DE2853797A1

DE2853797A1 - Verfahren zum verhindern von ladungstraeger-inversionsschichten in halbleiterkoerpern

Info

Publication number: DE2853797A1
Application number: DE19782853797
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Chem Dr Heidegger; Norbert Dipl Chem Dr Schink
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1978-12-13
Filing date: 1978-12-13
Publication date: 1980-06-26
Also published as: JPS5582440A

Description

Verfahren zum Verhindern von Ladungsträger-Inversions-
schichten in Halbleiterkör ern Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhindern von Ladungsträger-Inversionsschichten an der Oberfläche von aus Silicium bestehenden Thyristorhalbleiterkörpern.
Bei Thyristoren, deren Halbleiterkörper am Rand durch Lack oder Kautschuk geschützt ist, treten nach längerer Belastung in Durchlaßrichtung in der Sperrphase erhöhte Sperrströme in der Kipprichtung und in der Sperrichtung auf. Als Ursache für diese erhöhten Sperrströme wurde eine sich am Rand der n-dotierten Innenzone ausbildende Inversionsschicht erkannt, die einen p-dotierten Kanal zwischen der p-Basiszone und der p-Emitterzone bildet.
Diese Inversionsschicht wiederum hat ihre Ursache darin, daß sich im auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers unvermeidlich aufgewachsenen Siliciumoxid aus der Durchlaßphase des Thyristors stammende Elektronen ansammeln.
Diese Elektronen werden in diedie Siliciumoxidschicht ein- gebaut und verdrängen damit die Elektronen aus dem Randbereich der n-dotierten Basiszone. Die pn-Übergänge zwischen der n-Basis und der p-Basis sowie zwischen der n-Basis und dem p-Emitter verlieren damit am Rand ihre Wirksamkeit. Damit kann sowohl in Kipprichtung als auch in Sperrichtung des Thyristors ein relativ hoher Sperrstrom fließen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem der geschilderte Effekt vermieden werden kann.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper nach einem Ätzvorgang zum Entfernen von Oberflächenstörungen mit einem Gemisch behandelt wird, das 1 bis 20 Gewichtsprozent Phosphorsäure und 0,5 bis 10 Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid enthält.
Das Gemisch besteht vorzugsweise aus vier Gewichtsteilen 3prozentiger Ortho-Phosphorsäure und einem Gewichtsteil 30prozentigen Wasserstoffperoxids.
Die Erfindung wird an Hand eines Schnitts durch einen Halbleiterkörper eines Thyristors erläutert: In der Figur ist ein Halbleiterkörper eines Thyristors dargestellt, der aus einer n-dotierten Emitterzone 1, einer p-dotierten Basiszone 2, einer n-dotierten Basiszone 3 und aus einer p-dotierten Emitterzone 4 besteht.
Die genannten Zonen sind durch pn-Übergänge 5, 5 und 7 voneinander getrennt. Der Rand des Halbleiterkörpers ist mit einer Schicht 8 aus einem Siliciumoxid bedeckt, die insbesondere in feuchter Atmosphäre unvermeidlich entsteht. Der Halbleiterkörper ist mit einer Katodenelektrode 10 und mit einer Anodenelektrode 11 versehen.
Fahrt der Thyristor Strom, so wird die n-dotierte Basiszone 3 mit Elektronen aus der Emitterzone 1 und Löchern aus der Zone 4 überschwemmt. Einige dieser Elektronen wandern zum Rand des Halbleiterkörpers und werden dort in der Siliciumoxidschicht 8 eingebaut. Im Sperrzustand verdrängen diese Elektronen aus Gründen des Ladungsgleichgewichts die am Rand der n-Basiszone sitzenden Elektronen, so daß eine p-dotierte Inversionsschicht 9 entsteht. Diese Inversionsschicht stellt eine direkte Verbindung zwischen den p-dotierten Zonen 2 und 4 dar und wirkt sich elektrisch in Kipprichtung und in Sperrrichtung wie ein Nebenschluß zu den beiden pn-Übergängen aus.
Die Inversionsschicht 9 bildet sich jeweils nach dem Abschalten des Thyristors nach längeren Durchlaßbelastungen aus und verschwindet erst einige Zeit danach, zum Beispiel nach einigen Minuten. Dies hat seine Ursache offensichtlich darin, daß die in der Schicht 8 eingebauten Elektronen nur langsam in die n-dotierte Zone 3 hineinwandern können, um für einen Ladungsausgleich zu sorgen. Ein rascher Übertritt dieser Elektronen in die ndotierte Basiszone 3 wird jedoch offensichtlich dann ermöglicht, wenn der Halbleiterkörper nach der üblichen Ätzung, die zum Entfernen von Oberflächenstörungen beispielsweise mit Kalilauge KOH vorgenommen wird, mit einem Gemisch von 1 bis 20prozentiger Phosphorsäure und 0,5 bis 10prozentigem Wasserstoffperoxid behandelt wird.
Als besonders günstig hat sich eine Mischung aus vier Gewichtsteilen 3prozentiger Ortho-Phosphorsäure und einem Gewichtsteil 30prozentigen Wasserstoffperoxids erwiesen. Eine Behandlung für 0,5 bis drei Minuten bei 5 bis 20 0C, zum Beispiel 15 Or, reichte aus, um den beschriebenen unerwünschten Effekt zu beseitigen. Es wird angenommen, daß die Wirkung des Gemisches darauf beruht, daß die Siliciumoxidschicht 8 teilweise gelöst und so umstrukturiert wird, daß ein schnelles Abfließen der Elektronen aus der Schicht 8 in den Halbleiterkörper möglich ist. Nach dem beschriebenen Verfahren behandelte Halbleiterbauelemente zeigten auch nach längeren Durchlaßbelastungen keine erhöhten Sperrstromwerte.
2 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentans#rüche ( 1 .) Verfahren zum Verhindern von Ladungsträger-Inversionsschichten an der Oberfläche von aus Silicium bestehenden Thyristorhalbleiterkörpern, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Halbleiterkörper nach einem Ätzvorgang zum Entfernen von Oberflächenstörungen mit einem Gemisch behandelt wird, das 1 bis 20 Gewichtsprozent Phosphorsäure und 0,5 bis 10 Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß ein Gemisch verwendet wird, das aus vier Gewichtsteilen 3prozentiger Ortho-Phosphorsäure und einem Gewichtsteil 30prozentigen Wasserstoffperoxids besteht.