DE1300164B

DE1300164B - Verfahren zum Herstellen von Zenerdioden

Info

Publication number: DE1300164B
Application number: DED52101A
Authority: DE
Inventors: Dr Hans; Weinerth
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1967-01-26
Filing date: 1967-01-26
Publication date: 1969-07-31
Also published as: GB1147015A; FR1553289A; US3544397A

Description

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Die vorliegende Erfindung behandelt die wirt- Halbleiterbauelementen bekanntgewordener Maßschaftliche Herstellung von Zenerdioden mit relativ nahmen überwunden:

niedrigen Abbruchspannungen, insbesondere unter _{a) das Eindiffundieren der} Oberflächenzone ent-7 Volt, und niedrigen differentiellen Widerstanden, gegengesetzten Leitungstyps erfolgt unter An-

Dabei müssen scharfe pn-Übergange hergestellt wer- 5 _{wendurig des} Planarverfahrens und
den, die praktisch nur durch Legieren realisiert wer- ,. ,,.„,., _TT „ ,

den können ' anschließend wird zum Herstellen des zentralen

Man könnte beispielsweise Zenerdioden mit nied- Teils des Diodenübergangs unter Anwendung

rigen Durchbruchsspannungen durch Aufdampfen eines Temperaturgradienten mit in Richtung

von Aluminium auf niederohmiges Silizium vom ₁₀ ™^m. Kristallmnern steigender Temperatur em n-Leitfähigkeitstyp und nachfolgendes Einlegieren Dotierungsmaterial vom Leitfahigkeitstyp der

des Aluminiums herstellen. Die wirtschaftliche Her- Oberflachenzone einlegiert.

stellung dieses relativ einfachen Verfahrens leidet Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgen-

aber darunter, daß eine Oberflächenbehandlung den an Hand eines Ausführungsbeispiels und der durch Ätzen nach dem Legieren zum Einstellen einer 15 Figur erläutert.

scharfen Kennlinie und zum Erniedrigen der Sperr- Die Figur zeigt ausschnittsweise eine Zenerdiode

ströme nicht zu umgehen ist, was ohne starken Angriff mit einer Abbruchspannung von etwa 7 Volt am der Aluminiumschicht ohne deren Schutz mittels p+n-Übergang 5, der sich zur Oberfläche des Halbeines ätzbeständigen Mittels nicht möglich ist. An leiterkörpers aus η-leitendem Silizium im pn-Uber-Stelle des Aufdampfens und Einlegierens von Do- ao gang 3 mit einer Abbruchspannung von 20 Volt forttierungsmaterial in Halbleiterkörper wurde in der setzt. Die dargestellte Zenerdiode ist also vom so-Vergangenheit das Dotierungsmaterial auch in Form genannten Schutzringtyp, der beispielsweise aus der von Kugeln oder Drähten aufgebracht und ein- deutschen Auslegeschrift 1 090 330 bekannt war.
legiert. Ein Ätzen nach dem Legieren läßt sich aber Bei der Herstellung der Zenerdiode, bei der

auch hier nicht vermeiden. 25 selbstverständlich gleichzeitig eine Mehrzahl auf einer

Aus der französischen Patentschrift 1372145, gemeinsamen Platte bearbeitet werden, wird zunächst 1. Zusatz Nr. 84 496, ist ein Verfahren zum Herstel- in den η-leitenden Siliziumkörper nach dem belen von Zenerdioden mit niedrigen Abbruchspan- kannten Planarverfahren der USA.-Patentschrift nungen, unter anderem auch einer Abbruchspannung 3 025 589 unter Verwendung der maskierenden Oxydvon 4,8 Volt, bekannt, bei dem in einem Halbleiter- 30 schicht 4 die p-leitende Zone bis zu einer Tiefe von körper zunächst eine Diffusionsschicht mit einem 5 bis 10 μ eindiffundiert.

dem des Halbleiterkörpers entgegengesetzten Lei- Danach wird die Legierungsmenge 2 aus AIu-

tungstyp erzeugt und anschließend im zentralen Teil minium in einer Dicke von 7 bis 10 μ gemäß der des eindiffundierten flachen pn-Überganges ein stei- Figur aufgedampft. Obwohl es naheliegend ist, das ler pn-übergang durch die Diffusionszone unter 35 Aluminium durch eine perforierte Maske aufzu-Verwendung von Dotierungsmaterial in Form einer dampfen, wird im Interesse einer besseren Randschärfe Kugel hindurchlegiert wird. Es wurde festgestellt, vorgezogen, die gesamte Oberfläche zu bedampfen daß derartig hergestellte Zenerdioden mit niedrigen und unter Anwendung des bekannten fotolitho-Abbruchspannungen unterhalb von etwa 7 Volt im graphischen Prozesses und eines geeigneten Ätzmitallgemeinen nicht geätzt werden müssen, wenn im 40 tels die Legierungsmenge mit der geeigneten Geomezentralen Teil des eindiffundierten flachen pn-Über- trie aufzubringen. Um die Legierungsmenge 2 durch ganges ein steiler pn-übergang hindurchlegiert wird. die p-leitende Zone 6 gemäß der Figur bis auf eine Das bekannte Verfahren nach der französischen Tiefe nur 15 μ hindurchzulegieren, wird nun nach Patentschrift ist aber relativ unwirtschaftlich, da zum dem Verfahren der vorliegenden Erfindung das an Legieren von Dotierungsmaterial in Form von Ku- 45 sich aus der deutschen Auslegeschrift 1063 007 begeln Legierungsformen verwendet werden müssen. kannte Legierungsverfahren im Temperaturgradien-Würde dagegen das Dotierungsmaterial wirtschaft- ten angewandt.

licher durch eine Maske aufgedampft, so ergäbe sich Zu diesem Zweck wird die Halbleiterplatte unter

die Schwierigkeit, daß entweder eine zum Durch- Schutzgas in einem wassergekühlten Quarzgefäß auf legieren eines flachen pn-Überganges ungewöhnliche 50 einer Graphitunterlage angeordnet, die auf einer ge-Menge an Dotierungsmaterial aufgedampft werden regelten Temperatur zwischen 1000 und 1200° C gemuß oder auf den erforderlichen flach eindiffun- halten wird. Um ein Verlaufen des Legierungsdierten pn-übergang verzichtet werden muß. materials und ungleichmäßige Legierungsfronten zu

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum verhindern, muß der Temperaturgradient reprodu-Herstellen einer Zenerdiode mit einer niedrigen Ab- 55 zierbar eingehalten werden. Dieses wird durch Rebruchspannung unterhalb von 7 Volt und für die gelung der Oberflächentemperatur der Siliziumplatten Durchbruchspannung optimal niedrigem differen- erreicht. Bei der Wärmebehandlung tritt ein Durchtiellem Widerstand, bei dem in einem Halbleiterkör- biegen der Platte durch Abheben des Randes von per zunächst eine Diffusionsschicht mit einem dem der Graphitplatte auf. Da dies eine Komponente des des Halbleiterkörpers entgegengesetzten Leitungstyp 60 Temperaturgradienten parallel zur Halbleiterobererzeugt und anschließend im zentralen Teil des ein- fläche ergibt, wandern die Legierungskontakte auf diffundierten flachen pn-Überganges ein steiler pn- der Halbleiterplatte überall dort, wo diese Kompo-Übergang durch die Diffusionszone hindurch ein- nente auftritt. Dieser unerwünschte Effekt wird dalegiert wird. durch verhütet, daß die Platte an die Graphitunter-

Die oben geschilderten Nachteile der bekannten 65 lage angepreßt wird.

Verfahren bezüglich einer wirtschaftlichen Herstel- Durch das Verfahren nach der vorliegenden Er-

lung werden durch die Kombination folgender, in findung wird eine Zenerdiode mit niedriger Abbruchanderem Zusammenhang bei der Herstellung von spannung erhalten, die keinerlei Nachbehandlung der

Oberfläche bedarf. Da die Schutzringzone 6 nämlich relativ weit in den Halbleiterkörper eindiffundiert wurde, ergibt sich trotz den bei normalen Diffusionsverfahren üblichen relativ hohen Oberflächenkonzentrationen eine relativ hohe Abbriichspannung von etwa 20 Volt für den pn-übergang 3, die gegenüber der Abbruchspannung des p⁺n-Übergangs 5 derart überhöht ist, daß Unregelmäßigkeiten der Oberfläche nicht mehr stören. Um dies zu erreichen, ist es also nicht erforderlich, die Oberflächenkonzentration des Dotierungsmaterials im Halbleiterkörper durch besondere Maßnahmen unter die Löslichkeitskonzentration, die nur schwach temperaturabhängig ist, abzusenken. An Stelle des Vorteils einer nicht erforderlichen Oberflächenbehandlung ergibt sich zwar das Problem eines besonderen tiefen Einlegierens. Dieses Problem kann aber mit relativ geringem Aufwand durch ein Legieren im Temperaturgradienten gelöst werden. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist also besonders wirtschaftlich.

Um den nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzielbaren optimal niedrigen differentiellen Widerstand, der von der Durchbruchspannung abhängt, ausnutzen zu können, sind Kontakte mit niedrigem Kontaktwiderstand erforderlich. Im Hinblick auf eine wirtschaftliche Herstellung werden Druckkontakte vorgezogen. Um bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von Zenerdioden mit Aluminium-Legierungskontakten Druckkontakte mit niedrigem Kontaktwiderstand herzustellen, wird zunächst im Vakuum durch eine geeignete Maske Aluminium auf die Legierungskontakte in einer Stärke von etwa 0,1 μ aufgedampft, das unmittelbar anschließend durch die gleiche Maske aus einer anderen Verdampfungsquelle im Vakuumrezipienten mit SiI-ber in gleicher Dicke verstärkt wird. Die Silberschicht wird danach bei einer relativ niedrigen Temperatur von etwa 450° C getempert, was eine Verringerung des Kontaktwiderstandes ergibt. Nach einem galvanischen Verstärken der Kontakte und Zerteilen der Platte in Einzelelemente wird beim Einbringen des Einzelelementes in eine Hülse ein federnder Druckkontakt an der verstärkten Elektrode angebracht.

Claims

Patentansprüche: 45

1. Verfahren zum Herstellen einer Zenerdiode mit einer niedrigen Abbruchspannung unterhalb von 7 Volt und für die Durchbruchspannung optimal niedrigem differentiellem Widerstand, bei dem in einem Halbleiterkörper zunächst eine Diffusionsschicht mit einem dem des Halbleiterkörpers entgegengesetzten Leitungstyp und anschließend im zentralen Teil des eindiffundierten flachen pn-Überganges ein steiler pn-übergang durch die Diffusionszone hindurch einlegiert wird, gekennnzeichnet durch die Kombination folgender, in anderem Zusammenhang bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen bekanntgewordener Maßnahmen:

a) das Eindiffundieren der Oberflächenzone entgegengesetzten Leitungstyps erfolgt unter Anwendung des Planarverfahrens und

b) anschließend wird zum Herstellen des zentralen Teils des Diodenübergangs unter Anwendung eines Temperaturgradienten mit in Richtung zum Kristallinnern steigender Temperatur ein Dotierungsmaterial vom Leitfähigkeitstyp der Oberflächenzone einlegiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem η-leitenden Siliziumkristall als Dotierungsmaterial Aluminium einlegiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotierungsmaterial nach dem Legieren unmittelbar nach einem Aufdampfen von Aluminium durch Aufdampfen von Silber durch Masken im Vakuum in Schichtdicken von 0,1 μ verstärkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberschicht bei 450° C getempert wird.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbehandlung unter Schutzgas in einem wassergekühlten Quarzgefäß auf einer erhitzten Graphitunterlage vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle von Silizium als Halbleitermaterial die Graphitunterlage auf eine Temperatur von 1000 bis 1200° C erhitzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturgradient durch Messen der Oberflächentemperatur der Silizium-Platte eingestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterplatte auf die Unterlage gedrückt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen