DE2400684A1 - Verfahren zur herstellung von kapazitaetsdioden - Google Patents

Verfahren zur herstellung von kapazitaetsdioden

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DE2400684A1
DE2400684A1 DE19742400684 DE2400684A DE2400684A1 DE 2400684 A1 DE2400684 A1 DE 2400684A1 DE 19742400684 DE19742400684 DE 19742400684 DE 2400684 A DE2400684 A DE 2400684A DE 2400684 A1 DE2400684 A1 DE 2400684A1
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DE
Germany
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layer
diode
doped
donor
heavily doped
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DE19742400684
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Peter Weissglas
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INST FOER MIKROVAAGSTEKNIK
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INST FOER MIKROVAAGSTEKNIK
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor

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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Kapazitätsdioden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kapazitätsdioden, bei dem zur Erzielung eines p-n Überganges eine stark dotiert te Akzeptorschicht mit einer der Elektroden der Diode und eine schwach dotierte Donatorschicht über eine stark dotierte Donatorschicht mit der anderen Elektrode verbunden werden.
  • Bei einer Kapazitatsdiode, welche auch als Varaktor bezeichnet wird, wird die spantlungsabhängige Kapazität am p-n-Übergang einer Ealbleiterdiode wie ein veränderlicher Kondensator verwendet. Sie kann beispielsweise zur Abstimmung von Hochfrequenzresonanzschaltkreisen dienen Die sich ändernde Kapazität wird erhalten, indem man an die Diode in Sperrichtung eine Vorspannung anlegt, welche bewirkt, daß die Flächenkapazität anwächst, wenn die Vorspannung anwächst aufgrund der Tatsache, daß die geladenen Träger vom p-n-Ubergang weggezogen werden. Dies bedeutet, daß die Breite der nichtleitenden Schicht anwächst.
  • Das Ersatzschaltbild für die Impedanz einer derartigen Diode enthält einen Kondensator, der mit einem Parallel- und einem Reihenwiderstand versehen ist. Der Parallelwiderstand ist normalerweise vernachlässigbar bei hohen Frequenzen, für die diese Dioden in der Regel verwendet werden. Die Größe des Serienwiderstandes und damit die Schärfe der Resonanz des Elementes jedoch hängt von der Breite der dotierten aktiven Schicht und der Amplitude der Vorspannung ab. Wenn demgemäß die Schicht zu dick ist, erhält man einen hohen Reihemviderstand. Andererseits ermöglicht eine dicke Schicht Kapazitätsänderungen innerhalb eines breiten Bereiches. Um nun die Verwendung von niedrigen Kapazitäten, welche man durch eine dicke Schicht erhalten kann, zu ermoglichen, ist es jedoch notwendig, daß die Dotierung der Schicht so gewählt wird, daß ein Lawinendurchschlag vermieden wird. Das bedeutet, daß der Dotierungsgrad niedrig sein sollte. Andererseits bewirkt ein niedriger Dotierungsgrad einen hohen Reihenwiderstand bei hohen Kapazitäten. Demgemäß ist es äußerst wichtig, daß die Dicke und der Dotierungsgrad der.
  • aktiven schwach dotierten Schicht sehr genau gewählt ist, so daß der Kapazitätsbereich gewonnen wird, in welchem die Diode verwendet werden soll. Der optimale Dotierungsgrad bei vorgegebener Schichtdicke bewirkt, daß ein Lawinendurchschlag dann stattfindet, wenn die angelegte Vorspannting den Wert überschreitet, welcher zur Erzielung des niedrigsten Kapazitätswertes notwendig ist.
  • Es ist daher wesentlich, daß die Diode die hohen Vorspannungen, welche zur Erzielung der geringsten Kapazitätswerte notwendig sind) aushält, ohne daß irgendwo an einer Stelle. inerhalb der Diode die Feldstärke hierbei so hoch wird, daß ein Lawinendurchschlag ausgelöst wird. Es ist daher wichtig, daß die Diode insbesondere im Bereich des p-ndlberganges, wo die Feldstärke ihren höchsten Wert erreicht, eine solche geometrische Form aufweist, daß hohe elektrische Feldstärken vermieden werden.
  • Jedoch weder die Bestimmung der Dicke der Schicht, noch die gewünschte geometrische Gestalt der Schicht sind bezüglich der Feldstärke bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Kapazitätsdioden in ausreichendem Maße erzielt worden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Kapazitätsdioden zu zeigen, bei dem die Dicke und die Dotierung der aktiven Schicht leicht bestimmt werden kann und bei dem die Diode eine geometrische Gestalt aufweist, welche im Hinblick auf die Feldstärke vortellhaft ist.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Schicht aus einem schwach dotierten Donatormaterial auf einem Träger aus einem stark dotierten Akzeptormaterial-aufgebracht wird, daß dann ein stark dotlertes Donatormaterial auf das schwach dotierte Donatormaterial aufgebracht wird, und daß schließlich die Donator-dotierte Schicht in den Bereichen zwischen den Dioden mittels Atzen beseitigt wird.
  • Die Erfindung soll nun im einzelnen anhand der beiliegenden Figuren noch näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 schematisch eine mit einer Vorspannung versehene Kapazitätsdiode, das Ersatzschaltbild der Diode und die Feldstärke, welche bei verschiedenen angelegten Spannungen auftritt und Fig. 2 schematisch die Herstellung einer Diode nach Fig. 1 nach und 3 einem bekannten Verfahren und nach einem Verfahren gemäß der Erfindung.
  • In Fig. 1 ist in der Mitte ein Varaktor gezeigt, der bevorzugt aus Silizium hergestellt ist und Schichten mit verschiedener Dotierung aufweist. p+ bezeichnet eine Schicht, welche mit Akzeptoren stark dotiert ist, beispielsweise mit Bor. n bedeutet eine schwach dotierte Zone, welche mit Donatoren, beispielsweise Antimon, dotiert ist. n+ bezeichnet eine mit Donatoren stark dotierte Schicht. Über zwei metallische Kontaktschichten ist die Diode an eine einstellbare Gleichspannungsquelle V angeschlossen. Mit dieser kann einne gewünschte Vorspannung in Sperrichtung angelegt werden, d. h. man kann ein positives Potential an der Donatorseite bezüglich der Akzeptorseite erhalten. Darüber ist das Ersatzschaltbild der Diode dargestellt. Dieses enthält einenKondensator C, der mit der Vorspannung veränderlich ist und einen Reihenwiderstand R. Der Reihenwiderstand R ergibt sich hauptsächlich aus dem nichtleitenden Teil der schwach dotierten Schicht, deren Dicke bei anwachsender Vorspannung abnimmt. In entsprechender Weise wächst die Kapazität C, wenn die Vorspannung sich erhöht. Im unteren Teil der Figur ist die räumliche Änderung der elektrischen Feldstärke in der Diode bei verschiedenen Vorspannungen gezeigt. In den stark dotierten Schichten ist die Feldstärke immer vernachlässigbar, während in der schwach dotierten Schicht di e Feldstärke ihren höchsten Wert nahe des p-n-Uberganges hat. Sie nimmt dann nach und nach ab. Diese Feldstärke steigt natürlich an, wenn die Vorspannung anwächst, was durch die Kurven V1Vn angedeutet ist. Wenn demgemäß die Vorspannung anwächst, wächst auch die Kapazität der Diode an. Dies beruht darauf, daß die Ladungsträger von vom p-n-Übergang wegbewegt werden. Der Reihenwiderstand der Diode verringert sich dabei in entsprechender Weise.
  • Wie im vorstehenden schon erwähnt, ist es dann äußerst wichtig, daß -die Dicke der n-Schicht so gewählt ist, daß der Reihenwiderstand auch bei hohen Kapazitätswerten einen nicht zu hohen Wert erreicht. Andererseits muß die Schicht breit genug bemessen sein, damit die erwünschte Veränderung der Kapazität möglich ist. Beziglich der geometrischen Gestaltung der Diode ist es weiterhin wichtig, daß die Gestalt der Diode so gewählt ist, daß die Feldstärke am p-n-Übergang, wo die Feldstärke ihre höchste Amplitude erreicht, nicht so hoch wird, daß ein Durchschlag an der Kante der Diode auft-ritt, bevor ein Durchschlag in ihren inneren Teilen auftritt.
  • In Fig. 2 ist eine Diode gemäß Fig. 1- dargestellt, welche nach einem bekannten Verfahren hergestellt wird. Die Herstellung geht von einer stark dotierten n+-Schicht aus, auf die eine andere n-Schicht mit geeigneter Dicke aufgebracht wird. Das Aufbringen kann beispielsweise durch Aufdampfen erfolgen. Die äußerst dünne p+-Schicht wird dann durch Diffusion eines Akzeptors in die schwach dotierte n-Schicht erhalten. Die Diode erhält dann die gewünschte Gestalt durch Aufbringen einer widerstandsfähigen Schicht auf die obere Fläche der p-Schicht und durch Wegätzen der Fläche um die Diode herum. Durch Anwendung dieser Verfahrensschritte erhält man eine Diode, welche die in Fig. 2 dargestellte Form aufweist. Diese Diode hat ihren kleinsten Bereich bzw. ihre kleinste Ausdehnung am oberen Teil und'die Abmessungen der Diode wachsen in Richtung zur n+-Schicht. Die n-Schicht hat demgemäß ihre kleinste Ausdehnung an der Fläche, welche dicht an der p+-Schicht liegt. d. h an dem Teil, wo die elektrische Feldstärke ihren höchsten Wert erreicht. Aus den vorstehend genannten Gründen ergibt sich hieraus ein bestimmter Nachteil. Durch Anwendung der, vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte ist es weiterhin schwierig, exakt die Dicke der n-Schicht zu bestimmen. Ein fehlerhafter Wert dieser Dicke wird gewöhnlich nicht vor Fertigstellung der Diode aufgedeckt.
  • In Fig. 3 ist die Herstellung einer Diode gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Anwendung kommt. Die Herstellung beginnt hierbei mit einem Träger, der aus einem dünnen Material, das mit einem Akzeptor stark dotiert ist (p+-Schicht) besteht. Auf den oberen Teil dieser Schicht wird die n-Schicht aufgebracht. Aus der hierbei gewonnenen Anordnung, d. h. aus der n-Schicht auf der oberen Oberfläche der p+-Schicht kann man leicht die Dicke und die Dotierung der n-Schicht bestimme3a, indem man vier Spitzenelektroden auf die Oberfläche der n-Schicht aufsetzt und die Spannung zwischen zwei dieser Elektroden mißt, wenn ein Strom zwischen die beiden restlichen' Elektroden geschickt wird. Wenn sich hierbei herausstellt, daß die Diode oder sogar die Schicht, welche ein Teil der Diode geworden ist, schadhaft ist, kann dies immer bei dieser Stufe des Herstellungsverfahrens festgestellt werden und die notwendigen Maßnahmen getroffen werden.
  • Es kann beispielsweise die Dicke korrigiert werden, indem man die Atztechnik anwendet. Ein großer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß unabhängig von dem gewünschten Wert der Kapazität und den Kapazitätsänderungen, welche erreicht werden sollen, eine optimale Diode erhalten wird, wobei sowohl für die Dotierung als auch für die, Dicke der Schicht ein vorbestimmter Wert eingehalten werden kann, d. h.
  • der entsprechende Parameter kann gemessen werden. Wenn die n-Schicht richtige Werte aufweist, wird die n+-Schicht beispielsweise mittels Diffusion eines geeigneten Donators in die n-Schicht aufgebracht. Die Teile der Schicht, welche in der Diode nicht verwendet werden sollen, werden dann beispielsweise in an sich bekannter Weise weggeätzt.
  • Die endgültige Gestalt der Diode ergibt sich aus Fig. 3. Im Gegensatz zu den Dioden, welche nach den bekannten Verfahren hergestellt worden sind, hat die n-Schicht bei der Diode gemäß der Erfindung ihre größte Ausdehnung an der Oberfläche, welche sich an die p+-Schicht, d. h. dort, wo die höchsten Feldstärken auftreten. Die Feldstärke und damit die auch die Gefahr eines Durchschlages kann hierdurch in die sem Bereich reduziert werden.

Claims (4)

  1. Patentansp rüche
    Verfahren zur Herstellung von Kapazitätsdioden, bei dem zur Erzielung eines p-n-ubergarges eine stark dotierte Akzeptorschicht mit einer der Elektroden der Diode und eine schwach dotierte Donatorschicht über eine stark dotierte Donatorschicht mit der anderen Elektrode verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem schwach dotierten Donatormaterial auf einen Träger aus einem stark dotierten Akzeptormatenal aufgebracht wird, daß dann ein stark dotiertes Donatormaterial auf das schwach dotierte Donatormaterial aufgebracht wird und daß schließlich die Donator-dotierte Schicht in den Bereichen zwischen den Dioden mittels Ätzen beseitigt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwach dotierte Schicht auf die stark dotierte Schicht durch epitaktisches Auftragen aufgebracht wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stark dotierte Donatormaterial mittels Diffusion erhalten wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stark dotierte Donatorschicht mittels Ionen-Implantation (Spick-Technik) aufgebracht wird.
DE19742400684 1973-03-12 1974-01-08 Verfahren zur herstellung von kapazitaetsdioden Pending DE2400684A1 (de)

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DE2400684A1 true DE2400684A1 (de) 1974-07-18

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DE19742400684 Pending DE2400684A1 (de) 1973-03-12 1974-01-08 Verfahren zur herstellung von kapazitaetsdioden

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DE (1) DE2400684A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2801641A1 (de) * 1977-01-17 1978-07-20 Hitachi Ltd Zuendverstellverfahren und zuendversteller fuer brennkraftmaschinen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2801641A1 (de) * 1977-01-17 1978-07-20 Hitachi Ltd Zuendverstellverfahren und zuendversteller fuer brennkraftmaschinen

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