DE1815158B2 - Verfahren zum herstellen einer halbleiter-kapazitaetsdiode - Google Patents

Description

... . χ dN

3 dx

genügt.

Die Bedingung läßt sich rechnerisch ableiten und hat sich in der Praxis gut bewährt.

Für die Erzeugung der Dotierung in. der mittleren Zone der Zonenfolge hat man einmal die Abscheidung des Halbleitermaterials der mittleren Zone aus einem mit gesteuert veränderlichen Mengen an Dotierungsstoff versetzten Reaktionsgas, zum anderen das Eindiffundieren des Dotierungsstoffes, z. B. aus der Gasphase, zur Verfugung. Der zweite Fall soll wegen seiner praktischen Bedeutung näher untersucht werden.

Je nach den Anfangsbedingungen unterscheidet man bei einer einfachen Diffusion die beiden Möglichkeiten:

a) Falls man die Konzentration N₀ an der Halbleiteroberfläche konstant hält, wird das Dotierungsprofil durch die Funktion

N = N₀

r ^x

erfc_T hältnis Ng/Nj immer einen größeren Wert als 6,11· 10"³ aufweisen, damit im Einklang mit der erfindungsgemäßen Lehre das Auftreten eines Wendepunktes in der ClZ-Kapazitäisdiode mit Sicherheit vermieden wird.

Diese Näherung kann für die beiden Fälle a) und b) mit sehr gutem Erfolg verwendet werden. Im Falle von a) ist auch eine quantitave Rechnung möglich, die auf dem Ansatz

dargestellt. Dabei ist N₀ die angebotene Konzentration des eindiffunditaten Aktivators an der Oberfläche des Halbleiterkristalls, χ der Abstand von der Oberfläche und L die Diffusionslänge, die sich durch die Diffusionszeit t und den Diffusionskoeffizienten \$ gemäß

L = Dt

darstellen läßt, »erfc« ist das Komplement zum normierten Gaußschen Fehlerintegral.

b) Falls man die Oberflächenkonzentration N₃ nur im ersten Augenblick des Diffusionsvorganges aufrecht halten kann und weder ein weiterer Nachschub noch ein Ausdiffundieren von Dotierungsmaterial erfolgt, hat man für die Konzentration N(x) die sogenannte Gaußverteilung, die durch die Beziehung

N = N₀ ■ expi-x²!*D t) N = N

- erfc ~- + N_B

beruhen. Hier bedeutet χ allerdings — im Gegensatz zu der obigen Näherung — den Abstand eines Punktes von der Halbleiteroberfläche und die in dem folgenden Ergebnis enthaltene Größe Xj den Abstand des pn-Ubergangs der Diode von der Halbleiteroberfläche. In diesem Falle kann die Beziehung

S- > 6,11 10

-3

N.
durch die schärfere Bedingung

^N" ² — · (α - Xj) · exp (- (?,'L²) - erfc(a/L)

ersetzt werden, wobei π die Kreiszahl und

gegeben ist. »exp« ist die natürliche Exponentialfunktion.

Eine gute Näherung für beide Funktionen ist durch die Exponentialverteilung

N = N,-exp (-/Jx) + N_B

gegeben, wobei Nj die Dotierungskonzentration der den Leitungstyp der mittleren Zone bestimmenden Dotierung am pn-Ubergang, N_B die Konzentration dieses Dotierungsstoffes in der am schwächsten dotierten Zone der Zonenfolgc, sowie χ den Abstand vom pn-Ubergang bedeutet, β ist eine geeignet zu wählende Konstante. In diesem Falle muß das Verist.

,5 Im allgemeinen kann jedoch festgestellt werden, daß die einfachere Näherung

S- > 6,11 ΙΟimmer ausreichend ist, um im Falle einer Herstellung der mittleren Zone der Kapazitätsdiode durch Eindiffundieren von Dotierungsmaterial die Abwesenheit von Wendepunken im Verlauf der CU-Charakteristik der Diode zu gewährleisten.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Kapazitätsdiode, bei dem in einem Halbleiterkristall drei nebeneinanderliegende Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit in der Reihenfolge ρ⁺η η oder in der Reihenfolge n⁺p⁺p erzeugt werden, bei dem bei Verwendung der Reiheruolge p⁺n⁺n die p⁺-Zone und bei Verwendung der Reihenfolge ι ο n⁺p⁺p die n⁺-Zone so stark dotiert wird, l?3 sich die Raiimladungszone des pn-Obergan.nf der betreffenden Zonenfolge mindestens zum überwiegenden Teil in die angrenzende mittlere Zone der Zonenfolge erstreckt, bei dem ferner in der mittleren Zone die den Leitungstyp dieser Zone bestimmende Dotierung zum Teil durch Einbringen von zusätzlichem Dotierungsmaterial in den die Dotierung der am schwächsten dotierten Zone der Zonenfolge aufweisenden Halbleiterkristall derart erzeugt wird, daß die Konzentration dieser Dotierung mit wachsendem Abstand vom pn-übergang der Zonenfolge abnimmt, und bei dem schließlich ein nicht umdotierter Teil des Halbleiterkristalls als die am schwächsten dotierte Zone der Zonenfolge verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration N der den Leitungstyp der mittleren Zone der ρ⁺η⁺n- oder n⁺p⁺p-Zonenfolge bestimmenden Dotierung so eingestellt wird, daß sie in Abhängigkeit vom Abstand χ vom pn-übergang überall in der mittleren Zone der Zonenfolge der Beziehung

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genügt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der mittleren Zone der Zonenfolge zum Teil durch Eindiffundieren von Dotierungsstoff aus der Richtung des pn-übergangs erzeugt und dabei das Verhältnis der Dotierungskonzentration der am schwächsten dotierten Zone der Zonenfolge N_B zu der Dotierungskonzentration der mittleren Zone am pn-Ubergang Nj größer als 6,11 · 1(T³ eingestellt wird.

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Kapazitätsdiode, bei dem in einem Halbleiterkristall drei nebeneinanderliegende Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit in der Reihenfolge p⁺n ⁺ n oder in der Reihenfolge n⁺p⁺p erzeugt werden, bei dem bei Verwendung der Reihenfolge p⁺n ⁺ n die ρ⁺-Zone und bei Verwendung der Reihenfolge n⁺p⁺p die n⁴-Zone so stark dotiert wird, daß sich die Raumladungszone mindestens zum überwiegenden Teil in die angrenzende mittlere Zone der Zonenfolge erstreckt, bei dem ferner in der mittleren Zone die den Leitungstyp dieser Zone bestimmende Dotierung zum Teil durch Einbringen von zusätzlichem Dotierungsmaterial in den die Dotierung der am schwächsten dotierten Zone der Zonenfolge p⁺n⁺n bzw. n⁺p⁺p aufweisenden Halbleiterkristall derart erzeugt wird, daß die Konzentration dieser Dotierung mit wachsendem Abstand vom pn-übergang der Zonenfolge abnimmt, und bei dem schließlich ein nicht umdodierter Teil des Halbleiterkristalls als die am schwächsten dotierte Zone der Zonenfolge 'verwendet wird.

Halbleiterdioden dieser Art sind beispielsweise aus »Radio Engineering and Electronics« Nr. 10 (Oktober 1966) S. 1573—1578 bekannt. Sie lassen sich — in Sperricbtung gepolt — schalitungstechnisch als Kapazitäten, z. B. in elektrischen Schwingkreisen, einsetzen, wie dies in »Wireless World« (April 1962), S. 153— 156, beschrieben ist.

Zur Herstellung einer solchen Diode wird man zweckmäßig von einer Oberflächenseite eines scheibenförmigen n- oder p-leitenden Halbleiterkristalls zunächst einen Aktivator eindiffundieren, der den gleichen Leitungstyp erzeugt, und dann einen Aktivator nachdiffundieren, der den entgegengesetzten Leitungstyp hervorruft. Auf diese Weise entsteht dann eine p⁺n⁺n- oder eine n⁺p⁺p-ZonenfoIge, bei der die Konzentration N(x) des die Leitfähigkeit der mittleren Zone bestimmenden Dotierungsstoffes mit wachsendem Abstand χ vom pn-übergang der Zonenfclge abnimmt, um dann schließlich in dem durch die Dotierungsvorgänge nicht erfaßten, ursprünglichen Bereich des Halbleiterkristalls einen konstanten Wert anzunehmen. Dieser Bereich bildet die am schwächsten dotierte Zone der Zonenfolge der Diode. Ein Herstellungsverfahren dieser Art ist z. B. in der DT-OS 14 64 703 vorgeschlagen.

Beim Einsatz von Halbleiter-Kapazitätensdioden ist der Verlauf der Kurve der Kapazität C der Diode in Abhängigkeit vom Wert der angelegten Spannung U, also die CU-Charakteristik von erheblicher Bedeutung. Dabei wurde festgestellt, daß ea für den Einsatz, z. B. in elektrischen Schwingkreisen, ungünstig ist, wenn die Krümmung der CCZ-Kennlinie das Vorzeichen wechselt, wenn also die Cl/-Kennlinie Wendepunkte hat. An solchen Stellen ist nämlich die durch die Krümmung der Kennlinie bedingte Signalverzenung besonders groß.

Ausgehend von diesem Stande der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Halbleiterkapazitätsdioden mit C (/-Kennlinien herzustellen, deren Krümmung keinen Vorzeichenwechsel erleidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Konzentration N der den Leitungstyp der mittleren Zone der p⁺n⁺n- oder n⁺p⁺p-Zonenfolge bestimmenden Dotierung so eingestellt wird, daß sie in Abhängigkeit vom Abstand χ vom pn-übergang überall in der mittleren Zone der Zonenfolge der Beziehung