DE2409239C3

DE2409239C3 - Method for manufacturing capacitance varying diodes

Info

Publication number: DE2409239C3
Application number: DE19742409239
Authority: DE
Inventors: Hans 7101 Untergruppenbach Wilke
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-02-27
Filing date: 1974-02-27
Publication date: 1978-03-02
Also published as: DE2409239A1; DE2409239B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kapazitätsvariationsdioden, bei dem auf einem Halbleitersubstrat vom ersten Leitungstyp eine epitaktische Schicht vom ersten Leitungstyp abgeschieden wird und bei dem in die epitaktische Schicht mittels Masken- und Diffusionstechnik Zonen vom zweiten Leitungstyp unter Bildung von pn-Übergängen eindiffundiert werden.The invention relates to a method for producing capacitance-varying diodes, in which on one Semiconductor substrate of the first conductivity type, an epitaxial layer of the first conductivity type is deposited and in the case of zones of the second conductivity type in the epitaxial layer by means of mask and diffusion technology be diffused in with the formation of pn junctions.

Ein derartiges Verfahren ist aus der GB-PS 11 82 222 und aus der US-PS 36 34 738 bekannt. Durch Beeinflussung des Dotierungsprofils wird dabei jeweils eine definierte Spannungs-Kapazitäts-Charakteristik erzielt. Es sind jedoch keine Maßnahmen angegeben, mit denen die gezielte Herstellung bestimmter eng tolerierter Kapazitätswerte möglich istSuch a method is from GB-PS 11 82 222 and from US-PS 36 34 738 known. By influencing the doping profile, one in each case defined voltage-capacity characteristics achieved. However, no measures are specified with which the targeted production of certain tightly tolerated capacitance values is possible

Kapazitätsvariationsdioden werden in der Regel mit Hilfe der bekannten Planartechnik hergestellt. Aus einer einzelnen Halbleiterscheibe ergeben sich mehrere tausend Dioden. Das Ausgangsmaterial besteht vielfach aus einem hochdotierten Halbleitergrundkörper vom ersten Leitungstyp auf dessen einen Oberflächenseite eine dünne Halbleiterschicht vom gleichen Leitungstyp epitaktisch abgeschieden wird. In die Epitaxieschicht wird dann durch eine öffneng in einer Oxydmaske eine Zone vom zweiten Leitungstyp eindiffundiert, so daß in der Epitaxieschicht ein pn-übergang entsteht.Capacity variation diodes are usually produced with the help of the known planar technology. From a individual semiconductor wafers result in several thousand diodes. The starting material consists of many from a highly doped semiconductor base body of the first conductivity type on one surface side a thin semiconductor layer of the same conductivity type is deposited epitaxially. In the epitaxial layer is then through an opening in an oxide mask Zone of the second conductivity type diffused in, so that a pn junction is created in the epitaxial layer.

Der Absolutwert der Sperrschichtkapazität dieses pn-Überganges wird hauptsächlich durch die Fläche des pn-Übergangs und die Dotierung der Epitaxieschicht bestimmt. Die Fläche des pn-Übergangs ergibt sich ihrerseits direkt aus dem Öffnungsquerschnitt des Diffusionsfensters. Um die gewünschte Kapazitätsgröße zu erhalten, muß die Epitaxieschicht eine vorgegebeThe absolute value of the junction capacitance of this pn junction is mainly determined by the area of the pn junction and the doping of the epitaxial layer is determined. The area of the pn junction results in turn directly from the opening cross-section of the diffusion window. In order to obtain the desired capacity size, the epitaxial layer must have a given ne Dotierung aufweisen. Außerdem muß der Öffnungsquerschnitt für die Diffusionsfenster der Diffusionsmasken genau bekannt sein.have ne doping. In addition, the opening cross-section for the diffusion window of the diffusion mask must be known exactly.

Die Planartechnologie gestattet die Einhaltung des geforderten öffnungsquerschniltes bei den Diffusionsfenstern mit sehr hoher Genauigkeit. Die Dotierung der Epitaxieschichten ist jedoch von Halbleiterscheibe zu Halbleiterscheibe verschieden. Diese Unterschiede ergeben sich selbst bei den Scheiben, die in einer EinheitThe planar technology allows compliance with the required cross-section of the opening in the diffusion windows with a very high degree of accuracy. The doping of the However, epitaxial layers differ from semiconductor wafer to semiconductor wafer. Those differences arise even with the discs that are in one unit

ίο dem gleichen Arbeitsprozeß ausgesetzt waren. Für die Herstellung der Kapazitätsvariationsdioden werden daher bei den bekannten Herstellungsverfahren Halbleiterscheiben verwendet, von denen die Dotierung der Epitaxieschicht nicht exakt bekannt ist. Erst nach derίο were exposed to the same work process. For the Manufacture of the variable capacitance diodes are therefore used in the known manufacturing processes semiconductor wafers, of which the doping of the Epitaxial layer is not exactly known. Only after the

■ S Herstellung der Kapazitätsdioden kann die Kapazität gemessen werden. Dann zeigt sich, daß die Dioden vieler Scheiben Ausfall sind, da ihre Kapazität in einem unzulässigen Ausmaß vom Sollwert der Kapazität abweicht.■ S production of varactor diodes can increase the capacitance be measured. Then it turns out that the diodes of many disks fail because their capacitance is in one inadmissible extent deviates from the nominal value of the capacity.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe Kapazitätsvariationsdioden mit keiner oder nur geringer Abweichung von der vorgegebenen Sollkapazität hergestellt werden können. Diese Aufgabe wirdThe present invention is based on the object of specifying a method with the help of which Capacity variation diodes with little or no deviation from the specified target capacity can be produced. This task will erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor der Herstellung der die Kapazitätsvariationsdioden bildenden Zonen eine geringe Zahl Testzonen mit gegenüber den die Kapaziiätsvariationsdioden bildenden Zonen kleineren pn-Übergangsflächen eindiffundiert wird, daß diesolved according to the invention in that before the production of the capacitance-varying diodes forming A small number of test zones with smaller pn junction areas than the zones forming the capacitance variation diodes are diffused in Kapazität der so gewonnenen Testdioden gemessen wird, daß ein Zusammenhang zwischen der Kapazität der Testdioden und der Kapazität der Kapazitätsvariationsdioden bei Verwendung von Masken mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten für die Diffusions-The capacitance of the test diodes obtained in this way is measured so that there is a connection between the capacitance of the test diodes and the capacitance of the capacitance variation diodes when using masks with different opening cross-sections for the diffusion fenster der die Kapazitätsvariationsdioden bildenden Zonen vom zweiten Leitungstyp ermittelt wird, daß schließlich aus diesem Zusammenhang bei einer bestimmten Testkapazität die Maske mit den Maskenöffnungen ausgesucht wird, bei deren Verwendung sichwindow of the zones of the second conductivity type forming the capacitance-varying diodes is determined that Finally, for a certain test capacity, the mask with the mask openings is selected from this connection, when using them die gewünschte Kapazität der Kapazitätsvariationsdioden einstellt und daß schließlich mit dieser Diffusionsmaske die die Kapazitätsvariationsdioden bildenden Zonen vom zweiten Leitungstyp hergestellt werden. Der Zusammenhang zwischen der Kapazität dersets the desired capacitance of the variable capacitance diodes and that finally, with this diffusion mask, the capacitance variable diodes forming Zones of the second conductivity type are produced. The relationship between the capacity of the Testdioden und der Kapazitätsdioden wird beispielsweise für verschiedene Öffnungsquerschnitte der Diffusionsmaske graphisch aufgetragen. Aus dieser graphischen Darstellung, die aus einer Schar von Geraden mit dem Öffnungsquerschnitt als Parameter besteht, wirdTest diodes and capacitance diodes are plotted graphically, for example, for different opening cross-sections of the diffusion mask. From this graph, made up of a family of straight lines with the opening cross-section exists as a parameter, is dann bei einer bestimmten Kapazität der Testdiode die Maske ermittelt, die verwendet werden muß, um die angestrebte Kapazität der Diode zu erzielen.then at a certain capacity of the test diode the Mask determined which must be used in order to achieve the desired capacitance of the diode.

Die Erfindung soll im weiteren anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment.

In der Fig. 1 ist ein Halbleiterkörper 1 dargestellt, der aus einem hochdotierten Halbleitergrundkörper 2 besteht, der dann an einer Oberflächenseile mit einer epitaktisch abgeschiedenen Halbleiterschicht 3 versehen ist. Die Schicht 3 hat den gleichen Leitungstyp wie1 shows a semiconductor body 1, which consists of a highly doped semiconductor base body 2 exists, which is then provided with an epitaxially deposited semiconductor layer 3 on a surface rope. Layer 3 has the same conductivity type as der Halbleitergrundkörper und weist beispielsweise eine Dicke von 7 μηι auf. Die Störstellenkonzentration der Epitaxieschicht beträgt bei einem Ausführungsbeispiel 4 χ 10¹⁵ A/cm'. Die Halbleiteroberfläche ist mit einer Oxydschicht 5 abgedeckt. In diese Oxydschichtthe semiconductor base body and has, for example, a thickness of 7 μm. In one embodiment, the impurity concentration of the epitaxial layer is 4 × 10 ¹⁵ A / cm '. The semiconductor surface is covered with an oxide layer 5. In this oxide layer

wird eine geringe Anzahl von öffnungen eingebracht, die beispielsweise eine Kantenlänge von 200 μηι aufweisen. Diese öffnungen werden auf der Halbleiteroberfläche statistisch verteilt, beispielsweise sind esa small number of openings is made, which, for example, have an edge length of 200 μm. These openings are statistically distributed on the semiconductor surface, for example they are

9 öffnungen, die in einem 3 χ 3-Raster über die gesamte Oberfläche der Halbleiterscheibe, von der in der F i g. 1 nur der eine Diode umfassende Teilausschnitt dargesteilt ist, verteilt sind. Durch diese öffnungen werden in die Epitaxieschicht 3 Zonen 6 eindiffunditrt, die den zu der Epitaxieschicht entgegengesehen Leitungstyp aufweisen. Bei einer η-leitenden Epitaxieschicht 3 handelt es sich somit um p-leitende Zonen 6. Diese Zonen 6 haben eine geringere Eindringtiefe, du die Diffusionszeit kurz und die Diffusionstemperatur niedrig ist. Die Diffusionszeit beträgt ca. 10 Minuten, die Diffusionstemperatur 950⁰C. Dann liegt die Eindringtiefe der Zonen 6 beispielsweise bei 0,02 bis 0,03 μΐη. Anschließend wird die Kapazität der so gewonnenen Testdioden gemessen. In Vorversuchen wurde bereits eine Graphik erstellt, die den Zusammenhang zwischen der Kapazitätsvariationsdioden in Abhängigkeit von dem Öffnungsquerschnitt für die Diffusionsfenster der Diffusionsmasken zeigt. Dieser Zusammenhang ist in der F ig. 2 dargestellt.9 openings, which are arranged in a 3 × 3 grid over the entire surface of the semiconductor wafer, from which in FIG. 1 only the partial section comprising a diode is shown, are distributed. Zones 6, which have the conductivity type opposite to the epitaxial layer, are diffused into the epitaxial layer 3 through these openings. An η-conductive epitaxial layer 3 is thus p-conductive zones 6. These zones 6 have a lower penetration depth, because the diffusion time is short and the diffusion temperature is low. The diffusion time of 10 minutes, the diffusion temperature is 950 ⁰ C. Then the penetration depth of the zones 6 μΐη for example, at 0.02 to 0.03. The capacity of the test diodes obtained in this way is then measured. In preliminary tests, a graphic was created that shows the relationship between the capacitance-varying diodes as a function of the opening cross-section for the diffusion windows of the diffusion masks. This connection is shown in Fig. 2 shown.

Auf der Ordinationsachse ist die Kapazität der Testdiode aufgetragen, während über der Abszissenachse die Kapazität der herzustellenden Dioden aufgetragen ist Den Zusammenhang zwischen diesen beiden Kapazitätswerten zeigen die beiden Geraden 7 und 8, die jeweils für vermiedene Querschnittsöffnungen in den Diffusionsmasken gelten. So gilt die Gerade 7 beispielsweise für eine Maske mit einem öffnu igsquerschnitt von 038 mm², während die Gerade 8 für eine Maske gilt, deren Diffusionsfenster einen öffnungsquerschnitt von 0,43 mm² aufweisen.The capacitance of the test diode is plotted on the ordination axis, while the capacitance of the diodes to be produced is plotted on the abscissa axis. The relationship between these two capacitance values is shown by the two straight lines 7 and 8, which apply to avoided cross-sectional openings in the diffusion masks. For example, straight line 7 applies to a mask with an opening cross section of 038 mm ² , while straight line 8 applies to a mask whose diffusion ^{window has an opening cross section of 0.43 mm 2} .

Ergibt sich nun bei der Messung der Testdioden eine Kapazität von beispielsweise 4,5 pF, 30 entnimmt man den Geraden der F i g. 2, daß die fertigen Dioden eine Kapazität'von 38 pF aufweisen, wenn die Maske mit dem kleineren Öffnungsquerschnitt verwendet wird. Verwendet man dagegen die Maske mit dem größeren Öffnungsquerschnitt, so erhält man gemäß der Geraden 8 der F i g. 2 eine Diodenkapazität von 42 pF. Wünscht der Verbraucher beispielsweise Dioden mit der Kapazität von 42 pF, so wird der Hersteller der Dioden bei einer gemessenen Kapazität von 4,5 pF der Testdiode zur Herstellung der eigentlichen Dioden die Maske mit den größeren Diffusionsfenstern verwenden. Mit Hilfe dieser Masken werden in die Oxydschicht 5 der F i g. 1 die Diffusionsfenster 9 eingebracht, durch die dann schließlich die Zonen 4 eindiffundiert werden. Diese Zonen, die eine Störstellenkonzentration von 10" bis 10²⁰ A/cm³ aufweisen, haben eine Eindringtiefe von 2 bis 3 μηι. Die Fläche ihres pn-Übergangs ist um ein Vielfaches größer als die Fläche des pn-Übergangs von der Testdiode.If the measurement of the test diodes now results in a capacitance of, for example, 4.5 pF, 30 is taken from the straight line in FIG. 2 that the finished diodes have a capacitance of 38 pF when the mask with the smaller opening cross-section is used. If, on the other hand, the mask with the larger opening cross-section is used, one obtains according to the straight line 8 in FIG. 2 has a diode capacitance of 42 pF. For example, if the consumer wants diodes with a capacity of 42 pF, the manufacturer of the diodes will use the mask with the larger diffusion windows for a measured capacity of 4.5 pF for the test diode to produce the actual diodes. With the help of these masks in the oxide layer 5 of FIG. 1, the diffusion windows 9 are introduced, through which the zones 4 are then finally diffused in. These zones, which have an impurity concentration of 10 "to 10 ²⁰ A / cm ³ , have a penetration depth of 2 to 3 μm. The area of their pn junction is many times larger than the area of the pn junction of the test diode.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat im wesentlichen den Vorteil, daß nun mit einem Maskensortiment eine gezielte Typensteuerung möglich ist, da praktisch keine Dioden mehr produziert werden, deren Kapazitätswert in einem Bereich liegt, der den Kundenwünschen nicht entspricht. Durch das beanspruchte Verfahren verbilligt sich auch das Ausgangsmaterial der Epitaxieschichten, da nun größere Widerstandsstreuungen der Epitaxieschicht zugelassen werden können.The method according to the invention essentially has the advantage that it now has a range of masks a specific type control is possible, since practically no more diodes are produced, their capacitance value is in a range that does not meet customer requirements. By the claimed This process also makes the starting material of the epitaxial layers cheaper, since there are now greater resistance spreads the epitaxial layer can be allowed.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patentanspruch:Claim:

Verfahren zur Herstellung von Kapazitätsvariationsdiode!!, bei dem auf einem Halbleitersubstrat vom ersten Leitungstyp eine epitaktische Schicht vom ersten Leitungstyp abgeschieden wird und bei dem in die epitaktische Schicht mittels Masken- und Diffusionstechnik Zonen vom zweiten Leitungstyp unter Bildung von pn-Übergängen eindiffundiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Herstellung der die Kapazitätsvariationsdioden bildenden Zonen (4) eine geringe Zahl Testzonen (6) mit gegenüber den die Kapazitätsvariationsdioden bildenden Zonen (4) kleineren pn-Übergangsflächen eindiffundiert wird, daß die Kapazität der so gewonnenen Testdioden gemessen wird, daß ein Zusammenhang zwischen der Kapazität der Testdioden und der Kapazität der Kapazitätsvariationsdioden bei Verwendung von Masken mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten für die Diffusionsfenster der die Kapazitätsvariationsdioden bildenden Zonen (4) vom zweiten Leitungstyp ermittelt wird, daß schließlich aus diesem Zusammenhang bei einer bestimmten Testkapazität die Maske mit den Maskenöffnungen ausgesucht wird, bei deren Verwendung sich die gewünschte Kapazität der Kapazitätsvariationsdioden einstellt und daß schließlich mit dieser Diffusionsmaske die die Kapazitätsvariationsdioden bildenden Zonen (4) vom zweiten Leitungstyp hergestellt werden.Method of manufacturing capacitance varying diode !!, in which on a semiconductor substrate of the first conductivity type an epitaxial layer of the first conductivity type is deposited and at that in the epitaxial layer by means of mask and diffusion technology zones of the second conductivity type be diffused in with the formation of pn junctions, characterized in that before the production of the zones (4) forming the capacitance-varying diodes a small number of test zones (6) with smaller pn junction areas than the zones (4) forming the capacitance variation diodes is diffused in that the capacitance of the test diodes obtained is measured that a Relationship between the capacitance of the test diodes and the capacitance of the variable capacitance diodes when using masks with different opening cross-sections for the diffusion windows of the variable capacitance diodes forming zones (4) of the second conductivity type is determined that finally from this context for a certain test capacitance Mask is selected with the mask openings, when used, the desired capacitance of the capacitance-varying diodes is set and that Finally, with this diffusion mask, the zones (4) forming the capacitance-varying diodes of the second type of conduction.