DE2143777B2 - Verfahren zur herabsetzung der minoritaetstraeger-lebensdauer einer halbleiteranordnung mit einem pnuebergang - Google Patents

Verfahren zur herabsetzung der minoritaetstraeger-lebensdauer einer halbleiteranordnung mit einem pnuebergang

Info

Publication number
DE2143777B2
DE2143777B2 DE19712143777 DE2143777A DE2143777B2 DE 2143777 B2 DE2143777 B2 DE 2143777B2 DE 19712143777 DE19712143777 DE 19712143777 DE 2143777 A DE2143777 A DE 2143777A DE 2143777 B2 DE2143777 B2 DE 2143777B2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
silicon
gadolinium
gold
semiconductor
junction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19712143777
Other languages
English (en)
Other versions
DE2143777A1 (de
DE2143777C3 (de
Inventor
Donald Frank Johnstown Pa. Stahr (V.StA.)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
FMC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FMC Corp filed Critical FMC Corp
Publication of DE2143777A1 publication Critical patent/DE2143777A1/de
Publication of DE2143777B2 publication Critical patent/DE2143777B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2143777C3 publication Critical patent/DE2143777C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/167—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table further characterised by the doping material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/904—Charge carrier lifetime control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/914—Doping
    • Y10S438/917—Deep level dopants, e.g. gold, chromium, iron or nickel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thyristors (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

Silicium-Gleichrichterzellen (Thyristoren) ausgeführt, this Gadolinium wird auf die eine Stirnseite der HaIbleiterplältchen, vorzugsweise durch ein Auf?prühverfahren, aufgebracht, und sodann wird es in die Hauchen, insbesondere in den Raumladungsbereich dieser Plättchen, nach einem herkömmlichen Diffuiionsverfahren bei einer Temperatur von wenigstens $20 C eindiffundiert.
Im Falle einer Diffusionssihciumdiode wird Gadolinium unter Vakuumbedingungen auf die Rückseite der Basisschicht der Anordnung aufgestäubt, d. h. auf die Schicht, die das Ausgangssiliciummaterial vor dem Diffusionsvorgang enthielt, durch den der pn-übergang erzeugi: wurde. Unmittelbar nach diesem Arbeitsvorgang werden die Plättchen in einen Heizofen in einer Stickstoffatmosphäre während einer Zeitdauer eingebracht, die ausreicht, um das Gadolinium in den pn-Übergan;>sbereich der Anordnung einzudiffundieren.
Mit den nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Halbleiteranordnungen mit Gadolinium dotieren pi-Übergängen können Schaltungen mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden, ohne daß die elektrischen Eigenschaften der Übergänge ernsthaft dadurch beeinträchtigt werden, daß der Spannungsabfall in der Durchlaßrichtung oder der Sperrstrom übermäßig erhöht werden. Folglich können mit hoher Geschwindigkeit ausgeführte Schaltvorgänge bequemer bei Leistungen ausgeführt werden, die beträchtlich höher als die bisher verwandten Leistungen liegen.
Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. In der Zeichnung zeigt
F i g. I einen Querschnitt durch eine übliche Diode mit einem pn-übergang, auf die das erfindungsgemäße Verfahre ι angewandt ist,
F i g. 2 einen Querschnitt durch eine ähnliche wie die in F i g. 1 gezeigte Diode, bei der jedoch das ßasis- oder Ausgangsmaterial aus einem η-leitenden Silicium anstatt aus einem p-leitenden Silicium besteht,
F i g. 3 einen Querschnitt durch einen steuerbaren Siliciumgleichrichter und
F i g. 4 eine schematische Darstellung der Vorrichtung, die bei der Durchführung des eifindungbgemäßen Verfahrens verwandt wird.
,i u
Erfindung hauptsächlich bei der Herstellung von Diffusioiisfestkörpergleichrichteranordnungen verwandt wird, kann sie ebenso bei der Herstellung von irgendwelchem Halbleiteranordnungen mit pn-Übergängen verwandt werden. Es hat sich herausgestellt, daß das erfindungsgemäße Verfahren besonders nützlich bei der Herstellung von üiffusionssiliciumdioden sowohl mit normaler Polarität als auch umgekehrter Polarität ist, d. h. Festkörpcrsiliciumdioden, die durch eine Diffusion der Majoritätsträger gebildet werden, wobei das Ausgangs- oder Basismaterial entweder aus p-leitendcm Silicium oder η-leitendem Silicium bestehen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren wurde gleichfalls bei der Herstellung von allen Diffusionssiliciumgleichrichtern angewandt.
F i g. 1 zeigt ein p-leitendes Siliciumdiodenplättchen, das nach einem herkömmlichen Diffusionsverfahren hergestellt worden ist. Bei der Herstellung dieser Diode wird in ein Plättchen aus p-leitendem Silicium, das chemisch gereinigt und auf eine Dicke in der Größenordnung von 300 Mikrometer geläppt worden ist, zuerst Phosphor und sodann Bor eindiffundiert, so daß man die abschließende ηρρ -Siliciumanordnung erhält. Ein Verfahren zur Durchführung eines derartigen doppellen Diffusionsprozesses besteht darin. daß man zuerst das Plättchen aus p-leitendem Silicium für annähernd 2 Stunden in einen Heizofen bei annähernd 1250 C einbringt, während man über das Plättchen Phosphorylhalogcnid (POCl3) leitet, um auf diese Weise eine Schicht 12 aus η-leitendem Silicium \:.n ungefähr 50 Mikrometer Dicke auf der Gruridschicht 10 aus p-leitendem Silicium zu bilden. Nach Beendigung dieses Diffusionsschritte; wird eine Seite des Plättchens geläppt, um die Gesamtdicke des Plättchens auf ungefähr 220 Mikrometer herabzusetzen. Die geläppte Seite wird sodann mit Bortrioxid (BoO3) bestrichen, während das übrige Plättchen durch eine Maske abgedeckt wird, und sodann wird ein zweiter Diffusionsschritt ausgeführt, um eine Schicht 14 aus ρ "-Material mit ein».. Dicke \on ungefähr 50 Mikrometer auf der Grundschicht 10 auszubilden.
um einen guten ohmischen Kontakt mit der p-Seiie der Diode sicherzustellen. Das in diesei Weise hergesi-jilte Diodenplättchen ist bereit für den Gadolimumdiffusionsschritl gemäß der vorliegenden Erfindung, der durchgeführt wird, bevor die ohmischen Kontakte durch einen Eiektroplattierungsvorgang auf die Stirnseiten des Plättchens aufgebracht werden und bevor nachfolgend die vollständige Diodenanordnung zusammengebaut wird.
Der oben beschriebene herkömmliche Diffusiop.s-Vorgang kann gleichfalls auch in im wesentlichen derselben Weise zur Herstellung der in F i g. 2 gezeigten Diode verwandt werden. In diese Falle besteht das Ausgangsmatcrial aus einem η-leitenden Siliciumplättchen, so daß die Grundschicht 16 aus einem n-!eitenden Siliciummaterial anstatt aus einem p-leitenden Material gebildet wird. Wie bei der in F i g. 1 gezeigten Diode wird zunächst eine Phosphordiffusion durchgeführt, um auf der Grundschicht 16 eine η Schicht 18 auszubilden, und sodann wird die η -Schicht mit einer Maske abgedeckt, während ein zweiter Bor-Diffusionsvorgang durchgeführt wird, um auf der Rückseite des Grundmaterials eine Schicht 20 aus p-leitendem Material und die abschließende pnn SlliulUinünürduUng liciZübicilen.
Die in den F i g. 1 und 2 gezeigten Dioden sind nunmehr ier.ig für die Durchführung des erfindun.gsgemäßen Gadoliniumdiffusionsvorgangs. Pie Diffusion besteht aus einem Zweistufenprozeß, bei dem zuerst eine dünne Schicht Gadolinium auf eine Stirnseite des Plättchens aufgestäubt wird, und sodann wird das Plättchen in einem Heizoien in einer keinen Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre (Stickstoffatmosphäre) aufgeheizt, so daß der dünne aufgestäubte Meiallfilm Ji die kristalline Struktur der Diode eindiffundieren kann. Die zur Durchführung dieses Verfahrens verwandte Vorrichtung ist völlig üblich und ist schematisch in F i g. 4 dargestellt.
Der erste bei diesem oben aufgezeigten Verfahren durchgeführte Schritt besteht darin, daß eine dünne Schicht aus Gadolinium auf eine Stirnseite des Diodenplättchens aufgebracht wird, und bei den Diffusionsdioden der F i g. 1 und 2 wird das Gadolinium auf die Grundschicht so aufgebracht, daß durch die Eindiffusion des Gadoliniums in das Silicium nicht die Störstellenhöhe in der Diffuüionsschicht des pn-Übergangs verändert bzw. aus dem Gleichgewicht gebracht wird. Das heißt, bei der in F i g. 1 gezeigten Diode wird das Gr.dolinlum auf die p^-Schicht 14 (wie dargestellt)
aufgebracht, während bei der in F i g. 2 gezeigten der Diode um so kurzer ist, je länger die Diffusionszeit Diode das Gadolinium (wie dargestellt) auf die tv1- ist, was jedoch mit einem erhöhten Spannungsabfall Schicht 18 aufgebracht wird, so daß die Majoritäts- in Durchlaßrichtung und einem erhöhten Sperrstrom trägerniveaus in der n-Schicht 12 (F i g. 1) und der erkauft, wird. Bei Ablauf der vorbestimmten DiITup-Schicht 20 (F i g. 2) unbeeinflußt bleiben. Somit be- 5 sionszeit werden die Plättchen aus dem Ofen heraussteht, wenn das Eindiffundieren des Gadoliniums gezogen und in flüssigem Stickstoff abgeschreckt. Die durch die gleichförmigeren Grundschichten erfolgt, das eindiffundierte Gadolinium enthaltenden Plätteine geringere Wahrscheinlichkeit, daß der pn-Uber- chen werden sodann in der herkömmlichen Weise gang durch die sekundäre Gadoliniumeindiffusion bearbeitet, um die fertigen Diodenvorrichtungen kurzgeschlossen wird. Das Aufbringen der dünnen io herzustellen.
Gadoliniumschicht kann zweckmäßigerweise mit Hilfe In F i g. 3 ist ein Plättchen eines herkömmlichen
einer herkömmlichen Glühentladungs-Kathodenzer- steuerbaren Silicium-Gleichrichters (Thyristor) gezeigt,
stäubungstechnik erfolgen, die in einer Argon- auf das das erfindungsgemäße Verfahren gleichfalls
Atmosphäre unter einem sehr niedrigen Druck ausge- angewandt werden kann. Die Herstellung eines jeweils
führt wird. 15 durch Diffusion hergestellten pnpn-Plättchens beginnt
Die Vorrichtung, um das Gadolinium auf die mit der Herstellung eines großen pnp-Plättchens, das Diodenplättchen aufzustäuben, ist auf der linken Seite dadurch hergestellt wird, daß gleichzeitig Bor in beide der F i g. 4 dargestellt. Eine geeignet verschlossene Stirnseiten eines dünnen Pläitchens aus n-leitendem Kammer 30 wird dazu verwandt, die gesteuerten Silicium eindiffundiert wird, was z. B. durch ein her-Atmosphärenbedingungen herzustellen, unter denen 20 kömmliches Aufstreich- und Wärmebehandlungseine Aufbringung eines Metalls durch Zerstäubung verfahren unter Verwendung von Bortrioxyd erfolgen durchgeführt werden kann. Eine herkömmliche Eva- kann. Durch diesen anfänglichen Diffusionsschritt kuiervorrichtung 31 wird dazu verwandt, die Kammer wird eine Anordnung erzeugt, die eine Grund- bzw. zu Anfang zu evakuieren, um ein hohes Vakuum in Basisschicht 22 aus η-leitendem Silicium mit einer der Nähe von ungefähr 2-10~2Torr oder besser zu 45 Dicke von ungefähr 190 Mikrometer und äußere erzeugen. Die Kammer wird sodann wieder mit Argon Schichten 24 und 26 aus p-leitendem Silicium mit oder einem anderen geeigneten Inertgas aus einer einer Dicke von jeweils 64 Mikrometer aufweist. Die Einlaßleitung 33 gefüllt, bis der Druck in der Kammer Diode wird sodann mit Ausnahme eines klrinen auf ungefähr 5 · 10~2 Torr gestiegen ist. Eine dünne Bereiches in der Stirnseite einer Schicht 24 aus p-leitenreine Folie 32 aus Gadolinium wird bei dem Zer- 30 dem Silicium mit einer Maske abgedeckt, und es wird stäubungsverfahren als Auffänger benutzt und direkt sodann eine Phosphordiffusion durchgeführt, um eine an einem Kathodenglied 34 befestigt, so daß die Gado- kleine Schicht 28 aus η-leitendem Silicium in der liniumatome, die aus diesem Auffänger durch den p-Schicht 24 und somit die fertige pnpn-Anordnung, Gasionenbeschuß ausgeschlagen werden, direkt auf wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, herzustellen. Das der darunterliegenden Unterlage abgelagert werden, 35 Gadolinium kann sodann durch die Schicht 26 aus die in dem vorliegendem Falle aus den Plättchen W p-leitendem Material und die Schicht 22 aus n-leitenbesteht. Die Plättchen liegen auf einer Unterlagen- dem Material eindiffundiert werden, um Gadoliniumhalterung oder einer Anodenplatte 36 auf. Wenn atome in die Bereiche sowohl des Anodenüberjiangs 23 man die Kathode 34 auf ein hohes Gleichspannungs- als auch des Steuerübergangs 25 zu bringen, um potential in der Umgebung von 2000 Volt, in bezug 40 dadurch die Minoritätsträgerlebensdauer in dem auf die Anode 36, legt, und wenn man die Gadolinium- Transistor herabzusetzen.
folie in einem Abstand von ungefähr 7,5 cm über den Das Aufstäuben des Gadoliniums auf die äußere
Plättchen W anbringt, verläuft die Zerstäubung der Schicht 26 des Siliciumplättchens, wie es in F i g. 3
Gadoliniumatome von der Folie unter dem Beschüß gezeigt ist, erfolgt in ähnlicher Weise wie bei den in
der beschleunigten Argonionen mit einer geeigneten 45 F i g. 1 und 2 gezeigten Dioden mit einem r i-Über-
Geschwindigkeit, ohne daß die Folie oder die Platt- gang. Das Gadolinium wird von der Folie 32 aus dem
chen überhitzt werden. Es wurde festgestellt, daß eine reinen Metall von der Kathode 34 gegen die Anode 36
Zerstäubungszeit von 2 bis 20 Minuten (bei einer Span- und die darauf gehalterten Siliciumplättchen zerstäubt,
nung von 2000 Vc!t) ausreicht, 1.1m einen dünnen Die Zerstäubung wird in einer Argonatmosphäre bei
Film aus Gadolinium mit einer Dicke von wenigen 50 einem Druck von 5 · 10"2 Torr bei einer Spannung
Atomen herzustellen, so daß genügend Gadolinium der Annde gegen die Kathode von annähernd 2000VoIt
auf der Stirnseite der Plättchen vorhanden ist, um und während einer Zeit von annähernd 10 bis 20 Minu-
anschließend eine gute Eindiffusion des Metalls in die ten durchgeführt. Die Plättchen werden sodann in
Plättchen zu erhalten. einen Ofen 40 bei einer Temperatur in der Umgebung
Der Diffusionsvorgang wird in einem herkömm- 55 von 850'C eingebracht, und das Gadolinium wird
liehen Heizofen 40 zur Behandlung von Halbleitern sodann in die pn-übergänge des Siliciumplättchens
durchgeführt, in dem die Plättchen W in ein Schiff- eindiffundiert. Dieser Diffusionsvorgang kann während
chen 42 gelegt und in den Heizofen bei einer Tem- eines Zeitraums durchgeführt werden, der zwischen
peratur von wenigstens 82O0C eingebracht werden 3 und 9 Minuten liegen kann. Wie bei den Dioden
können. In der Praxis wurde festgestellt, daß man mit 60 werden die Plättchen sodann aus dem Ofen heraus-
einer Temperatur von 900C C gute Diffusionsergebnisse genommen, in flüssigem Stickstoff abgeschreckt und
erhält. Während des Diffusionsvorganges wird dauernd in der herkömmlichen Weise zu fertigen Thyristoren
Stickstoffgas von dem Auslaß 44 über die Plättchen weiterverarbeitet.
geleitet, um zu verhindern, daß Sauerstoff auf die Als besonderes Beispiel für das erfindungsgemäße
Stirnseiten der Plättchen gelangt, und die Diffusion 65 Verfahren wurden eine Reihe von mit Gadolinium
wird während einer Zeitdauer fortgesetzt, die je nach dotierten Leistungsdioden für einen Durchlaßstrom
dem gewünschten Endergebnis zwischen 5 und 120 Mi- von 12 Ampere hergestellt, indem die oben beschrie-
nuten schwankt. Allgemein gilt, daß die Erholungszeit benen Zerstäubungs- und Diffusionstechniken ange-
7 8
wandt wurden. Nach den herkömmlichen Bor- und um Leistungsverluste geht. In bezug auf den Sperr-
Phosphordiffusionen zur Schaffung der durch Diffu- Spannungsnennwert zeigten die geprüften undotierten
sion hergestellten pn-Übergänge wurde auf eine Stirn- Dioden genau dieselben Werte wie die mit Gadolinium
scitc der Diodenplättchen Gadolinium aufgestäubt, dotierten Dioden, d. h.. ihr Sperrspannungsnennwert
wobei die Zerstäubung bei einer Spannung von 5 lag im Bereich von annähernd 1000 bis annähernd
2000 Volt und einem Strom von 75 Milliampere wäh- !200 Volt. Demgegenüber lagen die mit Gold dotier-
rend einer Zeitdauer von 5 Minuten durchgeführt ten Dioden allgemein im Bereich von ungefähr
wurde, nachdem die Zerstäubur.gskammer zuerst auf 900 Volt bis ungefähr 1000 Volt Sperrspannung,
einen Druck von 2 · 10 2 Torr evakuiert und sodann weshalb sie in dieser Hinsicht gleichfalls weniger
wieder auf einen Druck von 5 · 10 4 Torr mit Argon io vorteilhaft als die mit Gadolinium dotierten Dioden
gefüllt worden war. Sodann wurde der Gadolinium- sind.
film in einem herkömmlichen Halbleiterbehandlungs- Als zweites besonderes Beispiel für die Anwendung ofen bei 900 C und 90 Minuten lang in die Dioden- des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde eine Reihe plättchen eindiffundiert. Die Plättchen wurden sodann von steuerbaren Siliciumgleichrichtern nach herkömmplattiert und in herkömmlicher Weise in Würfel ge- 15 lichen zweifachen Diffusionsverfahren hergestellt, wie schnitten, so daß die für 12 Ampere ausgelegten es oben beschrieben wurde, und diese Thyristoren Leistungsdioden erhalten wurden, die einen Nenn- wurden sodann einer sekundären Diffusion mit Gadodurchmesser von 3550 Mikrometer aufwiesen. Hnium unterworfen. Die siliciumgesteuerten Gleich-
Sodann wurden die Erholungszeiten der Leistungs- richter, die hergestellt wurden und nach der normalen
dioden nach herkömmlichen Prüfverfahren gemessen, ao Plattierung und Aufteilung der Plättchen in Würfel
wobei jede Diode von einem in Durchlaßrichtung geprüft wurden, bestanden aus Hochleistungsanord-
stromführenden Zustand in einen Sperrspannungs- nungen, die einen Durchschnittsstromnennwert in
zustand umgeschaltet wurde, und die Erholungszeit /rr Durchlaßrichtung von 150 Ampere besaßen. Auf acht
wurde als die Zeit gernessen, während der ein Sperr- die«<"'· Einheiten wurde Gadolinium während einer
strom durch die Diode floß. Es wurde festgestellt, 25 Zeit von 10 Minuten bei 2000 Volt aufgestäubt,
daß bei den Dioden die Erholungszeiten im Bereich worauf eine Diffusionszeit von 5 Minuten bei 850 C
von annähernd 250 Nanosekunden bis annähernd folgte. Auf eine Gruppe von dreizehn zusätzlichen
45ü Nanosekunden mit einem Mittelwert von Sü- Einheilen wurde Gadolinium während einer Zeil von
nähernd 330 Nanosekunden lagen. An jeder Diode 10 Minuten bei 2000 Volt aufgestäubt, worauf eine
wurde gleichfalls eine Standardspannungsabfallprüfung 30 Diffusion bei 85OC während 7 Minuten folgte. Bei
in der Durchlaßrichtung und eine Prüfung der Sperr- einer anderen Gruppe von zehn Einheiten wurde
spannung ausgeführt. Bei der Sperrspannungsprüfung Gadolinium 10 Minuten lang bei 2000 Volt aufge-
wurden die Spannung, bei der der Sperrstrom unter stäubt, worauf 4 Minuten lang eine Diffusion bei
Raumtemperaturbedingungen (25r C) ein Milliampere 850 C folgte. Bei einer anderen Gruppe von neun
erreichte, und die Spannung aufgezeichnet, bei der der 35 Einheiten wurde 20 Minuten lang Gadolinirm bei
Spcrrstrcm im erhitzten Zustand (150C) 2 Milliampere 2000 Volt aufgestäubt, worauf während 7 Minuten
en eichte, wobei der Sperrspannungsnennwert durch eine Diffusion bei 850 C folgte. Bei einer weiteren
der niedrigeren der beiden aufgezeichneten Spannungs- Gruppe von sechs Einheiten wurde 20 Minuten lang
werte bestimmt wurde. Es wurde festgestellt, daß der Gadolinium bei 2000 Volt aufgestäubt, worauf eine
Spannungsabfall der Dioden in Durchlaßrichtung in 40 4 Minuten dauernde Diffusion bei 850 C folgte. Um
einem schmalen Bereich variierte, der einen Mittel- die Ergebnisse der Gadoliniumdotierung direkt mit
wert von 0,98 Volt aufwies. Der Sperrspannungsnenn- der bekannten Golddotierung in bezug auf die Er-
vvert variierte im allgemeinen unter den oben beschrie- niedrigung der Minoritätsträgerlebensdauer verglei-
benen Prüfbedingungen in dem Bereich von annähernd chen zu können, wurde eine zusätzliche Gruppe von
1000 Volt bis annähernd 1200VoIt. 45 sieben derartigen Thyristoren aus Plättchen herge-
Ein Vergleich der Ergebnisse der in der oben be- stellt, auf die 10 Minuten lang Gold aufgestäubt schriebenen Weise sekundär mit Gadolinium dotierten wurde, worauf 4 Minuten lang eine Diffusion bei 850c C besonderen Leistungsdioden mit denselben Dioden, folgte. Sodann wurden die Abschaltzeiten für dieverdie in herkömmlicher Weise nut Gold dotiert waren. schiedenen Gruppen miteinander verglichen. Die Abfällt vorteilhaft aus. Zum Beispiel erfolgt die herkömm- 50 schaltzeit tab wird für jede Diode definiert als der üchc Golddotierung in einem Zweisiufenprozeß mit kürzeste 7eitraum zwischen Her 7eit. 711 der rW Strom einer Zerstäubung, auf den eine Diffusion während in Vorwärtsrichtung Null erreicht (nach der Leitung allgemein derselben Zeiten und bei denselben Tem- in Durchlaßrichtung) und der Zeit, zu der der Thyperaturen folgt, wie sie bei dem oben beschriebenen ristor eine wieder angelegte Spannung in Durchlaß-Gadoliniumdiffusionsprozeß verwandt wurden. Die 55 richtung sperren kann, ohne eingeschaltet zu werden. Erholungszeit für die mit Gold dotierten Dioden liegt Die Abschaltzeiten wurden in herkömmlicher Weise allgemein in demselben Bereich wie bei den mit gemessen, etwa in der Art. wie es z. B. in General Gadolinium dotierten Dioden im Vergleich zu einem Electric SCR Manual (4th Edition), Syracuse, New Erholungszeitbereich zwischen 600 und 900 Nano- York, 1967 erschienen, beschrieben ist. Die Untersekunden für undotierte Dioden desselben Typs. 60 suchungen wurden an den Thyristoren bei 1250C mit Derartige mit Gold dotierte Dioden haben jedoch einem Anodenstrom in Durchlaßrichtung von i00 Ameinen mittleren Spannungsabfall in der Durchlaß- pere und einem Anodensperrstrom von 20 bis 30 Amrichtung von annähernd 1,15VoIt im Vergleich zu pere, dv\dt = 100 Volt/Mikrosekunde. und üijdt einem Spannungsabfall in Durchlaßrichtung von = 5 Ampere/Mikrosekunde, durchgefühn. Die Er-0,95 Volt bei den undotierten Dioden. Daraus geht 65 gebnisse dieser Untersuchungen einschließlich des hervor, daß die mil Gadolinium dotierten Dioden mit Bereichs und der Durchschnittswerte für jede Gruppe einem mittleren Spannungsabfall in Durchlaßrichtung der untersuchten Thyristoren sind in der folgenden von 0,98 Volt einen klaren Vorteil aufweisen, wenn es Tabelle zusammengestellt.
9 tab [μϊ] tab [μ$] 10 Spannungsabfall
Spannungsabfall in Durchlaß
(Bereich) (Mittel) in Durchlaß richtung [V]
richtung [V] (Mittel)
L45 bis 210 173 (Bereich)
Au — 10 Minuten Zerstäuben 1,46
4 Minuten Diffusion 130 bis 175 148 1,44 bis 1,55
Gd — 10 Minuten Zerstäuben 1,53
4 Minuten Diffusion 40 bis 130 61 1,45 bis 1,60
Gd — 10 Minuten Zerstäuben 1,63
5 Minuten Diffusion 32 bis 50 38 1,60 bis 1,70
Gd — 10 Minuten Zerstäuben 1,84
7 Minuten Diffusion 50 bis 180 120 1,60 bis 2,00
Gd — 20 Minuten Zerstäuben 1,49
4 Minuten Diffusion 25 bis 35 29 1,35 bis 1,60
Gd — 20 Minuten Zerstäuben 1,93
7 Minuten Diffusion 1,80 bis 2,15
Aus der Tabelle ist zu ersehen, daß die Plättchen, bei denen das Gadolinium 4 Minuten lang eindiffundiert wurde (nach 20 Minuten Zerstäubung), eine beträchtlich niedrigere Abschaltzeit aufweisen als die Plättchen, bei denen 4 Minuten lang Gold eindiffundiert wurde, d. h. 120 Mikrosekunden im Gegensatz zu 173 Mikrosekunden, während der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung annähernd derselbe bleibt, d. h. 1,49 Voll im Gegensatz z» 1,46 Volt. Bei den längeren Zerstäubungszeiten für das Gadolinium, bei denen eine größere Menge des Metalls aufgebracht wurde, wurden etwas größere Minoritätsträgerbeseitigungswirkungen erzeugt mit den sich ergebenden niedrigeren Abschaltzeiten, z. B. zeigt sich bei einer 10 Minuten langen Zerstäubung von Gadolinium gegenüber einer 20 Minuten langen Zerstäubung von Gadolinium bei denselben Diffusionszeiten eine Abnahme der Abschaltzeit von 148 cuf 120 Mikrosekunden bei einer 4 Minuten dauernden Diffusion und von 38 auf 29 Mikrosekunden bei einer 7 Minuten dauernden Diffusion. Es kann gleichfalls geschlossen werden, daß die Abschaltzeit um so mehr verringert wird, je größer die Diffusion von Gadolinium in die pn-Ubergangsbereiche
des Thyristors ist, obgleich dies mit einer Zunahme des Spannungsabfalls in Durchlaßrichtung erkauft wird. Bei einem Vergleich der mit Gold dotierten Thyristoren mit den mit Gadolinium dotierten Thyristoren bei gleichen Spannungsabfällen in Durchlaßrichtung fällt
auf, daß die mit Gadolinium dotierten Anordnungen eine beträchtlich größere Erniedrigung der Abschaltzeit aufweisen, und man kann mit Grund daraus schließen, daß die mit Gadolinium dotierten Thyristoren, die dieselbe Abschaltzeit wie die mit Gold dotierten Thyristoren besitzen, einen beträchtlich niedrigeren Spannungsabfall in Durchlaßrichtung aufweisen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herabsetzung der Minoritätsträgerlebensdauer in einer Halbleiteranordnung mit einem pn-übergang, dadurch gekennzeichnet, daß in die Raumladungsbereiche der Halbleiteranordnung Gadolinium eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gadolinium durch eine Festkörperdiffusion durch die Basis dieser Halbleiteranordnung eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung aus Silicium besteht.
4. Verfahre:- nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß Gadolinium zunächst auf eine Stirnfläche der Halbleiteranordnung aufgestäubt und dann eindiTundiert wird.
5. Verfahren räch Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Film aus Gadolinium durch eine Vakuumzeritäubung aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusionsprozeß in einem Heizofen bei einer Temperatur von wenigstens 820' C ausgeführt wird
7. Verfahren nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Dii7usion_prozeß innerhalb eines Zeitraums von ungei'ähr 3 Minuten bis ungefähr 9 Minuten durchgeführt v...d.
8. Siliciumgleichrichter, hergestellt ncoh dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Siliciumgleichrichter aus einer Siliciumdiode besteht.
9. Siliciumgleichrichter, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Siliciumgleichrichter aus einer steuerbaren Silicium-Gleichrichterzelle (Thyristor) besxeht.
eingebaut werden. Es wurde festgestellt, daß Rekombinationszeritren in dem pn-Übcrgang oder den Raumladungsbereichen derartiger Anordnungen durch die Einführung von Gold- odei Kupferatomen gebildet werden, was normalerweise durch einen Feslkörperdiffusionsprozeß erfolgen kann, der inneihalb solcher Zeiten und bei solchen Temperaturen ausgeführt wird, daß die normalen n- und p-Verunreinigungsniveaus des Haibieiiermaterials nicht verändert werden.
ίο Ein Verfahren, um einen Halbleiter-pn-Ubergang mit einer verringerten Minoritätsträgerlebensdauer ü'irch die Einführung von Goldatomen in die Raumladungsbereiche dieses Übergangs herzustellen, ist i.i der USA.-Patentschrift 3 067 485 beschrieben, bei dem Gold gleichförmig mit Hilfe eines Festkörperdiffusionsprozesses über ein HalbleiterpläUchen mti einem pn-Übergang verteilt wird. Gold oder Gold enthaltendes Material wird zuerst auf die äußere Oberfläche eines Siliciumhalbleiterkörpers aufgebracht, und das Silicium wird sodann auf eine Temperatur im Bereich von annähernd 800 bis annähernd 1300:C während einer Zeitdauer aufgeheizt, die ausreicht, ,in eine im wesentlichen vollständige feste Löslichkeil des Goldes in dem Silicium zu erreichen. Es wurde gezeigt, daß der Sperrverzug einer so behandelten Siliciumdiode beträchtlich herabgesetzt ist. Die genannte USA.-Patentschrift beschreibt gleichfalls die Verwendung von Eisen oder Kupfer als Ersatz für Gold, um eine Herabsetzung der Minoritätsträgerlebensdauer zu erhalten, obgleich derartige Elemente nicht so günstig wie Gold waren, da sie eine bessere Steuerung des Diffusionsprozesses erfordern und im allgemeinen weniger stabil sind.
Einer der größten Nachteile bei der Verwendung \ ο 11 Gold oder Kupfer zi>r Erreichung einer schnellen Erholzeit in Halbleiterdioden o^er zur Erreichung einer schnellen Abschaltzeit in einem steuerbaren Halbleitergleichrichter besteht in der Tatsache, daß der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung und der Sperrstrom der Halbleitergleichrichter erhöht werden.
.10 Für die steuerbare Silicium-Gleichrichlerzelle (im folgenden als SCR bezeichnet) erhöht sich bei der Verwendung einer Gold- oder Kupferdotierung gleichfalls der minimale Steuerstrom, der für die Triggerimg
ist.
11 ItI ΠΑΡ
bestimmten Schaltvorgängen geduldet werden können
Die vorliegende Erfindung bciiiiTi ein Verfahren zur Herabsetzung der Minoritätsträger-Lebensdriuer in einer Flalbleiteranordnung mit pn-übergang.
Halbleitergleichrichter, wie etwa Siliciumdioden oder steuerbare Siliciumi.Ieichnchterzellen (Thyristoren), sind häutig erforderlich, um in einer minimalen Zeit eine Änderung von dem Zustand niedriger Impedanz zu dem Zustand hoher Impedanz herbeizuführen, wie z. B. in einem System, das mit hoher Geschwindigkeit schaltet. Da die Zeit, die zur Durchführung dieser Zustandsänderung notwendig ist, direkt von der Lebensdauer der Minoritätsträger in den pn-Übergangsbereichen der Halbleiteranordnungen abhängt, wurde während des letzten Jahrzehnts nach Wegen gesucht, um die Lebensdauer der Minoritätsträger herabzusetzen, ohne gleichzeitig die nützlichen elektrischen Eigenschaften des pn-Übcrgangs, wie etwa eine niedrige Vorwärtsimpedanz und die hohe Rückwärtsimpedanz, wesentlich zu beeinträchtigen.
Es ist seit einiger Zeit bekannt, daß eine Herabsetzung der Minoritätsträgerlebensdauer in einer Halbleiteranordnung dadurch erreicht werden kann, daß in das Halbleitermaterial Rekombinationszentren größeren Leistungshöhen als normal, unerwünscht und stellen bei den zur Zeit verfügbaren Hochgeschwindigkeits-Festkörperschaltanordnungen einen beträcht-
;:o liehen Nachteil dar.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Minoritätsträger-Lebensdauer in einer Halbleiteranordnung mit einem pn-übergang herabgesetzt, wobei gleichzeitig ein niedriger Spannungsabfall in der Durchlaßrichtung und ein niedriger Sperrstrom beibehalten wird. Dies wird durch die Einführung von Gadolinium-Atomen in die Raumladungsbereiche der Halbleiteranordnung erreicht. Es wurde überraschend festgestellt, daß Gadolinium-Atome in den Raumladungsbereichen als Rekombinationszentren wirken, um die Minoritätsträger während der Umschaltung von der Durchlaßspannung auf die Sperrspannung zu beseitigen, wobei jedoch die grundlegenden elektrischen Eigenschaften des pn-Übergangs nicht in der Weise verschlechtert werden, wie es der Fall ist, wenn Gold oder Kupfer in ähnlicher Weise verwandt werden.
Eine erfolgreiche Gadoliniumdotierung wurde sowohl bei Siliciumdioden als auch bei steuerbaren
DE2143777A 1970-12-10 1971-09-01 Verfahren zur Herabsetzung der Minoritatstrager Lebensdauer einer Halbleiteranordnung mit einem pn Übergang Expired DE2143777C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US9680170A 1970-12-10 1970-12-10

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2143777A1 DE2143777A1 (de) 1972-07-06
DE2143777B2 true DE2143777B2 (de) 1973-04-05
DE2143777C3 DE2143777C3 (de) 1973-10-25

Family

ID=22259128

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2143777A Expired DE2143777C3 (de) 1970-12-10 1971-09-01 Verfahren zur Herabsetzung der Minoritatstrager Lebensdauer einer Halbleiteranordnung mit einem pn Übergang

Country Status (7)

Country Link
US (1) US3662232A (de)
JP (1) JPS505023B1 (de)
CA (1) CA938383A (de)
DE (1) DE2143777C3 (de)
FR (1) FR2117861B1 (de)
GB (1) GB1368119A (de)
SE (1) SE378477B (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3860947A (en) * 1970-03-19 1975-01-14 Hiroshi Gamo Thyristor with gold doping profile
US3975756A (en) * 1974-06-28 1976-08-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Gadolinium doped germanium
US4464648A (en) * 1981-07-20 1984-08-07 Delta Airlines, Inc. Display panel for aircraft parking
US5384477A (en) * 1993-03-09 1995-01-24 National Semiconductor Corporation CMOS latchup suppression by localized minority carrier lifetime reduction
US5418127A (en) * 1993-05-28 1995-05-23 Eastman Kodak Company Water-soluble disulfides in silver halide emulsions

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL301451A (de) * 1962-12-17
US3340108A (en) * 1963-07-09 1967-09-05 Semi Elements Inc Laser materials
US3311510A (en) * 1964-03-16 1967-03-28 Mandelkorn Joseph Method of making a silicon semiconductor device
DE1439347A1 (de) * 1964-03-18 1968-11-07 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterstromtores vom pnpn-Typ
US3502515A (en) * 1964-09-28 1970-03-24 Philco Ford Corp Method of fabricating semiconductor device which includes region in which minority carriers have short lifetime
US3461356A (en) * 1965-08-19 1969-08-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Negative resistance semiconductor device having an intrinsic region
US3440113A (en) * 1966-09-19 1969-04-22 Westinghouse Electric Corp Process for diffusing gold into semiconductor material
US3485684A (en) * 1967-03-30 1969-12-23 Trw Semiconductors Inc Dislocation enhancement control of silicon by introduction of large diameter atomic metals
US3486950A (en) * 1967-04-26 1969-12-30 Motorola Inc Localized control of carrier lifetimes in p-n junction devices and integrated circuits

Also Published As

Publication number Publication date
JPS505023B1 (de) 1975-02-27
SE378477B (de) 1975-09-01
DE2143777A1 (de) 1972-07-06
FR2117861A1 (de) 1972-07-28
US3662232A (en) 1972-05-09
CA938383A (en) 1973-12-11
GB1368119A (en) 1974-09-25
FR2117861B1 (de) 1977-04-22
DE2143777C3 (de) 1973-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE68911702T2 (de) Halbleitervorrichtung mit zusammengesetztem Substrat, hergestellt aus zwei Halbleitersubstraten in engem Kontakt.
DE19704996C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines IGBT-Bauelementes
EP0330122B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines durch Feldeffekt steuerbaren Bipolartransistors
DE2824133C2 (de) Feldgesteuerter Thyristor
DE69504495T2 (de) Spannungsdurchbruchfeste halbleiterbauelemente aus einkristall-siliziumkarbid und verfahren zu deren herstellung
DE3738670C2 (de) Leitfähigkeitsmodulierter MOSFET
EP0018520B1 (de) Verfahren zur vollständigen Ausheilung von Gitterdefekten in durch Ionenimplantation von Phosphor erzeugten N-leitenden Zonen einer Siliciumhalbleitervorrichtung und zugehörige Siliciumhalbleitervorrichtung
DE3314879A1 (de) Verfahren zum herstellen von stabilen, niederohmigen kontakten in integrierten halbleiterschaltungen
AT398014B (de) Verfahren zur diffundierung von die lebensdauer der minoritätsträger verringernden platinatomen
DE4310444C2 (de) Schnelle Leistungsdiode
DE3027599C2 (de)
EP0327901B1 (de) Hochleistungs-GTO-Thyristor sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE2831035A1 (de) Verfahren zur herstellung eines waermeempfindlichen halbleiter-schaltelements
EP0071916A2 (de) Leistungs-MOS-Feldeffekttransistor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102018132236B4 (de) Leistungshalbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE3823795C2 (de)
DE2143777B2 (de) Verfahren zur herabsetzung der minoritaetstraeger-lebensdauer einer halbleiteranordnung mit einem pnuebergang
DE2837762C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Triacs
DE10261424B3 (de) Verfahren zum Herstellen eines Emitters mit niedrigem Emitterwirkungsgrad
EP0315145A1 (de) Leistungs-Halbleiterbauelement mit vier Schichten
DE102009051317B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelement
DE1170082B (de) Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen
DE69627800T2 (de) Herstellungsverfahren für halbleiteranordnung
DE2639364A1 (de) Thyristor
DE2040434C3 (de) Schottky-Diode und Verfahren zu ihrer Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: SIEMENS AG, 1000 BERLIN UND 8000 MUENCHEN, DE

8339 Ceased/non-payment of the annual fee