WO2002001646A1 - Hochvolt-diode - Google Patents

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WO2002001646A1
WO2002001646A1 PCT/DE2001/002366 DE0102366W WO0201646A1 WO 2002001646 A1 WO2002001646 A1 WO 2002001646A1 DE 0102366 W DE0102366 W DE 0102366W WO 0201646 A1 WO0201646 A1 WO 0201646A1
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WO
WIPO (PCT)
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emitter
anode
type
cathode
voltage diode
Prior art date
Application number
PCT/DE2001/002366
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English (en)
French (fr)
Inventor
Anton Mauder
Alfred Porst
Original Assignee
Infineon Technologies Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies Ag filed Critical Infineon Technologies Ag
Publication of WO2002001646A1 publication Critical patent/WO2002001646A1/de
Priority to US10/331,928 priority Critical patent/US6888211B2/en
Priority to US10/391,844 priority patent/US7015562B2/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/8611—Planar PN junction diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/30—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface
    • H01L29/32—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface the imperfections being within the semiconductor body

Definitions

  • the present invention relates to a high-voltage diode with an anode-side p-type zone, a cathode-side n ⁇ -type drift zone which forms a pn junction with the p-type zone, an adjacent to an anode metallization and provided in the p-type zone p + - conductive anode emitter and an n + conductive cathode emitter adjacent to a cathode metallization.
  • the efficiency of the anode emitter should be as low as possible in order to ensure that the n ⁇ -conducting drift zone can be flooded with charge carriers at its end on the anode side, and thus one low reverse current peak when commutating the high-voltage diode.
  • This setting of the efficiency of the anode emitter to relatively low values is currently achieved by using radiation techniques or by generally reducing the p-dose introduced into the p-conducting zone.
  • radiation techniques however, the inevitably induced crystal damage increases the reverse current level of the high-voltage diode, while there are limits to a reduction by minimizing the p-dose insofar as a too low p-dose does not guarantee adequate contacting and the commutation resistance and the static blocking ability of the high-voltage diode is reduced.
  • This object is achieved according to the invention in a high-voltage diode of the type mentioned at the outset in that the p-type zone is low-doped compared to the p + -conducting anode emitter, which has a relatively high surface concentration but a low penetration depth, in that the n ⁇ -conducting drift zone and the n + -conducting cathode emitter an n -conducting zone is provided that the dopant dose of the p + -conducting anode emitter is between 1.3 x 10 12 dopant atoms cm -2 and 5 x 10 13 dopant atoms cm - 2 lies and that the p-conducting zone adjoining the pn junction is doped with a dose
  • the dopant dose of the p + -conducting anode emitter is between 5 x 10 12 dopant atoms cm -2 and 2 x 10 13 dopant atoms cm -2 .
  • the doping concentration of the n + -conducting cathode emitter on the surface is preferably above 10 19 dopant atoms cm -3 .
  • the p-conducting zone adjoining the pn junction which can preferably be implanted with a dose of about (1.3 ... 1.8) x 10 12 dopant atoms cm -2 , has a diffusion width of about Diffused 2 ⁇ m.
  • the doping concentration of the diffused dopant atoms is then about 10 15 dopant atoms cm -3 . Diffusion can of course also be used instead of implantation for the production of the p-type zone.
  • the p + -conducting anode emitter is preferably implanted with a dose of at most 2 x 10 13 dopant atoms cm -2 .
  • the emitter efficiency of the cathode emitter and / or the anode emitter can be reduced by near-surface crystal damage.
  • This crystal damage can be caused by Irradiation or ion implantation can be generated.
  • Argon or krypton in particular can be used for such radiation or ion implantation.
  • the high-voltage diode according to the invention and the above-mentioned dimensioning regulations for the doping concentration in particular are based on the consideration of the essential basic functions of a diode, namely "static blocking” and "transmission", through specifically optimized structures in a semiconductor body or respectively adapted for this purpose to reach a chip.
  • These basic functions will be explained in more detail below specifically for the anode side. Equivalent considerations apply to the cathode side. The same naturally also applies to a common realization of the basic functions on the anode side and the cathode side.
  • the implanted dose should be raised somewhat in order to ultimately ensure that, even taking into account the defects mentioned, a dose of 1.8 ⁇ 10 12 doping substances cm "2 is still present in the areas under consideration.
  • an average dopant concentration of approximately 10 16 dopant atoms cm -3 is then obtained .
  • a suitable dose for the p + -conducting anode emitter is at most about 2 ⁇ 10 13 dopant atoms cm -2 .
  • the emitter efficiency of the cathode should be stronger than the emitter efficiency of the anode (see A. Porst et al.: Improvement of the diode characteristics using EMitter CONtrolled principles (EMCON-Diode), Proc. ISPSD, Weimar, 1997, pp. 213-216 ) in order to achieve a higher elevation of charge carriers on the cathode side. If this is taken into account, a targeted coordination of the release behavior, for example a "soft recovery behavior" of a high-voltage diode, can be achieved for different applications.
  • EMitter CONtrolled principles EMitter CONtrolled principles
  • donor concentrations above 10 19 dopant atoms cm -3 should be present in order to to ensure an ohmic contact to the cathode metallization of, for example, aluminum.
  • a suitable dose for the formation of the cathode emitter is then above 5 ⁇ 10 13
  • the emitter efficiency of the respective contact layer that is to say of the anode emitter or the cathode emitter, can additionally be reduced / reduced by crystal damage near the surface.
  • Such crystal damage can be generated by radiation or ion implantation with, for example, argon or krypton.
  • argon or krypton there is no need to fear a deterioration in the blocking properties of the high-voltage diode.
  • the high-voltage diode according to the invention is distinguished in particular by the following properties:
  • the invention specifies dimensioning rules for the p-type field stop zone and its necessary doping and the contact implantation on the anode and the cathode.
  • the dose of the p-contact implantation formed by the p + -conducting anode emitter need not be higher than the dose of the implantation forming the p -conducting field stop zone, which should have a dose of at least 1.8 ⁇ 10 12 dopant atoms cm -2 . However, it can have a higher dose, which, however, should preferably not be higher than 2 x 10 13 dopant atoms cm "2. This implantation should have healed.
  • crystal damage to the surface can be caused, for example, by ion implantation with heavy, non-doping ions, such as. B. argon.
  • the cathode preferably has a higher contact implant dose than the anode.
  • the high-voltage diode according to the invention is relatively simple to manufacture and requires no additional photo planes. Rather, the photo planes and masking used in existing diodes are sufficient.
  • a high-voltage diode consists of a silicon body.
  • silicon instead of silicon, another suitable semiconductor material, such as SiC and so on, can also be selected.
  • the implantation doses have to be adapted to the respective material.
  • the silicon body comprises a n ⁇ -type drift region 1, a p-type region 2, the n -type with the ⁇ drift region a pn junction
  • the anode emitter 4 is provided with an anode metallization 7, and a cathode metallization 8 is applied to the cathode emitter 6.
  • Known contact materials such as Al, AlSi and so on can be selected for these metallizations.
  • the anode emitter 4 is set between 1.5 x 10 12 ... 5 x 10 13 atoms cm “2.
  • the dose is preferably between 5 x 10 12 ... 2 x 10 13 atoms cm “ 2 .
  • the anode emitter 4 is preferably produced by a flat implantation close to the surface, which is followed by healing without substantial diffusion of the profile implanted in this way. This diffusion should only happen to the extent that it continues The values for the surface doping concentrations given above are never undercut. In other words, surface concentrations for the anode emitter lower than 1 x 10 17 dopant atoms cm "3 should not be set.
  • the dose implanted in this way is expediently only activated and only slightly diffused out by a few nm.
  • the p-type zone 2 can preferably be implanted with a dose of 1.3 x 10 12 to 1.8 x 10 12 dopant atoms cm “2 and diffused out with a diffusion width of about 2 ⁇ m. This low dose is sufficient to to achieve the desired field-stopping effect for the p-conducting zone 2. If necessary, somewhat higher values than 1.8 x 10 12 dopant atoms cm “2 can be used, which is particularly true if small particles or defects are present in zone 2 , Values of preferably 1.5 ⁇ 10 12 to 3 ⁇ 10 12 dopant atoms cm "2 are useful.
  • the mean doping concentration in zone 2 is approximately 10 16
  • the cathode emitter 6 should have an equally adjustable but higher emitter efficiency than the anode emitter 4, in order to achieve a stronger, more targeted lifting of charge carriers on the cathode side.
  • 6 donor concentrations above 10 19 atoms cm "3 are preferably set on the surface of the cathode emitter in order to ensure ohmic contact with the cathode metallization 8, for example made of aluminum.
  • a suitable dose for the implantation of the cathode emitter is 5 x 10 13 dopant atoms cm "2 and above.
  • the emitter efficiency in the anode emitter 2 or in the cathode emitter 6 can be further reduced by near-surface crystal damage.
  • Such crystal damage can be achieved by radiation or ion implantation with, for example, argon or krypton or the like.
  • a deterioration in the blocking properties of the high-voltage diode is not to be expected from this targeted surface damage to the crystal, since the layers of zones 2 and 5 responsible for the static blocking are not influenced.
  • the high-voltage diode according to the invention is provided in the usual way with insulating layers, as is described, for example, in EP 0 341 453 B1.
  • An insulation layer 9 made of silicon dioxide on the anode side in the exemplary embodiment is shown as an example of the start of a possible edge termination.
  • silicon dioxide another suitable insulating material, such as silicon nitride, can also be selected.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvolt-Diode, bei der die Dotierungskonzentrationen eines Anodengebietes (4, 2) und eines Kathodengebietes (1, 5, 6) im Hinglick auf die Grundfunktionen "statisches Sperren" und "Durchlass" optimiert sind. Die Dotierungskonzentrationen betragen 1 x 10<17> bis 3 x 10<18> Dotierstoffatome cm<-3> für den Anodenemitter (4), insbesondere an dessen Oberfläche 10<19> Dotierstoffatome cm<-3> oder darüber für den Kathodenemitter (6) und etwa 10<16> Dotierstoffatome cm<-3> für die Sperrfunktion einer anodenseitigen Zone (2).

Description

Beschreibung
Hochvolt-Diode
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochvolt-Diode mit einer anodenseitigen p-leitenden Zone, einer kathodenseitigen n~-leitenden Driftzone, die mit der p-leitenden Zone einen pn-Übergang bildet, einem an eine Anodenmetallisierung angrenzenden und in der p-leitenden Zone vorgesehenen p+- leitenden Anodenemitter und einem an eine Kathodenmetallisierung angrenzenden n+-leitenden Kathodenemitter.
Bei schnellen Hochvolt-Dioden der oben genannten Art, also bei Dioden mit einer pn~n-Struktur, sollte der Wirkungsgrad des Anodenemitters möglichst niedrig sein, um eine einstellbare geringe Überschwemmung der n~-leitenden Driftzone mit Ladungsträgern an deren anodenseitigem Ende und damit eine geringe Rückstromspitze beim Abkommutieren der Hochvolt-Diode zu erreichen.
Diese Einstellung des Wirkungsgrades des Anodenemitters auf relativ geringe Werte wird derzeit durch Anwendung von Bestrahlungstechniken oder durch generelles Reduzieren der in die p-leitende Zone eingebrachten p-Dosis erreicht. Bei An- wendung von Bestrahlungstechniken steigt aber durch die damit zwangsläufig induzierten Kristallschäden das Sperrstromniveau der Hochvolt-Diode, während einer Reduktion durch Minimierung der p-Dosis insofern Grenzen gesetzt sind, als eine zu niedrige p-Dosis keine ausreichende Kontaktierung gewährleistet und die Kommutierungsfestigkeit sowie die statische Sperrfähigkeit der Hochvolt-Diode herabsetzt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochvolt-Diode anzugeben, die sich durch einen niedrigen Wir- kungsgrad des Anodenemitters auszeichnet und dennoch weder ein erhöhtes Sperrstromniveau noch Beeinträchtigungen hinsichtlich Kontaktierung und Kommutierungsfestigkeit zeigt. Diese Aufgabe wird bei einer Hochvolt-Diode der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die p- leitende Zone im Vergleich zu dem eine relativ hohe Oberflä- chenkonzentration, aber eine geringe Eindringtiefe aufweisenden p+-leitenden Anodenemitter niedrig dotiert ist, daß zwischen der n~-leitenden Driftzone und dem n+-leitenden Kathodenemitter eine n-leitende Zone vorgesehen ist, daß die Dotierstoff-Dosis des p+-leitenden Anodenemitters zwischen 1,3 x 1012 Dotierstoffatomen cm-2 und 5 x 1013 Dotierstoffatomen cm-2 liegt und daß die an den pn-Übergang angrenzende p- leitende Zone mit einer Dosis von (1,3 ...3) x 1012 Dotierstoffatomen cm-2 dotiert ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Dotierstoff-Dosis des p+-leitenden Anodenemitters zwischen 5 x 1012 Dotierstoffatomen cm-2 und 2 x 1013 Dotierstoffatomen cm-2 liegt.
Die Dotierungskonzentration des n+-leitenden Kathodenemitters liegt an der Oberfläche vorzugsweise über 1019 Dotierstoffatome cm-3. Weiterhin ist die an den pn-Übergang angrenzende p-leitende Zone, die in bevorzugter Weise mit einer Dosis von etwa (1,3 ... 1,8) x 1012 Dotierstoffatomen cm-2 implantiert sein kann, mit einer Diffusionsweite von etwa 2 μm ausdiffundiert. Die Dotierungskonzentration der ausdiffundierten Dotierstoffatome beträgt dann etwa 1015 Dotierstoffatome cm-3. Für die Herstellung der p-leitenden Zone kann selbstverständlich aber auch anstelle einer Implantation eine Diffusion an- gewandt werden.
Der p+-leitende Anodenemitter ist vorzugsweise mit einer Dosis von höchstens 2 x 1013 Dotierstoffatomen cm-2 implantiert.
Zusätzlich kann der Emitterwirkungsgrad des Kathodenemitters und/oder des Anodenemitters durch oberflächennahe Kristallschäden reduziert werden. Diese Kristallschäden können durch Bestrahlung oder Ionenimplantation erzeugt sein. Für eine solche Bestrahlung oder Ionenimplantation kann insbesondere Argon oder Krypton verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Hochvolt-Diode bzw. deren oben angegebenen Bemessungsvorschriften für insbesondere die Dotierungskonzentration beruhen auf der Überlegung, die wesentlichen Grundfunktionen einer Diode, nämlich "statisches Sperren" und "Durchlaß", durch gezielt optimierte, jeweils hierfür ange- paßte Strukturen in einem Halbleiterkörper bzw. einem Chip zu erreichen. Diese Grundfunktionen sollen weiter unten näher speziell für die Anodenseite erläutert werden. Für die Kathodenseite gelten äquivalente Überlegungen. Gleiches gilt selbstverständlich auch für eine gemeinsame Verwirklichung der Grundfunktionen auf der Anodenseite und der Kathodenseite.
Für die Funktion "statisches Sperren" gelten die folgenden Überlegungen:
Tritt an einem pn-Übergang ein Lawinendurchbruch auf, liegt physikalisch bedingt die höchste mögliche Sperrspannung an dem den pn-Übergang enthaltenden Chip mit einem p-leitenden Gebiet und einem n-leitenden Gebiet an. Damit sind in dem Chip Dotierstoffatome sowohl im p-leitenden Gebiet als auch im n-leitenden Gebiet entsprechend der Durchbruchsladung ionisiert. Die Durchbruchsladung ist dabei über die zweite Maxwell-Gleichung mit der DurchbruchsSpannung verknüpft. Für Silizium beträgt die Durchbruchsladung etwa (1,3 ... 1,8) x 1012 Dotierstoffatome cm-2.
Dies bedeutet nun, daß eine Dosis von etwa 1,8 x 1012 Dotierstoffatomen cm-2 an sich als ausreichend anzusehen ist, um einen statischen Durchgriff eines elektrischen Feldes in ei- nem aus Silizium bestehenden Chip auf einen auf den Chip aufgebrachten Metallkontakt zu verhindern. Derart niedrige Dosen von 1,8 x 1012 Dotierstoffatomen cm"2 werden vorzugsweise mittels Ionenimplantation in den Chip eingebracht. Da aber schon kleine Partikel oder Defekte die feldstoppende Wirkung vermindern und damit zu einem Sperraus- fall der Hochvolt-Diode führen können, ist es vorteilhaft, wenn die implantierten Dotierstoffatome ausdiffundiert werden. Die minimale Diffusionsweite hängt dabei von der zu erwartenden Größe der Defekte ab.
Außerdem sollte die implantierte Dosis etwas angehoben sein, um letztlich sicherzustellen, daß auch unter Berücksichtigung der erwähnten Defekte durchgehend in den betrachteten Gebieten noch eine Dosis von 1,8 x 1012 Dotiersto fatomen cm"2 vorhanden ist.
Bei einer Diffusionsweite von beispielsweise 2 μm ergibt sich dann eine mittlere Dotierstoffkonzentration von etwa 1016 Dotierstoffatomen cm-3.
Die Wirkungsweise und die Herstellung einer kathodenseitigen n-leitenden Feldstopzone sind in WO99/01956 DE beschrieben.
Für die Grundfunktion "Durchlaß" gelten die folgenden Überlegungen:
Für einen sicheren ohmschen Kontakt der Anodenmetallisierung und der Kathodenmetallisierung am Anodenemitter bzw. am Kathodenemitter und niedrige Kontaktwiderstände sind erheblich höhere Oberflächen-Dotierstoffkonzentrationen erforderlich, als diese oben im Zusammenhang mit der Grundfunktion "statisches Sperren" angegeben sind. Außerdem ist zu bedenken, daß die Forderung nach einem definierten, niedrigen Wirkungsgrad des Anodenemitters gleichbedeutend ist mit der Forderung nach einer niedrigen Dotierstoffdosis .
Beide Ziele, nämlich ein geringer Kontaktwiderstand und ein niedriger Wirkungsgrad des Anodenemitters, werden gleichzei- tig durch eine flache, oberflächennahe Implantation erreicht. Die Ausdiffusion dieses implantierten Profils darf aber nur so weit erfolgen, daß an der Oberfläche des Chips Konzentrationen von etwa 1017 Dotierstoffatome cm-3 für die p-leitende Zone keinesfalls unterschritten werden. Zweckmäßigerweise wird also die implantierte Dosis des Anodenemitters lediglich aktiviert und nur geringfügig über wenige nm diffundiert.
Für die Grundfunktion "Durchlaß" spielen kleine Defekte im Kristallgitter des Chips mit Abmessungen von wenigen μm keine ausschlaggebende Rolle, da durch diese Defekte die stromführende Fläche, die vorzugsweise über 1 mm2 liegt, nicht spürbar verändert wird. Auch braucht die Grundfunktion "statisches Sperren" von dem Anodenemitter nicht geleistet zu wer- den.
Unter Berücksichtigung der obigen Überlegungen liegt eine zweckmäßige Dosis für den p+-leitenden Anodenemitter bei Werten von höchstens etwa 2 x 1013 Dotierstoffatomen cm-2.
Für den Kathodenemitter gelten entsprechende Überlegungen, auch wenn dort keine Auswirkungen auf eine Rückstromspitze auftreten.
Bekanntlich sollte der Emitterwirkungsgrad der Kathode stärker sein als der Emitterwirkungsgrad der Anode (vergleiche A. Porst et al . : Improvement of the diode characteristics using EMitter CONtrolled principles (EMCON-Diode) , Proc. ISPSD, Weimar, 1997, S. 213-216), um eine stärkere Anhebung von La- dungsträgern auf der Kathodenseite zu erreichen. Wird dies berücksichtigt, so kann eine gezielte Abstimmung des Freiwer- de-Verhaltens, beispielsweise ein "soft recovery-Verhalten" einer Hochvolt-Diode für verschiedene Anwendungen erreicht werden.
An der Oberfläche des Kathodenemitters sollten Donatorkonzentrationen über 1019 Dotierstoffatome cm-3 vorhanden sein, um einen ohmschen Kontakt zu der Kathodenmetallisierung aus beispielsweise Aluminium zu gewährleisten. Eine zweckmäßige Dosis zur Bildung des Kathodenemitters liegt dann über 5 x 1013
Dotierstoffatomen cm-2,
Bei der erfindungsgemäßen Hochvolt-Diode kann der Emitterwirkungsgrad der jeweiligen KontaktSchicht, also des Anodenemitters bzw. des Kathodenemitters, zusätzlich durch oberflächennahe Kristallschäden reduziert v/erden. Solche Kristallschäden können durch Bestrahlungen oder Ionenimplantationen mit beispielsweise Argon oder Krypton erzeugt werden. Dadurch braucht aber eine Verschlechterung der Sperreigenschaften der Hochvolt-Diode nicht befürchtet zu werden.
Die erfindungsgemäße Hochvolt-Diode zeichnet sich im Vergleich mit der aus der DE 195 43 922 AI bekannten Softrecove- ry-Diode speziell durch die folgenden Eigenschaften aus:
Durch die Erfindung werden Dimensionierungsvorschriften für die p-leitende Feldstopzone und deren notwendige Dotierung und die Kontaktimplantation an der Anode und der Kathode angegeben.
Die Dosis der durch den p+-leitenden Anodenemitter gebildeten p-Kontaktimplantation braucht nicht höher als die Dosis der die p-leitenden Feldstopzone bildenden Implantation zu sein, welche eine Dosis von wenigstens 1,8 x 1012 Dotierstoffatomen cm-2 besitzen sollte. Sie kann aber eine höhere Dosis aufweisen, die vorzugsweise jedoch nicht höher als 2 x 1013 Dotier- stoffatome cm"2 sein sollte. Diese Implantation sollte ausgeheilt sein.
Gegebenenfalls können an der Oberfläche Kristallschäden beispielsweise durch Ionenimplantation mit schweren, nicht do- tierenden Ionen, wie z. B. Argon, erzeugt werden. Die Kathode hat vorzugsweise eine höhere Kontaktimplantationsdosis als die Anode.
Die erfindungsgemäße Hochvolt-Diode ist relativ einfach her- stellbar und erfordert keine zusätzlichen Photoebenen. Vielmehr sind die bei bestehenden Dioden angewandten Photoebenen und Maskierungen ausreichend.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher er- läutert, in deren einziger Figur ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochvolt-Diode dargestellt ist.
Eine Hochvolt-Diode nach diesem Ausführungsbeispiel besteht aus einem Siliziumkörper. Anstelle von Silizium kann auch ein anderes geeignetes Halbleitermaterial, wie beispielsweise SiC und so weiter gewählt werden. Dabei müssen die Implantationsdosen an das jeweilige Material angepaßt werden. Der Siliziumkörper weist eine n~-leitende Driftzone 1, eine p-leitende Zone 2, die mit der n~-leitenden Driftzone einen pn-Übergang
3 bildet, einen p+-leitenden Anodenemitter 4, eine n-leitende Zone 5 und einen n+-leitenden Kathodenemitter 6 auf.
Der Anodenemitter 4 ist mit einer Anodenmetallisierung 7 ver- sehen, und auf dem Kathodenemitter 6 ist eine Kathodenmetallisierung 8 aufgetragen. Für diese Metallisierungen können bekannte Kontaktwerkstoffe wie beispielsweise AI, AlSi und so weiter gewählt werden.
Die Dotierungskonzentration in dem p+-leitenden Anodenemitter
4 wird zwischen 1,5 x 1012 ... 5 x 1013 Atomen cm"2 eingestellt. Vorzugsweise liegt die Dosis zwischen 5 x 1012 ... 2 x 1013 Atomen cm"2. Der Anodenemitter 4 wird in bevorzugter Weise durch eine flache, oberflächennahe Implantation herge- stellt, der sich ein Ausheilen ohne wesentliche Ausdiffusion des auf diese Weise implantierten Profils anschließt. Diese Ausdiffusion sollte nur so weit geschehen, daß die weiter oben angegebenen Werte für die Oberflächen- Dotierungskonzentrationen keinesfalls unterschritten werden. Mit anderen Worten, niedrigere Oberflächenkonzentrationen für den Anodenemitter als 1 x 1017 Dotierstoffatome cm"3 sollten nicht eingestellt werden.
Zweckmäßigerweise wird die auf diese Weise implantierte Dosis lediglich aktiviert und dabei nur geringfügig um wenige nm ausdiffundiert .
Die p-leitende Zone 2 kann in bevorzugter Weise mit einer Dosis von 1,3 x 1012 bis 1,8 x 1012 Dotierstoffatomen cm"2 implantiert und mit einer Diffusionsweite von etwa 2 μm ausdiffundiert werden. Diese niedrige Dosis ist ausreichend, um für die p-leitende Zone 2 die gewünschte feldstoppende Wirkung zu erreichen. Gegebenenfalls können noch etwas höhere Werte als 1,8 x 1012 Dotierstoffatome cm"2 verwendet werden, was insbesondere dann gilt, wenn in der Zone 2 kleine Partikel oder Defekte vorhanden sind. So sind Werte von vorzugsweise 1,5 x 1012 bis 3 x 1012 Dotierstoffatomen cm"2 sinnvoll.
Bei der angegebenen Diffusionsweite von 2 μm ergibt sich eine mittlere Dotierungskonzentration in der Zone 2 von etwa 1016
Atomen cm 3.
Der Kathodenemitter 6 sollte einen ebenso einstellbaren, aber höheren Emitterwirkungsgrad als der Anodenemitter 4 aufweisen, um so eine stärkere, gezielte Anhebung von Ladungsträgern auf der Kathodenseite zu erreichen. In bevorzugter Weise werden so an der Oberfläche des Kathodenemitters 6 Donatorkonzentrationen über 1019 Atome cm"3 eingestellt, um einen ohmschen Kontakt zu der Kathodenmetallisierung 8 beispielsweise aus Aluminium zu gewährleisten. Eine zweckmäßige Dosis für die Implantation des Kathodenemitters liegt bei Werten von 5 x 1013 Dotierstoffatomen cm"2 und darüber. Der Emitterwirkungsgrad im Anodenemitter 2 bzw. im Kathodenemitter 6 kann durch oberflächennahe Kristallschäden weiter reduziert werden. Solche Kristallschäden können durch Bestrahlungen oder Ionenimplantationen mit beispielsweise Argon oder Krypton oder dergleichen erreicht werden. Eine Verschlechterung der Sperreigenschaften der Hochvolt-Diode ist durch diese gezielten oberflächennahmen Kristallschäden nicht zu erwarten, da die für das statische Sperren zuständigen Schichten der Zonen 2 und 5 nicht beeinflußt werden.
Die erfindungsgemäße Hochvolt-Diode ist in üblicher Weise mit Isolierschichten versehen, wie es beispielsweise in EP 0 341 453 Bl beschrieben ist. Als Beispiel für den Beginn eines möglichen Randabschlusses ist eine Isolierschicht 9 aus Sili- ziumdioxid auf der Anodenseite in dem Ausführungsbeispiel' gezeigt. Anstelle von Siliziumdioxid kann auch ein anderes geeignetes Isoliermaterial, wie beispielsweise Siliziumnitrid, gewählt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Hochvolt-Diode mit einer anodenseitigen p-leitenden Zone (2), einer kathodenseitigen n~-leitenden Driftzone (1), die mit der p-leitenden Zone (2) einen pn-Übergang (3) bildet, einem an eine Anodenmetallisierung (7) angrenzenden und in der p-leitenden Zone (2) vorgesehenen p+-leitenden Anodenemitter (4) und einem an eine Kathodenmetallisierung (8) angrenzenden n+-leitenden Kathodenemitter (6), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- daß die p-leitende Zone (2) im Vergleich zu dem eine relativ hohe Oberflächenkonzentration, aber eine geringe Eindringtiefe aufweisenden p+-leitenden Anodenemitter (4) niedrig dotiert ist, - daß zwischen der n"-leitenden Driftzone (1) und dem ^-leitenden Kathodenemitter (6) eine n-leitende Zone (5) vorgesehen ist,
- daß die Dotierstoff-Dosis des p+-leitenden Anodenemitters (4) zwischen 5 x 1012 Dotiersstoffatomen cm"2 und 2 x 1013 Dotierstoffatomen cm"2 liegt, und
- daß die an den pn-Übergang (3) angrenzende p-leitende Zone (2) mit einer Dosis von (1,3 ... 3) x 1012 Dotierstoffatomen cm-2 dotiert ist.
2. Hochvolt-Diode 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 die Dotierungskonzentration des n+-leitenden Kathodenemitters (6) an der Oberfläche über 1019 Dotierstoffatome cm-3 beträgt .
3. Hochvolt-Diode nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die implantierten Dotierstoffatome der p-leitenden Zone (2) mit einer Diffusionsweite von etwa 2 μm ausdiffundiert sind.
4. Hochvolt-Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der p+-leitende Anodenemitter (4) mit einer Dosis von höchstens 2 x 1013 Dotierstoff atomen cm"2 implantiert ist.
5. Hochvolt-Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Emitterwirkungsgrad des Kathodenemitters (6) und/oder des Anodenemitters (4) durch oberflächennahe Kristallschäden reduziert ist.
6. Hochvolt-Diode nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kristallschäden durch Bestrahlung oder Ionenimplantation erzeugt sind.
7. Hochvolt-Diode nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für die Bestrahlung oder Ionenimplantation Argon oder Krypton verwendet werden.
PCT/DE2001/002366 2000-06-28 2001-06-27 Hochvolt-diode WO2002001646A1 (de)

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US10/331,928 US6888211B2 (en) 2000-06-28 2002-12-30 High-voltage diode
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