DE1258518B

DE1258518B - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements mit einer gelochten Isolierschicht ueber einer eingelassenen Zone

Info

Publication number: DE1258518B
Application number: DEP32074A
Authority: DE
Inventors: John Magner Allen; Maurice William White
Original assignee: Plessey Co Ltd
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1962-06-29
Filing date: 1963-06-26
Publication date: 1968-01-11
Also published as: IT699934A; FR1361215A; NL294593A; GB998388A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIl

Deutsche Kl.: 21 g -11/02

Nummer: 1258 518

Aktenzeichen: P 32074 VIII c/21 g

Anmeldetag: 26. Juni 1963

Auslegetag: 11. Januar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper, auf dessen einer Hauptoberfläche sich eine flächenhafte ohmsche Elektrode befindet und auf dessen anderer Hauptoberfläche eine Zone entgegengesetzten Leitungstyps eingelassen und eine Isolierschicht so angebracht ist, daß sie ein Loch über der eingelassenen Zone hat, in dem eine flächenhafte ohmsche Elektrode angebracht ist.

Halbleiterbauelemente, die einen Stromfluß nur in einer Richtung ermöglichen, d. h. solche, die unter normalen Arbeitsbedingungen einem Stromfluß in einer Richtung einen Widerstand entgegensetzen, jedoch in der umgekehrten Richtung kaum, sind auch in dieser umgekehrten Richtung leitend, wenn die Spannung in dieser Richtung auf die. sogenannte Durchschlagsspannung erhöht wird. Bei bestimmten Anwendungen ist es wünschenswert, daß die Spannung, die diesen Durchschlag bewirkt, so hoch wie möglich ist.

Bei bekannten Halbleiterbauelementen mit einem Spitzenkontakt, die Grenzflächen aufweisen, die in einer Seite eines scheibenförmigen Halbleiterkörpers ausgebildet sind, wobei diese Scheibe durch einen Isolationsfilm abgedeckt ist und wobei in einem Loch in diesem Film durch einen elektrischen Niederschlag eine metallische Schicht aufgebracht ist, die dieses Loch ausfüllt und die in Kontakt mit der Scheibe steht, so daß hierdurch Fremdstoffe injiziert werden, nimmt die Durchschlagspannung ab, wenn die Fläche des Loches zunimmt. Wegen der Widerstände in Flußrichtung und in Sperrichtung und wegen der Stromdichte an den Grenzflächen derartiger Bauelemente kann die Fläche der Grenzflächen und damit die Fläche des Loches nicht genügend klein gemacht werden, um auf diese Weise ein Bauelement herzustellen, welches eine große Durchschlagspannung hat. Es muß deshalb beim Aufbau derartiger Bauelemente immer ein Kompromiß geschlossen werden, und dies führt zu einem Bauelement, dessen Durchschlagspannung nicht so groß ist, wie es oft erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper, auf dessen einer Hauptoberfläche sich eine flächenhafte ohmsche Elektrode befindet und auf dessen anderer Hauptoberfläche eine Zone entgegengesetzten Leitungstyps eingelassen und eine Isolierschicht so angebracht ist, daß sie ein Loch über der eingelassenen Zone hat, in dem eine flächenhafte ohmsche Elektrode angebracht ist, in der Weise hergestellt, daß die

Verfahren zum Herstellen eines
'Halbleiterelements mit einer gelochten
Isolierschicht über einer eingelassenen Zone

Anmelder:

The Plessey Company Limited,

Ilford, Essex (Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
8000 München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
John Magner Allen,
Kislingbury, Northamptonshire;
Maurice William White,
Northampton, Northamptonshire
(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 29. Juni 1962 (25 145)

andere Hauptoberfläche oxydiert wird, daß ein Loch in dieser Oxydschicht angebracht wird, daß durch dieses Loch Fremdstoffe eindiffundiert werden, so daß eine Zone entgegengesetzten Leitungstyps gebildet wird, und daß in dem Loch und auf der Isolierschicht eine sich allseitig mindestens bis zur Randlinie der eindiffundierten Zone erstreckende Metallschicht aufgebracht wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Halbleiterbauelement hergestellt, welches größere Zonengrenzflächen aufweist, die sich unter die Oxydschicht erstrecken, als es bisher möglich war, und zwar dadurch, daß eine Diffusion Anwendung findet, so daß die Oxydschicht zwischen einer Diffusionszone und einer Metallschicht eingeschlossen ist, die sich über die Diffusionszone und über diese hinaus erstreckt, wodurch eine erhöhte Rückschlagspannung erhalten wird. Spezielle Vorteile werden durch die Verwendung einer Oxydschicht gegenüber einer anderweitig aufgebrachten Isolationsschicht aus irgend-*· einem anderen Material dadurch erreicht, daß im Be-

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Claims

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trieb des Bauelements geringere Kriechströme auftre- schluß- oder Kontaktschicht 16 und der Oxydschicht ten. Es wurde festgestellt, daß die Kriechströme und 11 wird durch eine Wärmebehandlung nach der Aufdie Durchschlagspannungen nach der Durchführung bringung der Schicht 16 erreicht. Beispielsweise hafvon Wärmeprüfzyklen stabil blieben. Die Herstel- tet eine Aluminiumschicht mit einer Stärke von etwa lung eines Oxyds, wie beispielsweise Siliziumdioxyd, 5 4000 AE auf der Schicht 11 nach einer 2 bis
3 Minuist verhältnismäßig einfach, so daß Herstellungs- ten dauernden Wärmebehandlung bei einer Temperaschwierigkeiten von vornherein ausgeschaltet werden. tür von etwa 600° C. Ein elektrischer Anschluß 17 Es ist ebenfalls von Bedeutung, ein Material zu ver- wird dann in üblicher Weise auf die Mitte der Konwenden, welches gegen eine Diffusionsverschmutzung taktscheibe 16 aufgebracht.

widerstandsfähig ist, wobei eine derartige Diffusions- ίο Bei einem derartigen Halbleiterbauelement ist das verschmutzung in verschiedenen Materialien während Vorhandensein der Abdeckschicht 11 wesentlich, und des Eindiffundierens beispielsweise stattfinden kann. zwar sowohl bei der Formierung des Flächenkontakts Diesbezüglich ist die Verwendung von Siliciumdioxyd als auch später zum Schutz dieses Flächenkontakts, sehr vorteilhaft, und durch eine verhältnismäßig Es wurde jedoch gefunden, daß, wenn die Abdekdünne Oxydschicht wird eine Schicht geschaffen, die 15 kungsschicht 11 durch eine Oxydation der Oberfläche während des Eindiffundierens der Fremdstoffe für einer Siliziumscheibe gebildet wird, deren Vorhan-Verunreinigungen undurchlässig ist. densein zu einer Verschlechterung der Leistung des

Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figur Flächenkontakts bei einem Gegenspannungsbetrieb der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel schema- führen kann. Dies wird auf den Einfluß der Oxydtisch darstellt, nochmals erläutert werden. 20 schicht auf den Oberflächenzustand des Siliziums im

In der Zeichnung ist eine Flächendiode oder ein Ringraum zurückgeführt, der unmittelbar die Kon-Flächengleichrichter dargestellt, der zur Verwendung taktfläche umgibt.

bei verhältnismäßig hohen Gegenspannungen in der Dieser Einfluß führt zu einer Veränderung der ErGrößenordnung größer als 200 V geeignet ist. Die schöpfungsrandschicht beim Gegenspannungsbetrieb, folgenden Ausführungen enthalten eine kurze Be- 25 Durch die gewählte Kontaktanordnung wirkt der Teil Schreibung der Herstellung dieses Halbleiterbau- des elektrischen Feldes, der von dem Teil der Konelements, die von einer dünnen Scheibe 10 aus halb- taktscheibe 16 ausgeht, der sich über die Abdeckleitendem p-Silizium ausgeht. schicht 11 und über die Kontaktfläche 13 α hinweg-

Nachdem die Siliziumscheibe auf ihre Größe abge- erstreckt, dieser Verformung der Erschöpfungsrandschliffen ist und nachdem diese Scheibe geätzt ist, 30 schicht entgegen. Beispielsweise hat eine Siliziumwird eine Oberfläche dieser Siliziumscheibe über diode, die eine Siliziumoxydabdeckschicht 11 aufeinen größeren Teil der Fläche oxydiert, um eine weist und die mit einer Kontaktscheibe 16 versehen anhaftende Oxydschicht 11 zu schaffen. In dieser ist, die etwa die in der Zeichnung dargestellte Form Oxydschicht bildet eine Öffnung 12 eine Masken- und die in der Zeichnung gezeigten Abmessungen öffnung für die anschließend durchzuführende Dif- 35 hat, eine Durchschlagspannung von 700 V und bei fusion einer Verunreinigung, wie beispielsweise Phos- dieser Spannung eine Stromdichte von etwa phor, um eine Leitungstypumwandlung des Siliziums 1,3 · 10~⁴ A pro Quadratzentimeter. Die gleiche durchzuführen. Diese Verunreinigung kann durch Diode, die eine Kontaktscheibe 16 aufweist, die ledigdie Öffnung 12 der Abdeckungsschicht in das lieh die Öffnung 12 in der Abdeckschicht bedeckt, Silizium hineindiffundieren, um einen im allgemeinen 40 weist eine Durchschlagspannung von 400 V auf und scheibenförmigen Bereich 13 zu bilden, in welchem hat dabei eine Stromdichte von 1,3 · 10~² A pro eine Umwandlung des p-Siliziums in η-Silizium statt- Quadratzentimeter.

findet. Der Mechanismus des Diffusionsvorgangs ist Es sei bemerkt, daß durch die Feldrandeffekte derart, daß sich der Umwandlungsbereich 13 unter wenigstens einige der Vorteile erhalten werden, wenn die Ränder der Öffnung 12 in der Abdeckschicht 11 45 sich die Kontaktscheibe 16 bis zur Grenze des Umerstreckt, so daß der Übergang 13« zwischen dem Wandlungsbereiches 13 erstreckt. Es ist jedoch wünp-Halbleiterbereich und dem n-Halbleiterbereich an sehenswert sowohl vom Standpunkt der Erleichterung die Oberfläche des Siliziums an einer Linie tritt, die der Herstellung aus als auch wegen der Beständigsich unterhalb der Abdeckschicht befindet. keit der Leistnug der Diode, daß sich die Kontakt-

Die eine Kontaktelektrode der gemäß der Erfin- 50 scheibe 16 erheblich über diese Grenze hinaus erdung ausgebildeten Flächendiode, die für die Erfin- streckt, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. dung keine wesentliche Rolle spielt, wird durch eine Die Erfindung wurde im einzelnen bei ihrer Anmetallische Schicht 14 gebildet, die auf der gegen- Wendung auf planare Siliziumflächengleichrichter beüberliegenden Oberfläche der Scheibe 10 aufgedampft schrieben, deren Oberfläche durch eine Siliziumoxydist. Diese metallische Schicht ist mit einem Anschluß 55 beschichtung geschützt ist. Es sei bemerkt, daß die 15 versehen. Erfindung nicht auf derartige Halbleiterbauelemente

Die andere Kontaktelektrode des Systems wird beschränkt ist. durch eine dünne metallische Schicht 16 gebildet,

beispielsweise aus einer Aluminiumschicht, die auf Patentanspruch:

die Fläche des Siliziumkristalls niedergeschlagen ist. 60 Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-

Diese metallisierte Fläche ist derart angeordnet, daß elements mit einem scheibenförmigen Halbleiter-

die Anschlußschicht 16 die gesamte Fläche der Öff- körper, auf dessen einer Hauptoberfläche sich

nung 12 in der Oxydschicht 11 abdeckt und daß sich eine flächenhafte ohmsche Elektrode befindet und

diese metallisierte Fläche ebenfalls über den Rand auf dessen anderer Hauptoberfläche eine Zone

der Öffnung hinaus über die Abdeckschicht 11 er- 65 entgegengesetzten Leitungstyps eingelassen und

streckt, und zwar bis zu einem Punkt, der hinter der eine Isolierschicht so angebracht ist, daß sie ein

Kontaktfläche 13 α liegt. Eine entsprechende mecha- Loch über der eingelassenen Zone hat, in dem

nische Festigkeit der Verbindung zwischen der An- eine flächenhafte ohmsche Elektrode angebracht

ist, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Hauptoberfläche oxydiert wird, daß ein Loch in dieser Oxydschicht angebracht wird, daß durch dieses Loch Fremdstoffe eindiffundiert werden, so daß eine Zone entgegengesetzten Leitungstyps gebildet wird, und daß in dem Loch und auf der Isolierschicht eine sich allseitig mindestens bis zur Randlinie der eindiffundierten Zone erstreckende Metallschicht aufgebracht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2981 877; britische Patentschrift Nr. 686 915; schweizerische Patentschrift Nr. 351031.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen