DE1444501B2 - Verfahren zum gettern eines halbleiterkoerpers - Google Patents

Verfahren zum gettern eines halbleiterkoerpers

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Description

Es ist bereits bekannt, daß die meisten Halbleiterpn-Übergänge, wenn an sie eine Spannung in Sperrrichtung gelegt wird, einen größeren Strom durchlassen als das theoretische Minimum für einen idealen Übergang. Der theoretische Sperrstrom ist der Strom, der auf der thermischen Erzeugung von Trägern beruht, die von Zentren ausgehen, welche im Raumladungsgebiet angeordnet sind und ungefähr eine Diffusionslänge über die Grenze der Raumladungszone hinaus. Der Strom ist einerseits unabhängig von der Spannung, oder er steigt mit der Spannung an als eine Bruchpotenz derselben. Der überschüssige Strom kann um viele Größenordnungen das theoretische Minimum überschreiten und kann zu einem vorzeitigen Durchschlag der Vorrichtung führen, bevor die Grenze der Sperrspannung erreicht ist, für welche die Vorrichtung konstruiert ist. Unter dieser Grenze wird die Spannung verstanden, bei der eine Trägervervielfachung ein Verhältnis zwischen Strom und Spannung erzeugt, welches definiert ist durch dl/dV = a.
Bei der Herstellung von Vorrichtungen mit pn-Ubergang wird der Halbleiter üblicherweise einige Minuten lang auf eine Temperatur in dem Bereich von 600 bis 130° C erhitzt. In diesem Temperaturbereich ist die Diffusionsrate einiger Störstoffe so hoch, daß Störstoffe, welche an der Oberfläche in den Halbleiter eintreten, über die ganze Dicke des Halbleiters verteilt werden. Beispielsweise wird bei der Herstellung von diffundierten Silizium-pn-Ubergängen eine Temperatur in der Größenordnung von 1200° C während etwa 10 Stunden angewendet. Die Diffusionskonstante' mancher nicht den Leitungstyp bestimmender Störstoffe, das sind Elemente, die zu einer anderen Gruppe als der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems gehören, beispielsweise Cu, Ag, Au, Fe und Ni, ist genügend groß (~10~5cm · 2SeC-1), so daß unter diesen Bedingungen die obenerwähnte Verteilung über den ganzen Halbleiterkörper erfolgt. Die in den Halbleiter eindringenden Störstoffe können von verschiedenen Stellen ausgehen. Sie können z. B. ursprünglich auf der Oberfläche vorhanden gewesen sein, sie können aus der Atmosphäre, in welcher die Diffusion stattfindet, in den Halbleiter gelangen, oder sie können von den Ofenwänden oder von den Heizelementen herrühren. Wenn der Halbleiter danach abgekühlt wird, bleiben die Störstoffe in vielen Fällen über den ganzen Halbleiterkörper verteilt. Ihre Anwesenheit in der Nähe eines pn-Überganges ist wahrscheinlich für den höheren Sperrstrom manchen Überganges verantwortlich.
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Größe des Sperrstromes zu verringern.
Diese schnell diffundierenden Störstoffe, die im Halbleiter unerwünscht sind, sollen wenigstens aus der Nähe des pn-Überganges entfernt werden.
In der USA.-Patentschrift 3 007 820 ist ein Verfahren zum Entgasen und Reinigen von Halbleiterkörpern beschrieben, bei dem die unerwünschten Verunreinigungen am pn-übergang entfernt werden. Die Störstoffe kommen aus einer anderen Gruppe als der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems. Man hat dieses durch Gettern der unerwünschten Verunreinigungen bei erhöhten Temperaturen an der Halbleiteroberfläche erreicht.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 040 134 ist bekannt, daß es bei Halbleitervorrichtungen mit pn-Ubergang wichtig ist, daß der pn-übergang möglichst frei von Oberflächenstörungen sein muß. Man hat daher nach Fertigstellung des Halbleiterkörpers eine Oberflächenätzung vorgenommen und anschließend die Oberfläche mit einer Oxydschicht überzogen. Dabei wird jedoch weder eine Zone mit Gitterstörungen im Halbleiterkörper erzeugt, noch werden Störstoffe aus der Nähe des pn-Uberganges im Inneren des Halbleiterkörpers entfernt.
ίο Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers mit mindestens einem an unerwünschten Verunreinigungen verarmten pn-übergang durch Gettern der unerwünschten Verunreinigungen bei erhöhter Temperatur an der Oberfläche des Halbleiterkörpers. Erfindungsgemäß werden in einem von dem pn-übergang entfernten, begrenzten Oberfiächenbereich des Halbleiterkörpers Kristallgitterstörungen erzeugt; anschließend wird das Gettern bei einer solchen Temperatur durchgeführt, bei der die Diffusionslänge der Verunreinigung etwa dem Abstand der Zone des pn-Uberganges von dem gestörten Oberfiächenbereich entspricht.
Die Zone der Gitterstörung wird vor der Abkühlung bzw. vor der Erhitzung erzeugt.
Eine Ausführungsform der Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher beschrieben werden, in welcher ein Schnitt durch einen Halbleiterkörper dargestellt ist.
In eine polierte Scheibe 1 aus Silizium vom n-Typ mit einer Dicke von etwa 0,25 mm wird Gallium eindiffundiert, um den pn-übergang 2 zu erzeugen, der etwa 0,05 mm unterhalb der Oberfläche 3 liegt. Die Scheibe wird dann an der Oberfläche 3 leicht abgeschliffen unter Verwendung einer wäßrigen Aufschlämmung von Aluminiumoxyd, das ein Sieb mit 600 Maschen auf ein Zoll passiert, als Schleifmittel. Dieses ist auf eine Glasplatte aufgebracht. Dadurch werden Kristallgitterstörungen im Halbleitermaterial in der begrenzten Zone 4 erzeugt, die nicht mit der Zone 2 des pn-Überganges zusammenfällt. Die Dicke der gestörten Zone 4 hat die Größenordnung von etwa 0,005 mm. Nachdem mit deionisiertem Wasser gewaschen wurde, wird die Scheibe in einem geeigneten Ofen in Sauerstoff auf 1100° C erhitzt. Hierdurch wird die Scheibe auf eine Temperatur gebracht, welche über der Temperatur liegt, bei der die Diffusionskonstante D der schnell diffundierenden und nicht den Leitungstyp bestimmenden Störstoffe genügend groß wird, so daß der Wert der Diffusionslänge L = Dt, worin t in der Größenordnung von 100 Sekunden liegt und vergleichbar wird mit dem Abstand des pn-Ubergangs 2 von der gestörten Zone 4.
Die Scheibe wird dann in definierter Weise abgekühlt, und zwar um nicht mehr als etwa 100° C pro Minute, im vorstehenden Beispiel um etwa 20° C pro Minute. Die Geschwindigkeit der Abkühlung wird je nach dem verwendeten Halbleitermaterial gewählt.
Der Rückstrom wird von 15mA/cm2 bei 120 V vor der Behandlung auf 20 μΑ/cm2 bei 500 V nach der Behandlung vermindert.
An der Oberfläche der gestörten Zone 4 werden in bekannter Weise Ohmsche Elektroden angebracht. Die Aufrauhung der Oberfläche bewirkt ein besseres Haften des Lotes bei der Herstellung der Verbindung.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist nicht auf die obengenannten Einzelheiten beschränkt. Die Halbleitervorrichtung aus irgendeinem Halbleitermaterial kann einen pn-Ubergang oder mehrere Übergänge enthalten, die beispielsweise durch Diffusion, während des Kristallziehens oder epitaxial erzeugt sein können. Die gestörte Zone des Halbleiters kann auf einen Teil der Oberfläche des Halbleiterkörpers beschränkt sein und kann nach jeder bekannten Weise erzeugt werden.
Die gestörte Zone kann an einer anderen Stelle als bei 3 liegen, beispielsweise an der unteren Fläche des Siliziumplättchens 1 vom η-Typ. In diesem letzteren Falle muß jedoch die Temperatur entsprechend dem größeren Abstand von dem pn-übergang gewählt werden.
Die gestörte Zone kann beispielsweise auch durch Erhitzen und rasche Abkühlung in einem begrenzten Oberflächenbereich erzeugt werden, indem ein energiereicher Strahl von Teilchen oder einer elektromagnetischen Strahlung die in Frage stehende Fläche überstreicht. Die gestörte Zone kann bei irgendeinem Verfahrensschritt zur Herstellung der Vorrichtung erzeugt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers mit mindestens einem an unerwünschten Verunreinigungen verarmten pn-übergang durch Gettern der unerwünschten Verunreinigungen bei erhöhter Temperatur an der Oberfläche des Halbleiterkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß in einem von dem pn-übergang entfernten, begrenzten Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers Kristallgitterstörungen erzeugt werden und anschließend das Gettern bei einer solchen Temperatur durchgeführt wird, bei der die Diffusionslänge der Verunreinigung etwa dem Abstand der Zone des pn-Überganges von dem gestörten Oberflächenbereich entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gestörte Zone durch mechanisches Abtragen des Halbleitermaterials erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gestörte Zone durch Einwirkung eines energiereichen Strahls von Teilchen oder elektromagnetischer Strahlung erzeugt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DE19631444501 1962-08-03 1963-07-18 Verfahren zum gettern eines halbleiterkoerpers Pending DE1444501B2 (de)

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