DE1789021C3 - Zenerdiode und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Zenerdiode und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
mit .ν = log
N
2-10ls
2-10ls
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Störstellcnkonzentration N in der ersten Zone so gewählt wird, daß die Beziehung
zwischen der Zenerdurchbruchspannung V, und der Verunreinigungskonzentration N in
dieser Zone gegeben ist durch die Beziehung
log V, ■-- (-0,075 .v2 ■+ 0.31 χ - 1.17)-*.
mit .v
log
N
2-10·*
2-10·*
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 850 und 1100" C vorgenommen
wird.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 1050 und 1350" C vorgenommen
wird.
15. Verfahren nach einem der Anspruches
bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis der Siliziumverbindung zu dem Trägergas
zwischen 0,02 und 0.05 gewählt wird.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zenerdiode, die aus zwei aneinandergrenzenden halblcitcnden
Zonen entgegengesetzten Leitungstyps Hufgebaut ist, wobei die zweite Zone eine höhere Störstellenkonzentraition
aufweist als die erste Zone und auf einer ebenen und glatten Fläche der ersten Zone aufgebracht
ist, und wobei der von den beiden Zonen gebildete
f>n-Übergang und seine unmittelbare Umgebung einen
tür Erzeugung des Zenerdurchbruchs am pn-übergang ausreichend hohen Störstellenkonzentrationsgradienten
aufweisen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Zenerdiode.
Bisher bedient man sich zur Herstellung des ρκ-Übergangs
von Zenerdioden entweder der Legierungsmethode oder der Diffusionsmethode. Dabei wird die
Legierungsmc ihode für die Herstellung von Zenerdioden
mit niedriger Durchbruchfeldstärke und die Diffusionsmethode für die Herstellung von Zenerdioden
mit hoher Durchbruchfeldstärke eingesetzt.
Insbesondere ist die Herstellung einer Zenerdiode der eingangs genannten Art durch Anwendung der
Legierungsmethode für den pn-übergang bekannt (vgl. DT-AS 1 248 165).
Nun ist es mit Hilfe der Legierungsmethode zwar möglich, einen pn-übergang mit einem nahezu
sprunghaften Verlauf des Gradienten für die Störstellenkonzentration zu erzeugen, jedoch erweist es sich
als schwierig, eine Zenerdiode für große Ströme herzustellen, was eine breite Übergangszone verlangt, da
im Bereich des Übergangs eine hohe Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Spannungen oder Sprüngen
durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines halbleitenden Materials auf
der einen und eines legierten Bereichs auf der anderen Seite besteht.
Außerdem wird die bei der Legierungsmethode entstehende Übergangsfläche nicht eben, und es treten
lokale Defekte in der Übergangszone auf. Als Ergebnis davon neigt der Übergang zum Durchbruch,
die Stromverteilung über den Übergang wird nicht gleichmäßig, und der Reststrom über den Übergang
wird groß. Bei der Diffusionsmethode ist es ebenfalls schwierig, eine ebene Zwischenschicht für einen pnübergang
zu erzielen, da es Unvollkommcnheitcn im Mikrogefüge der Kristalle gibt und eine geringe Fluktuation
der Störstellenvcrteilung zu beobachten ist, so <~
daß lokale Durchbrüche in dem pn-übergang auftreten. Als Ergebnis davon vermindert sich die Stromstabilität,
und der Reststrom nimmt zu. Dementsprechend weisen diese Zeperdioden keine guten Durchbrucheigenschaften
auf. .ir,
Die Diffusionsmethode ist nun zwar insofern im Vorteil, als sie die obenerwähnten Mängel der Legierungsmethode
nicht aufweist, jedoch hat es sich als unmöglich erwiesen, mit Hilfe der Diffusionsmethode
Zenerdioden herzustellen, die eine Durchbruchspannung von weniger als 20 V aufweisen, da sich mit
Hilfe der Diffusionsmethode kaum ein sprungweiser Verlauf des Gradienten für die Störstellenkonzentration
im Bereich des Übergangs erzielen läßt.
Insbesondere führt beim Einsatz der Diffusionsmethode
der Umstand, daß sich nur schwer ein ausreichender Gradient für die Störstellenkonzentration
erzielen läßt und die Fläche des pn-Übergangs nicht befriedigend eben wird, zu einer Vergrößerung der
Raumladungsschicht. Dies führt wiederum zu einer Vergrößerung der dynamischen Impedanz, und dementsprechend
zeigt eine solche Zenerdiode ein nur unbefriedigend konstantes Spannungsverhalten.
Daher sind die mit den bisherigen Techniken hergestellten Zenerdioden starken Beschränkungen unterworfen.
Es ist mit diesen Methoden kaum möglich, Zenerdioden herzustellen, die den von der Schaltungsseite
her gestellten Anforderungen vollständig entsprechen, indem sie beispielsweise eine Durchbruchspannung
von weniger als 10 V und eine Leistungsaufnahme von mehr als 10 W aufweisen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Zenerdiode der eingangs genannten Ai ϊ einschließlich eines
Verfahrens zu ihrer Herstellung zu schaffen, die einen sehr geringen Reststrom und eine niedrige dynamische
Impedanz über dem pn-übergang zeigt, ferner einen hohen Strom und eine niedrige Durchbruchspannung
aufweist, außerdem in ihrer Übergangszone sich ohne Schwierigkeiten bei der Herstellung oder im Betrieb
aufweiten läßt und an die schließlich metallische Leiter angeschlossen werden können, ohne daß sich die
elektrischen Eigenschaften des pn-Übergangs verändern oder verschlechtern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest die zweite Zone durch epitaktisches
Aufwachsen aus einer eine flüchtige, leicht zersetzbare Halbleiterverbindung, vorzugsweise eine
Siliziumverbindung enthaltenden Gasphase aufgebrach· ist, daß die Störstellenkonzentration in der
ersten Zone 1 · 1017 bis 4 10'« Atome/cm:t und in
der zweiten Zone 1 · 10'" bis 1 · H)-1 Atome/cm» und
daß der Störstellenkonzentrationsgradient beim pnübergang 2 · 1021 bis 7 · 10-' Atome cm4 beträgt, und
daß die zweite Zone eine solche Dicke hat, daß eine physikalische und elektrische Beeinflussung des pn-Übcrgangs
durch die auf der zweiten Zone aufgebrachte leitende Metallschicht ausgeschlossen ist.
Daß man bisher keine Zenerdioden mit Hilfe des Verfahrens des epitaktischen Aufwachsens hergestellt
hat, obwohl das epitaktische Aufwachsen für sich bereits weit verbreitet ist, dürfte darauf zurückzuführen
sein, daß die Kenntnisse über das Durchbruchverhalten eines pn-Übergangs, der mittels epitaktischen
Aufwachsens hergestellt ist, bislang ziemlich ungenau waren. Zur Klärung waren daher umfangreiche
Forschungsarbeiten der Erfinder nötig.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Zenerdiode ist dadurch gekennzeichnet, daß ein
Einkristallplättchen aus Silizium mit einem vorgegebenen Leitungstyp und einer Störstellenkonzentration
zwischen 1 ■ 10lr und 4 ■ 10'" Atome/cm3 auf einer
Oberfläche geglättet und gereinigt und anschließend in einen mit einer Heizeinrichtung versehenen und
durch ein Trägergas gereinigten Reaktor eingebracht wird, daß in diesen Reaktor eine Siliziumverbindung
und ein Dotierungsmaterial zur Erzeugung einer epitaktischen Schicht eines dem Leitungtyp des Einkristallplättchens
entgegengesetzten Leitungstyp zusammen mit einem Trägergas eingebracht wird und daß
in dem Reaktor eine Wärmebehandlung bei einer die Zcrsetzungstemperatui der Siliziumverbindung überschreitenden
Temperatur vorgenommen wird, bei der sich durch die Zersetzung der Siliziumverbindung auf
dem Einkristallplättchen Siliziumeinkristalle mit einer Wachstumsrate von 3 bis 7 um/min abscheiden,
wobei sich zwischen der abgeschiedenen epitaktischen Schicht und dem Kristallplättchen ein pn-übergang
mit einem Gradienten der Störstcilenkonzentration zwischen 2 · 1021 bis 7 · 1023 Atome/cm4 ausbildet.
Wird als Ausgangsmaterial Monosilan SiH4 benutzt,
so ist es zweckmäßig, daß die Störstellenkonzentration N in der niederdotierten Zone so gewählt
wird, daß die Beziehung zwischen der Zenerdurchbruchspannung V2 und der Verunreinigungskonzentration
N in dieser Zone gegeben ist durch die Beziehung
log V1 = (- 0,075 χ2 + 0,31 χ + 1.17)-1. konzentration von 1 · ΙΟ17 bis 4 · 10"» Atome/cm3 auf,
und in der hochdotierten Zone 11 beträgt die Stör-
mit;c = log ——. stellenkonzeniration zwischen 2 · 10Ιβ und 1 · 102t
2 · 1018 Atome/cms, wie dies bereits oben beschrieben wor-
3 den ist. Die in ohmschem Kontakt mit der Diodcn-
Wird als Ausgangsmaterial Trichlorsilan SiHCl3 struktur stehenden leitenden Metallschichten sind da-
oder Siliziumtetrachlorid SiCl4 genommen, so ist es mit verschweißt oder daran anlegiert, wobei man sich
zweckmäßig, daß die Störsteilenkonzentration N in entweder des Aufdampfens im Vakuum oder einer
der niederdotierten Zone so gewählt wird, daß die Plattierungsmethode bedienen kann. Der pn-Über-Beziehung
zwischen der Zenerdurchbruchspannung io gang in der Diodenstruktur weist einen Gradienten
V1 und der Störstcllenkonzentration N in dieser Zone für die Störstellenkonzentration auf, der in der Grögegeben
ist durch die Gleichung ßenordnung zwischen 2 · 1021 bis 7 · 1023 Atome/cm4
log V1 = (-0,09^ + 0,29^+1,06)-·, lie£: ... ·,♦·,.** i. w
6 z v Die durch das epitaktische Aufwachsen geschaf-
_ N 15 fene hochdotierte Zone muß eine bestimmte Mindestnut
χ — log ^ ^g . dicke nabenj damit die leitenden Metallschichten ab
geschieden werden können, ohne die Arbeitsweise
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher des pn-Übergangs ungünstig zu beeinflussen. Wird
erläutert. Es zeigen nämlich ein leitendes Metall wie beispielsweise AIu-
F i g. 1 a, Ib und 1 c schematische Schnittdarstel- 20 minium oder Gold, das mit Silizium leicht legiert, der
lungen verschiedener epitaktischer Zenerdioden, hochdotierten Zone in solchem Ausmaß zulegiert,
F i g. 2 eine graphische Darstellung zur Veran- daß sich die Legierungszone bis zu dem pn-übergang
schaulichung der Strom-Spannungs-Kennlinie im hin erstreckt, so kann es dazu kommen, daß der pn-Sperrbereich
für epiiaktische Zenerdioden, Übergang kurzgeschlossen wird und kein Zenerver-
Fig. 3 a und 3b schematische Darstellungen ver- 25 hallen mehr zeigt. Bedient man sich für die Abscheischiedener
Herstellungsstufen bei dem Verfahren zur dung der leitenden Metallschichten nicht des Legie-Herstellung
von epitaktischen Zenerdioden, rungsverfahrens, sondern einer anderen Methode, wie
F i g. 4 eine schematische Darstellung einer zur beispielsweise des Aufplattierens eines Metalls wie
Durchführung des Verfahrens bevorzugten Einrich- Nickel, so geht üblicherweise dem Plattieren eine
tung, 30 Sandstrahlbehandlung voraus, durch die ein guter
F i g. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung elektrischer und mechanischer Kontakt zwischen dem
zwischen dem Molverhältnis MR von gasförmigem aufplattierten Metall und dem Siliziumgrundkörper
Trichlorsilan und der epitaktischen Aufwachsrate, erreicht werden soll. Auch in diesem Falle kann es zu
die sich zur Herstellung einer hochdotierten Zone für einer Verschlechterung des Zenerverhaltens kommen,
eine Zenerdiode eignet, 35 wenn sich auf die Bearbeitung zurückgehende innere
F i g. 6 eine Mikrophotographie der unterschied- Spannungen bis in den Bereich des pn-Übergangs erlichen
Grenzfläche bei pn-Übergängen, von denen der strecken. Es ist daher erforderlich, daß die hochdoobere
durch epitaktisches Aufwachsen und der untere tierte Zone im allgemeinen eine Dicke von mehr als
durch Diffusion erzeugt worden ist, 5 μΐη und insbesondere eine Dicke von mehr als
Fig. 7a und 7b Schnittdarstellungen der Raum- 40 10 um aufweist, obwohl die Anforderungen hinsichtladungsschichten
im Bereich von pn-Übergängen, die lieh der Dicke der hochdotierten Zone in Abhängigeinerseits
nach der Diffusionsmethode und anderer- keit von dem Behandlungsverfahren und der Art der
seits mittels epitaktischen Aufwachsens hergestellt Abscheidung der leitenden Metallschichten variieren,
worden sind, Insbesondere für den Fall eines ohmschen Kontaktes
Fig. 8a und 8b die Abhängigkeit der Zenerdurch- 45 muß die erforderliche Mindestdicke der hochdotierbruchspannung
von der Störstellenkonzentration der ten Zone in Abhängigkeit von der Löslichkeit des jeniederdotierten
Zone einer epitaktischen Zenerdiode, weiligen Metalls in dem Siliziumkristall festgelegt
F i g. 9 a und 9 b die Häufigkeitsverteilungen für werden.
den Zenerstrom am Beginn des Durchbruchs, die zum Eine Dicke von mehr als 10 μτη bis hinauf zu
einen an dem pn-übergang einer epitaktischen Zener- 50 50 μΐη und insbesondere in dem Bereich zwischen 15
diode und zum anderen an dem einer in üblicher und 30μΐη wird bevorzugt, wenn als Metall Alu-Weise
mittels der Diffusionsmethode hergestellten minium und als halbleitendes Material Silizium Ver-Zenerdiode
aufgenommen worden sind, und Wendung findet. Es bildet sich nämlich beispielsweise
Fig. 10 eine Häufigkeitsverteilung für die dynami- eine Legierungszone von 4 um Dicke aus, wenn ein
sehe Impedanz einer epitaktischen Zenerdiode im 55 Aluminiumfilm von 10 um Stärke auf Silizium aufge-Vergleich
zu der entsprechenden Impedanzverteilung dampft und anschließend dem üblichen Heißlegiebei
einer in üblicher Weise mittels Diffusion herge- rungsprozeß unterworfen wird. Dies bedeutet aber,
stellten Zenerdiode. daß die hochdotierte Zone mindestens 5 um stark sein
Wie man aus F i g. 1 a ersehen kann, in der die muß.
Struktur einer ernndungsgemäßen Zenerdiode sehe- 60 Sind die leitenden Metallschichten auf das zuvor
matisch veranschaulicht ist, gehören zu einer solchen dem epitaktischen Aufwachsverfahren unterworfene
Zenerdiode ein niederdotiertes Substrat 10 aus einem Kristallplättchen aufgedampft, aufplattiert oder sonst
p-leitenden Siliziumkristall, eme darauf durch epitak- niedergeschlagen und damit die elektrische Verbintisches
Aufwachsen aufgebrachte hochdotierte Zone dung vervollständigt, so wird das Kristallplättchen
11 von n-IeitendemTyp und zwei auf einander gegen- 65 ausgestanzt, so daß man eine Pille von vorgegebener
überliegenden Oberflächen der Diodenstruktur in Größe erhält, und schließlich wird die exponierte
ohmschem Kontakt aufgebrachte leitende Metall- Oberfläche des Siliziumkristalls seitlich geätzt
schichten 12. Das Substrat 10 weist eine Störstellen- Es gibt jedoch auch eine bestimmte Ohcrorcnzc füi
die Dicke der hochdotierten Zone. Diese Begrenzung ergibt sich aus dem Umstand, daß eine Erhöhung der
Dicke der hochdotierten Zone bei vorgegebener Aufwachsrate zu einer entsprechenden Verlängerung der
für das epitaktische Aufwachsen erforderlichen Zeit führt und eine derart verringerte Aufwachsperiode
unerwiinschte Abweichungen im Ausmaß des Gradienten der Störstellenkonzentralion über den pn-Übergang
von einem vorgegebenen Wert auslösen kann.
Wie Versuche der Erfinder gezeigt haben, lassen sich Zenerdioden mit dem gewünschten Durchbruch·
verhalten mit einer Ausbeute von mehr als 60°. ο erhalten, wenn die Dicke der hochdotierten Zone zwischen
10 und 45 μΐη liegt, und diese Ausbeute erhöht sich auf mehr als 95 %, wenn die Dicke der hochdotierten
Zone zwischen 20 und 30 μΐη liegt.
In F i g. 1 b ist eine zweite Ausführungsform für eine epitaktische Zenerdiode veranschaulicht, die eine
Dreischichtstruktur mit einer p+-leitenden Zone 14, einer p-leitenden Zone 10 und einer n+-leitenden
Zone 11 aufweist. Die p+-leitende Zone 14 hat eine Dicke von 100 bis 200 μπι und dient als Substrat für
das epitaktische Aufwachsen und gleichzeitig als niederohmige Schicht, mit der eine der beiden leitenden
Metallschichten 12 verbunden werden kann. Die pleitende Zone 10, die erste Zone, ist niederdotiert
durch epitaktisches Aufwachsen hergestellt und hat eine Dicke von 10 bis 30 μΐη. Die n+-leitende Zone
11, die zweite Zone, ist hochdotiert auf der p-leitenden
Zone 10 aufgebaut und enthält Störstellen, die zu einem dem p-Typ entgegengesetzten Leitungstyp führen.
Die η ~ -leitende Zone 11 hat eine Dicke von
mehr als 5 μΐη und insbesondere wie oben beschrieben
eine Dicke von mehr als 10 μΐη, um eine Beruhrung
zwischen einer Legierungszone oder dem herabhängenden Ende einer darüberliegenden leitenden
Metallschicht einerseits und dem pn-übergang andererseits.
die zu einem Kurzschluß führen könnte, auszuschließen. Wäre die Dicke der η+-leitenden
Zone 11 geringer als 4 μΐη, so würde die Legierungszone
oder die herabhängende Endkante der leitenden Metallschicht mit dem pn-übergang in Verbindung
kommen, wie dies in F i g. 1 c dargestellt ist, und es
würde sich ein Kurzschluß ergeben.
In weiteren Versuchen haben die Erfinder eine Zenerdiode der in F i g-1 b dargestellten Art mit einer
η + -leitenden Zone von mehr als 5 μΐη Dicke hinsichtlich ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie im Sperrgebiet art einer Zenerdiode mit einer η+-leitenden
Zone von weniger als 4 μΐη Dicke verglichen. Die Ergebnisse dieses Vergleichs sind in F i g. 2 veranschaulicht, aus der man ersehen kann, daß die beiden letzten Dioden ein völlig unbefriedigendes Zenerdurchbruchverhalten zeigen, das durch die Kurven 21 und ss
22 in F i g. 2 wiedergegeben wird, während die erste Diode einen scharf ausgeprägten Zenerknick zeigt,
wie dies die Kurve 23 in F i g. 2 veranschaulicht
Eine mikroskopische Untersuchung eines den pn-Obergang und den überlappenden Teil der leitenden
Metallschicht enthaltenden Abschnittes der Zenerdioden ergab den Beweis, daß dk Endkante der leitenden Metallschicht bei den beiden letzten Dioden
bis zur Berührung mit dem pn-übergang nach unten hängt, wie dies in F i g. 1 c dargestellt ist
Bei der Diode mit einer β4-leitenden Zone von
mehr als S ton Dicke dagegen erstreckt sich die herabhängende Endkante der leitenden Metallschicht
nicht bis zu dem pn-Ubergang, wie dies in F i g. 1 b
veranschaulicht ist.
Wie man aus den F i g. 3 a und 3 b sieht, wird als Substrat ein Einkristall aus Silizium verwendet und
darauf mittels epitaktischen Aufwachsens das jeweils gewünschte Halbleitermaterial niedergeschlagen. Gemaß
F i g. 3 a wird als Substrat 14 p+-leitendes SiIizium verwendet und darauf mittels epitaktischen AufWachsens
eine niederdotierte Zone 10 von p-leitendem Typ ausgebildet. Anschließend wird auf der niederdolierten
Zone 10 eine hochdotierte Zone 11 von η -leitendem Typ cpilaklisch aufgezüchtet, so daß
man einen pn-Ubergang erhält. Nachdem man in diesei-Weise
ein Siliziumplättchen mit einem pn-Übergang erzielt hat, wird auf jeder der beiden einander
gegenüberliegenden Seiten dieses Plättchen ein geeigneter metallischer Leiter 12 aufgebracht. Gut geeignet
für diesen Zweck sind Plättchen aus Nickel oder aus Nickel und Gold, da sie zu einer leichten Verschweißung
führen, jedoch sind auch andere metallische Materialien, wie Aluminium oder Gold-Anlimon-Legierungen
als solche Elektroden verwendbar.
Gemäß F i g. 3 b wird ein Kristallplättchen 10 aus Silizium, das gleichzeitig als niederdotierte Zone
dient, als Substrat verwendet und darauf mittels epitaktischen Aufwachsens eine hochdotierte Zone 11
aufgebracht. Außerdem werden in ähnlicher Weise, wie in Fig. 3 a, zwei leitende Metallplättchen 12 aufgebracht.
Bei den epitaktischen Zenerdioden erhält man die hochdotierte Zone mittels epitaktischen Aufwachsens.
Es liegt daher auf der Hand, daß die Methoden zur Herstellung der niederdotierten Zone in keiner
Weise auf die in Verbindung mit den F i g. 3 a und 3 b veranschaulichten Verfahren beschränkt sind. So
kann man beispielsweise auf einem p-leitenden Substrat eine pJ -leitende Zone mittels Diffusion herstellen.
Eine solche p+-leitende Zone stellt jedoch nicht die Zone dar, die erfindungsgemäß als hochdotierte
Zone angesprochen wird, da die Zenerdiode eine η+-p-p+-Struktur aufweist. Ebenso stellt bei
einer η+-n-p* -Struktur die η ^-leitende Zone nichl
die hochdotierte Zone im Sinne der Erfindung dar.
Man muß sich also stets vor Augen halten, da£ eine der beiden den pn-übergang bildenden Zoner
als hochdotierte Zone und die andere als niederdotierte Zone im Sinne der Erfindung anzusprecher
ist.
Das für das epitaktische Aufwachsen bevorzug verwendete Ausgangsmaterial sind Silizium verbin
düngen, wie z. B. Monosilan SiH4, Disilan Si1H,, Tri
chlorsüan SiHCL, oder Siüziumtetrachlorid StCI4, ode
Germaniumverbindungen, wie z. B. Germaniumwas serstoff GeH4, Germaniumtetrachlorid GeO4 ode;
Germaniumtetrajodid GeJ4, wie sie auch sonst be
üblichen epitaktischen Aufwachsverfahren Verwen dung finden.
Eine solche Silizium- oder Germaniumverbindunj
wird in einen Reaktor zum epitaktischen Aufwachs« eingespeist, indem man sie von etaetn Trägergas, wi
ei* a Wasserstoff oder Argon, mitnehmen läßt. D sich der Reaktor zum ephaköschea Aufwachsen au
einer Temperatur oberhaRj der Zersetzungstempera
tor der Silizium- oder Germannrmverbiudung befis
det wird diese Verbindung einer thermischen Zersd zaag oder einer Reduktion durch Wasserskiff unta
worfen, und es kommt zur Abscheidung voa SiUzhm oder GennaniumkristaBen. Der SUzhbo- oder Ge
509615/11
maniumverbindung kann ein Dotierungsmaterial, wie z. B. Phosphin PH3, Arsin AsH.,, Phosphortrichlorid
PCl3, Borchlorid BCl3 oder Diboran B2H0, in gasförmigem
Aggregatzustand beigemischt sein. Dieses Dotierungsmaterial erfährt in dem Reaktor ebenfalls
eine thermische Zersetzung oder eine Reduktion durch Wasserstoff, und es kommt zu einer Ausscheidung
von Dotierungsmaterial, das eine vorgegebene Störstellenkonzentration ergibt.
Wird als Ausgangsmaterial Monosilan SiH1 oder
Disilan Si.,He verwendet, so wird eine Reaktortemperatur
zwischen 900 und 1200 C und insbesondere zwischen 950 und 1050 C bevorzugt. Wird als Ausgangsmaterial
Trichlorsilan SiHCl3 oder Siliziumtetrachlorid SiCl4 benutzt, so wird eine Reaktortemperatur
zwischen 1100 und 1350 °C und insbesondere zwischen 1100 und 1200 C bevorzugt. Die
Reaktortemperatur, die Zerselzungsdauer, die Konzentration MR an Ausgangsmatcrial und die Speiscrate
für das epitaktische Aufwachsen müssen sehr gcnau gewählt werden, da diese Größen nicht nur die
Aufwachsrate der epitaktischen Schicht, sondern ebenso das Ausmaß des Gradienten der Störstellenkonzentration
über den pn-übergang bestimmen.
F i g. 5 zeigt eine bevorzugte Aufwachsrate in lim/min für das Aufwachsen einer epitaktischen
Schicht bei einer Temperatur von 1200 C, bei dem Trichlorsilan als Siliziumverbindung verwendet wird.
Wie Untersuchungen der Erfinder gezeigt haben, ist der in F i g. 5 dargestellte Bereich besonders zu be-Vorzügen
für die Herstellung der hochdotierten Zone. Eine Steigerung des Molverhältnisses MR von Trichlorsilan
SiHCl3 gegenüber Wasserstoff ist zwar für die Steigerung der Aufwachsrate an Silizium-Einkristallen
von Vorteil, jedoch ist eine übermäßige Sleigerung dieses Molverhältnisses MR nicht erwünscht,
da dann nicht nur das Trichlorsilan nicht vollständig ausgenutzt wird, woraus sich ein Verlust an Ausgangssubstanz
ergibt, sondern außerdem auch eine Polykristallbildung und das Auftreten von Unvollkommcnheiten
im Kristallgefüge der abgeschiedenen epitaktischen Schicht zu beobachten ist. Die Aufwachsrate
sollte daher geringer sein als 7 um/min. Eine übermäßig kleine Aufwachsrate ist ebenfalls
nachteilig. Es kann in einem solchen Falle der gewünschte Gradient für die Störstellenkonzentration
über den pn-Ubergang nicht mehr erzielt werden, da es bei einer solch langen Periode für das epitaktische
Aufwachsen zu einer Störstellendiffusion kommt, die zu einer Verschlechterung des Durchbruchverhaltens
der Zenerdiode Anlaß gibt. Es empfiehlt sich daher, die Aufwachsratc höher zu wählen als 3 um min,
wie man aus F i g. 5 ersehen kann. Im Gesamtergebnis haben die Untersuchungen der Erfinder also gezeigt,
daß eine Aufwachsrate zwischen 3 und 7 um min besonders von Vorteil ist.
Als nächstes sollen das für die Herstellung der erfindungsgemäßen Zenerdioden verwendete Verfahren
und seine Betriebsbedingungen im einzelnen beschrieben werden.
F i g. 4 ist eine schematische Darstellung einer Apparatur zum epitaktischen Aufwachsen. Beim Betrieb
dieser Apparatur werden zunächst TrichlorsiSan. Phosphortrichlorid und Diboran sowie Wasserstoffgas
in einen Vorratsbehälter S1 für die Siliziumverbindung,
einen Vorratsbehälter Ss für ein n-leitendes
Dotierungsmaterial bzw. in einen Vorratsbehälter Ss für ein p-leitcndes Dotierungsmaterial eingebracht.
Anschließend werden Ventile V1, F4, F5 und F10 geöffnet,
und reines Wasserstoffgas von einem Taupunkt von weniger als —70 0C wird über eine Gasreinigungsanlage
Pr, ein Reinigungsfilter GF und eine Heizeinrichtung T1 zu zwei Reaktoren R1 und R., zum
epitaktischen Aufwachsen eingeleitet, um deren Inneres zu reinigen. Als nächstes wird ein Einkristallplättchen
aus Silizium, das als Substrat dient, auf einen im Innern des Reaktors R1 angeordneten Heizer aufgebracht,
und über die Gaszufuhrleitung wird aus dem Vorratstank S1 eine vorbestimmte Menge an in passender
Weise mit Wasserstoffgas verdünntem und auf einer gewünschten Temperatur von beispielsweise
2°±1 C gehaltenem Trichlorsilan in den Reaktor R1 eingespeist. Da der Reaktor R1 auf eine oberhalb
der Zersetzungstemperatur des Trichlorsilans liegende Temperatur aufgeheizt ist, erfolgt im Inneren des
Reaktors R1 eine sofortige Zersetzung des Ausgangsmaterials,
und es kommt zu einem epitaktischen Aufwachsen von Silizium auf dem Substrat. Während dieser
Behandlung sind allein die Vorratsbehälter S1 und S., über die Gaszufuhrleitung mit dem Reaktor R1
verbunden, und dementsprechend bildet sich in dem Rektor R1 auf dem Substrat eine p-leitende epitaktische
Schicht mit einer vorgegebenen Störstellenkonzcntration.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde dem gasförmigen Gemisch aus Trichlorsilan
und Wasserstoff als Dotierungsmaterial Diboran in einer Menge von 10 2 l/min und mit einer
Flußgeschwindigkeit von 1 ■ 10"· bis 3-103CmZmIn
beigemischt. Die Flußgeschwindigkeit und die Konzentration des Trichlorsilans in dem Reaktor R1 wird
durch die Menge an zugeführtem Wasserstoffgas und durch die Temperatur in dem Vorratsbehälter S1 bestimmt,
da das Trichlorsilan durch das in den Vorratsbehälter S1 eingespeiste Wasserstoffgas verdampft.
Die Konzentralion des eingespeisten Trichlorsilans muß genau überwacht werden, da es die Aufwachsrate
für die epitaktische Schicht bestimmt. Die Aufwachsrate hängt außerdem von der Größe des Reaktors
R1 und von der Reaktionstemperatur oder der Temperatur für das epitaktische Aufwachsen ab. Bei
einem Durchmesser des Reaktors R1 von 100 mm beträgt
die Menge an zugeführtem Wasserstoffgas 40 bis 70 Liter/min.
Sobald auf dem Substrat eine p-leitende oder niederdotierte Zone mit der gewünschten Dicke und
Stöistellenkonzentration ausgebildet ist, wird die so geschaffene halbleitende Struktur aus dem Reaktoi
R1 in den Reaktor R., übergeführt, in dem unter Anschluß
der Vorratsbehälter S1 und S2 an den Reaktoi
R2 über die Gaszufuhrleitung das epitaktische Auf
wachsen einer η-leitenden Schicht vorgenommen wird
Dazu werden Trichlorsilan und Phosphortrichloric in einem festen Verhältnis miteinander gemischt, unc
dieses Gemisch wird in der gleichen Weise wie be den Vorgängen in dem Reaktor R1 zum epitaktischei
Aufwachsen in dem Reaktor R2 benutzt. Die Mengi
an zugeführtem Phosphortrichlorid hängt von de Menge an Wasserstoffgas ab. So läßt sich beispiels
weise eine η+leitende Schicht mit einer Störstellen konzentration in der Größenordnung von 10S0 Ato
men/cm3 dann erzielen, wenn man Wasssrstoffgas mi
einer Flußgeschwindigkeit von 7 bis 20 l/min zuführ
Beträgt die Störstellenkonzenlration einer hoch dotierten Zone vom η "-leitenden Typ weniger al
1 · 10« Atome/cms, «o kann eine unerwünschte Um
kehr des Leitungstyps der legierten Zone in den p-leitenden Zustand auftreten, wenn man dieser Zone
Aluminium in ohmschem Kontakt zulegiert. Die Löslichkeit von Aluminium in festem Zustand gegenüber
Silizium beträgt bei 600° C etwa 6 · 1018 Atome/cm3,
bei 700° C etwa 1 -10·» Atome/cm», bei 800° C etwa
1 · 1019Atome/cm3, bei 9000C etwa 1,5 · IO19 Atome/
cm3, bei 1000° C etwa 1,8 · 10»'·» Atome/cm3 und bei
1100° C etwa 2 · 1019 Atome/cm:1. Da dieZulegierung
von Aluminium üblicherweise bei einer Temperatur zwischen 650 und 800' C und insbesondere bei einer
Temperatur in der Gegend von 740 + 20° C vorgenommen wird, ist es erforderlich, daß die hochdotierte
η-leitende Zone eine Störstellenkonzentration von mehr als I · 1019 Atome/cm3 aufweist. Auf der
anderen Seite läßt sich eine Störstellenkonzentration von mehr als 1 · 1021 Atomen/cm3 in einer abgeschiedenen
Siliziumschicht nur schwer durch epitaktisches Aufwachsen erreichen, da dann die abgeschiedene
Siliziumschicht polykristallin wird.
Die Störstellenkonzentration der niederdotierten Zone ist von bestimmendem Einfluß für das Zenerdurchbruchverhalten
der Zenerdiode. Sie wird so ausgewählt, daß sie in einem Gebiet zwischen 1 · 1017
und 4 · 1019 Atomen/cm3 liegt, so daß der Gradient
für die Störstellenkonzentration quer über den pnübergang, der durch die Heiztemperatur und die
Heizzeit während des epitaktischen Aufwachsens der hochdotierten Zone bestimmt wird, einen Wert aufweist,
der zwischen 2 ■ 1021 und 7 · 102·1 Atomen/cm4
liegt.
Die niederdotierte Zone kann ein Einkristall aus Silizium sein, der eine Störstellenkonzentration innerhalb
des oben angegebenen Bereichs enthält und entweder aus einem nach dem üblichen Ziehverfahren
für Einkristalle oder nach dem Schwebezonenverfahren für Einkristalle hergestellten Kristallplättchen
oder aus einem durch epitaktisches Aufwachsen erzeugten Einkristall bestehen kann. Das Verfahren des
epitaktischen Aufwachsens eignet sich insbesondere für die Herstellung von Zenerdioden, die eine ausgedehnte
Übergangszone und damit eine große Leistung aufweisen, da sich die Störstellenverteilung des so abgeschiedenen
Siliziums über die gesamte abgeschiedene Schicht hinweg sehr gleichförmig halten läßt, so
daß im Ergebnis das Durchbruchverhalten des Kristallplüitchens
in allen seinen Abschnitten sehr gleichförmig wird. Mit anderen Worten lassen sich Silizium-Zenerdioden
mit den gewünschten elektrischen Eigenschaften mit hoher Ausbeute erzeugen.
Außerdem können sich die Zenereigenschaften der Diode verschlechtern, wenn der Übergang nicht hinreichend
eben wird. Wie man aus F i g. 6 sieht, in der die Verhältnisse an der Zwischenschicht eines
durch epitaktisches Aufwachsen und eines durch Diffusion erzeugten Übergangs einander gegenübergestellt
sind, die sich in ihrer Gleichförmigkeit erheblich voneinander unterscheiden. Man erhält einen ebenen pnübergang,
wenn man auf einer glatten und ebenen Oberfläche eines p-leitenden Substrats eine η+-leitende
Zone durch epitaktisches Aufwachsen erzeugt.
Im Gegensatz dazu ist die Fläche eines durch Diffusion entstehenden pn-Übergangs nicht eben.
Fig. 7a und 7b zeigen Abmessungen von Raumladungsschichten,
die sich bei Anlegung einer Sperrspannung an einen pn-übergang ergeben, der nach
der Diffusionsmethode bzw. mittels epitaktischen Auf Wachsens hergestellt ist. Wie man aus F i g. 7 b sieht,
weist die Raumladungsschicht eines mittels epitaktischen Aufwachsens hergestellten pn-Übergangs die
geringe GrOBeW2 auf; die Raumladungsschicht nimmt
bei einem solchen pn-übergang den Wert W1 an, der
wesentlich größer ist als der Wert W2, wie man aus
F i g. 7 a ersehen kann.
Sind die Zenerdurchbruchspannungen für eine epitaktische Zenerdiode einerseits und für eine in üblicher
Weise nach der Diffusionsmethode hergestellte
ίο Zenerdiode andererseits gleich groß, so unterscheiden
sich die Störstellenverteilung für den pn-übergang und die Breite der Raumladungsschicht in beiden
Fällen voneinander, d. h., die letztere Diode hat eine wesentlich breitere Raumladungsschicht als die
erstere. Dementsprechend zeigt eine nach der Diffusionsmethode hergestellte Zenerdiode im Vergleich zu
einer epitaktischen Diode eine hohe dynamische Impedanz. Außerdem führt die unebene Ausbildung der
Grenzschicht des nach der Diffusionsmethode hergestellten pn-Ubergangs zum Auftreten lokaler Durchbrüche,
so daß eine solche Zenerdiode ein unscharfes Durchbruchverhalten zeigt.
Alle diese Überlegungen zeigen, daß die Herstellung der hochdotierten Zone mittels epitaktischen Auf-Wachsens
starke Vorteile bietet.
In F i g. 8 a und 8 b sind die Beziehung zwischen der Störstellenkonzentration einer p-leitenden oder
niederdotierten Zone und der Zenerdurchbruchspannung dargestellt, wenn sowohl diese p-leitende Zone
als auch die η+-leitende Zone einer Zenerdiode mit einer η+-p-p+-Struktur nach der Methode des epitaktischen
Aufwachsens hergestellt sind. Genauer gesagt, zeigen diese Darstellungen die Beziehung zwischen
einer gewünschten Zenerdurchbruchspannung und der zu deren Erzielung bei festem Gradienten für die
Störstellenkonzentration über den pn-übergang erforderlichen Störstellenkonzentration.
In F i g. 8 a sind die Werte aufgetragen, die man bei Verwendung von Trichlorsilan und von Siliziumtetrachlorid
als Ausgangsmaterial erhält, während in Fig. 8b die bei Verwendung von Monosilan als
Ausgangsmaterial erzielbaren Ergebnisse aufgetragen sind. Die Kurven A und E in den Fig. 8a und 8b
sind aus einem Aufsatz von S. L. Miller in der
Zeitschrift Physical Review von 1957, Bd. 105, S. 1246 bis 1249, entnommen und veranschaulichen
den Zusammenhang zwischen der Störstellenkonzentration einer niederdotierten Zone eines pn-Übergangs
und der Zenerdurchbruchspannung einer nach der Legierungsmethode hergestellten Zenerdiode. Aus
diesen Kurven kann man ersehen, daß die niederdotierte Zone eine Störstellenkonzentration vor
4 ■ 1017 Atomen/cm·1 aufweisen muß, um eine Zener
diode mit einer Zenerdurchbruchspannung von 7 VoI zu erzielen. Während es möglich ist, durch Einlegie
ren von Aluminium eine Zenerdiode mit einer schma len pn-Übergangszone zu erzeugen, erweist es sich al
unmöglich, eine Diode herzusteller., die eine so groß Leistung hat, daß ihr Zenerdurchbruchstrom oder ih
Zenerdurchbruchanfangsstrom beispielsweise meh als 10 Watt Leistung entspricht. Dieser Mangel lä£
sich beseitigen, indem man die Störstellenkonzentri tion der niederdotierten Zone der Zenerdiode so fes
legt, daß sie innerhalb des in den F i g. 8 a und 8
schraffierten Bereichs zu liegen kommt
Die Kurven B, C und D in Fig. 8a lassen sie angenähert durch die nachstehenden Gleichungc
wiedergeben.
Kurveß:
2 = (- 0,09 χ* + 0,32 χ + 1,2I)"1
(3) Eingetragener
Punkt
Zenerdurcnbruch- I Störstellenkon^aüon
^SnunginVolt m Atome/cm«
!gemessen | gemessen
0,26*+ 0,94)- (D 5
Kurve D:
„Λ « ' /i\
log F2 = (- 0,09.Jt* + 0,29 χ + 1,06)-' (2),
10
in denen V2 die Zenerdurchbruchspannung.-
χ = log
JV
2 · 10«
und N die Störstellenkonzentration in Atome/cm3 »o
Es empfiehlt sich, die Gleichung (2) als Norm zu
wählen, um Zenerdioden mit den gewünschten Zenerverhalten bei hoher Ausbeute zu erhalten.
wählen, um Zenerdioden mit den gewünschten Zenerverhalten bei hoher Ausbeute zu erhalten.
Die abgelesenen und die praktisch gemessenen aj
Werte für die in der Fi g. 8a aufgetragenen Punkte/4
bis L und A' bis L' sind die folgenden:
bis L und A' bis L' sind die folgenden:
a
b
c
d
e
f
g h
f
g h
r
s
U
V
27
20
19
17
18
15,5
14
13,5
12
12
10,5
9,2
8,0
7,2
7.8
7,7
6,6
6,6
7,0
6,7
6,2
6,2
16,2
12,5
13,1
10,0
8,1
6,6
6,4
5,6
5,1
5,8
4,9
4,9
2,1· 2,3 · 3,0-3,24,1 ·
4.7 ·
7.8 · 7,6· 8,8· 1,12 1,16
1,28 2,0· 3,0 · 3,3 ·
5.9 · 6,9 ■ 8,6 · 1,09 1,4
2,0
3,1
2,0
3,1
10"
10"
10»'
10»'
10"
10»'
10»'
10»'
• ΙΟ»8
10»*
■10»8
10>8
10»«
10'«
ΙΟ»8
10»8 10»8
•10»» 10»»
10'»
■ 10»»
2,15-10»' 2,95 · 10»' 10»' 10»' 10»8
ΙΟ»8 ΙΟ»8
10»8
10»» 10»» 10»»
4,0
6,0 ·
1,0·
1,95·
3,0·
6,0-
1,0·
1,12·
2,0-
4,0-
ΙΟ»8
Ein | Zenerdurchbruch- |
in Voll
gemessen |
Störstellen |
getragener
Punkt |
spannuni
abgelesen |
28,2 |
konzentration
in Atome/cm» |
A | 37 | 19,0 | 2,0 ■ 10»' |
B | 25 | 15,7 | 4,0 · 10" |
C | 20 | 13,8 | 6,0 10" |
D | 17 | 12,7 | 8,0-10" |
E | 15,5 | 9,9 | 1,0 · ΙΟ»8 |
F | 12 | 8,4 | 2,0-10»8 |
G | 10 | 7,9 | 4,0 · 10»8 |
H | 9,3 | 7,6 | 6,0 · ΙΟ»8 |
I | 9,0 | 7,4 | 8,0 · ΙΟ» |
j | 8,7 | 6,9 | 1,0 · 10»» |
K | 8,0 | 6,7 | 2,0-10»» |
L | 7,8 | 12,8 | 4,0 -10»» |
A' | 17 | 8,7 | 2,0 · 10" |
B' | 12 | 7,4 | 4,0 -10»' |
C | 10 | 6,7 | 6,0 · 10»' |
D' | 8,8 | 6,3 | 8,0 -10»' |
& | 7 8,2 |
5,3 | 1,0 · 10»8 |
F | 6,8 | 4,8 | 2,0 · ΙΟ»8 |
σ | 6,0 | 4,6 | 4,0 · ΙΟ»» |
H' | 5,6 | 4,55 | 6,0 · ΙΟ18 |
Γ | 5,5 | 4,5 | 8,0 · ΙΟ»8 |
y | 5,4 | 4,3 | 1,0-10'» |
K' | 5,1 | 4,2 | 2,0 · 10»» |
V | 5,0 | 4,0 · 10»» |
Die KurvenF, G und H in Fig. 8b lassen sich
angenähert durch die nachstehenden Gle.chungen wiedergeben:
■J = (-0,075 x* + 0,38 χ + 1,36)-» (6)
35 Kurve G:
log ^ = (-0,075**
Kurve H:
log^ = (-°>075jc2
0,52*+ 1,59)-» (4)
0,31 χ
4,0 wobei Vz, x und N wieder die vorige Bedeutung
Auch in diesem Falle lassen sich Zenerdioden mit dem gewünschten Zenerverhalten mit großer Ausbeute
herstellen, wenn die Storstellenkonzentration der niederdotierten Zone für die gewünschte Zenerdurchbruchspannung
an Hand der Gleichung (5) be-
Die eingezeichneten Punkte α bis ν in F i g. 8 a stellen die Beziehung zwischen der Störstellenkonzentration
der niederdotierten Zone und der Zenerdurchbruchspannung einer erfindungsgemäßen Zenerdiode
dar. Die Koordinatenwerte für diese Punkte sowie die praktisch gemessenen Werte ergeben sich aus der
nachstehenden Tabelle:
Sr£r Fig. 8b eingetragenen Punkte^ bis L
lassen sich angenähert durch die Gleichung (4) wiedergeben,
während die in die gleiche Figur eingezeichneten Punkte A' bis L' angenähert durch d«
Gleichung(6) bestimmbar sind. Die in Fig. 8b ein
Bezeichneten Punkte α bis / veranschaulichen die Be
liehung zwischen der Störstellenkonzentration de
niederdotierten Zone und der Zenerdurchbruchspan nung tatsächlich gebauten Zenerdioden.
Fig 9a veranschaulicht die Häufigkeit, mit de
bei epitaktischen Zenerdioden bei bestimmten Strom werten der Zenerdurchbruch auftritt. In Fig. 9b da
gegen ist eine entsprechende Häufigkeitsverteilung fu eine übliche, nach der Diffusionsmethode hergestellt
Zenerdiode aufgetragen.
Zur Gewinnung dieser Häufigkeitsverteilungen wui 6s den jeweils dreißig pn-Übergänge nach der Method
des epitaktischen Aufwachsens und nach der Diffv sionsmethode hergestellt und getestet, wobei jewei'
der Zenerdurchbruchanfangsstrom beobachtet wurdi
Bei Betrachtung der Fig. 9a und 9b sieht man,
daß der Mittelwert für den Zenerdurchbruchanfangsstrom bei den epitaktischen Zenerdioden ein Zehntel
oder weniger des Wertes beträgt, der bei üblichen, aach der DiSusionsmethode hergestellten Zenerdiode η
zu beobachten ist.
Dieser auffallende Unterschied ergibt sich daraus, daß die Grenzfläche des pn-Uberganges bei den epitaktischen
Zenerdioden sehr gleichförmig und die zugehörige Raumladungsschicht sehr schmal ist, wie
dies oben in Verbindung mit F i g. 6 erläutert worden ist, und daß es quer über den Übergang eine abrupte
Änderung in der Störstellenkonzentration gibt.
Außerdem wurden dreißig epitaktische Zenerdioden nut dreißig nach der Diffusionsmethode hergestellten
Zenerdioden hinsichtlich ihrer dynamischen Impedanzverteilung verglichen.
Die Ergebnisse dieses Vergleichs sind in Fig. 10
zusammengestellt, aus der man sehen kann, daß die dynamische Impedanz der epitaktischen Zenerdioden
sehr gering ist und weniger als etwa ein Drittel des Wertes beträgt, der bei üblichen, nach der Difi; -ionsmethode
hergestellten Zenerdioden zu beobacl ist. Der für die dreißig epitaktischen Zenerdioaen gemessene
Mittelwert für die dynamische Impedan*· beträgt 0,081 Ohm, während sich der gleiche Wert für
ίο die dreißig nach der Diffusionsmethode hergestellten
Zenerdioden auf 0,24 Ohm beläuft. Auch dieser Unterschied ist darauf zurückzuführen, daß die Grenzschicht
bei dem pn-übergang der epitaktischen Zenerdioden eben verläuft und die zugehörige Raum-Jadungsschicht
nur eine geringe Breite aufweist, wie dies in Verbindung mit F i g. 6 bereits oben erläutert
worden ist.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Zenerdiode, die aus zwei aneinandergrcnzenden
halbleitenden Zonen entgegengesetzten Lei- S tungstyps aufgebaut ist, wobei die zweite Zone
eine höhere Störstellenkonzentration aufweist als die erste Zone und auf einer ebenen und glatten
Fläche der ersten Zone aufgebracht ist, und wobei der von den beiden Zonen gebildete pn-Übergang
und seine unmittelbare Umgebung einen zur Erzeugung des' Zeneräurchbruchs am pn-Übcr.-,
gang ausreichend hohen Störstellenkonzentrationsgradienten
aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest die zweite Zone durch epitaktisches Aufwachsen aus einer eine flüchtige, leicht zersetzbare Halbleiterverbindung,
vorzugsweise eine Siliziumverbindung enthaltenden Gasphase aufgebracht ist, daß die Störxtellenkonzcniratmn
in der ersten Zone 1 K)17 bi>
4 · K)1" Atome cm' und in der zweiten Zone
1 · 10'» bis 1 ■ H)31 Atome'cm1 und daß der Störstellenkonzcntralionsgradient
beim pn-übergang
2 · K)-'1 bis 7 · 10->:'Aiome'cm<
beträgt, und daß die zweite Zone eine solche Dicke hat, daß eine as
physikalische und elektrische Beeinflussung des pn-Übergangs durch die auf der zweiten Zone
aufgebrachte leitende Metallschicht ausgeschlossen ist.
2. Zenerdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der zweiten Zone
zwischen 7 und 35 um beträgt.
3. Zenerdiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Bereich des Störstcllenkonzcntrationsgradienten
am pn-übergang und in seiner unmittelbaren Umgebung nicht schmäler ist als die Raumladungsschicht der
Diode.
4. Zenerdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß beide Zonen
aus Silizium bestehen und die erste Zone p-lcitcnd und die /weile Zone n-lcitcnd ist.
5. Zenerdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der freien Oberfläche
jeder der beiden Zonen aufgebrachte leitende Metallschicht aus Aluminium in ohmschem Kontakt
auflegicrt ist.
ft. Zenerdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der freien Oberfläche
jeder der beiden Zonen aufgebrachte leitende So Metallschicht aus Nickel-Gold aufplattiert ist.
7. Zenerdiode nach einem der Ansprüche 1 bis (S, gekennzeichnet durch eine zusätzliche nicdcrohmige
Schicht, die auf der für die Aufbringung der leitenden Metallschicht bestimmten Seite
der ersten Zone angeordnet ist und den gleichen LciUingstyp wie diese aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Zenerdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Einkristallplättchcn aus Silizium mit einem vorgegebenen Leitungstyp und
einer Störstellenkonzentration zwischen 1 · 1017
und 4 · 101!l Atome/cm* auf einer Oberfläche geglättet
und gereinigt und anschließend in einen mit einer Heizeinrichtung versehenen und durch
ein Trägergas gereinigten Reaktor eingebracht wird, daß in diesen Reaktor eine Siliziumverbindung
und ein Dotierungsmaterial zur Erzeugung einer epitaktischen Schicht eines dem Leitungstyp, des EinkiistaUplättchens entgegengesetzten
Leitungstyps zusammen mit einem Trägergas eingebracht wird und daß in dem Reaktor eine
Wärmebehandlung bei einer die Zersetzungstemperatur der Siliziumverbindung überschreitenden
Temperatur vorgenommen wird, bei der sich durch die Zersetzung der Siliziumverbindung auf
dem Kristallplättchen Siliziumeinkristalle mit einer Wachstumsrate von 3 bis 7 μΐη/min abscheiden,
wobei sich zwischen der abgeschiedenen epitakti- ; sehen Schicht und dem Einkristallplättchen ein
pn-übergang mii einem Gradienten der Störstellenkonzentration zwischen 2 · 1021 bis 7 102t
Atome/cm4 ausbildet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Siliziumverbindung Monosilan
SiH4 benutzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Siliziumverbindung Trichlorsilan
(SiHCi.,) oder Siliziumtetrachlorid (SiCl4) benutzt wird.
V.. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Störstcllenkonzentration N
in der ersten Zone so gewählt wird, daß die Beziehung zwischen der Zenerdurchbruchspannung
V2 und der Störstellenkonzentration N in dieser
Zone gegeben ist durch die Gleichung
log 1/, = ( -0,09 λ:-' +- 0,29 .v -r- 1.06)-1.
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