DE1917013A1

DE1917013A1 - Halbleitervierschichttriode

Info

Publication number: DE1917013A1
Application number: DE19691917013
Authority: DE
Inventors: Chu Chang K
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1968-04-11
Filing date: 1969-04-02
Publication date: 1969-10-23
Also published as: SE355111B; IE32729L; FR2006089B1; US3538401A; IE32729B1; FR2006089A1; BE731365A; GB1265204A; CH499882A

Description

USSTIiTGHOUSE München 2,

Electric Corporation Fittelsbaeherplatz

Vertr.: Dipl.-Ing. R. Seibert PA 68/9241

Rechtsanwalt u. Pat.-Anv/. • 8000 München 2

Y/ittelsbacherplatz 2

Halbleitervierschichttriode

Priorität: 11. April 1968/ USA / Ser. No. 720 667

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervierschichttriode mit vier Halbleiterzonen abwechselnden Leitungstyps, wobei sich zwischen den Halbleiterzonen pn-Übergänge befinden und wobei die Halbleiterzonen in einer Reihe eine erste Emitterzone, eine erste Basiszone, eine zweite Basiszone und eine zweite Emitterzone umfassen, und wobei an der ersten Emitterzone, der ersten Basiszone und der zweiten Emitterzone Ohm'sche Kontakte angeordnet sind.

Es ist bekannt, Thyristoren aus Halbleitermaterial nach zwei verschiedenen Verfahren herzustellen. Nach dem einen Verfahren werden alle Zonen verschiedenen Leitungstyps und die .unterschiedlichen Störstellenkonzentrationen durch Diffusion hergestellt. Nach dem anderen Verfahren werden einige Zonen durch Legieren und die restlichen Zonen durch Diffusion gebildet. Bei beiden Herstellungsmethoden tritt jedoch ein hoher Ausschuß bei der Pertigung auf; ferner weisen die nach einem dieser Verfahren hergestellten Thyristoren nicht alle wünschenswerten Eigenschaften, wie einen geringen Spannungsabfall in Durchlaßrichtung, einen niedrigen Steuerstrom, ein schnelles zeitliches Ansteigen der Spannung und eine kurze Ein- und Ausschaltzeit auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervierschichttriode anzugeben, bei deren

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Fertigung der Ausschuß ,geringer ist, die die Vorteile der Diffusions- und Legierungstechnik umfaßt, und die die obigen wünschenswerten Eigenschaften hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Basiszone eine Dotierung aufweist derart, daß diese Dotierung auf Minoritätsladungsträger in Durchlaßrichtung zur benachbarten Emitterzone bremsend wirkt. V/eitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. 3s zeigen:
Fig. 1 bis 4: Ansichten, zum Teil als Schnitte, eines

erfindungsgemäßen Halbleiterkörpers;

Fig. 5: Die Störstellenkonzentration eines Halbleiterkörpers entsprechend den Figuren 3 und 4, in Abhängigkeit von der Schichtdicke ;

Fig. 6 bis 11 .'Ansichten zum Teil als Schnitte, eines erfindungsgemäßen Halbleiterkörpers;

Fig. 12: Die Stellenkonzentration eines Halbleiterkörpers entsprechend der Figur 9> in Abhängigkeit von der Schichtdicke; Fig. 13 bis 18: Ansichten, zum Teil als Schnitte, eines

erfindungsgemäßen Halbleiterkörpers;

Fig. 19: Die Störstellenkonzentration eines Halbleiterkörpers entsprechend der Figur 13_s in Abhängigkeit von der Schichtdicke; Fig. 20: Line Ansicht, zum Teil als Schnitt, einer

erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung; Fig. 21: Die Störstellenkonzentration einer Halbleiteranordnung entsprechend der Figur 20, in Abhängigkeit von der Schichtdicke; Fig. 22 bis 24: Ansichten,zum Teil als Schnitte, einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung|

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SAD ORIGiNAL

Fig. 25ί Die Störstellenkonzeiitration einer Halbleiteranordnung entsprechend den Figuren 22 und 23, in Abhängigkeit von der Schichtdicke.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird die Herstellung verschiedener Dr:' „xeldthyristoren aus einem η-leitenden Siliciumhalbleiterraaterial beschrieben. In der Figur 1 ist ein Körper 10 aus η-leitendem öiliciurahalbleitermaterial dargestellt, der für die Diffusion durch Läppen und Polieren auf bekannte Weise vorbereitet wurde. Der Körper 10 hat einen spezifischen Widerstand von 15 bis 200ό~ϋ> em, vorzugsweise von 120ü cm. Der Körper 10 hat zwei größere, einander gegenüberliegende Oberflächen 12 und 14, die jeweils Oberseite und Unterseite genannt werden. Durch gleichzeitige Doppeldiffusion werden im Körper 10 p⁺leitende Halbleiterzonen 16 und 18 hergestellt. Die Zone 16 umfaßt die Oberseite 12 und die Zone 18 die Unterseite 14 des Körpers 10. Jede der Zonen 16 und 18 ist zwischen 50 imö 100 /u dick, und hat nach der

/ -ja

Diffusion eine Oberflächenkonzentrat:.on von ungefähr 10 Atomen/cm"'. Jede der Zonen 16 und 18 ist vorzugsweise 88 /U dick. Aluminium und Gallium sind geeignete Dotierstoffe zur Bildung der Zonen 16 und 18.

Zwischen der Zone 16 und dem Körper 10 und zwischen der Zone 18 und dem Körper 10 befinden sich pn-^bergänge 15 und 17. Unter Bezugnahme auf die Figur 2 wird nun der Körper 10 in einen Apparat zum Aufbringen von Ilpitaxialschichten gebracht. Mit Hilfe von Chlorwasserstoffgas wird eine Schicht von ungefähr 12 /u Stärke von der Zone 16 abgetragen. Sine Zone 20 aus !^-leitendem Halbleitermaterial wird dann epitaktisch auf die Oberseite 12 des Restes des Bereiches 16 aufgetragen. Die Zone 20 ist zwischen 2 /U und 10 /U, vorzugsweise 5 /u dick. Das Material der Zone 20 hat einen; spezifischen 'widerstand von weniger als 12^1 cm und soll vorzugsweise lOijLcm nicht

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6AO ORiGfNAL

überschreiten. Die Zone 20 hat eine Oberflächenkonzenr·

15 / ") tration von ungefähr 2,5 x 10 Atomen/cm.

Anschlief3end wird eine Zone 22 aus n⁺~leitendem Halbleitermaterial epitaktisch .auf die Zone 20 aus p-leitendem Material aufgebracht. Die Zone 22 ist zwischen 5 und 20 /U dick. Vorzugsweise beträgt ihre Dicke zwischen 10 und 12 /U. Die Zone 22 hat eine Oberflächenkonzentration von über 10 Atomen/cm . Die Zone 22 kann auch durch einen geeigneten Diffusionsprozeß auf eine Dpitaxialschicht aus Halbleiterrnaterial aufgebracht werden, die auf der Zone 20 angeordnet ist. Zwischen den Zonen und 22 befindet sich ein pn-übergang 24.

Durch Anwendung photolithographischer Verfahren gefolgt , von chemischem Atzen wird ein Teil des die Zonen 22, und 16 umfassenden Materials so behandelt, bis ein Teil der Zone 16 freigelegt ist. Elektrische Kontakte 26, und 30, die vorzugsweise aus Aluminium bestehen, werden auf ausgewählten Oberflächenbereichen jeweils der Zonen 16, 22 und 18 aufgebracht. Die sich daraus ergebende Anordnung ist in Figur 3 dargestellt.

In der Abbildung 4 ist eine andere -Ausführungsform der Z'rfindung gezeigt. Bei dein hier verwendeten Verfahren sind die einzelnen Schritte die gleichen wie bei dem vorhergehenden, außer daß der elektrische Kontakt 26 mit Hilfe- eines Legierungsprozesses an die Zone 26 elektrisch angeschlossen wird. Durch den Legierungsprozeß wird eine Zone 32 aus p⁺-leitendem Material gebildet, die sich von der oberen Fläche der Zone 22 über die Zone 22 und vorzugsweise bis in einen Teil der Zone 16 erstreckt, ura einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Zone 16 und dem Kontakt 26 zu gewährleisten. Din pn-'übergnng 34 wird durch die sich entsprechenden Flächen der Zonen 32, 20 und 16 gebildet.

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⁵- BAD ORIGINAL

In der Figur 5 ist die StörstellenkQnzentratiQn in Abhängigkeit von der Schichtdicke für die Anordnungen der Piguren 3 und 4 dargestellt. Der Körper 10 zeigt eine konstante Störstellenkonzentration, die sich an jeder Oberfläche auf Grund der Y/irkung des die Zonen 16 und 1Ö bildenden Diffusionsprozesses verringert. Die Zone \8 hat ein Störstellenprofil, das eine auf eine maximale Oberflächenkonzentration von ungefähr 10 Atomen/cm'' anwachsende Störstellenkonzentration aufweist. Das Störstellenprofil der Zone 16 hat einen niedereren Maximalwert als die Zone 18 wegen der Wirkung des epitaktisohen Aufv/achsverfahrens für die Zone 18. Das Störstellenprofil der Zone 20 weist eine ungleichmäßige Störstellenkonzentration auf. Die Zone 22 hat ein StUrstellenprofil, das eine anwachsende Störstellenkonzentration der Zone 22 ausweist, wobei die Oberflächenkonzentration über 10 Atome/cm^ hinausgeht.

Während des normalen Betriebs des fertigen Körpers oder Anordnung 10 tritt der ZDlektronenfluß durch die Zone 16 ein und durch die Zone 18 aus. Die Zone 16 verzögert auf Grund ihrer anwachsenden Störstellenkonzentration den Hlektronenfluß durch die Zone 16 und in die Zone 10. Wenn der iSloktronenfluß umgekehrt ist, dann wird er auf ähnliche Weise durch die Zone 16 beschleunigt. Die sich daraus ergebende Anordnung vereinigt die beste Merkmale die durch einen gänzlich diffundierten Körper aus Halbleitermaterial und einem aus einer legierung diffundiertem Körper aus Halbleitermaterial(AD-Anordnung aus Halbleitermaterial) zu erlangen sind. Die Anordnung 10 hat eine Basisspannung von 2000 Volt, ein Wert der so groß sein kann wie bei einem ganz diffundierten Teil und der den Wert eines AD-Körpers übersteigt. Der Spannungsabfall V- in Durchlaßrichtung ist niedriger als bei einem AD-Körpor. Der Steuerstrom I der erfindungsgemäßen Anordnung !0 ist so niedrig wie der eines diffundierten Körpers,

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während der AD-Körper einen hohen Steuerstrom aufweist.,

d'V
Der zeitliche Spannungsabfall ^x beträgt außerdem: bei

der erfindungsgeraäßen Anordnung 10 5QQ Volt/Mikrosekunda* Dies entspricht dem hohen Viert einer diffundierten Anordnung. Dagegen ist der Wert von -vr™ bei einer AD-Anordnung niedriger. Die Abschaltzeit T „,,„ der Anordnung 10 ist

aus

kurz» wahrend sie bei einer AD-Anordnung einen mittleren Wert hat. Daraus kann ohne weiteres ersehen werden,,, daß die Anordnung 10 alle wünschenswerten Merkmale sowohl der diffundierten als auch der AD-Anox'dnung aufweist, aber keine ihrer Einschränkungen zeigt«

Die gewünschten Merkmale der erfindurtgsgeinäßen Anordnung 10 können auch mit Hilfe eines anderen Fertigungsverfahrens erzielt werden. In den Figuren 6 bis 11 ist ein Körper aus Halbleitermaterial, der nach anderen Verfahrensschritten als Thyristoranordnung 50 hergestellt ist, dargestellt.

In der Figur 6 umfaßt die Anordnung 50 einen Körper 52 aus η-leitendem Silicium, das durch herkömmliches Läppen und Polieren für den Diffusionsprözeß vorbereitet worden ist. Der spezifische Widerstand des Körpers 52 hängt von der an dem Thyristor in seinem Endgebrauch angelegten Spannung ab. Wenn zum Beispiel die Anordnung 50 eine Kennspannung von I500 V für ihren Dndgebrauch erfordert, beträgt der spezifische Widerstand des Körpers 52 ungefähr 50£icm. Der Körper 52 hat jeweils als Ober- und Unterseite zwei größere, einander gegenüberliegende Flächen 54 und 56.^

An dem Körper 52 wird gleichzeitig eine Doppeldiffusion » zur Bildung von Zonen 58 und 60 aus p⁺~ leitendem Halbleitermaterial durchgeführt. Die Zone 58 enthält die Oberseite 54 und die Zone 60 die Unterseite 56 des Körpers 52. In einer anderen Ausführungsform kann auch jede der Zonen 58 und 60 durch epitaktisches Aufwachsen von Halbleitermaterial in geeigneter Dotierung auf den entsprechenden

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3/t2Oe

BAD OH!G!MÄL

Flächen 54 und 56 gebildet werden. Jede der beiden Zonen 58 und 60 ist zwischen 50 und 100 /U dick und hat eine Oberflächenkonzentration von ungefähr 10 Atomen/cm . Vorzugsweise beträgt die Dicke der Zonen 58 und 60 nach der Fertigung 88 /u. Ein pn-Übergi- · 62' wird an der Fläche zwischen der Zone 58 und dem Körper 52 und ein pn-übergang 64 an der Fläche zwischen der Zone 60 und dem Körper 52 gebildet.

In der Figur 7 ist eine ungefähr 12 /u dicke Schicht der Zone 58 in einem geeigneten Apparat chemisch abgeätzt. Eine Zone 66 aus ρ -leibendem Halbleitermaterial wird auf die Oberfläche der restlichen Zone 58 aufgebracht. Die Zone 66 ist zwischen 2 und 5 /u dick. Die Zone 66 hat eine abgestufte Störstellenstruktur, wobei die Störstellenkonzentration gleichmäßig ansteigt bis die Konzentration an ihrer Oberfläche zwischen 8 χ 10 ^J und 10 Atome/cm"⁵ beträgt.

In der Figur 8 ist eine Zone 68 eines p-leitenden Halbleitermaterials epitaktiach auf der Zone 66 aufgewachsen. Die Zone 68 ist zwischen 2 und 10 -u dick, wobei das bevorzugte I.'aß 5 /U betrüg·.;. Der spezifische 'widerstand der Zone 68 soll vorzugsweise: 1 OjIcin nicht übersteigen. Jie Schicht 66 hat eine einheitlich abnehmende, abgestufte Störstellenkonzentration, die einu ubc-rflächonkonzentration von ungefähr 2,5 x 10 Atonen/cnr aufweist.

In der Fi^ur 9 ist eine Zone 70 αιιε η -leitendem Halbleiter material cy.itaktisch auf lie Zone Γβ aufgebracht. Dia Zone 70 ist zwischen 2 und 15 Ai, vorzugsweise 10 bis 15 -u dick Die Zone 70 hat eine zunehmende, abgestufte Störstcllonkonzentration, die für die Oberfläekenkonzentration einen über 10 ■ Atomen/cm'' liegenden \/ert erreicht.

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BAD OR|ßiN_AL

Die Zone 70 kann auch rait Hilfe eines Diffusionsprozesses gebildet v/erden. In diesem Fall ist die Dicke der vorhergehenden Zone 68 umso geeigneter, je mehr sie der Dicke der diffundierten Zone entspricht.

Durch die sich entsprechenden Flächen der Zonen '68 und 70 wird ein pn-übergang 72 gebildet.

In der Figur 10 sind elektrische Kontakte 74» 76, und 78 nach einer der beiden bereits für die Anordnung beschriebenen Methoden am Thyristor 50 angebracht. Unter Anwep^umg geeigneter Verfahren wie zum Beispiel des photolitographischen Verfahrens in Verbindung mit selektiver Ätzung wird je ein Teil der Zonen 58, 66, 68 und 70 entfernt, und .der elektrische Kontakt 76 wird direkt an der Zone 58 angebracht. Die anderen elektrischen Kontakte 74 und 78 werden an die entsprechenden Zonen 70 und 60 angebracht.

Y/ie aus der Figur 11 hervorgeht, ist der elektrische Kontakt 76 in einer anderen Ausführungsform durch eine mit Hilfe von so geeigneten Verfahren wie dem Legierungsverfahren gebildeten Zone 80 aus p-leitendem Material an die Zone 58 elektrisch angeschaltet. Die Zone 80 erstreckt s-ir-h durch die Zonen 70, 68, 66 bis in die Zone 58 hinein.

Die Störstellenkonzentration der orfindungsgemäße.n Anordnung 50 ist in der Figur 12 gegeigt. Das zusätzliche ρ'-leitende Halbleitergebiet der Zone 66 führt dazu, daß die Anordnung 50 eine andere elektrische Feldverteilung als. die Anordnung 10 hat. Die zusätzliche p⁺-Zone 66 beeinträchtigt die injizierte Ulektronenv/underung in der p⁺- leitendon Basis durch Diffusion.

Zinc weitere Ausführungsform des Körpers 10, durch die die für einen thyristor gewünschten Bctriebsjaerkmale erhielt worden, lot in den Figuren 13 bi,: 18 gezeigt, die

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einen Körper aus Halbleitermaterial darstellen, der zu einer Thyristoranordnung 100 gefertigt worden ist. In der Figur 13 umfaßt die Anordnung 100 einen Körper 102 aus η-leitendem Silicium, das für den epitaktischen Aufwachsprozeß durch normales läppen und Polieren vorbereitet worden ist. Der spezifische 'widerstand des Körpers 102 hängt von der an die Anordnung 100 angelegten Spannung und von seiner Verwendung ab. Der Körper 102 hat zwei größere, einander gegenübereinander liegende Flächen 104 und 106, die jeweils Ober- und "Unterseite bilden. Hine Zone 108 aus η -leitendem Halbleitermaterial wird auf die Unterseite 106 des Körpers 102 aufgebracht. Die Dicke und Störstellenkonzentration der Zone 108 hängen vom DndgebrEiuch des Körpers 102 ab. Zum Beispiel sollte die Zone 108 zwischen 2 und 10 /U dick sein und einen spezifischen Widerstand von 5 bis 70i'2cCrn bei einer liennspannung von 1800 Volt aufweisen. Die Zone 108 hat jedoch an der Ober-

15 fläche eine Störstellenkonzontration von weniger als 10 Atomen/cm"' und vorzugsweise von weniger als 10 Atomen/cm

In der Figur H ist eine Zone 110 aus η-leitendem Halbleitermaterial auf der Zone 108 epitaktisch aufgebracht. Die Dicke der Zone 110 reicht aus, um einen nachfolgenden Diffusionsprozeß zu ermöglichen und um eine restliche Zone zwischen 2 bis 10 /u Dicke bestehen zu lassen. Vorzugsweise ist die Zone 110 nach dem nachfolgenden Diffusionsprozeß 5 /U dick. Die Zone 110 weist vorzugweise an der

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Oberfläche eine Störstellenkonzentration von 10 Atomen/ cm'' nach dem nachfolgenden Diffus ions pro ze ß auf.

Die Aufgabe der Zonen 108 und 110 ist es, ein verzögerndes elektrisches Feld zu bilden, das heißt, sie bewirken eine verzögerte Wanderung der Löcher.

In eier Fi^ur 15- sind durch gleichzeitige Doppeldiffusion in dem erfindungsgemäßen Körper 102 p-leitende Halbleiter-PA 2i/',y:; 39 068 ■..-■■ -10-

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zonen 112 und 114 gebildet. Die Zonen 112 und 114 sind je 2 bis 3 /u dick und haben eine Störstellenkonzentration von ungefähr 10 Atomen/cm . Pn-'übergänge 116 und 118 werden an den Flächen zwischen sich entsprechenden Zonen 110 und 112, und 102 und 114 gebildet.

In der Figur 16 ist eine η-leitende Halbleiterzone 120 auf der Zone 114 mit Hilfe eines epitaktischen Aufwachsverfahrens oder eines Diffusionsverfahrens aufgebracht. Die Zone 120 hat auf der Oberfläche eine Störstellenkonzentration von über 10 Atomen/cm'' und eine Dicke von 10 bis 15 /U. Die sich entsprechenden Flächen der Zonen 118 und 120 bilden einen pn-übergang 122.

Slektrische Kontakte 124, 126 und 128 werden an die Zonen 112, 118 und 120 jeweils in der gleichen Yfeise eingebracht, wie es in den vorstehenden Ausführungen zu dieser Erfindung hinsichtlich der Anordnung beschrieben worden ist. Die Kontakte 124, 126 und 128 werden entweder direkt an die entsprechenden Zonen gemäß Abbildung 17 angebracht oder so wie in der Figur 18 dargestellt, wobei der elektrische Kontakt 126 sich in einer elektrisch leitenden Beziehung mit der Zone 114 über die Zono 130 aus η-leitendem HaIb-

) leitermaterial befindet. Die Zone 130 wird beispielsweise durch Legieren gebildet. Die Zone 130 erstreckt sich von der Oberseite der Zone 120 durch die Zone 120 hindurch und vorzugsweise bis in einen Teil der Zone 114 hinein.

Das Storstellenprof.il der fertigen Anordnung 100 ist in ' der Figur 19 dargestellt.

In der Figur 20 ist eine Halbleiteranordnung 150 dargestellt, die sich für eine Verwendung als Thyristor eignet, der alle wünschenswerten ZJigenschafton der Anordnung und der Halbleiteranordnung 50 zusammenfaßt.

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HU Ki/in» ,„/

)ie Anordnung 150 umfaßt einen Körper 152 aus n-leitendem ialbleitermaterial. Der spezifische V/iderstand und die Maße ies Körpers 152 hängen von der Nennspannung der Anordnung 150 im Endgebrauch ab. Der Körper 152 hat eine Oberseite 154 und eine Unterseite 156, die zwei größere,einander gegenüberliegende Flächen bilden. Eine Zone 158 aus n⁺- leitendem Halbleitermaterial wird auf die Unterseite 156 des Körpers 152 aufgebracht. Die Zone 158 hat die gleichen Maße und die gleichen elektrischen Eigenschaften wie die Zone 108 der Anordnung 100. Eine epitaktisch aufgewachsene Zone: 160 aus n-leitendem Halbleitermaterial ist auf der Zone 158 angeordnet. Die Zone 160 hat die gleichen Maße und die gleichen elektrischen Eigenschaften wie die Zone 110 der Anordnung 100. Die Zonen 108 und 110 bilden in der Anordnung 150 ein verzögerndos elektrisches Feld.

Eine Zone 162 aus p⁺-leitendem Halbleitermaterial wird auf der Zone 160 gebildet, wobei die Anschlußflächen der Zonen 160 und 162 einen pn-übergang 164 bilden. Die Maße und die elektrischen Eigenschaften der Zone 162 sind die gleichen wi" die der Zone 112 der Anordnung 100. Ein elektrischer Kontakt 166, der vorzugsweise auο Aluminium besteht, ist an die Zone 162 angebracht* Auf der Oberseite 154 des Körpers 152 ist eine Zone 168 aus p-leitendem Halbleitermaterial angeordnet. Die Zone 168 hat die gleichen Maße und die gleichen elektrischen Eigenschaften wie die Zone > 16 der erfindungsgemäßcn Anordnung 10, Die Zone 168 ist die Basiszone der Anordnung I50. Ein pn-"L'bergang 170 wird durch die Fläche zwischen den beiden Zonen 168 und 152 gebildet.

Eine epitaktisch aufgebrachte Zone 172 aus p-leitendem Halbleitermaterial ist auf der Zono 168 angeordnet. Die 1.1a.?.e und die elektrischen Eigenschaften der Zone 172 sind die gleichen wie die der Zone 20 dei* Aneignung 10. Dio Funktion

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^D oniGi_NAL

der Zone 172 ist es, den Slektronenfluß durch diesen Teil der Anordnung 150 während des normalen Betriebes zu bremsen und den Slektronenfluß in der Sperrichtung zu beschleunigen.

Sine Zone 174 aus n⁺-leitendem Halbleitermaterial ist auf der Zone 172 angeordnet.. Die Maße und die elektrischen Eigenschaften der Zone 172 sind die gleichen wie die der Zone 22 der Anordnung 10. 3in pn-übergang 176 wird von den sich entsprechenden Oberflächen der Zonen 172 und gebildet. Elektrische Kontakte 178 und 180 sind an den k entsprechenden Zonen 174 und 168 angebracht.

Das Störstellenprofil der Halbleiteranordnung 150 ist in der Figur 21 dargestellt.

In einer anderen AusfUhrungsform der Erfindung kann die Halbleiteranordnung 150 durch Anschluß eines elektrischen Kontaktes 180 an die Zone 168 mit Hilfe eines Legierungsverfahrens hergestellt werden, welches eine Zone 182 aus p⁺-leitendem Halbleitermaterial bildet, die sich durch die Zone 174, die Zone 172 und teilweise bis in Zone erstreckt. Hin pn-übergang 184 wird durch die Fläche zwischen der Zone 182 und den Zonen. 168 und 172 gebildet. w Der sich daraus ergetßide Aufbau der Halbleiteranordnung 130, der eine Variante zur Anordnung 150 darstellt, ist in Figur 22 gezeigt. Das Stürstellenprofil der Halbleiteranordnung 180 ist das gleiche wie das der Anordnung 150 und ist in Figur 21 dargestellt.

Eine weitere Ausführungsforia der Erfindung für eine Thyristor geeignete Halbleiteranordnung liegt vor, wenn die günstigen Merkmale der Anordnungen 50 und 100 zusammengefaßt werden. In der Figur ?Z ist eine Halbleiteranordnung 200 dargestellt, dio die- günstigen Merkmale der Halbloitornncrämmg'in >υ und 1CG urrin

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BAD ORfQ[NAL

Die Anordnung 200 umfaßt einen Körper 202 aus n-leitendem Halbleitermaterial. Der spezifische Widerstand und die Maße des Körpers 202 hängen vom Endgebrauch der Anordnung 200 ab. Der Körper 202 hat eine Oberseite 204 und eine Unterseite 206, bei denen es sich um 2V/ei größere, einander gegenüberliegende Flächen handelt. Eine Zone 208 aus n⁺- leitendem Halbleitermaterial ist auf der Unterseite 206 des Körpers 202 angeordnet. Die Zone 208 hat die gleichen Maße und elektrischen Higenschaften wie die Zone 108 der Anordnung 100. Eine epitaktisch aufgebrachte Zone 210 aus η-leitendem Halbleitermaterial ist auf die Zone 208 aufgebracht. Die Zone 210 hat die gleichen Maße und die gleichen elektrischen Eigenschaften wie die Zone 110 der Anordnung 100. Die Zonen 208 und 210 bilden ein verzögerndes elektrisches Feld in der Anordnung 200. Eine Zone 212 aus ρ -leitendem Halbleitermaterial ist auf der Zone 210 angebracht, wobei die Anschlußflächen der Zonen 208 und 210 einen pn-übergang 214 bilden. Die Maße und die elektrischen Eigenschaften der Zone 162 sind die gleichen wie die der Zone 112 der Anordnung 100. Ein elektrischer Kontakt 216, der vorzugsweise aus Aluminium besteht, ist an der Zone 212 angebracht.

Eine epitaktisch aufgewachsene oder über die Oberseite 204 in den Körper 202 diffundierte Zone 218 aus ρ -leitendem Halbleitermaterial bildet einen pn-übergang 220 an der Anschlußflächender Zone 218 und des Körpers 202* Die Zone 218 hat die gleichen Maße, die gleichen elektrischen Eigenschaften und das gleiche Störstellenprofil wie die Zone 58 der Anordnung 50.

Eino aus opitaktisch aufgewachsenem p⁺-leitendem Halbleitermaterial besthendo Zone 222 ist auf der Zone 218 angeordnet. Die Zone 222 hat die gleichen Maße, die gleichen elektrischen Eigenschaften und das gleiche Störstollenprofil wie die Zone 66 dor Anordnung 50.

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Auf der Zone 222 ist eine epitaktisch aufgewachsene Zone 224 aus einem p~-leitendem Halbleitermaterial angeordnet. Die Zone 224 hat die gleichen Maße, die gleichen elektrischen Eigenschaften und das gleiche Sti-örstellenprofil wie die Zone 68 der Anordnung 50.

Die beiden epitaktisch aufgewachsenen Zonen 222 und 224 verzügern während des Betriebes den Elektronenfluß in diesem Teil der Anordnung 200. Auf der Zone 224 ist eine Zone 226 aus einem η -leitendem Halbleitermaterial angeordnet. Die sich entsprechenden Oberflächen der Zonen 224 und 226 bilden einen pn-übergang 228. Die Zone 226 hat die gleichen Maße, die gleichen elektrischen Bigenschaften und das gleiche Störstellenprofil wie die Zone 70 der Anordnung 50. Elektrische Kontakte 230 und 232, die vorzugsweise aus Aluminium bestehen, sind jeweils direkt auf den Zonen 222 und 226 angebracht.

. In der Figur 24 ist eine erfindungsgemäße Halbleiteranordnung 250 dargestellt, die einen anderen Aufbau als die Anordnung 200 hat. Alle Merkmale sind die gleichen, außer daß der elektrische Kontakt 230 sich durch die Zonen 226 und 224 bis in die Zone 222 erstreckt. Die Zone 234

ι wurde« durch Legieren gebildet.

Das StorStellenprofil für jede der Anordnungen 200 und 250 ist das gleiche wie das in Figur 25 gezeigte.

Die nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Halbleiterbauelemente vereinigen die bevorzugten Eigenschaften ι der Diffusions- und der Legierungsthyristoren in zufriedenstellender ^T.7eise. Darüberhinaus haben die angev/endeten Fertigungavorfahren den Ausschuß pro Fertigungsgang beträchtlich verringert.

15 Patentansprüche
25 Figuren

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ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

_;- 1.)) Halbleitervierschichttriode mit vier Halbleiterzonen ^—' abwechselnden Leitungstyps, wobei sich zwischen den Halbleiterzonen pn-Übergänge befinden und wobei die Halbleiterzonen in einer Reihe eine erste Emitterzone, eine erste Basiszone, eine zv/eite Basiszone und eine zweite Emitterzone umfassen, und wobei an der ersten Emitterzone, der ersten Basiszone und der zweiten Emitterzone Ohm'sche Kontakte angeordnet sind, dadurch ge-kennzeichne t,daß mindestens idne Basiszone eine Dotierung aufweist derart₉ daß diese Dotierung auf Minoritätsladungsträger in Durchlaßrichtungzur benachbarten Emitterzone bremsend wirkt.
2.) Halbleitervierschichttriode nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung in einer der beiden Basiszonen aus einer ersten Störstellenkonzentration in einem ersten Teil nahe einem Übergang zu einer der benachbarten Zjinitturzonen und aus einer zweiten Störstellenkonzentration, die mindestens um eine Größenordnung größer ist als die erste Störstellenkonzentration, in einem zweiten Teil der von dem "übergang entfernt ist, gebildet ist.
3·) Halbleitervierschichttriode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da.:; die Dotierung in -iner der beiden Basiszonen aus einer dritten 3türstell<jnkom:<mtr;.tticn gebildet ist, ui^fin einen (übten '2o\l zwischen dom ersten und α err. eweiton Teil angeordnet iüi , und da:; die otürsteilenkonr; .-υtraticn dec dritten 7ci3.s uni nindes^ons oinr-Grc.'oii^ivlnuut" gr'J. or let aii-s die otürotcllenlcon^untratici; des ersten \nv\ δ.ην zweiten -Xuila.

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4.) Halbleitervierschichttriode nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Dotierung in der anderen der beiden Basiszonen aus einer ersten Störstellenkonzentration in einem ersten Teil nahe einem "übergang zu einer der benachbarten Emitterzonen und aus einer zweiten Störstellenkonzentration, die mindestens um eine Größenordnung größer ist als die erste Störstellenkonzßntration in einem 'zweiten Teil, der von dem.Übergang entfernt ist, gebildet ist.
5.) Halbleitervierschichttriode nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch gekennzeichnet, daß die erste Emitterzone eine Oberflächenkonzen-

-iq . ■=; tration, die größer als 10 ^Atome/cm ist, und eine Dicke zwischen 5 und 20 /u aufweist, daß in mindestens

/
einem Basisbereich, der die erste Basiszone umfaßt,

der erste Teil eine Oberflächenkonzentration von

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etwa 2,5 x 10 Atomen/cm , einen spezifischen Widerstand von weniger als 12i./Lcm, und eine Dicke zwischen und 10 /U aufweist, und daß der zweite Teil eine Oberflachenkonzentration von ungefähr 10 Atomen/cm'' und eine Dicke zwischen 50 und 88 M aufweist.
6.) Halbleitervierschichttriode nach Anspruch 5_f d a durch gekennzeichnet, daß die Dicke der ersten Emitterzone zwischen 10 und 12 /U beträgt, daß der spezifische Widerstand des ersten Teils der ersten Basiszone nicht größer als 10Λοηι ist, daß die Dicke des ersten Teils der ersten Basiszone 5 /α beträgt, und daß der spezifische Widerstand der zweiten Basiszone 12O.i)_;cin beträgt.

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7.) Halbleitervierschichttriode nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erute Emitterzone eine Oberflächenkonzen-

19 /3 tration, die größer als 10 Atome/cm ist, und eine Dicke zwiahen 2 und 15 /u aufweist, daß in mindestens einem Basisbereich, der die erster- Basiszone umfaßt, der erste Teil eine Oberflächenkonzentration von ungefähr 2,5 x 10 Atomen/cm , einen spezifischen Widerstand, der nicht größer ist als 10Jicm, und eine Dicke zwischen 2 und 10 /u aufweist, daß der zweite Teil der ersten Basiszone eine Oberflächenkonzentration von ungefähr 10- Atomen/cm und eine Dicke zwischen 50 und 88 /u aufweist, daß der dritte Teil der ersten Basiszone eine Oberflächenkonzen-

15 19 /3 tration vom 8 χ 10 bis 10 Atomen/cm" und eine Dicke zwischen 2 und 5 /U aufweist, und daß die zweite Emitterzone eine Oberflächenkonzentration von ungefähr 10 Atomen/cm^ und eine Dicke zwischen 50 und 88 /u hat.
8.) Halbleitervierschichttriode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der ersten Emitterzone zwischen 10 und 15 /u beträgt, daß der erste Teil der ersten Basiszone eine Dicke von 5 Ai hat, daß der zweite Teil der ersten Basiszone eine Dicke von 88 ai hat, und daß die zweite Emitterzone eine Dicke von 88 /u hat.
9·) Halbleitervierschichttriode nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenkonzentration der ersten Emitter-

19 3
zone größer als 10 ^y Atome/cm ist und die Dicke

der ersten Emitterzone zwischen 10 und 15 /u beträgt, daß die erste Basiszone eine Oberflächenkonzentratioii von ungefähr 10 ^ö Atomen/cm^ und eine Dicke zwischen 50 und 75 /U aufweist, daß in mindestens einem Basis-PA 21 AS 39 068 ' - 18 -

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bereich, der die zweite Basiszone umfaßt, ein erster

■ Λ 3 Teil eine Oberflächenkohzentration von ungefähr 10 Atomen/cm^ und eine Dicke zwischen 2 und 10 /u aufweist, wobei,der dritte Teil eine Oberflächenkonzentration von weniger als 10 Atomen/cn⁹ hat, und daß die zweite Emitterzone eine Oberflächenkonzentration von ungefähr 10 Atomen/cm^ und eine Dicke zwischen 50 und 75 /u aufweist.
10.) Halbleitervierschichttriode nach Anspruch 9j d adurch ge k e η η ζ ei c h η e t, daß der erste Teil der zweiten Basiszone 5 /U dick ist und daß die übe.rflächenkonzentration des dritten Teils der zweiten Basiszone geringer als 10 Atome/cm^ ist.
11.) Halbleitervierschichttriode nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Oberflächenkonzentration der ersten Emitterzone großer als 10 ^J Atome/cm'' ist, daß die Dicke der ersten Emitterzone zwischen 5 und 20 /u beträgt, daß in mindestens einem Basisbereich, der die zweite Basiszone umfaßt, der erste Teil eine Oberflächen-

"IV "Z

konzentration von ungefähr 10 ^J Atomen/cm und eine Dicke zwischen 2 und 10 /u aufweist, daß der dritte Teil der zweiten Basiszone eine Oberlfächenkonzentra-

15 -3 '

tion von weniger als 10 Atomen/cm aufweist, daß der erste teil der ersten Basiszone eine Oberflächenkonzentration von ungefähr 2,5 x 10 ^Atomen/crn^, einen spezifischen Widerstand von weniger als ..12.n.e-m,.-und eine Dicke zwischen 2 und 10 ^u aufweist;, wobei der zweite Teil der ersten Basiszone eine Oberflächenkonzentration von ungefähr 10 Atomen/crn^ und eine, Dicke zwischen 50 und 75 -u hat, und daß die .zweite Emitterzone eine Oberflächenkonzentration von ungefähr 10 At Om₁

aufweist.

■ι ρ

10 Atomen/cm"' und eine Dicke zwischen 50 und 75 /U

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12.) Halbleitervierschichttriode nach Anspruch 11, d adurch gekennzeichnet, daß die Dicke der ersten Emitterzone zwischen 10 und 12 ,x\ beträgt, daß der erste Teil der zweiten Basiszone eine Dicke von 5 /u aufweist, und daß der erste Teil der ersten Basiszone einen spezifischen Voiderstand von weniger als lOJLcm hat.
13.) Halbleitervierschichttriode nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Emitterzone eine Oberflächenkonzentration, die größer als 10 Alome/cm"' ist, und eine Dicke zwischen 2 und 15 /U aufweist, daß der erste Teil der ersten Basiszone eine OberflächenkonzentratioTi von ungefähr 2,5 χ 10 Atomon/cm^, einen spezifischen Widerstand, der nicht größer als lOjflcm ist, und eine Dicke zwischen 2 und 10 /U aufweist, daß der zweite Teil der ersten Basiszone eine Oberflächenkonzentration von ungefähr 10 . Atomen/cm' und eine Dicke zwischen 50 und 75 Ai aufweist, daf; der dritte Teil der ersten Basiszone eine Oberflächenkonzentration von 8 χ 10 bio 10 Atomen/cm"* und eine Dicke zwischen 2 und 5

13

/U aufweist, daß der erste Teil der zweiten Basiszone eine Oberfl&chenkonzentration von ungefähr 10 Atomen/cm"* und eine Dicke zwischen 2 und 10 /U aufweist, daß der dritte Teil der zweiten Basiszone eine

15 Oberflächenkonzentration hat, die geringer als 10 Atome/cm'' ist, und dai: die zweite Zümitterzone eine Oberflächenkonzentration von ungefähr 10 Atomen/ein^¹ und eine Dicke zwischen 50 und 75 .«u aufweist.
14.) Halbleitervierschichttriode nach Anspruch 13, d adurch gekennzeichnet, daß die erste Emitterzone eine Dicke von 1C bis 15 Ax hat, daß der erste Teil der ersten Basiszone eine Dicke von 5 /U hat, dalB der zweite Teil der ersten Basiszone eine Dicke von 88 -u hat, da:£ der erste Teil der zweiten

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Basiszone eine Dicke von 5 /U hat, und daß der dritte Teil der zweiten Basiszone eine Oberflächenkonzentration von weniger als 10 ' Atomen/cm aufweist.

15·) Halbleitervierschichttriodenach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Basiszone je eine epitaktiahe Schicht aus Halbleitermaterial umfassen.

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