DE3815615A1

DE3815615A1 - Verfahren zur herstellung einer hochsperrenden leistungsdiode

Info

Publication number: DE3815615A1
Application number: DE3815615A
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl Phys Spitz; Vesna Biallas
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-05-07
Filing date: 1988-05-07
Publication date: 1989-11-16
Also published as: JP2792908B2; DE3815615C2; JPH0217645A; US4960731A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach der Gattung des Hauptan spruchs.

Es ist bereits ein Verfahren dieser Art bekannt, bei dem die Gette rung dadurch bewirkt wird, daß gleichzeitig mit der Eindiffusion von Bor und Phosphor in den Halbleiterkörper entsprechende Gettersub stanzen, beispielsweise Nickelchlorid, mit eindiffundiert werden, die die Lebensdauer der Ladungsträger erhöhen. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß durch die den Diffusionssubstanzen beige mischten Gettersubstanzen die Oberfläche des Halbleiterkörpers kor rodiert wird, was für die nachfolgenden Verfahrensschritte ungünstig ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Lebensdauer der Ladungsträger nicht unabhängig von der Diffusionstiefe erhöht werden kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Getterung ohne die Anwendung zusätzlicher Gettersubstanzen bewirkt wird und auf diese Weise eine Korrosion der Halbleiteroberfläche vermieden wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Lebensdauer der Ladungs träger weitgehend unabhängig von der Diffusionstiefe erhöht werden kann. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6 und aus der Beschreibung.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine bekannte Leistungsdiode mit p⁺nn⁺-Struktur, Fig. 2 die Ladungsträgerlebensdauer in Abhängigkeit von der Getterdif fusionstemperatur, Fig. 3 die Ladungsträgerlebensdauer in Abhängig keit von der Getterdiffusionszeit, Fig. 4 die Flußspannung in Ab hängigkeit von der Ladungsträgerlebensdauer für eine p⁺nn⁺-Struktur gemäß Fig. 1.

Beschreibung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung hochsperrender Lei stungsdioden mit einer Durchbruchspannung U _R, die vorzugsweise größer als 100 V ist, geht von einem vorzugsweise 200 µm dicken scheibenförmigen Halbleiterkörper 10 aus Silizium gemäß Fig. 1 mit einer Phosphordotierung aus, die vorzugsweise kleiner als 10¹⁶ cm^-3 ist. In einem ersten Diffusionsschritt wird von der einen Seite Bor, von der anderen Seite Phosphor in den Halbleiter körper 10 eindiffundiert, so daß eine p⁺nn⁺-Struktur mit einer p⁺-diffundierten Zone 11, einer n⁺-diffundierten Zone 12 und einer Mittelzone 13 entsteht, wobei die Mittelzone 13 die ursprüng liche n-Dotierung von weniger als 10¹⁶ cm^-3 beibehält. Zum Auf bringen der Dotierstoffe werden zweckmäßigerweise Dotierfolien auf den Halbleiterkörper 10 aufgelegt oder Dotierlösungen auf ihn aufge schleudert. Geeignete Bedingungen für den ersten Diffusionsschritt sind eine Diffusionstemperatur von 1265°C und eine Diffusionszeit von 30 Stunden unter oxidierender Atmosphäre. Unter diesen Bedin gungen ergibt sich nach dem ersten Diffusionsschritt eine Dif fusionstiefe von ungefähr 70 µm bei einer Oberflächenkonzentra tion der Dotierstoffe von ungefähr 10²⁰ cm^-3.

Die Mindestbreite der n-dotierten Mittelzone 13 richtet sich nach der einzustellenden Durchbruchspannung. Da pro 100 V Durchbruchspan nungsanteil mit einem Mittelzonenbreitenanteil von ungefähr 100 µm gerechnet werden muß, werden für eine Durchbruchspannung von U _R=600 V mindestens 60 µm für die Breite der Mittelzone 13 be nötigt.

Um bei hohen Stromdichten (größer oder gleich 500 A pro cm²) eine möglichst niedrige Flußspannung zu erzielen, darf die Ladungsträger lebensdauer einen von der Breite der Mittelzone 13 abhängigen Min destwert nicht unterschreiten.

Zur Erniedrigung der Flußspannung wird erfindungsgemäß vorgeschla gen, daß nach dem ersten Diffusionsschritt, bei dem die Dotierungs stoffe bis zu der gewünschten Diffusionstiefe in den Halbleiterkör per eingetrieben werden, die Diffusionstemperatur in einem zweiten Diffusionsschritt über eine bestimmte Zeit auf einen niedrigeren Wert abgesenkt wird, der die Diffusionstiefe nicht mehr oder nicht mehr wesentlich beeinflußt. Auf diese Weise wird im Halbleiterkörper eine Getterung hervorgerufen, die die Lebensdauer der Ladungsträger erhöht, wodurch die Flußspannung der Diode erniedrigt wird.

Der zweite Diffusionsschritt wird bei einer Diffusionstemperatur zwischen 1050°C und 1150°C, vorzugsweise bei 1100°C, durchge führt. Bei einer Diffusionstemperatur von 1100°C kann beim zweiten Diffusionsschritt die Diffusionszeit 30 Stunden betragen. Auch hier wird wie beim ersten Diffusionsschritt vorzugsweise unter oxidieren der Atmosphäre gearbeitet.

Fig. 2 zeigt bei einer Getterdiffusionszeit von t _G=20 Stunden die Abhängigkeit der Ladungsträgerlebensdauer von der Getterdif fusionstemperatur T _G. Fig. 3 zeigt bei einer Getterdiffusions temperatur von T _G=1100°C die Abhängigkeit der Ladungsträger lebensdauer von der Getterdiffusionszeit t _G. Als Maß für die La dungsträgerlebensdauer ist in den Fig. 2 und 3 die Speicherzeit t _s in Mikrosekunden (µs) angegeben, die beim Umschalten der Diode von einem Flußstrom von 10 mA auf einen Sperrstrom von 10 mA gemessen wird.

Aus den Fig. 2 und 3 ist erkennbar, daß, wenn sowohl die Getter diffusionstemperatur T _G als auch die Getterdiffusionszeit t _G einen bestimmten Wert hat, die Ladungsträgerlebensdauer über einen bestimmten Bereich streut, daß aber sowohl bei zunehmender Getter diffusionstemperatur T _G als auch bei zunehmender Getterdiffusions zeit t _G die Ladungsträgerlebensdauer t _s zunimmt. Hieraus ergibt sich, daß die Ladungsträgerlebensdauer t _s sowohl durch Erhöhung der Getterdiffusionstemperatur T _G als auch durch Erhöhung der Get terdiffusionszeit t _G erhöht werden kann. Die Getterdiffusionstem peratur sollte jedoch nicht unter 1050°C liegen, da sonst die Get terwirkung zu gering ist. Andererseits sollte die Getterdiffusions temperatur nicht über 1150°C liegen, da bei höheren Werten die Diffusionstiefe noch merklich beeinflußt wird.

Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen Flußspannung U _F in Viel fachen von 10^-1 V und Speicherzeit t _s in µs für die p⁺nn⁺-Struktur nach Fig. 1, wobei die Flußspannung U _F für einen Flußstrom I _F von 100 A angegeben ist. Aus Fig. 4 ergibt sich, daß mit abnehmender Ladungsträgerlebensdauer t _s die Flußspannung U _F zunächst nur wenig, bei Werten der Speicherzeit t _s, die klei ner als 2 µs sind, jedoch stark ansteigt. Für die Speicherzeit t _s sollte deshalb der Wert von 2 µs nicht unterschritten werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer hochsperrenden Leistungsdiode aus einem monokristallinen scheibenförmigen Halbleiterkörper (10) aus Silizium, bei dem der Halbleiterkörper (10) an seinen beiden Haupt oberflächen mit Bor bzw. mit Phosphor belegt wird und dann diese beiden Dotierungssubstanzen in einem ersten Diffusionsschritt durch Erwärmen des so belegten Halbleiterkörpers (10) auf eine bestimmte Diffusionstemperatur bis zu einer bestimmten Diffusionstiefe in den Halbleiterkörper (10) eingetrieben werden und bei dem die Lebens dauer der Ladungsträger zur Erniedrigung der Flußspannung der Diode durch Getterung erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gette rung in einem sich an den ersten Diffusionsschritt anschließenden zweiten Diffusionsschritt durchgeführt wird, der bei einer Dif fusionstemperatur ausgeführt wird, die gegenüber der Diffusionstem peratur des ersten Diffusionsschritts derart erniedrigt ist, daß beim zweiten Diffusionsschritt die Diffusionstiefe nicht mehr oder nur noch unwesentlich beeinflußt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Diffusionsschritt bei einer Diffusionstemperatur zwischen 1050°C und 1150°C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Diffusionsschritt bei einer Diffusionstemperatur von 1100°C durch geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim zwei ten Diffusionsschritt die Diffusionszeit 30 Stunden beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß beim ersten Diffusionsschritt die Diffusionstemperatur 1265°C und die Diffusionszeit 30 Stunden beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß beide Diffusionsschritte unter oxidierender Atmosphäre durchgeführt werden.