DE1815158C3 - Verfahren zum Herstellen einer HaIbleiter-Kapazitatsdiode - Google Patents

Description

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Konzentration N der den Leitungstyp der mittleren Zone der p ⁺ n ⁺ n- oder η⁺ p ⁺ p-Zonenfolge

so bestimmenden Dotierung so eingestellt wird, daß sie in Abhängigkeit vom Abstand .v vom pn-übergang überall in der mittleren Zone der Zonenfolgc der Beziehung

N(x) > -

UN
d.v

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 Zoncnfolgc hat man einmal die Abscheidung des Halbleitermaterial der mittleren Zone aus einem mit gesteuert veränderlichen Mengen an Dotierungsstoff versetzten Reaktionsgas. /um anderen das Eindiffundieren des Dotierungsstoffes, z. B. aus der Gasphase, zur Verfügung. 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 Dolierungsprofil durch die Funktion

N = N₀ · erjc ~

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

L = Di

darstellen läßt, »er/i:·« ist das Komplement zum normierten Gaußschen Fehlerintegral.

b) Falls man die Oberflächenkonzentration N₀ 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 = N_n- exp ( - X²Ii D ■ t)

gegeben ist. »exp« ist die natürliche Exponentialfunktion.

Eine gute Näherung für beide Funktionen ist durch die Exponentialverteilung

N = Nj--exp (-/ix) + N_n

gegeben, wobei Nj die Dotierungskonzentration der den Leitungstyp der mittleren Zone bestimmenden Dotierung am pn-übergang, N_B die Konzentration dieses Dotierungsstoffes in der am schwächsten dotierten Zone der Zonenfolge, sowie χ den Abstand vom pn-übergang bedeutet, /i ist eine geeignet zu wählende Konstante. In diesem Falle muß das Verhältnis N_B/N, immer einen größeren Wert als 6,11· 10~³ aufweisen, damit im Einklang mit der erfindungsgemäßen Lehre das Auftreten eines Wendepunktes in der CL/-Kapazitätsdiodc 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

N = N₀- erjc -- + N₈

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-übcrgangs der Diode von der Halbleiteroberfläche. In diesem Falle kann die Beziehung

»-> 6,1! 10

_ ■»

durch die schärfere Bedingung
N„ 2

— · (a - -Xj) · exp (- U¹IL¹) - erfc(a/L

Ν/" 3L|:
ersetzt werden, wobei π die Kreiszahl und χ.·

im allgemeinen kann jedoch festgestellt werden, daß die einfachere Näherung

> 6,11 · 10

-.1

immer ausreichend ist, um im Falle einer Herstellung der mittleren Zone der Kapazitätsdiode durch Eindiffundieren von Dotierungsmaterial die Abwesenheit von Wendepunken im Verlauf der CU-Charakleristik der Diode zu gewährleisten.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitcr-Kapuzilätsdiode, 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 Reihenfolge p⁺n ⁺ n die p⁺-Zone und bei Verwendung der Reihenfolge n ⁺ p⁺p die n⁺-Zone so stark dotiert wird, daß sich die Raumladungszone des pn-Überganges der betreffenden Zonenfolge mindestens zum überwiegenden Teil in die angrenzende mittlere Zone der Zoncnfolgc erstreckt, bei dem ferner in der mittleren Zone die den Leitungslyp dieser Zone bestimmende Dotierung zum Teil durch Einbringen von zusätzlichem Dotierungsmaterial in den di<: Dotierung der am schwächsten dotierten Zone der Zonenfolge aufweisenden Halbleitcrkristall 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 Halbletterkristalls 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 η ^l"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

... . .v UN
N(x) > ■-■ · — -3 d χ

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 erzeug\ und dabei das Verhältnis der Dotierungskonzentration der am schwächsten dotierten Zone der Zonenfolge N _B zu der Dotierungskonzentration der mittleren Zone am pn-übergang Nj größer als 6,11 ■ !0~^J eingestellt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Kapazitätsdiode, bei dem in einem Halbleiterkristall drei nebeneinandcrliegendo Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit in der Reihenfolge p ⁺ n ⁺ n oder in der Reihenfolge n ⁺ p ⁺ p erzeugt werden, bei dem bei Verwendung der Reihenfolge ρ' η *■ η die ρ⁺-Zone und bei Verwendung der Reihenfolge n'p'p die η⁺-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 b/w. n'p'p aufweisenden Halbleiterkrislall derart erzeugt wird, daß die Konzentration dieser Dotierung mit wachsendem Abstand vom pn-übcrgani¹ der Zonenfolge abnimmt, und bei dem schließlich 'ein nicht umdodierlcr Teil des Halblc'iterkristalls als die am schwächsten dotierte Zone der Zoncnfolge verwendet wird.

Halbleiterdioden dieser Art sind beispielsweise aus »Radio Engineering and Electronics« Nr. 10 (Oktober 1966) S. 1573—1578 bekannt. Sie lassen sich - in Sperrichtung gepolt — schaltungstcchnisch als Kapa-

zitälen, 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 schciben-

is förmigen n- oder p-leitenden Halblciterkrislalls zunächst einen Aktivator eindiffundicren, 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-Zonenfolge, bei der die Konzentration N(x) des die Leitfähigkeit der mittleren Zone bestimmenden Dotierungsstoffes mit wachsendem Abstand χ vom pn-übergang der Zoncnfolge abnimmt, um dann schließlich in dem durch die

JS Doticrungsvorgänge nicht erfaßten, ursprünglichen Bereich des Halbleiterkristalls einen konstanten Wert anzunehmen. Dieser Bereich bildet die arn 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-Kapazitätensdiodcn ist der Verlauf der Kurve der Kapazität C der Diode in Abhängigkeit vom Wert der angelegten Spannung U, also die CU-Charakteristik von erheblicher Bc-

.15 dcutung. Dabei wurde festgestellt, daß es für den Einsatz, z. B. in elektrischen Schwingkreisen, ungünstig ist, wenn die Krümmung der CU-Kennlinie das Vorzeichen wechselt, wenn also die CU-Kennlinie Wendepunkte hat. An solchen Stellen ist nämlich die

^o durch die Krümmung der Kennlinie bedingte Signalverzerrung besonders groß.

Ausgehend von diesem Stande der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, HaIbleiterkapazitälsdioden mit CU-Kennlinien hcrzustel-

len, deren Krümmung keinen Vorzeichenwechsel erleidet.