DE1489694C

DE1489694C - Method for producing a semiconductor component with disturbed crystal layers on the surface

Info

Publication number: DE1489694C
Authority: DE
Inventors: Roswitha 6842 Burstadt Weimann Klaus Dipl Ing Riess Horst 6840 Lampertheim Luth Edgar Dr 7401 Phezhausen Gluck
Original assignee: Brown, Boven & Cie AG, 6800 Mann heim

Description

1 21 2

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her- werden kann, um ein Halbleiterbauelement für eineThe invention relates to a method for producing can be to a semiconductor component for a

stellen eines Halbleiterbauelementes mit gestörten hohe Sperrspannung und ein günstiges Ausschalt-represent a semiconductor component with disturbed high reverse voltage and a favorable switch-off

Kristallschichten an der Oberfläche. verhältnis zu entwickeln.Crystal layers on the surface. develop relationship.

Es ist bekannt, daß das Ausschaltverhalten von Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurchIt is known that the switch-off behavior of This object is achieved according to the invention

Halbleiterbauelementen u. a. von der Anwesenheit 5 gelöst, daß die gestörten Kristallschichten in an sichSemiconductor components, etc. solved by the presence 5 that the disturbed crystal layers in per se

sogenannter Fangstellen — auch Traps genannt — bekannter Weise durch Lappen erzeugt werden, daßSo-called trapping points - also called traps - are produced in a known manner by rags that

für die Minoritätsladungsträger in der Basiszone be- dann durch Diffusion Zonen entgegengesetzten Lei-for the minority charge carriers in the base zone, then zones of opposite conductance due to diffusion

stimmt wird. Diese Traps haben die Aufgabe, die tungstyps und/oder Zonen gleichen Leitungstyps, je-is true. The task of these traps is to identify the device type and / or zones of the same line type, each

während der Flußphase in hoher Konzentration in doch unterschiedlicher Leitfähigkeit im Halbleiter-during the flow phase in high concentration with different conductivity in the semiconductor

der Basiszone vorhandenen Minoritätsladungsträger io körper erzeugt werden, wobei sich die diffundiertenThe minority charge carriers present in the base zone are generated, the diffused

beim Übergang in die Sperrphase so schnell zu ver- Zonen tiefer als die gestörten Kristallschichten in denduring the transition to the blocking phase, the zones become deeper than the disturbed crystal layers in the zones

mindern, daß ein Durchschalten des Halbleiterbau- . Halbleiterkörper erstrecken sollen, und daß schließ-reduce that a through-connection of the semiconductor construction. To extend semiconductor body, and that closing

elementes in Sperrichtung auf Grund der ansteigen- lieh weitere Zonen entgegengesetzten Leitungstypselement in the blocking direction due to the increasing borrowed other zones of opposite conduction type

den Sperrspannung verhindert wird. Bei hohen und/oder Zonen gleichen Leitungstyps, aber unter-the reverse voltage is prevented. In the case of high and / or zones of the same line type, but under-

Schaltfrequenzen sind dazu hohe Konzentrationen 15 schiedlicher Leitfähigkeit in den gestörten Kristall-Switching frequencies are high concentrations of 15 different conductivity in the disturbed crystal

von Traps erforderlich. schichten mit Hilfe der Oxidmaskentechnik eindiffun-of traps required. layers with the help of the oxide mask technique

Bekannte Halbleiterbauelemente enthalten zur diert werden.Known semiconductor components contain to be dated.

Verbesserung des Schaltverhaltens Gold, dessen Ein Vorteil des Verfahrens nach der ErfindungImprovement of the switching behavior of gold, its one advantage of the method according to the invention

Atome als Traps wirken, in der Basiszone. Dieses liegt darin, daß gegenüber den bekannten Verfah-Atoms act as traps in the base zone. This is due to the fact that compared to the known methods

GoId wird in einem besonderen Verfahrensschritt 20 ren die Einsparung mindestens zweier ArbeitsgängeIn a special process step, the goal is to save at least two work steps

eindiffundiert. ' ermöglicht wird, nämlich das Polieren der geläpptendiffused. 'is made possible, namely the polishing of the lapped

Es ist ferner aus der Oxidmaskentechnik bekannt, Oberflächen vor dem Oxidieren und das Eindiffun-It is also known from oxide mask technology to clean surfaces prior to oxidation and diffusion

Halbleiterkörper auf der ätzpolierten Oberfläche dieren von besonderen Fangstellen für die Minori-Semiconductor bodies on the etch-polished surface dieren from special trapping points for the minor

— also das im wesentlichen ungestörte Kristall- tätsladungsträger.- that is, the essentially undisturbed crystallinity charge carrier.

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-Übergänge lassen sich mit von diesen gebildeten pn-Übergänge 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.structure - to oxidize, this oxide layer to 25 The invention is based, among other things, on the first To remove places and to know that the reverse voltage is mainly applied to solder Oxide layer freed areas of doping substances are located pn junctions that do not touch any electrodes to alloy in the semiconductor body or one. It is therefore possible to use the electrodes and the to diffuse. The pn junctions can also be used with the pn junctions formed by them Oxide mask technology with exactly reproducible switching behavior more advantageous, very precise and repro position generate in the semiconductor body. The edge areas of modifiable geometry according to the oxide mask technique the pn over- produced in the semiconductor body in this way.

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-Ubergeschützt. 35 gänge auch in den gestörten Kristallbereich legenIt is also left in the present invention Oxide layer and are through this. it has been known that the last-mentioned pn-overprotected. 35 gears also lay in the disturbed crystal area

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-Übergänge 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-Übergänge an die Oberfläche 40 dichte Oxidschicht auch auf dem gestörten Kristall treten, zu ätzen und anschließend die freigelegten erzeugt werden kann.And finally, it is also known in half-can without affecting the blocking capability of the entire semiconductor body is adversely affected by diffusion or alloying of the conductor element. And finally is pn junctions produced by doping substances have been recognized that, compared to doping substances, these semiconductor bodies then have a masking effect, at least in the fen like phosphorus or boron Area in which the pn junctions to the surface 40 dense oxide layer also on the disturbed crystal step, to etch and then the exposed can be generated.

pn-Ubergänge mit einer Schützschicht abzudecken. Durch die Verwendung von Läppmitteln unter-to cover pn junctions with a protective layer. By using lapping agents,

Auf diese Weise kann man pn-Ubergänge mit einer schiedlicher Körnung kann die Tiefe der gestörtenIn this way one can pn-junctions with a different grain size, the depth of the disturbed

größeren Sperrfähigkeit herstellen als nach der Oxid- Oberflächenkristallschicht in weiten Grenzen ein-produce greater barrier capacity than within wide limits after the oxide surface crystal layer

maskentechnik. 45 gestellt werden. Die Verwendung eines groben Läpp-mask technology. 45 can be made. The use of a rough lapping

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 5° 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,US Pat. No. 3 209 428 describes a means that leads to a severe disruption of the surface process for the production of a semiconductor element borrowed crystal area. This area then has one become known with disturbed crystal areas, with high trap concentration. With increasing which after the diffusion and attachment of the depth decreases the degree of disturbance and thus also the Base contact only the area between the emitter zone 5 ° trap concentration. When using and ohmic base connection with an air-water-fine "lapping agent" attaches the crystal to the top-sand mixture is roughened, so the number of the surface is correspondingly less disturbed. Here too To increase recombination centers. the degree of disturbance decreases with increasing depth,

In der deutschen. Auslegeschrift 1 089 892 ist wei- doch ist die Tiefe der gestörten Kristallzone entspre-In the German. Auslegeschrift 1 089 892 is, however, the depth of the disturbed crystal zone corresponding

terhm ein Verfahren zum Herstellen flächenhafter ohm- 55 chend geringer. Damit kann die Konzentration derterhm a process for the production of two-dimensional ohmic 55 chend lower. This allows the concentration of

scher Elektroden mit niedriger Signalverzerrung be- Fangstellen in der die Schaltgeschwindigkeit bestim-shear electrodes with low signal distortion trap points in which the switching speed determines

schrieben, bei dem vor dem Anbringen des metallischen menden Zone und das Ausschaltverhalten des HaIb-wrote, in which before attaching the metallic menden zone and the switch-off behavior of the Halb-

Überzugs die Halbleiteroberfläche aufgerauht wird. leiterelementes variiert werden.Coating the semiconductor surface is roughened. ladder element can be varied.

Die vorherigen Verfahren genügen aber oft nicht Gegebenenfalls wird man die gewünschte TiefeHowever, the previous procedures are often not sufficient. If necessary, the desired depth is achieved

zum Herstellen von hohen Oberflächenkonzentratio- 60 der gestörten Kristallschicht und damit die Konzen-for the production of high surface concentration of the disturbed crystal layer and thus the concentration

nen der Fangstellen, oder sie erfordern einen zu hohen tration der Fangstellen in der Basiszone auch dadurchthe trapping points, or they require too high a tration of the trapping points in the base zone as a result

mechanischen Aufwand. festlegen, daß man den Halbleiterkörper nach demmechanical effort. specify that the semiconductor body after

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.The invention is therefore based on the object of etching off lapping to different extents,
Finally, the emitter can be diffused to different extents with disturbed crystal layers on the half and thus to create a conductor surface with relatively easy effort and precisely reproducible by setting the concentration of the trapping points a base zone the switch-off behavior of the semiconductor component achieved desired concentration of trapping elements can be changed.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der Zeichnung hervor.Further advantageous embodiments of the invention emerge from the following description of the drawing emerged.

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-Ubergang 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).The drawing shows the cross section of a disk-shaped npnp four-layer element with a Silicon body. The crystal structure of this element is on the surface of one side down to one certain depth 1 disturbed. On this disturbed crystal area is an oxide layer 2, which in a Area 3 is removed. Below this point of the semiconductor component that has been freed from the oxide layer is a pn junction 4 in the disturbed crystal area. This pn junction is in its edge area protected by the remaining oxide layer 2. As a result of its location in the disturbed crystal area the pn junction 4, which in a known manner by diffusion of the emitter 5 (dopant with donor properties, in the present case phosphorus), only a very small one Lockability. The pn junctions 6 and 7 are located in the comparatively undisturbed interior of the crystal and have a high blocking ability. In the present case, they are also due to diffusion which is known per se - namely a doping substance with acceptor properties, here aluminum - emerged. the Electrode 8 on the outer p-layer is produced by techniques known per se. It consists in present case made of aluminum and serves like the one on the outer η-layer - not - Electrode for connecting the leads to the two main electrodes mentioned. For the semiconductor component according to the invention is a control electrode is provided which, in particular, surrounds the outer η-layer in a ring shape (in the figure also not shown).

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.The semiconductor component according to the invention is characterized by an adjustable within wide limits Turn-off speed and one compared to the semiconductor components that have become known for the same purpose simplified manufacturing process.

Als Halbleitermaterialien für das Halbleiterbauelement kommt vorzugsweise Germanium, Silicium oder eine intermetallische Verbindung in Betracht.The semiconductor materials used for the semiconductor component are preferably germanium, silicon or an intermetallic compound into consideration.

Claims

Patent claims:

1. Method for producing a semiconductor component with disturbed crystal layers the surface, characterized in that the disturbed crystal layers at least are produced on one of the two surfaces in a manner known per se by lapping, that then by diffusion zones of opposite conductivity types and / or zones of the same conductivity type, However, different conductivity can be generated in the semiconductor body, with the diffused zones extend deeper than the disturbed crystal layers in the semiconductor body should, and that finally further zones of opposite conductivity type and / or zones same conductivity type, but different conductivity in the disturbed crystal layers be diffused in using the oxide mask technique.

2. The method according to claim 1, characterized in that the required depth of disturbed crystal layer by suitable lapping processes, for example by using different Grain size of the lapping compound.

3. The method according to claim 1, characterized in that the further zone depending on diffused differently into the disturbed crystal layer at the desired switch-off speed will.

4. The method according to claim 1, characterized in that as doping substances Substances of group III or V of the periodic table of the elements such as boron or phosphorus be used.

5. The method according to claim 1, characterized in that the oxide layer for the Oxide mask is generated by surface oxidation.

1 sheet of drawings