DE1464703C3

DE1464703C3 -

Info

Publication number: DE1464703C3
Application number: DE19631464703
Authority: DE
Inventors: Franz 7803 Gundelfingen; Scheffer Gerhard Dipl.-Phys. 7800 Freiburg Ehrhardt
Original assignee: Verfahren zum Herstellen einer Kapazitätsdiode Deutsche ITT Industries GmbH, 7800 Freiburg
Priority date: 1963-08-13
Filing date: 1963-08-13
Publication date: 1976-04-22

Description

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In F i g. 2 ist eine Anordnung dargestellt, bei der gelegen vom pn-übergang von HalbleitermaterialIn Fig. 2 shows an arrangement in which the pn junction of semiconductor material is located

die Oberflächeneinflüsse weitgehend vermieden wer- geringerer Verunreinigungskonzentration gleichenthe surface influences are largely avoided and are similar to a lower concentration of impurities

den. Man verwendet dazu die bekannte Planartech- Leitfähigkeitstyps umgeben ist. Ferner wird bei. demthe. The well-known Planartech conductivity type is used for this. Furthermore, at. to the

nik, bei der durch Oxydmaskierung und Eindiffun- bekannten Verfahren weder ein in Sperrichtung be-nik, in which, through oxide masking and diffusion methods, neither a

dieren durch in der Oxydschicht vorhandene Fenster 5 triebener pn-übergang hergestellt, noch eine Kapa-dieren through existing window 5 in the oxide layer made pn-junction, another capacitance

Gebiete unterschiedlicher Dotierung und Leitfähig- zitätsdiode, sondern eine Vierschichtdiode, deren inAreas of different doping and conductivity diode, but a four-layer diode whose in

keit erzeugt werden. Im Einzelnen soll hierauf nicht Sperrichtung betriebener pn-übergang durch Diffu-can be generated. In detail, pn junction not operated in the reverse direction is intended to result from diffusion

näher eingegangen werden, da die Planartechnik als sion von der entgegengesetzten Oberflächenseite deswill be discussed in more detail, since the planar technique as a sion from the opposite surface side of the

bekannt vorausgesetzt wird. In F i g. 2 berührt der Halbleiterkörpers hergestellt wird und deren in Fluß-is assumed to be known. In Fig. 2 touches the semiconductor body is manufactured and its in flux

pn-Übergang an keiner Stelle die freie Oberfläche io richtung betriebener pn-übergang beim Betrieb inpn junction at no point the free surface io direction operated pn junction when operating in

der Halbleiteranordnung, da er durch die schraffierte Sperrichtung keine in weiten Grenzen einstellbarethe semiconductor device, since it cannot be set within wide limits due to the hatched blocking direction

Oxydschicht abgedeckt wird. Nachteilig bei einer der- Kapazität aufweist.Oxide layer is covered. Disadvantageous with one of the capacities.

artigen Anordnung ist jedoch die verhältnismäßig Die weiteren Vorteile und Merkmale der Erfinniedrige Abbruchspannung. Diese wird bekanntlich dung werden im folgenden an Hand eines in F i g. 3 dadurch herabgesetzt, daß der pn-übergang in der 15 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Nähe der abgedeckten Oberfläche A in einem Gebiet Zur Vereinfachung der Erläuterung soll als Beihoher Verunreinigungskonzentration liegt. spiel eine Silizium-Diode mit einem p-leitenden HaIb-The other advantages and features of the inventive low breakdown voltage, however, are relatively similar. As is known, this will be explained in the following on the basis of one shown in FIG. 3 is reduced by the fact that the pn junction is explained in more detail in the exemplary embodiment shown in FIG.
Proximity of the covered surface A in an area To simplify the explanation, it is assumed that when the impurity concentration is high. play a silicon diode with a p-conducting half

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel- leiterkörper beschrieben werden. Sinngemäß gilt das len einer als Kapazitätsdiode mit einem in Sperr- gleiche für andere Halbleitermaterialien und andere richtung betriebenen pn-übergang von in weiten 20 Leitfähigkeitsanordnungen. Es wird von einem ein-Grenzen einstellbarer Kapazität zwischen zwei Zonen kristallinen p-leitenden Siliziumkörper verhältnisentgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, wie sie aus der mäßig hohen spezifischen Widerstandes ausgegangen, französischen Patentschrift 1290 783 bekannt war. Man kann dazu z.B. auch eine hochohmige epitak-Der Kapazitätshub wird erfindungsgemäß dadurch tisch aufgewachsene Schicht auf einem niederohmigen erweitert, daß ein zentrales Gebiet mit relativ grö- 25 p-leitenden Einkristall verwenden. Die eine Oberßerer Verunreinigungskonzentration der einen Zone fläche der hochohmigen p-Schicht wird maskiert. Zu des in Sperrichtung betriebenen pn-Übergangs durch diesem Zweck kann in an sich bekannter Weise die Eindiffundieren von Verunreinigungsmaterial des Oberfläche mit einem Oxydüberzug versehen werden, einen Leitfähigkeitstyps in einen Halbleiterkörper des in den mittels der bekannten photolithographischen gleichen Leitfähigkeitstyps von einem Oberflächen- 30 Technik ein Fenster eingebracht wird, an dem die teil des Halbleiterkörpers erzeugt wird und daß an- Oberfläche der p-leitenden Schicht frei liegt. Durch schließend zur Herstellung der anderen Zone Verun- diese freie Oberfläche wird p-dotierendes Material reinigungsmaterial des entgegengesetzten Leitfähig- eingebracht. Man kann zu diesem Zweck z. B. Bor keitstyps von einem größeren, den ersten Oberflä- eindiffundieren. Besonders geeignet ist dafür das chenteil allseitig überragenden Teil derselben Ober- 35 Pulver-Diffusionsverfahren, bei dem der zu diffundiefläche in den Halbleiterkörper eingebracht oder auf rende Halbleiterkörper in ein Pulver aus dem gleiden Halbleiterkörper aufgebracht wird, so daß im chen Halbleitermaterial eingebettet wird, das mit Innern des Halbleiterkörpers das zentrale Gebiet einer bestimmten Dotierung versehen ist. Mit diesem größerer Verunreinigungskonzentration abgelegen Verfahren ist es insbesondere möglich, die Obervom pn-übergang von Halbleitermaterial geringerer 40 flächenkonzentration der eindiffundierten niederohmi-Verunreinigungskonzentration gleichen Leitfähigkeits- gen p-leitenden Zone genau einzustellen. Es liegt datyps umgeben ist und der innere Teil des an den Be- mit die in F i g. 3 a dargestellte Halbleiteranordnung, rührungsflächen gebildeten pn-Überganges im Ge- vor, bei der eine niederohmige, p⁺-leitende Zone in biet größerer Verunreinigungskonzentration des Halb- hochohmigem p-leitendem Material eingebettet ist. leiterkörpers verläuft und von einem äußeren im Ge- 45 Zum weiteren Aufbau der Diode wird die gleiche biet niedrigerer Verunreinigungskonzentration ver- Oberfläche des Halbleiterkörpers erneut dotiert. Zu laufenden Teil des pn-Überganges umgeben ist. diesem Zweck kann wieder eine Oxydierung derThe invention relates to a method for manufacturing conductor bodies. Correspondingly, the generation of a capacitance diode with a pn junction, operated in blocking equal for other semiconductor materials and in a different direction, of widely 20 conductivity arrangements applies. It is based on a one-limit adjustable capacitance between two zones of crystalline p-conductive silicon body of the opposite conductivity type, as it was based on the moderately high specific resistance, French patent 1290 783 was known. For this purpose, for example, a high-resistance epitaxial layer can also be used. According to the invention, the capacitance swing is extended to a low-resistance layer grown on a table by using a central area with a relatively large p-conductive single crystal. The one upper impurity concentration of one zone area of the high-resistance p-layer is masked. To the reverse-biased pn-junction for this purpose, the diffusion of contaminant material of the surface can be provided with an oxide coating in a manner known per se, a conductivity type in a semiconductor body of the same conductivity type from a surface technique using the known photolithographic technique Window is introduced on which the part of the semiconductor body is produced and that on the surface of the p-conductive layer is exposed. By closing this free surface in order to produce the other zone, p-doping material, cleaning material of the opposite conductivity, is introduced. You can for this purpose z. B. Boron keittyp from a larger, the first surface diffuse. Particularly suitable for this is the part of the same upper powder diffusion process, which protrudes on all sides, in which the surface to be diffused is introduced into the semiconductor body or applied to the semiconductor body in a powder from the same semiconductor body, so that the semiconductor material is embedded in the semiconductor body Inside the semiconductor body, the central area is provided with a specific doping. With this method, which is remote from the concentration of impurities, it is possible, in particular, to precisely set the conductivity above the pn junction of semiconductor material with a lower surface concentration of the diffused low-ohmic impurity concentration equal to the conductivity of the p-conductive zone. It is surrounded by datyps and the inner part of the at the loading with the in F i g. 3 a shown semiconductor arrangement, contact surfaces formed pn-junction in the front, in which a low-ohmic, p ⁺ -conducting zone is embedded in the higher impurity concentration of the semi-high-ohmic p -conducting material. The surface of the semiconductor body is doped again for the further construction of the diode. To the running part of the pn junction is surrounded. for this purpose can again an oxidation of the

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 090 330 war Oberfläche durchgeführt werden, die die Reste der zwar ein Verfahren zum Herstellen eines pn-Über- zuerst aufgebrachten Oxydschicht mit überdeckt. Es ganges zwischen zwei Zonen entgegengesetzten Leit- 50 wird wieder ein Fenster in der Oxydschicht eingefähigkeitstyps bekannt, von denen eine Zone im zen- bracht, das konzentrisch zu dem ersten Fenster liegt, tralen Gebiet eine größere Verunreinigungskonzen- dieses aber in seinen Begrenzungen an allen Seiten tration besitzt als in ihrem äußeren Gebiet. Bei die- überragt. Es liegt somit nunmehr ein größerer Teil sem Verfahren wird zwar auch das zentrale Gebiet der Oberfläche des Halbleiterkörpers frei. An diese mit relativ größerer Verunreinigungskonzentration 55 Oberfläche grenzt der niederohmige p⁺-Teil und der einen Zone des pn-Überganges durch Eindif- auch Teile des hochohmigen p-Materials. Zum Herfundieren von Verunreinigungsmaterial des einen stellen des pn-Überganges wird nun in das Fenster Leitfähigkeitstyps in einen Halbleiterkörper des glei- η-dotierendes Material eingebracht, so daß eine n⁺- chen Leitfähigkeitstyps von einem Oberflächenteil leitende Zone entsteht.From the German Auslegeschrift 1 090 330 surface was carried out, which covers the remains of the oxide layer, although a process for producing a pn-over-first applied oxide layer. Going between two zones of opposite conductivity, a window in the oxide layer of the type of capability is again known, of which one zone in the central area, which is concentric to the first window, brings a greater concentration of contamination but this in its boundaries on all sides tration than in its outer area. At the- towers above. A larger part of the method is thus now also exposed, although the central area of the surface of the semiconductor body is also exposed. ^{The low-ohmic p +} part and the one zone of the pn-junction through indif- also parts of the high-ohmic p-material adjoin this surface with a relatively higher impurity concentration 55. In order to ground in contaminant material from one point of the pn junction, conductivity type is now introduced into the window in a semiconductor body of the same η-doping material, so that an n ⁺ conductivity type is created from a surface part of a conductive zone.

des Halbleiterkörpers erzeugt und anschließend zur 60 Zum Erzeugen der n+-leitenden Zone kann z. B.of the semiconductor body and then to the 60. B.

Herstellung der anderen Zone Verunreinigungsmate- das Legierungsverfahren angewendet werden, bei demManufacture of the other zone contaminants- the alloying process used in which

rial des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps von η-dotierendes Legierungsmaterial auf das Fensterrial of the opposite conductivity type of η-doping alloy material on the window

einem größeren den ersten Oberflächenteil allseitig gelegt und durch Erhitzen einlegiert wird. Die n⁺-a larger part of the first surface is placed on all sides and alloyed by heating. The n ⁺ -

überragenden Teil derselben Oberfläche in den Halb- leitende Zone kann außerdem auch durch Eindiffun-protruding part of the same surface in the semiconducting zone can also be diffused

leiterkörper eingebracht. Beim bekannten Verfahren 65 dieren von η-leitendem Dotierungsmaterial, z. B.conductor body introduced. In the known method 65 dieren of η-conductive doping material, for. B.

wird aber das zentrale Gebiet mit relativ größerer Phosphor, erhalten werden. In beiden Fällen wird dasbut the central area with relatively larger phosphorus will be preserved. In both cases it will

Verunreinigungskonzentration nicht derartig eindif- Einbringen des η-dotierenden Materials so gesteuert,The impurity concentration is not so controlled, the introduction of the η-doping material

fundiert, daß es im Innern des Halbleiterkörpers ab- daß der entstehende pn-übergang teilweise noch in-based on the fact that in the interior of the semiconductor body the resulting pn junction is still partially

nerhalb der ρ+-leitenden Zone verläuft. Das Material wird also nicht so tief eingebracht wie zuvor das p-dotierende Material. Man erhält eine Anordnung wie sie in F i g. 3 b dargestellt ist.runs within the ρ + -conducting zone. The material so it is not introduced as deeply as the p-doping material was previously introduced. An arrangement is obtained as shown in FIG. 3 b is shown.

Eine ähnliche Anordnung kann auch erhalten werden, wenn man an Stelle des Diffusions- oder Legierungsverfahrens die einzelnen Zonen epitaktisch aufwachsen läßt, indem man die Teile, auf denen kein Material aufwachsen soll, entsprechend maskiert.A similar arrangement can also be obtained by using instead of the diffusion or alloying process the individual zones can grow epitaxially by removing the parts on which no Material should grow up, masked accordingly.

Bei einer Diode, wie sie in Fig. 3b dargestellt ist, besteht der pn-übergang aus 2 Teilen. Der innere Teil 3 grenzt an ein Gebiet hoher Verunreinigungskonzentration (p⁺) der p-leitenden Zone an und ist allseitig von einem Teil 4 umgeben, der an das hochohmige Gebiet (p) des p-leitenden Materials angrenzt. Der innere in einem Gebiet hoher Verunreinigungskonzentration befindliche Teil des pn-Uberganges liegt somit für einen großen Kapazitätshub günstig. Er ist außerdem maßgebend für die Abbruchspannung, da der umgebende Ring 4 des pn-Überganges an hochohmiges Material angrenzt und somit eine wesentlich höhere Abbruchspannung besitzt. Der pnübergang grenzt also im Gegensatz zu der Anordnung in Fig. 2 an keiner Stelle an Material mit sehr hoher Verunreinigungskonzentration, was z. B. in den oberflächennahen Teilen der ρ+-Zone vorliegt. Der pn-übergang liegt aber auch im Gegensatz zu der Anordnung in Fig. 1 an keiner Stelle frei an der Oberfläche, da er durch die Schutzschicht 2 abgedeckt ist.In the case of a diode as shown in FIG. 3b, the pn junction consists of two parts. The inner part 3 adjoins an area of high impurity concentration (p ⁺ ) of the p-conductive zone and is surrounded on all sides by a part 4 which adjoins the high-resistance area (p) of the p-conductive material. The inner part of the pn junction, located in an area of high impurity concentration, is therefore favorable for a large capacity increase. It is also decisive for the breakdown voltage, since the surrounding ring 4 of the pn junction is adjacent to high-resistance material and thus has a significantly higher breakdown voltage. In contrast to the arrangement in FIG. B. is present in the near-surface parts of the ρ + zone. In contrast to the arrangement in FIG. 1, however, the pn junction is not exposed at any point on the surface, since it is covered by the protective layer 2.

Es ist bei der Anordnung nach der Erfindung inIt is in the arrangement according to the invention in

ίο einfacher Weise möglich, die Höhe der Abbruchspannung und die Größe des Kapazitätshubs durch die Lage des pn-Überganges innerhalb des ^ + -Gebietes im Halbleiterkörper festzulegen. Beim Erzeugen der n + -Zone mittels des Legierungsverfahrens oder durch Diffusion kann das in einfacher Weise durch die Legierungs- bzw. Diffusionstiefe erreicht werden. Wenn man das Verfahren des epitaktischen Aufwachsens anwendet, muß vorher die Oberfläche so weit abgetragen werden, bis man zum Aufwachsen der η leitenden epitaktischen Schicht die gewünschte Verunreinigungskonzentration des p + -Gebietes an der Oberfläche erhält.ίο Easily possible, the level of the demolition voltage and the size of the capacity swing due to the position of the pn junction within the ^ + area to be set in the semiconductor body. When generating the n + -zone by means of the alloying process or by diffusion this can be achieved in a simple manner through the alloy or diffusion depth. If you use the process of epitaxial growth, the surface must first be so far are removed until the desired impurity concentration is obtained for the growth of the η conductive epitaxial layer of the p + region on the surface.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 2 ohmic area on the surface has a low - claims: ren surface part occupies than the zone of opposite conductivity.

1. A method for producing a capacitance 8. The method according to claim 7, characterized in the diode with a reverse-biased pn-5 denotes that for masking the surface Transition of several isocapacitance successively adjustable within wide limits of the semiconductor body opposite layers are applied between two zones and in these Conductivity type, characterized by insulating layers each with the help of photolithonet, that a central area with relatively large graphic technology would have desired openings Impurity concentration of an io be attested in which is the surface of the Halb zone of the pn conductor body operated in the reverse direction is exposed.

gangs by diffusing contaminant material of one conductivity type into one

Semiconductor body of the same conductivity type

from a surface part of the semiconductor body 15
is generated and that subsequently to produce the other zone contaminant material

The pn junction in semiconductor components has a larger capacitance across the first surface part on all sides as a result of the protruding part of the same surface forming at the pn junction in the half-space charge zone. The size of the conductor body introduced or on the semiconductor space charge zone and thus the capacitance is applied by the body, so that the inside depends on the voltage applied. Half-semiconductor bodies, the central area of larger conductor diodes, are known in which this co-impurity concentration, remote from the pn-slope, is used. Such a transition from semiconductor material to smaller diodes is referred to as capacitance diodes. They are also known under the same conductivity name as varicap. The size of the Kapatyps is surrounded and the inner part of the zitätshubs, ie the limits in which the Ka-contact surfaces can be changed in the capacitance depending on the applied voltage, the area of greater impurity concentration depends, among other things, on the demolition chip Semiconductor body runs and from an outer 30 voltage of the diode. For varactor diodes with a large stroke as possible in the area of lower impurity concentration, a part of the pn junction that runs as far as possible must therefore be required to be as high as possible,
ben is. Conditions are also conceivable where im

2. The method according to claim 1, characterized in that the variable capacitance diode does not have a large voltage that the contaminant material is 35 gene available. In order to alloy a capacitance increase that is as large as possible for each voltage of the opposite conductivity type. one takes advantage of the fact that a

3. The method according to claim 1, characterized in that greater spatial change in the space charge zone indicates that the contaminant material is reached as it decreases into an area of opposite conductivity type by 40 m of the impurity concentration. The Diffusion, in particular by powder diffusion, means that the pn junction in the semiconductor body is introduced. in an area with the greatest possible pollution

4. The method according to claim 1, characterized in that there must be a gradient. This is achieved by indicating that the impurity material of the pn junction is produced in a semiconductor body provided with a diffusion-opposite conductivity type by means of an epiprofile,
tactical growing up is applied. Since varactor diodes operated in reverse direction

5. The method according to claims 1 to 3, there is added as a third requirement that the characterized in that the contamination reverse currents must be as small as possible.

material of the opposite conductivity type One way of making a varactor diode with vernur up to such a depth in the semiconductor 50 relatively steep impurity gradient on body is introduced that the in the semiconductor pn junction and relatively high demolition body To obtain opposite tension between the zones consists in that in one Conductivity type formed pn-junction partially p-conductive semiconductor body successively acceptance can still be diffused in the area of increased impurity gate and donor material, concentration proceeds. 55 You can then use a mesa etch to make the

6. The method according to claims 1 to 4, the actual diode made from a larger semiconductor characterized in that remove the body prior to application. One such arrangement is of the epitaxially grown material in FIG. 1 shown. It would make you satisfying Surface of the semiconductor body so far away large capacity swing and also sufficiently high removal until the contaminant has the desired stress at break 60. Both are adjustable through concentration on the surface is reached. the depth of diffusion of the η-material and thus the

7. The method according to one or more of the position of the pn junction in the p + -DirTusionsprofil-claims 1 to 6, characterized in that the disadvantage of such an arrangement are to generate the low-resistance area (p ⁺ ) but the high reverse currents that result , in the semiconductor body and the zone opposite, that a part of the pn junction on the surface of set conductivity (n ⁺ ) runs the surface of the half of the semiconductor body and thus the conductor body is masked and the openings in known surface influences in the case of semiconductor arrangements are set in this way that the down is exposed.