CH494472A - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit mindestens zwei pn-Übergängen - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit mindestens zwei   pn-Übergängen   
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit mindestens zwei pn Übergängen und Kontaktelektroden unterschiedlichen Charakters, wie beispielsweise Emitter- und   Basiselek-    troden, auf einer Seite.



   Bei einem bekannten, derartigen Verfahren hat man auf mindestens einer Seite eines Halbleiterkörpers mit mindestens einem pn-Übergang eine Oxydschicht erzeugt, auf diese eine Ätzmaske aus lichtempfindlichem Material aufgebracht und die Oxydschicht an den Stellen, an denen ein weiterer pn-Übergang durch Diffusion von Störstellen erzeugt werden sollte, wieder abgetragen.



   Dieses Verfahren konnte jedoch nicht voll befriedigen, weil dabei ein bereits mit mindestens einem pn Übergang versehener Ausgangshalbleiterkörper in einer Sauerstoffatmosphäre auf eine recht hohe Temperatur erhitzt werden muss, wodurch sich häufig die elektrischen Eigenschaften des Ausgangshalbleiterkörpers ändern.



   Es besteht daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren zu finden, bei dem man auf eine Oxydation bei hoher Temperatur verzichten kann.



   Ein derartiges Verfahren ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass mindestens auf einer Seite eines Halbleiterkörpers mit mindestens einem   pn-tJber-    gang ein Überzug aus einem Material aufgebracht wird, durch das sich die Dotierung der darunter liegenden Zone umkehren lässt, dass dieses Material in die genannte Zone soweit eindiffundiert wird, dass von ihr noch ein Teil mit ursprünglicher Dotierung übrig bleibt, dass auf die umdotierte Zone eine Ätzmaske aufgebracht wird, durch die die Oberfläche des Halbleiterkörpers in mindestens zwei Bereiche geteilt wird, dass dann solange geätzt wird, bis die umdotierte Zone und ein Teil der darunter liegenden Zone unterhalb der von der   Atzmas-    ke freigelassenen Oberflächenteile abgetragen ist, und dass in mindestens einen der Bereiche ein solches Kontaktmaterial derart einlegiert wird,

   dass die durch Diffusion aus dem Überzug hervorgerufene Dotierung wieder kompensiert oder überkompensiert wird.



   Hierbei kann das Aufbringen eines Überzuges und das anschliessende Diffundieren vor dem Maskieren mehrfach wiederholt werden. Das hat zugleich einen Gettereffekt auf Verunreinigungen in dem Halbleiterkörper.



   Die Erfindung ist besonders gut für die Herstellung von Thyristoren geeignet. Hierbei kann man dann von einem Halbleiterkörper ausgehen, der durch allseitige Diffusion von Störstellen des einen Typs in einen Ausgangshalbleiterkörper vom anderen Leitfähigkeitstyp erzeugt wurde. Auf diesem kann dann der Überzug, aus dem heraus diffundiert werden soll, ebenfalls allseitig aufgebracht werden. Die äusserste Zone auf der der Ätzmaske gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers sowie die seitlich liegenden beiden äussersten Zonen werden   dabei - vorzugsweise    gleichzeitig mit dem Ätzen durch die   Atzmaske    hindurch - ebenfalls durch Ätzung entfernt.



   Die Erfindung wird anhand eines durch die Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen
Figur 1 die Struktur eines Halbleiterkörpers, der dem erfindungsgemässen Verfahren zugrundegelegt wird,
Figur 2 diesen Halbleiterkörper nach Aufbringen eines   Überzuges,   
Figur 3 den gleichen Halbleiterkörper nach   Durch-    führung einer Diffusion,
Figur 4 nach dem Aufbringen einer Ätzmaske,
Figur 5 den geätzten Halbleiterkörper nach Entfernen der Ätzmaske,
Figur 6 nach dem Aufbringen von Kontaktelektroden.  



   Der in Figur 1 dargestellte Halbleiterkörper hat eine n-leitende Zone 12 aus monokristallinem Silizium, Germanium, Siliziumkarbid oder einer Verbindung der Gruppen III und V oder II und VI des Periodensystems der Elemente. Die n-leitende Zone 12 ist von einer pleitenden Zone 14 vollständig umgeben; zwischen diesen beiden Zonen liegt ein pn-Übergang 16. Die Zone 12 hat beispielsweise einen Widerstand von 25 bis 75 Ohm cm und die äussere Zone 14 ist bis zu einer Randkonzentration von   1018    Atom pro cm3 dotiert.



   Auf den Halbleiterkörper nach Figur 1 wird nach der  Open-Tube-Technik  ein   Überzug    18 (vergl. Figur 2) aus einem n-dotierenden Material aufgebracht. Hierfür sind Phosphor, Arsen und Antimon geeignet. Besonders gute Ergebnisse wurden mit Phosphor erzielt.



  Hierzu hat man in das eine Ende des rohrförmigen, an beiden Enden offenen Ofens etwas POCl3 als Quelle und in das andere Ende des Ofens den Halbleiterkörper nach Figur 1 gebracht. Letzterer wurde dann auf eine Temperatur zwischen   1100 0C    erhitzt und das   POCl3    auf etwa 20   OC    gehalten. Das   POC13    verdampft dabei und der Phosphor schlägt sich auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers nieder. Wenn man diesen Verfahrensschritt etwa 1 bis 2 Stunden dauern lässt, dann erhält man eine Dicke des Überzuges von einigen   ,am.   



   Danach wird das   POC13    vom Ofen entfernt und der Halbleiterkörper nach Figur 2 weitere 1 bis 2 Stunden auf einer Temperatur von 1100 bis   1300 0C    gehalten, wobei der Überzug 18 in den Halbleiterkörper diffundiert und dabei eine äussere, n-dotierte Zone 181 bildet.



  Zwischen dieser und der angrenzenden, folgenden Zone bildet sich ein   pn-Übergang    20.



   Die Tiefe der Zone 181 hängt von den gewünschten Eigenschaften des fertigen Halbleiterbauelementes, in diesem Falle, des fertigen Thyristors, ab. Dabei bildet die Zone 181 den Emitter. Befriedigende Ergebnisse haben sich mit einer   Emitterzonenbreite    von 10 bis   15,um    ergeben.



   Ebenso hängt die Dotierung der Zone 181 von den gewünschten Eigenschaften des fertigen   Halbleiterbfau-    elementes ab. Gute Ergebnisse hat man in diesem Zusammenhang mit einer Dotierung von 1017 Atomen pro cm3 erzielt.



   Nach der Diffusion wird schliesslich eine Ätzmaske 22 (vergl. Figur 4) aus einem lichtempfindlichen Material auf die Oberfläche 24 des Halbleiterkörpers aufgebracht. Dieses Material wird an bestimmten Stellen durch Belichtung gegen Ätzmittel und Lösungsmittel beständig gemacht. Die nicht resistenten Stellen (vergl.



  26 in Figur 4) können dann durch ein Ätzmittel herausgelöst werden. Danach löst das   Atzmittel    entsprechende Streifen aus der Zone 181 heraus. Die   Atzung    wird solange durchgeführt, bis die so entstandenen Gräben etwas in die nächstfolgende Zone 14 eingedrungen sind, (vergl. Figur 5). Die Ätzmaske ist so gewählt, dass die Emitterzone 181 in einen breiteren mittleren Bereich 182 und mehrere, um diesen herumliegende kleinere Bereich 183 gegliedert ist.



   Aus Figur 5 ist auch zu ersehen, dass bei dem zuvor erläuterten   Ätzvorgang    gleichzeitig die in Figur 4 mit
218 bezeichnete untere n-dotierte Zone und die seitlich liegenden, beiden äusseren Zonen ebenfalls   durch Ät-    zung entfernt wurden. Die n-dotierte Zone 12 grenzt jetzt über einen pn-Übergang 161 an eine   p-dotierte     äussere Zone 141 und über einen   pn-Übergang    16 an die p-dotierte Zone 14.



   Nach dem Ätzvorgang wird die Ätzmaske 22 wieder entfernt. Danach wird an der unteren Zone 141 mit Hilfe einer Schicht 44 eines Aluminiumlotes eine Kontaktelektrode 40 aus Molybdän, Wolfram, Tantal oder Legierungen dieser Metalle befestigt.

 

   Gleichzeitig hiermit oder unmittelbar darauf wird ein Graben 46 in dem zentralen Bereich 182, z. B. durch Ätzen, erzeugt. Der dadurch entstehende Teil ist in Figur 6 mit 50 bezeichnet. Auf diesen wird eine pdotierende Substanz 52, beispielsweise Aluminium, aufgebracht und durch den   pn-Übergung    20 hindurchlegiert bis in die Zone 14 hinein. 52 kann als Basiselektrode dienen.



     Schiiesslich    wird eine Schicht 54 aus Aluminium auf die Bereiche 183 und die dazwischen liegenden Bereiche der Zone 14   aufgebracht, z.    B. durch Aufdampfen oder Niederschlagen aus einem Elektrolyten. Dieser Überzug wird dann gesintert und kann als Emitterelektrode dienen. Das in Figur 6 dargestellte Halbleiterbauelement ist dann ein   Thyristor    mit Nebenschluss zu seiner Steuerstrecke. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit mindestens zwei pn-Übergängen und Kontaktelektroden unterschiedlichen Charakters auf einer Seite, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens auf einer Seite eines Halbleiterkörpers mit mindestens einem pn-Ubergang ein Überzug aus einem Material aufgebracht wird, durch das sich die Dotierung der darunter liegenden Zone umkehren lässt, dass dieses Material in die genannte Zone soweit eindiffundiert wird, dass von ihr noch ein Teil mit ursprünglicher Dotierung übrigbleibt, dass auf die utdotierte Zone eine Ätzmaske aufgebracht wird, durch die die Oberfläche des Halbleiterkörpers in mindestens zwei Bereiche geteilt wird, dass dann solange geätzt wird,

   bis die umdotierte Zone und ein Teil der darunter liegenden Zone unterhalb den von der Ätzmaske freigelassenen Oberflächenteilen abgetragen ist, und dass in mindestens einen Teil eines der verbleibenden Bereiche ein solches Kontaktmaterial derart einlegiert wird, dass die durch Diffusion aus dem Überzug hervorgerufene Dotierung wieder kompensiert oder überkompensiert wird.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf die noch nicht mit einem Kontaktmaterial versehenen Bereiche und die darin liegenden, durch die Ätzung freigelegten Oberflächen Aluminium aufgebracht und gesintert wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ätzmaske ein lichtempfindliches Material verwendet wird.

   3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen eines Überzuges und das anschliessende Diffundieren vor dem Maskieren mehrfach wiederholt wird.

   4. Verfahren nach Patentanspruch oder Unteran spruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug aufgedampft wird.

   5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper durch allseitige Diffusion von Störstellen des einen Typs in einen Ausgangshalbleiterkörper vom anderen Leitfähigkeitstyp erzeugt wird, dass der Überzug allseitig aufgebracht wird, und dass die äusserste Zone der der Ätzmaske gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers sowie die seitlich liegenden beiden äussersten Zonen des Halbleiterkörpers abgetragen werden.