DE1514376B2 - Halbleiterbauelement und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Halbleiterbauelement und verfahren zu seiner herstellung

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Description

I 514 376
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen, kristallinen Halbleiterkörper, der eine mittlere Zone vom ersten Leitungstyp, zwei angrenzende äußere mit je einem Anschluß versehene Zonen vom zweiten, entgegengesetzten Leitungstyp und eine mit einem Anschluß versehene vierte Zone vom ersten Leitungstyp, die angrenzend an der einen Hauptfläche des Halbleiterkörpers in der einen Zone vom zweiten, entgegengesetzten Leitungstyp angeordnet ist, enthält. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Halbleiterbauelementes.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind gesteuerte Gleichrichter (Thyristoren).
Es ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 171 536 bekannt, Halbleiterbauelemente mit Titan, Nickel oder Kupfer zu dotieren, um die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger herabzusetzen und dadurch die Hochfrequenzeigenschaften des Halbleiterbauelements zu verbessern.
Aus der Zeitschrift »Physical Review«, Bd. 111 (1958), Nr. 6, S. 515 bis 518, ist ferner bekannt, daß Gold die Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern in p- und η-leitendem Silicium herabsetzt.
Bisher trat bei der Dotierung von Halbleitermaterialien mit Dotierungsstoffen, die die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger herabsetzen, im allgemeinen eine unerwünschte Erhöhung des spezifischen Widerstandes des Halbleitermaterials auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement anzugeben, in dem die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger klein ist, ohne daß dabei eine nennenswerte Erhöhung des spezifischen Widerstandes des Halbleitermaterials ir* Kauf genommen werden müßte.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß je ein an den beiden gegenüberliegenden Hauptflächen des Halbleiterkörpers angrenzender Bereich mit Nickel, Kobalt oder einer Nickel-Kobalt-Legierung dotiert ist und daß ein weiterer mit einer die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger herabsetzenden Substanz dotierter Bereich angrenzend an die der vierten Zone gegenüberliegende Hauptfläche des Halbleiterkörpers vorgesehen ist, dessen Schichtdicke größer als die des mit Nickel und/oder Kobalt dotierten Bereichs ist.
Bei einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen des vorliegenden Halbleiterbauelements wird auf beide Hauptflächen einer Halbleiterscheibe ein Überzug aus Nickel, Kobalt oder einer Nickel-Kobalt-Legierung niedergeschlagen, die Halbleiterscheibe wird danach so lange und so hoch erhitzt, daß der Überzug sintert und ein Teil des Überzuges in die Halbleiterscheibe eindiffundiert, so daß angrenzend an die beiden Hauptflächen mit Kobalt und/oder Nickel dotierte Bereiche entstehen, anschließend wird der gesinterte Überzug wieder von der Oberfläche der Scheibe entfernt, auf der einen Hauptfläche der Scheibe wird dann eine dünne Goldschicht niedergeschlagen, die Halbleiterscheibe wird dann erneut erhitzt, um das Gold über den mit Kobalt und/oder Nickel diffundierten Bereich hinaus und die Halbleiterscheibe einzudiffundieren, und die Halbleiterscheibe wird schließlich mit einer Geschwindigkeit von höchstens 200° C, vorzugsweise einer Geschwindigkeit von etwa 1 bis 10° C pro Minute auf Raumtemperatur abgekühlt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie die Herstellung von gesteuerten Gleichrichtern mit überraschend hoher Sperrspannung ermöglicht.
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert, es zeigen
ίο Fig. la bis Ij Querschnittsansichten einer Halbleiterscheibe während aufeinanderfolgender Herstellungsstufen eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 2 a und 2 b Querschnittsansichten einer HaIbleiterscheibe während aufeinanderfolgender Herstellungsstufen bei der Herstellung eines anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung und
F i g. 3 a und 3 b Querschnittsansichten einer Halbleiterscheibe während aufeinanderfolgender Herstellungsstufen bei der Herstellung eines dritten Ausführungsbeispieles.
Beispiel I
Als erstes wird ein scheibenförmiger Körper 10 aus einem kristallischem Halbleitermaterial, wie Silicium, einer Silicium-Germanium-Legierung u. dgl. hergestellt, der zwei entgegengesetzte Hauptflächen 11, 12 hat, wie Fig. la zeigt. Größe, Form, Zusammensetzung, Leitungstyp uifd spezifischer Widerstand des Halbleiterkörpers 10 sind nicht wesentlich. Bei dem vorliegenden Beispiel besteht der Halbleiterkörper 10 aus einem p-leitenden Siliciumeinkristall, der 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 bzw. 0,125 bis 0,25 mm betragen. In der Praxis wird mittels des Körpers 10 gleichzeitig eine größere Anzahl von Bauelementen hergestellt. Bei F i g. 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 F i g. 1 a 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 (F i g. 1 b), die aus monokristallinem Silicium eines dem Leitungstyp der ursprünglichen Scheibe entgegengese;.-ten Leitungstyps auf den Scheibenflächen 11, 12 g- ■ züchtet. Da der ursprüngliche Körper 10 bei dem vorliegenden Beispiel p-leitend ist, bestehen die Epitaxieschichten 13, 14 aus n-Silicium. Die genaue Dicke der Epitaxialschichten 13, 14 ist nicht sehr wesentlieh, ein geeigneter Wert ist etwa 12,5 bis 75 um. An den Übergängen zwischen dem ursprünglichen Körper 10 und den Epitaxialschichten 13, 14 entstehen gleichrichtende pn-Übergänge 15 bzw. 16. In der Beschreibung der folgenden Verfahrensstufen soll unter dem Begriff »Scheibe« der Halbleiterkörper 11) und die zusätzlichen Epitaxialschichten 13, 14 vorstanden werden.
Auf der Oberfläche der Epitaxialschichten 13, 14
3 4
werden dann Maskierungs- oder Abdeckschichten 17 Lösung eines Metallchlorides, wie Zink- oder Nickelbzw. 18 (Fig. 1 c) niedergeschlagen. Die Abdeck- chlorid, in Salzsäure solange behandelt, bis alles überschichten 17, 18 bestehen aus einem inerten Material, schüssige Metall von der Oberfläche der Halbleiterdas das Eindiffundieren eines Dotierungsstoffes in die scheibe entfernt ist. Dies läßt sich gewöhnlich in Halbleiterscheibe verlangsamt oder verhindert. Die 5 einer Zeitspanne zwischen etwa 1 und 30 Minuten Abdeckschichten 17, 18 können aus Siliciumoxid erreichen. Bei dieser Behandlung wird alles überbestehen und durch Erhitzen der Scheibe in Dämpfen schüssige Material der Schichten 22, 24, das nicht in einer Siloxanverbindung hergestellt werden. Wenn die die Scheibe 10 und die Schichten 13,14 eindiffundiert Halbleiterscheibe aus Silicium besteht, wie es beim ist, entfernt. Angrenzend an die Oberfläche der Epitvorliegenden Beispiel der Fall ist, können die SiIi- io axialschichten 13, 14 werden also auf diese Weise ciumoxidschichten 17, 18 auch dadurch gebildet wer- zwei mit Kobalt diffundierte Bereiche 24,25 (F i g. 1 f) den, daß die Scheibe mehrere Stunden in einer Sauer- gebildet. Der mit Kobalt diffundierte Bereich 24 stoff und/oder Wasserdampf enthaltenden Umgebung reicht sowohl über die mit Bor (oder Phosphor) diferhitzt wird. fundierte Zone 20 als auch den Rest der Epitaxial-
Von der einen Siliciumoxidschicht 17 auf der Ober- 15 schicht 13.
fläche der Epitaxialschicht 13 wird durch irgendein Vorzugsweise wird die Scheibe 10 nun mit einer
gegeignetes Verfahren, z. B. Läppen, Schleifen oder Flußsäurelösung behandelt, um Oxide zu entfernen,
Abdecken und Ätzen, ein ringförmiger Bereich ent- die sich etwa auf der Scheibenoberfläche gebildet
fernt, so daß ein ringförmiger Teil 19 (Fig. Id) der hatten.
Epitaxialschicht 13 freigelegt wird. Die Scheibe wird 20 Auf der Oberfläche der Epitaxialschicht 14 wird dann in Dämpfen eines Dotierungsstoffes erhitzt, der nun eine dünne Schicht 30 (Fig. 1 g) aus einer Subder aus Halbleitermaterial bestehenden Schicht 13 stanz niedergeschlagen, die im Halbleiterkörper 10 den Leitungstyp des ursprünglichen Körpers 10 zu die Trägerlebensdauer herabsetzt. Da der Halbleiterverleihen vermag. Da der Körper 10 im vorliegenden körper 10 beim vorliegenden Beispiel aus Silicium be-Falle aus p-Silicium besteht, wird die Scheibe in 25 steht, kann für die Schicht 30 Gold verwendet werden, Dämpfen eines Akzeptors, z. B. Bortrioxid B2O3 das vorzugsweise durch Aufdampfen niedergeschlaod. dgl. erhitzt. Hierbei diffundiert Bor in den frei- gen wird. Die Schicht 30 ist vorzugsweise mindegelegten Teil der Epitaxialschicht 13, während die stens 1 und höchstens 200 Ä dick. Die Halbleiter-Siliciumoxidschicht 18 und der Rest der Siliciumoxid- scheibe wird nun für etwa 1A bis 5 Stunden in einer schicht 17 als Maske dienen und die Eindiffusion von 30 nichtoxydierenden Umgebung erhitzt. Es wurde ge-Bor in die abgedeckten Teile verhindern. Durch funden, daß die Temperatur bei diesem Erhitzungsdiesen Verfahrensschritt wird eine dünne, ringförmige schritt in engen Grenzen zwischen 860 und 900° C mit Bor diffundierte p-Zone 20 in der Schicht 13 un- gehalten werden muß, um otimale Ergebnisse zu ermitelbar angrenzend an den freigegelegten Ober- halten, nämlich einen möglichst geringen Anstieg des flächenteil 19 gebildet. Die mit Bor diffundierte Zone 35 spezifischen Widerstandes der Scheibe. Bei niedrige-20 ist dünner als die η-leitende Epitaxialzone 13. An ren Temperaturen diffundiert nicht genug Gold in die der Grenze zwischen der mit Bor diffundierten Scheibe, während bei höheren Temperaturen der p-Zone 20 und dem Rest der η-leitenden Epitaxial- spezifische Widerstand der Scheibe rasch und in schicht 13 entsteht ein gleichrichtender pn-Über- unerwünschter Weise ansteigt. Während dieses Vergang 21. 40 fahrensschrittes diffundiert das Gold der Schicht 30
Die Abdeckschichten 17, 18 werden nun entfernt. durch den vorher mit Kobalt (oder einem anderen Wenn die Schichten 17, 18 wie bei diesem Beispiel geeigneten Metall) diffundierten Bereich 25 in die aus Siliciumoxid bestehen, werden sie zweckmäßiger- Siliciumscheibe. Der mit Gold diffundierte Bereich weise durch Behandlung der Scheibe mit einer wässe- 35 (Fig. lh) wird also dicker gemacht als der mit rigen Flußsäurelösung abgeätzt. Auf der Oberfläche 45 Kobalt diffundierte Bereich 25 und reicht der Dicke der Epitaxialschichten 13, 14 werden nun dünne Me- nach durch die Schicht 14 bis mindestens zum tallschichten 22 bzw. 23 (Fig. 1 e) niedergeschlagen. pn-übergang 16 und vorzugsweise bis zu den Die Metallschichten 22, 23 können zweckmäßiger- pn-Übergängen 15 und 21. Die Dauer dieses Diffuweise aus Nickel, Kobalt oder deren Legierungen be- sionsschrittes wird vorzugsweise so groß gewählt, daß stehen und beispielsweise durch Aufdampfen, Auf- 50 die die Trägerlebensdauer herabsetzende Substanz, spritzen, Elektroplattieren oder stromloses Plattieren also im vorliegenden Falle Gold, der Dicke nach niedergeschlagen werden. Bei dem vorliegenden Bei- durch die ganze Halbleiterscheibe diffundieren kann, spiel bestehen die Metallschichten 22, 23 aus Kobalt, Die Halbleiterscheibe wird anschließend auf Raumsind etwa 0,25 bis 12,5 μΐη dick und werden durch temperatur abgekühlt. Um die besten Ergebnisse und ein stromloses Plattierungsverfahren aufgebracht. 55 die geringstmögliche Zunahme des spezifischen
Die Halbleiterscheibe wird nun etwa 1A* bis Widerstandes der Scheibe zu erreichen, soll die Ab-1 Stunde in einer nichtoxydierenden Umgebung auf kühlgeschwindigkeit 200° C pro Minute nicht übereine Temperatur von etwa 850° C erhitzt. Die Um- steigen. Vorzugsweise wird die Halbleiterscheibe jegebung kann ein inertes Gas, wie Argon, Stickstoff doch noch wesentlich langsamer abgekühlt, nämlich u. dgl., oder ein reduzierendes Gas, wie Formiergas, 60 mit einer Abkühlgeschwindigkeit von etwa 1 bis Wasserstoff u. dgl. sein. Während dieses Verfahrens- 10° C pro Minute.
Schrittes werden die Metallschichten 22, 23 gesintert Die Oberfläche der Epitaxialschicht 13 wird nun
und diffundieren in den Halbleiterkörper 10, wo sie in irgendeiner geeigneten Weise abgedeckt, z. B.
ähnlich wie ein Getter zu wirken scheinen und wie mittels einer nicht dargestellten Photoätzschutz-
eine Senke wirken, in die einige der im Halbleiter- 65 schicht. Die Oberfläche der Epitaxialschicht 14 wird
körper 10 und den Epitaxialschichten 13, 14 vorhan- ganz mit einer Elektrodenschicht 33 (F i g. 1 h) aus
denen Verunreinigungen diffundieren können. Der Metall überzogen. Auf einem Teil der Epitaxialschicht
Halbleiterkörper 10 wird nun mit einer kochenden 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 Legierung und werden gleichzeitig aufgebracht. Beim vorliegenden Beispiel bestehen die Elektroden 31, 32, 33 aus 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 od. dgl., versehen werden, um das Anbringen von elektrischen Anschlußleitungen zu erleichtern.
Die Halbleiterscheibe wird nun in einzelne Systeme oder Einheiten 40 (Fig. 1 j) unterteilt, die beim vorliegenden Beispiel jeweils etwa 1,25 · 1,25 mm groß sind. Die Metallschicht 33 der einzelnen Einheiten wird jeweils mit einer Metallgrundplatte 45 verbunden, und an den Elektroden 31, 32 werden Anschlußdrähte 41 bzw. 42 angebracht, beispielsweise durch Thermokompression. Im Betrieb dient die Grundplatte 45 als Anodenanschluß, der Anschlußdraht 41 als Kathodenanschluß und der Draht 42 als Steueranschluß.
Der Leitungstyp der verschiedenen Zonen dieses Ausfuhrungsbeispiels 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.
Beispiel II
35
Beim vorangehenden Beispiel wurde ein Halbleiterkörper aus n-Silicium verwendet und mit Epitaxialverfahren gearbeitet. Bei diesem Beispiel werden ein p-leitender Halbleiterkörper und Diffusionsverfahren benutzt.
Als erstes wird ein Halbleiterkörper 10' mit zwei entgegengesetzten Hauptflächen 11', 12' hergestellt, wie F i g. 2 a zeigt. Bei diesem Beispiel besteht der Halbleiterkörper 10' aus einem p-leitenden Einkristall einer Silicium-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 10 Stunden bei etwa 1250° C in Phosphorpentoxiddämpfen erhitzt, um zwei mit Phosphor diffundierte n-Zonen 13', 14' (Fig. 2b) angrenzend an die Hauptflächen 1Γ, 12' zu bilden. Die Zonen 13', 14' sind vorzugsweise etwa 12,5 bis 75 μΐη dick. Zwischen den η-leitenden, diffundierten Zonen 13', 14' und dem p-leitenden Rest des Halbleiterkörpers 10 entstehen pn-Übergänge 15' bzw. 16'. Der Aufbau der in Fig. 2b dargestellten Halbleiterscheibe entspricht nun dem der in F i g. 1 b 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 übrigen Verfahrensschritte dieses Beispiels können daher unter Bezugnahme auf die F i g. 1 c bis 1 j beschrieben werden.
Auf den Scheibenflächen 11, 12 werden nun Abdeckschichten 17 bzw. 18 (F i g. 1 c) gebildet. Wenn diese Abdeckschichten nicht durch thermische Oxydation des Scheibenmaterials erzeugt werden können, werden andere Abdeckmaterialien, wie Magnesiumoxid, verwendet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine organische Siloxanverbindung thermisch zu zersetzen und die Zersetzungsprodukte in Form eines Strahles auf die Halbleiterscheibe zu leiten, wodurch diese mit Siliciumoxid 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 (F i g. 1 d) der n-Zone 13 freigelegt wird. In den freigelegten Teil der Scheibe 10 wird dann ein Akzeptor, wie Bor od. dgl., eindiffundiert, um einen p-Bereich20 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 auf den Oberflächen der Zonen 13,14 werden Metallschichten 22 bzw. 23 (Fi g. 1 c) niedergeschlagen. Bei diesem Beispiel bestehen die Metallschichten 22, 23 aus einer Kobalt-Nickel-Legierung. Die Legierung wird zweckmäßigerweise 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 Bereiche 24 bzw. 25 (F i g. 1 f) 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, Kobaldchlorid und Chlorwasserstoff erhitzt wird.
Auf der Oberfläche der Zone 14 wird dann eine etwa 1 bis 200 A dicke Goldschicht 30 (F i g. 1 g) niedergeschlagen. Die Scheibe 10 wird dann in einer nichtoxydierenden Atmosphäre auf etwa 860 bis 9000C 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° C pro Minute nicht übersteigenden Geschwindigkeit auf Raumtemperatur abgekühlt.
Die übrigen Verfahrensschritte, nämlich die Bildung der Elektroden 31, 32, 33 (F i g. 1 h) 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" (F i g. 3 a) aus einem η-leitenden Siliciumkristall 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 bis 0,25 mm dick.
Der Halbleiterkörper 10" wird nun in einer Umgebung erhitzt, die Dämpfe eines Akzeptors, wie Bor

Claims (6)

u. dgl. enthält, so daß zwei mit Bor diffundierte p-Zonen 13", 14" (F i g. 3 b) unmittelbar angrenzend an die Scheibenoberflächen 11", 12" gebildet werden. Bei diesem Beispiel wird der Körper 10" für etwa 20 Stunden in einer Bortrioxiddämpfe enthaltenden Stickstoffatmosphäre auf etwa 13000C erhitzt. Eine geeignete Boroxiddampfkonzentration in der Atmosphäre kann durch Erhitzen eines nicht dargestellten, Bortrioxid enthaltenden Behälters auf etwa 8600C eingestellt werden. Die so gebildeten, mit Bor diffundierten p-Zonen 13", 14" sind etwa 44 bis 50 μΐη dick, und die Konzentration an Boratomen beträgt an den Scheibenflächen 11", 12" etwa 2 · 1018/cm3. Die in F i g. 3 b dargestellte Scheibe entspricht im Aufbau nun im wesentlichen der in Fig. Ib dargestellten Scheibe, so daß die übrigen Verfahrensschritte dieses Beispiels unter Bezugnahme auf die F i g. 1 c bis Ij beschrieben werden können. Die Scheibe 10 wird nun für etwa 3 Stunden bei etwa 1200° C in Dampf erhitzt. Dabei bilden sich auf den Oberflächen der mit Bor diffundierten Zonen 13, 14 Siliciumoxidschichten 17 bzw. 18 (Fig. 1 c). Ein ringförmiger Teil der Siliciumoxidschicht 17 wird mit Hilfe eines üblichen Maskier- und Atzverfahrens entfernt, so daß ein entsprechender Teil der mit Bor diffundierten Zone 13 freigelegt wird (Fig. 1 d). Die Scheibe 10 wird dann etwa 1,5 Stunden bei etwa 12250C in Phosphorpentoxiddämpfen erhitzt, um einen mit Phosphor diffundierten n-Bereich 20 innerhalb der mit Bor diffundierten Zone 13 zu bilden. An der Grenze zwischen dem n-Bereich 20 und der p-Zone 13 entsteht ein pn-übergang 21. Die Siliciumoxidschichten 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 8500C erhitzt, um die Nickelschichten 22, 23 zu sintern. Ein Teil des Nickels diffundiert dabei aus den Schichten 22, 23 in die Zonen 13 bzw. 14, wobei mit Nickel diffundierte Bereiche 24, 25 (F i g. 1 f) 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 A dicke Goldschicht 30 (F i g. 1 g) niedergeschlagen. Die Scheibe wird dann für etwa 0,25 bis 5 Stunden bei etwa 860 bis 9000C 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 2000C pro Minute, vorzugsweise 1 bis 100C pro Minute auf Raumtemperatur abgekühlt. Die weitere Fertigung verläuft wie bei Beispiel I. 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 Ausschaltzeit 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 Siliciumgleichrichter, wurde oben schon erwähnt. Die 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. Patenansprüche:
1. Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen, kristallinen Halbleiterkörper, der eine mittlere Zone vom ersten Leitungstyp, zwei angrenzende äußere mit je einem Anschluß versehene Zonen vom zweiten, entgegengesetzten Leitungstyp und eine mit einem Anschluß versehene vierte Zone vom ersten Leitungstyp, die angrenzend an der einen Hauptfläche des Halbleiterkörpers in der einen Zone vom zweiten, entgegengesetzten Leitungstyp angeordnet ist, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß je ein an den beiden einander gegenüberliegenden Hauptflächen des Halbleiterkörpers angrenzender Bereich (24, 25) mit Nickel, Kobalt oder einer Nickel-Kobalt-Legierung dotiert ist und daß ein weiterer, mit einer die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger herabsetzenden Substanz dotierter Bereich (35) angrenzend an die der vierten Zone gegenüberliegenden Hauptfläche des Halbleiterkörpers vorgesehen ist, dessen Schichtdicke größer als die des mit Nickel und/oder Kobalt dotierten Bereichs (25) ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger herabsetzende Substanz Gold verwendet ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zonen (13,14) des entgegengesetzten Leitungstyps diffundierte Zonen sind.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zonen (13, 14) entgegengesetzten Leitungstyps aus Epitaxialschichten bestehen.
5. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf beide Hauptflächen einer Halbleiterscheibe (Fig. 1 g) ein Überzug (23) aus Nickel, Kobalt oder einer Nickel-Kobalt-Legierung niedergeschlagen wird, daß die Halbleiterscheibe danach so lange und so hoch erhitzt wird, daß der Überzug sintert und ein Teil des Überzuges in die Halbleiterscheibe eindiffundiert, so daß angrenzend an die beiden Hauptflächen mit Kobalt und/oder Nickel dotierte Bereiche (24, 25) entstehen, daß anschließend der gesinterte Überzug wieder von der Oberfläche der Scheibe entfernt wird, daß auf der einen Hauptfläche der
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Scheibe dann eine dünne Goldschicht (30) niedergeschlagen wird, daß die Halbleiterscheibe erneut erhitzt wird, um das Gold über den mit Kobalt und/oder Nickel diffundierten Bereich (25) hinaus in die Halbleiterscheibe einzudiffundieren und daß die Halbleiterscheibe schließlich
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mit einer Geschwindigkeit von höchstens 2000C pro Minute auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 bis 1O0C pro Minute auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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