DE2653311A1

DE2653311A1 - Verfahren zum herstellen eines halbleiterelementes

Info

Publication number: DE2653311A1
Application number: DE19762653311
Authority: DE
Inventors: Thomas Richard Anthony; Mike Fushing Chang; Harvey Ellis Cline
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-11-26
Filing date: 1976-11-24
Publication date: 1977-06-02
Also published as: US4021269A; SE409528B; SE7613233L; JPS5275174A; FR2332801A1; FR2332801B1; GB1557299A

Description

Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelementes.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterelernenten unter Anwendung des Temperaturgradienten-Zonenschmelzens.

Das Temperaturgradienten^-Zonenschmelzen wird ausgeführt, indem man selektiv eine Verunreinigung auf einem Körper aus Halbleitermaterial anordnet und den Körper einem Temperaturgradienten aussetzt, während der gesamte Körper bei einer vorausgewählten erhöhten Temperatur gehalten ist. Liegt die Temperatur des Körpers oberhalb von etwa COO oder DOO⁰C, dann verursacht ein Temperaturgradient von einigen Grad Celsius bis zu einigen hundert Grad Celsius das V/andern der Verunreinigung von der kalten zur heissen Oberfläche des Körpers unter Hinterlassung einer rekristallisierten Region in seinem Wander-

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pfad, die mit der Verunreinigung in einer Menge dotiert ist, die der festen Löslichkeit der Verunreinigung im Halbleitermaterial bei der Wandertemperatur entspricht. So findet z.B. die Wanderung von Iluminium durch eine etwa 0,4 mm dicke Halbleiterscheibe bei 1200°C mit einem Temperaturgradienten von fünf Grad Celsius zwischen den Hauptoberflachen der Scheibe innerhalb von 5 bis 10 Minuten statt.

Hinsichtlich weiterer Informationen zum Temperaturgradienten-Zonenschmelzen wird auf die US-PS 3.89C.362 verwiesen.

Ein Problem, das gelegentlich beim Herstellen von Halbleiterelementen durch Temperaturgradienten-Zonenschmelzen auftritt, besteht darin, dass der Körper aus Verunreinigungsmaterial manchmal während der Wanderung zerbricht. Dies kann zwei verschiedene Wirkungen zur Folge haben. Die erste Wirkung kann auftreten, wenn man durch Bewegen eines "Drahtes" durch eine Halbleiterscheibe grossflächige Regionen bildet. Bricht der "Draht" in zwei kürzere Abschnitte, dann bildet sich eine nicht dotierte Region und die erwünschte grosse planare Region wird tatsächlich aus zwei kleineren zusammenhängenden planaren Regionen bestehen.

Die zweite Wirkung tritt auf, wenn kleine Teilchen des Verunreinigungsmaterials während des Wanderns vom Hauptkörper des Verunreinigungsmaterials abgetrennt werden. Solche kleineren Körper wandern langsamer und können sich daher bei Beendigung der Wanderung noch innerhalb der Halbleiterscheibe befinden. Verbleibt ein Teilchen der metallischen Verunreinigung bei oder nahe einem P/N-"Jber gang, dann kann es diesen Übergang kurzschliessen oder zumindest den über den Übergang fliessenden Leckstrom beträchtlich erhöhen.

Diese Wirkungen treten nicht allgemein auf, doch verringern sie die Ausbeute, an Elementen, wenn sie auftreten. Die Halbleiterherstellung ist ein ausserordentlich konkurrierendes kostenbewusstes Geschäft und es wird daher dauernd versucht,

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höhere Ausbeuten zu erzielen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das für die Temperalurgradienten-Zonenschmelzprozeduren anwendbar ist und die vorgenannten Probleme löst.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren geht man von einem Körper aus Halbleitermaterial aus, in dem üblicherweise eine Verunreinigung verteilt ist, die dem Körper, üblicherweise einer Scheibe, eine Leitfähigkeitsart verleiht. Wenigstens eine Region der entgegengesetzten Leitfähigkeitsart wird durch Bewegen einer Menge eines zweiten Dotierungsmittels durch den Körper mit Hilfe des Temperaturgradienten-Zonenschmelzens in der Scheibe gebildet. Dies führt zum Entstehen eines P/N-Überganges zwischen der Region des entgegengesetzten Leitfähi^keitstyps und dem diese umgebenden Halbleitermaterial. Als nächstes wird die Scheibe einem Diffusionszyklus unterworfen, der die Eigenschaften des P'N-Überganges verbessert und gleichmässiger gestaltet.

Wie bereits erwähnt, werden gelegentlich kleine Teilchen der zweiten Verunreinigung von der Masse der zweiten Verunreinigung abgetrennt und sie werden aufgrund der geringeren Wanderungsgeschwindigkeiten kleinerer Körper in der Halbleiterscheibe eingeschlossen. Die vorliegende Erfindung beseitigt die sich daraus ergebenden Probleme, indem der Diffusionszyklus eine Region der zweiten Leitfähigkeitsart bildet, die das Verunreinigungsteilchen vollständig umgibt. Auf diese Weise wird die eingeschlossene Verunreinigung von allen P^/N-Übergängen elektrisch getrennt.

Die vorliegende Erfindung ist auch wirksam, wenn aufgrund einer Diskontinuität in einem wandernden Draht zwei benachbarte planare Regionen der zweiten Leitfähigkeitsart gebildet werden. Der Diffusionszyklus der vorliegenden Erfindung verursacht die Ausdiffusion von den p.lanaren Regionen in alle Rieh-

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tungen, so dass die kleine Trennung zwischen den beiden benachbarten Regionen bald beseitigt ist. Es wurde festgestellt, dass ein Diffusionszyklus im Bereich von 4 bis 16 Stunden bei 12OO°C zur Erreichung der obengenannten Ziele angemessen ist.

Der erfindungsgemässe DiCfusionszyklus hat sich auch als brauchbar zur Bildung grossflächiger Regionen erwiesen, die anders schwieriger zu erhalten wären. In bestimmten kristallographischen Ebenen sind gegebene Drahtrichtungen für die thermische Wanderung weniger befriedigend. Wenn jedoch die erwünschte Region augenscheinlich eine Wanderung in einer dieser Richtungen erfordert, kann anstelle eines einzigen Drahtes eine Reihe kleinflächiger Flecken auf die Scheibenoberfläche aufgebracht werden. Die Vielzahl dieser Flecken wird dann unter Bildung einer Vielzahl eng benachbarter im wesentlichen paralleler linearer Regionen, deren jede von einem P'N-Übergang umgeben ist, durch den Körper bewegt. Die nachfolgende Diffusion verursacht ein Ineinandergehen der verschiedenen Regionen unter Bildung einer einzigen gleichförmigen Region.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 eine isometrische \nsicht einer Halbleiterscheibe, die f'ir die Thermowanderung vorbereitet ist,

Figur 2 eine Detailansicht eines Teiles der Scheibe der Figur 1 nach der Wanderungsstufe,

Figur 3 eine \nsicht ähnlich der der Figur 2, die einen möglichen Fehler zeigt, der während der Wanderung auftreten kann,

Figur 4 eine Draufsicht, welche den Fehler der Figur 3 detaillierter erkennen lässt,

Figur 5 eine Draufsicht ähnlich der der Figur 4, welche die Beseitigung des Fehlers durch den erfindungsgemässen Diffusionszyklus veranschaulicht,

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Figur G eine Schnittansicht einer Halbleiterscheibe nach der Thermowanderung mit einem kleinen eingeschlossenen Verunreinigungsteilchen,

Figur 7 das eingeschlossene Verunreinigungsteilchen nach dem erf indungsgemiissen Diffusionszyklus,

Figur 8 eine Draufsicht auf einen Teil einer Halbleiterscheibe mit einer Vielzahl von darauf angeordneten Flecken zur Bildung einer Vielzahl paralleler linearer Regionen,

Figur 9 den Teil der Scheibe der Figur 8 nach der Wanderung und der erfindungsgemässen Diffusion,

Figur 10 eine Seitenansicht einer Haibleitorscheibe im Schnitt, die in einer Weise für die Verarbeitung vorbereitet ist, dass sie die Anwendung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,

Figur 11 eine Seitenansicht der Scheibe der Figur 10 im Schnitt nach der Eingangsdiffusion gemäss der vorliegenden Erfindung,

Figur 12 eine Seitenansicht der Scheibe der Figuren 10 und 11 nach einer weiteren Diffusionsstufe,

Figur 13 eine Seitenansicht der Scheibe der Figur 12, die für die Thermowanderung vorbereitet ist,

Figur 14 eine Seitenansicht der Scheibe der Figur 13 nach der Thermowanderung,

Figur 15 eine Seitenansicht der Scheibe nach der Ausbildung peripherer Rillen,

Figur 16 fertige gesteuerte Siliziumgleichrichter (nachfolgend ■ abgekürzt SCR genannt) -Elementpellets, die gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden und

Figur 17 eine Draufsicht auf ein SCR-Pellet.

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In Figur 1 ist ein Körper 21 aus Halbleitermaterial in Form einer Halbleiterscheibe gezeigt. In diesem Halbleitermaterial ist eine Verunreinigung verteilt, die dieser Scheibe 21 eine gegebene Leitfähigkeitsart verleiht. Die Scheibe kann z.B. η-Silizium sein. Doch können auch andere Halbleitermaterialien, wie Germanium und Verbindungen von Elementen der III-V bzw. der II und VI Gruppe des Periodensystems der Elemente benutzt werden. Die Scheibe 21 ist für die Thermowanderung verschiedener Körper 22 aus einer zweiten Verunreinigung durch die Scheibe hindurch vorbereitet. Vorzugsweise liegen die Oberflächen der Scheibe in einer kristallographischen Ebene aus der (100), (110) und (111) Ebene. Besteht die Scheibe 21 aus n-Silizium, dann kann die zweite Verunreinigungsart vorteilhafterweise z.B. Aluminium sein.

Das Aluminium bzw. eine andere zweite Verunreinigung ist der Einfachheit halber als eine Vielzahl paralleler Drähte 22 dargestellt. Werden solche Drähte benutzt, dann bringt man sie häufig in einer Vielzahl sich schneidender Gruppen im wesentlichen paralleler Drähte auf, so dass die Scheibe in verschiedene Flächen geteilt ist. Dies ist aus dem Stand der Technik bekannt. Die Verunreinigung kann aber auch in Form von Kreisflächen, Flecken und in ähnlicher Form aufgebracht werden.

Vor dem Temperaturgradienten-Zonenschmelzen muss sich die Verunreinigung 22 in innigem Kontakt mit der Scheibe 21 befinden und vorzugsweise in einem ausgewählten Bereich gehalten sein. Zu diesem Zwecke ist es vorteilhaft, die Oberfläche der Scheibe an der Stelle, an der die Verunreinigung angeordnet werden soll, leicht auszunehmen. Das Aluminium kann aber auch durch Legieren oder Thermokompression an Ort und Stelle verbunden werden. Die Verfahren zum innigen Verbinden der Verunreinigung und der Scheibe sind bekannt, vgl. z.B. US-PS 3.895.967, 3.901.736 und 3.897.227.

In Figur 2 ist ein Teil der Scheibe 21 nach der Thermowanderung gezeigt. Die Verunreinigung 22 befindet sich nun an der

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unteren Oberfläche der Scheibe und sie hat in ihrem Wanderpfad eine Region 23 aus entgegengesetzter p-Leitfähigkeit hinterlassen, welche die Verunreinigung in gleichmässiger Verteilung in einer-Menge enthält, die gleich der festen Löslichkeit der Verunreinigung in dem Material der Scheibe 21 bei der erhöhten Wandertemperatux ist. Die Region 23 bildet zusammen mit den sie umgebenden Teilen der Scheibe 21 zwei P/N-Übergänge 24 und 25. Die vorliegende Erfindung umfasst einen der Thermowanderung folgenden Diffusionszyklus, um die Eigenschaften der Übergänge 24 und 25 gleichmässiger zu gestalten und zu verbessern.

Betrachtet man die grossflächige planare Region 23, die durch das V/andern eines Drahtes gebildet wurde, dann kann eine Schwierigkeit auftreten, wie sie in Figur 3 abgebildet ist. Unter dem BegrifC "planar", wie er in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, wird nicht einfach "flach" verstanden sondern er bezieht sich auf. grösser-f lächige Hergänge verglichen mit linearen Übergängen, die man durch Thermowanderungen von flecken- oder punktar tigern Dotierungsmaterial erhalten werden . Bricht während der Wanderung der Draht 22, der der Übersichtlichkeit halber in Figur 3 und den folgenden Figuren weggelassen ist, dann werden aus der Region 23 zwei benachbarte grossflächige Regionen, die durch eine Diskontinuität getrennt sind, wie durch die gestrichelte bogenförmige Linie in Figur 3. veranschaulicht. Diese Trennung ergibt sich auch aus der .Draufsicht der Figur 4, wo die Region 23 in Form, der beiden Teilregionen· 23Λ und 2'3B erscheint. Manchmal bricht der Draht bei Beginn der Wanderung und dann erstreckt sich die Diskontinuität von der einen Oberfläche der Scheibe bis zur anderen. _:

Die Rücken-an-RiJcken angeordneten P'N-Übergänge 24 und 25 der veranschaulichten Irt sollten die Regionen 21A und 21B der Scheibe elektrisch isolieren. Wenn jedoch der Draht bricht, dann wird eine solche Isolation nicht erreicht, wie die Figuren 3 und 4 zeigen. Obgleich dies beim .Temperaturgradienten-Zonenschmelzen nicht iblicherwe.ise auftritt, verringert es

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-Z-doch beim Auftreten die Ausbeuten an Elementen.

In Figur 5 ist die Scheibe der Figur 4 nach dem kurzen Diffusionszyklus gemäss der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Regionen 23A und 23B sind dabei in alle Richtungen diffundiert und dies hat die Diskontinuität zwischen den vorgenannten Regionen beseitigt und die Bildung einer einzigen Region 23 bedingt. Somit sind die Regionen 21A und 21B der Scheibe nunmehr elektrisch isoliert.

Ein kurzer Diffusionszyklus von etwa vier Stunden bei 1200°C nach dem Drahtwandern ist vorteilhaft, um die meisten kleinen Diskontinuitäten zu beseitigen. Wenn jedoch bei der mikroskopischen Untersuchung Bräche an der Oberfläche der Scheibe vorhanden sind, wie sie in den Figuren 3 und 4 gezeigt sind, dann kann der Diffusionszyklus erforderlichenfalls verlängert werden. Ein Diffusionszyklus von etwa 16 Stunden schliesst eine Diskontinuität von mehr als etwa 0,063 mm, wenn Aluminium durch Silizium gewandert ist. Die Diffusionskonstanten für andere Halbleitermaterialien und andere Dotierungsmittel variieren. Der Fachmann sollte jedoch aufgrund der obigen Angaben den richtigen Diffusionszyklus bestimmten können.

In Figur 6 ist eine Schnittansicht eines Teiles der Scheibe gezeigt, die die beiden Regionen 21Λ. und 21B und die Region des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps 23 aufweist. Gelegentlich wird ein kleines Teilchen 26 der Verunreinigung nahe einem P/N-'^;Tbergang 24 oder 25 eingeschlossen. Dieses Teilchen 26 schliesst dann den übergang 24 kurz und führt zu einem ausserordentlich hohen Leckstrom durch diesen Übergang.

Während des erfindungsgemässen Diffusionszyklus wird die Region 23 breiter und das Teilchen 26 wirkt als Dotierungsquelle und führt zur Ausbreitung einer Region entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps um sich herum. Die Gesamtwirkung des erfindungsgemässen Diffusionszyklus ist in Figur 7 gezeigt.

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Die einzelne Region des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps um das Teilchen 26 herum ist in Figur 7 nicht ersichtlich, da es durch die Ausdiffusion der Region 23 in dieser aufgegangen ist. Die durch das Teilchen 26 gebildete Region ist in gestrichelten Linien gezeigt. Unabhängig von der Region 23 wird das Teilchen daher von einer Region entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps umgeben und deshalb elektrisch isoliert sein.

Der Figur 7 lässt sich entnehmen, dass der erfindungsgemässe Diffusionszyklus die kleinen eingeschlossenen Metallteilchen wirksam isoliert. Befindet sich das. eingeschlossene Teilchen 26 getrennt von den P/N-Übergängen in der Region 23, dann ist es elektrisch weniger bedeutsam, doch stellt auch hier das erfindungsgemässe Diffundieren sicher, dass das Teilchen danach elektrisch isoliert ist. Ausserhalb der Region 23 erscheinen keine eingeschlossenen Metallteilchen, da durch diese Bereiche keine Verunreinigung wandert.

In Figur 8 ist die Draufsicht auf die obere Oberfläche der Scheibe 21 gezeigt. Die Oberfläche liegt vorzugsweise in einer der bevorzugten kristallographischen Ebenen gemäss der folgenden Tabelle:

Scheiben	Wanderungs-	Stabile Draht-	Stabile Draht-
ebene	richtung	richtungen	grössen
(100)	<100>	<.011^ ^{+ )}	<100/um
		<011>⁺	<100 "
(110)	<110>	4110>⁺	^ 150 "
(111)	<111> +	(a) ^.011>
		<101>	< 500 "
	+	(b) ^112> X]
		/ 211>	<500 "

+(c) irgendeine andere-^ 500 " Richtung in der (111) Ebene

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- yS -

Drahtes + ) Die Stabilität des wandernden "7 ist abhängig von der

Ausrichtung des thermischen Gradienten mit der <1OO^ <11O? bzw. der α 111> Achse.

+ Die Gruppe a ist stabiler als die Gruppe b, die wiederum stabiler ist als die Gruppe c.

Ist es erwünscht, eine Region zu bilden, welche das Wandern eines irregulär gestalteten Drahtes oder eines Drahtes erfordert, der in einer instabilen Richtung orientiert ist, dann kann das folgende Verfahren angewandt werden:

Die Fläche, in der die Region gebildet werden soll, wird mit einer Vielzahl eng benachbarter Flecken aus zweitem Dotierungsmaterial bedeckt. Sind diese Flecken durch die Scheibe gewandert, dann bilden sie eine Vielzahl eng benachbarter linearer im wesentlichen paralleler Regionen 27 des zweiten Leitfähigkeitstyps , wobei jede dieser Regionen einen P/N-Übergang mit dem umgebenden Halbleitermaterial bildet. Die Regionen verlaufen senkrecht zur Papierebene in Figur 8. In Figur 8 sind diese Regionen 27 als dreieckig abgebildet. Doch hängt die Gestalt der Regionen nur davon ab, in welcher der bevorzugten Ebenen die Oberfläche der Scheibe liegt. Die genaue Gestalt der Regionen, seien sie kreisförmig, dreieckig, rechteckig usw., ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ohne Bedeutung.

Ist die Scheibe der Figur 8 dem erfindungsgemässen Diffusionszyklus ausgesetzt worden, dann haben sich die getrennten Regionen 27 unter Bildung einer einzigen Region 28 vereinigt, die nur zwei im wesentlichen gleichförmige zusammenhängende P/N-Übergänge 29 und 30 mit dem umgebenden Halbleitermaterial bildet. Durch den erfindungsgemässen Diffusionszyklus kann man daher eine Vielzahl von P/N-Übergängen unter Bildung eines einzigen gleichförmigen Überganges ineinander aufgehen lassen.

Die Flecken, die zur Bildung der in Figur 9 abgebildeten Ausführungsform durch die Scheibe bewegt werden, sind im Falle von Aluminium und Silizium stabil, wenn sie von einer Seite

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zur anderen zwischen 0,175 und 1,0 mm gross sind. Vorzugsweise sind die Flecken von Kante zu Kante um nicht mehr als etwa 0,063 mm voneinander getrennt. Das erfindungsgemässe Diffundieren ist aber auch erfolgreich, wenn die Flecken weiter voneinander entfernt sind. Dann ist jedoch eine längere Diffusionszeit erforderlich und aus praktischen Erwägungen sollten sie so dicht wie möglich beieinander gehalten sein. Ein Diffusionszyklus von 16 Stunden bei 1200 C reicht aus, wenn Aluminiumflecken von Kante zu Kante um nicht mehr als etwa 0,063 mm voneinander.getrennt sind.

Im folgenden wird ein Beispiel eines Halbleiterherstellungsverfahrens angegeben, bei dem das erfindungsgemässe Diffundieren vorteilhaft angewendet wird.

In Figur.10 ist eine Scheibe 120 aus Halbleitermaterial gezeigt, die zwei gegenüberliegende Hauptoberflächen 121 und 122 hat. Die Scheibe kann irgendeine übliche Grosse haben, wie sie bei der Halbleiterherstellung angewendet wird. So kann sie z.B. etwa 0,4 mm dick sein und einen Durchmesser von etwa 5 cm haben.· Der Übersichtlichkeit halber ist in den Figuren nur ein Teilstück der Scheibe 120 gezeigt.

Die Scheibe 120 enthält einen ersten Verunreinxgungstyp, der der Scheibe einen Leitfähigkeitstyp verleiht. Für die Zwecke der Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die Scheibe 120 aus Silizium besteht und der eine Leitfähigkeitstyp der N-Typ ist. Die erste Verunreinigungsart ist daher eine solche, die in der Scheibe N-Leitfähigkeit verleiht, wie Arsen oder Phosphor,

In Figur 11 ist eine Seitenansicht der Scheibe 120 nach der ersten Diffusionsstufe gezeigt. Dabei wurde eine zweite Verunreinigungsart, die der Scheibe den entgegengesetzten oder P-Leitfähigkeitstyp verleiht, von jeder Hauptober fläche in die Scheibe eindiffundiert. Die zweite Verunreinigungsart kann z.B. Gallium oder Bor sein. Die Scheibe 120 weist nun drei übereinander liegende Schichten von Regionen auf, von denen die beiden äusseren P-Regionen 123 und 124 sind und die innere

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die N-Region 125 ist. Bei dem beschriebenen Beispiel, bei dem eine 0,4 mm dicke Scheibe verwendet wurde, sind die Regionen 123 und 124 vorteilhafterweise etwa 0,075 mm dick. Eine Diffusionstiefe von 0,075 mm wird bei 1250 C während einer Diffusionszeit von etwa 4 5 Stunden erreicht. Solche Diffusionszyklen sind bekannt.

In Figur 12 ist nun die Scheibe der Figur 11 mit im Abstand voneinander angeordneten Kathoden-Emitter-Regionen 126 gezeigt, die über einen Teil des Weges in die Region 123 eindiffundiert sind. Die Kathoden-Emitter-Regionen 126 sind vom N-Leitfähigkeitstyp und sie können gebildet werden durch Diffusion einer ersten Verunreinigungsart bei 1250 C für etwa 10 bis 15 Stunden. \uch diese Diffusionszyklen sind ebenso wie die ihnen vorhergehenden Photoresistmaskierungsstufen bekannt. Die Kathoden-Emitter-Regionen 126 könnten auch auf andere Weise, z.B. durch Legieren, gebildet werden.

In Figur 13 ist die Scheibe 120 der Figur 12 gezeigt, wie sie für das Temperaturgradienten-Zonenschmelzen bzw. die Thermowanderungsstufe vorbereitet ist. Hierzu sind langgestreckte Körper 127 aus einer zweiten Verunreinigungsart, wie Aluminium, auf der Hauptoberfläche 121 angeordnet. Die langgestreckten Körper verlaufen senfcrecht zur Papierebene und daher kann ihre Grosse aus Figur 13 allein nicht voll abgeschätzt werden.

In der Figur 14 ist die Scheibe 120 der Figur 13 nach der Thermowanderungsstufe gezeigt. Die langgestreckten Körper 127 sind von der Hauptoberfläche 121 zur Hauptoberfläche 122 durch die Scheibe gewandert und haben in ihrem Wanderpfad Isolationsregionen 218 des entgegengesetzten p-Leitfähigkeitstyps zurückgelassen. Diese Isolationsregionen sind Siliziuraregionen, die gleichmässig mit Aluminium in einer Menge dotiert sind, die der festen Löslichkeit des Aluminiums in Silizium bei der Wanderungstemperatur entspricht. Die stark dotierten Isolationsregionen erstrecken sich tatsächlich vollständig von der einen ilauptoberflache bis zur anderen, wie durch die Kombina-

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tion durchgezogener und unterbrochener Linien bei A für die zentrale Region gezeigt ist. Die Grenze der Isolationsregion, die durch die unterbrochene Linie wiedergegeben ist, ist jedoch von den anderen Regionen in Figur 14 und den folgenden Figuren weggelassen worden, da sowohl die Regionen 123 und als auch die Region 12Π i)-leitende Regionen sind und daher zwischen den vorgenannten Regionen keine P/N-Übergänge vorhanden sind.

Die Figur 14 zeigt zwei Elementregionen, die durch die zentrale Isolationsregion 128 bei Λ getrennt sind. Jede Elementregion besteht aus einer innex'en Region 125 mit N-Leitfähigkeit, die vollständig von Halbleitermaterial der P-Leitfähigkeit umgeben ist. Die gesamte Scheibe 120 wird üblicherweise viele separate Elementregioneu enthalten. Die Isolationsregionen 120 sind ausserderc in einem Gittermuster gebildet und erstrecken sich um die gesamte Peripherie der Elementregion. Dies ergibt sich deutlich aus den folgenden Draufsichten.

In Figur 15 ist eine Seitenansicht der Scheibe 120 mit peripheren Rillen 129 gezeigt, die in der äusseren Region 123 gebildet sind und sich bis in die innere Region 125 erstrecken. Die Herstellung der Rillen 120 erfolgte durch konventionelles photolithographisches Maskieren und Ätzen und die Rillen erstrecken sich entlang jeder der Isolationsregionen, wie in Figur 17 veranschaulicht. Zusätzlich zu den üblichen Maskierungs- und Ätzverfahren kann es vorteilhaft sein, die Oberfläche 121 nahe den Isolationsregionen 128 nach der Thermowanderung leicht zu ätzen, um die Oberfläche zu glätten.

Eine Untersuchung der Figur 15 zeigt, dass die Teile B der Region 123 innerhalb der peripheren Rille 120 elektrisch von der Region 124 aufgrund der Rücken-an-Rücken Anordnung der P⁷N-Übergänge 131 und 132 isoliert sind. Wenn die Rillen daher mit'einem passivierenden Material 123 gefüllt sind, wie dies am besten Figur 16 zeigt, dann sind die beiden Halbleiterübergänge 131 und 132 mit einer einzigen Rille und dem auf-

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gebrachten Passivierungsmaterial 133 vollkommen passiviert. Das Passivierungsmaterial 133 kann in bekannter Weise aufgebrachtes Glas sein, doch können auch andere Passivierungsmaterialien benutzt werden, wie Oxid oder eines der neuen organischen Passivierungsmaterialien.

Wird die Scheibe 120 durch die Isolationsregionen 128 zerteilt, wie in Figur 16 gezeigt, dann werden einzelne Halbleiterelement-Pellets 134, die SCR-Pellets sind, gebildet. Schliesslich werden die Metallkontakte 135, 136 und 137 in üblicher Weise angebracht. Eine Draufsicht auf ein Pellet 134 ist in Figur 17 gezeigt.

Tritt während der Wanderung einer der in den Figuren 3 und 4 veranschaulichten Fehler auf, dann wird ein Teil des isolierenden P/N-Überganges nach der Zerteilung von der Pellet-Peripherie freigelegt sein. Dieser wird jedoch nicht passiviert. Der erfindungsgemässe kurze Diffusionszyklus korrigiert den Fehler, wie in Figur 5 gezeigt und verbessert so die Herstellungsausbeute. Es wird empfohlen, die Scheibe nach der Thermowanderung unter dem Mikroskop zu untersuchen. Sind keine Bräche in den Drähten 27 zu sehen, dann sollte die Scheibe für etwa 4 Stunden bei 1200°C diffundiert werden, um möglicherweise vorhandene kleine Spalte zu schliessen und Einschlüsse zu füllen. Werden dagegen Brüche beobachtet, dann sollte der Diffusionszyklus auf etwa 16 Stunden ausgedehnt werden.

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4}

Leerseif

Claims

Pa t e nt a ns pr'iche

Verfahren zum Herstellen eines Ha Ib le it ere lenient es , gekennzeichnet durch folgende Stufen:

Liefern eines Körpers aus Halbleitermaterial mit einer Verunreinigung, die einen Leitfähigkeitstyp verleiht,

Bilden einer Region des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in dem Körper durch Bewegen einer zweiten Verunreinigung mittels eines Temperaturgradienten-Zonenschmelzens durch den Körper unter Bildung eines P/N-Überganges zwischen der genannten Region und den umgebenden Teilen des Körpers und

Ausführen eines - Diri'usionszyklus mit dem Körper, um den P/N-Übergang gleichmässiger zu gestalten und seine Eigenschaft zu verbessern.

Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet , dass bei Einschluss kleiner Teilchen der zweiten Verunreinigung in dem Körper während der Wanderung mit dem Diffusionszyklus Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps um die Teilchen herum gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Verunreinigung ein langgestreckter Körper und die genannte Region planar ist und dass sich während der Wanderung Brüche in dem langgestreckten Körper bilden, die Diskontinuitäten in der genannten Region verursachen, die dann mit dem Diffusionszyklus beseitigt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η-zeichnet , dass die Oberfläche des Körpers, durch welche die Verunreinigung eintritt, ausgewählt ist aus den kr is !-allographischen Ebenen (100), (110)

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ORiGlNAL INSPECTED

- iß -

und (111). .₀

.ν ·

5. Verfahren nach \nspi-ueli !,dadurch gekennzeichnet , dass die Oberfläche, durch die die Verunreinigung in den Körper eintritt, ausgewählt ist aus den kristallographisehen Ebenen (10ü), (110) und (111), wobei die zweite Verunreinigung in Form eng benachbarter Flecken auf die Oberfläche aufgebracht wird, so dass sich eine Vielzahl im wesentlichen paralleler linearer Regionen des entgegengesetzten Leit t'ähigkeitstyps bildet und durch den Di t'iusionszyklus diese linearen Regionen unter Bildung einer zusammenhängenden Region ineinander aufgehen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, da durch g e k e η η-zeichne t , dass der \bstand zwischen den einzelnen Flecken gei^inger ist als etwa 0,063 mm.

7. Verfahren nach irgendeinem der vorhergel.enden Ansprüche, dadui'ch gekennzeichnet , dass der Körper aus Silizium besteht, der eine Leitfähigkeitstyp der η-Typ ist und die Verunreinigung Aluminium ist.

8. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusionszyklus bei
den ausgeführt wird.

Diffusionszyklus bei etwa 1200 C für etwa 4 bis 16 Stun-