DE2712114C2 - Schaltbare Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Schaltbare Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
1) ein Thyristor gebildet wird,
2) man die Durchbruchsspannung des Thyristors bestimmt,
3) von dem Stem.rbereic.i des Thyristors bis wenigstens in den Verarmungsbereich des Thyristors hinein
Materia! entfern, wird,
4) man die Durchbruchsspv .mung des Thyristors mißt und
5) die Stufen 3) und 4) wiederholt, bis die in Stufe 4) erhaltene Durchbruchsspannung kleiner ist als die in
Stufe 2) bestimmte Durchbruchsspannung.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe 3) das Materia1 von dem Steuerbereich
durch Ätzen entfernt
Die Erfindung betrifft eine schaltbare Halbleitervorrichtung mit einer ringförmigen Schicht eines gegebenen
Leitungstyps die über einem Abschnitt einer Schicht entgegengesetzten Leitungstyps liegt und einen Teil des
den Hauptstrom führenden Bereichs der Vorrichtung bildet, der eine erste Durchbruchsspannung aufweist,
einem Pilotbereich, der eine ringförmige Schicht des gegebenen Leitungstyps aufweist, die über einem anderen Abschnitt der Schicht entgegengesetzten Leitungstyps und innerhalb der Ringkonfiguration des den Hauptstrom führenden Bereichs liegt, wobei der Pilotbereich jinen Teil eines einen Pilotstrom führenden Abschnittes der Vorrichtung bildet, und
einem Pilotbereich, der eine ringförmige Schicht des gegebenen Leitungstyps aufweist, die über einem anderen Abschnitt der Schicht entgegengesetzten Leitungstyps und innerhalb der Ringkonfiguration des den Hauptstrom führenden Bereichs liegt, wobei der Pilotbereich jinen Teil eines einen Pilotstrom führenden Abschnittes der Vorrichtung bildet, und
einem Steuerbereich mit der zweiten Durchbruchsspannung, der sich innerhalb der Ringkonfiguration des
Pilotbereiches befindet und eine Vertiefung in der Schicht entgegengesetzten Leitungstyps aufweist
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Halbleitervorrichtung.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Halbleitervorrichtung.
Eine schaltbare Halbleitervorrichtung der vorgenannten Art ist in der DE-OS 24 08 079 beschrieben. Der
dortigen Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen mit Licht schaltbaren Thyristor so auszubilden, daß er auch
durch weniger aufwendige Lichtquellen gezündet wird, ohne daß der äußere Schaltungsaufwand unerwünscht
hoch ist. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 der DE-OS 24 08 079 wird diese Aufgabe dadurch
gelöst, daß der Thyristor auf mindestens einer Stirnfläche ein Gebiet aufweist, in welchem die bei der Polung in
Schaltrichtung vor dem Schalten entstehende Sperrschicht bzw. "..aumladungszone an die Oberfläche treten
kann und dieses Gebiet mit dem das Sehalten bewirkenden Lichtbündel beaufschlagbar ist
Der Vorteil dieser Maßnahme soll es sein, daß gewöhnliches Licht mit sehr geringer Eindringtiefe, beispielsweise
sichtbares Licht von Blitzlampen, zur Zündung des Thyristors verwendet werden kann. Eine Ausführungsform der Lösung nach der DE-OS 24 08 079 besteht in einer Kerbe in der p-Basiszone. Doch dient diese Kerbe
ausschließlich der Verringerung des Abstandes zur mit einer gestrichelten Linie X beginnenden Raumladungszonc.
Eine Erkenntnis hinsichtlich des Schutzes des Elementes gegen einen Lawinendurchbruch durch Ausbilden
der Kerbe in der Weise, daß die Durchbruchsspannung in diesem Bereich unter die Durchbruchsspannung des
den Hauptstrom führenden Bereiches abgesenkt wird, läßt sich der DEOS 24 08 079 nicht entnehmen.
Außerdem ist die Herstellung der Kerbe mit Schwierigkeiten verbunden, so daß statt dessen eine andere
Ausfühningsform bervorzugt ist, bei der die anodenseitige η-Basiszone in einem schmalen Kanal bis an die
Oberfläche im Bereich der Kathode geführt ist
Es ist bei schaltbaren Halbleitervorrichtungen ein Problem gewesen, daß, wenn sie Überspannungen ausgesetzt
sind, ein Durchbrach in unvorhersehbarer Weise in verschiedenen Abschnitten der Vorrichtung auftritt. In
Abhängkeit von den örtlichen Eigenschaften einer solchen Vorrichtung kann sich die maximale Durchbruchsspannung
wesentlich und in unvorhersehbarer Weise über die Vorrichtung ändern. Es ist deshalb schwierig,
vorauszusagen, wo der Durchbruch auftreten wird, und die Vorrichtung vor den dadurch bedingten ungesteuerten
Einschaltungen zu schützen. Es sind bereits viele Verfahren vorgeschlagen worden, um die Durchbruchsspannung
einer Vorrichtung zu vergrößern, beispielsweise indem die Ränder der Vorrichtung abgeschrägt
werden, um die elektrischen Feldintensitäten am Rand zu vermindern. Eine Passivierung der Randübergänge ist
ein weiteres Verfahren zum Senken der elektrischen Felder an diesen Übergängen. Diese Techniken sorgen
zwar für Vorrichtungen mit einer erhöhten Lawinendurchbruchs-Nennspannung, liefern aber keinen Schutz für
die Vorrichtung, falls di« größte Durchbruchsspannung überschritten wird.
Weiterhin sind externe Schaltungsanordnungen mit Durchbruchsspannungen zwischen die Anode und die
Steuerelektrode der scha?tbaren Vorrichtungen geschaltet die geringer als die höchste Durchbruchsspannung
der Vorrichtung waren. Diese Schutzart führt zu einer schaltbaren Vorrichtung, die einschaltet, wenn sie einer
über diejenige Spannung hinaus gehende Spannung ausgesetzt wird, die anderenfalls einen zerstörenden Lawinendurchbruch
bewirken würde. Zwar sind externe Schaltungsanordnungen dieser Art als wirksam bekannt
aber sie verschlechtern die schaltbare Vorrichtung sowohl im Hinblick auf die wirtschaftlichen Kosten als auch
auf die Komplexität
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte schaltbare Halbleitervorrichtung
dahingehend auszubilden, daß die Vorrichtung in einfacher und wirksamer Weise gegen Lawinendurchbruch
geschützt ist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Steuerbereich eine Elektrode einschließt die
die Schicht entgegengesetzten Leitungstyps kontaktiert und daß s'^h die Vertiefung so weit in die Verarmungszone, die mit einem pn-übergang zwischen der Schicht entgegengesetzten Leitungstyps und einer darunter
liegenden Schicht des gegebenen Leitungstyps verbunden ist hinein erstreckt daß die zweite Durchbruchsspannung
unter die erste Durchbruchsspannung gesenkt ist
Durch die Erfindung wird somit eine schaltbare Halbleitervorrichtung geschaffen, die einen steuerbaren
eingeätzten Bereich im Steuerelektrodenbereich der Vorrichtung mit einer vorbestimmten Durchbruchsspannung
aufweist die geringer als die Durchbruchsspannung der übrigen Vorrichtung ist Auf diese Weise tritt ein
Durchbruch in einer vorhersagbaren Weise in einem Steuerelektrodenbereich der Vorrichtung auf, wodurch die
Vorrichtung in gesteuerter Weise eingeschaltet und nicht mit möglicherweise katastrophalen Folgen zerstört
wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen schaltbaren Halbleitervorrichtung sowie ein Verfahren
zum Herstellen einer solchen Vorrichtung finden sich in den Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung erläutert Im einzelnen zeigt
F i g. 1 eine Schnittansicht einer schaltbaren Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung
F i g. 2 eine Schnittansicht einer schaltbaren Halbleitervorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung und
F i g. 3 eine Schnittansicht einer schaltbaren Halbleitervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
In F i g. 1 ist eine schaltbare Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
Ein Thyristor, der insgesamt mit 10 bezeichnet ist ist mit einem leitfähigen elektrischen Kontakt 12 versehen, der
in einem ohm'schen Kontakt mit der Oberfläche 14 der Anodenschicht 16 der Halbleitervorrichtung steht. In
diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Anodenschicht 16 aus einem p-Ieitenden Halbleitermaterial.
Wenn auch eine p-leitende Anode beschrieben wird, so wäre auch ein Ausführungsbeispiel mit entgegengesetzten
Leitungstypen ;nöglich. Eine η-leitende erste Basisschicht 18 liegt über der Anode 16 und bildet dazwisehen
einen ersten pn-übergang. Eine p-leitende Basisschicht 20 liegt über der η-leitenden Basisschicht 18 und
bildet da7wischen einen zweiten pn-übergang. Eine η-leitende Emitterschicht 22 liegt über einem Teil der
p-leitcnden Basisschicht 20 und weist eine ringförmige Konfigration auf. Ein zweite>
η-leitender Bereich 24 liegt ebenfalls über der p-Ieitenden Basisschicht 20 und bildet in Verbindung mit Metallisierungen 26 einen bekannten
Pilottransistor. Über dem n-Ieitenden Emitter 22 liegen Kathoden-Metallisierungen 28. Eine Steuerelektrodep-Metallisierung
30, die ebenfalls eine Ringform hat liegt auch über dem p-leitenden Basisbereich 20 und innerhalb
des Pilottransistorbereiches 32, der innerhalb des Hauptemitterbereiches 34 liegt. Die Elektrode 30 ist zum
Triggern der steuerbaren Silizium-Halbleitervorrichtung mit einer Steuersignalquelle verbindbar. Der eingeätzte
Bereich 36 liegt im Innern des Piiottransistorbereiches 32. Somit wird deutlich, daß bei Anlegen eines
elektrischen Potentials an die Vorrichtung 10 ein Verarmungsbereich in der Nähe des pn-Überganges zwischen
den Schichten 18 und 20 gebildet wird. Das Ausmaß der Verarmungszone ist abhängig von der Größe des an die
Vorrichtung angelegten Potentials und von den jeweiligen Störsteilehkonzentrationen der Schichten. Der
eingeätzte Bereich 36 ist genügend tief, damit er sich bis in die Verarmungszone erstreckt. Die Ausdehnung der
Verarmungszone in F i g. 1 ist durch gestrichelte Linien 38 und 40 dargestellt.
Zur Beschreibung des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ist dus Bereich 36 als ein »eingeätzter
Bereich« gekennzeichnet Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der Bereich 36 nicht notwendigerweise durch
Ätzen gebildet werden muß, sondern daß auch irgendein anderes bekanntes Verfahren zum Bilden von Vertiefungen
in Halbleitervorrichtungen verwendet werden kann. So kann der eingeätzte Bereich 36 beispielsweise
durch Bohren oder durch Sandstrahlen gebildet werden, solange eine ausreichende Präzision der Tiefe eingehalten
werden kann.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Bereich 36 durch Ätzen gebildet, da hierbei
eine große Genauigkeit erzielt werden kann. Es kann wünschenswert sein, den eingeätzten Bereich 36 entweder
zur Zeit der Herstellung der Vorrichtung oder alternativ nach Abschluß anderer Fertigungsschritte zu bilden. Es
kann vorteilhaft sein, bei der Verwirklichung einer Vorrichtung gemäß F i g. 1 den eingeätzten Bereich 36 zu
schaffen, nachdem die Durchbruchscharakteristiken des Thyristors ermittelt worden sind. Beispielsweise sei
angenommen, daß eine mit der Vorrichtung 10 im wesentlichen identische Halbleitervorrichtung hergestellt
wird, und daß nur der eingeätzte Bereich 36 noch fehlt. Weiterhin sei angenommen, daß die Lawinendurchbruchsspannung
der Vorrichtung beispielsweise mit 3600 Volt ermittelt wurde. Es ist deshalb notwendig, eine
Ätzung mit ausreichender Tiefe zu schaffen derart, daß die Durchbruchsspannung im Bereich der Ätzung kleiner
als 3600 Volt ist. Auf diese Weise kann das Verhalten der Vorrichtung vorhergesagt werden, wenn sie einer
Spannung von mehr als beispielsweise 3500 Volt ausgesetzt wird. Ein Stromfluß wird dann zunächst im Bereich
nahe an dem eingeätzten Bereich 36 auftreten. Der Strom wird unterhalb des Pilotthyristorbereiches 32 fließen,
wodurch dieser eingeschaltet wird, was wiederum eine Einschaltung des Halbleiterbereiches 34 bewirken wird.
Es sei betont, daß die Vorrichtung gemäß F i g. 1 keine höhere Durchbruchsspannung haben wird als bekannte
Vorrichtungen, sie kann aber nicht durch Anlegen von Spannungen beschädigt oder zerstört werden, die höher
als die Durchbruchsspannung sind. Somit wird deutlich, daß eine Vorrichtung dieser Art besonders nützlich bei
Anwendungen ist. be· de«pn Rpihenorrinungen von Thyristoren verwendet werden, um Spannungen zu steuern.
die größer als die Durchbruchsspannungen der einzelnen Vorrichtungen sind. Es ist häufig ein Problem, daß ein
bestimmter Thyristor in einer Reihenanordnung der oben beschriebenen Art aus dem einen oder anderen Grund
nicht durchschaltet, obwohl ein Einschaltsignal an seine Steuerelektrode angelegt wird. Unter der Annahme, daß
alle anderen Thyristoren in der Reihenschaltung bei den angelegten Steuersignalen durchschalten, wird der
nicht-einschaltende Thyristor Spannungen ausgesetzt, die die Durchbruchsspannung der Vorrichtung überschreiten
können. Es ist deshalb wünschenswert, daß die nicht-einschaltende Vorrichtung vor einer Zerstörung
aufgrund eines Lawinendurchbruchs und der anschließenden ungesteuerten Einschaltung geschützt wird.
Die Vorrichtung gemäß F i g. 1 wird unter den oben beschriebenen Umständen durchschalten und ist deshalb
selbstschützend.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 2 dargestellt. Mit gleichen Bezugszahlen versehene
Elemente wie in F i g. 1 üben gleiche Funktionen aus. Es sei bemerkt, daß die Vorrichtung gemäß F i g. 2 im
wesentlichen identisch ist mit derjenigen gemäß F i g. 1, abgesehen von der Anordnung des eingeätzten Bereiches
und der Steuerelektrode. F i g. 2 stelh ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, bei dem die Steuerelektrode
42 den Bereich des eingeätzten Bereiches 44 nicht einschließt. Es sei hervorgehoben, daß der eingeätzte
Bereich bei verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung insgesamt, teilweise oder überhaupt nicht
innerhalb der Steuerelektrode der Vorrichtung liegen kann. Es wird zur Zeit jedoch bevorzugt, daß der eingeätzte
Bereich innerhalb des Steuerbereiches liegt, so daß die Vorrichtung bei einer Einschaltung durch das Anlegen
einer überhöhten Spannung in einer gleichförmigen Weise durchschaltet Unter Bezugnahme auf Fig.2 ist
ersichtlich, daß das Anordnen der Steuerelektrode und des eingeätzten Bereiches in der dargestellten Weise for
eine anfängliche Durchschaltung des Pilotthyristorbereiches in einem relativ kleineren Bereich sorgt, als es für
die Struktur gemäß F i g. 1 der Fall wäre. In ähnlicher Weise kann das Anordnen der Steuerelektrode 42 an
anderer Stelle als der Mitte des Pilotthyristors 32 den gleichen Effekt haben. Dies kann in einigen Fällen
wünschenswert sein, da die Empfindlichkeit des Steuerbereiches gegenüber einer Einschaltung durch an die
Steuerelektrode angelegte Signale oder gegenüber einer Einschaltung durch Lawinendurchbruchsströme getrennt
bestimmbar ist.
F i g. 3 zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, das dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
ähnlich ist Wiederum bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente in der Zeichnung. F i g. 3
unterscheidet sich dahingehend von F i g. 1, daß ein Passivierungsmaterial über dem eingeätzten Bereich 36 und
dem Steuerbereich der Vorrichtung liegt Die Passivierungsschicht 46 hat eine doppelte Funktion. Es ist häufig
wünschenswert. Thyristoren zu schaffen, die durch Strahlung triggerbar sein sollen. Demzufolge stellt F i g. 3
so einen lichtempfindlichen Thyristor dar. Die Passivierungsschicht 46 kann zweckmäßigerweise aus einem anti-reflektierenden
Material hergestellt sein, um die Lichtzündungscharakteristiken der Vorrichtung zu verstagen.
Antireflexionsmatcrialien sind bekannt und üblicherweise Dielektrika. Es wird deshalb deutlich, daß die Charakteristiken
des eingeätzten Bereiches durch die Hinzufügung des dielektrischen Passivierungsmaterials leicht
verändert werden. Es wurde gefunden, daß der Zusatz der Passivierungsschicht 46 die Stärke des elektrischen
Feldes verkleinert, das durch eine bestimmte Spannung im Bereich des eingeätzten Bereiches erzeugt wird. Um
also eine Vorrichtung mit ähnlichen selbstschützenden Charakteristiken zu schaffen, muß der eingeätzte Bereich
36 etwas weiter in den Verarmungsbereich der Vorrichtung hinein verlängert werden.
Der lichtempfindliche Bereich der Vorrichtung 10 in Fi g. 3, der der Ringbereich zwischen dem eingeätzten
Bereich und dem Innenrand des Leistungsthyristorbereiches 32 ist, kann von der in F i g. 3 gezeigten Dicke etwas
abweichen. Bekanntlich ist es häufig wünschenswert, die Dicke der p-leitenden Basisschicht 20 zu vermindern,
um eine wirksamere durch Strahlung triggerbare Erzeugung von Ladungsträgern in dem Bereich des Überganges
zwischen den Schichten 18 und 20 zu schaffen.
Die folgende Tabelle stellt die Relation zwischen der Ätztiefe, dem Lawinenmultiplikationsfaktor und der
maximalen elektrischen Feldintensität für einen Thyristor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
Ätztiefe Lawinenmultipli- Max. elektr. Feldstärke Angelegte
(0,025 mm) kationsfaktor »Λ/« (V/cm) Spannung
Geätzter Bereich als
blankes Silizium gelassen
blankes Silizium gelassen
Geätzter Bereich mit
Passivierungsmittel gefüllt
Passivierungsmittel gefüllt
2,2 2,4 2,6 2,8
2,4 2,6 2,8 3,0
11,09
1.67 XlO5
1,74 XlO5
1,98 XlO5
2,09 XlO5
1,74 XlO5
1,98 XlO5
2,09 XlO5
1.68 XlO5
1,72 XlO5
1,76 xlO5
1,81 χ 105
1,72 XlO5
1,76 xlO5
1,81 χ 105
3500
3500
3500
3500
3500
3500
3500
3500
3500
3500
3500
3500
3500
3500
Die die vorgenannten Ergebnisse liefernde Vorrichtung zeichnet sich durch eine Störstellenkonzentration in
der η-leitenden Basisschicht von 3 χ 1013CiTi-3 aus, was eine übliche Größe für η-leitende Basisschichten und
Hochspannungs-Thyristoren der in Rede stehenden Art ist. Die p-leit.sr.de Basisschicht wird durch Abschleifen
der oberen 0,075 mm einer 0,175 mm dicken Diffusionsschicht gebildet Die Verarmungsbreite der p-leitenden
Basisschicht beträgt 0,048 mm bei 3500 Volt. Aus der obenstehenden Tabelle wird deutlich, daß bei steigender
Ätztiefe in beiden Fällen der Lawinenmultiplikationsfaktor ebenfalls zunimmt. Wo der Ätzbereich nicht passiviert
ist, nimmt der Lawinenmulfiplikationsfaktor bei 3500 Volt bis unendlich zu bei einer Ätztiefe von 0,071 mm.
Dies macht deutlich, daß eine Ätztiefe von 0,071 mm ausreicht, um sicherzustellen, daß die Vorrichtung bei 3500
Volt zündet bzw. durchschaltet Nimmt man beispielsweise an, daß die maximale Durchbruchsspannung der
Vorrichtung ohne die Ätzung 3600 Volt ist, so ist ersichtlich, daß die Vorrichtung selbst-schützend ist. Die
Tabelle stellt auch die Wirkung der Passivierung auf den Lawinenmultiplikationsfaktor dar. Mit der Passivierung,
deren Dielektrizitätskonstante (er) 8 ist, sind die Lawinenmultiplikationsfaktoren für gleiche Ätztiefe
wesentlich vermindert Es wird deutlich, daß bei einer Ätztiefe von 0,075 mm ein Lawinenmultiplikationsfaktor
erreicht wird, der für eine sichere Zündung bei 3500 Volt ausreicht
Die erforderliche Ätztiefe für eine gegebene Durchbruchsspannung in dem Steuerbereich der Vorrichtung
kann zwar berechnet werden, doch ist es häufig vorteilhaft, die Ätztiefe empirisch zu bestimmen. Demgemäß
wf'rde man eine Probehalbleitervorrichtung aus einem ganzen Satz, der identisch bearbeitet ist, auswählen und
die Durchbruchsspannung ohne eine Ätzung ermitteln. Dann wird eine zweite Vorrichtung mit einer Ätzung
versehen, die sich wenigstens in den Verarmungsbereich bei der Durchbruchsspannung erstreckt. Für den
Fachmann ist klar, daß die Anfangsbestimmung der Ausdehnung des Verarmungsbereiches nahe einem pn-Übergang
von der Art des Überganges abhängt Übergänge werden charakterisiert als abrupte, diffundierte
abgestufte oder konstante Störstellenkonzentrationsprofile, um mehrere Beispiele von Störstellenkonzentrationsprofilen
zu benennen. Es ist häufig vorteilhaft, Thyristoren mit verschiedenen Störstellenkonzentrattonsprofiien
auf den beiden Seiten des Überganges zu schaffen. Beispielsweise kann ein typischer Thyristor mit
einem diffundierten p-leitenden Basisbereich und einem gleichförmig dotierten η-leitenden Basisbereich gefertigt
werden. Dann ist es die Ausdehnung der Verarmungszone, die sich in den p-leitenden Bereich erstreckt, die
ermittelt werden muß, um eine Anfangsätzung zu schaffen. Es wird betont daß, wenn es nicht erwünscht ist, die
Ausdehnung der Verarmungszone zu bestimmen, dies nicht durchgeführt zu werden braucht und tatsächlich
kann die Ätzung bei der Tiefe null begonnen und in kleinen Stufen vergrößert werden, bis die gewünschte
Durchbruchsspannung erhalten ist Der einzige Vorteil, wenn man die Ätzung bei einer Tiefe gleich der Grenze
der Verarmungszone beginnt, besteht darin, daß weniger Ätzschritte notwendig sind, um die endgültige gewünschte
Tiefe zu erreichen.
Ein allgemeines Berechnungsverfahren für die Verarmungszonenbreite wird im folgenden erläutert. Die
Spannung in dem Bereich eines pn-Überganges auf der p-leitenden Seite des Überganges kann wie folgt
ausgedrückt werden:
= -) E(X) dx
(D
(2)
wobei Λ-der Abstand von dem Obergang, ε die Dielektrizitätskonstante für Silizium und Wp die Verarmungsbreite
der p-leitenden Schicht entsprechend V9 ist, d. h. der Spannung des p-leitenden Bereiches. NA(x) ist die
resultierende Akzeptordichte über der Donatorkonzentration bei χ und q ist die Ladung von einem Elektron.
Ähnliche Relationen definieren die Spannung auf der anderen Seite des Überganges:
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
F„= I -E(x) άχ,
(3)
E(X)= J -qN0(X) dx,
(4)
darin ist Nd(x) die resultierende Donatorkonzentration oberhalb der Akzeplorkonzentration bei χ und VKn ist
die Verarmungszonenbreite der η-leitenden Schicht für eine Spannung von Vn darüber. Wn und Wp werden
dadurch g?läst, daß 1. ein Wert für Wn angenommen wird, 2. die Gleichungen 3 und 4 verwendet werden, um V
to und E(O)z\i finden, 3. wird Win Gleichung 2 vergrößert bis E(W) = O ■ Wp wird gleich diesem Wert gesetzt
und dann wird Vp unter Verwendung von Gleichung 1 errechnet Wenn die Spannung der Vorrichtung (Vn + Vp)
größer als die gewünschte Durchbruchsspannung ist, wird ein kleinerer Wert von Wn angesetzt und das Berechnungsverfahren
wiederholt. Häufig ist es zweckmäßig, die Gleichungen graphisch zu lösen. Graphische Darstellungen
für verschiedene Übergänge sind beispielsweise in Phillips »Transistor Engineering«, McGraw Hill Book
1:5 Company, New York, 1962, Seiten 116 ff zu finden.
Die Ätztiefe wird vergrößert, bis die Vorrichtung bei einer gewünschten Spannung durchschaltet, die kleiner
als die vorstehend ermittelte Durchbruchsspannung ist. Dieses Verfahren wird am vorteilhaftesten angewendet,
wenn eine weitgehende Gleichförmigkeit von Vorrichtungen in einem einzigen Satz erzielbar ist. Um eine
hochgradige Zuverlässigkeit in dem Selbstschutzmerkmal zu erzielen, ist es wünschenswert, die Durchbruchsspannung
in dem Steuerbereich weit genug unterhalb die Durchbruchsspannung der Vorrichtung zu bringen, um
sicherzustellen, daß die Durchbruchsspannung von irgendeiner bestimmten Vorrichtung oberhalb derjenigen
liegt, die als Selbstschutzdurchbruch gewählt ist. In ähnlicher Weise ist es nicht gewünscht, eine Ätzung zu
schaffen, die die Durchbruchsspannung unterhalb diejenige senkt, die zum Schutz im wesentlichen aller Vorrichtungen
in einem Satz erforderlich ist. Dem Fachmann werden so die erforderlichen Wechselwirkungen zwischen
maximalem Schutz und maximaler Durchbruchsspannung deutlich.
Ein typischer Wert wurde erfindungsgemäß mit etwa 5% unter der größten Durchbruchsspannung einer
Vorrichtung ohne einen eingeätzten Bereich gefunden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Schaltbare Halbleitervorrichtung mit einer ringförmigen Schicht eines gegebenen Leitungstyps, die über
einem Abschnitt einer Schicht entgegengesetzten Leitungstyps liegt und einen Teil des den Hauptstrom
führenden Bereichs der Vorrichtung bildet, der eine erste Durchbruchsspannung aufweist,
einem Pilotbereich, der eine ringförmige Schicht des gegebenen Leitungstyps aufweist, die über einem
anderen Abschnitt der Schicht entgegengesetzten Leitungstyps und innerhalb der Ringkonfiguration des den
Hauptstrom führenden Bereiches liegt, wobei der Pilotbereich einen Teil eines einen Pilotstrom führenden
Abschnittes der Vorrichtung bildet, und
ίο einem Steuerbereich mit einer zweiten Durchbruchsspannung, der sich innerhalb der Ringkonfiguration des
Pilotbereiches befindet und eine Vertiefung in der Schicht entgegengesetzten Leitungstyps, aufweist
dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerbereich eine Elektrode (30,42) einschließt, die die Schicht (20) entgegengesetzten Leitungstyps kontaktiert und daß sich die Vertiefung (36) so weit in die Verarmungszone (38—40), die mit einem pn-übergang zwischen der Schicht (20) entgegengesetzten Leitungstyps und einer darunter liegenden Schicht (18) des gegebeneil Leitungstyps verbunden ist, hinein erstreckt, daß die zweite Durchbruchsspannung unter die erste Durchbruchsspannung gesenkt ist.
dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerbereich eine Elektrode (30,42) einschließt, die die Schicht (20) entgegengesetzten Leitungstyps kontaktiert und daß sich die Vertiefung (36) so weit in die Verarmungszone (38—40), die mit einem pn-übergang zwischen der Schicht (20) entgegengesetzten Leitungstyps und einer darunter liegenden Schicht (18) des gegebeneil Leitungstyps verbunden ist, hinein erstreckt, daß die zweite Durchbruchsspannung unter die erste Durchbruchsspannung gesenkt ist.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Durchbruchsspannung
in dem Steuerbereich wenigstens 5% kleiner ist als die erste Durchbruchsspannung in dem den Haunstrom
führenden Halbleiterbereich.
3. He'hleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung
ein Thyristor ist.
4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor ein Licht-triggerbarer
Thyristor ist
5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß über der Vertiefung (36) eine
Antireflexions-Passivierungsschicht (46) liegt.
6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor wenigstens zwei
verstärkende Steuerbereiehe aufweist.
7. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 —6,
dadurch gekennzeichnet, daß
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US05/669,403 US4087834A (en) | 1976-03-22 | 1976-03-22 | Self-protecting semiconductor device |
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OD | Request for examination | ||
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
D2 | Grant after examination | ||
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