Halbleiteranordnung und Hersttellun svernfahren Die Hauptpatentanraeldung
C 27.398 VIIIc/21g betrifft eine Halbleiteranordnung mit mindestens zwei Zinen aus
einkristallinem Halbleitermaterial entgegengesetzter Leitg fahigkeit, die an ihrer
BerUhruntzsfläche einen pn-Übergan bilden, insbesondere nit zwei benachbarten Zonen
stank unterschiedlicher Verunreinigunskonzentratir. Nach der Hauptanmeldung enthalt
die Zone mit relativ hoher Verunreinigungskonzentration mindestens zwei unterschiedliche
verunreinigungsmaterialien gleichen Leitfähi gkeitstyps mit grösserem und kleinerem
Atomradius als der Radius der Kristallatome und in einem Mengenverhältnis entsprechend
ihrer Abweichung vom Atomradius der Kristallatome.Semiconductor arrangement and manufacturing process The main patent application
C 27.398 VIIIc / 21g relates to a semiconductor arrangement with at least two tines
monocrystalline semiconductor material of opposite conductivity, which at their
Contact surface form a pn junction, in particular with two adjacent zones
stank of various concentrations of contaminants. Contains after the main registration
the zone of relatively high impurity concentration has at least two different ones
Contamination materials of the same conductivity type with larger and smaller ones
Atomic radius as the radius of the crystal atoms and in a proportion accordingly
their deviation from the atomic radius of the crystal atoms.
Durch die nach der Hauptanmeldung vorgesehenen Dotierungen werden
Spannungen im Kristallgitter des Halbleiterkörpers-. vermindert bzw. verhindert.
Diese können die Ursache von Versetzungen sein. Letztere wiederum können Diffusionsprozesse
nachteilig beeinflussen. Die vorliegende Anmeldung begrifft eine weitere Ausbildung.
des in der Hauptanmeldung enthaltenen Grundgedankens, die Gitterspannungen durch
geeignete Wahl von Menge und Art mehrerer Verunreinigungsmaterialien bzw. Dotierungsstoffen
auszugleichen: Nach den Ausführungsbeispielen` der Hauptanmeldung enthält
lie
Zone zit relativ hoher Verunreinigungskozzenuration ation #leicren Leitfähigkeitstyps.
Die weitere Ausbildung der Bauptanmeldung bes@@t le@nge enüber erfindungs @eiä@
darin, dass die Zonen von @eliebiger Leitfähigkeitustyp sind und die Verunreinigungene
n beifebige Dotierungseigseigenschaften aufweiser.Due to the doping provided according to the main application
Tensions in the crystal lattice of the semiconductor body. reduced or prevented.
These can be the cause of dislocations. The latter, in turn, can be diffusion processes
adversely affect. The present application covers a further training.
of the basic idea contained in the main application, the lattice stresses
suitable choice of the amount and type of several impurity materials or dopants
compensate: According to the exemplary embodiments in the main application
lie
Zone with relatively high impurity concentration ation #leicren conductivity type.
The further training of the construction registration bes @@ t le @ nge en über erfindungs @ eiä @
in that the zones are of any conductivity type and the impurities
n beige doping properties.
Bei Verunreinigun smaterialien unter @chiedlishen Leitfähig- Leitfdhi::,-keitsyps
enusteht daoei eine "ko@@pensierte" Zone in der Halbleiteranordung. Eins n-leivenie
und teilweise kompensierte Zone kann beispielswise dadurch herges@@lt weden, dass
@or als Akzentorverunreinigun g unäd Antimon als Donatorverunreinigung im Atomverhaltnis
von 1 -eilen Anti@@ auf 1@ @eile Bor verwendet wird. Anierersets kann oeispielsweise
eine p-leitende teilwveise kompensiette @one durch verwendung von 29 Boratomen auf
l9 wis s mutatome verwirklicht weden. Das sind aber 1e diglich Beispiele moglicher
Komoinationer von Verunreinigungselementen, die die gew@nschter komponsierten Zonen
erg eben. aei tere iElemente und KOmbinationen konnen nach der obengenannten Leb
re in V er obi du ng mi t der Kenntnis dleg Atomdurchm_essers is= Elemenüe u nd
ihrer Dotierungseigenschaften auusgewäcls w,erden. Die ooigen Reisdiele seien nur
zwes- erunreinigungselemente ver. Offensic htlich kann. jedoch auch eine grössere
Anzahl von Verunrenigung se 1 ementer n ach der lehre der Erfindung in einer scl@ien
Wleise Verwendung finden, dass der mittlere Atomradius im wesentlich en der des
@albhleiterkörpers bzw. des Subsurates entspricht und lie gewünschte Dotierung enreicht
ist. -In @anchen Fallen mag es wünschenswert sein, einen plättenformigen Halbleiterkörper
eines Leitfihigkeltstyps mit zwei Zor en her zus teilen, von denen 3ie eine eine
höhere
erunrenigun;;shonzentration als die aniere aufweist. Ein
solcher Halbleiterkörper i'st beispielsweise nützlich bei der
Herstellun-- eines Leistungstransistors. Die hochdotierte
(hohe Konzentration an Verunreinigungen) Zone liegt dem ohm-
schen Kontakt des Kollektors an und er-ibt einen niederohmigez
Anschluss zur relativ dü?men,Zone mit niedriver. Verunreini-
4;undskonzentration, welche mit der daran anschliessenden
Basiszone, einen Übergang bildet: ,Die niedri;e Dotierung
ergibt-'Einen nederohmigen Anschluss.zur relativ dünnen Zcne
mit niedriger Verunreinigungskonzentration, vrelche mit der
daran .anschliessenden :.Basiszone einen tbergang bilde
niedrige. Dbtle.rün ergibt is'-d.äs Bauelement eine ffenrillrie
.
mit htrnerer e r pänn..ö.
Tn e'lgzeh 1 uns sind hälbieiterplatten mit einer nach-- .
aot3.rtn töne .-an einer erniedrig otie ten Zone dargestellt.
bi e4a.n ?#m1 .. - dargetellte ,.u=,ei-E-endeälbleiter@lat.te
mit
zv'e.s.exkät @beisplels@.-eise-. diirch"`'Ver-wendung ton 10.:Teilen
Bleu.. ..`ei @hoephor hergdstellt-@ Weden; um die
n--.ed. And.e@one an"ä.ei.ochotierten n'-Zone zu err.alten.
D.eseono-_'ka`nn. durch Difiuslen -pder durch epitaktisches-
Auf-
wachsen erzeugt werden;
Die., p-leitende Halbeterplatte der Fig. 2 kann durch Verwendung von:11 Teilen Bor
auf 19 Teile Galliulm für die hochdotierte p++-leitende Zone hergestellt werden.
Auch diese Zone kann wiederum durch bekannte Verfahren, wie Diffusion oder epitaktisches
Aufwachsen, erzen t werden. Die obigen Ausführungen sind auf die Verwendung von
verschiedenen Kombinationen von Dotierunssmitteln in einem SiliziuAnkrstall, zum.
Herstellen eines relativ spailnungs-. freien Knistalles mit zwei o ler mehr Zonen
unterschiedlicher
Verunreinigungzvkonzent ration gerirchtet. Die
geichen Gründsätze können auf andere Halbleitematerialien und rotermnetallieche
Verbindungen angewandt werden.In the case of contaminating materials under @chiedlishen Leitktiv- Leitfdhi ::, - keitsyps there is a "ko @@ pensified" zone in the semiconductor arrangement. A n-leivenie and partially compensated zone can be created, for example, by using @or as an accent impurity and antimony as a donor impurity in the atomic ratio of 1 part anti @@ to 1 @ @ part boron. Anierersets can, for example, create a p-conducting partially compensated @one by using 29 boron atoms on 19 wis s mutatoms. But these are only examples of possible combinations of impurity elements that result in the desired composed zones. Further elements and combinations can be selected according to the abovementioned information, with knowledge of the atomic diameter, elements and their doping properties. The above rice parlor is said to only contain two elements of pollution. Obviously, it can. However, a larger number of impurities are also used according to the teaching of the invention in a narrow way that the mean atomic radius essentially corresponds to that of the semiconductor body or the subsurate and the desired doping is reached. In some cases it may be desirable to share a platelike semiconductor body of a conductive type with two cells, one of which is a higher one erunrenigun ;; concentration than the aniere exhibits. A
Such a semiconductor body is useful, for example, in the
Manufacture of a power transistor. The highly endowed
(high concentration of impurities) zone is the ohmic
contact of the collector and there is a low resistance
Connection to the relatively dull, zone with low. Impurity
4; und concentration associated with the subsequent
Base zone, forms a transition:, The low doping
results in a low-resistance connection to the relatively thin teeth
with low impurity concentration, compare with the
then create a transition to the following: base zone
low. Dbtle.rün results in a ffenrillrie is'-the component.
with htrnerer he pänn..ö.
Tn e'lgzeh 1 us are half-baked plates with a -.
aot3.rtn töne.-shown in a low otie th zone.
bi e4a.n? # m1 .. - shown, .u =, ei-E-endeälbleiter @ lat.te with
zv'e.s.exkät @beisplels @ .- eise-. diirch "` 'Use tone 10.:Share
Bleu .. ..`ei @hoephor hergdsteller- @ Weden; to the
n -. ed. And.e@one to "ä.ei.ochotiert n'-zone to be err.old.
D.eseono -_ 'ka`nn. by Difiuslen -pder by epitaxial-
grow are generated;
The., P-conductive half-meter plate of FIG. 2 can be produced by using: 11 parts of boron to 19 parts of gallium for the highly doped p ++ -conductive zone. This zone, too, can in turn be produced by known methods, such as diffusion or epitaxial growth. The above statements are based on the use of various combinations of dopants in a silicon crystal. Making a relatively spailungs-. free bang with two or more zones of different contamination concentration. The same principles can be applied to other semiconductor materials and red metal compounds.
In der Tabelle I der Hauptanmeldung wurden bereits für Silizium die
Atomradien geeigneter Dotierungen und ihre Abweichungen vom Atomradius des Siliziumus
angegeben. Die folgenne Tabelle II enthält die Atomradien in Angström von Germanium
sowie verschiedener Donatoren und Akzeptoren, weiche durch (+) bzw. (-) bezeichnet
sind. Bekanntlich wird dort, wo- Donatoren vorherrschen, eine n-leitende Zone, und
wo Akzeptoren.vorherrschen, eine p-leitende Zone gebildet. In der dritten Spalte
wird die Differenz zum Atomradius der Germaniumatome für die verschiedenen in der
Halbleitertechnik zur Dotierung verwendeten Verunreinigungen angegeben.
Tabelle II
Ge 1.22,
P(+) 1.07 -0:15
D(-) 0.98 -0.24
Sb(+) 1.34 +0.12
Ga(-) 1.28 +0.06
Al(-) 1.33 +0.11
In(-) 1.46 +0.24
As(+) 1.16 -0.06
Bi (+) 1.46 - +0 24
Die vorliegende Erfindung kann nicht. nur auf reine @emente sondern auch auf intermetallische
Verbindumgen angewendet
werden. Die folgende Tabelle betrifft III-V-Verbindungen.
Die tetrahedralen Ionenradien von typischen Dotierungen für intermetallische Verbindungen
von der Form AIII-Bv enthält die Tabelle III:
Tabelle III
Element Guppe Wirkung Radius (A°)
Zn II Akzeptor, anstelle A 1.31
Od II. Akzeptor, anstelle A 1.48
I III. A-Element 1.44
Sn IV Donator, anstelle A 1.40
Pb IV Domtor, anstelle A 1.46
As V B-Element 1.18
Se VI Donator, anstelle B 1.14
Te VI Donator, anstelle B 1.32
Für die intermetallische Verbindung In As können wie folgt hochdotierte und spannungsfreie
Zonen hergestellt werden: (a) eine Mischung von 4 Atomen Zn auf 13 Atome Cd ergibt
p-leitendes In As ohne Gitterspannungen, da der mittda der mittlere Radius der Kombination
aus den Dotierungen gleich dem Radius des ersetzten Indiums ist;
(r)
) eine Mischung von 4 Teilen Te mit 14 Teilen Se ergibt n-leitends Ir As ohne Sp
annunen, der mittlere Redius ler beilen Dotierungsmittel im wesentichen rleich des
Radius des er@@t zen Arsens ist; (c) eine Mischung aus vier Tceilen Pb auf 2? Teile
@n e@gi@t ferner n -leiten les In AS, in welchem ier I_onenradius des ersetzten
Ind iu@s an geglichen ist. Ne@en diesen drei Ausführungsbeispielen für eine intermetallische
Verbindung können weitere Beispiele leicht an Hand der Tabellen mit den Atomradien
für verschiedene, in Verbindung mit anderen i ntermetallischen Verbindun-en verwendete
Dotierungsmittel erl_al ten werdenIn Table I of the main application, the atomic radii of suitable dopings and their deviations from the atomic radius of silicon have already been given for silicon. The following Table II contains the atomic radii in angstroms of germanium and various donors and acceptors indicated by (+) and (-), respectively. It is known that an n-conductive zone is formed where donors predominate, and a p-conductive zone is formed where acceptors predominate. The third column shows the difference to the atomic radius of the germanium atoms for the various impurities used for doping in semiconductor technology. Table II
Ge 1.22,
P (+) 1.07 -0:15
D (-) 0.98 -0.24
Sb (+) 1.34 +0.12
Ga (-) 1.28 +0.06
Al (-) 1.33 +0.11
In (-) 1.46 +0.24
As (+) 1.16-0.06
Bi (+) 1.46 - +0 24
The present invention cannot. can only be used for pure elements but also for intermetallic connections. The following table relates to III-V compounds. The tetrahedral ionic radii of typical dopings for intermetallic compounds of the form AIII-Bv are given in Table III: Table III
Element group effect radius (A °)
Zn II acceptor, instead of A 1.31
Od II. Acceptor, instead of A 1.48
I III. A element 1.44
Sn IV donor, instead of A 1.40
Pb IV Domtor, instead of A 1.46
As V B element 1.18
Se VI Donator, instead of B 1.14
Te VI donor, instead of B 1.32
For the intermetallic compound In As, highly doped and stress-free zones can be produced as follows: (a) a mixture of 4 atoms of Zn to 13 atoms of Cd results in p-type In As without lattice stresses, since the mean radius of the combination of the dopings is the same is the radius of the replaced indium; (r)) a mixture of 4 parts of Te with 14 parts of Se results in n-conducting Ir As without sp annunas, the mean redius of the dopants is essentially the same as the radius of the arsenic; (c) a mixture of four parts of Pb on 2? Share @ ne @ gi @ t also n -leit les In AS, in which ier ion radius of the replaced Ind iu @ s is matched. In addition to these three exemplary embodiments for an intermetallic compound, further examples can easily be obtained using the tables with the atomic radii for various dopants used in connection with other intermetallic compounds