DE2210200A1 - SEMICONDUCTOR COMPONENT WITH DIFFUSED RECOMBINATION CENTERS AND PROCESS FOR THEIR PRODUCTION - Google Patents
SEMICONDUCTOR COMPONENT WITH DIFFUSED RECOMBINATION CENTERS AND PROCESS FOR THEIR PRODUCTIONInfo
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Description
"Halbleiterbauelement mit eindiffundierten Rekombinationszentren und Verfahren zu dessen Herstellung." Die elektrischen Eigenschaften von Halbleiterbauelementen hängen wesentlich von der Lebensdauer der Ladungsträger im Inneren des Bauelementes ab, was besonders bei diffundierten und diffundiert-legierten Thyristoren aus Silizium, die aus einem n- oder p-leitendem Ausgangsmaterial hergestellt werden, zutrifft. Bei der Fertigung dieser Thyristoren wird die Bestimmung der Trägerlebensdauer bereits an den pnp- bzw. npn-Scheiben erforderlich, damit dann entschieden werden kann, wie sie in den dann folgenden Fertigungsschritten noch verändert werden muß, um dem fertigen Bauelement die gewünschten elektrischen Eigenschaften zu geben. Es kann bekanntlich durch Verkürzung der Trägerlebensdauer das Frequenzverhalten eines Halbleiterbauelements verbessert werden. Damit geht äedoch eine Verringerung der Ladungsträgerkonzentration und der möglichen Stromdichte einher, wodurch sich das beistungsverhalten des betreffenden Bauelementes verschlechtert. Durch Verkiirzung der Trägerlebensdauer nur in bestimmten Zonenbereichen sowie durch Verlängerung dci Trägerlebensdauer in bestimmten anderen Zonenbereichen können indes bei einem Halbleiterbauelement oI)timale Eigenschaften hinsichtlich des Frequenz- und des Leistungverhaltens erzielt werden. Dies ist z. B. bei einem bekannten Thyristor mit einer n+pnpp+-Zonenstruktur zur Prall, bei dem . z.B. mindestens in der n+ -Zonc und teilweise auch in der benachbarten p-Zone mehrere Bereiche mit Rekombinationszentren in hoher und in geringer Konzentration eindiffundiert sind (DT-PS 1 489 087).Bei dem bekannten Thyristor wie auch bei anderen bekannten Halbleiterbauelementen wird in den betreffenden Zonenbereichen die Trägerlebensdauer durch selektiv eindiffundierte Rekombinationszentren aus Gold oder durch ein selektives mechanisches Einwirken, ferner durch selektive Strahlungseinwirkung auf das Kri'stallgitter des Halbleiterbauelementes eingestellt. "Semiconductor component with diffused recombination centers and method of manufacturing it. "The electrical properties of semiconductor devices depend essentially on the service life of the charge carriers inside the component which is particularly important for diffused and diffused-alloyed thyristors made of silicon, which are made from an n- or p-conductive starting material applies. When these thyristors are manufactured, the carrier life is already determined required on the pnp or npn slices so that a decision can then be made how it still has to be changed in the subsequent production steps in order to to give the finished component the desired electrical properties. It can be known to reduce the carrier life by shortening the frequency behavior of a Semiconductor device can be improved. With this, however, there is a reduction in Carrier concentration and the possible current density, which means that the performance behavior of the component concerned worsened. By shortening the service life of the carrier only in certain zone areas and through extension dci carrier life in certain other zone areas can, however, with a Semiconductor component oI) optimal properties in terms of frequency and frequency Performance behavior can be achieved. This is e.g. B. in a known thyristor with an n + pnpp + zone structure for rebound, in which. e.g. at least in the n + zone and sometimes several areas with recombination centers in the neighboring p-zone diffused in high and low concentrations (DT-PS 1 489 087) the known thyristor as well as other known semiconductor components the carrier lifetime by selectively diffused in in the relevant zone areas Recombination centers made of gold or through selective mechanical action, furthermore through the selective action of radiation on the crystal grid of the semiconductor component set.
Es ist bekanntlich aber schwierig, durch eine mit Phosphor hochdotierte n+ -Zone hindurch Rekombinationszentren aus Gold in ein Halbleiterbauelement einzudiffundieren. Eine mit Phosphor hochdotierte n -Schicht wirkt gegenüber Goldatomen bei den üblichen Temperaturen und Einwirkungszeitdauern diffusionshemmend. Die zur Einstellung einer gewünschten Trägerlebensdauer in einem Halbleiterbauelement mit einer solchen n+-Zone erforderlichen Diffusionszeitdauer würde infolge dieser wie ein Getter wirkenden n -Zone erheblich länger sein als ohne n+-Zone.It is well known, however, that it is difficult to use one highly doped with phosphorus n + zone through recombination centers made of gold to diffuse into a semiconductor component. An n-layer heavily doped with phosphorus acts against gold atoms in the usual ones Diffusion-inhibiting temperatures and exposure times. The one to hire a desired carrier life in a semiconductor component with such an n + zone The required diffusion time would act like a getter as a result of this n zone can be considerably longer than without the n + zone.
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement aus Silizium mit einer Zonenstruktur mit Zonen unterschiedlichen Leitungstyps, die unterschiedlich hoch dotiert sein können, bei der die Trägerlebensdauer mittels eindiffundierter Rekombinationszentren eingestellt ist.The invention relates to a semiconductor component made of silicon with a Zone structure with zones of different line types, which are of different heights can be doped, in which the carrier lifetime by means of diffused recombination centers is set.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements.The invention also relates to a method for producing a such a component.
Die oben erläuterte Schwierigkeit wird bei einem derartigen Halbleiterbauelement erfindungsgemäß dadurch umgangen, daß zur Einstellung der Trägerlebensdauer in beliebigen Bereichen der Zonenstruktur Hekomtinationszentren aus 1'platin in das Halbleiterbauelement eindiffundiert sind.The above-mentioned problem arises with such a semiconductor device according to the invention circumvented that to adjust the carrier life in any Areas of the zone structure hecomtination centers made of 1'platinum in the semiconductor component are diffused in.
Bei einem Halbleiterbauelement, das eine hochdotierte n+-Zone mit Phosphor enthält, ist die Erfindung dadurch weiter ausgebildet, daß Rekombinationszentren aus Platin durch die mit Phosphor hochdotierten n+ -Zonen hindurch in beliebige Bereiche der Zonenstruktar eindiffundiert sind.In the case of a semiconductor component that has a highly doped n + zone with Contains phosphorus, the invention is further developed in that recombination centers made of platinum through the n + -zones, which are highly doped with phosphorus, into any Areas of the zone structure are diffused.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht bei einem Halbleiterbauelement mit einer n+pn+ -Zonenstruktur, bei der die +Zonen mit Phosphor hochdotiert sind und die p-Zone schwach dotiert hochohmig ist, darin, daß Rekombinatiönszentren aus Platin durch die mit Phosphor hochdotierte n+ -Zonen hindurch zur Einstellung der Lebensdauer der Minoritätsträger der p-Zone in diese p-Zone eindiffundiert sind.Another development of the invention consists in a semiconductor component with an n + pn + zone structure in which the + zones are highly doped with phosphorus and the p-zone is weakly doped with a high resistance, in that recombination centers Platinum through the n + -zones, which are highly doped with phosphorus, to adjust the Lifetime of the minority carriers of the p-zone are diffused into this p-zone.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einem Halbleitergleichrichter aus Silizium mit einer n+pp + -Zonenstruktur dargestellt, das nachfolgend beschrieben wird.In the drawing, an embodiment of the invention is at a Semiconductor rectifiers made of silicon with an n + pp + zone structure shown, which is described below.
Eine derartige Zonenstruktur wird in bekannter Weise z. B.Such a zone structure is known in a known manner, for. B.
aus einem p-leitend vordotierten Ausgangsmaterial mit zwei Diffusionsschritten hergestellt, für die außerdem ein Läppschritt und gegebenenfalls auch ein Maskierungsschritt erforderlich sind. In der mittleren p-Zone 1 ist zwar die Dotierungskonzentration schon infolge der Vordotierung gering im Vergleich zu den hochdotierten Außenzonen 2 und 3, die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger ist jedoch durch eindiffundierte, als Punkte dargestellte Rekombinationszentren 4 noch zusätzlich auf eine bestimmte Größe herabgesetzt, um beispielsweise dem Halbleitergleichrichter eine gewünschte Sperreigenschaft zu erteilen. Die n+ -Außenzone 2 sei mit Phosphor dotiert worden, die p+-Außenzone 3 hingegen mit Bor. Um bei einem solchen Halbleitergleichrichter in der mittleren p-Zone 1 die Trägerlebensdauer auf eine gewünschte Größe einzustellen, werden nach dem ersten Diffusionsschritt, bei dem eine n+pn+-Zonenstruktur ausgebildet wird, Rekombinationszentren mit entsprechender Konzentration in die mittlere p-Zone diffundiert. Zur Einstellung der Trägerlebensdauer in Silizium werden gewöhnlich Rekombinaltionszentren aus Gold verwendet.Diesen gegenüber wirken aber mit Phosphor hochdotierte n -Zonen bekanntlich diffusionshemmend. Versuche mit Platin haben gezeigt, daß mit Phosphor hochdotierte n -Schichten bei den üblichen Diffusionsbedingungen Platin gegenüber eine gute Durchlässigkeit aufweisen. Erfindungsgemäß wurde daher bei Halbleiterbauelementen, die eine n + pn+ -Zonenstruktur aufweisen, zur Einstellung der Trägerlebensdauer in der mittleren p-Zone Platin als Rekombinationszentren durch die beiden +-Zonen hindurch in die p-Zone eindiffundiert. Durch nachträgliche Bestimmung der herabgesetzten Lebensdauer der Minoritätsträger sowie auch durch eine Aktivierungsanalyse des Platins in dieser p-Zone konnte nachgewiesen werden, daß Platin in die mittlere p-Zone eingedrungen ist und wirksam geworden ist.from a p-conducting predoped starting material with two diffusion steps produced, for which a lapping step and optionally also a masking step required are. The doping concentration is in the middle p-zone 1 already because of the predoping, low compared to the highly doped outer zones 2 and 3, the service life of the minority charge carriers is, however, due to diffused, Recombination centers 4 shown as dots also point to a specific one Size reduced to, for example, the semiconductor rectifier a desired To grant blocking status. The n + outer zone 2 was doped with phosphorus, the p + outer zone 3, however, with boron. To in such a semiconductor rectifier adjust the carrier lifetime to a desired size in the middle p-zone 1, are formed after the first diffusion step in which an n + pn + zone structure is, recombination centers with a corresponding concentration in the middle p-zone diffused. To adjust the carrier life in silicon are usually Recombinant centers made of gold are used, but they counteract these with phosphorus highly doped n-zones are known to be diffusion-inhibiting. Tests with platinum have shown that n-layers highly doped with phosphorus under the usual diffusion conditions Have good permeability to platinum. According to the invention was therefore in the case of semiconductor components that have an n + pn + zone structure, for setting the carrier lifetime in the middle p-zone platinum as recombination centers the two + -zones diffused through into the p-zone. By subsequent determination the reduced lifespan of the minority carriers as well as an activation analysis of the platinum in this p-zone could be proven that platinum in the middle p-zone has penetrated and taken effect.
Verfahrensmäßig kann die Eindiffusion von Platin in die p-Zone einer n+pn+-Zonenstruktur mit durch Phosphor hochdotierten n+-Zonen auf folgende Weise durchgeführt werden.In terms of the method, the diffusion of platinum into the p-zone can be a n + pn + zone structure with n + zones highly doped by phosphorus as follows be performed.
Es wird mittels Kathodenzerstäubung eine etwa 1 um dünne Schicht aus Platin auf die Oberflächen der n -Zonen aufgebracht. Sodann wird der Halbleiterkörper mit der erwähnten Zonenstruktur einer etwa einstündigen Temperung bis z.B.An approximately 1 µm thin layer is made up by means of cathode sputtering Platinum applied to the surfaces of the n -zones. Then the semiconductor body with the mentioned zone structure of an approximately one hour tempering up to e.g.
900°C unterworfen, wobei dieser gleichzeitig einem Gasstrom aus Stickstoff ausgesetzt ist.900 ° C subjected, this at the same time a gas stream of nitrogen is exposed.
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