DE102007041124B4

DE102007041124B4 - Thyristor mit verbessertem Einschaltverhalten, Thyristoranordnung mit einem Thyristor, Verfahren zur Herstellung eines Thyristors und einer Thyristoranordnung

Info

Publication number: DE102007041124B4
Application number: DE102007041124A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr. Schulze; Franz-Josef Dr. Niedernostheide; Uwe Kellner-Werdehausen; Reiner Dr. Barthelmess
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies Bipolar GmbH and Co KG
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: CN101409306B; CN101409306A; DE102007041124A1; US20090057714A1

Abstract

Thyristor mit
i) einem Halbleiterkörper (1), in dem in einer vertikalen Richtung (v) ausgehend von einer Rückseite (14) hin zu einer Vorderseite (13) ein p-dotierter Emitter (8), eine n-dotierte Basis (7), eine p-dotierte Basis (6) und ein n-dotierter Hauptemitter (5) aufeinanderfolgend angeordnet sind;
ii) einer Zündstufenstruktur (AG1, AG2, AG3, AG4) mit zumindest einem Zündstufenemitter (51, 52, 53, 54); und
iii) einer Metallisierungsschicht (4a, 4b), die zumindest einen ersten Abschnitt (45) umfasst, der
a) zwischen zwei benachbarten Zündstufen (AG1, AG2, AG3, AG4) oder zwischen der der Hauptkathode (HK) nächstgelegenen Zündstufe (AG4) und der Hauptkathode (HK) auf der Vorderseite (13) angeordnet und gegenüber dem Halbleiterkörper (1) elektrisch isoliert ist;
b) zumindest abschnittweise oberhalb eines Widerstandsbereiches (64) der p-dotierten Basis (6) angeordnet ist, in dem die elektrische Leitfähigkeit der p-dotierten Basis (6) und/oder die Dicke der p-dotierten Basis (6) gegenüber Abschnitten (63, 65) der p-dotierten Basis (6), die in...

Description

Die Erfindung betrifft einen Thyristor mit Zündstufenstruktur. Bei derartigen Thyristoren kann es bei einer hohen Stromanstiegsgeschwindigkeit, beispielsweise wenn der Thyristor im Schaltbetrieb mit Pulszeiten des Thyristorstroms von 1 μs bis 100 μs bei einer hohen anliegenden Spannung mittels eines Lichtpulses oder mittels einer integrierten Überspannungsschutzfunktion gezündet wird, zu Ausfällen im Bereich einer Zündstufe kommen, wenn die nachfolgende Zündstufe den Strom nicht rechtzeitig übernimmt.
Eine Maßnahme, derartige Beschädigungen zu vermeiden, besteht darin, in den Halbleiterkörper des Thyristors innerhalb der Zündstufenstruktur einen Widerstandsbereich zu integrieren, der eine zu starke Stromanstiegsgeschwindigkeit verhindert. Dieser Widerstand darf jedoch nicht zu hoch gewählt werden, da ansonsten eine zu hohe Einschaltspannung auftritt und außerdem die Zündverzugszeit zu lang wird. Darüber hinaus kann sich der Widerstandsbereich beim Einschalten erwärmen, da die daran abfallende Spannung mehr als 50% der Anoden-Kathoden-Spannung des Thyristors betragen kann und der gesamte Zündstrom durch diesen Widerstandsbereich fließt. Dies kann insbesondere bei hochsperrenden Thyristoren mit Sperrspannungen von bis zu etwa 13 kV zu einer nicht unerheblichen Erwärmung des Halbleiterkörpers führen, die wiederum die elektrischen Eigenschaften des Widerstandsbereiches beeinflusst und im ungünstigen Fall dessen elektrischen Widerstand reduziert. In der Folge ist der Thyristor nicht mehr wirkungsvoll geschützt, wenn während des Zündvorgangs hohe Stromanstiegsgeschwindigkeiten auftreten.
Aus der US 3 975 758 A ist ein Thyristor bekannt, der anodenseitig eine Metallisierung aus Molybdän oder Wolfram mit einer Dicke von etwa 1,27 mm bis 2,03 mm aufweist. Außerdem weist dieser Thyristor anodenseitig und kathodenseitig jeweils eine Metallplatte aus Kupfer auf.
Die DE 1 639 019 A betrifft einen steuerbaren Halbleitergleichrichter mit einem Hauptkathodenabschnitt und einem Hilfskathodenabschnitt. Anodenseitig weist der Gleichrichter eine Schicht aus Molybdän sowie eine Kupferanode auf.
In der US 4 403 242 A wird ein Thyristor erläutert, der kathodenseitig ein Metallstück mit einer Dicke von 4,6 mm aufweist, das aus einem Kompositmaterial aus kupferbeschichteten Kohlefasern und Kupferpulver besteht, wobei der Kupferanteil 70 Gew% und der Kohlenstoffanteil 30 Gew% beträgt.
Die EP 0520 294 A1 beschreibt einen Zündstufenthyristor, der mit seiner Anode auf einem Molybdän-Substrat angeordnet ist, und der kathodenseitig einen Zusatzkörper aus Kupfer, Wolfram oder Molybdän aufweist und der als Wärmepuffer dient.
Aus der DE 196 40 311 A1 ist ein Zündstufenthyristor bekannt, der einen in der p-dotierten Basis angeordneten Widerstandsbereich aufweist, dessen Widerstand sich aus der Dotierungskonzentration ergibt und in dem Streuzentren zur Reduzierung der Temperaturabhängigkeit vorgesehen sind. Weiterhin ist eine strukturierte Metallisierung vorgesehen, die die kathodenseitigen Emitter des Hauptthyristors und der Zündstufen kontaktiert.
In der DE 103 55 925 A1 ist ein Verbund aus Leistungshalbleierelementen gezeigt, die mittels einer Kupferfolie kontaktiert werden, welche eine Dicke zwischen 10 μm und 50 μm aufweist.
Basis gegenüber Abschnitten der p-dotierten Basis, die in Richtung der Zündstufenstruktur und in Richtung des Hauptemitters an den Widerstandsbereich angrenzen, reduziert.
Zur elektrischen Kontaktierung eines solchen Thyristors ist wenigstens ein Kontaktelement vorgesehen, das mit der Metallisierungsschicht des Thyristors elektrisch leitend verbunden ist. Das Kontaktelement kann dabei fest und unlösbar, oder ablösbar mit der Metallisierungsschicht verbunden sein. Der Thyristor und das wenigstens eine Kontaktelement sind Bestandteile einer Thyristoranordnung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Thyristor mit Zündstufenstruktur bereitzustellen, der hohen Stromanstiegsgeschwindigkeiten standhält. Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, eine Thyristoranordnung mit einem solchen Thyristor sowie Verfahren zur Herstellung eines Thyristors und einer Thyristoranordnung bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch einen Thyristor gemäß Patentanspruch 1, eine Thyristoranordnung gemäß Patentanspruch 32, ein Verfahren zur Herstellung eines Thyristors gemäß Patentanspruch 52 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Thyristoranordnung gemäß Patentanspruch 55 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße Thyristor umfasst einen Halbleiterkörper, in dem in einer vertikalen Richtung ausgehend von einer Rückseite hin zu einer Vorderseite ein p-dotierter Emitter, eine n-dotierte Basis, eine p-dotierte Basis und ein n-dotierter Hauptemitter aufeinanderfolgend angeordnet sind. Zur Pufferung der transienten Erwärmung ist auf die Vorderseite und/oder auf die Rückseite eine Metallisierungsschicht aufgebracht, die zumindest einen ersten Abschnitt umfasst, der als Puffermetallisierung ausgebildet ist, d. h. der an jeder Stelle eine flächenspezifische Wärmekapazität von mehr als 50 J·K^–1·m^–2 bei Raumtemperatur (300 K) aufweist. Als Bezugsfläche für die Ermittlung der flächenspezifischen Wärmekapazität dient die Seite des Halbleiterkörpers, auf die der betreffende Abschnitt der Metallisierungsschicht aufgebracht ist. Der erste Abschnitt der Metallisierungsschicht ist zwischen zwei benachbarten Zündstufen oder zwischen der der Hauptkathode nächstgelegenen Zündstufe und der Hauptkathode auf der Vorderseite angeordnet und gegenüber dem Halbleiterkörper elektrisch isoliert. Der erste Abschnitt ist zumindest abschnittweise oberhalb eines Widerstandsbereiches der p-dotierten Basis angeordnet. In dem Widerstandsbereich ist die elektrische Leitfähigkeit der p-dotierten Basis und/oder die Dicke der p-dotierten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf die Vorderseite eines erfindungsgemäßen Thyristors,
2 eine vergrößerte Ansicht des in 1 dargestellten Abschnitts 11 mit dem Zündstufenbereich des Thyristors,
3 einen Vertikalschnitt durch einen Abschnitt des Zündstufenbereichs des Thyristors gemäß den 1 und 2,
4a eine vergrößerte Ansicht eines aus 3 ersichtlichen Abschnitts 12 umfassend die dritte Zündstufe und einen zwischen der zweiten Zündstufe und der dritten Zündstufe angeordneten Widerstandsbereich,
4b eine Abwandlung des Abschnitts gemäß 4a, bei der zwischen dem Halbleiterkörper und der Puffermetallisierung eine Barriereschicht aus drei Teilschichten angeordnet ist,
5 eine Abwandlung des in den 3 und 4a dargestellten Thyristorabschnitts 12, bei dem sich ein Abschnitt der Metallisierung der dritten Zündstufe über ein Dielektrikum hinweg erstreckt, das zwischen der Metallisierung der dritten Zündstufe und dem Halbleiterkörper angeordnet ist,
6 verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Thyristoranordnung, und
7 eine Thyristoranordnung mit einem Thyristor und zwei Kontaktelementen, die aufeinander gegenüber liegenden Seiten des Thyristors angeordnet sind und diesen mittels einer Druckkontaktierung elektrisch kontaktieren.
Sofern nicht anders angegeben bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente mit gleicher Funktion.
1 zeigt einen Thyristor 100 in Aufsicht auf die Kathode. Der Thyristor umfasst einen Halbleiterkörper 1, der im Wesentlichen die Gestalt eines flachen Zylinders aufweist, der sich parallel zu einer Ebene erstreckt, die durch die lateralen Richtungen r1, r2 aufgespannt wird. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden als laterale Richtung nicht nur die Richtungen r1 und r2 bezeichnet, sondern jede Richtung, deren Richtungsvektor parallel zu dieser Ebene verläuft. Die Richtung senkrecht zu den lateralen Richtungen r1, r2 wird nachfolgend als vertikale Richtung v bezeichnet. Wie aus 1 ersichtlich ist, kann der Thyristor 100 optional rotationssymmetrisch bezüglich einer in der vertikalen Richtung v verlaufenden Achse A-A' ausgebildet sein.
Der Halbleiterkörper 1 weist ein Halbleitergrundmaterial auf, beispielsweise Silizium oder Siliziumcarbid, und umfasst p- und n-dotierte Abschnitte, die die elektrischen Eigenschaften des Thyristors 100 wesentlich bestimmen. Auf die Vorderseite 13 des Halbleiterkörpers 1 ist eine Metallisierung 4a aufgebracht, die zumindest abschnittweise eine flächenspezifische Wärmekapazität aufweist, die größer ist als eine vorgegebene flächenspezifische Mindestwärmekapazität, beispielsweise 50 J·K^–1·m^–2 bei Raumtemperatur. Allgemein dient als Bezugsfläche für die Ermittlung der flächenspezifischen Wärmekapazität die Seite des Halbleiterkörpers 1, auf die die betreffende Metallisierung aufgebracht ist. Im Fall der Vorderseitenmetallisierung 4a ist die Bezugsfläche die Vorderseite 13 des Halbleiterkörpers 1, im Fall einer in der vorliegenden Ansicht nicht erkennbaren Rückseitenmetallisierung eine der Vorderseite des Halbleiterkörpers gegenüber liegende Rückseite.
Diejenigen Bereiche der Vorderseitenmetallisierung 4a und/oder der Rückseitenmetallisierung, welche eine flächenspezifischen Wärmekapazität aufweisen, die größer ist als die vorgegebene flächenspezifische Mindestwärmekapazität, werden nachfolgend auch als Puffermetallisierung bezeichnet, da sie – neben möglichen anderen Funktionen – zur thermischen Pufferung transienter Wärmespitzen im Halbleiterkörper 1 dienen. Sofern eine Metallisierung oder ein Metallisierungsabschnitt uneinheitliche Dicken und/oder uneinheitliche Materialien aufweist, werden nur diejenigen Bereiche als Puffermetallisierung angesehen, die an jeder Stelle eine flächenspezifischen Wärmekapazität aufweisen, die größer ist als die vorgegebene flächenspezifische Mindestwärmekapazität. Ein Metallisierungsabschnitt, der nur in einem Teilbereich eine flächenspezifischen Wärmekapazität aufweist, die höher ist als die flächenspezifische Mindestwärmekapazität, ist keine Puffermetallisierung im Sinne der vorliegenden Anmeldung. Der Teilbereich hingegen stellt eine Puffermetallisierung dar.
Die vorderseitige Metallisierung 4a weist einen Abschnitt 40 auf, der elektrisch leitend mit dem n-dotierten Hauptemitter 5 des Thyristors 100 verbunden ist und der die kathodenseitige Hauptelektrode des Thyristors darstellt. Dieser Abschnitt 40 reicht bis nahe an den seitlichen Rand 15 des Thyristors 100 und kann optional als Puffermetallisierung ausgebildet sein.
Ein zentraler Abschnitt 11 des Thyristors 100 ist in 2 vergrößert dargestellt. Der zentrale Abschnitt 11 umfasst beispielhaft vier Zündstufen AG1, AG2, AG3 und AG4, die in lateraler Richtung r1, r2 aufeinanderfolgend und beabstandet voneinander angeordnet sind. Die Zündstufen AG1, AG2, AG3, AG4 umfassen jeweils einen stark n-dotierten Zündstufenemitter 51, 52, 53 bzw. 54. Jeder dieser Zündstufenemitter 51, 52, 53 bzw. 54 ist elektrisch leitend mit einem Abschnitt 41, 42, 43 bzw. 44 der vorderseitigen Metallisierung 4a des Thy ristors 100 verbunden und überlappt in lateraler Richtung r1, r2 teilweise mit diesem Abschnitt 41, 42, 43 bzw. 44. Wie dargestellt, können die Zündstufenemitter 51, 52, 53, 54 sowie die Abschnitte 41, 42, 43, 44 jeweils ringförmig ausgebildet sein. Innerhalb des innersten Zündstufenemitters 51 der Zündstufenemitter 51–54 des Thyristors 100 ist eine als Durchbruchsstruktur BOD (BOD = Break Over Diode) ausgebildete Zündeinrichtung 16 angeordnet, welche später unter Bezugnahme auf 3 näher erläutert wird. Jeder der Zündstufenemitter 51–54 überragt den betreffenden, elektrisch leitend mit ihm verbundenen Abschnitt 41–44 auf dessen der Durchbruchsstruktur BOD zugewandten Seite.
Zwischen der zweiten Zündstufe AG2 und der dritten Zündstufe AG3 ist ein Widerstandsbereich 64 im Halbleiterkörper 1 vorgesehen, in dem die elektrische Leitfähigkeit der p-dotierten Basis 6 gegenüber den daran angrenzenden Abschnitten 63 und 65 reduziert ist, und der zu der eingangs erläuterten Begrenzung des Stromes durch die inneren beiden Zündstufen AG1 und AG2 dient. Anstelle oder zusätzlich zu einer reduzierten elektrischen Leitfähigkeit des Widerstandsbereiches 64 kann die in der vertikalen Richtung v gemessene Dicke der p-dotierten Basis 6 im Widerstandsbereich 64 gegenüber den an den Widerstandsbereich 64 angrenzenden Abschnitten 63 und 65 reduziert sein.
Oberhalb des Widerstandsbereichs 64 ist auf der Vorderseite 13 ein Abschnitt 45 der vorderseitigen Metallisierung 4a angeordnet, der mittels eines Dielektrikums 21 gegenüber dem Halbleiterkörper 1 elektrisch isoliert ist. Optional können von den Abschnitten 41 bis 45 genau einer, mehr als einer oder alle als Puffermetallisierung ausgebildet sein, wobei zur Wärmepufferung des Widerstandsbereiches 64 nur oder zumindest der Abschnitt 45 als Puffermetallisierung ausgebildet und wenigstens abschnittweise oberhalb des Widerstandsbereiches 64 auf der Vorderseite 13 angeordnet ist.
3 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Abschnitt aus dem Zündstufenbereich ZS des Thyristors 100. Dieser Abschnitt umfasst u. a. die Zündeinrichtung 16, die Zündstufen AG1, AG2, AG3, AG4, sowie den Widerstandsbereich 64. Benachbart zum Zündstufenbereich ZS ist der Hauptkathodenbereich HK angeordnet. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel ist der Hauptkathodenbereich HK ringförmig ausgebildet und umgibt den Zündstufenbereich ZS (siehe die 1 und 2).
Im Halbleiterkörper 1 sind in der vertikalen Richtung v ausgehend von einer Rückseite 14 hin zu einer Vorderseite 13 aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter 8, eine n-dotierte Basis 7, eine p-dotierte Basis 6 und ein n-dotierter Hauptemitter 5 angeordnet, wobei sich der n-dotierte Hauptemitter 5 nur im Hauptkathodenbereich HK befindet.
Die Zündeinrichtung 16 ist beispielhaft als Durchbruchsdiode BOD ausgebildet, die dadurch entsteht, dass sich ein Abschnitt 71 der n-dotierten Basis 7 weiter in Richtung der Vorderseite 13 des Halbleiterkörpers 1 erstreckt als in den übrigen Bereichen des Thyristors 100. Im Bereich des Abschnitts 71 weist der pn-Übergang zwischen der n-dotierten Basis 7 und einem Abschnitt 61 der p-dotierten Basis 6 eine Krümmung auf, welche bei am Thyristor anliegender Spannung zu einer lokalen Überhöhung des elektrischen Feldes führt. Hierdurch ist die Zündempfindlichkeit des Thyristors 100 lokal herabgesetzt, so dass im Bereich der Durchbruchstruktur BOD bei einer hinreichend großen Kippspannung ein lawinenartig ansteigender Sperrstrom die Zündung des Thyristors 100 auslösen kann. Anstelle oder zusätzlich zu einer als Durchbruchsdiode BOD ausgebildeten Zündeinrichtung 16 kann der Thyristor 100 auch einen Gateanschluss aufweisen, der mit dem Halbleiterkörper 1 im Bereich des innerhalb des Hauptemitters 5 angeordneten Abschnitts mit der p-dotierten Basis 6 elektrisch leitend verbunden ist.
Zwischen der Durchbruchsdiode BOD und dem Hauptkathodenbereich HK ist die Zündstufenstruktur mit den Zündstufen AG1, AG2, AG3 und AG4 angeordnet. Die p-dotierte Basis 6 umfasst den bereits erläuterten Abschnitt 61, welcher an den Abschnitt 71 der n-dotierten Basis 7 angrenzt, sowie weitere Abschnitte 62, 63, 64 und 65. Der Abschnitt 62 ist zwischen den Abschnitten 61 und 63 angeordnet und schwächer dotiert als der Abschnitt 61. Zwischen den Abschnitten 63 und 65 befindet sich ein Abschnitt 64, in dem die elektrische Leitfähigkeit der p-dotierten Basis 6 gegenüber der elektrischen Leitfähigkeit der an den Abschnitt 64 angrenzenden Abschnitte 63 und 65 der p-dotierten Basis 6 reduziert ist. Der Abschnitt 64 wird daher auch als Widerstandsbereich oder als Lateralwiderstand bezeichnet. Alternativ oder zusätzlich zu einer reduzierten Leitfähigkeit kann ein Widerstandsbereich auch dadurch gebildet sein, dass die p-dotierte Basis 6 in dem Abschnitt 64 eine geringere Dicke aufweist als in den an den Abschnitt 64 angrenzenden Abschnitten 63 und 65. In 3 ist der Widerstandsbereich 64 beispielhaft zwischen der zweiten Zündstufe AG2 und der dritten Zündstufe AG3 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich zu dem Widerstandsbereich 64 kann ein entsprechend aufgebauter Widerstandsbereich 64 auch zwischen zwei beliebigen benachbarten Zündstufen AG1, AG2, AG3, AG4 des Thyristors vorgesehen sein.
Nach dem Auslösen einer Zündung des Thyristors im Bereich der Zündeinrichtung 16, z. B. durch auf die Durchbruchsdiode BOD einfallendes Licht, zünden davon ausgehend in lateraler Richtung r1, r2 zeitlich aufeinanderfolgend die Zündstufen AG1, AG2, AG3, AG4 und schließlich der Hauptkathodenbereich HK. Die Zündempfindlichkeit der Zündstufen AG1, AG2, AG3 und AG4 kann ausgehend von der Zündeinrichtung 16 zum Hauptkathodenbereich HK hin abnehmen. Beim Zündvorgang begrenzt der Widerstandsbereich 64 den Strom durch die inneren beiden Zündstufen AG1 und AG2.
Zur Realisierung eines Freiwerdeschutzes sind in den p-dotierten Emitter optionale n-dotierte Gebiete 90 eingelagert, welche als lokale Transistoren wirken, die während der Sperrphase des Thyristors zusätzliche freie Ladungsträger zur Verfügung stellen. Die n-dotierten Gebiete 90 können inselartig ausgebildet und voneinander beabstandet sein.
Auf die Vorderseite 13 des Halbleiterkörpers 1 ist die Vorderseitenmetallisierung 4a aufgebracht, die den Abschnitt 40 umfasst, sowie Abschnitte 41, 42, 43, 44, von denen jeweils einer mit einem der Zündstufenemitter 51, 52, 53 bzw. 54 elektrisch leitend verbunden ist. Oberhalb des Widerstandsbereiches 64 ist noch ein Abschnitt 45 der Vorderseitenmetallisierung 4a auf der Vorderseite 13 angeordnet. Weiterhin ist eine auf die Rückseite 14 des Halbleiterkörpers 1 aufgebrachte Rückseitenmetallisierung 4b vorgesehen, die elektrisch leitend mit dem p-dotierten Emitter 8 verbunden ist. Die Herstellung der Vorderseitenmetallisierung 4a und/oder der Rückseitenmetallisierung 4b oder die Herstellung bestimmter Teilschichten dieser Metallisierungen 4a, 4b kann beispielsweise mittels elektrolytischer Abscheidung erfolgen, so dass die Vorderseitenmetallisierung 4a bzw. die Rückseitenmetallisierung 4b fest und unlösbar mit dem Halbleiterkörper 1 verbunden ist. Dabei können die Vorderseitenmetallisierung 4a bzw. die Rückseitenmetallisierung 4b sowohl gemeinsam, d. h. in demselben Abscheideschritt, oder unabhängig voneinander hergestellt werden. Anstelle oder zusätzlich zu einer elektrolytischen Abscheidung können die Vorderseitenmetallisierung 4a und/oder die Rückseitenmetallisierung 4b oder bestimmte Teilschichten, beispielsweise eine Barriereschicht und/oder eine Kontaktmetallisierungsschicht, von diesen Metallisierungen 4a, 4b auch auf den Halbleiterkörper 1 aufgesputtert oder aufgedampft werden.
Da sich der Zündstrom beim Zündvorgang des Thyristors ausgehend von der Zündeinrichtung 16 zum Hauptkathodenbereich HK hin ausbreitet und dabei hohe Stromanstiegsgeschwindigkeiten aufweisen kann, kann es im Zündstufenbereich ZS, vor allem im Widerstandsbereich 64, während des Zündvorgangs zu einer transienten Erwärmung des Halbleiterkörpers 1 kommen. Um diese Erwärmung zu begrenzen, ist es vorgesehen, dass die Vorderseitenmetallisierung 4a und/oder die Rückseitenmetallisierung 4b zumindest abschnittweise als Puffermetallisierung ausgebildet ist, d. h. dass die betreffende Metallisierung 4a bzw. 4b zumindest abschnittweise eine flächenspezifische Wärmekapazität aufweist, die größer ist als eine flächenspezifische Mindestwärmekapazität. Die flächenspezifische Mindestwärmekapazität kann beispielsweise 50 J·K^–1·m^–2 oder 65 J·K^–1·m^–2 bei Raumtemperatur betragen.
Beispielsweise können genau einer, mehrere oder jeder der Abschnitte 40, 41, 42, 43, 44, 45 der Vorderseitenmetallisierung 4a als Puffermetallisierung ausgebildet sein. So kann z. B. die Vorderseitenmetallisierung 4a zumindest im Zündstufenbereich ZS einen Abschnitt 41, 42, 43, 44, 45 aufweisen, der – wie z. B. der oberhalb des Widerstandsbereichs 64 angeordnete Abschnitt 45 – eine Puffermetallisierung darstellt.
Alternativ oder zusätzlich zu den Abschnitten 40–45 kann die Vorderseitenmetallisierung 4a noch einen oder mehrere weitere als Puffermetallisierung ausgebildete Abschnitte umfassen, die zwischen benachbarten Zündstufenmetallisierungen 41–44 und/oder zwischen der Metallisierung 45 eines Widerstandsbereichs 64 und einer zu dieser Metallisierung 45 benachbarten Zündstufenmetallisierung 42, 43 und/oder zwischen der Metallisierung 40 des Hauptemitters 5 und der Metallisierung 44 des dem Hauptemitter 5 nächstgelegenen Zündstufenemitters 54 angeordnet ist. Auch die Rückseitenmetallisierung 4b kann optional als Puffermetallisierung ausgebildet sein.
Um die erforderliche flächenspezifische Wärmekapazität zu erreichen, muss eine Puffermetallisierung 40 bis 45, 4b eine ausreichende Dicke d4a bzw. d4b, beispielsweise 5 μm bis 100 μm oder 20 μm bis 50 μm, aufweisen. Bei einer vorgegebenen flächenspezifischen Mindest-Wärmekapazität lassen sich geringe Dicken d4a, d4b der Abschnitte 40 bis 45, 4b dann erreichen, wenn diese Abschnitte ein Material aufweisen oder aus einem Material bestehen, bei dem das Produkt aus Dichte und spezifischer Wärmekapazität einen hohen Wert aufweist. Ein solches Material ist beispielsweise Kupfer mit einer Dichte von etwa 8920 kg·m^–3 und einer spezifischen Wärmekapazität von etwa 385 J·kg^–1·K^–1 (Raumtemperaturwerte für 300 K).
Für eine ausreichende thermische Pufferung eines Thyristorbereichs, insbesondere der thermisch stark belasteten Bereiche, muss die gesamte Puffermetallisierung in diesem Thyristorbereich eine Mindestgesamtwärmekapazität aufweisen. Dies lässt sich u. a. dadurch erreichen, dass für den betreffenden Thyristorbereich eine Mindestfläche vorgegeben wird, über den sich die Puffermetallisierung in diesem Thyristorbereich erstrecken muss. Als Maß für die Fläche einer Puffermetallisierung dient die Normalprojektion der Puffermetallisierung auf den Oberflächenbereich, auf den die Puffermetallisierung aufgebracht ist.
Beispielsweise kann sich die im Zündstufenbereich ZS angeordnete Puffermetallisierung über eine Fläche von insgesamt 1/10 bis 3/4 der Fläche des Zündstufenbereiches, z. B. über 0,1 cm² bis 1,2 cm², erstrecken.
Ebenso kann sich eine elektrisch leitend mit einem der Zündstufenemitter 51, 52, 53, 54 verbundene Puffermetallisierungen 41, 42, 43, 44 über eine Fläche von 1/100 bis 1/5 der Fläche des Zündstufenbereiches, z. B. über 0,01 cm² bis 0,2 cm², erstrecken.
Außerdem kann die Gesamtfläche, über die sich sämtliche mit einem Zündstufenemitter 51, 52, 53, 54 elektrisch leitend verbundenen Puffermetallisierungen 41, 42, 43, 44 über 1/10 bis 1/5 der Fläche des Zündstufenbereiches, z. B. über 0,15 cm² bis 0,3 cm², erstrecken.
Weiterhin kann die Fläche einer im Zündstufenbereich ZS angeordneten und vom Halbleiterkörper 1 elektrisch isolierten Puffermetallisierung 45 beispielsweise 1/3 bis 2/3, z. B. 0,5 cm² bis 1 cm², der Fläche des Zündstufenbereiches, betragen.
Zwischen den Metallisierungsschichten 4a, 4b und dem Halbleiterkörper 1 können noch optionale Barriereschichten 3a bzw. 3b vorgesehen sein, die eine Diffusion von Metall aus den Metallisierungsschichten 4a, 4b in den Halbleiterkörper 1 verhindern oder zumindest deutlich verringern. Solche Barriereschichten 3a, 3b können erforderlich sein, wenn das für die Metallisierungsschichten 4a, 4b verwendete Material die elektrischen Eigenschaften des Thyristors verändern kann. Beispielsweise wirkt Kupfer in Silizium als Rekombinations- oder Generationszentrum. Eine Barriereschicht unterbindet oder verringert also die Diffusion wenigstens eines Metalls aus den Metallisierungsschichten 4a, 4b in den Halbleiterkörper 1. Dazu kann die Barriereschicht 3a, 3b für das betreffende Metall eine Diffusionslänge aufweisen, die beispielsweise – bezogen auf eine Temperatur von 400°C bis 500°C – kleiner ist als die Dicke oder kleiner als die halbe Dicke der Barriereschicht 3a, 3b.
Die vorderseitige Barriereschicht 3a umfasst eine erste Teilschicht 31a und eine zweite Teilschicht 32a, die rückseitige Barriereschicht 3b eine erste Teilschicht 31b und eine zweite Teilschicht 32b. Die zweiten Teilschichten 32a, 32b sind zwischen der zugehörigen ersten Teilschicht 31a bzw. 31b derselben Barriereschicht 3a bzw. 3b und dem Halbleiterkörper 1 angeordnet.
Abweichend davon kann eine solche Barriereschicht 3a, 3b anstelle von zwei Teilschichten 31a/32a bzw. 31b/32b auch nur aus einer einzigen Teilschicht bestehen und einen Aufbau gemäß den ersten Teilschichten 31a, 31b aufweisen. Ferner kann die Barriereschicht 3a, 3b auch aus mehr als zwei Teilschichten bestehen.
Ein Abschnitt 12 des Thyristors 100 mit dem Widerstandsbereich 64 und dessen Metallisierung 45 sowie mit der dritten Zündstufe AG3 ist in 4a vergrößert dargestellt. Bezug nehmend auf diese Darstellung wird nachfolgend der Aufbau einer Barriereschicht anhand der vorderseitigen Barriereschicht 3a erläutert. Die rückseitige Barriereschicht 3b kann jedoch in gleicher Weise aufgebaut sein wie die vorderseitige Barriereschicht 3a. Dabei entsprechen sich die ersten Teilschichten 31a und 31b ebenso wie die zweiten Teilschichten 32a und 32b. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4a umfasst die vorderseitige Barriereschicht 3a genau die beiden Teilschichten 31a, 32a.
Die erste Teilschicht 31a kann beispielsweise eine Dicke d31a von mehr als 50 nm, von 100 nm bis 500 nm, oder von 100 nm bis 300 nm aufweisen. Als Material für die erste Teilschicht 31a eignen sich z. B. Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN) oder Titanwolfram (TiW). Im Falle von Titanwolfram kann der Wolframanteil z. B. 50% bis 100%, oder 70% bis 90%, betragen (Ti_xW_y mit y = 0,5 bis 1,0 oder mit y = 0,7 bis 0,9).
Die optionale zweite Teilschicht 32a kann z. B. eine Dicke d32a von 5 nm bis 20 nm, beispielsweise etwa 10 nm, oder von wenigstens 50 nm aufweisen. Außerdem kann die Dicke d32a der zweiten Teilschicht 32a z. B. 100 nm bis 500 nm betragen. Als Material für die zweite Teilschicht 32a eignen sich z. B. Titan oder Tantal, oder Mischungen, beispielsweise Legierungen aus oder mit zumindest einem dieser Stoffe.

In der nachfolgenden Tabelle sind Beispiele für mögliche Schichtdicken geeigneter erster und zweiter Teilschichten geeigneter Barriereschichten in Verbindung mit geeigneten Materialen aufgeführt. Die Ausgestaltung von Barriereschichten und Teilschichten hiervon ist jedoch nicht auf die eingetra genen Werte, Materialien und Anzahl von Teilschichten beschränkt.

Erste Teilschicht		Zweite Teilschicht
Material	Dicke/nm	Material	Dicke/nm
TiN	100–500	Ti	100–500
TaN	100–500	Ta	100–500
TiW	> 50	Ti	~10
Ti_xW_y (y = 0,5–1,0)	100–300	Ti	~10
Ti_xW_y (y = 0,7–0,9)	100–300	Ti	~10
Ti_xW_y (y = 0,5–1,0)	100–300	keine zweite Teilschicht
Ti_xW_y (y = 0,7–0,9)	100–300	keine zweite Teilschicht

Wie aus 4b ersichtlich ist, kann eine Barriereschicht 3a eine optionale weitere Teilschicht 33a aufweisen, die zwischen der oberen Teilschicht 31a der beiden Teilschichten 31a und 32a und einer Puffermetallisierung 43, 45 angeordnet ist. Entsprechend könnte die rückseitige Barriereschicht 3b eine optionale weitere Teilschicht aufweisen, die zwischen Teilschicht 31b und der Rückseitenmetallisierung 4b angeordnet ist. Eine solche optionale weitere Teilschicht kann beispielsweise aus Tantal bestehen oder Tantal aufweisen.
Um den oberhalb des Widerstandsbereichs 64 angeordneten Abschnitt 45 der vorderseitigen Metallisierungsschicht 4a elektrisch gegenüber dem Halbleiterkörper 1 zu isolieren, kann zwischen dem Abschnitt 45 und dem Halbleiterkörper 1, beispielsweise zwischen der vorderseitigen Barriereschicht 3a und dem Halbleiterkörper 1, ein Abschnitt 21 einer Dielektrikumsschicht 2 auf dem Halbleiterkörper 1 angeordnet sein. Als Material für die Dielektrikumsschicht 2 eignen sich beispielsweise Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, oder Polyimid.
Der Abschnitt 45 der Metallisierungsschicht 4a ist elektrisch nicht mit dem Halbleiterkörper 1 des Thyristors 100 verbunden und wird daher auch als "floatend" bezeichnet.
Optional kann der Thyristor 100 eine weitere Schicht 10a aufweisen, die unmittelbar auf den Halbleiterkörper 1 aufgebracht ist. Die weitere Schicht 10a kann als Anwachsschicht ("seed layer") und/oder als Kontaktschicht dienen. Eine Anwachsschicht erfüllt die Funktion eines Haftvermittlers zwischen dem Halbleiterkörper 1 und einer weiteren darauf aufgebrachten Beschichtung wie beispielsweise die Schicht 32a. Durch eine geeignet gewählte Kontaktschicht wird die Ausbildung eines ausgeprägten Schottkykontaktes am Übergang vom Halbleiterkörper 1 zu dessen Metallisierung vermieden und ein hinreichend gut elektrischer leitender Kontakt zwischen der Metallisierung und dem Halbleiterkörper 1 dadurch hergestellt, dass die Austrittsarbeit der Elektronen aus Metallisierung in den Halbleiterkörper 1 gering ist.
Anstelle einer weiteren Schicht 10a, die sowohl als Anwachsschicht als auch als Kontaktschicht wirkt, kann auch zunächst eine Kontaktschicht unmittelbar auf den Halbleiterkörper 1 aufgebracht werden. Auf die Kontaktschicht kann dann wiederum eine Anwachsschicht aufgebracht werden. Eine Anwachsschicht kann beispielsweise aus Aluminium oder Silber bestehen oder eine Legierung mit zumindest einem dieser Metalle umfassen. Eine Anwachsschicht kann beispielsweise aus Aluminium, Titan, Silber oder Gold bestehen oder eine Legierung mit zumindest einem dieser Metalle umfassen. Die Dicken einer Anwachsschicht und einer Kontaktschicht können jeweils z. B. 0,2 μm bis 5 μm betragen.
Eine weitere Schicht 10a mit einer Doppelfunktion als Kontakt- und Anwachsschicht kann beispielsweise aus Aluminium oder Silber bestehen oder eine Legierung mit zumindest einem dieser Stoffe umfassen und eine Dicke d10a von 0,2 bis 5 μm aufweisen.
5 zeigt eine Abwandlung des in den 3, 4a und 4b dargestellten Thyristorabschnitts 12. Im Unterschied zu der Anordnung gemäß den 4a und 4b erstreckt sich ein Ab schnitt 43b der Metallisierung 43 des Zündstufenemitters 53 der dritten Zündstufe AG3 in Richtung des Hauptemitters 5 über einen Abschnitt 22 der Dielektrikumsschicht 2 hinweg. Ein Abschnitt 43a der Puffermetallisierung 43 entspricht im Wesentlichen der Puffermetallisierung 43 gemäß den 4a und 4b. Der Abschnitt 22 der Dielektrikumsschicht 2 verhindert eine vollflächige elektrische Verbindung zwischen dem Abschnitt 43 und dem Halbleiterkörper 1. Mittels eines derartigen Aufbaus einer Metallisierung 43 eines Zündstufenemitters 53 lässt sich eine Vergrößerung der Fläche der Puffermetallisierung 43 erreichen, ohne die elektrischen Eigenschaften der Zündstufe AG3 signifikant zu beeinflussen. Eine solche Ausgestaltung einer Puffermetallisierung 43 eines Zündstufenemitters 53 kann zusätzlich oder alternativ auch für jede der anderen Metallisierungen 41, 42, 44 der Zündstufenemitter 51, 52 bzw. 54 des Thyristors 100 gewählt werden.
Zu seiner äußeren Kontaktierung kann der fertig prozessierte Thyristor 100 lösbar oder unlösbar mit Kontaktelementen verbunden werden. Anhand der 6a bis 6c wird nachfolgend ein Verfahren erläutert, mit dem ein Thyristor 100 elektrisch leitend und fest mit Kontaktelementen 110, 120 verbunden wird. Wie aus 6a ersichtlich ist, wird hierzu zunächst ein Thyristor 100 bereitgestellt, der wie ein vorangehend erläuterter Thyristor ausgebildet ist. Aus Gründen der Darstellbarkeit wurde in den 6a bis 6c auf die Darstellung von Barriereschichten, Dielektrikumsschichten, Anwachsschichten sowie dotierter Bereiche des Halbleiterkörpers 1 verzichtet.
Wie aus 6b ersichtlich ist, werden auf die rückseitige Metallisierungsschicht 4b eine Verbindungsschicht 101b und auf die vorderseitige Metallisierung 40 des Hauptemitters einen Verbindungsschicht 101a aufgebracht. Die Verbindungsschichten 101a, 101b können beispielsweise als Diffusionslotschichten ausgebildet sein. Eine solche Diffusionslotschicht kann z. B. aus einer Silber-Zinn-Legierung bestehen oder eine Silber-Zinn-Legierung aufweisen. Außerdem kann die Dicke einer Diffusionslotschicht 101a, 101b z. B. zwischen 1 μm und 50 μm oder zwischen 5 μm und 15 μm, betragen. Die Herstellung einer Verbindung zwischen den Kontaktelementen 110, 120 und dem mit den Diffusionslotschichten 101a, 101b versehen Thyristor 100 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Kontaktelemente 110, 120 auf Temperaturen vorgeheizt werden, die höher sind als die Schmelzpunkte der betreffenden Diffusionslotschichten 101a bzw. 101b. Nach dem Erstarren der Diffusionslotschichten 101a, 101b liegt ein fester und dauerhafter Verbund zwischen den Kontaktelementen 110, 120 und dem Thyristor 100 vor. Eine Diffussionslotverbindung eignet sich vor allem für kleine Thyristoren mit einer Grundfläche von beispielsweise kleiner oder gleich 10 cm². 6c zeigt einen Vertikalschnitt durch eine auf diese Weise hergestellte Thyristoranordnung.
Alternativ zu einem Diffusionslot können eine oder beide der Verbindungsschichten 101a, 101b Silber aufweisen oder aus Silber gebildet sein, beispielsweise wenn die hergestellte Verbindung als NTV-Verbindung (NTV = Nieder-Temperatur-Verbindung) hergestellt wurde. Eine solche Nieder-Temperatur-Verbindung wird erzeugt, indem ein Pulver aus Silber oder ein silberhaltiges Pulver zwischen die Verbindungspartner gebracht und unter hohem Druck und unter erhöhter Temperatur, die jedoch geringer ist als Temperaturen, wie sie zur Herstellung von Diffusionslotverbindungen erforderlich sind, aneinander gepresst.
Anstelle einer solchen festen und dauerhaften Verbindung zwischen den Kontaktelementen 110, 120 und dem Thyristor 100 können eines oder beide der Kontaktelemente 110, 120 auch lösbar miteinander verbunden werden. In diesem Fall sind die Verbindungsschichten 101a, 101b, wie sie anhand der 6b und 6c erläutert wurden, entbehrlich. Die elektrische Kontaktierung erfolgt lediglich dadurch, dass, wie in der Thyristoranordnung gemäß 7 gezeigt, die Kontaktelemente 110 und/oder 120 durch äußere Kräfte F an den Thyristor 100 angepresst werden.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass das vorderseitige Kontaktelement 120, wie anhand von 6 erläutert, fest und unlösbar mit dem Halbleiterkörper 1 verbunden ist, während das rückseitige Kontaktelement 110 lediglich an den Halbleiterkörper 1 angepresst wird. Umgekehrt kann natürlich auch das rückseitige Kontaktelement 110 fest und unlösbar mit dem Halbleiterkörper 1 verbunden ist, während das vorderseitige Kontaktelement 120 an den Halbleiterkörper 1 angepresst wird.
Ein Kontaktelement 110, 120 kann, unabhängig davon, ob es lösbar oder unlösbar mit dem Halbleiterkörper 1 verbunden ist, beispielsweise als Ronde ausgebildet sein. Bei einem lichtzündbaren Thyristor kann das vorderseitige Kontaktelement 120 eine Öffnung 125 (siehe die 6b, 6c, 7) aufweisen, um den Einfall von Licht auf die Durchbruchsdiode BOD (siehe die 1 bis 3) zu ermöglichen. Bei Bedarf kann hierzu ein Lichtleiter in die Öffnung 125 eingeführt werden.

Claims

Thyristor mit i) einem Halbleiterkörper (1), in dem in einer vertikalen Richtung (v) ausgehend von einer Rückseite (14) hin zu einer Vorderseite (13) ein p-dotierter Emitter (8), eine n-dotierte Basis (7), eine p-dotierte Basis (6) und ein n-dotierter Hauptemitter (5) aufeinanderfolgend angeordnet sind; ii) einer Zündstufenstruktur (AG1, AG2, AG3, AG4) mit zumindest einem Zündstufenemitter (51, 52, 53, 54); und iii) einer Metallisierungsschicht (4a, 4b), die zumindest einen ersten Abschnitt (45) umfasst, der a) zwischen zwei benachbarten Zündstufen (AG1, AG2, AG3, AG4) oder zwischen der der Hauptkathode (HK) nächstgelegenen Zündstufe (AG4) und der Hauptkathode (HK) auf der Vorderseite (13) angeordnet und gegenüber dem Halbleiterkörper (1) elektrisch isoliert ist; b) zumindest abschnittweise oberhalb eines Widerstandsbereiches (64) der p-dotierten Basis (6) angeordnet ist, in dem die elektrische Leitfähigkeit der p-dotierten Basis (6) und/oder die Dicke der p-dotierten Basis (6) gegenüber Abschnitten (63, 65) der p-dotierten Basis (6), die in Richtung der Zündstufenstruktur (AG1, AG2, AG3, AG4) und in Richtung des Hauptemitters (5) an den Widerstandsbereich (64) angrenzen, reduziert ist; und c) der an jeder Stelle eine flächenspezifische Wärmekapazität von mehr als 50 J·K^–1·m^–2 aufweist.
Thyristor nach Anspruch 1, bei dem zumindest der erste Abschnitt (45) Kupfer aufweist oder aus Kupfer besteht.
Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest der erste Abschnitt (45) eine Dicke (d4a, d4b) von 5 μm bis 100 μm aufweist.
Thyristor nach Anspruch 3, bei dem zumindest der erste Abschnitt (45) eine Dicke von 20 μm bis 50 μm aufweist.
Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zumindest der erste Abschnitt (45) fest und unlösbar mit dem Halbleiterkörper (1) verbunden ist.
Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich der erste Abschnitt (45) über eine Fläche von 0,01 cm² bis 1,2 cm² erstreckt.
Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich der erste Abschnitt (40) über eine Fläche von 0,5 cm² bis 1 cm² erstreckt.
Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem Halbleiterkörper (1) und dem ersten Abschnitt (45) eine Barriereschicht (3a, 3b) angeordnet ist, die für wenigstens ein Metall des ersten Abschnittes (45) bei einer Temperatur von 400°C bis 500°C eine Diffusionslänge aufweist, die kleiner ist als die Dicke (d3a) der Barriereschicht (3a, 3b).
Thyristor nach Anspruch 8, bei dem die Diffusionslänge kleiner ist als die halbe Dicke (d3a) der Barriereschicht (3a, 3b).
Thyristor nach Anspruch 9, bei dem die Barriereschicht (3a, 3b) eine erste Teilschicht (31a, 31b) aufweist oder aus genau einer ersten Teilschicht (32a, 32b) besteht, die zwischen dem ersten Abschnitt (45) und dem Halbleiterkörper (1) angeordnet ist.
Thyristor nach Anspruch 10, bei dem die erste Teilschicht (31a, 31b) zumindest einen der Stoffe Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN) oder Titanwolfram (TiW) aufweist oder aus einem dieser Stoffe besteht.
Thyristor nach Anspruch 11, bei dem die erste Teilschicht (31a, 31b) Titanwolfram (TiW) umfasst oder aus Titanwolfram (TiW) besteht und einen Wolframanteil von 50%–100% (Ti_xW_y mit y = 0,5 bis 1,0) aufweist.
Thyristor nach Anspruch 12, bei dem der Wolframanteil von 70%–90% (Ti_xW_y mit y = 0,7 bis 0,9) beträgt.
Thyristor nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die erste Teilschicht (31a, 31b) eine Dicke (d31a, d31b) von mehr als 50 nm aufweist.
Thyristor nach Anspruch 14, bei dem die erste Teilschicht (31a, 31b) eine Dicke (d31a, d31b) von 100 nm bis 500 nm aufweist.
Thyristor nach Anspruch 15, bei dem die erste Teilschicht (31a, 31b) eine Dicke (d31a, d31b) von 100 nm bis 300 nm aufweist.
Thyristor nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei dem die Barriereschicht (3a, 3b) zumindest eine zweite Teilschicht (32a, 32b) aufweist.
Thyristor nach Anspruch 17, bei dem die zweite Teilschicht (32a, 32b) zumindest einen der Stoffe Titan (Ti) oder Tantal (Ta) aufweist oder aus einem dieser Stoffe besteht.
Thyristor nach einem der Ansprüche 17 oder 18, bei dem die zweite Teilschicht (32a, 32b) eine Dicke (d32a, d32b) von 5 nm bis 20 nm aufweist.
Thyristor nach einem der Ansprüche 17 oder 18, bei dem die erste Teilschicht (31a, 31b) eine Dicke (d31a, d31b) von 100 nm bis 500 nm aufweist.
Thyristor nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem die Barriereschicht (3a) eine weitere Teilschicht (33a) aufweist, die zwischen der ersten Teilschicht (31a) und dem ersten Abschnitt (45) angeordnet ist.
Thyristor nach Anspruch 21, bei dem die weitere Teilschicht (33a) Tantal aufweist oder aus Tantal besteht.
Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem ersten Abschnitt (45) und dem Halbleiterkörper (1) zumindest abschnittweise eine Dielektrikumsschicht (2) auf dem Halbleiterkörper (1) angeordnet ist.
Thyristor nach Anspruch 23, bei dem die Dielektrikumsschicht (2) zumindest abschnittweise zwischen einer Barriereschicht (3a) und dem Halbleiterkörper (1) angeordnet ist.
Thyristor nach Anspruch 23 oder 24, bei der ein Abschnitt (21, 22) der Dielektrikumsschicht (2) in einer zur vertikalen Richtung (v) lateralen Richtung (r1, r2) zwischen einer Zündeinrichtung (BOD) und einem Zündstufenemitter (51, 52, 53, 54) oder zwischen einem Zündstufenemitter (51, 52, 53, 54) und dem Hauptemitter (5) oder zwischen zwei benachbarten Zündstufenemittern (51, 52, 53, 54) angeordnet ist.
Thyristor nach einem der Ansprüche 23 bis 25, bei dem die Dielektrikumsschicht (2) aus Siliziumdioxid (SiO₂), aus Siliziumnitrid oder aus Polyimid besteht oder zumindest eines dieser Materialien umfasst.
Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem ersten Abschnitt (45) und dem Halbleiterkörper (1) eine Kontaktschicht (10a, 10b) angeordnet ist, die den Halbleiterkörper (1) unmittelbar kontaktiert und die aus Aluminium, Titan, Silber oder Gold besteht oder zumindest einem dieser Stoffe umfasst.
Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem ersten Abschnitt (45) und dem Halbleiterkörper (1) eine Anwachsschicht (10a, 10b) angeordnet ist, die aus Aluminium oder Silber besteht oder zumindest einem dieser Stoffe umfasst.
Thyristor nach Anspruch 28, bei dem die Anwachsschicht zwischen der Kontaktschicht und dem ersten Abschnitt (45) angeordnet ist.
Thyristor nach Anspruch 28, bei dem die Anwachsschicht (10a, 10b) und die Kontaktschicht (10a, 10b) identisch sind.
Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Metallisierungsschicht (4a, 4b) einen Abschnitt (4b) aufweist, der auf die Rückseite (14) des Halbleiterkörpers (1) aufgebracht ist und der an jeder Stelle eine flächenspezifische Wärmekapazität von mehr als 50 J·K^–1·m^–2 aufweist.
Thyristoranordnung mit einem Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Metallisierungsschicht (4a, 4b) mit zumindest einem Kontaktelement (110, 120) elektrisch leitend verbunden ist.
Thyristoranordnung nach Anspruch 32, bei der ein erstes Kontaktelement (110) mechanisch mit dem auf der Rückseite (14) angeordneten Abschnitt (4b) der Metallisierungsschicht (4a, 4b) verbunden ist.
Thyristoranordnung nach Anspruch 33, bei der das erste Kontaktelement (110) als Trägerplatte ausgebildet ist.
Thyristoranordnung nach Anspruch 33 oder 34, bei der das erste Kontaktelement (110) Molybdän (Mo) aufweist oder aus Molybdän (Mo) besteht.
Thyristoranordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 35, bei der das erste Kontaktelement (110) fest und unlösbar mit dem auf der Rückseite (14) angeordneten Abschnitt (4b) der Metallisierungsschicht (4a, 4b) verbunden ist.
Thyristoranordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 36, bei der zwischen dem ersten Kontaktelement (110) und dem auf der Rückseite (14) angeordneten Abschnitt (4b) der Metallisierungsschicht (4a, 4b) eine Silber enthaltende Schicht (101b) angeordnet ist.
Thyristoranordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 37, bei der das erste Kontaktelement (110) und der auf der Rückseite (14) angeordnete Abschnitt (4b) der Metallisierungsschicht (4a, 4b) mittels einer Diffusionslotschicht (101b) verbunden sind.
Thyristoranordnung nach Anspruch 38, bei der die Diffusionslotschicht (101b) eine Dicke von 5 μm bis 10 μm aufweist.
Thyristoranordnung nach Anspruch 38 oder 39, bei der die Diffusionslotschicht (101b) aus einer Silber-Zinn-Legierung (AgSn) besteht oder eine Silber-Zinn-Legierung (AgSn) enthält.
Thyristoranordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 35, bei der das erste Kontaktelement (110) an den mit der Metallisierungsschicht (4a, 4b) versehenen Thyristor angepresst ist und bei der zwischen dem Thyristor und dem ersten Kontaktelement (110) eine lösbare elektrische Druckkontaktierung besteht.
Thyristoranordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 40, bei der ein zweites Kontaktelement (120) mechanisch mit dem auf der Vorderseite (13) angeordneten Abschnitt (4a) der Metallisierungsschicht (4a, 4b) verbunden ist.
Thyristoranordnung nach Anspruch 42, bei der das zweite Kontaktelement (120) als Ronde ausgebildet ist.
Thyristoranordnung nach Anspruch 42 oder 43, bei der das zweite Kontaktelement (120) Silber (Ag) aufweist oder aus Silber (Ag) besteht.
Thyristoranordnung nach einem der Ansprüche 42 bis 44, bei der das zweite Kontaktelement (120) fest und unlösbar mit dem auf der Vorderseite (13) angeordneten Abschnitt (4a) der Metallisierungsschicht (4a, 4b) verbunden ist.
Thyristoranordnung nach einem der Ansprüche 42 bis 45, bei der zwischen dem zweiten Kontaktelement (120) und dem auf der Vorderseite (13) angeordneten Abschnitt (4a) der Metallisierungsschicht (4a, 4b) eine Silber enthaltende Schicht (101a) angeordnet ist.
Thyristoranordnung nach einem der Ansprüche 42 bis 46, bei der das zweite Kontaktelement (120) und der auf der Vorderseite (13) angeordnete Abschnitt (4a) der Metallisierungsschicht (4a, 4b) mittels einer Diffusionslotschicht (101a) verbunden sind.
Thyristoranordnung nach Anspruch 47, bei der die Diffusionslotschicht (101a) eine Dicke von 5 μm bis 10 μm aufweist.
Thyristoranordnung nach Anspruch 47 oder 48, bei der die Diffusionslotschicht (101a) aus einer Silber-Zinn-Legierung (AgSn) besteht oder eine Silber-Zinn-Legierung (AgSn) enthält.
Thyristoranordnung nach einem der Ansprüche 42 bis 44, bei dem das zweite Kontaktelement (120) an den mit der Metallisierungsschicht (4a, 4b) versehenen Thyristor angepresst ist und zwischen dem Thyristor und dem zweiten Kontaktelement (120) eine lösbare elektrische Druckkontaktierung besteht.
Thyristoranordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 50, bei der der Halbleiterkörper (1) eine Grundfläche von kleiner oder gleich 10 cm² aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Thyristors nach einem der Ansprüche 1 bis 31 mit folgenden Schritten: i) Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (1), in dem in einer vertikalen Richtung (v) ausgehend von einer Rückseite (14) hin zu einer Vorderseite (13) ein p-dotierter Emitter (8), eine n-dotierte Basis (7), eine p-dotierte Basis (6) und ein n-dotierter Hauptemitter (5) aufeinanderfolgend angeordnet sind und der eine Zündstufenstruktur (AG1, AG2, AG3, AG4) mit zumindest einem Zündstufenemitter (51, 52, 53, 54) aufweist; ii) Aufbringen einer Metallisierungsschicht (4a, 4b) auf den Halbleiterkörper (1), die zumindest einen ersten Abschnitt (45) umfasst, der a) zwischen zwei benachbarten Zündstufen (AG1, AG2, AG3, AG4) oder zwischen der der Hauptkathode (HK) nächstgelegenen Zündstufe (AG4) und der Hauptkathode (HK) auf der Vorderseite (13) angeordnet und gegenüber dem Halbleiterkörper (1) elektrisch isoliert ist; b) zumindest abschnittweise oberhalb eines Widerstandsbereiches (64) der p-dotierten Basis (6) angeordnet ist, in dem die elektrische Leitfähigkeit der p-dotierten Basis (6) und/oder die Dicke der p-dotierten Basis (6) gegenüber Abschnitten (63, 65) der p-dotierten Basis (6), die in Richtung der Zündstufenstruktur (AG1, AG2, AG3, AG4) und in Richtung des Hauptemitters (5) an den Widerstandsbereich (64) angrenzen, reduziert ist; und c) an jeder Stelle eine flächenspezifische Wärmekapazität von mehr als 50 J·K^–1·m^–2 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 52, bei dem das Aufbringen der Metallisierungsschicht (4a, 4b) durch elektrolytisches Abscheiden von Metall auf dem Halbleiterkörper (1) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 52 oder 53, bei dem die Metallisierungsschicht (4a, 4b) Kupfer (Cu) aufweist oder aus Kupfer (Cu) besteht.
Verfahren zur Herstellung einer Thyristoranordnung gemäß einem der Ansprüche 32 bis 51 mit folgenden Schritten: – Herstellen eines Thyristors gemäß einem Verfahren nach den Ansprüchen 52 bis 54; – Bereitstellen zumindest eines Kontaktelements (110, 120); – Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Metallisierungsschicht (4a, 4b) und zumindest einem Kontaktelement (110, 120).