DE2702451B2 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Halbleiteranordnung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Halbleiteranordnung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 18 15 783 bekannt. Bei der dort beschriebenen Diode hat die p+-Schicht, die auf ihrer einen Seite mit der benachbarten η-Schicht den gleichrichtenden Übergang bildet und auf ihrer anderen Seite mit einer der beiden Elektroden elektrisch verbunden ist, eine Dicke, für die als Beispiel ΙΟμίη angegeben ist. Ferner weist diese Schicht eine verhältnismäßig hohe Fremdatom-Konzentration auf, die erforderlich ist, um mit der angrenzenden Elektrode einen niederohmigen Kontakt zu erreichen. Erfahrungsgemäß beträgt die dazu erforderliche Oberflächen-Fremdatomkonzentration mindestens 1 χ 1019 Atome/ cm3. Eine derartige Diode weist einen verhältnismäßig hohen Widerstand in Durchlaßrichtung auf, der nicht nur auf der verhältnismäßig großen Dicke der ρ+-Schicht sondern insbesondere auch auf dem Durchlaß-Widerstand des pn-Übergangs selbst beruht, der seinerseits eine Folge der verhältnismäßig starken Dotierung der p+-Schicht ist
Würde man bei der bekannten Diode die p-Schicht mit geringerer Fremdatomkonzentration versehen, so würde zwar der Durchlaßwiderstand des pn-Übergangs verringert; gleichzeitig würde aber der Widerstand der Schicht selbst sowie der Kontaktwiderstand bezüglich dieser Schicht und der angrenzenden Elektrode zunehmen. Würde man andererseits versuchen, die p-Schicht sehr dünn zu machen, so würden sich Schwierigkeiten bei der Kontaktierung mit der Metallelektrode ergeben, und außerdem würde der Sperrwiderstand in unzulässiger Weise sinken.
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiteranordnung zu schaffen, die bei hoher Sperrspannung einen möglichst geringen Spannungsabfall in Durchlaßrichtung aufweist und daher für hohe Strombelastung geeignet ist und bei der sich trotzdem eine niederohmige Kontaktierung zwischen den Halbleitermaterialien und den metallischen Elektroden erzielen läßt
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben. Danach ist es möglich, die Schicht, die beim Stand der Technik der oben erläuterten p-leitenden Schicht entspricht, mit einer verhältnismäßig niedrigen Fremdatomkonzentration und gleichzeitig mit geringer Dicke auszubilden, wobei die sich daraus an sich ergebenden Schwierigkeiten einer geringen Sperrspannung und einer schlechten Kontaktierbarkeit durch die zwischen dieser Schicht und der zugehörigen Elektrode angeordnete polykristalline Schicht mit den in Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen beseitigt werden. Somit wird eine Halbleiteranordnung geschaffen, die eine hohe Sperrspannung und gleichzeitig einen niedrigen Durchlaßwiderstand aufweist und bei der sich dennoch keine Probleme bei der elektrischen Verbindung der Elektroden mit dem Halbleiterkörper ergeben, so daß sich die Halbleiteranordnung in der Fertigung mit geringem Ausschuß herstellen läßt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
so F i g. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Diode,
F i g. 2 ein Diagramm mit der Verteilung der Ladungsträger-Konzentrationen, um das Grundprinzip zu erläutern, gemäß dem die Spannung am Halbleiterübergang durch Verringern der Fremdatom-Konzentration einer Schicht auf einer Seite eines pn-Übergangs verkleinert wird,
F i g. 3 eine Darstellung der Verteilung der Ladungsträger-Konzentrationen, um das Grundprinzip zu erläutern, gemäß dem die Spannung im Halbleiterübergang durch Verringern der Dicke einer Schicht auf einer Seite des pn-Übergangs verkleinert wird,
Fig.4 ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen dem Gesamtfremdatomgehalt pro Flächen-
b5 einheit der p-leitenden Schicht einer Diode und dem Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung wiedergibt, wobei als Parameter die Dicke einer dazwischenliegenden Schicht mit hohem Widerstand dient, und
F i g. 5a und 5b Profile von Widerstandswerten bzw. yon spezifischen Widerständen, die weitere Ausführungsformen der polykristallinen Schichten wiedergeben.
Bei der Diode nach Fig. 1 weist ein Halbleitersubstrat 1 zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten befindliche Hauptoberflächen 11 und 12 sowie eine die Hauptoberflächen verbindende Seitenfläche 13 auf. Zwischen den beiden Hauptoberflächen 11 und 12 befindet sich eine erste Silicium-Einkristallschicht 14, die an eine df Hauptoberflächen 11 und 12, nämlich an die Hauptoberfläche 11, angrenzt und η-leitend ist, eine zweite, η-leitende Silicium-Einkristallschicht 15, die an die erste Silicium-Einkristallschicht 14 angrenzt und einen höhereren spezifischen Widerstand aufweist als die erste Silicium-Einkristallschicht 14, eine dritte, p-leitende Silicium-Einkristallschicht 16, die mit der zweiten Silicium-Einkristallschicht 15 einen p-n-Übergang / bildet, eine erste p-leitende, polykristalline Silicium-Schicht 17, die an die dritte Silicium-Einkristallschicht 16 angrenzt, sowie eine zweite, p-leitende, polykristallinie Siliciumschicht 18, die an die erste, polykristalline Silicium-Schicht 17 sowie auch an die andere Hauptoberfläche 12 angrenzt und einen kleineren spezifischen Widerstand aufweist, als die erste polykristalline Silicium-Schicht 17. Die dritte Silicium-Einkristallschicht 16 ist eine sehr dünne Schicht, die auf die Weise ausgebildet wird, daß Fremdatome, die die Leitfähigkeit der ersten polykristallinen, an sie angrenzenden Silicium-Schicht 17 festlegen, aus dieser sehr dünnen Schicht diffundieren. Eine erste Hauptelektrode 2 steht mit der ersten Silicium-Einkristallschicht 14 an der Hauptoberfläche 11 des Halbleitersubstrats 1 und eine zweite Hauptelektrode 3 steht mit der zweiten polykristallinen Silicium-Schicht 18 auf der Hauptoberfläche 12 des Halbleitersubstrats 1 in leitender Verbindung.
Die Diode gemäß dieser Ausführungsform kann beispielsweise mit dem nachfolgend angegebenen Verfahren hergestellt werden. Eine η-leitende Epitaxialschicht (die der Schicht 15 entspricht) mit einem spezifischen Widerstand von 6 Ω-cm und einer Dicke von 5 bis 7 μπι wird mit einem bekannten Verfahren auf einer Oberfläche eines η-leitenden Silicium-Einkristallplättchen (die der Schicht 14 entspricht) ausgebildet, die mit hoher Konzentration dotiert ist und einen spezifischen Widerstand von 0,005 Ω-cm bis 0,01 Ω-cm und eine Dicke von 250 μπι aufweist. Darüber hinaus wird eine p-leitende, polykristalline Silicium-Schicht (die der Schicht 17 entspricht), die mit Bor dotiert ist, auf der Epitaxialschicht ausgebildet. Als Verfahren zur Bildung der polykristallinen Siliciumschicht kann die thermische Zersetzung eines Siliciumhydrids, die Reduktion eines Siliciumchiorids mit Wasserstoff, die Ionenzerstäubung oder das Vakuumaufdampfen verwendet werden. In diesem Zusammenhang soll der Fall erläutert werden, bei dem die polykristalline Schicht durch Wasserstoffreduktion ausgebildet wird, wobei Trichlorcilan (SiHCb) als Ausgangsmaterial verwendet wird. Eine Graphitunterlage oder ein Graphitgestell wird in einer Reaktionskammer durch Hochfrequenz-Induktionsheizung auf einer Temperatur von 950° C gehalten, das η-leitende Silicium-Einkristallplättchen, das vorher mit der η-leitenden Epitaxialschicht ausgebildet wurde, wird auf die Unterlage bzw. auf das Gestell gelegt, und es werden 30 l/Min. Wasserstoff, 4,6 Mol-%/Min. Trichlorsilan und 1,4 χ 10~5 Mol-%/Min. Dihydrodiboran (B2H6) vermischt und 5 Minuten lang in die Reaktionskammer eingeleitet. Auf diese Weise wird die p-leitende polykristalline Silicium-Schicht mit einem spezifischen Widerstand von 2,5 Ω-cm mit einer Dicke von 5 μπι ausgebildet Danach wird die Mischung 20 Minuten lang bei einem Strömungsverhältnis des Dihydrodiborans, das auf 1,4 χ 10~3 Mol-%/Min. erhöht wurde und etwa lOOmal größer als im vorangegangenen Falle ist, eingeleitet, wobei die übrigen Bedingungen wie im vorausgegangenen Fall beibehalten werden. Auf diese
ίο Weise wird die p-leitende, polykristalline Silicium-Schicht (die der Schicht 18 entspricht) mit einem spezifischen Widerstand von 0,02 Ω-cm und einer Dicke von 20 μπι ausgebildet. Bei der Bildung dieser polykristallinen Schicht dringt das in der polykristallinen Schicht befindliche Bor durch Diffusion in die η-leitende Epitaxialschicht ein, so daß eine p-leitende, diffundierte Schicht (die der Schicht 16 entspricht) mit einer Dicke von etwa 0,5 μπι und einer Konzentration von 2xl012 Atomen/cm2 gebildet wird. Wenn ein Verfahren zur Bildung der polykristallinen Schicht verwendet wird, bei der keine hohen Temperaturen auftreten, muß eine zur Ausbildung der p-leitenden diffundierten Schicht erforderliche Wärmebehandlung nach der Ausbildung der polykristallinen Schicht zusätzlich vorgenommen werden.
Gemäß diesem Aufbau kann eine Diode geschaffen werden, die einen kleinen Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung und eine hohe Sperrspannung aufweist bzw. mit einer hohen Sperrspannung beaufschlagt und mit hohen Strömen belastet werden kann. Dies soll nachfolgend im einzelnen beschrieben werden.
Der Spannungsabfall der Diode in Vorwärtsrichtung setzt sich aus folgenden Spannungsabfällen zusammen:
(1) Spannungsabfall auf Grund des Kontaktwiderstan- Vi des zwischen der Elektrode 2 und der ersten Silicium-Einkristallschicht 14;
(2) Spannungsabfall in der ersten Silicium-Einkristallschicht 13;
(3) Spannungsabfall in der zweiten Silicium-Einkristallschicht 15;
(4) Spannungsabfall Vjam Übergang/;
(5) Spannungsabfall in der dritten Silicium-Einkristallschicht 16;
(6) Spannungsabfall in der ersten und zweiten polykristallinen Siliciumschicht 17 und 18;
(7) Spannungsabfall auf Grund des Kontaktwiderstandes bzw. Übergangswiderstandes zwischen der Elektrode 3 und der zweiten polykristallinen Siliciumschicht 18.
so Von diesen Spannungsabfällen können die Spannungsabfälle (1) und (2) dadurch vernachlässigt werden, daß die Fremdatomkonzentration der ersten Silicium-Einkristallschicht 14 ausreichend hoch gemacht wird. Dies wird sehr häufig vorgenommen.
Was den Spannungsabfall (4) betrifft, so ist im Hinblick darauf, daß die Fremdatomkonzentration der zweiten Silicium-Einkristallschicht 15 festliegt, das Übergangspotential des p-n-Übergangs kleiner, da die Fremdatomkonzentration der dritten Silicium-Einkri-
bo stallschicht geringer und die Dicke der dritten Silicium-Einkristallschicht 16 kleiner ist. Die Gründe hierfür sollen anhand der F i g. 2 und 3 erläutert werden. In F i g. 2 ist ein Diagramm dargestellt, das qualitativ die Verteilungen der Ladungsträger-Konzentration der
b5 Ein-Kristallschichten 14, 15 und 16 der in Fig. 1 dargestellten Diode bei einem großen Strombereich wiedergibt. Auf der Abszisse ist der Abstand von der Oberfläche der dritten Silicium-F.inlcrisiallirhirht «fi nnri
auf der Ordinate die Ladungsträger-Konzentration aufgetragen. Eine Kurve Λ gibt die Löcherkonzentration und eine Kurve e die Elektronenkonzentration an. Da die sogenannte Leitungsmodulation bei großen Strömen bzw. in einem Arbeitsbereich mit großen Strömen in der zweiten Silicium-Einkristallschicht 15 stattfindet, ist die Ladungsträger-Konzentration höher als die dieser Schicht eigene Fremdatomkonzentration No- Die positive und die negative Ladungsträger-Konzentration der zweiten Silicium-Einkristallschicht 15 sind einander auf Grund des Neutralitätsgrundsatzes gleich. Allgemein gilt für die Spannung V/ am Übergang, die nachfolgend als Übergangsspannung V/ bezeichnet werden soll, folgende Gleichung:
(I)
Wie in F i g. 2 angegeben, ist X hierbei die Ladungsträger-Konzentration der zweiten Silicium-Einkristallschicht 15 am p-n-Übergang /, und Y die Ladungsträger-Konzentration der zweiten Silicium-Einkristallschicht 15 an der Grenze zwischen der ersten Silicium-Einkristallschicht 14 und der zweiten Silicium-Einkristallschicht 15. Weiterhin bezeichnet q die Elektronenladung, £ die Boltzmann-Konstante, T die absolute Temperatur und n-, die dem Halbleiter eigene Ladungsträger-Konzentration. Jetzt wird die Fremdatomkonzentration Na der dritten Silicium-Einkristallschicht 16 auf Ν/ verringert. Da die Löcherkonzentration der dritten Silicium-Einkristallschicht 16 im wesentlichen gleich der Fremdatomkonzentration dieser Schicht ist, nimmt auch die Löcherkonzentration dieser Schicht ab. Daher nehmen auch die Ladungsträger, die in die zweite Silicium-Einkristallschicht 15 injiziert werden, ab, und die Punkte X und Yfallen auf die Punkte X' und Y' ab, wie dies in F i g. 2 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Infolgedessen nimmt auch der Spannungsabfall V) ab, wie dies aus der Gleichung (1) hervorgeht. Das in Fig.3 dargestellte Diagramm gibt die Änderungen der Verteilungen der Ladungsträger-Konzentration in den jeweiligen Schichten dann qualitativ wieder, wenn die Dicke der dritten Silicium-Einkristallschicht 16 verringert worden ist. Wie in Fig.2 ist auf der Abszisse der Abstand von der Oberfläche und auf der Ordinate die Ladungsträger-Konzentration aufgetragen. Eine Kurve h gibt die Löcherkonzentration und eine Kurve e die Elektronen-Konzentration wieder. In diesem Falle liegt die Grenzbedingung vor, daß die Elektronen-Konzentration an der Oberfläche der dritten Silicium-Einkristallschicht 16 gleich dem thermischen Gleichgewichtswert προ ist. Wenn die Dicke cfe der dritten Silicium-Einkristallschicht 16 daher auf ad' verringert wird, wie dies in F i g. 3 angegeben ist, nimmt die Elektronen-Konzentration der dritten Silicium-Einkristallschicht 16 in der in F i g. 3 durch eine gestrichelte Linie angegebenen Weise ab. Daher wird auch die Ladungsträger-Konzentration der zweiten Silicium-Einkristallschicht 15 verringert, wie dies ebenfalls durch eine gestrichelte Linie in F i g. 3 dargestellt ist, und die Punkte X und Y gehen in die Punkte X" bzw. Y" über. Daher nimmt der Spannungsabfall Vj ab, wie dies aus Gleichung (1) hervorgeht Auf diese Weise kann der Spannungsabfall Vj durch Verringern der Fremdatomkonzentration Na oder der Dicke c/e der dritten Silicium-Einkristallschicht 16 verkleinert werden. Die gesamte Fremdatommenge Q pro Flächeneinheit der dritten Silicium-Einkristallschicht 16 wird durch das Produkt aus der Fremdatomkonzentration Na pro Flächeneinheit der dritter Silicium-Einkristallschicht 16 und der Dicke dE der Schicht 16 gebildet, d.h. es gilt Q = NAy.dE. Daher nimmt der Spannungsabfall Vj ab, wenn die Größe Q klein gemacht wird.
Nachfolgend soll der Spannungsabfall (3) beschrieber werden. Im Arbeitsbereich mit großem Strom wird der Spannungsabfall (3) bei konstantgehaltener Dicke der zweiten Silicium-Einkristallschicht 15 kleiner, wenn der Injektionswirkungsgrad des Übergangs /größer ist, und die Lebensdauer der Ladungsträger in der Schicht 15 wird größer. Es ist grundsätzlich möglich, die Dicke der Schicht 15 wesentlich kleiner als die Diffusionslänge der Ladungsträger zu machen. Daher braucht die Größe der Lebensdauer nicht in Betracht gezogen werden, und der Spannungsabfall der Schicht 15 kann dadurch klein gemacht werden, daß die Leitfähigkeitsmodulation ir der Schicht 15 durch Vergrößern des Injektionswirkungsgrades erhöht wird. Der Injektionswirkungsgrad ist höher, wenn die Fremdatomkonzentration der Schicht 16 erhöht wird, oder wenn der Fremdatom-Gradient von der Schicht 16 zur Schicht 15 größer wird. Das bedeutet, daß dann, wenn die Fremdatomkonzentratiori der Schicht 16 groß gemacht wird, um den Spannungsabfall in der Schicht 15 zu verkleinern, die umgekehrte Situation erreicht wird, bei der der Spannungsabfall V1 am Übergang /größer wird. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung hat sich jedoch herausgestellt daß die Verringerung der Dicke der Schicht 15 eine stärkere Abnahme des Spannungsabfalls in der Schicht 15 bewirkt als die Erhöhung des Injektionswirkungsgrades. Es hat sich daher gezeigt, daß die Zunahme des Spannungsabfalls der Schicht 15 wirkungsvoll dadurch verhindert wird, daß die Dicke der Schicht 16 genügend klein gemacht und ein extrem geringer Injektionswirkungsgrad vermieden wird.
Die Spannungsabfälle (3) und (4) werden anhand von F i g. 4 und an Beispielen mit konkreten Zahlenangaben erläutert. Fig.4 zeigt die Beziehung zwischen der Größe Q für die Gesamtheit der Fremdatome und dem Spannungsabfall V> in Vorwärtsrichtung, wobei die Dicke da der Schicht 15 der Parameter ist. Diese Beziehung wurde dadurch erhalten, daß eine große Zahl an Dioden mit unterschiedlicher Dicke cfeder Schicht 15 und mit unterschiedlichen Werten für die Gesamtfrerndatommenge Q pro Flächeneinheit der Schicht 16 hergestellt und die Spannungsabfälle V> der Dioden in Vorwärtsrichtung gemessen wurden. Die Dicke der ersten polykristallinen Siliciumschicht 17 wurde mit 1 μπι konstant gehalten und die Fremdatomkonzentration dieser Schicht 17 wurde verändert. Die Dicke und der spezifische Widerstand der zweiten polykristallinen Siliciumschicht 18 wurde mit 20 μηι bzw. 0,02 Ω-cm konstant gehalten. Die Stromdichte in Vorwärtsrichtung betrug 100 A/cm2. Wie sich aus der Figur ergibt ändert sich der Spannungsabfall Vf'vr Vorwärtsrichtung bei einer Änderung der Gesamtfremdatommenge Qprc Flächeneinheit der dritten Silicium-Einkristallschicht 16, wenn die Dicke ds der zweiten Silicium-Einkristallschicht 15 nicht größer als 30 μπι ist Insbesondere ändert sich der Spannungsabfall Vf in Vorwärtsrichtung auch bei einer Änderung der Größe Q nicht, wenn die Gesamtfremdatommenge Q größer als 2xlO15 Atome/cm2 ist Wenn die Gesamtmenge Q der Fremdatome jedoch 2xlOlä Atome/cm2 oder kleiner ist, verringert sich der Spannungsabfall VVin Vorwärtsrichtung in dem Maße, in dem sich die Dicke de ändert Wie aus der Figur
hervorgeht, tritt eine Verkleinerung des Spannungsabfalls Vr in Vorwärtsrichtung durch Verringern der Größe Q der Schicht 16 bis herab zu I χ 1010 Atomen/cm2 auf, wobei unter diesem Wert der Spannungsabfall V/- trotz Änderung der Größe Q konstant bleibt. Um die Schicht 16 mit einer Gesamtmenge Q der Fremdatome von 2x10" bis 1 χ 1010 Atomen/cm2, wie dies zuvor beschrieben wurde, zu bilden, ist es erforderlich, die Dicke der Schicht sehr klein zu machen. Wird die Größe ζ) auf Ix 10K) Atome/cm2 eingestellt, so wird, wenn die mittlere Fremdatomkonzentration 1 χ 1018 Atome/cm3 beträgt, die Dicke beispielsweise 0,0001 μίτι, und wenn die mittlere Fremdatomkonzentration 1 χ 1015 Atome/cm3 beträgt, wird die Dicke 0,1 μιτι. Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen äußerst dünnen Schicht bei guter Reproduzierbarkeit ist beim momentanen Stand der Technik das Diffusionsverfahren, bei dem als Diffusionsquelle eine mit Fremdatomen dotierte polykristalline Siliciumschicht verwendet wird; insbesondere kann ein Diffusionsverfahren angewandt werden, bei dem als Quelle das dotierte, polykristalline Silicium direkt auf die mit Fremdatomen diffundierende Tablette aufgelegt wird. Es läßt sich daher mit guter Reprodu-
zierbarkeit eine Diode, deren Spannungsabfälle (3) und (4) klein sind, herstellen, indem ein Verfahren angewandt wird, bei dem eine polykristalline Siliciumschicht, die mit Fremdatomen dotiert ist, welche den zu den Fremdatomen der Schicht 15 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp darstellen, auf die Schicht 15 aufgelegt wird, und bei dem die Fremdatome aus der dotierten polykristallinen Siliciumschicht in die Schicht 15 eindiffundieren, so daß sich die Schicht 16 ergibt.
Bezüglich des Spannungsabfalls (5) kann gesagt werden, daß der Spannungsabfall Vf in Vorwärtsrichtung kaum beeinflußt wird, da die Schicht 16, wie zuvor beschrieben, sehr dünn ausgebildet ist.
Danach können die Spannungsabfälle (6) und (7) durch Beschränken der Dicke der ersten polykristallinen Siliciumschicht 17, die zur Festlegung der Gesamtmenge Q der Fremdatome der Schicht 16 beiträgt, auf eine erforderliche Dicke, und durch Verringern des spezifischen Widerstandes der zweiten polykristallinen Siliciumschicht 18, die mit der Elektrode 3 in Verbindung steht, klein gehalten werden. Dies läßt sich aus der nachfolgend angegebenen Tabelle entnehmen:
l'robcn-
Nr.		 Dickc/spcz. Widerstand der Schicht 17 Dicke/spez. Widerstand der Schicht 18 Vr
1 5 μηι/2,5 U-cm 20 μιη/0,02 11 -cm 0,72 V
2 Schicht 17 ist nicht vorhanden 25 μΐη/0,02 Ll -cm 0,87 V
3 25 μηι/2,5 U -cm Schicht 18 ist nicht vorhanden 2,5 V
4 25 um/l U-cm dto. 0,89 V
Es ist wünschenswert, daß die Schichten 17 und 18 vorgegebene Dicken und spezifische Widerstände aufweisen. Nachfolgend soll dies erläutert werden.
Der Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung, bei dem die Diode als Diode mit kleinem Spannungsabfall wirkt und ihr Nutzwert in Erscheinung tritt, beträgt 0,9 V oder einen kleineren Spannungswert relativ zur Standard-Stromdichte der Dioden oder 100 A/cm2. Natürlich wurde in diesem Falle keine Behandlung vorgenommen, die die Lebensdauer verkürzt, beispielsweise keine Diffusion mit einem schweren Metall oder keine Bestrahlung mit radioaktiven Strahlen. Wenn eine Behandlungsweise, die die Lebensdauer verkürzt, durchgeführt wird, wird der Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung größer als 0,9 V. Als Ergebnis der Untersuchungen wurde festgestellt, daß der spezifische Widerstand der Schicht 18 mindestens 0,05 Ω-cm sein muß, um einen ohmschen Kontakt mit kleinem Obergangswiderstand mit der Hauptelektrode 3 herzustellen. Wenn die Dicken der Schichten 17 und 18 kleiner sind, wird der Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung ebenfalls kleinen Die Verkleinerung der Dicken der Schichten 17 und 18 ist jedoch dadurch begrenzt, daß der pn-übergang durch die Reaktion bei der Legierung oder Sinterung mit der Hauptelektrode 3 nicht zerstört werden darf. Als Ergebnis der Untersuchungen wurde im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß Dioden, die normale Kennlinien besitzen, auch dann erhalten werden können, wenn die Schichten 17 und 18 bis herab zu 2 μιη dick gemacht werden. Daher ist dieser Wert die untere Grenze der Summe aus den jeweiligen Dicken der Schichten 17 und 18. Nachfolgend soll die Schicht 17 näher untersucht werden. Wenn der spezifische Widerstand dieser Schicht 17 klein genug ist, um eine
to gute leitende Verbindung mit der Hauptelektrode herzustellen, kann das Übergangspotential des pn-Übergangs nicht auf einen kleinen Wert gedruckt werden. Nur wenn der spezifische Widerstand dieser Schicht höher als der spezifische Widerstand der Schicht 18 ist, kann die erfindungsgemäße Wirkung erwartet werden. Das heißt, der spezifische Widerstand der Schicht 17 muß mindestens 0,05 Ω-cm betragen. Die Schicht 17 wirkt nicht nur als Diffusionsquelle der Fremdatome für die Ausbildung des pn-Ubergangs, sondern dient auch dazu, zu verhindern, daß Fremdatome aus der Schicht 18 in die Schicht 16 diffundieren und die Fremdatomkonzentration dieser Zone hoch machen. Aus diesem Grunde muß die Dicke der Schicht 17 mindestens 0,1 μιη betragen.
Bei einem Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung des Bauelementes bei der Stromdichte von 100 A/cm2 beträgt der Spannungsabfall des übrigen Teils mit Ausnahme der Spannungsabfallkomponenten in den elektrischen Verbindungsbereichen bzw. in den ohm sehen Verbindungsbereichen und in den polykristallinen Schichten jedoch mindestens etwa 0,65 V. Im Hinblick darauf können die spezifischen Widerstände der Bereiche der ohmschen Kontakte auf einen vernachlässigbaren Wert verkleinert werden. Damit also die Wirkung einer Diode mit kleinen Verlusten auftritt, wird der maximale, zulässige Spannungsabfall in den polykristallinen Schichten 0,25 V.
Falls — wie bei dem zuvor beschriebenen Ausfüh-
rungsbeispiel — die Schicht 18 einen wesentlich kleineren spezifischen Widerstand hat als die Schicht 17, kann fast die gesamte Spannung von 0,25 V in der Schicht 17 abfallen. Wenn die Schicht 17 mit der kleinsten Dicke von 0,1 μιη hergestellt wird, wird der maximale spezifische Widerstand, den diese Schicht aufweisen kann, auf 250 Ω-cm festgelegt. Wenn der spezifische Widerstand dieser Schicht 0,05 Ω-cm gemacht wird, was der Minimalwert ist, bei dem die angestrebte Wirkung eintritt, steigt das Übergangspotential an und damit wird der zulässige Spannungsabfall in der Schicht 17 0,015 V. Um diese Forderung zu erfüllen, wird der obere Grenzwert der Dicke der Schicht 17 auf 30 μιη festgelegt.
Im Falle daß der spezifische Widerstand der Schicht 18 0,05 Ω-cm ist, was dem oberen Grenzwert zur Herstellung des ohmschen Kontaktes entspricht, wird der Spannungsabfall in dieser Schicht 0,25 V bei einer Dicke von 500 μπι. Wenn der spezifische Widerstand der Schicht 18 jedoch kleiner ist, kann die Dicke dieser Schicht größer gemacht werden. Bei polykristallinem Silicium kann der spezifische Widerstand beispielsweise leicht bis herunter zu 0,001 Ω-cm verringert werden. In diesem Falle kann die Schicht 18 bis zu 2,5 cm dick gemacht werden. Bei üblichen Halbleiter-Bauelementen ist eine solch große Dicke wirtschaftlich von Nachteil und kann nicht ausgeführt werden. Infolgedessen braucht die obere Grenze der Dicke der polykristallinen Schicht 18 nicht auf den üblichen Verwendungszustand eingestellt zu werden.
Wenn die Borkonzentration in dieser Schicht 17 — wie dies bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall ist — so klein wie möglich gemacht wird, um die Bormenge, die in die Schicht 16 diffundiert, zu verringern, und wenn die Schicht 18 mit hoher Fremdatomkonzentration am Kontaktbereich mit der Hauptelektrode 3 ausgebildet wird, lassen sich neben der Wirkung, daß das Übergangspotential verringert wird und daß der ohmsche Kontakt mit der Elektrode gut wird, folgende Vorteile erzielen.
Der Abstand zwischen zwischen dem pn-Übergang / und der Hauptelektrode 3 kann durch Dickermachen -> der polykristallinen Schicht mit hoher Fremdatomkonzentration groß gemacht werden, ohne daß dadurch der Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung vergrößert wird. Infolgedessen kann die Elektrode gebildet werden, ohne daß der pn-Übergang beeinflußt wird. Es ist daher
κι möglich, ein Bauelement mit einer gewünschten Sperrspannung bei guter Ausbeute herzustellen.
Die Tatsache, daß die polykristalline Schicht ausreichend dick gemacht werden kann, bedeutet, daß das Volumen zur Absorption der im pn-Übergang erzeug-
n ten Hitze groß wird. Daher vergrößert sich die Absorptionsfähigkeit für Stoßströme, so daß die Immunität bzw. die Funktionssicherheit bei einem kurzzeitigen Überstrom verbessert wird.
Im Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde eine Diode mit dem p-n-n + -Aufbau erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch bei einer Diode mit einem n-p-p +-Aufbau, bei dem die η-leitende Schicht durch eine Fremdatomdiffusion aus einem Polykristall gebildet wird, und bei
2r> einer Diode anwendbar, bei der der Endbereich des pn-Übergangs an der Seite einer Hauptoberfläche endet.
Die in Fig. 1 dargestellte Diode weist zwei polykristalline Schichten auf. Die angestrebten Wirkun-
K) gen treten jedoch auch auf, wenn der polykristalline Schichtbereich aus mehreren Schichten 701,702,... und 7On aufgebaut ist, deren spezifische Widerstände gemäß F i g. 5a schrittweise von der Seite der Einkristallschicht 16 zur Seite einer Elektrode 3 hin abnehmen, oder wenn
η der polykristalline Schichtbereich gemäß F i g. 5b aus einer einzigen Schicht 73 gebildet ist, deren spezifischer Widerstand kontinuierlich von der Seite der Einkristallschicht 16 zur Elektrode 3 hin abnimmt.
Hierzu 3 Blatt

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Halbleiteranordnung mit einem Halbleitersubstrat, auf dessen Hauptoberflächen jeweils eine Elektrode angeordnet ist, umfassend eine mit der einen Elektrode elektrisch verbundene erste Einkristallschicht, eine an diese angrenzende, höchstens 30 um dicke, zweite Einkristallschicht, die denselben Leitfähigkeitstyp und einen höheren spezifischen Widerstand hat als die erste Einkristallschicht, sowie eine mit der zweiten Einkristallschicht einen pn-Obergang bildende dritte Einkristallschicht, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dritten Einkristallschicht (16) eine mit der anderen Elektrode (3) elektrisch verbundene polykristalline Schicht (17, 18) angeordnet ist, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die dritte Einkristallschicht (16) hat und deren spezifischer Widerstand auf der Seite der dritten Einkristallschicht (16) höher ist als auf der Seite der anderen Elektrode (3), und daß die dritte Einkristallschicht (16) durch Diffusion einer ihren Leitungstyp festlegenden Fremdatomart aus der polykristallinen Schicht (17, 18) gebildet ist und einen Gesamtfremdatomgehalt pro Flächeneinheit von 1 χ 1010bis2 χ 1015 Atomen/cm2 hat
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polykristalline Schicht (17, 18) aus einem an die dritte Einkristallschicht (16) angrenzenden ersten Schichtteil (17) und einem an diese angrenzenden zweiten Schichtteil (18) besteht, daß der erste Schichtteil (17) 0,1 bis 30 μπι dick ist und einen spezifischen Widerstand von 0,05 bis 250 Ωαη hat, daß der zweite Schichteil (18) einen spezifischen Widerstand von höchstens 0,05 Qcm hat, und daß die Gesamtdicke der beiden Schichtteile (17,18) mindestens 2 μπι beträgt
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand der polykristallinen Schicht (73) von der Seite der dritten Einkristallschicht (16) zur Seite der anderen Elektrode (3) linear abnimmt (F i g. 5b).
4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polykristalline Schicht aus einer Vielzahl übereinander angeordneten Schichtteilen (701, 702,... 70/7) besteht, deren spezifische Widerstände von der Seite der dritten Einkristallschicht (16) zur Seite der anderen Elektrode (3) stufenweise abnehmen (F i g. 5a).
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Date Code Title Description
8235 Patent refused