DE2207654A1

DE2207654A1 - Verfahren zum herstellen einer zenerdiode

Info

Publication number: DE2207654A1
Application number: DE19722207654
Authority: DE
Inventors: Ulrich Geisler; Stefan Gernhardt
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1972-02-18
Filing date: 1972-02-18
Publication date: 1973-08-30
Also published as: DE2207654B2; AU463838B2; FR2172191A1; GB1364035A; FR2172191B1; IT979130B; AU5200373A

Description

Deutsche ITT Industries GmbH U. Geisler et al 1-1

78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 . Go/kn

8. Februar 1972

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Verfahren zum Herstellen einer Zenerdiode

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem der wirtschaftlichen Herstellung von Zenerdioden, welche in der Mehrzahl an einer in die einzelnen Zenerdiodenelemente zu zerteilenden Halbleiterplatte mit je einem pn-übergang hergestellt werden und deren Zenerdurchbruchspannungen in einem möglichst engen Spannungsbereich liegen sollen und deren pn-übergänge nach der deutschen Auslegeschrift 1 090 330 je einer* inneren Flächenteil mit einer niedrigeren Durchbruchspannung als die Durchbruchspannung des den inneren Flächenteil umgebenden äußeren Flächenteils aufweisen. Zur Erleichterung des Verständnisses wird das Verfahren nach der Erfindung im folgenden auf die Herstellung einer Zenerdiode bezogen. Unter "Zenerdiode¹¹ soll ferner eine pn-Diode verstanden werden, deren Durchbruchsmechanissnus vom Zenerdurchbruch und nicht vom sogenannten beherrscht wird, also pn-Dioden mit negativen T zienten der Durchbruchspannungen unterhalb voi* ei-wa 10 Volt, vorzugsweise um 5 Volt. In diesem Zusammenhang wird aaf die

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Zeitschrift "Electronic Industries"(Februar 1959), Seiten 78 bis 83 verwiesen.

Bisher bestand in der Fachwelt vorwiegend die Ansicht, daß die pn-Ubergänge solcher Zenerdioden, zumindest was den inneren durchbrechenden Flächenteil des pn-Ubergangs anbetrifft, durch das Legierungsverfahren hergestellt werden sollten. In diesem Zusammenhang wird auf die deutsche Auslegeschrift 1 248 165 und die deutsche Offenlegungsschrift 1 614 180 verwiesen. Es hat sich aber ergeben, daß die durch dieses Verfahren hergestellten Zenerdioden gewisse Streuungen der Zenerdurchbruchspannungen über eine Halbleiterplatte aufweisen, was im Hinblick auf die gezielte Herstellung von Zenerdioden mit Zenerspannungen in einem relativ engen Spannungsbereich unwirtschaftlich ist. Aufgabe der Erfindung ist die Verminderung dieser Streuungen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Zenerdiode mit einem in einer Halbleiterplatte aus Silicium hergestellten pn-übergang, der einen inneren Flächenteil mit einer Zenerdurchbruchspannung unterhalb von etwa 10 Volt und unterhalb der Zenerdurchbruchspannung des äußeren Flächenteils aufweist, der den inneren Flächenteil umgibt. Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Oberflächenseite einer η-leitend dotierten Halbleiterplatte eine höher als die Halbleiterplatte, nicht aber entartet η-leitend oberhalb

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von 10 cm dotierte Zone eindiffundiert wird und daß der gesamte innere Flächenteil des pn-Ubergangs durch Diffusion von Bor in einer Ebene konstanter Konzentration innerhalb des Konzentrationsgr iienten der zur Diffusion der η-dotierten Zone eindiffundierten Dotierung hergestellt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren Teilschnittansichten senkrecht zu den Oberflächen- selten der verwendeten Halbleiterplatte zeigen und deren

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Figuren 1-3 die bevorzugte Ausführungsform nach der

Erfindung und deren

Figuren 4 u. 5 eine weitere Ausführungsform des Verfahrens

nach der Erfindung

betreffen.

Die verwendete Halbleiterplatte soll im Hinblick auf einen niedrigen Bahnwiderstand der Zenerdiode bzw. der Zenerdioden einen spezifischen Widerstand von weniger als 100 m 0hm·cm aufweisen. Dieser spezifische Widerstand muß aber auf jeden Fall oberhalb desjenigen liegen, dem die Oberflächenkonzentration der Zone 2 entspricht. Es muß also ein Konzentrationsgradient mit fallender η-Dotierung senkrecht in die Halbleiterplatte vorhanden sein. Vorzugsweise werden Siliciumplatten mit spezifischen Widerständen zwischen 10 m 0hm·cm und 100 m 0hm*cm verwendet. Die Streuungen der spezifischen Widerstände der Halbleiterplatte gehen aber praktisch nur in die Flußkennlinien, nicht aber in die Zenerdurchbruchspannungen ein. Die Dotierungs-

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konzentration der eindiffundierten Zone soll zwischen 10 cm und der im allgemeinen zu vermeidenden Entartungskonzentration, bezogen auf die Halbleiteroberfläche, liegen.

Da möglichst große Dotierungskonzentrationen unterhalb der Entartungskonzentration verwendet werden sollen, wird der innere Flächenteil 3 des zu diffundierenden pn-übergangs durch Diffusion von Bor hergestellt, welches die größte Festkörperlöslichkeit der p-dotierenden Verunreinigungen in Silicium aufweist. Da die η-dotierenden Verunreinigungen Arsen und Phosphor eine größere, Antimon aber eine kleinere Festkörperlöslichkeit als Bor aufweisen, wird Antimon zur Dotierung des den inneren · Flächenteil 3 aufweisenden pn-übergangs vorgezogen. Im Falle der Verwendung von Antimon ist nämlich bei ausreichend hoher

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Konzentration, zumindest oberhalb der der Festkörperlöslichkeit entsprechenden, bei den üblichen zur Aufbringung und Vordiffusion verwendeten Temperaturen oberhalb von etwa 1.000° bei Silicium keine besonderen Maßnahmen zur Begrenzung der Dotierungskonzentration in der Gasphase nach oben erforderlich, da die Festkörperlöslichkeit des Antimons in Silicium unter der des Bors liegt. Solche Begrenzungsmaßnahmen, beispielsweise definiert dotierte Dotierungsquellenkörper oder Pulver, sind aber bei der Verwendung von Arsen und Phosphor erforderlich.

Nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis wird von einer mit Antimon oder Phosphor dotierten Halbleiterplatte mit einem spezifischen Widerstand von 10 m 0hm*cm bis 100 m 0hm·cm ausgegangen, auf die unter Bildung eines mit Antimon dotierten Oxyds Antimon aufgebracht und anschließend diffundiert wird. Nach Entfernen dieses mit Antimon dotierten Oxyds wird entsprechend der bekannten Planartechnik eine Diffusionsmaskierungsschicht 5 mit einem rahmenförmigen, vorzugsweise ringförmigen Durchbruch 6 aufgebracht. Durch diesen Durchbruch wird bei Verwendung einer ringförmigen Struktur die p-leitende Ringzone 4 diffundiert. Diese Ringzone 4 muß tiefer als der noch zu diffundierende innere Flächenteil 3 des pn-Ubergans liegen. Sie wird vorzugsweise durch die Zone 2 hindurch diffundiert.

Danach wird gemäß der Fig. 3 innerhalb der äußeren Flächenumrandung der Ringzone 4 der innere Flächenteil 3 des pn-übergangs durch das bekannte Planardiffusionsverfahren unter Verwendung von Bor als Dotierungsmittel eindiffundiert. Der gesamte innere Flächenteil 3 des pn-Ubergangs, der die Durchbruchskennlinie bestimmt, liegt somit in einer Ebene konstanter Konzentration innerhalb des Konzentrationsgradienten der zur Diffusion der η-dotierten Zone 2 eindiffundierten Dotierung, wie die Fig. 3 veranschaulicht« Der Benerdurchbruoh erfolgt daher gleichmäßig

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über die Fläche des inneren Flächenteils 3. Die Zenerdurchbruchspannung kann über das Produkt aus Diffusionszeit und Diffusionstemperatur eingestellt werden.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 4 und 5 des Verfahrens nach der Erfindung wird die Zone 2 durch das Planarverfah-. ren unter Verwendung der Diffusionsmaskierung 7 und einer Halbleiterplatte 1 mit einem spezifischen Widerstand von 30 m Ohm'on bis 100 m 0hm·cm eindiffundiert. Bei der Planardiffusion bildet sich gemäß der Fig. 4 eine Antimon enthaltende Siliciumoxydschicht 8. Zur folgenden Planardiffusion des inneren Flächenteils 3 des pn-Ubergangs wird gemäß der Fig. 5 die Diffusionsöffnung 9 erweitert, so daß die Berandung der Diffusionsöffnung für die zuvor diffundierte η-dotierte Zone 2 innerhalb der öffnung der Diffusionsmaskierung 9 für die Bor-Diffusion liegt. Das Verfahren gemäß dem anhand der Figuren 4 und 5 erläuterten Ausführungsbeispiel hat gegenüber dem Verfahren gemäß den Figuren 1 bis 3 den Nachteil, daß die laterale Eindringtiefe der mit Bor hergestellten ρ -Schicht gering ist, was einen erhöhten Konzentrationsgradienten an der Oberfläche und damit eine erhöhte Gefahr eines Oberflächendurchbruchs zur Folge hat.

Das Verfahren der Erfindung hat gegenüber dem bekannten Verfahren, bei dem der innere Flächenteil 3 des pn-übergancfs duich Legieren hergestellt wird, den Vorteil, daß sich die Zensr» spannungen beim Einschmelzen in Glasgehäuse nich

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1*, Verfahren zum Herstellen einer Zenerdiode mit einem in V''einer Halbleiterplatte aus Silicium hergestellten pn-über-ίϊ, gang, der einen inneren Flächenteil mit einer Zenerdurch- ^; bruchspannung unterhalb von etwa 10 Volt und unterhalb der /< ν Zenerdurchbruchspannung des äußeren Flächenteils aufweist,

der den inneren Flächenteil umgibt, dadurch gekennzeichnet, >;_t- daß in eine Oberflächenseite einer η-leitend dotierten

^: ' Halbleiterplatte (1) eine höher als die Halbleiterplatte (1),

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'= nicht aber entartet η-leitend oberhalb von 10 cm dotierte .Zone (2) eindiffundiert wird und daß der gesamte innere Flächenteil (3) des pn-übergangs durch Diffusion von Bor . in einer Ebene konstanter Konzentration innerhalb des Konzentrationsgradienten der zur Diffusion der n-dotierten Zone (2) eindiffundierten Dotierung hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine höher als die Halbleiterplatte, nicht aber entartet n-dotierte Zone (2) unter Verwendung von Antimon eindiffundiert wird.

3* Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die η-dotierte Zone (2) und der innere Flächenteil (3) durch Planardiffusionen hergestellt werden, wobei die Berandung der Diffusionsöffnung fUr die η-dotierte Zone (2) innerhalb der öffnung der Diffusionsmaskierung für die Bor-Diffusion liegt.

4» Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die gesamte Oberflächenseite der Halbleiterplatte (1) die η-dotierte Zone (2) schichtförmig, daß anschließend eine höher als die η-dotierte Zone (2) p-leitende Ringzone (4) in die Oberflächenseite und danach der innere Flächenteil (3)

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des pn-Ubergangs durch eine Planardiffusion unter Verwendung einer Diffusionsmaskierung (6) innerhalb der äußeren Flächenumrandung der Ringzone (4) eindiffundiert werden.

5» Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, ' '-daß eine η-dotierte Zone (2) In eine η-leitende Halbleiter- ^; platte mit einem spezifischen Widerstand von ^ 100 m Ohm*cm

. eindiffundiert wird. . ν :^ .

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ORIGINAL INSPECTED

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