungen der Mikroplasmen bewirken. Bei diffundierten pn-Übergängen, deren Abbruchspannung ein Vielfaches der Abbruchspannung von legierten pn-Übergängen beträgt, verringert man zwar die bekannten Oberflächeneffekte, dafür kann man jedoch im Inneren des Halbleiterkörpers nur unter großen Schwierigkeiten einen hohen Störstellengradienten erzielen und somit keine niedrigen Abbruchspannungen erhalten.
In der USA.-Patentschrift 2 992 471 ist eine Diodenanordnung beschrieben, bei der der pn-übergang aus zwei Teilen besteht, nämlich aus einem dif
Zenerdiode mit definierter Abbruchspannung
Anmelder:
Deutsche ITT Industries
Gesellschaft mit beschränkter Haftung,
Freiburg (Breisgau), Hans-Bunte-Str. 19
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Phys. Hans Weinerth,
Freiburg (Breisgau)
fundierten Teil, der einen legierten Teil an der Oberfläche umgibt und der von dem legierten Teil im Inneren des Halbleiterkörpers überragt wird. In den Randzonen wird der pn-übergang durch den p-leitenden Halbleiterkörper und eine η-dotierte Schicht gebildet. Im Zentrum besteht der pn-übergang aus dem Halbleiterkörper und einer nach einer Schmelzumwandlung entstandenen rekristallisierten Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps. Bei dieser Diode wird ein Golddraht durch Stromstoß in einen Halbleiterkörper einlegiert. Vor dem Einbringen des Golddrahtes wird die Oberfläche des Halbleiterkörpers mit einer dünnen Schicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps versehen.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gesetzt, Zenerdioden mit genau definierter Zenerspannung herzustellen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Durchbruch in der Diode an einer solchen Stelle einsetzen muß, die von unkontrollierbaren Einflüssen möglichst frei ist.
Erfindungsgemäß ist zum Einstellen einer genau definierten Abbruchspannung einer Zenerdiode die Verwendung eines pn-Überganges vorgesehen, der in an sich bekannter Weise aus dem Halbleiterkörper eines Leitfähigkeitstyps derart gebildet worden ist, daß der Übergang in seinen Randzonen einen flachen Verlauf besitzt und in seinem zentralen Teil aus dem Halbleiterkörper und einer einlegierten rekristallisierten Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps mit steilem Verlauf gebildet ist.
Die weiteren Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung eines pn-Übergangs werden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Zu diesem Zweck soll die Herstellung einer Silizium-Zenerdiode mit den Merkmalen der Erfindung beschrieben werden.
709 638/423
Als Ausgangsmaterial wird ein η-dotiertes einkristallines Siliziumplättchen 1 verwendet. Durch Eindiffundieren von Bor in die eine Oberfläche des Siliziumplättchens erhält man eine p-leitende Schicht 2, die mit dem η-leitenden Siliziumplättchen einen pn-übergang 3 α bildet. Dieser pn-übergang ist weich und weist einen kleinen Verunreinigungsgradienten auf. Die Diffusion wird so gesteuert, daß die p-leitende Schicht 2 verhältnismäßig dünn, z. B. etwa 30 μ dick, ist. Durch die Diffusionsschicht 2 wird Aluminium bis zu einer Tiefe von etwa 100 bis 150 μ legiert. Aluminium ruft den gleichen Leitungstyp hervor wie Bor, so daß die Schichten 2 und 4 den gleichen Leitungstyp aufweisen. Die legierte Schicht ragt über die diffundierte Schicht 2 hinaus bis in die Schicht 1 entgegengesetzter Leitfähigkeit. Sie bildet mit der Schicht 1 einen pn-übergang 3 b, der sich durch einen großen Störstellengradienten auszeichnet und als hart bezeichnet wird.
An Stelle der Diffusionstechnik kann zum Herstellen des weichen pn-Uberganges auch das epitaktische Aufwachsen einer Halbleiterschicht angewendet werden. Zu diesem Zweck wird auf eine Oberfläche eines η-leitenden Siliziumplättchens eine p-leitende Schicht epitaktisch aufgebracht. Durch die epitaktische Schicht wird dann Material des gleichen Leitungstyps hindurchlegiert.
Durch Kontaktieren der Aluminiumpille ist ein Anschluß der Zenerdiode hergestellt. Der andere Anschluß der Zenerdiode wird an der entgegengesetzten Oberfläche des η-leitenden Siliziumkörpers z. B. durch eine einen sperrfreien Kontakt bildende Legierung erzeugt. Zu diesem Zweck kann eine Gold-Antimon-Legierung mit dem η-leitenden Siliziumkörper verschmolzen werden. Es entsteht dann eine n+-leitende Schicht 5 mit einer metallischen Oberfläche 6, die durch einfaches Anlöten eines Zuleitungsdrahtes oder einer Zuleitungsplatte kontaktiert werden kann. Eine andere Möglichkeit zum sperrfreien Kontaktieren besteht darin, durch Diffusion eines geeigneten Verunreinigungsmaterials zunächst die n+-leitende Schicht 5 in dem Halbleiterkörper 1 herzustellen und anschließend die Oberfläche z. B. mit Nickel zu plattieren.
Die nach der Erfindung hergestellte Zenerdiode zeichnet sich dadurch aus, daß eine legierte Zone, die im Halbleiterkörper einen pn-übergang bildet, ringförmig von einer diffundierten Zone des gleichen Leitfähigkeitstyps umgeben ist. Die den Zenerabbruch bestimmende legierte pn-Schicht 3 b erreicht an keiner Stelle der Diode die Oberfläche. Sie wird an der Oberfläche vielmehr durch die diffundierte Schicht 2 umgeben, deren Abbruchspannung ein
Vielfaches der durch die Legierung zu erzielenden Abbruchspannung beträgt. Da somit die Abbruchspannungen an der Oberfläche des Halbleiterkörpers höher liegen als im Inneren, wo der legierte pn-Übergang die Abbruchspannung bestimmt, wird der Einfluß der Oberflächeneffekte für das Gebiet der Abbruchspannung ausgeschaltet. Man erhält dadurch eine Zenerdiode mit genau definiertem Abbruch, insbesondere bei kleinen Strömen und einem guten
ίο Sperrverhalten. Die Kennlinie einer solchen Zenerdiode weist kaum noch Unregelmäßigkeiten auf.
Bei Zenerdioden, die mit einem pn-übergang nach der Erfindung hergestellt werden, und eine Abbruchspannung Uz von etwa 4,8 V besitzen, kann eine Sperrstromverbesserung um einen Faktor von 50 bis gegenüber gewöhnlich legierten Zenerdioden festgestellt werden. Eine Änderung im differentiellen Widerstand bei mittleren Strömen tritt dabei nicht auf.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verwendung eines pn-Überganges, der in an sich bekannter Weise aus dem Halbleiterkörper eines Leitfähigkeitstyps und einer Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps derart gebildet worden ist, daß der Übergang in seinen Randzonen einen flachen Verlauf besitzt und in seinem zentralen Teil aus dem Halbleiterkörper und einer einlegierten rekristallisierten Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps mit steilem Verlauf gebildet ist, zum Einstellen einer genau definierten Abbruchspannung einer Zenerdiode.
2. Verfahren zum Herstellen eines pn-Überganges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Halbleiterkörper eines Leitungstyps durch Diffuison eine Schicht des entgegengesetzten Leitungstyps erzeugt wird.
3. Verfahren zum Herstellen eines pn-Überganges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch epitaktisches Aufwachsen auf einen Halbleiterkörper eines Leitungstyps eine Schicht des entgegengesetzten Leitungstyps erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Halbleiterkörper aus η-leitendem Silizium durch Eindiffundieren von Bor eine p-leitende Schicht erzeugt wird und daß durch die diffundierte Schicht Aluminium einlegiert wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 279 484;
USA.-Patentschrift Nr. 2 992471.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DEJ23302A 1963-02-15 1963-03-07 Zenerdiode mit definierter Abbruchspannung Pending DE1248165B (de)

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GB1052673D GB1052673A (de) 1963-02-15
DEJ23184A DE1228003B (de) 1963-02-15 1963-02-15 Transistor hoher Abbruchspannung und hoher Emitterergiebigkeit
DEJ23302A DE1248165B (de) 1963-02-15 1963-03-07 Zenerdiode mit definierter Abbruchspannung
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