DE2932043A1 - Feldgesteuerter thyristor und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Feldgesteuerter thyristor und verfahren zu seiner herstellung

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DE2932043A1 DE19792932043 DE2932043A DE2932043A1 DE 2932043 A1 DE2932043 A1 DE 2932043A1 DE 19792932043 DE19792932043 DE 19792932043 DE 2932043 A DE2932043 A DE 2932043A DE 2932043 A1 DE2932043 A1 DE 2932043A1
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Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan
Feldgesteuerter Thyristor und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung eines feldgesteuerten Thyristors und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung. Als feldgesteuerter Thyristor ist Fachkreisen eine Stromsteuereinrichtung gut bekannt, bei der ein Anodenbereich und ein Kathodenbereich in den beiden gegenüberliegenden Hauptflächen eines Halbleitersubstrats mit einem Leitfähigkeitstyp gebildet sind, wobei Teile von ihnen in den Hauptflächen freiliegen, und ein Steuerbereich vorgesehen ist, der den Strompfad vom Anoden- zum Kathodenbereich umgibt. Wenn einem solchen feldgesteuerten Thyristor eine Vorspannung zugeführt wird, wobei sein Steuerbereich und sein Kathodenbereich negativ bzw. positiv gehalten werden, erstreckt sich ein Raumladungsbereich um den Steuerbereich, so daß der Strompfad vom Anoden- zum Kathodenbereich unter Ausschaltung des Stroms von der Anode zur Kathode unterbrochen wird.
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Die US-PS 4 060 821 offenbart einen feldgesteuerten Thyristor, bei dem das Halbleitersubstrat zwei entgegengesetzte Hauptflächen, den ersten Bereich von N -Leitfähigkeitstyp mit seiner in einer der Hauptflächen des Substrats freiliegenden Oberfläche, den zweiten Bereich von P -Leitfähigkeitstyp, den dritten Bereich von P-Leitfähigkeitstyp, den vierten Bereich von N~-Leitfähigkeits· typ und den fünften Bereich von P-Leitfähigkeitstyp mit seiner in der anderen HJ$&Ü88inflii £ufsirMeaufweist, wobei die fünf Bereiche wiederholt in der Seitenrichtung des Halbleitersubstrats gebildet und die benachbarten dritten Bereiche des P-Leitfähigkeitstyps voneinander durch einen bestimmten Abstand getrennt sind.
Der dritte Bereich ist im Kontakt mit dem zweiten Bereich, wobei der dritte Bereich der vergrabene Steuerteil ist und der zweite Bereich der an die Oberfläche angrenzende Bereich ist. Die Kathodenelektrode und die Steuerelektrode werden am ersten Bereich bzw. am zweiten Bereich angebracht, während die Anodenelektrode am fünften Bereich vorgesehen wird. Wenn eine geeignete Vorspannung zwischen der Kathodenelektrode und der Steuerelektrode angelegt wird, breitet sich ein Raumladungsbereich durch den Abstand zwischen den benachbarten dritten Bereichen aus und unterbricht den von der Anode zur Kathode fließenden Strom. Bei diesem in der genannten US-PS offenbarten feldgesteuerten Thyristor wird die Vorwärtssperrspannungsverstärkung durch Verringerung des Abstands zwischen den dritten Bereichen erhöht.
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Bei dem obigen feldgesteuerten Thyristor kann der Durchlaß-Vorwärtsspannungsabfall verringert werden, indem man die oder Dotierstoffkonzentration in dem ersten Zwischenteil des vierten Bereichs zwischen dem ersten und dem dritten Bereich höher als die in dem zweiten Zwischenteil des vierten Bereichs zwischen dem dritten Bereich und dem fünften Bereich macht, wie in der DE-PA P 2824133.0 vorgeschlagen wurde. Die hohe Dotierstoffkonzentration im ersten Zwischenteil des vierten Bereichs verbessert den Injektionswirkungsgrad der Ladungsträger, die vom ersten Bereich in den ersten Zwischenteil des vierten Bereichs injiziert werden, wodurch der Vorwärtsspannungsabfall verringert wird.
Andererseits muß, da bei diesem feldgesteuerten Thyristor der zwischen dem ersten Zwischenteil und dem dritten Bereich gebildete P-N-Ubergang umgekehrt vorgespannt wird, der P-N-übergang üblicherweise eine Umkehrsperrspannung von mehr als 50 V haben. Obwohl der Vorwärtsspannungsabfall mit dem Anstieg der Dotierstoffkonzentration im ersten Zwischenteil sinkt, verringert sich auch die Umkehrsperrspannung des P-N-überganges zwischen dem ersten Zwischenteil und dem dritten Bereich mit dem Anstieg der Dotierstoffkonzentration. Bei dem in der genannten DE-Patentanmeldung vorgeschlagenen feldgesteuerten Thyristor gibt es unter Berücksichtigung der Umkehrsperrspannung eine Beschränkung für die Behandlung, die Dotierstoffkonzentration im ersten Zwischenteil des vierten Bereichs hoch genug zu machen, um einen feldgesteuerten Thyristor
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mit einem ausreichend niedrigen Durchlaßspannungsabfall herzustellen.
Auch liegt bei dem in der genannten DE -Patentanmeldung vorgeschlagenen feldgesteuerten Thyristor der dritte Bereich zwischen dem·, ersten und dem zweiten Zwischenteil des vierten Bereichs und ist im Kontakt mit dem zweiten Bereich des P -Leitfähigkeitstyps, der in der Hauptfläche des Halbleitersubstrats freiliegt. Dieser zweite und dieser dritte Bereich werden durch die kombinierte Anwendung des Diffusionsprozesses und des epitaktischen Wachstums gebildet. Wie bekannt ist, ist die epitaktische Wachstumstechnik bei der Durchführung komplizierter als der Diffusionsprozeß, so daß sich eine schlechte Produktionsausbeute und daher hohe Fertigungskosten ergeben. Demgemäß ist ein solcher feldgesteuerter Thyristor, der durch die Kombination von Diffusion und epitaktischem Wachstum erzeugt wird, notwendigerweise aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen feldgesteuerten Thyristor mit einem niedrigen Durchlaßspannungsabfall und gleichzeitig einer kurzen Ausschaltzeit zu entwickeln und ein Verfahren zur Herstellung eines einfachen feldgesteuerten Thyristors zu niedrigen Kosten anzugeben.
Gemäß einem Merkmal dieser Erfindung nimmt die Dotierstoffkonzentration in dem ersten Zwischenteil des vierten Bereichs vom ersten Bereich zum dritten Bereich hin ab, und der Gradient der Dotierstoffkonzentration wird vorzugs-
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weise in einem Bereich von 10 -10 Atomen/cm /cm gewählt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden der dritte Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenteil des vierten Bereichs und der im Kontakt mit dem dritten Bereich gehaltene und in der Hauptfläche des Substrats freiliegende zweite Bereich nur durch den Diffusionsprozeß ohne Anwendung eines epitaktischen Wachstums gebildet, so daß der feldgesteuerte Thyristor vollständig nur durch Diffusionsprozesse fertiggestellt werden kann.
Gegenstand der Erfindung, womit die genannte Aufgabe gelöst wird, ist der im Patentanspruch 1 gekennzeichnete feldges teuerte Thyristor.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Thyristors sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 gekennzeichnet.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem das im Patentanspruch gekennzeichnete Verfahren zum Herstellen eines feldgesteuerten Thyristors.
Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Verfahrens ist im Patentanspruch 6 gekennzeichnet.
Die Erfindung gibt also einen feldgesteuerten Thyristor an, bei dem ein erster Halbleiterbereich des N -Typs, ein zweiter Halbleiterbereich des N-Typs, dritte Halbleiterbereiche des P-Typs, ein vierter Halbleiterbereich des N~-Typs und ein fünfter Halbleiterbereich des P -Typs in einem Halbleitersubstrat mit zwei Hauptflächen ausgebildet werden, wobei der erste Halbleiterbereich, der zweite Halbleiterbereich
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und der dritte Halbleiterbereich in der ersten Hauptfläche freiliegen der fünfte Halbleiterbereich in der zweiten Hauptfläche freiliegt und die dritten Halbleiterbereiche des
P-Typs voneinander durch einen vorbestimmten Abstand getrennt sind. Die dritten Halbleiterbereiche sind mit in der ersten Hauptfläche freiliegenden Oberflächenhalbleiterbereichen verbunden. Die Dotierstoffkonzentration im zweiten Halbleiterbereich nimmt vom ersten Halbleiterbereich zum dritten Halbleiterbereich hin ab. Außerdem gibt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der dritten Halbleiterbereiche und der an der Oberfläche freiliegenden Halbleiterbereiche durch alleinige Diffusionsprozesse an.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:
Fig. 1 im Längsschnitt einen feldgesteuerten Thyristor als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Dotierstoffkonzentrationsverteilung in der ebenen Fläche, die durch Schneiden des Aufbaus in Fig. 1 längs der Linie II-II erhalten wird; und
Fig. 3A bis 3F im Längsschnitt die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines feldgesteuerten Thyristors als Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß Fig. 1, die einen feldgesteuerten Thyristor als Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, hat ein Halbleitersubstrat 10 eine erste Hauptfläche 12 eine zweite Hauptfläche 14 und eine Seitenfläche 16, die diese Hauptflächen verbindet. Ein erster Halbleiterbereich 18 des N -Leit-
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fähigkeitstyps mit einer hohen Dotierstoffkonzentration ist im Halbleitersubstrat 10 gebildet, wobei seine Oberseite in der ersten Hauptfläche 12 freiliegt. Angrenzend an den ersten Halbleiterbereich 18 ist ein zweiter Halbleiterbereich 20 des N-Leitfähigkeitstyps mit einer niedrigeren Dotierstoffkonzentration als der des ersten Halbleiterbereichs ausgebildet. Der zweite Halbleiterbereich 20 umgibt mit seinemii in der ersten Hauptfläche 12 freiliegenden Oberflächenteil den ersten Halbleiterbereich 18.
Dritte Halbleiterbereiche 21 und 22 des P-Leitfähigkeitstyps, die an den zweiten Halbleiterbereich 20 angrenzen, und oberflächenfreiliegende Halbleiterbereiche 23 und 24, die an den zweiten Halbleiterbereich 20 angrenzen und in der Hauptfläche 12 freiliegen, sind zusammenhängend in dem Halbleitersubstrat 10 und bilden Steuerbereiche 25 und 26. Die dritten Halbleiterbereiche 21 und 22 erstrecken sich seitlich unter dem zweiten Halbleiterbereich 20 aufeinander zu, wobei ihre einander zugewandten Enden durch einen Abstand D etwa in der Mitte des Halbleitersubstrats 10 getrennt sind. Der Hauptstrom dieses feldgesteuerten Thyristors fließt durch den Abstand mit der Abmessung D, und der Abstand liegt innerhalb des Bereichs der Projektion des ersten Halbleiterbereichs 18 auf die zweite Hauptfläche 14. Die dritten Halbleiterbereiche 21 und 22 bilden erste P-N-übergänge 30 und 31 mit dem angrenzenden zweiten Halbleiterbereich 20. In den freiliegenden Oberflächen der Halbleiterbereiche 23 und 24 sind P+Bereiche 32 und 33, deren Oberseiten freiliegen, gebildet, um als Steuerelektroden zu dienen.
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Ein vierter Halbleiterbereich 34 des N~-Leitfähigkeitstyps mit einer niedrigeren Dotierstoffkonzentration als der des zweiten Halbleiterbereichs 20 ist angrenzend an die dritten Halbleiterbereiche 21 und 22 gebildet. Der vierte Halbleiterbereich 34 bildet zweite P-N-übergänge 36 und 37 mit den dritten Halbleiterbereichen 21 und 22. Fünfte Halbleiterbereiche 38 und 39 des P+-Leitfähigkeitstyps sind angrenzend an den vierten Halbleiterbereich 34 ausgebildet und bilden dritte P-N-übergänge 40 und 42 damit wobei ihre Oberflächen in der zweiten Hauptfläche 14 freiliegen. Ein sechster Halbleiterbereich 46 des N -Leitfähigkeitstyps ist in der zweiten Hauptfläche 14 freiliegend entsprechend der Projektionsfläche des Abstands D zwischen den dritten Halbleiterbereichen 21 und 22 auf die zweite Hauptfläche 14 gebildet. Der Halbleiterbereich 46 grenzt an den vierten Halbleiterbereich 34 an seinem tiefsten Ende an. Halbleiterbereiche 50 und 52 des N+-Leitfähigkeitstyps sind außen an die fünften Halbleiterbereiche 38 und 3 9 angrenzend ausgebildet.
Eine Kathodenelektrode 54 ist an der in der ersten Hauptfläche 12 des Halbleitersubstrats 10 freiliegenden Oberfläche des ersten Halbleiterbereichs 18 in ohmschem Kontakt mit der Oberfläche vorgesehen. Steuerelektroden 56 und 58 sind in ohmschem Kontakt mit den freiliegenden Oberflächen der in den Halbleiterbereichen 23 und 24 gebildeten P -Bereiche und 33 angeordnet. Eine Anodenelektrode 60 ist in ohmschem Kontakt mit den Oberflächen der fünften Halbleiterbereiche und 39 und der N+-Bereiche 46, 50 und 52, die in der Hauptfläche 14 freiliegen, vorgesehen.
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Die erste Hauptfläche 12 ist mit Siliziumdioxidschichten und 64 bedeckt, und die Seitenfläche 16 ist mit Schichten und 68 aus Isoliermaterial, wie z. B. Silikonkautschuk, überzogen. Ein reihengeschalteter Kreis einer Gleiehstromquelle 70 und einer Last 72 ist zwischen der Anodenelektrode 60 und der Kathodenelektrode 54 angeschlossen, während ein Reihenschaltkreis eines Schalters 74 und»-4iner Vorspannungsquelle 76 zwischen der Kathodenelektrode 54 und der Steuerelektrode 58 angeschlossen ist.
In Fig. 2, die die Dotierstoffkonzentrationsverteilung in der ebenen Fläche zeigt, die durch Schneiden des obigen feldgesteuerten Thyristors län3fer Linie II-II in Fig. 1 erhalten wird, ist die Dotierstoffkontration im zweiten
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und etwa 5 χ 10 Atome/cm in seinen Bereichen, wo er die dritten Halbleiterbereiche 21 und 22 überlappt, wobei die Dotierstoffkonzentration vom ersten Halbleiterbereich zu den dritten Halbleiterbereichen 21 und 22 hin abfällt. Der Gradient der Dotierstoffkonzentration in diesem Aus-
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führungsbeispiel ist mit 3 χ 10 Atomen/cm /cm als
21 3 Mindestwert und 1,4 χ 10 Atomen/cm /cm im Maximum gewählt. In Fig. 2 entsprechen die Abschnitte A, B, C und E den Dicken des ersten Halbleiterbereichs 18 bzw. des zweiten Halbleiterbereichs 20 bzw. der dritten Halbleiterbereiche 21, 22 bzw. des vierten Halbleiterbereichs 34.
Wenn bei dem in Fig. 1 dargestellten feldgesteuerten Thyristor die Spannung von der Quelle 70 zwischen der Anodenelektrode 60 und der Kathodenelektrode 54 bei geöffnetem Schalter 74 angelegt wird, beginnt
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Strom durch den Zwischenraum D zu fließen. Dieser Strom fließt hauptsächlich durch einen Niedrigwxderstandsstreifen, der aus dem ersten Halbleiterbereich 18 des N -Leitfähigkeitstyps, dem zweiten Halbleiterbereich 20 des N-Leitfähigkeitstyps, dem vierten Bereich 34 des N~-Leitfähigkeitstyps und dem N+-Halbleiterbereich 46 besteht. Die in den Niedrigwiderstandsstreifen injizierten Ladungsträger diffundieren in dfigr^o^Hd.eibemgemäß beginnt Strom durch den Thyristorbereich zu fließen, der aus dem ersten^albleiterbereich 18, dem zweiten Halbleiterbereich 20, den dritten Halbleiterbereichen 21 und 22, dem vierten Halbleiterbereich 34 und dem fünften Halbleiterbereich 38 gebildet wird, so daß der feldgesteuerte Thyristor eingeschaltet wird. Wenn der Schalter 74 geschlossen wird, breiten sich Raumtadungsschichten um die dritten Halbleiterbereiche 21 und 22 aus und unterbrechen den durch den Zwischenraum D fließenden Strom. Der obige Betrieb des feldgesteuerten Thyristors ist im einzelnen in der erwähnter DE-Patentanmeldunq P 2824133.0 erläutert.
Falls die Dotierstoffkonzentration im zweiten Halbleiterbereich 20 einen vom ersten Halbleiterbereich 18 zu den dritten Halbleiterbereichen 21 und 22 abfallenden Gradienten hat, läßt sich der Ladungsträger-Shjektionswirkungsgrad ohne Senkung der Umkehrsperrspannung verbessern. Der Gradient der Dotierstoffkonzentration im zweiten Halbleiterbereich 20 führt zu einem Drifteffekt unter Schaffung eines Driftfeldes im Halbleiterbereich Als Ergebnis des so erzeugten Driftfeldes werden die
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18 + vom ersten Halbleiterbereich des N -Leitfähigkeitstyps, der von niedrigem Widerstand ist, in den zweiten Halblei terbereicn des N-Leitfähigkeitstyps, der von hohem Widerstand ist, injizierten Elektronen zu den P-N-Übergängen und 31 hin angezogen, die zwischen dem zweiten Halbleiterbereich 20 und den dritten Halbleiterbereichen 21 und gebildet sind.
Andererseits werden die von den dritten Halbleiterbereichen 21 und 22 des P-Leitfähigkeitstyps in den zweiten Halbleiterbereich 20 des N-Leitfähigkeitstyps injizierten positiven Löcher zu den dritten Halbleiterbereichen 21 und 22 unter dem Einfluß des Driftfeldes zurückgezogen. Diese beiden gegenläufigen Effekte dienen der Steigerung des Injektionswirkungsgrades der Ladungsträger, wobei der Durchlaßspannungsabfall im zweiten Halbleiterbereich 20 auf einem niedrigen Wert gehalten wird. Die Dotierstoffkonzentration im zweiten Halbleiterbereich ist nahe den P-N-Übergängen 30 und 31 am niedrigsten, wie Fig. 2 zeigt, und daher können die Umkehrsperrspannungen, die mit den P-N-übergängen 30 und 31 zusammenhängen, hochgehalten werden.
Weiter verkürzt der Gradient der Dotierstoffkonzentration im zweiten Halbleiterbereich 20 die Ausschaltzeit des feldgesteuerten Thyristors. Wenn die Vorspannung von der Stromquelle 76 zwischen den Steuerelektroden 56 und 58 und der Kathödenelektrode 54 angelegt wird, wobei der Schalter 74 geschlossen ist und die Steuerelektroden und die Kathodenelektrode auf einem negativen bzw. auf einem positiven
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Potential gehalten werden, um den feldgesteuerten Thyristor abzuschalten, fließen die Ladungsträger nahe den ersten P-N-tfbergängen 30 und 31 durch die Steuerelektrode 58. Gleichzeitig fließen die Ladungsträger in dem ersten Halbleiterbereich 18 und dem zweiten Halbleiterbereich 2O in die dritten Halbleiterbereiche 21 und 22 durch Diffusionseffekt, und es wird eine Raumladungsschicht zu beiden Seiten beider dritten Halbleiterbereiche 21 und 22 gebildet. Wenn dabei das Verschwinden der Ladungsträger in der Nähe der ersten und der zweiten P-N-Übergänge 30, 31 bzw. 36, 37 schnell ist, wird die Ausschaltzeit kurz.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Dotierstoffkonzentration im zweiten Halbleiterbereich 20 mit dem Abstand von den ersten P-N-übergängen 30 und 31 wächst, wird die Lebensdauer der Ladungsträger mit dem gleichen Abstand kürzer. Demgemäß verschwinden die weit von den ersten P-N-übergängen 30 und 31 existierenden Ladungsträger durch Rekombination schnell, so daß Raumladungsschichten schnell um die dritten Halbleiterbereiche 21 und 22 gebildet werden und den feldgesteuerten Thyristor schnell abschalten.
Wenn die Anoden-Kathoden spannung 1000 V ist undjiie Vorspannung -10 V ist, sind der Durchlaßspanungsabfall und die Ausschaltzeit des Thyristors gemäß der Erfindung etwa 1 j 1 V bzw. 3 ,us, während unter den gleichen Bedingungen die Werte des feldgesteuerten Thyristors nach dem Vorschlag
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der DE-Patentanmeldung 1,2« V bzw. 5 ,us sind. Dies bedeutet, daß erfindungsgemäß der Durchlaßspannungsabfall verringert und gleichzeitig die Ausschaltzeit verkürzt werden können.
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Obwohl der Zwischenraum D, der zwischen den dritten Halbleiterbereichen 21 und 22 begrenzt ist, in der Mitte des Bereichs der Projektion des ersten Halbleiterbereichs 18 auf die zweite Hauptfläche 14, wie Fig. 1 zeigt, angeordnet ist, kann er auch seitlich verschoben werden.
Es werden nun die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines in Fig. 1 dargestellten feldgesteuerten Thyristors anhand der Fig. 3 beschrieben. Zunächst stellt man, wie Fig. 3A zeigt, ein Siliziumsubstrat 70 des N -Leitfähigkeitstyps mit einem Widerstand von 50 Ohm.cm und einer Dicke von 200 ,um her. Dann werden, wie Fig. 3B andeutet, Boratome bis in eine Tiefe von etwa 15 ,um in die erste Hauptfläche 72 des Siliziumsubstrats 70 zur Bildung von ersten Diffhsionsbereichen 74 und 76 des P-Leitfähigkeitstyps eindiffundiert, die voneinander durch einen Abstand a von etwa 17 ,um getrennt sind. Die Diffusion von Bor wird nach dem gut bekannten Vorabscheidungs-Elntreibungs-Verfahren durchgeführt, wobei die (nicht dargestellte) Siliziumdioxidschicht als Maske verwendet wird. Die Oberflächendotierstoffkonzentrationsfläche an Bor wird
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auf etwa 10 Atome/cm eingestellt.
Wie Fig. 3C zeigt, werden nach der Bildung der ersten Diffusionsbereiche 74 und 76 Phosphoratome in die zweite Hauptfläche 78 des Siliziumsubstrats 70 bis in eine Tiefe von etwa 3 ,um eindiffundiert, um teilweise zweite Diffusionsbereiche 80, 82 und 84 des N+-Leitfähigkeitstyps in der zweiten Hauptfläche 78 zu bilden.
Boratome werden erneut selektiv in die zweite Hauptfläche bis in eine der der zweiten Diffusionsbereiche 80 ,82 und gleiche Tiefe eindiffundiert, wobei die Oberfläche der zweiten
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Diffusionsbereiche 80, 82 und 84 mit einer Maske aus einer Siliziumdioxidschicht bedeckt sind. Als Ergebnis dieser selektiven Diffusion werden dritte Diffusionsbereiche 86 und 88 des P-Leitfähigkeitstyps abwechselnd mit den zweiten Diffusionsbereichen 80, 82 und 84 gebildet, wie Fig. 3D zeigt.
Nachdem die dritten Diffusionsbereiche 86 und 88 gebildet sind, werden Phosphoratome mit niedriger Konzentration in den Bereich der ersten Hauptfläche 72, der die ersten Diffusionsbereiche 74 und 76 und den dazwischen verbleibenden Bereich
enthält bis zu einer geringeren Tiefe als der der ersten Diffusionsbereiche 74 und 76, z. B. 5 ,um eindiffundiert. Die Oberflächendotierstoffkonzentration der Phosphoratome ist dabei etwa 5 χ 10 Atome/cm . Als Ergebnis hiervon werden Teile der ersten Diffusion^sbereiche 74 und 76 des P-Leitfähigkeitstyps in einen N-Bereich umgewandelt, um als vierter Diffusionsbereich 90 des N-Leitfähigkeitstyps zu dienen, wie Fig. 3E zeigt. Infolgedessen werden vergrabene Bereiche 92 und 94 fertiggestellt, die einander im Siliziumsubstrat 70 gegenüberliegen. Im vierten Diffusionsbereich 90 wird die Dotierstoffkonzentration mit dem Abstand von der Hauptfläche 72 in das Siliziumsubstrat 70 hinein geringer.
Wie Fig. 3F zeigt, werden Phosphoratome bis in eine Tiefe von etwa 3 Aim in die freiliegende Oberfläche des vierten Diffusionsbereichs 90 eindiffundiert, um einen N -Diffusionsbereich 96 zu bilden, der stark mit Phosphor dotiert ist, während Boratome mit hoher Konzentration bis in eine Tiefe von etwa 3 ,um in die freiliegenden Oberflächen der ersten Diffusionsbereiche 74 und 76 eindiffundiert werden, um stark
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mit Bor dotierte P+-Diffusionsbereiche 98 und 100 zu bilden. Der Abstand a zwischen den ersten Diffusionsbereichen 74 und 76, der nach der Darstellung in Fig. 3B etwa 17 »um ist, wird nach der Vollendung aller Diffusionsschritte auf etwa 5 ,um verengt, da eine zusätzliche Diffusion von Bor während der Diffusionsschritte nach dem anfänglichen Bordiffusionsschritt stattfindet. Der endgültie Abstand b, der in Fig. 3F gezeigt ist, beträgt etwa 5 »um. In gleicher Weise sind als Ergebnis solcher zusätzlicher nachträglicher Diffusion die Endtiefen der ersten Diffusionsbereiche 74 und 76, des vierten Diffusionsbereichs 90, der zweiten Diffusionsbereiche 80, 82 und 84 sowie der dritten Diffusionsbereiche 86 und 88 23 .um bzw. 10 »um bzw. 15 »um bzw. 15 »um. Dann wird, wie Fig. 1 zeigt, die Seitenfläche 102 des Halbleitersubstrats 70 mit Schichten 66 und 68 aus Silikonkautschuk überzogen. Die auf der ersten Hauptfläche 12 gebildeten Siliziumdioxidschichten 62 und 64 dienen als Isolierschichten.
Schließlich wird eine Kathodenelektrode 54 auf dem stark mit Phosphor dotierten Diffusionsbereich 96 gebildet; Steuerelektroden 56 und 58 werden auf den stark mit Bor dotierten Diffusionsbereichen 98 und 100 gebildet; und eine Anodenelektrode 60 wird auf den zweiten Diffusionsbereichen 80, 82 und 84 und den dritten Diffusionsbereichen 86 und 88 gebildet, wodurch ein feldgesteuerter Thyristor, wie er in Fig. 1 dargestellt ist,fertiggestellt wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann erfindungsgemäß ein feldgesteuerter Thyristor durch die alleinige Anwendung von Diffusionsprozessen hergestellt werden, so daß die Fertigung des Thyristors erleichtert werden und die Kosten des Produkts niedrig sein können.
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-M-
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Claims (6)

  1. Ansprüche
    M.)Feldgesteuerter Thyristor, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    a) ein Halbleitersubstrat (10) mit einer ers ten Hauptfläche (12) und einer dieser entgegengesetzten zweiten Hauptfläche (14), welches Halbleitersubstrat (10) enthält:
    al) einen ersten Halbleiterbereich (18) eines Leitfähigkeitstyps, der in einem Teil der ersten Hauptfläche (12) freiliegt,
    a2) einen zweiten Halbleiterbereich (20) des einen Leitfähigkeitstyps, der an den ersten Halbleiterbereich (18) angrenzt und eine niedrigere Dotierstoffkonzentration als der erste Halbleiterbereich (18) aufweist,
    a3) Steuerbereiche (25, 26) des anderen Leitfähigkeitstyps, die an den zweiten Halbleiterbereich (20) angrenzen und mit diesem erste P-N-Übergänge (30, 31) bilden, wobei jeder der Steuerbereiche (25, 26) aus einem in der ersten Hauptfläche (12) freiliegenden Oberflächenbereich (23, 24) und einem sich seitlich erstreckenden und mit dem freiliegenden Oberflächenbereich (23, 24) verbundenen dritten Halbleiterbereich (21, 22) besteht, welche dritten Halbleiterbereiche (21, 22) einen Abstand (D) haben, der im Bereich der Projektion des ersten Halbleiterbereichs (18) auf die zweite Hauptfläche (14) liegt,
    81-(A 4038-02)TP
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    a4) einen vierten Halbleiterbereich (34) des einen Leitfähigkeitstyps, der an die dritten Halbleiterbereiche (21, 22) angrenzt, eine niedrigere Dotierstoffkonzentration als der zweite Halbleiterbereich (20) aufweist und zweite P-N-Übergänge (36, 37) mit den dritten Halbleiterbereichen (21, 22) bildet, und
    a5) fünfte Halbleiterbereiche (38, 39) des anderen Leitfähigkeitstyps, die an den vierten Halbleiterbereich (34) angrenzen, in der zweiten Hauptfläche (14) freiliegen und dritte P-N-Übergänge (40, 42) mit dem vierten Halbleiterbereich (34) bilden,
    wobei die Dotierstoffkonzentration im zweiten Halbleiterbereich (20) vom ersten Halbleiterbereich (18) zu den dritten Halbleiterbereichen (21, 22) hin abnimmt;
    b) eine im ohmschen Kontakt mit dem in der ersten Hauptfläche (12) freiliegenden ersten Halbleiterbereich (18) gehaltene Kathodenelektrode (54);
    c) eine im ohmschen Kontakt mit den in der zweiten Hauptfläche (14) freiliegenden fünften Halbleiterbereichen (38, 39) gehaltene Anodenelektrode (60); und
    d) im ohmschen Kontakt mit den in der ersten Hauptfläche (12) freiliegenden Oberflächenbereichen (23, 24) der Steuerbereiche (25, 26) gehaltene Steuerelektroden (56, 58).
  2. 2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Querschnittsfläche des zweiten Halbleiterbereichs (20) vom ersten Halbleiterbereich (18) zu den dritten Halbleiterbereichen (21, 22) hin abnimmt.
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  3. 3. Thyristor nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Gradient der Dotierstoffkonzentration im zweiten Halbleiterbereich (20) in einem Bereich von 1 . 1019 bis 1 . 1O23
    3
    Atomen/cm /cm liegt.
  4. 4. Thyristor nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß
    ein sechster Halbleiterbereich (46) des einen Leitfähigkeitstyps mit einer höheren Dotierstoffkonzentration als der des zweiten Halbleiterbereichs (20) unter Verbindung des vierten Halbleiterbereichs (34) mit der zweiten Hauptfläche (14) im Bereich der Projektion des Abstands (D) zwischen den fünften Halbleiterbereichen (38, 39) auf die zweite Hauptfläche (14) ausgebildet ist.
  5. 5. Verfahren zum Herstellen eines feldgesteuerten Thyristors nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch
    einen ersten Diffusionsschritt der Diffusion von Dotierstoffen des einen Leitfähigkeitstyps in die erste Hauptfläche (72) eines Halbleitersubstrats (70) des anderen Leitfähigkeitstyps bis in eine bestimmte Tiefe zur Bildung erster Diffusionsbereiche (74, 76) des einen Leitfähigkeitstyps, die voneinander durch einen vorbestimmten Abstand (a) getrennt sind;
    einen zweiten Diffusionsschritt der Diffusion von Dotierstoffen des einen Leitfähigkeitstyps in die zweite Hauptfläche (78) des Halbleitersubstrats (70) bis in eine bestimmte Tiefe zur Bildung zweiter Diffusionsbereiche (86, 88) des einen Leitfähigkeitstyps, die in der zweiten Hauptfläche (78) freiliegen;
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    einen dritten Diffusionsschritt der Diffusion von Dotierstoffen des anderen Leitfähigkeitstyps von der ersten Hauptfläche (72) in das Halbleitersubstrat (70) bis in eine geringere Tiefe als die der ersten Diffusionsbereiche (74, 76) nach dem ersten Diffusionsschritt zur Bildung eines dritten Diffusionsbereichs (90) in dem die ersten Diffusionsbereiche (74, 76) und den Abstand (a) enthaltenden Oberflächenteil;
    einen vierten Diffusionsschritt der Diffusion- von Dotierstoffen des anderen Leitfähigkeitstyps in den dritten Diffusionsbereich (90) bis in eine geringere Tiefe als die des dritten Diffusionsbereichs (90) zur Bildung eines vierten Diffusionsbereichs (96) höherer Dotierstoffkonzentration als der des dritten Diffusionsbereichs(90) im dritten Diffusionsbereich (90); und
    einen Schritt der Bildung von Elektroden (56, 58, 54, 60) auf den freiliegenden Oberflächen der ersten und vierten Diffusionsbereiche (74, 76, 96), die an der ersten Hauptfläche (72) freiliegen, und auf den freiliegenden Oberflächen der zweiten Diffusionsbereiche (86, 88), die an der zweiten Hauptfläche (7θ) freiliegen.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5 zum Herstellung eines feldgesteuerten Thyristors nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in Verbindung mit Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Dotierstoffe des anderen Leitfähigkeitstyps in einen Teil der zweiten Hauptfläche (78) vor dem zweiten Diffusionsschritt bis in eine bestimmte Tiefe eindiffundiert werden, um einen fünften Diffusionsbereich (82) des anderen Leitfähigkeitstyps
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    mit einer höheren Dotierstoffkonzentration als der des dritten Diffusionsbereich (90) zu bilden,
    daß dann Dotierstoffe des einen Leitfähigkeitstyps während des zweiten Diffusionsschritts in den Teil der zweiten Hauptfläche (78) außer dem fünften Diffusionsbereich (82) bis in eine der des fünften Diffusionsbereichs (82) gleiche Tiefe eindiffundiert werden, und
    daß eine Elektrode (60) an den in der zweiten Hauptfläche (780 freiliegenden Oberflächen des fünften und der zweiten Diffusionsbereiche (82, 86, 88) gebildet wird.
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