DE2207654B2 - Verfahren zum Herstellen einer Zenerdiode - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer ZenerdiodeInfo
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Description
55
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
1090 330 je einen inneren Flächenteil mit einer niedrigeren Durchbruchspannung als die
Durchbruchspannung des den inneren Flächenteil umgebenden äußeren Flächenteils aufweisen. Unier
»Zenerdiode« soll auch eine pn-Diode verstanden werden, deren Durchbruchsmechanismus vom Zenerdurchbruch
und nicht vom sogenannten »Avalanche« Effekt beherrscht wird, also pn-Dioden mit
negativen Temperaturkoeffizienten der Durchbruchspannungen unterhalb von etwa 10 Volt, vorzugsweise
um 5 Volt. In diesem Zusammenhang wird auf die Zeitschrift »Electronic Industries«:, Bd. IS
(1959), Heft 2, S. 78 bis 83, verwiesen.
Bisher bestand in der Fachwelt vorwiegend die Ansicht, daß die pn-Übergänge solcher Zenerdioden,
zumindest was den inneren durchbrechenden Flächenteil des pn-Übergangs anbetrifft, durch das Legierungsverfahren
hergestellt werden sollten. In diesem Zusammenhang wird auf die deutsche Auslegeschrift
1248165 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 ensen 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 Flächcnteils aufweist, der den inneren Flächenteil
umgibt. Die obengenannte Aufgabe wird erfindungseemäß
dadurch gelöst, daß zunächst in einer Ober-Flächenseite einer η-leitend dotierten Halbleiterplatte
eine höher als die Halbleiterplatte, nicht aber entartet n-Ieitend oberhalb von lGI!lcic~:i dotierte Zone
eindiffundiert wird und daß dann der pn-übergang durch Diffusion von Bor hergestellt wird, so daß der
gesamie innere Flächenteil des pn-Überganges in einer Ebene konstanter Konzentration innerhalb des
Konzentrationsgradienten der zur Diffusion der η-dotierten Zone eindiffundierten Dotierung zu liegen
kommt.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert, deren Figuren Teilschnittansichten
senkrecht zu den Oberflächenseiten der verwendeten Halbleiterplatte zeigen, wobei die
Fig. 1 bis3 die bevorzugte Ausführungsform nach
der Erfindung und die
F i g. 4 und 5 eine weitere Ausführungsforrn des Verfahrens nach der Erfindung betreffen.
Die verwendete HalbleiterplaUe soll im Hinblick auf einen niedrigen Bahnwiderstand der Zenerdiode
bzw. der Zenerdioden einen spezifischen Widerstand von weniger als 100 m Ohm · 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 n-Dotierung
senkrecht in die HalbleiterplaUe vorhanden sein. Vorzugsweise werden Siliciumplatten mit spezifischen
Widerständen zwischen 10 m Ohm ■ crn und 100 m Ohm · cm verwendet. Die Streuungen der spezifischen
Widerstände der HalbleiterplaUe gehen aber praktisch nur in die Flußkennlinien, nicht aber
in die Zenerdurchbruchspannungen ein. Die Dotie-
rungskonzentration der eindiffundierien Zone soil
zwischen lucern"11 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-doüerenden 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 Konzentration, zumindest
oberhalb der der Festkörperlöslichkeit entsprechenden, bei den üblichen zur Aufbringung und Vordiffusion
verwendeten Temperaturen oberhalb von etwa 1000° C bei Silicium keine besonderen Maßnahmen
zur Begrenzung der Dotierungskonzenration in der Gasphase nach oben erforderlich, da die Festkörperlöslichkeit
des Antimons in Silicium unter der des Bors liegt. Solche Bgrenzungsmaßnahmen, beispielsweise
definiert dotierte Dotierungsquellenkörper oder Pulver, sind aber bei der Verwendung von
Arsen und Phosphor erforderlich.
Nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 1 bis 3 wird von einer mit Antimon
oder Phosphor dotierten Halbleiterplatte mit eiiiem spezifischen Widerstand von 10 m Ohm ■ cm bis
IGOrn Ohm · cm ausgegangen, auf die unter Bildung eines mit Antimon dotierten Oxids Antimon aufgebracht
und anschließend diffundiert wird. Nach Entfernen dieses mit Antimon dotierten Oxids wird entsprechend
der bekannten Planartechnik eine Diifusionsmaskierungsschicht
S mit einem rahmenförmigen, voii.ugsweise 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-Übergangs 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 ρη-Übergangs durch das bekannte Planardiffusionsverfahren unter Verwendung von
Bor als Dotierungsmittel eindiffundiert. Der gesamte innere Flächenteil 3 des pn-übergangs, der dit
Durchbruchskennlinie bestimmt, liegt somit in einer
ίο Ebene konstanter Konzentration innerhalb des Konzentrationsgradienten
der zur Diffusion der n-dotierten Zone 2 eindiffundierten Dotierung, wie die F i g. 3 veranschaulicnc. Der Zenerdurchbruch erfolgt
daher gleichmäßig über die Fläche des inneren Flä-
chenteils 3 die Zenerdurchbruchspannung kann über das Produkt aus Diffusionszeit und Diffusionstemperatur eingestellt werden.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 4 und 5 des Verfahrens nach der Erfindung wird die
Zone 2 durch das Planarverfahren unter Verwendung der Diffusionsmaskierung 7 ;;nd einer Halbleiterplatte
I mit einem spezifischen Widerstand von 30 m Ohm · cm bis 100 m Ohm · cm eindiffundiert. Bei
der Planardiffusion bildet sich gemäß der F i g. 4 eine Antimon enthaltende Siliciumoxidschicht 8. Zur folgenden
Planardiffusion des inneren Flächenteils 3 des pn-Übergangs wird gemäß der F i g. 5 die Diffusionsöffnung
für die zuvor diffundierte n-dotierte Zone 2 innerhalb der Öffnung der Diffusionsmaskierung9
für die Bor-Diffusion liegt. Das Verfahren gemäß dem an Hand der Fig. 4 und 5 erläuterten
Ausführungsbeispiel hat gegenüber dem Verfahren gemäß den Fig. 1 bis3 den Nachteil, daß die
laterale Eindringtiefe der mi' 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 den
4c bekannten Verfahren, bei dem der innere Flächenteil
3 des pn-Übergangs durch Legieren hergestellt wird, den Vorteil, daß sich die Zenerspannungcn
beim Einschmelzen in Glasgehäuse nicht ändern.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zum Herstellen einer Zenerdiode mit einem in einer HalbleiterplaUe aus Silicium
hergestellten pn-übergang, der einen inneren Flächenteil mit einer Zenerdurchbruchspannung unterhalb
von etwa 10 Volt und unterhalb der Zenerdiirchbruchspannung des äußeren Flächenteils
aufweist, der den inneren Flächenteil umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst
in eine Oberflächenseite einer n-Ieiiend
dotierten Halbleiterplatte (1) eine höher als die HalbleiterplaUe (1), nicht aber entartet n-leitend
oberhalb von 1019Cm-3 dotierte Zone (2) eindiffundiert
wird und daß dann der pn-übergang durch Diffusion von Bor hergestellt wird, so daß
der gesamte innere Flächenteil (3) des pn-Überganges in einer Ebene konstanter Konzentration
innerhalb des, Konzentrationsgradienten der zur Diffusion der η-dotierten Zone (2) eindiffundierten
Dotierung zu liegen kommt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine höher als die Halbleiterplatte,
nicht aber entartet η-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 Flr>henteil (3) durch Planardiffusion hergestellt werden, wobei die Berandung der Diffusionsöffnung
für die ß-dotiei.e Zone ^2) innerhalb
der öffnung der Diffusio^smaskierung 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) schachtförmig, daß anschließend eine höher
als die η-dotierte Zone (2) p-leitende Ringzone (4) in die Oberflächenseite und danach der innere
Flächenteil (3) des pn-Übergangs 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 n^ dotierte Zone (2) in
eine η-leitende Halbleiterplatte mit einem spezifischen Widerstand von kleiner oder gleich 100 in
Ohm · cm eindiffundiert wird.
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