DE1489694B2

DE1489694B2 - Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelementes mit gestoerten kristallschichten an der oberflaeche

Info

Publication number: DE1489694B2
Application number: DE19651489694
Authority: DE
Inventors: Roswitha 6842 Burstadt; Weimann Klaus Dipl.-Ing ; Riess Horst; 6840 Lampertheim; Luth. Edgar Dr.. 7401 Pliezhausen Gluck
Original assignee: Brown, Boven & Cie AG, 6800 Mann heim
Priority date: 1965-07-10
Filing date: 1965-07-10
Publication date: 1971-09-02
Also published as: CH445651A; FR1486200A; DE1489694A1; US3442724A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her- werden kann, um ein Halbleiterbauelement für eine

stellen eines Halbleiterbauelementes mit gestörten hohe Sperrspannung und ein günstiges Ausschalt-

Kristallschichten an der Oberfläche. verhältnis zu entwickeln.

Es ist bekannt, daß das Ausschaltverhalten von Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch

Halbleiterbauelementen u. a. von der Anwesenheit 5 gelöst, daß die gestörten Kristallschichten in an sich

sogenannter Fangstellen — auch Traps genannt — bekannter Weise durch Lappen erzeugt werden, daß

für die Minoritätsladungsträger in der Basiszone be- dann durch Diffusion Zonen entgegengesetzten Lei-

stimmt wird. Diese Traps haben die Aufgabe, die tungstyps und/oder Zonen gleichen Leitungstyps, je-

während der Flußphase in hoher Konzentration in doch unterschiedlicher Leitfähigkeit im Halbleiter-

der Basiszone vorhandenen Minoritätsladungsträger io körper erzeugt werden, wobei sich die diffundierten

beim Übergang in die Sperrphase so schnell zu ver- Zonen tiefer als die gestörten Kristallschichten in den

mindern, daß ein Durchschalten des Halbleiterbau- , Halbleiterkörper erstrecken sollen, und daß schließ-

elementes in Sperrichtung auf Grund der ansteigen- Hch weitere Zonen entgegengesetzten Leitungstyps

den Sperrspannung verhindert wird. Bei hohen und/oder Zonen gleichen Leitungstyps, aber unter-

Schaltfrequenzen sind dazu hohe Konzentrationen 15 schiedlicher Leitfähigkeit in den gestörten Kristall-

von Traps erforderlich. schichten mit Hilfe der Oxidmaskentechnik eindiffun-

Bekannte Halbleiterbauelemente enthalten zur diert werden.

Verbesserung des Schaltverhaltens Gold, dessen Ein Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung

Atome als Traps wirken, in der Basiszone. Dieses liegt darin, daß gegenüber den bekannten Verfah-

GoId wird in einem besonderen Verfahrensschritt 20 ren die Einsparung mindestens zweier Arbeitsgänge

eindiffundiert. ' ermöglicht wird, nämlich das Polieren der geläppten

Es ist ferner aus der Oxidmaskentechnik bekannt, Oberflächen vor dem Oxidieren und das Eindiffun-

Halbleiterkörper auf der ätzpolierten Oberfläche dieren von besonderen Fangstellen für die Minori-

— also das im wesentlichen ungestörte Kristall- tätsladungsträger.

gefüge — zu oxydieren, diese Oxidschicht an be- 25 Die Erfindung beruht unter anderem auf der Erstimmten Stellen zu entfernen und an diesen von kenntnis, daß die Sperrspannung vorwiegend an solder Oxidschicht befreiten Stellen Dotierungssubstan- chen pn-Ubergängen liegt, die keine Elektroden trazen in den Halbleiterkörper einzulegieren oder ein- gen. Es ist deshalb möglich, die Elektroden und die zudiffundieren. Die pn-Ubergänge lassen sich mit von diesen gebildeten pn-Ubergänge mit für das Einder Oxidmaskentechnik in exakt reproduzierbarer 30 schaltverhalten vorteilhafter, sehr genauer und repro-Lage im Halbleiterkörper erzeugen. Die Randbereiche duzierbarer Geometrie nach der Oxidmaskentechnik der so in dem Halbleiterkörper erzeugten pn-Über- herzustellen.

gänge entstehen unter der auf der Oberfläche noch Es ist in der vorliegenden Erfindung außerdem erverbliebenen Oxidschicht und werden durch diese . kannt worden, daß man die letztgenannten pn-Übergeschützt. 35 gänge auch in den gestörten Kristallbereich legen

Und schließlich ist es auch bekannt, in Halb- kann, ohne daß die Sperrfähigkeit des gesamten Halbleiterkörpern durch Eindiffundieren oder Einlegieren leiterelementes beeinträchtigt wird. Und endlich ist von Dotierungssubstanzen pn-Ubergänge herzustel- erkannt worden, daß eine gegenüber Dotierungsstoflen, diese Halbleiterkörper dann zumindest in dem fen wie Phosphor oder Bor maskierend wirkende Bereich, in dem die pn-Ubergänge an die Oberfläche 40 dichte Oxidschicht auch auf dem gestörten Kristall treten, zu ätzen und anschließend die freigelegten erzeugt werden kann.

pn-Übergänge mit einer Schutzschicht abzudecken. Durch die Verwendung von Läppmitteln unter-

Auf diese Weise kann man pn-Ubergänge mit einer schiedlicher Körnung kann die Tiefe der gestörten

größeren Sperrfähigkeit herstellen als nach der Oxid- Oberflächenkristallschicht in weiten Grenzen ein-

maskentechnik. 45 gestellt werden. Die Verwendung eines groben Läpp-

Durch die USA.-Patentschrift 3 209 428 ist ein mittels führt zu einer starken Störung des oberfläch-Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelementes liehen Kristallbereiches. Dieser Bereich hat dann eine mit gestörten Kristallbereichen bekanntgeworden, bei hohe Fangstellenkonzentration. Mit zunehmender welchen nach der Diffusion und Anbringen des Tiefe nimmt der Störungsgrad und damit auch die Basiskontaktes nur die Fläche zwischen Emitterzone 50 Fangstellenkonzentration ab. Bei Verwendung von und ohmschen Basisanschluß mit einem Luft-Wasser- feinem-Läppmittel wird der Kristall an der Ober-Sand-Gemisch aufgerauht wird, um so die Zahl der fläche entsprechend weniger stark gestört. Auch hier Rekombinationszentren zu erhöhen. nimmt der Störungsgrad mit zunehmender Tiefe ab,

In der deutschen. Auslegeschrift 1 089 892 ist wei- doch ist die Tiefe der gestörten Kristallzone entspre-

terhin ein Verfahren zum Herstellen flächenhafter ohm- 55 chend geringer. Damit kann die Konzentration der

scher Elektroden mit niedriger Signalverzerrung be- Fangstellen in der die Schaltgeschwindigkeit bestim-

schrieben, bei dem vor dem Anbringen des metallischen menden Zone und das Ausschaltverhalten des HaIb-

Überzugs die Halbleiteroberfläche aufgerauht wird. leiterelementes variiert werden.

Die vorherigen Verfahren genügen aber oft nicht Gegebenenfalls wird man die gewünschte Tiefe

zum Herstellen von hohen Oberflächenkonzentratio- 60 der gestörten Kristallschicht und damit die Konzen-

nen der Fangstellen, oder sie erfordern einen zu hohen tration der Fangstellen in der Basiszone auch dadurch

mechanischen Aufwand. festlegen, daß man den Halbleiterkörper nach dem

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Läppen in unterschiedlichem Ausmaß abätzt,
ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauele- Schließlich kann der Emitter verschieden weit in mentes mit gestörten Kristallschichten an der Halb- 65 den gestörten Kristallbereich eindiffundiert und so leiteroberfläche zu schaffen, bei dem mit relativ ein- durch Festlegen der Fangstellenkonzentration in der fächern Aufwand und exakt reproduzierbar eine Basiszone das Ausschaltverhalten des Halbleiterbaugewünschte Konzentration von Fangstellen erreicht elementes verändert werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der Zeichnung hervor.

Die Zeichnung zeigt den Querschnitt eines scheibenförmigen npnp-Vierschichtelementes mit einem Siliciumkörper. Das Kristallgefüge dieses Elementes ist an der Oberfläche der einen Seite bis in eine bestimmte Tiefe 1 gestört. Auf diesem gestörten Kristallbereich liegt eine Oxidschicht 2, die in einem Bereich 3 entfernt ist. Unterhalb dieser von der Oxidschicht befreiten Stelle des Halbleiterbauelementes liegt ein pn-übergang 4 im gestörten Kristallbereich. In seinem Randbereich ist dieser pn-übergang durch die verbliebene Oxidschicht 2 geschützt. Infolge seiner Lage im gestörten Kristallbereich hat der pn-Übergang 4, der in an sich bekannter Weise durch Eindiffusion des Emitters 5 (Dotierungssubstanz mit Donatoreigenschaften, im vorliegenden Falle Phosphor) entstanden ist, eine nur sehr geringe Sperrfähigkeit. Die pn-Übergänge 6 und 7 liegen im vergleichsweise ungestörten Kristallinnern und haben eine hohe Sperrfähigkeit. Sie sind im vorliegenden Falle gleichfalls durch an sich bekannte Diffusion — und zwar einer Dotierungssubstanz mit Akzeptoreigenschaften, hier Aluminium — entstanden. Die Elektrode 8 an der äußeren p-Schicht ist durch an sich bekannte Techniken hergestellt. Sie besteht im vorliegenden Falle aus Aluminium und dient wie die an der äußeren η-Schicht befindliche — nicht dargestellte — Elektrode zum Anschluß der Zuleitungen an die beiden genannten Hauptelektroden. Für das Halbleiterbauelement nach der Erfindung ist eine Steuerelektrode vorgesehen, die insbesondere die äußere η-Schicht ringförmig umgibt (in der Figur ebenfalls nicht dargestellt).

Das Halbleiterbauelement nach der Erfindung zeichnet sich durch eine in weiten Grenzen einstellbare Ausschaltgeschwindigkeit und ein gegenüber den zum gleichen Zweck bekanntgewordenen Halbleiterbauelementen vereinfachtes Herstellungsverfahren aus.

Als Halbleitermaterialien für das Halbleiterbauelement kommt vorzugsweise Germanium, Silicium oder eine intermetallische Verbindung in Betracht.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit gestörten Kristallschichten an der Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die gestörten Kristallschichten zumindest auf einer der beiden Oberflächen in an sich bekannter Weise durch Läppen erzeugt werden, daß dann durch Diffusion Zonen entgegengesetzten Leitungstyps und/oder Zonen gleichen Leitungstyps, jedoch unterschiedlicher Leitfähigkeit im Halbleiterkörper erzeugt werden, wobei sich die diffundierten Zonen tiefer als die gestörten Kristallschichten in den Halbleiterkörper erstreckken sollen, und daß schließlich weitere Zonen entgegengesetzten Leitungstyps und/oder Zonen gleichen Leitungstyps, aber unterschiedlicher Leitfähigkeit in den gestörten Kristallschichten mit Hilfe der Oxidmaskentechnik eindiffundiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die benötigte Tiefe der gestörten Kristallschicht durch geeignete Läppverfahren, etwa durch Verwendung unterschiedlicher Körnung des Läppmittels, hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Zone je nach der gewünschten Ausschaltgeschwindigkeit verschieden weit in die gestörte Kristallschicht eindiffundiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierungssubstanzen Stoffe der Gruppe III oder V des Periodensystems der Elemente wie Bor oder Phosphor verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht für die Oxidmaske durch Oberflächenoxydation erzeugt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen