DE2242016A1 - COMPONENT WITH PN TRANSITION AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME - Google Patents
COMPONENT WITH PN TRANSITION AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAMEInfo
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Description
- 2 - M 5180- 2 - M 5180
Beschreibungdescription
Diese Erfindung betrifft ein Bauelement mit pn-übergang, das einen hyperabrupten pn-übergang aufweist, und sie betrifft insbesondere ein Bauelement mit pn-übergang, das einen hohen Gütefaktor Q, zusammen mit einem niedrigen Reihenwiderstand und eine gesteuerte Kapazitäts-Spannungs-Beziehung aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.This invention relates to a pn junction device which has a hyper-abrupt pn junction, and it relates in particular to a component with a pn junction that has a high quality factor Q, along with a low series resistance and a controlled capacitance-voltage relationship, and a method for making the same.
Es gibt verschiedene Arten herkömmlicher Bauelemente mit hyperabruptem pn-übergang, die nach einem Diffusionsverfahren unter Verwendung einer gasförmigen Verunreinigungsquelle hergestellt werden. Bei einem solchen Verfahren erreicht jedoch eine Verunreinigungskonzentration an einer Halbleiteroberfläche 10 ' bisThere are several types of conventional hyper-abrupt pn junction devices made by a diffusion process using a gaseous source of contamination. In such a method, however, an impurity concentration on a semiconductor surface reaches 10 ' to
21 3
10 Atome/cnr . Andererseits wird eine niedrige Verunreinigungs -21 3
10 atoms / cnr. On the other hand, a low level of pollution
konzentration von 10 ^ bis 10 Atome/cm an der Stelle eines pn-Überganges benötigt, wenn es sich um einen hyperabrupten pn-übergang handelt. Üblicherweise ist es schwierig, eine geforderte undendliche Verunreinigungskonzentration an der Stelle eines pn-Überganges zu erzielen, und aufgrund dieser Undefinierten Verunreinigungskonzentration hat ein Bauelement mit hyperabruptem pn-übergang eine Undefinierte Kapazitäts-Spannungs-Beziehung. Darüberhinaus ist es erwünscht, den Gütefaktor Q, des Bauelements mit pn-übergang für die Anwendung im Hochfrequenzbereich zu vergrössern.concentration of 10 ^ to 10 atoms / cm at the point of one pn-junction is required if it is a hyper-abrupt pn-junction. Usually it is difficult to get a demanded and finite concentration of contaminants at the site to achieve a pn junction, and due to this undefined impurity concentration, a component with hyperabruptem pn junction an undefined capacitance-voltage relationship. In addition, it is desirable to use the quality factor Q of the component with a pn junction for use in the high-frequency range to enlarge.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Schaffung eines neuartigen und verbesserten Bauelementes mit pn-übergang, das eine definierte Kapazitäts-Spannungs-Beziehung und einen hohen Gütefaktor Q aufweist. D.h., das Bauelement gemäss der Erfindung besteht aus einem Halbleiterplättohen, welches p- und n-Verunreinigungselemente enthält, wobei eines der Verunreinigungselemente eine grössere Diffusionskonstante als das andere Verunreinigungselement aufweist unddie Konzentration des einen Verunreinigungselementes niedriger ist als die des anderen Verunreinigungselements, und aus einer auf dem HalbleiterplättchenThe object of the present invention is therefore to create a new and improved component with a pn junction, which has a defined capacitance-voltage relationship and a high quality factor Q. That is, the component according to Invention consists of a semiconductor wafer which contains p- and n-type impurity elements, one of the impurity elements a larger diffusion constant than the other Has an impurity element and the concentration of one impurity element is lower than that of the other impurity element, and one on the die
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gebildeten Halbleiterschicht, wobei die p- und n-Verunreinigungs-» elemente von dem Halbleiterplättohen in die Halbleiterschicht diffundiert sind und die Halbleiterschicht dieselbe Leitfähigkeitstype aufweist wie das eine ¥erunreinigungselement«formed semiconductor layer, wherein the p- and n-impurity » Elements of the semiconductor wafers are diffused into the semiconductor layer and the semiconductor layer has the same conductivity type exhibits like the one ¥ impurity element «
Die Erfindung wird nachfolgend beschrieben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen- dieThe invention is described below with reference to the accompanying drawings, in which the
Figuren 1 bis j5 und J Querschnitts ans ichten von Bauelementen mit pn-Übergängen gemäss der vorliegenden Erfindung sind und dieAre figures 1 to j5 and J to the cross-section of layers of components with pn-junctions according to the present invention and the
Figuren 4 bis 6 Querschnittsansichten eines Bauelementes mit pn-übergang beim Herstellungsverfahren gemäss der Erfindung sind.Figures 4 to 6 are cross-sectional views of a component with a pn junction in the manufacturing method according to the invention.
Es wird jetzt zuerst auf die Figuren 1 bis 3 und 7 Bezug genommen. Ein Bauelement mit pn-übergang gemäss der Erfindung besteht aus einer Halbleiterschicht 2 und einem Halbleiterplättchen 1, das p- und n-Verunreinigungselemente enthält. Eines der Verunreinigungselemente hat eine grössere Diffusionskonstante als das andere Verunreinigungselement und ist in einer Konzentration enthalten, die geringer ist als die des andern Verunreinigungselementes. Die Halbleiterschicht ist von derselben Leitfähigkeitstype wie das eine Verunreinigungselement, und die p- und n-Verunreinigungselemente sind in die Halbleiterschicht von dem Halbleiterplättchen diffundiert«Reference is now made first to FIGS. 1 to 3 and 7. A component with a pn junction according to the invention consists of a semiconductor layer 2 and a semiconductor wafer 1, the Contains p- and n-impurity elements. One of the elements of pollution has a larger diffusion constant than the other impurity element and is contained in a concentration which is less than that of the other impurity element. The semiconductor layer is of the same conductivity type as the one impurity element and the p- and n-impurity elements have diffused into the semiconductor layer from the semiconductor wafer «
Das Bauelement mit pn-übergang der Erfindung wird hergestellt,
indem man eine Halbleitersehicht auf ein Halbleiterplättchen
aufwächst, welches p- und n-Verunreinigungselemente enthält.
Eines der Verunreinigungselemente hat eine grössere Diffusionskonstante als das andere Verunreinigungselement, und es ist in.
einer Konzentration enthalten, die geringer ist als die des
anderen Verunreingiungselements, wie es oben beschrieben wurde.The pn junction device of the invention is made by forming a semiconductor layer on a semiconductor die
grows up which contains p- and n-impurity elements.
One of the impurity elements has a larger diffusion constant than the other impurity element, and it is contained in a concentration lower than that of the
other contaminant as described above.
Gewöhnlich wird ein Gütefaktor Q eines Bauelementes mit pn-übergang angenähert ausgedrückt durch die GleichungA quality factor Q of a component with a pn junction is usually used expressed approximately by the equation
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wobei V die Winkelfrequenz des an das Bauelement angelegten Signals, C die Kapazität und R der Reihenwiderstand des Bauelements mit pn-übergang sind. Weil das Plättchen 1 einen sehr niedrigen spezifischen Widerstand ( £ 0,1-^ cm) hat, hängt der Wert von R_ im grossen Maße vom Widerstand der Schicht 2 ab.where V is the angular frequency of the signal applied to the component, C is the capacitance and R is the series resistance of the component with pn junction. Because the plate 1 has a very low specific resistance (£ 0.1- ^ cm), the value of R_ depends to a large extent on the resistance of the layer 2.
Der Widerstand der Schicht 2 wird entschieden gemäss der Anforderung
an die Kapazitäts-Spannungs-Beziehung des pn-Überganges,
und die nicht weiter reduzierbare Minimaldicke der Schicht 2
wird entschieden gemäss der Anforderung an die minimale Kapazität des pn-Überganges.The resistance of layer 2 is decided according to the requirement for the capacitance-voltage relationship of the pn junction, and the minimum thickness of layer 2, which cannot be further reduced
is decided according to the requirement for the minimum capacity of the pn junction.
DieDicke der Schicht 2 ist jedoch gewöhnlich dicker als die nicht weiter reduzierbare Minimaldicke wegen der Schwierigkeit der Dickenreduzierung
der Halbleiterschicht durch chemisches Ätzen oder mechanisches Abschleifen. Die nicht weiter reduzierbare Minimaldicke
der Schicht 2 beträgt gewöhnlich 1 bis 10 /um, und ein
Epitaxialwachsturnsverfahren ist geeignet, eine solch dünne
Schicht herzustellen, Das Bauelement mit pn-übergang gemäss der Erfindung verwendet die nach der Epitaxialwachstumstechnik gewachsene
Schicht 2, und dememtsprechend kann die Dicke der Halbleiterschicht
2 praktisch auf den nicht weiter reduzierbaren Minimalwert varingert werden. Damit kann ein Bauelement mitpn-Übergang
hergestellt werden, das einen geringen Reihenwiderstand und einen guten Gütefaktor Q, aufweist. Ein solches Bauelement kann im UHF-
-Bereich eingesetzt werden.However, the thickness of the layer 2 is usually thicker than the non-reducible minimum thickness because of the difficulty of reducing the thickness of the semiconductor layer by chemical etching or mechanical grinding. The minimum thickness of the layer 2, which cannot be further reduced, is usually 1 to 10 μm, and one
Epitaxial growth method is suitable for such a thin
Producing layer, the component with pn junction according to the invention uses the layer 2 grown according to the epitaxial growth technique, and accordingly the thickness of the semiconductor layer 2 can practically be varied to the non-reducible minimum value. In this way, a component with a pn junction can be produced which has a low series resistance and a good quality factor Q i. Such a component can be used in the UHF range.
Im Aufbau des oben beschriebenen Bauelementes mit pn-übergang
hat die aufgewachsene Schicht 2 eine Leitfähigkeit, die sich
in der Type von der des Halbleiterplättchens 1 unterscheidet, ·
um einen pn-übergang zwischen dem Plättchen 1 und der Schicht 2 zu schaffen. Das Halbleiterplättchen 1 wird hergestellt aus
einem Halbleitermaterial im Zustand eines Einkristalls, dasIn the structure of the component described above with a pn junction
the grown layer 2 has a conductivity that is
differs in type from that of the semiconductor wafer 1 in order to create a pn junction between the wafer 1 and the layer 2. The semiconductor die 1 is made of
a semiconductor material in the state of a single crystal which
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ρ- und n-Verunreinigungselemente enthält. Ein solches Halbleitermaterial im Zustand eines Einkristalls wächst gewöhnlich durch Zonenschmelzung, Czochralski- oder Epitaxialkristallwachstum mit der Einführung von Verunreinigungselementen, Weiterhin kann die Einführung von Verunreinigungselementen in das Halbleiterplättchen durch Ionenimplantation eines Verunreinigungselements der einen Leitfähigkeitstype in eine Einkristall-Halbleiterbasis geschehen, die ein anderes Verunreinigungs element der anderen Leitfähigkeitstype enthält.Contains ρ and n impurity elements. Such a semiconductor material in the state of a single crystal, it usually grows by zone melting, Czochralski or epitaxial crystal growth with the introduction of impurity elements, further may be the introduction of impurity elements into the die by ion implantation of an impurity element one conductivity type happens in a single crystal semiconductor base, the other an impurity element of a different conductivity type.
Die Konzentration des einen Verunreinigungselementes, dessen Diffusionskonstante grosser ist als die des anderen Verunreinigungselementes in dem Halbleiterplättchen 1, muss geringer sein als die Konzentration des anderen Verunreinigungselements. Als Leitfähigkeitstype des Halbleiterplättchens 1 wird dieselbe gewählt, Sie des Verunreinigungselements mit der grösseren Konzentration in dem Halbleiterplättchen, d.h.· wie die des anderen Verunreinigungselements. Deshalb ist die Leitfähigkeitstype der Schicht 2 dieselbe wie die des Verunreinigungselements mit der geringeren Konzentration in dem Halbleiterplättchen, d.h. wie die des Verunreinigungselements, dessen Diffusionskonstante grosser ist als die des anderen Verunreinigungselements. The concentration of the one impurity element, its Diffusion constant is greater than that of the other impurity element in the semiconductor die 1, must be less than the concentration of the other impurity element. The conductivity type of the semiconductor wafer 1 is chosen to be the same as that of the impurity element with the larger one Concentration in the die, i.e. like that of the other impurity element. Therefore, the conductivity type of the layer 2 is the same as that of the impurity element with the lower concentration in the semiconductor wafer, i.e. like that of the impurity element whose diffusion constant is larger than that of the other impurity element.
Wie Figur 1 zeigt, diffundieren Verunreinigungselemente in dem Halbleiterplättchen 1 in einen Teil 5 in der Schicht 2. Die Konzentration der Verunreinigungselemente, die von dem Halbleiterplättchen 1 in den Diffusionsteil 5 diffundiert sind, nimmt ab mit zunehmendem Abstand von'dem Halbleiterplättchen 1. Die Konzentration eines Verunreinigungselements mit der grösseren Konzentration im Halbleiterplättchen 1 wird kleiner in Übereinstimmung mit einer Zunahme der Diffusionsstrecke in der Halbleiterschicht, als die des Verunreinigungselements mit der kleineren Konzentration in dem Halbleiterplättchen 1. Deshalb wird ein pn-übergang gebildet, der hyperabrupter pn-übergang genannt wird. °As FIG. 1 shows, impurity elements in the semiconductor die 1 diffuse into a part 5 in the layer 2. The Concentration of the impurity elements diffused from the semiconductor chip 1 into the diffusion part 5 decreases with increasing distance from the semiconductor wafer 1. The concentration of an impurity element having the larger concentration in the semiconductor chip 1 becomes smaller in accordance with an increase in the diffusion path in the semiconductor layer, than that of the impurity element having the smaller concentration in the semiconductor chip 1. Therefore a pn-junction is formed, which is called hyperabrupt pn-junction. °
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Wie Figur 2 zeigt, besteht die Halbleiterschieht 2 aus zwei Abschnitten 6 und 9* und der spezifische Widerstand des Abschnittes 6 ist kleiner als der des anderen Abschnittes 9. Üblicherweise hat bei einem hyperabrupten pn-übergang die Schicht 2 einen hohen Widerstand aufgrund der georderten Kapazitäts-Spannungs-Beziehung, und deshalb ist es schwierig, an einer solchen Schicht eine Elektrode mit ohmischem Kontakt anzubringen, die einen niedrigen Kontaktwiderstand hat. Andererseits ist es leicht, eine solche Elektrode an dem Abschnitt 6 anzubringen, der einen niedrigen Widerstand aufweist. Deshalb kann bei diesem Bauelement eine Elektrode 3 mit niedrigem Kontaktwiderstand leicht erzielt werden.As FIG. 2 shows, the semiconductor layer 2 consists of two Sections 6 and 9 * and the specific resistance of the section 6 is smaller than that of the other section 9. Usually, the Layer 2 has a high resistance due to the ordered capacitance-voltage relationship, and therefore it is difficult to have an ohmic contact electrode on such a layer to be attached, which has a low contact resistance. On the other hand, it is easy to attach such an electrode to the section 6 to be attached, which has a low resistance. Therefore, in this component, an electrode 3 having a low contact resistance can be used easily achieved.
In der Figur 3 wird ein Halbleiterplättchen 1 gezeigt, welches eine Schicht 10 aufweist, die auf einer Unterlage 11 in der Epitaxialwachstumstechnik oder in dem Halbleiterplättchen 1 durch eine Ionenimplantationstechnik hergestellt ist. Die Schicht 10 enthält p- und n-Verunreinigungselemente. Es ist schwierig, eine gleichmässige Verteilung der p- und n-Verunreinigungselemente in dem Halbleiterplättchen 1 zu erzielen, das aus einem Halbleitermaterial im Zustand eines Einkristalls hergestellt ist, der nach dem Czochralski-Verfahren gewachsen ist. Demgegenüber ist leicht eine gleichmässige Verteilung der Verunreinigungs- £7 elemente durch Dotierung zu erreichen, wenn die SchichtlO mit ^ der Epitaxialwachstumstechnik oder der Ionenimplantationstechnik hergestellt wird.FIG. 3 shows a semiconductor wafer 1 which has a layer 10 which is produced on a substrate 11 using the epitaxial growth technique or in the semiconductor wafer 1 using an ion implantation technique. Layer 10 contains p- and n-type impurity elements. It is difficult to obtain uniform distribution of the p- and n-type impurity elements in the semiconductor wafer 1 made of a semiconductor material in the state of a single crystal grown by the Czochralski method. In contrast, a simple uniform distribution of the impurity elements £ 7 to reach by doping when the SchichtlO ^ with the epitaxial growth technique or ion implantation technique is produced.
Allgemein sind die Konzentrationen der Verunreinigungselemente, die von einer gasförmigen Diffusionsquelle der Verunreinigungen diffundieren, gross (10 ^ bis 10 Atome/crrr) an einer Halbleiteroberfläche. Eine Konzentration eines Verunreinigungselements zur Bildung eines hyperabrupten pn-Überganges durch Diffusion muss niedrig sein (10 ^ bis 10 'Atome/cnr) an einer Stelle des pn-Überganges, wie es oben beschrieben wurde. Das Verunreinigungselemente enthaltende Halbleiterplättchen 1 ist als Diffusionsquelle von Verunreinigungselementen niedriger Konzentration geeignet. Wenn das Halbleiterplättchen 1 al- PIiTu^ v\rn; ^u: lleIn general, the concentrations of the impurity elements are those obtained by a gaseous diffusion source of the impurities diffuse, large (10 ^ to 10 atoms / cmr) on a semiconductor surface. A concentration of an impurity element to form a hyperabrupt pn junction through diffusion must be low (10 ^ to 10 'atoms / cnr) at some point of the pn junction, as described above. The semiconductor wafer 1 containing impurity elements is used as a diffusion source of low concentration impurity elements. If the semiconductor die 1 al- PIiTu ^ v \ rn; ^ u: lle
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verwendet wird, sinddie Konzentrationen von Verunreinigungselementen an einer Oberfläche der Halbleiterschioht 2, wo das HaIbleiterplättchen 1 die Halbleiterschicht 2 berührt, nahezu gleich der niedrigen Konzentration von Verunreinigungselementen in der Diffusionsquelle, dem Halbleiterplättehen 1. Die Konzentrationen von Verunreinigungselementen in dem Halbleiterplättchen 1 können auf einen niedrigen Wert gesteuert werden, insbesondere, wenn das Halbleiterplättchen aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist, das nach dem Zonenschmelzverfahren produziert wurde, oder wenn das Halbleiterplättchen 1 eine Schicht aufweist; die mit der Epitaxialwachs turns technik oder der Ionenimplantationstechnik hergestellt ist. Die weiteren Konzentrationen von Verunreinigungs element en in dem Halbleiterplättchen 1 werden genau gesteuert, wie es oben beschrieben wurde. Deshalb hat ein Bauelement mit pn-übergang gemäss der vorliegenden Erfindung eine gesteuerte Kapazitäts-Spannungs-Beziehung.used are the concentrations of impurity elements on a surface of the semiconductor layer 2, where the semiconductor chip 1 contacts the semiconductor layer 2, almost equal to the low concentration of impurity elements in the Diffusion source, the semiconductor wafer 1. The concentrations of impurity elements in the semiconductor die 1 can be controlled to a low value, especially when the semiconductor die is made of a semiconductor material is produced by the zone melting method or when the semiconductor die 1 has one layer; with the epitaxial wax turns technique or the ion implantation technique is made. The further concentrations of impurity Elements in the semiconductor die 1 are precisely controlled as described above. Therefore has a component with a pn junction according to the present invention, a controlled capacitance-voltage relationship.
Eine darstellende Ausführungsform des Bauelementes mit pn-übergang gemäss der vorliegenden Erfindung wird in den folgenden Beispielen unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 7 beschrieben.An illustrative embodiment of the component with pn junction according to the present invention is described in the following examples with reference to FIGS.
In der Figur 1 wird eine p-Siliziumschicht 2 von 2,5yum Dicke und mit .einem Widerstand von 0,1JJ\. cm gezeigt, die auf ein n-Siliziumplättchen 1 von 150/um Dicke aufgewachsen wurde,In the figure, 1 is a p-type silicon layer 2 of thickness and with 2,5yum .einem resistance of 0, 1, JJ \ is. cm, which was grown on an n-type silicon wafer 1 of 150 / µm thickness,
/ 17/3/ 17/3
welches Aluminium in einer Konzentration von 2 χ 10 ' Atome/crrrwhich aluminum in a concentration of 2 10 'atoms / cmr
-1 O "2-1 O "2
und Antimon in einer Konzentration von 6 χ 10 Atome/cm , wobeiand antimony in a concentration of 6 10 atoms / cm, where
das Epitaxialwachstumsverfahren der Zersetzung von SiH2, bei 850 Cthe epitaxial growth process of the decomposition of SiH 2 , at 850 ° C
angewendet wurde. Dann wurde eine Aluminiumschicht auf der Siliziumschicht 2 als Elektrode abgelagert, und eine Goldschicht 4, die Antimon in einer Konzentration von etwa 5 Atorn-^ enthielt, wurde auf dem Siliziumplättchen ab die andere Elektrode abgelagert. Wenn das Siliziumplättchen 1 eine grosse Fläche aufweist, wird ein solches Bauelement mit pn-übergang ein Bauelementblatt mit pn-übergang genannt=was applied. Then there was an aluminum layer on top of the silicon layer 2 deposited as an electrode, and a gold layer 4, which contained antimony in a concentration of about 5 atoms- ^, the other electrode was deposited on the silicon wafer. If the silicon wafer 1 has a large area, such a component with a pn junction becomes a component sheet called with pn junction =
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Die gesamte Oberfläche der Elektrode 4 und einige Teile der kleinen Fläche der Elektrode 3 an dem Bauelementblatt mit pn-übergang wurde mit einer Maske 7 (Fig. 5) nach einer bekannten Technik überzogen, die einer Siliziumätzlösung widersteht. Das Blatt wurde 2 min lang in die Siliziumätzlösung bei 20° C getaucht, z.B. eine Verbindung von HNO,, HF und CH-XOOH in einem Volumenverhältnis von 4:1:1. Teile der Elektrode 3 und der Siliziumschicht 2 sowie des Plättchens 1, die von der Maske 7 nicht bedeckt wurden, wurden aufgelöst, und das Bauelementblatt mit pn-übergang hatte die in der Figur 5 gezeigte schematische Querschnittsansicht. Ein Bauelement mit pn-übergang mit kleiner Fläche, wie es in der Figur 6 gezeigt wird, wurde aus dem Bauelementblatt mit pn-übergang ausgeschnitten, das viele pn-Übergänge kleiner Fläche aufweist. Als die Siliziumschicht 2 aufgewachsen wurde, ist Aluminium von dem Siliziumplättchen 1 in die Siliziumschicht 2 über eine grosse Strecke im Vergleich zum Antimon eindiffundiert, und damit hatte das erhaltene Bauelement mit pn-übergang einen hyperabrupten pn-übergang.The entire surface of the electrode 4 and some parts of the small ones The surface of the electrode 3 on the component sheet with a pn junction was covered with a mask 7 (FIG. 5) according to a known technique coated that withstands a silicon etching solution. The sheet was immersed in the silicon etching solution at 20 ° C for 2 minutes, e.g., a compound of HNO ,, HF and CH-XOOH in a volume ratio from 4: 1: 1. Parts of the electrode 3 and the silicon layer 2 as well as the plate 1 which are not covered by the mask 7 were dissolved, and the component sheet with pn junction had the schematic cross-sectional view shown in FIG. A component with a pn junction with a small area, as shown in FIG. 6, was made from the component sheet Cut out with pn junction, which has many pn junctions with a small area. As the silicon layer 2 is grown aluminum is in comparison from the silicon wafer 1 into the silicon layer 2 over a large distance diffused into the antimony, and thus the component obtained with a pn junction had a hyperabrupt pn junction.
Die Kapazität des erhaltenen Bauelements mit pn-übergang, das aus einem Bauelementblatt mit pn-übergang hergestellt wurde,The capacitance of the resulting component with a pn junction, which was produced from a component sheet with a pn junction,
4 2
betrug 4 χ 10 pF/cm + 20 % bei 2,3 Volt, und der maximale
Reihenwiderstand eines Bauelementes mit pn-übergang, das eine Kapazität von 15 pF bei 2,3 Volt aufwies, betrug 0,6JV + 30 %. 4 2
was 4 × 10 pF / cm + 20 % at 2.3 volts, and the maximum series resistance of a component with a pn junction, which had a capacitance of 15 pF at 2.3 volts, was 0.6JV + 30 %.
Ein Bauelementblatt mit pn-übergang gemäss Figur 1, welches entsprechend der Beschreibung im Beispiel 1 hergestellt wurde, aber ohne Elektroden, wurde 20 min lang auf 1000° C erwärmt, so dass Al und Sb in dem Siliziumplättchen 1 in die Siliziumschicht 2 über eine Strecke diffundierten, die grosser war als die im Beispiel 1, und es wurde ein Diffusionsabschnitt 5 gebildet. Obwohl das Epitaxialwachsturn unter Verwendung der Zersetzung von SiH1, in Beispiel 1 bei einer beachtlich niedrigen Temperatur ausgeführt wurde, nämlich bei 850 C, war es gemässA component sheet with a pn junction according to FIG. 1, which was produced according to the description in Example 1, but without electrodes, was heated to 1000 ° C. for 20 minutes, so that Al and Sb in the silicon wafer 1 in the silicon layer 2 over a distance diffused larger than that in Example 1, and a diffusion portion 5 was formed. Although the epitaxial growth using the decomposition of SiH 1 was carried out in Example 1 at a considerably low temperature, namely at 850 ° C., it was in accordance with
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der Wärmebehandlung bei 1000° C in diesem Fall möglich* die Diffusionslänge der Verunreinigung zu steuern. Die Elektroden J5 und 4 wurden an dem Blatt gebildet, und dann wurde ein Bauelement mit pn-übergang von kleiner Fläche auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellt.the heat treatment at 1000 ° C possible in this case * the Control the diffusion length of the impurity. The electrodes J5 and 4 were formed on the sheet, and then a pn junction device of small area became the same Made as in Example 1.
Die Löcherkonzentration,an einer Stelle von 0,3yum Tiefe von der Grenze zwischen dem Siliziumplättchen 1 und der Siliziumschicht 2 betrug etwa 1,5 χ 10 '/cm «The hole concentration, at a point 0.3yum depth of the boundary between the silicon wafer 1 and the silicon layer 2 was about 1.5 χ 10 '/ cm «
Die Kapazität des aus einem Bauelementblatt hergestellten Bau-The capacity of the component produced from a component sheet
'42 elementes mit pn-übergang betrug 6,5 x 10 pF/cm bei 253 Volt'42 element with a pn junction was 6.5 x 10 pF / cm at 2 5 3 volts
-2 Ο -2 Ο
und 8 χ 10^ pF/cm bei 50 Volt, jeweils innerhalb 10 % des Kapazitätswertes, und der maximale Reihenwiderstand des Bauelementes mit einer Kapazität von 15 pF bei 2,3 Volt betrug 0,5 _+ 20 %. Es wurde gezeigt, dass die Abweichung des Kapazitätswertes des Bauelementes mit pn-übergang geringer war als im Beispiel 1.and 8 χ 10 ^ pF / cm at 50 volts, in each case within 10 % of the capacitance value, and the maximum series resistance of the component with a capacitance of 15 pF at 2.3 volts was 0.5 ± 20 %. It was shown that the deviation in the capacitance value of the component with a pn junction was lower than in example 1.
Beispiel 5 " .Example 5 ".
Die in Figur J gezeigte Siliziumschicht 2 von 1,8/Um Dicke, die p-Leitfähigkeit aufweist und einen Widerstand von 0,7 cm besitzt, wurde auf einem Siliziumplättchen 1 entsprechend der Beschreibung im Beispiel 1 aufgewachsen^ und eine andere Silizium schicht 6 niedrigen Widerstandes, die p-Leitfähigkeit aufweist und Bor als Verunreinigung enthält sowie einen Widerstand von weniger als 0,02^L cm besitzt, wurde mit einer.'Dicke von 2/um auf der Siliziumschicht 2 nach der Epitaxialwachsturastechnik aufgewachsen. Dann wurde ein Bauelement mit pn-übergang entspre chend dem in Beispiel 2 beschriebenen Verfahren hergestellt.The silicon layer 2 shown in Figure J of 1.8 / .mu.m thickness, the Has p-conductivity and has a resistance of 0.7 cm, was on a silicon wafer 1 according to the description grown in example 1 ^ and another silicon layer 6 of low resistance, which has p-type conductivity and contains boron as an impurity, and a resistance of less than 0.02 ^ L cm, has a thickness of 2 / um on the silicon layer 2 according to the epitaxial growth technique grew up. A component with a pn junction was then produced in accordance with the method described in Example 2.
In diesem Beispiel waren der Kontaktwiderstand an der Elektrode und der Reihenwiderstand niedriger als im Beispiel 2.In this example, the contact resistance at the electrode and the series resistance were lower than in Example 2.
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Der maximale Reihenwiderstand deserhaltenen Bauelements mit pn-übergang, das eine Kapazität von 15 pP bei 2,3 Volt aufweist und aus einem Bauelementblatt mit pn-übergang hergestellt war, ' betrug 0,45-Λ.+ 10 #. Damit war der Reihenwiderstand des Bauelements mit pn-Übergang niedriger als der im Beispiel 2.The maximum series resistance of the component obtained with pn junction that has a capacity of 15 pP at 2.3 volts and made from a component sheet having a pn junction, 'was 0.45-Λ. + 10 #. That was the series resistance of the component with pn junction lower than that in example 2.
Unter Verwendung eines Halbleiterplättchens 1 von 100/Um Dicke, welches η-Leitfähigkeit aufweist und Bor in einer Konzentration von 3 x 10 Atome/cnr und Antimon in einer Konzentration von 2 χ 10 Atome/cnr enthält, wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 2 ein Bauelement mit pn-übergang hergestellt, und es wurden ein hyperabrupter pn-übergang erhalten. Die Kapazität des aus einem Bauelementblatt hergestellten Bauelementes mitUsing a semiconductor die 1 of 100 / µm thick, which has η conductivity and boron in a concentration of 3 x 10 atoms / cm and antimony in a concentration of 2 × 10 atoms / cnr, a component with a pn junction was produced in the same manner as in Example 2, and it a hyperabrupt pn junction was obtained. The capacity of the component made from a component sheet with
h ρ h ρ
pn-übergang betrug 2 χ 10 pP/cm + 15 % bei Null Volt. Beispiel 5pn transition was 2 10 pP / cm + 15 % at zero volts. Example 5
Mit dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 1 wurde eine Siliziumschicht 2 von 5/Um Dicke mit η-Leitfähigkeit, die Arsen enthielt und einen Widerstand von O,25-A-cm aufwies, auf der polierten Oberfläche eines Siliziumplättchens 1 von 150/um Dicke aufgewachsen, welches p-Leltfählgkeit aufwies und Phosphor inUsing the same procedure as in Example 1, a silicon film was formed 2 of 5 / µm thickness with η conductivity, the arsenic and had a resistance of 0.25 A-cm on the polished surface of a silicon wafer 1 of 150 / µm thickness grew up, which exhibited p-weakness and phosphorus in
17 317 3
einer Konzentration von 2 χ 10 Atome/cm und Bor in einer Konzentration von 2 χ 10 " Atome/cm^ enthielt. Eine Elektrode 3 aus einer Goldschicht mit Antimon in einer Konzentration von etwa 5 kX.om-% und eine Elektrode 4 aus einer Aluminiumschicht wurden auf der Siliziumschicht 2 bzw. auf dem Siliziumplättchen 1 gebildet. Das erhaltene Bauelement hatte einen hyperabrupten pn- -Ubergang.a concentration of 2 χ 10 atoms / cm and boron in a concentration of 2 χ 10 "atoms / cm ^. An electrode 3 made of a gold layer with antimony in a concentration of about 5 kX.om-% and an electrode 4 of a Aluminum layers were formed on the silicon layer 2 or on the silicon wafer 1. The component obtained had a hyper-abrupt pn- junction.
Pie Abweichung der Kapazität des erhaltenen Bauelementes zwischen Blättern mit pn-übergang betrug weniger als 25 %, d.h. weniger als im Baispiel 2. Der Reihenwiderstand des Bauelementes mit pn- -übergang war ebenfalls geringer als im Beispiel 3·The difference in the capacitance of the component obtained between sheets with pn junction was less than 25%, ie less than in example 2. The series resistance of the component with pn junction was also lower than in example 3
309813/076Λ309813 / 076Λ
■ 22A2016■ 22A2016
Ein HalblsLterplättchen gemäss Figur 3 wurde hergestellt durch Bildung einer Siliziumschicht 10 vmn 4/um Dicke auf einem p-Siliziumplättchen 11 durch das Epitaxialwachstumsveffahren der Zersetzung von SiHju bei 1000° C. Die Siliziumschicht hatte p-Leitfähigkeit und enthielt Phosphor, in einer Konzentration von 2 χ 10 ' Atome/cnr und Bor in einer Konzentration von 1 χ 10 Atome/ciir . Das p-Siliziumplättchen 11 war 150 yum dick und hatte einen Widerstand von 0,03 -fVcm. Unter Verwendung dieses HaIbleiterplättehens und des gleichen Verfahrens wie im Beispiel 5 wurde ein Bauelement mit hyperabruptem pn-übergang hergestellt. Die Abweichung der Kapazität eines fertigen Bauelementes mit pn-übergang bei Null Volt in einem Bauelementblatt war geringer als 10 %, und die Abweichung der Kapazität eines Bauelementes mit pn-übergang zwischen verschiedenen Bauelementblättern betrugA semi-conductor wafer according to FIG. 3 was produced by forming a silicon layer 10 μm 4 μm thick on a p-type silicon wafer 11 by the epitaxial growth process of the decomposition of SiHju at 1000 ° C. The silicon layer had p-conductivity and contained phosphorus in a concentration of 2 χ 10 'atoms / cm and boron in a concentration of 1 χ 10 atoms / cm. The p-type silicon wafer 11 was 150 µm thick and had a resistance of 0.03 -fVcm. Using this semiconductor plate and the same process as in Example 5, a component with a hyper-abrupt pn junction was produced. The deviation in the capacitance of a finished component with a pn junction at zero volts in a component sheet was less than 10 %, and the deviation in the capacitance of a component with a pn junction between different component sheets was
ist
weniger als 20 %3 was weniger als im Beispiel 2.is
less than 20 % 3 which is less than in example 2.
Ein Halbleiterplättchen 1 wurde folgendermaßen hergestellt:A semiconductor die 1 was manufactured as follows:
14 /2 Bor in einer Konzentration von 1 χ 10 Atome/cm wurde durch Ionenimplantation in eine polierte Oberfläche eines Siliziumplättchens von 150/um.Dicke und η-Leitfähigkeit eingebracht, das Antimon enthielt und einen Widerstand von 0,006-fLcm aufwies. Nach dem Anlassen des Plättchens, in-das die Borionen implantiert wurden, für 2 .Stunden bei 1200° C, wurde die Oberfläche des Plättchens bis zu einer Tiefe von 1/Um weggeätzt. Unter Verwendung dieses Halbleiterplättchens und desgleichen Verfalirens wie im Beispiel 2 wurde ein Bauelement mit hyperabruptem pn-übergang hergestellt. Die Abweichung der Kapazität eines fertigen Bauelementes mit pn-übergang bei Null Volt innerhalb eines Bauelementblattes und zwischen verschiedenen Bauelementblättern war ähnlich wie im Beispiel 6.14/2 boron in a concentration of 1 χ 10 atoms / cm was through Ion implantation introduced into a polished surface of a silicon wafer with a thickness of 150 μm and η conductivity, contained the antimony and had a resistance of 0.006-fLcm. After the plate in which the boron ions were implanted had been tempered for 2 hours at 1200 ° C., the surface of the plate was etched away to a depth of 1 μm. Using this semiconductor die and the same procedure as in Example 2, a device with hyper-abrupt pn junction established. The deviation in the capacitance of a finished component with a pn junction at zero volts within of a component sheet and between different component sheets was similar to Example 6.
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2242Q162242Q16
- 12 - M 3180- 12 - M 3180
Die in Figur 7 gezeigte Isolatorschicht 12, z.B. eine Siliziumdioxidschicht, wurde auf einem n-Siliziumplättchen 1 von 150 /UmThe insulator layer 12 shown in Figure 7, for example a silicon dioxide layer, was on an n-type silicon wafer 1 of 150 / µm
17 ' Dicke, das Aluminium in einer Konzentration von 2 χ 10 ' Atome/-17 'thick, the aluminum in a concentration of 2 χ 10' atoms / -
-z -1 0 -z -z -1 0 -z
cnr und Antimon in einer Konzentration von 6 χ 10 Atome/cm , nach einem bekannten Verfahren hergestellt, und ein Teil der Siliziumdioxidschicht 12 wurde mit der bekannten Photoätztechnik entfernt. Dann wurde eine p-Silizlumschicht 2 von 2,5/Um Dicke und mit einem Widerstand von 0,7-Λ- cm auf das Siliziumplättchen 1 und die Siliziumschicht 12 aufgewachsen, wie es in der Figur 7 gezeigt wird. Eine Aluminiumschicht 3 wurde auf der Siliziumschicht 2 abgelagert als Elektrode, undeine Antimon in einer Konzentration von 5 Atom-$ enthaltende Goldschicht 4 wurde als andere Elektrode auf dem Siliziumplättchen 1 abgelagert. Bei diesem Bauelement mit pn-übergang konnte die Fläche des pn-Überganges leicht gesteuert werden, und weiterhin war der pn-übergang gegen Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen duech die Siliziumdioxidschicht 12 geschützt.cnr and antimony in a concentration of 6 χ 10 atoms / cm, produced by a known method, and part of the silicon dioxide layer 12 was made by the known photo-etching technique removed. Then became a p-type silicon layer 2 of 2.5 / µm in thickness and with a resistance of 0.7-Λ- cm on the silicon wafer 1 and the silicon layer 12 grown, as shown in FIG. An aluminum layer 3 was on top of the silicon layer 2 deposited as an electrode, and a gold layer 4 containing antimony at a concentration of 5 atoms was used as the another electrode deposited on the silicon wafer 1. In the case of this component with a pn junction, the area of the pn junction could can be easily controlled, and furthermore the pn junction against moisture and other impurities was through the silicon dioxide layer 12 protected.
Wie in den Beispielen 1 bis 8 gezeigt wird, haben Bauelemente mit pn-übergang, die nach einer Diffusionstechnik unter Verwendung eines p- und n-Verunreinigungselemente enthaltenden SiIiziumplättchens 1 und der Kombination eines solchen Halbleiterplättchens mit der Epitaxialwachsturnstechnik zum Aufwachsen der Halbleiterschicht hergestellt werden, einen niedrigen Reihenwiderstand, einen hohen Gütefaktor 5J und eine gesteuerte Kapazität s-Spannungs-Beziehung.As is shown in Examples 1 to 8, components with a pn junction that are made using a diffusion technique a silicon wafer containing p- and n-type impurity elements 1 and the combination of such a semiconductor die with the epitaxial growth technique for growth of the semiconductor layer, a low series resistance, a high quality factor 5J and a controlled capacitance s-stress relationship.
- Patentansprüche -- patent claims -
309813/0764309813/0764
Claims (1)
Applications Claiming Priority (3)
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