DE1514376A1 - Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

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Description

P 15 14 376.7 1514376 4.Oktober 1968
. . ; 6277-65/Dr.v.B/E
Radio Corporation of America New York N.Y.(Y.St.A.)
Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem kristallischen scheibenförmigen Halbleiterkörper gegebenen Leitungstyps, der angrenzend an seine beiden Hauptflächen je eine Zone entgegengesetzten Leitungstyps aufweist, die mit elektrischen Anschlüssen versehen sind, und mit einer Zone des gegebenen Leitungstyps, die unmittelbar angrenzend an die eine Hauptfläche in der einen Zone entgegengesetzten Leitungstyps angeordnet und mit einem elektrischen Anschluß versehen ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Halbleiterbauelements.
Die Erfindung läßt sich insbesondere auf Halbleiterbauelemente, in der die Lebensdauer der Minoritätsträger klein sein soll, z.B. auf gesteuerte Gleichrichter anwenden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer der Minoritätsträger herabzusetzen, ohne den spezifischen Widerstand des Halbleiterkörpers nennenswert zu erhöhen.
009834/133* Neue Unterlagen (Art 711 ad·. 2 Nr. 1 sm 3 *·· tntmavtam- v. 4.9. i967>
.. .ι . . ... . .im. iMtiij .'Jos. v. 4. U. Γ
NoUO Ui. ti..-^-Γι *'<· '. ····■·
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Halbleiterbauelement erreicht durch einen unmittelbar an die andere Hauptfläche angrenzenden, mit Metall diffundierten Bereich und einen bei dieser anderen Hauptfläche gelegenen Bereich, der mit einem die Lebensdauer der Minorltätsladungsträger im Halbleiterkörper herabsetzenden Substanz diffundiert ist.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauelements ist dadurch gekennzeichnet, daß auf zwei Hauptflächen einer Halbleiterscheibe ein Metallüberzug niedergeschlagen wird, daß dE Scheibe solange und so hoch erhitzt wird, daß der Metallüberzug sintert, ein Teil dieses Überzuges in die Scheibe eindiffundiert und angrenzend an die beiden Hauptflächen mit Metall diffundierte Bereiche gebildet werden, daß die gesinterten Metallüberzüge von den beiden Hauptflächen der Scheibe entfernt werden, daß auf der anderen Hauptfläche der Scheibe eine dünne Schicht der Substanz niedergeschlagen wird, die die Trägerlebensdauer in der Scheibe herabsetzt, daß die Scheibe erhitzt wird, um diese Substanz durch einen der mit Metall diffundierten Bereiche in die Scheibe zu diffundieren, und daß die Scheibe mit einer Geschwindigkeit von höchstens 200 0C pro Minute auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
vorteilhafte Weiterbildungen und/Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die unerwartete Entdeckung zugrunde, daß sich die Erhöhung des spezifischen Widerstandes eines HaIbleiterkörpers minimal halten läßt, wenn ein die Trägerlebensdauer herabsetzender Zusatz, wie Gold, in den Halbleiterkörper mittels Diffusion unter Anwen-
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dung einer Temperatur in einem bestimmten Bereich durch eine Oberflächenzone des Körpers eindiffundiert wird, die vorher mit einem Metall, wie Nickel oder Kobalt, diffundiert worden war. Eine weitere Verbesserung läßt sich erreichen, wenn man den Halbleiterkörper mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von höchstens 200 0C pro Minute auf Raumtemperatur abkühlt. Die Zunahme des spezifischen Widerstandes des Halbleiterkörpers ist dann im allgemeinen kleiner als 100 %. Außerdem ergeben sich auch unerwartete Verbesserungen der elektrischen Eigenschaften eines unter Verwendung eines solchen Halbleiterkörpers hergestellten Bauelements, z.B. M
eine Erhöhung der Sperrfähigkeit eines pn-überganges.
Bei Anwendung der Erfindung auf gesteuerte Gleichrichter ergibt sich eine überraschende Erhöhung der Sperrfähigkeit. Die Soerrfähigkeit der üblichen bekannten gesteuerten Siliciumgleichrichter (Thyristoren) beträgt 800 Volt, während bei Anwendung der Erfindung Sperrspannungen von etwa 1000 Volt erreicht werden können.
Die Erfindung liird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:
Fig. la bis Ij Querschnittsansichten einer Halbleiterscheibe, die aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen M eines Halbleiterbauelementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung entsprechen;
Fig. 2a und 2b Querschnittsansichten einer Halbleiterscheibe während aufeinanderfolgender Herstellungsstufen eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung und
Fig. 3a bis J>b Querschnittsansichten einer Halbleiterscheibe während aufeinanderfolgender Herstellungsstufen eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Beispiel I
Als erstes wird ein scheibenförmiger Körper 10 aus einem kristallischen Halbleitermaterial, wie Silicium, einer Silicium-Germanium-Legierung und dgl. hergestellt, der zwei entgegengesetzte Hauptflächen 11, 12 hat, wie Fig. la zeigt. Größe, Form, Zusammensetzung, Leitungstyp und spezifischer Widerstand des Halbleiterkörpers 10 sind nicht wesentlich. Bei dem vorliegenden Beispiel besteht der Halbleiterkörper 10 aus einem p-leitenden Siliciumeinkristall, der aus einer aus einem zylindrischen Regulus herausgeschnittenen Scheibe besteht und einen spezifischen Widerstand von etwa 20 bis 40 Ohm-cm hat. Durchmesser und Dicke der Scheibe können beispielsweise 25 nun bzw. 0,125 bis 0,25 mm betragen. In der Praxis wird mittels des Körpers 10 gleichzeitig eine größere Anzahl von Bauelementen hergestellt. Bei Fig. 1 wird der Deutlichkeit halber nur die Herstellung eines einzigen Bauelements aus einem kleinen Teil des ganzen scheibenförmigen Körpers 10 gezeigt. Die Dicke der in den Fig. la bis Ij dargestellten Zonen und Bereiche ist nicht maßstabsgerecht gezeichnet, sondern aus Gründen der Deutlichkeit übertrieben groß dargestellt.
In dem Halbleiterkörper 10 werden dann unmittelbar angrenzend an die beiden Hauptflächen 11, 12 Zonen entgegengesetzten Leitungstyps gebildet. Diese Zonen können unter Anwendung üblicher Verfahren gebildet werden, z.B. durch epitaxiales Niederschlagen oder durch Diffusion. Bei dem vorliegenden Beispiel werden Epitaxialschichten 13, 14 (Fig. Ib), die aus monokristallinem Silicium eines dem Leitungstyp der ursprünglichen Scheibe entgegengesetzten Leitungstyps auf den Scheibenflächen 11, 12 gezüchtet. Da der ursprüngliche Körper 10 bei dem vorliegenden Beispiel
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p-leitend ist, bestehen die Epitaxialschichten 13, I^ aus n-Silicium. Die genaue Dicke der Epitaxialschichten 13j 14 ist nicht sehr wesentlich, ein geeigneter Wert ist etwa 12s5 bis 75 yum. An den übergängen zwischen dem ursprünglichen Körper 10 und den Epitaxialschichten 13, 1Ή entstehen gleichrichtende pn-übergänge 15 bzw. 16. In der Beschreibung der folgenden Verfahrensstufen soll unter dem Begriff "Scheibe" der Halbleiterkörper 10 und die zusätzlichen Epitaxialschichten 13, 14 verstanden werden. M
Auf der Oberfläche der Epitaxialschichten 13, I^ v/erden dann Maskierungs- oder Abdeckschichten 17 bzw. IS (Pig. lc) niedergeschlagen. Die Abdeckschichten 17, 13 bestehen aus einem inerten Material, das das Eindiffundieren eines Dotierungsstoffes in die Halbleiterscheibe verlangsamt oder verhindert. Die Abdeckschichten 17, l8 können aus Siliciumoxyd bestehen und durch Erhitzen der Scheibe in Dämpfen eines Siloxanverbindung hergestellt werden. Wenn die Halbleiterscheibe aus Silicium besteht, wie es beim vorliegenden Beispiel der Fall ist, können die Siliciumoxydschichten 17, 18 auch dadurch gebildet werden, daß die Scheibe mehrere Stunden in einer Sauerstoff und/ M
oder Wasserdampf enthaltenden Umgebung erhitzt wird.
Von der einen Siliciumoxydschicht 17 auf der Oberfläche der Epitaxialschicht 13 wird durch irgend ein geeignetes Verfahren , z.B. Läppen, Schleifen oder Abdecken und Ätzen ein ringförmiger Bereich entfernt, so daß ein ringförmiger Teil 19 (Pig. Id) der Epitaxialschicht 13 freigelegt wird. Die Scheibe wird dann in Dämpfen eines Dotierungsstoffes erhitzt, der der aus Halbleitermaterial bestehenden Schicht 13 den Leitungstyp des ursprünglichen
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Körpers 10 zu verleihen vermag. Da der Körper 10 im vorliegenden Falle aus p-Silicium besteht, wird die Scheibe in Dämpfen eines Akzeptors, z.E. Bortrioxyd B„0^ oder dgl. erhitzt. Hierbei diffundiert Bor in den freigelegten Teil der Epitaxialschicht 13, während die Siliciumoxydschicht 18 und der Rest der Siliciumoxydschicht 17 als Maske dienen und die Eindiffusion von Bor in die abgedeckten Teile verhindern. Durch diesen Verfahrensschritt wird eine dünne, ringförmige, mit Bor diffundierte p-Zone 20 in der Schicht P 13 unmittelbar angrenzend an den freigelegten Oberflächenteil 19 gebildet. Die mit Bor diffundierte Zone 20 ist dünner als die η-leitende Epitaxialzone 13· An der Grenze zwischen der mit Bor diffundierten p-Zone 20 und dem Rest der η-leitenden Epitaxialschicht 13 entsteht ein gleichrichtender pn-übergang 21.
Die Abdeckschichten 17, 18 werden nun entfernt. Wenn die Schichten 17, 18 wie bei diesem Beispiel aus Siliciumoxyd bestehen, werden sie zweckmäßigerweise durch Behandlung der Scheibe mit einer wässerigen Flußsäurelösung abgeätzt. Auf der Oberfläche der Epitaxialschichten 13, 14 werden nun dünne Metallschichten 22 bzw. 23 (Pig. P le) niedergeschlagen. Die Metallschichten 22, 23 können zweckmäßigerweise aus Nickel, Kobalt oder deren Legierungen bestehen und beispielsweise durch Aufdampfen, Aufspritzen, Elektroplattieren oder stromloses Plattieren niedergeschlagen werden. Bei dem vorliegenden Heispiel bestehen die Metallschichten 22, 23 aus Kobalt, sind etwa 0,25 bis 12,5/um dick und werden durch ein stromloser. Plattierverfahren aufgebracht.
Die Halbleiterscheibe wird nun etwa eine viertel bis eine Stunde in einer nichtoxydierenden Umgebung auf
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eine Temperatur von etwa 350 0C erhitzt. Die Umgebung kann ein inertes Gas, wie Argon, Stickstoff und dgl, oder ein reduzierendes Gas, wie Formiergas, Wasserstoff und dgl. sein. Während dieses Verfahrensschrittes werden die I'Ietallschichten 22, 23 gesintert und diffundieren in den halbleiterkörper 10, wo sie ähnlich xvie ein Getter zu wirken scheinen und 'wie eine Senke wirken, in die einige der im Kalbleiterkörper 10 und den Epitaxialsehichten 13, 14 vorhandenen Verunreinigungen diffundieren können. Der Halbleiterkörper 10 wird nun mit einer kochenden Lösung eines Metallchlorides, wie Zink- oder Nickelchlorid, in Salzsäure solange behandelt, bis alles überschüssige Me- ™
tall von der Oberfläche der Halbleiterscheibe entfernt ist. Dies Iä3t sich gewöhnlich in einer Zeitspanne zwischen etwa einer und 30 minuten erreichen. Bei dieser Behandlung wird alles überschüssige Material der Schichten 22, 24, das nicht in die Scheibe 10 und die Schichten 13, 14 eindiffundiert ist, entfernt. Angrenzend an die Oberfläche der Epitaxialsehichten 13, 14 werden also auf diese Weise zwei mit Kobalt diffundierte Bereiche 24, 25 (Fig. If) gebildet. Der mit Kobalt diffundierte Bereich 24 reicht sowohl über die mit Bor (oder Phosphor) diffundierte Zone 20 als auch den Rest der Epitaxialschicht 13·
Vorzugsweise wird die Scheibe 10 nun mit einer \
Flußsäurelösung behandelt, um Oxyde zu entfernen, die sich etwa auf der Scheibenoberflache gebildet hatten.
Auf der Oberfläche der Epitaxialschicht 14 wird nun eine dünne Schicht 30 (Pig. Ig) aus einer Substanz niedergeschlagen, die im Halbleiterkörper 10 die Trägerlebensdauer herabsetzt. Da der Halbleiterkörper 10 beim vorliegenden Beispiel aus Silicium besteht, kann für die Schicht 30 Gold verwendet v/erden, das vorzugsweise durch
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Aufdampfen niedergeschlagen wird. Die Schicht 30 ist vorzugsweise mindestens 1 und höchstens 200 S dick. Die Halbleiterscheibe wird nun für etwa 1/4 bis 5 Stunden in einer nichtoxydierenden Umgebung erhitzt. Es wurde gefunden, daß die Temperatur bei diesem Erhitzungsschritt in engen Grenzen zwischen 860 0C und 900 0G gehalten v/erden muß, um optimale Ergebnisse zu erhalten, nämlich einen möglichst geringen Anstieg des spezifischen Widerstandes der Scheibe. Bei niedrigeren Temperaturen diffundiert nicht genug Gold in die Scheibe, während bei höheren Temperaturen der spezifische Widerstand der Scheibe rasch und in unerwünschter Weise ansteigt. Während dieses Verfahrensschrittes diffundiert das Gold der Schicht 30 durch den vorher mit Kobalt (oder einem anderen geeigneten Metall) diffundierten Bereich 25 in die Silidiumscheibe. Der mit Gold diffundierte Bereich 35 (Fig. lh) wird also dicker gemacht als der mit Kobalt diffundierte Bereich 25 und reicht der Dicke nach durch die Schicht 14 bis mindestens zum pn-übergang 16 und vorzugsweise bis zu den pn-übergangen 15 und 21. Die Dauer dieses Diffusionsschrittes wird vorzugsweise so groß gewählt, daß die die Trägerlebensdauer herabsetzende Substanz, also im vorliegenden Falle Gold, der Dicke nach durch die ganze Halbleiterscheibe diffundieren kann.
Die Halbleiterscheibe wird anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Um die besten Ergebnisse und die geringstmögliche Zunahme des spezifischen Widerstandes der Scheibe zu erreichen, soll die Abkühlgeschwindigkeit 200 0C pro Minute nicht übersteigen. Vorzugsweise wird die Halbleiterscheibe jedoch noch wesentlich langsamer abgekühlt, nämlich mit einer Abkühlgeschwindigkeit von etwa 1 bis 10 0C pro Minute.
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Die Oberfläche der Epitaxialschicht 13 wird nun in irgend einer geeigneten Weise abgedeckt, z.B. mittels einer nicht dargestellten Photoätzschutzschicht. Die Oberfläche der Epitaxialschicht 14 wird ganz mit einer Elektrodenschicht 33 (Fig. lh) aus Metall überzogen. Auf einem Teil der Epitaxialschicht 13 wird eine Metallelektrode niedergeschlagen und auf einem anderen Teil der Epitaxialschicht 13 um die Elektrode 31 und in Kontakt mit der ringförmigen n-Zone 20 wird eine ringförmige Metallelektrode 32 niedergeschlagen. Die Elektroden 31* 32, 33 bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Metall oder der gleichen Le- ^ gierung und xierden gleichzeitig aufgebracht. Beim vorliegenden Beispiel bestehen die Elektroden 31» 32, 33 ai*s Nickel und werden durch ein übliches Elektroplattierverfahren aufgebracht. Anschließend können die Elektroden 31» 32, 33 mit einem nicht dargestellten Überzug aus einem Metall, wie Blei oder dgl., versehen werden, um das Anbringen von elektrischen Anschlußleitungen zu erleichtern.
Die Halbleiterscheibe wird nun in einzelne Systeme oder Einheiten 40 (Pig. Ij) unterteilt, die beim vorliegenden Beispiel jeweils etwa 1,25 χ 1,25 mm groß sind. Die Metallschicht 33 der einzelnen Einheiten wird jeweils mit einer Metallgrundplatte 45 verbunden und an den Elektroden ä 31, 32 werden Anschlußdrähte 41 bzw. 42 angebracht, beispielsweise durch Thermokompression. Im Betrieb dient die Grundplatte 45 als Anodenanschluß, der Anschlußdraht41 als Kathodenanschluß und der Draht 42 als Steueranschluß.
Der Leitungstyp der verschiedenen Zonen dieses Ausführungsbeispiels kann selbstverständlich umgekehrt werden, wenn man jeweils geeignete Akzeptoren und Donatoren verwendet.
Die vorteilhaften Eigenschaften des gemäß diesem Beispiel hergestellten gesteuerten Siliciumgleichrichters sind eingangs bereits erwähnt worden.
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Beispiel II
Beim vorangehenden Beispiel wurde ein Halbleiterkörper aus n-Silicium verwendet und mit Epitaxialverfahren gearbeitet. Bei diesem Beispiel werden ein p-leitender Halbleiterkörper und Diffusionsverfahren benützt.
Als erstes wird ein Halbleiterkörper 10' mit zwei entgegengesetzten Hauptflächen 11', 12' hergestellt, wie ^ Fig. 2a zeigt. Bei diesem Beispiel besteht der Halbleiterkörper 10' aus einem p-leitenden Einkristall einer SiIicium-Germanium-Legierung. Für den vorliegenden Zweck wird eine siliciumreiche Legierung bevorzugt.
Der Halbleiterkörper 10' wird in Dämpfen eines Dotierungsstoffes erhitzt, der im Halbleiterkörper den entgegengesetzten Leitungstyp zu erzeugen vermag. Da der Halbleiterkörper beim vorliegenden Beispiel p-leitend ist, wird als Dotierungsstoff ein Donator, wie Arsen oder Phosphor, verwendet. Der Halbleiterkörper 10' wird hier etwa zehn Stunden bei etwa 1250 0C in Phosphorpentoxyddämpfen erhitzt, um zwei mit Phosphor diffundierte n-Zonen 13', " 14' (Fig. 2b) angrenzend an die Hauptflächen 11», 12· zu bilden. Die Zonen 13', I^' sind vorzugsweise etwa 12,5 bis 75/um dick. Zwischen den η-leitenden, diffundierten Zonen 13', 14' und dem p-leitenden Rest des Halbleiterkörper 10 entstehen pn-übergänge 15' bzw. 16·. Der Aufbau der in Fig. 2b dargestellten Halbleiterscheibe entspricht nun dem der in Fig. Ib dargestellten Halbleiterscheibe mit der Ausnahme, daß die verschiedenen Zonen den entgegengesetzten Leitungstyp haben. Die in Fig. 2b dargestellte Scheibe hat eine pnp-Struktur, während die in Fig. Ib dargestellte Scheibe eine npn-Struktur hat. Die
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übrigen Verfahrensschritte dieses Beispiels können daher unter Bezugnahme auf die Figuren Ic bis Ij beschrieben werden.
Auf den Scheibenflächen 11, 12 werden nun Abdeckschichten 17 bzw. IS (Fig. Ic) gebildet. Wenn diese Abdeckschichten nicht durch thermische Oxydation des Scheibenmaterials erzeugt werden können, werden andere Abdeckmaterialien., wie Kagnesiumoxyd, verwendet. Eine andere liögliehkeit besteht darin, eine organishe Siloxanverbindung thermisch zu zersetzen und die Zersetzungsprodukte ^
in Form eines Strahles auf die Halbleiterscheibe zu leiten, wodurch diese mit Siliciumoxyd überzogen wird.
Die weitere Fertigung des Bauelements verläuft ähnlich wie beim Beispiel I. Es wird ein ringförmiger Bereich der Abdeckschicht 17 entfernt, so daß ein ringförmiger Teil 19 (Fig. Id) der n-Zone 13 freigelegt wird. In den freigelegten Teil öer Scheibe 10 wird dann ein Akzeptor, wie Bor oder dgl., eindiffundiert, um einen p-Bereich 20 innerhalb der n-Zone 13 und einen pn-übergang 21 zwischen dem mit Bor diffundierten Bereich 20 und dem Rest der mit Phosphor diffundierten Zone 13 zu bilden.
Die Abdeckschichten 17, 18 werden nun entfernt und f
auf den Oberflächen der Zonen 13, 14 werden Hetallschichten 22 bzw. 23 (Fig. Ic) nidergeschlagen. Bei diesem Beispiel bestehen die Metallschichten 22, 23 aus einer Kobalt-Nickel-Legierung. Die Legierung wird zweckmäßiger weise wieder durch ein stromloses Plattierverfahren aufgebracht. Der Halbleiterkörper 10 wird dann erhitzt, um die Metallschicht 22, 23 zu sintern. Ein Teil der Metallschicht 22, 23 diffundiert dabei in die Zonen 13 bzw. 14, so daß Be-
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reiche 24 bzw. 25 (Pig. If) entstehen, die mit dem Metall der Schichten diffundiert sind. Die verbliebenen Teile der gesinterten Metallschicht 22, 23 werden dann entfernt, z.B. indem die Scheibe in einer heißen wässerigen Lösung von Nickelchlorid, Kobaltchlorid und Chlorwasserstoff erhitzt wird.
Auf der Oberfläche der Zone 14 wird dann eine etwa 1 bis 200 8 dicke Goldschicht 30 (Fig. Ig) niedergeschlagen. Die Scheibe 10 wird dann in einer nichtoxydierenden Atmosphäre auf etwa 360 bis 900 0C erhitzt, um das Gold der Schicht 30 in die Scheibe einzudiffundieren und einen mit Gold diffundierten Bereich 35 in der Scheibe zu bilden. Die Scheibe 10 wird dann mit einer 200 0C pro Minute nicht übersteigenden Geschwindigkeit auf Raumtemperatur abgekühlt.
Die übrigen Verfahrensschritte, nämlich die Bildung der Elektroden 31, 32, 33 (Fig. lh) auf den Zonen 13, dem Bereich 20 bzw. der Zone 14, die Unterteilung der Scheibe in die einzelnen Einheiten, die Montage der Einheiten 40 auf Grundplatten 45 (Fig. Ij) und das Anbringen der Anschlußdrähte 41, 42 an Elektroden 31 bzw. 32 verläuft wie beim Beispiel I.
Beispiel III
Bei diesem Beispiel wird ein Halbleiterkörper 10" (Fig. 3a) aus einem η-leitenden Siliciumeinkristall hergestellt, der zwei entgegengesetzte Hauptflächen 11", 12" aufweist und einen spezifischen Widerstand von etwa 20 bis 40 Ohm-cm hat. Die Scheibe 10" ist vorzugsweise etwa 0,125
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bis 0,25 mm dick. /
Der Halbleiterkörper 10" wird nun in einer Umgebung erhitzt j die Dämpfe eines Akzeptors, wie Bor und dgl. enthält, so daß zwei mit Bor diffundierte p-Zonen 13", 14" (Fig. 3b) unmittelbar angrenzend an die Scheibenoberflächen 11", 12" gebildet werden. Bei diesem Beispiel wird der Körper 10" für etwa 20 Stunden in einer Bortrioxyddämpfe enthaltenden Stickstoffatmosphäre auf etwa 1300 0C erhitzt. Eine geeignete Borpxyddampfkonzentration in der Atmosphäre kann durch Erhitzen eines nicht dargestellten, Bortrioxyd enthaltenden Behälters auf etwa 860 0C eingestellt werden. Die so gebildeten, mit Bor diffundierten p-Zonen 13", I1J" sind etwa 44 bis 50 yum dick und die Konzentration an Boratomen beträgt an den Scheibenflächen 11", 12" etwa 2 χ 10 /cm . Die in Fig. 3b dargestellte Scheibtfe entspricht im Aufbau nun im wesentlichen der in Fig. Ib dargestellten Scheibe, so daß die übrigen Verfahrensschritte dieses Beispiels unter Bezugnahme auf die Figuren Ic bis Ij beschrieben werden können.
Die Scheibe 10 wird nun für etwa drei Stunden bei etwa 1200 0C in Dampf erhitzt. Dabei bilden sich auf den Oberflächen der mit Bor diffundierten Zonen 13, 14 SiIiciumoxydschichten 17 bzw. 18 (Fig. Ic). Ein ringförmiger Teil der Siliciumoxydschicht 17 wird mit Hilfe eines üblichen Maskier- und Ätzverfahrens entfernt, so daß ein entsprechender Teil der mit Bor diffundierten Zone 13 freigelegt wird (Fig. Id). Die Scheibe 10 wird dann etwa 1,5 Stunden bei etwa 1225 C in Phosphorpentoxyddämpfen erhitzt, um einen mit Phosphor diffundierten n-Bereich 20 innerhalb der mit Bor diffundierten Zone 13 zu bilden.
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An der Grenze zwischen dem n-Bereich 20 und der p-Zone 13 entsteht ein pn-übergang 21.
Die Siliciumoxydschichten 17, 18 werden dann entfernt, indem die Scheibe mit einer wässerigen Flußsäurelösung behandelt wird. Nun werden auf den Oberflächen der Zonen 13, 14 durch Elektroplattieren Nickelschichten 22, 23 niedergeschlagen. Die Scheibe wird dann in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre bei etwa 850 C erhitzt, um die Nickelschichten 22, 23 zu sintern. Ein Teil des Nickels diffundiert dabei aus den Schichten 22, 23 in die Zonen 13 bzw. Ik3 wobei mit Nickel diffundierte Bereiche 24, 25 (Pig. If) entstehen.
Die Scheibe 10 wird dann für etwa 1 bis 30 Minuten in einer kochenden Lösung von Nickelchlorid und Chlorwasserstoff erhitzt, um die gesinterten Nickelschichten 25> 27 zu entfernen. Auf der Oberfläche der Zone 14 wird anschließend eine etwa 1 bis 200 8 dicke Goldschicht 30 (Pig. Ig) niedergeschlagen. Die Scheibe wird dann für etwa 0,25 bis 5 Stunden bei etwa 860 0C bis 900 0C in einer nichtoxydierenden Umgebung erhitzt. Die Goldschicht 30 diffundiert dabei in die Scheibe und bildet in dieser einen mit Gold diffundierten Bereich 35· Bei diesem Beispiel reicht der mit Gold diffundierte Bereich 25 der Dicke nach ganz durch den Halbleiterkörper 10. Der Halbleiterkörper 10 wird dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von höchstens 200 0C pro Minute, vorzugsweise 1 bis 10 0C pro Minute auf Raumtemperatur abgekühlt. Es wurde unerwarteterweise gefunden, daß der spezifische Widerstand der Siliciumscheibe überhaupt nicht zunimmt, wenn in der beschriebenen V/eise Gold in die Scheibe eindiffundiert wird.
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Die weitere Fertigung verläuft wie bei Beispiel
Die bekannten gesteuerten Siliciumgleichrichter haben eine Ausschaltzeit von etwa 20 bis 40 Mikrosekunden. Es wurde gefunden, daß gesteuerte Siliciumgleichrichter, die gemäß diesem Beispiel hergestellt wurden, eine Aus-Gchaltzeit von etwa 2 bis 5 Mikrosekunden haben, was einer Verbesserung von etwa einer Größenordnung entspricht.
Daß auch die Sperrfähigkeit von gesteuerten SiIiciumgleichrichtern, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, wesentlich höher ist als die bekannter gesteuerter Siliciumgleiclirichter, wurde oben schon erwähnt. Die M bekannten gesteuerten Siliciumgleichrichter haben eine Sperrspannung von etwa 800 Volt, während Bauelemente gemäß der Erfindung einer Sperrspannung von etwa 1000 Volt standzuhalten vermögen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf gesteuerte Gleichrichter beschränkt. Dasselbe Verfahren zur Herabsetzung der Minoritätsträgerlebensdauer in einem Halbleiterkörper ohne übermäßige Erhöhung des spezifischen Widerstandes dieses Körpers läßt sich auch bei der Fertigung anderer Halbleiterbauelemente wie Transistoren und Gleichrichterdioden anwenden.
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Claims (1)

  1. -•ΊΤΤ4376
    ■16-
    Pat ent ansgrii ehe ^ ^
    1. l.'ftlbleiterbnuelenent r.it einen kristallischen nckolbonf Pn if en II.-.lbleitcrl-ürj or t:ct elenen Leitun/sstyps, dor urif.i'firiKoric cn tcine beiden i:'i~uptf lichen Je eine Zone entkoiicnceeetBten Lritun/'utypn aufwoiet, dio nit elektri
    ^ ρchen Anrchlilnneri versehen runrf.. unrt ;:3t oincr "one des
    i;e{-;el.tenen Leitunt;styps, die unmittelbar r.n;;ronzcnd an die eine l.auitfli'clie in der einen Tone entiie^eri^oseteten Leituncstypa nn^eorflnot und rit einer ί elektrinchen Anschluß vergehen ist, ^1 ο ]ί e η η τ. e i c h ν e t durch Finer. unr:ittelbar m die ardore tT;mrtfl''cne (12) anrrenzenden: nit Metall cliffunrtiertm Rereich (25) und durch einen bei dieser anderen raupt flache relcr,enon Bereich (35) , der nit eine::' tue Lebensdauer von üinoritäteladun^sti·'.·/ern ir HalbloiterW>rper herabsetzenden Substanz diffundiert it;t.
    2. Ilalblftiterbauelenent nach Anspruch 1, d a -
    ψ durch γ; e Ir e η η s e i c h η e t , daß die bei-
    don Zonen (13, l'O ent.^enenr;esot?.ten Leitunpntyps diffundierte Zonen sind.
    3. Halbleiterbaueloment nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet.. daß der mit Metall diffundierte, unmittelbar an die andere Hauptfläche (12) angrenzende Bereich (25) mit Uiekel, Kobalt oder einer Ui ekel-Kobalt -Le/rierunß diffundiert ißt.
    1I. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch nekonnzeichnet, daß der
    bei der anderen *!auptfliehe (12) r,elerene Bereich (35) mit
    Unterlagen (Art. 7 SI Abs. 2 Nr. I Sitz 3 des Xnderun&age·. v. 4.9.1967)
    00983 A / 1 334 BAD ORIGHNAl
    15H376
    GoId diffundiert und dicker ist als der mit den Metall diffundierte Bereich (25).
    5. HaIb leiterbauelement nach Anspruch 1, d a dura η gekennzeichnet, daft die beiden Zonen (13, Vi) entgegengesetzten Leitunr.atypo aus Epitctxialschic.itor. boatohen.
    6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5i da - ' durch gekennzeichnet, daß sioh zwischen den beiden Lpitaxialschiehten (13, VO und dem Rest des ila Ib le it or körper 3 (10) cileiciiriohtende übersänge (15 IC) befinden und dafj ein weiterer gleichrichtender übergang (21) zwischen der Zone (20) ;;<*{*ebenen Leitun&Qtype und der einen :^=itaxialschicht (13) vorhanden, ist.
    7. Vorfahren zun herstellen einen Iialbloiterbaueler.entij nitch Anspruch 1, dadurch g e k e η η -
    a ο i c h net, <3aß auf eine HauptflMche einer L'alblei teracheibe ein Fetallüberzu,'.; niedei'teschlaiion wird, daß fJie Scheibe solani:e und bo hoch erhitst r.;ird, daß der Me- f
    tallüberzu;: nintert, ein Teil davon in die Scheibe ein-· diffundiert un5 ar-srenzenr) an die betreffende Ilauptflüche ein "lit Hetall diffundierter Hör ei eh entsteht . daß der Gesinterte !"etalldberzuß von der rauptfleiche der Scheibe entfernt wird 4 da?» auf der betreffenden Hauptfläche eine dilnne "chicht einer Subctanz niedergenchla^en wird., die die Tr überleb en η d au er in der 3cheibe herabsetzt, daj?. die Scheibe erhitzt wird , um dieee Substanz durch Jen mit Ke-1' tall diffundierten Bereich in die Scheibe einzudiffundieren, und daß die Goheibe r.it einer üeßohwindlgkeit von höchstens 200 0C pro Minute auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
    BAD ORlGHNAL
    009834/133-4
    B. Vorfahren nach Anspruch 7 · d. a ti u r c h gekennzeichnet. daP> -ler MetallUbersur; auf beide fiauptf lochen der Scheibe aufgebracht wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 7 oder p ri a el u r c h -; e k e η η ε e I c h η ο t. ΦιΡ dif> Scho5.be ,Tiit einer üeschv/iririigV-eit von efcv/a 1 bis 10 0C pro Minute auf Raun-8bi.-ei:'ihlt vird,
    10. Verfahren nach Anspruch 7, Roior P ... dadurch t, β k e η η ζ e i c ti η e t , daß der f·?; tallüberzug unter Verwendung von Nickel, Kobalt oder einer liickel-Kobalt Legierung hergestellt v/irri,
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis; 1·";, dadurch ^eI-. onnaeich net daft ai die die Lebensdauür herabsetzende Subi^tanz Gold vorwendet wird.
    BAD ORIGHMAL 009834/1334
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