DE2412924B2 - Method of manufacturing a semiconductor diode - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs I vorausgesetzten Gattung.The invention relates to a method of the type presupposed in the preamble of claim I.
Halbleiterdioden, die eine solche Zweischichtenstruktur aufweisen, finden bereits weite Verwendung. Der spezifische Widerstand der einen Schicht übertrifft den spezifischen Widerstand der anderen um einen Faktor von 100 und mehr, und die Schicht mit dem größeren spezifischen Widerstand weist eine verhältnismäßig geringe Dicke auf. Hierbei ist die Fläche des an der Schicht mit dem größeren spezifischen Widerstand Anliegenden ohmschen Kontaktes ungefähr gleich der Fläche des pn-Überganges, Pies hat zur Folge, daß der pn-übergang an der Stelle seines Austritts an der Oberfläche der Struktur in die Nähe des an der Schicht mit dem größeren spezifischen Vriderstand anliegenden ohmschen Kontaktes gerätf wodurch größe AWeitungsströrne entstehen und ein Oberflächendurchschlag des Hftlbleiterüberganges bei einem Halbleiter ermöglicht wird. Das Verhältnis der bei minimaler und maximaler Sperrspannung gemessenen Kapazitäten der Halbleiterdiode ist äußerst niedrig und hat einen Wert von 4 bis5.Semiconductor diodes that have such a two-layer structure are already widely used. Of the The resistivity of one layer exceeds the resistivity of the other by a factor of 100 and more, and the layer with the larger specific resistance has a proportionately small thickness. Here is the area of the layer with the greater specific resistance The adjacent ohmic contact is approximately the same as that Area of the pn junction, Pies has the consequence that the pn junction at the point of its exit on the surface of the structure in the vicinity of that on the layer with the larger specific Vriderstand adjacent ohmic contact device, resulting in larger A conduction currents arise and enables a surface breakdown of the semiconductor junction in a semiconductor will. The ratio of the capacities of the semiconductor diode measured at the minimum and maximum reverse voltage is extremely low and has a value of 4 to 5.
Aus der DE-AS 12 11 336 ist eine Zweischicht-Halbleiterdiode mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen der Schichten bekannt, bei der die Dicke der Schicht mit dem größeren spezifischen Widerstand die maximale Dicke des Bereichs der Raumladung bei Sperr-Vorspannung fiberschreitet und der minimale Abstand des ohmschen Kontakts bis zum Austritt des pn-Übergangs an der Diodenoberfläche weniger als die doppelte Dicke der Schicht mit dem größeren spezifischen Widerstand ausmacht Die Herstellung kann nach der Legierungsmethode, Diffusionsmethode, durch Ziehen und nach anderen Verfahren erfolgen.DE-AS 12 11 336 discloses a two-layer semiconductor diode known with different resistivities of the layers, at which the thickness of the The layer with the greater specific resistance has the maximum thickness of the area of the space charge Reverse bias exceeds and the minimum distance of the ohmic contact to the exit of the pn junction at the diode surface less than twice the thickness of the layer with the larger one specific resistance. by drawing and other methods.
Aus der DE-AS 10 46 782 ist eine Zweischicht-Halbleiterdiode mit nicht konkret angegebenem spezifischen Widerstandsunterschied der Schichten bekannt, wobei die Dicke der zwei Schichten zusammen beispielsweise 0,07 mm beträgt, auf die Dicke der Schicht mit dem größeren spezifischen Widerstand im Verhältnis zur Raumladungsdicke nicht eingegangen wird und der Abstand zwisdven der äußeren pn-Grenze und dem Rande der Gegenelektrode ein Mehrfaches des Abstandes zwischen den Flächen der beiden Elektroden beträgt Die Herstellung der Diode soll durch ein Legierungsverfahren erfolgen.From DE-AS 10 46 782 a two-layer semiconductor diode is not specifically specified The difference in resistance between the layers is known, the thickness of the two layers together for example 0.07 mm, to the thickness of the layer with the greater specific resistance in relation to Space charge thickness is not included and the distance between the outer pn limit and the Edge the counter electrode a multiple of the distance between the surfaces of the two electrodes The diode should be manufactured using an alloying process.
Schließlich ist aus der DE-OS 1614 897 eine Zenerdiode bekannt und im Zusammenhang damit sind Abschätzungen der Raumladungszonendicke und Schichtdicken angegeben und anschließend Ausführungen über das Herstellungsverfahren gemacht wonach auf einem niederohmigen Halbleitersubstrat ein höherohmiges Halbleitermaterial gleichen Leitungstyps epitaktisch abgeschieden wird und darin eine Zone mit solchem Dotierungsgrad eindiffundiert wird, daß sie niederohmiger als die epitaktische Schicht ist.Finally, from DE-OS 1614 897 one Zener diode is known and in connection with it are estimates of the space charge zone thickness and Specified layer thicknesses and then made statements about the manufacturing process a higher-resistance semiconductor material of the same conductivity type epitaxially on a low-resistance semiconductor substrate is deposited and a zone is diffused into it with such a doping level that it lower resistance than the epitaxial layer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten Gattung dahingehend zu verbessern, daß die Senkung der elektrischen Feldstärke an der Oberfläche der Halbleiterdiode gegenüber der Feldstärke in deren Volumen noch vollkommener gewährleistet wird und damit größere Durchbruchsspannungen sowie ein höheres Kapazitätsverhältnis mit und ohne maximale angelegte Sperrspannung erreichbar sind.The invention is based on the object of the method of the prerequisite in the preamble of claim 1 To improve the species to the effect that the lowering of the electric field strength on the surface the volume of the semiconductor diode is even more fully guaranteed in relation to the field strength and thus higher breakdown voltages and a higher capacity ratio with and without maximum applied reverse voltage can be achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöstThis object is achieved according to the invention in a method according to the preamble of claim 1 the characterizing features of claim 1 solved
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 gekennzeichnetFurther refinements of the invention are characterized in claims 2 to 4
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet einen sicheren Betrieb der Halbleiterdiode dank der Dicke der Halbleiterschicht mit dem größeren spezifischen Widerstand sowie dank dem Abstand deren ohmschen Kontaktes von der Austrittsstelle des pn-Überganges an der Oberfläche der Struktur, weil dies eine beträchtliche Senkung der elektrischen Feldstärke an der Oberfläche der Struktur gegenüberThe inventive method ensures safe operation of the semiconductor diode thanks to the Thickness of the semiconductor layer with the greater resistivity and thanks to the distance between them ohmic contact from the exit point of the pn junction on the surface of the structure, because this compared to a considerable reduction in the electric field strength at the surface of the structure
der Feldstärke im Volumen der Sturktur bewirkt.causes the field strength in the volume of the structure.
Pie Erfindung soll nachstehend in einer Beschreibung von AusfOhrungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert werden; darin zeigtPie invention is set out below in a description of exemplary embodiments based on the drawing be explained in more detail; in it shows
Fig, I einen Schnitt durch eine Halbleiterdiode, bei der der pn-übergang an der Seitenfläche austritt;Fig, I a section through a semiconductor diode, at which the pn junction exits on the side surface;
F i g, 2 einen Schnitt durch eine Halbleiterdiode, bei der der pn-übergang an deren Stirnfläche seitlich rings um den ohmschen Kontakt austritt, undFIG. 2 shows a section through a semiconductor diode in which the pn junction is laterally ringed on its end face around the ohmic contact emerges, and
Die Halbleiterstruktur der erfindungsgemäß hergestellten Diode wird bzw, ist durch zwei Schichten 1 und 2 vom n- bzw. p-Leitungstyp gebildet Der spezifische Widerstand der Schicht 1 muß um das mindestens 10Ofache größer als der spezifische Widerstand der Schicht 2 sein. Diese Schichten bilden einen an der Seitenfläche der Strukturaustretenden pn-übergang 3.The semiconductor structure of the manufactured according to the invention Diode is or is formed by two layers 1 and 2 of the n or p conductivity type. The specific The resistance of the layer 1 must be at least 10O times greater than the specific resistance of the Be layer 2. These layers form a pn junction 3 exiting on the side surface of the structure.
Die Wahl der spezifischen Widerstände der Schichten 1 und 2 hängt von der Bestimmung der Halbleiterdiode ab.The choice of the specific resistances of layers 1 and 2 depends on the determination of the semiconductor diode away.
So wird dieses Verhältnis für Hochspannungsdioden gleich, oder größer als 1000 und dementsprechend die Dicke der Schicht 2 gewählt, wodurch eine höhere Durchbruchsspannung eines Halbleiter-pn-Überganges sowohl im Strukturvolumen als auch an der Stelle dessen Austritts an der Oberfläche erreicht wird. Die Oberfläche der Halbleiterstruktur ist seitens der Schicht 1 durch eine Isolierschicht 4 geschützt, die ein Fenster S aufweist, in dem ein ohmscher Kontakt 6 untergebracht istSo this ratio for high voltage diodes is equal to or greater than 1000 and accordingly the Thickness of layer 2 selected, resulting in a higher breakdown voltage of a semiconductor pn junction both in the structure volume and at the point where it emerges from the surface. the The surface of the semiconductor structure is protected on the part of the layer 1 by an insulating layer 4 which forms a window S. has, in which an ohmic contact 6 is housed
Die Dicke H der Epitaxialschicht 1 mit dem größeren spezifischen Widerstand im Abschnitt unterhalb des ohmschen Kontaktes 6 wird gleich der Breite der Raumladungsgebiets bei einer Spannung, die geringer als die Durchbruchsspannung der Struktur istThe thickness H of the epitaxial layer 1 with the larger one specific resistance in the section below the ohmic contact 6 is equal to the width of the Space charge area at a voltage that is less than the breakdown voltage of the structure
Die Breite des Raumladungsgebiets und die Durchbruchsspannung werden in Abhängigkeit von der Störsteilenkonzentration und -verteilung im Raum des pn-Überganges nach bekannten Beziehungen ermittelt.The width of the space charge region and the breakdown voltage are dependent on the Concentration and distribution of impurities in the area of the pn junction determined according to known relationships.
Der minimale Abstand L vom Rand des an der Schicht mit dem größeren spezifischen Widerstand anliegenden ohmschen Kontaktes 6 bis zur Austrittsstelle des pn-Überganges 3 an der Strukturoberfläche macht nicht weniger als zwei Dicken der Epitaxialschicht 1 mit dem größeren spezifischen Widerstand unter diesem ohmschen Kontakt aus.The minimum distance L from the edge of the ohmic contact 6 lying on the layer with the higher specific resistance to the exit point of the pn junction 3 on the structure surface is no less than two thicknesses of the epitaxial layer 1 with the higher specific resistance under this ohmic contact.
Die Fläche des ohmschen Konfektes 6 ist halb so groß wie die Fläche des pn-Überganges 3. Eine weitere Flächenvergrößerung des ohmschen Kontaktes 6 hat keinen Sinn; denn sie hat einen sprunghaften Rückgang des Kapazitätsverhältnisses zur Folge. Die Halbleiterschicht 2 ist mit einem ohmschen Kontakt 7 versehen. Die vorliegende Diode kann folgendermaßen hergestellt werden: Zuerst läßt man auf die Halbleiterfläche der Ausgangsplatte aus η-Silizium mit einem spezifischen Widerstand unterhalb von 0,01 ficm eine 5 μπι starke Epitaxialschicht aus p-Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 20 bis 50 ilcm aufwachsen, Dann werden auf der Platte seitens der Epitaxieschicht mittels dar Fotolitografie und einer chemischen Ätzung Inseln mit einem Durchmesser von 400 μιη und einer Höhe von 6 μιη erzeugt Danach werden bei einer Temperatur von 1000 bis H50°C eine Silizhimdioxidschicht gezüchtet und ein Fenster mit einem Durchmesser von 200 μιη geätzt, wodurch zur Herstellung einesThe area of the ohmic confectionery 6 is half as large like the area of the pn junction 3. The ohmic contact 6 has a further increase in area no sense; because it has dropped sharply of the capacity ratio. The semiconductor layer 2 is provided with an ohmic contact 7. The present diode can be manufactured as follows be: First one lets on the semiconductor surface of the starting plate made of η-silicon with a specific Resistance below 0.01 ficm a 5 μm grow strong epitaxial layer of p-silicon with a specific resistance of 20 to 50 ilcm, Then the epitaxial layer is on the plate by means of photolithography and chemical etching Islands with a diameter of 400 μm and a height of 6 μm are then generated at a Temperature from 1000 to H50 ° C a silicon dioxide layer grown and etched a window with a diameter of 200 μιη, thereby producing a
ίο ohmschen Kontaktes einmalig Bor bis zu einer Tiefe von 0,5 μιη eindiffundiert sowie Aluminium im Vakuum unter anschließendem Abbrennen bei einer Temperatur von 5500C aufgedampft werden. Dann wird die Platte in einzelne Kristalle aufgeteilt, die in einem Metallkeramikgehäuse montiert werden.ίο ohmic contact boron to a depth of 0.5 μιη diffuses once and aluminum are vapor-deposited in vacuo followed by burning at a temperature of 550 0 C. Then the plate is divided into individual crystals, which are mounted in a metal-ceramic case.
Bei Anlegen einer Sperrspannung an solch eine Diode wird sich das Raumladungsgebiet vorzugsweise in die Epitaxialschicht 1 mit dem größeren Widerstand ausbreiten.When a reverse voltage is applied to such a diode, the space charge region is preferably located in the Spread epitaxial layer 1 with the greater resistance.
Hierbei erweist sich die Breite des Raumladungsgebiets auf der Strukturoberfläche als gleich dem minimalen Abstand zwischen denv Hand des ohmschen Kontaktes 6 und der Austrittsstelle dtj pn-Überganges 3 an der Oberfläche, was die elektrische Feldstärke an der Strukturoberfläche gegenüber der Feldstärke im Volumen des Halbleiters um mindestens das Doppelte reduziert, wodurch der Ableitungsstrom abnimmt und ein Oberflächendurchbruch bei der Struktur verhindert wird.Here, the width of the space charge area on the structure surface proves to be equal to that minimum distance between the hand of the ohmic contact 6 and the exit point dtj pn junction 3 on the surface, which shows the electric field strength at the structure surface compared to the field strength in the Volume of the semiconductor reduced by at least twice, as a result of which the leakage current decreases and a surface breakthrough in the structure is prevented.
JO Fig.2 zeigt eine andere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Halbleiterdiode. Die Halbleiterstruktur weist zwei Schichten 1 und 2 vom n- bzw. p-Leitungstyp auf. Die Schicht 1 besitzt einen mindestens lOOmal größeren spezifischen Widerstand a!s die Schicht 2. Die Schicht 2 mit dem kleineren spezifischen Widerstand umfaßt die Schicht 1 mit dem größeren spezifischen Widerstand sowie einen durch beide Schichten gebildeten pn-übergang 3, der an der Strukturoberfläche rings um einen an der Schicht mit dem größeren spezifischen Widerstand anliegenden ohmschen Kontakt 6 austritt Dieser Kontakt 6 liegt im Fenster 5 einer dielektrischen Schutzschicht 4. Der onmsche Kontakt 6 liegt konzentrisch (Fig.3) in der Kontur des pn-Überganges 3 an dessen AustrittsstelleJO Fig.2 shows another embodiment variant of a semiconductor diode according to the invention. The semiconductor structure has two layers 1 and 2 from the n- and p-type of line. The layer 1 has a specific resistance which is at least 100 times greater a! s the layer 2. The layer 2 with the smaller specific resistance comprises the layer 1 with the greater specific resistance and a pn junction 3 formed by both layers, which is connected to the Structural surface around one of the layers with the higher resistivity Ohmic contact 6 emerges. This contact 6 lies in the window 5 of a dielectric protective layer 4. The onmsche contact 6 is concentric (Fig.3) in the Contour of the pn junction 3 at its exit point
« an der Strukturoberfläche, und dessen Fläche ist mindestens um das 2fache geringer als die des pn-Überganges.«On the structure surface, and its area is at least 2 times smaller than that of the pn junction.
Die Halbleiterschicht 2 (Fig.2) ist mit einem ohmschen Kontakt 7 versehen.The semiconductor layer 2 (Fig.2) is with a ohmic contact 7 is provided.
Die Werte H und L werden in Analogie zum oben Beschriebenen gewähltThe values H and L are chosen in analogy to what has been described above
Die erfindungngemäße Diode nach Fig.2 und 3 arbeitet ähnlich wie die Diode nach Fig. 1. Der Vorteil einer solchen Diode liegt darin, daß ein sicherer Schutz des p'.i-Überganges vorliegtThe diode according to the invention according to FIGS. 2 and 3 works similarly to the diode according to FIG. 1. The advantage of such a diode is that there is a reliable protection of the p'.i-junction
Claims (4)
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