DE1239778B

DE1239778B - Schaltbares Halbleiterbauelement von pnpn-Typ

Info

Publication number: DE1239778B
Application number: DES88315A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Goetz Von Bernuth; Dr Adolf Herlet
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-11-16
Filing date: 1963-11-16
Publication date: 1967-05-03
Also published as: GB1073707A; CH426018A; US3366851A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21 g -11/02

Nummer: 1 239 778

Aktenzeichen: S 88315 VIII c/21 g

Anmeldetag: 16. November 1963

Auslegetag: 3. Mai 1967

Die Erfindung betrifft ein schaltbares Halbleiterbauelement vom pnpn-Typ mit Stromtorcharakter. Derartige Halbleiterbauelemente weisen einen im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper auf, welcher drei entgegengesetzt gepolte pn-Übergänge und demzufolge vier Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps besitzt. Für gewöhnlich wird ein derartiges Halbleiterbauelement aus Silizium hergestellt. Derartige Vierschicht-Halbleiterbauelemente besitzen Stromtorcharakter, d. h., sie sind nach einer Zündung stromdurchlässig und werden nur im Stromnulldurchgang oder durch äußere Schaltmittel stromundurchlässig.

Die Zündung kann durch Spannungserhöhung erfolgen. Es kann aber auch eine Steuerelektrode vorgesehen sein, welche die Zündung durch einen Stromimpuls gestattet. Die äußeren beiden Zonen, welche stets kontaktiert sind, werden als Emitterzonen bezeichnet, die beiden inneren Zonen als Basiszonen. Die Steuerelektrode wird an einer Basiszone angebracht.

Es ist bekannt, daß man den Wirkungsgrad eines Emitters dadurch herabsetzen kann, daß zwischen dem Emitter und der zugehörigen Basis ein Widerstand angebracht wird, welcher genügend klein ist, um den Abfluß von Minoritätsträgern zu gewährleisten. Ferner ist eine Halbleiter-Vierschichtanordnung mit Stromtorcharakter bekanntgeworden, bei der der pn-übergang zwischen einer Basiszone und der zugehörigen Emitterzone durch eine aufgebrachte metallene Elektrode teilweise überbrückt ist. Hierdurch wird eine Verbesserung der Kennlinie des Halbleiterbauelements erreicht, insbesondere eine Erhöhung der Sperrspannung und eine verbesserte Temperaturstabilität der Sperrspannung. Dem gleichen Zweck kann ein als Nebenschluß wirkender elektrisch leitfähiger Überzug dienen, der den pnübergang zwischen einer Basiszone und der zugehörigen Emitterzone bedeckt. Er kann z. B. ebenfalls aus Metall, aber auch aus einem metallhaltigen Lack, einem Oxyd oder aus Graphit bestehen.

Die Erfindung schafft eine weitere Verbesserung der bekannten Halbleiterbauelemente. Sie betrifft demnach ein schaltbares Halbleiterbauelement vom pnpn-Typ mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper, insbesondere aus Silizium, sowie je einer Kontaktelektrode auf jeder der beiden äußeren und einer der beiden mittleren Zonen. Dieses schaltbare Halbleiterbauelement ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die eine äußere Zone als Ringscheibe in die angrenzende kontaktierte mittlere Zone eingelassen ist, daß die Kontaktelektrode dieser mittleren Schaltbares Halbleiterbauelement vom pnpn-Typ

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. Adolf Herlet, Pretzfeld;

Dipl.-Phys. Götz von Bernuth, München

Zone von der Ringscheibe umschlossen ist und daß ein Oberflächenbereich um den an die Oberfläche tretenden Rand des pn-Übergangs dieser beiden Zonen am gesamten Außenrand der Ringscheibe durch Sandstrahlen aufgerauht ist. Durch die klare Trennung des Bereichs der Überbrückung des pn-Übergangs zwischen der Emitter- und der Basiszone von dem Bereich der Basiszone, von dem aus die Zündung des Stromtors mit Hilfe der Steuerelektrode vor sich geht, wird insbesondere eine erhebliche Verbesserung hinsichtlich einer definierten Zündung erreicht.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein derartiges Halbleiterbauelement dargestellt, welches z. B. aus einem scheibenförmigen Halbleiterkörper aus η-leitendem Silizium hergestellt sein kann. Zunächst wird durch Eindiffusion von p-Leitung erzeugenden Dotierungsstoffen eine geschlossene Randzone vom p-Leitungstyp erzeugt, welche dann z. B. durch Einätzen eines Grabens in zwei Zonen aufgetrennt wird. Im vorliegenden Fall sei angenommen, daß der gesamte Rand der Halbleiterscheibe mechanisch entfernt wird, z. B. durch Abschleifen oder Sandstrahlen. Auf dem unverändert η-leitend gebliebenen Kern 2 der Halbleiterscheibe befinden sich also zwei p-leitende Zonen 3 und 4. Durch Einlegieren eines η-Leitung erzeugenden Dotierungsstoffs wird die Zone 7 vom n-Leitungstyp erzeugt. Hierfür kann beispielsweise eine Goldfolie mit einem Antimongehalt von etwa 1 °/o Verwendung finden, welche die Form eines Ringes hat. Bei dem Einlegieren dieser Gold-Antimon-Folie entsteht außer der Zone 7 die Kontaktelektrode 8, welche im wesentlichen aus einem Gold-Silizium-Eutektikum besteht. Im gleichen bzw. im nachfolgenden Arbeitsgang können die Kontaktelektroden 5 und 6 an den Zonen 3 und 4 angebracht

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Claims

werden, indem ζ. Β. eine Bor enthaltende Goldfolie entsprechender Größe in diese Zonen einlegiert wird. An der Oberfläche des Halbleiterkörpers ist eine ringförmige Oberflächenzone 9 durch Sandstrahlen aufgebracht. Dieser Oberflächenbereich umschließt die gesamte Elektrode 8. In diesem gesandstrahlten Bereich tritt also die erwünschte Verbesserung der Oberflächenleitfähigkeit auf, welche die Temperaturstabilität des Halbleiterbauelements hinsichtlich seiner Kippspannung erheblich verbessert. Andererseits tritt aber keine unerwänschte Vergrößerung des notwendigen Steuerstroms ein, da dieser infolge der Geometrie des Halbleiterbauelements hauptsächlich zwischen der Steuerelektrode 6 und der Kontaktelektrode 8 auf kürzestem Wege durch das Halbleitermaterial fließt und demzufolge den pn-übergang zwischen den Zonen 4 und 7 praktisch nur am Innenrand der Kontaktelektrode 8 passiert, nicht dagegen aber am überbrückten Außenrand. Aus der erfindungsgemäßen Gestaltung des Halbleiterbauelements ergeben sich weitere Vorteile, welche auch im verfahrenstechnischen Bereich liegen. So ist z. B. die gesandstrahlte Oberflächenzone 9 verhältnismäßig leicht herzustellen, wobei die erwünschten Werte in einem kurzen Behandlungsgang in definierter Weise erreicht werden können. So kann z. B. nach dem Einlegieren der benötigten Kontaktelektrode und nach dem Auftrennen der Zonen 3 und 4 durch mechanisches Abarbeiten des Randes der Halbleiterscheibe das gesamte Halbleiterbauelement in bekannter Weise geätzt werden, worauf nach dem Sandstrahlen des Bereichs 9 das Halbleiterbauelement gekapselt werden kann. Demgegenüber besteht bei aufgebrachten Metallschichten immer die Gefahr, daß nach dem Aufdampfen oder sonstigen Aufbringen eine weitere Nachätzung erforderlich wird, welche durch Verschleppung von Metallionen an der Oberfläche des Halbleiterkörpers zu unerwünschten Leckströmen Anlaß geben kann. Dies wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Halbleiterbauelements vermieden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der gesamte Aufbau platzsparender gehalten werden kann, womit sich eine bessere Ausnutzung der Halbleiterscheibe ergibt. Erfahrungsgemäß wird nämlich für einen aufgebrachten Überzug, z. B. aus Metall, eine etwa 1 mm betragende Breite gebraucht und dazu ein Rand von etwa 2 mm Breite als Sicherheitsabstand gegen Ätzflüssigkeit, welche beim Ätzen der pn-Ubergänge zwischen den Zonen 2 und 3 sowie 2 und 4 auf ίο die Oberfläche kommen kann. Eine gesandstrahlte Fläche kann kleiner gehalten werden und benötigt keinen Sicherheitsabstand, da sie keine Störungen des Ätzvorgangs ergibt. 1S Patentansprüche:

1. Schaltbares Halbleiterbauelement vom pnpn-Typ mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper, insbesondere aus Silizium, so-

ao wie je einer Kontaktelektrode auf jeder der beiden äußeren und einer der beiden mittleren Zonen, dadurch gekennzeichnet, daß die eine äußere Zone als Ringscheibe in die angrenzende kontaktierte mittlere Zone eingelassen ist, daß die Kontaktelektrode dieser mittleren Zone von der Ringscheibe umschlossen ist und daß ein Oberflächenbereich um den an die Oberfläche tretenden Rand des pn-Ubergangs dieser beiden Zonen am gesamten Außenrand der Ringscheibe durch Sandstrahlen aufgerauht ist.

2. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufrauhen durch Sandstrahlen des Oberflächenbereichs vor dem Ätzen der pn-Übergänge vorgenommen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 104 617;
Transistor Technology, Bd. 1, 1958, S. 303 bis 310; L-ondeelectrique, Bd. 43,1963, Nr. 430, S. 32bis 38.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen