DE1489251B1

DE1489251B1 - Steuerbarerhalbleitergleichrichter

Info

Publication number: DE1489251B1
Application number: DE1964R0039078
Authority: DE
Inventors: L Greenberg
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1963-10-28
Filing date: 1964-10-22
Publication date: 1970-02-12
Also published as: US3327183A; GB1068248A; NL6412489A; BR6462522D0; BE654988A; SE305263B

Description

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Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Halbleiter- Fig. 3 a bis 3f die entsprechenden Querschnittsgleichrichter mit vier Zonen abwechselnd entgegen- ansichten einer Halbleiterscheibe bei den verschiedegesetzten Leitungstyps, von denen die zweite und die nen Verfahrensschritten eines dritten Herstellungsvervierte eine mit dem Abstand von der zwischen ihnen fahrens für den steuerbaren Halbleitergleichrichter liegenden dritten Zone zunehmende Ladungsträger- 5 nach der Erfindung,
konzentration aufweisen und die vierte einen Leit- .
fähigkeitsgradienten hat, der steiler als derjenige der Beispiel I
zweiten Zone verläuft. Es wird eine Scheibe 10 (F i g. 1 a) aus einem HaIb-

Es sind steuerbare Halbleitergleichrichter bekannt, leiterkristall mit zwei einander gegenüberliegenden

deren mittlerer pn-übergang ein Diffusionsübergang io Hauptflächen 11, 12 hergestellt. Der Leitungstyp der

ist, während die beiden äußeren pn-Übergänge Le- Scheibe ist beliebig. Bei diesem Beispiel soll die

gierungsübergänge sind. In der diffundierten Zone. Scheibe 10 aus einem N-leitenden Siliciumeinkristall

nimmt die Ladungsträgerkonzentration von dem bestehen und einen spezifischen Widerstand von etwa

mittleren Übergang nach außen allmählich zu, bis 20 bis 40 Ohm cm haben. Die genaue Größe und

am äußeren pn-übergang ein sprungartiger Wechsel 15 Form der Scheibe 10 sind für die Erfindung nicht

des Leitungstyps erfolgt. Durch dieses Ladungsträger- wesentlich. Die Scheibe 10 kann beispielsweise einen

profil soll ein gutes Verhältnis von Sperrwiderstand Durchmesser von etwa 25 mm und eine Dicke von

zu Durchlaßwiderstand erreicht werden. Weiterhin etwa 0,2 bis 0,25 mm haben.

ist es bei Transistoren bekannt, die Ladungsträger- Die beiden Hauptflächen 11, 12 der Scheibe 10 konzentration in der Emitterzone vom Emitterkontakt ao werden mit einer Lösung einer Borverbindung, z.B. bis zum Basis-Emitter-Übergang ziemlich steil ab- Borsäure, in einem flüchtigen Lösungsmittel, z. B. fallen zu lassen, der Basiszone selbst eine relativ nied- Äthylenglykolmonomethyläther, bestrichen. Nach dem rige Ladungsträgerkonzentration zu geben, die zum Verdampfen des Lösungsmittels verbleibt auf beiden Basis-Kollektor-Übergang allmählich abfällt, während Seiten der Scheibe 10 eine dünne Schicht 28 aus der die Ladungsträgerkonzentration in der Kollektorzone as verwendeten Borverbindung. Die Scheibe 10 wird mit dem gleichen Gradienten zunächst wieder an- dann, beispielsweise in einem nicht dargestellten steigt, um dann auf den Kollektorkontakt zu wie- Röhrenofen, etwa 10 Stunden auf etwa 1300° C erderum steiler anzusteigen. Bei diesem Ladungsträger- hitzt. Während dieser Erhitzung diffundiert genügend profil erhält man ein gutes HF-Verhalten, welches Bor in die beiden Hauptflächen 11,12 der Scheibe 10 hauptsächlich durch den flachen Verlauf der Ladungs- 30 ein, und die angrenzenden Zonen 13 bzw. 15 (F i g. 1 b) trägerkonzentration im Bereich des Basis-Kollektor- der Scheibe 10 werden P⁺-leitend. Nach diesem ersten Übergangs bedingt ist, sowie eine gute Spannungs- Diffusionsschritt beträgt die Borkonzentration an den und Stromfestigkeit, welche hauptsächlich auf den Hauptflächenil, 12 etwa 10²¹ Atome/cm³. Die Borsteilen Anstieg der Ladungsträgerkonzentration in konzentration in den Zonen 13 und 15 nimmt mit zuder Nähe des Kollektorkontakts zurückzuführen ist. 35 nehmender Tiefe ab. Dementsprechend nimmt auch

Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer wei- die spezifische Leitfähigkeit der Zonen 13 und 15 mit teren Verkürzung der Ein- und Ausschaltzeit eines zunehmender Tiefe in der Scheibe 10 ab. Die bei diesteuerbaren Halbleitergleichrichters mit vier Zonen sem Beispiel auf die beschriebene Weise gebildeten abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyp, von P+-Zonen 13 und 15 sind etwa 57 μπι dick. Zwischen denen die zweite und die vierte eine mit dem Ab- 40 den eindiffundiertes Bor enthaltenden Zonen 13 und stand von der zwischen ihnen liegenden dritten Zone 15 und dem N-leitenden Rest 21 der Scheibe 10 bezunehmende Ladungsträgerkonzentration aufweisen finden sich PN-Übergänge 14 bzw. 16.
und die vierte einen Leitfähigkeitsgradienten hat, der Eine der eindiffundiertes Bor enthaltenden Zonen steller als derjenige der zweiten Zone verläuft, sowie der Scheibe 10 wird nun entfernt, z. B. durch Schleiin der Erhöhung der Unempfindlichkeit des Steuer- 45 fen, Läppen, Ätzen. Bei diesem Beispiel soll die Zone baren Halbleitergleichrichters gegen Stromimpulse 13 entfernt werden, so daß der in F i g. 1 c dargestellte und Spannungsspitzen gegenüber den bekannten Thy- Teil 10' der ursprünglichen Scheibe 10 zurückbleibt, ristoren. Der Bor enthaltende Niederschlag 28 auf der nicht

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch entfernten Hauptfläche 12 kann während des ganzen gelöst, daß die Ladungsträgerkonzentration an der 50 Verfahrens dort verbleiben, wie es bei diesem BeiOberfläche der vierten Zone mehr als hundertmal spiel geschieht, oder gewünschtenfalls auch entfernt größer als an der Oberfläche der zweiten Zone ist. werden.

Durch diese Maßnahme läßt sich die Schaltzeit um Die Scheibe 10' wird nun etwa 20 Stunden in einer

ein Drittel verkürzen; die Impulsfestigkeit läßt sich Sauerstoff-Stickstoff-Atmosphäre, die Boroxyddämpfe

um über 50% erhöhen. Außerdem wird die für die 55 (B₂O₃) enthält, auf etwa 1300⁰C erhitzt Während

Schaltzeiten maßgebliche Stromverstärkung auch bei dieses zweiten Erhitzungsvorganges wird jedoch die

höherem Strom besser konstant gehalten. Boroxydkonzentration in der Atmosphäre unterhalb

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der der Sättigung gehalten. Bei diesem Beispiel wurde die

Zeichnung näher erläutert; es zeigen gewünschte Konzentration an B₂O₃ im Ofenrohr

Fig. la bis If Querschnittsansichten einer Halb- 60 durch Erhitzen eines B₂O₃ enthaltenden Gefäßes auf tellerscheibe bei den verschiedenen Verfahrensschrit- 860° C eingestellt. Durch diesen zweiten Diffusionsten zur Herstellung des steuerbaren Halbleitergleich- Vorgang wird eine etwa 45 bis 50 μΐη dicke P-leitende richters nach der Erfindung, Zone 17 (Fig. Id) in der N-leitenden Zone 21 der

Fig. 2a bis 2f entsprechende Querschnittsansich- Scheibe 10' gegenüber der Hauptfläche 12 gebildet,

ten einer Halbleiterscheibe bei den verschiedenen 65 Die Borkonzentration an der Oberfläche der Zone 17

Verfahrensschritten eines anderen Herstellungsver- beträgt etwa 2 · 10¹⁸ Atome/cm³. An der Grenze

fahrens für den steuerbaren Halbleitergleichrichter zwischen der P-Zonel7 und dem Rest 21' des ur-

nach der Erfindung, sprünglichen N-leitenden Teiles 21 der Scheibe 10'

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entsteht ein PN-Übergang 18. Durch die Erhitzung der Steuerzone 17 nehmen mit wachsendem Abstand nimmt außerdem die Dicke der P+-Zone 15 auf von der Basiszone 2Γ zu. Die Leitfähigkeit der Zonen etwa 85 μΐη zu. Gleichzeitig wird durch den Sauer- 15 und 17 nimmt auf etwa denselben Wert an den stoff, der in der während der zweiten Diffusion ver- PN-Übergängen 16 bzw. 18 ab, die Anfangsleitfähigwendeten Atmosphäre vorhanden ist, die Oberfläche 5 keit der Zone 15 ist jedoch mehr als zwei Größender Scheibe 10' oxydiert, und es entsteht eine Ober- Ordnungen, also um mehr als das Hundertfache, gröflächenschicht 29 aus Siliciumoxyd auf den Haupt- ßer als die Anfangsleitfähigkeit der Zone 17, und die flächen 11, 12 der Scheibe 10'. Von der der Haupt- Zone 15 ist nur etwa l,5mal so dick wie die Zone 17. fläche 12 gegenüberliegenden Fläche der Scheibe 10' Der Leitfähigkeitsgradient der Anodenzone 15 ist wird ein bestimmter Teil der Siliciumoxydschicht 29 io daher mindestens eine Größenordnung steiler als der entfernt. Dies kann durch Läppen, Schleifen, Abdek- Leitfähigkeitsgradient der Steuerzone 17. ken und Ätzen usw. geschehen. Der verbleibende Ein Vorteil des auf die beschriebene Weise mit Teil 29' (F i g. 1 e) der Siliciumoxydschicht dient als unsymmetrischer Steuer- und Anodenzone hergestell-Diffusionsmaske für den nächsten Verfahrensschritt, ten steuerbaren Halbleitergleichrichters besteht in der darin besteht, daß die Scheibe 10' etwa 1,5 Stun- is ihrer kürzeren Schaltzeit. Die Schaltzeit üblicher symden in Phosphorpentoxyddampf auf 1225° C erhitzt metrischer steuerbarer Halbleitergleichrichter bewird. In der Scheibe 10' wird hierdurch angrenzend stimmter Größe beträgt im Mittel etwa 30 Mikroan die nicht abgedeckten Teile der Scheibe 10' eine Sekunden. Im Gegensatz dazu beträgt die Schaltzeit dünne, durch eindiffundierten Phosphor N-leitende eines vergleichbaren, entsprechend dem beschriebe-Zone 19 gebildet. An der Grenze zwischen der mit ao nen Verfahren mit einem in der Anodenzone steileeindiffundiertem Phosphor dotierten Zone 19 der ren Leitfähigkeitsgradienten als in der Steuerzone Scheibe 10' und der eindiffundiertes Bor enthaltenden hergestellten steuerbaren Halbleitergleichrichters im Zone 17 entsteht ein PN-Übergang 20. Mittel nur etwa 20 MikroSekunden. Die angegebe-

Wie F i g. 1 f zeigt, wird der Teil 29' der Silicium- nen Werte wurden mit identischen Testschaltungen oxydschicht dann entfernt, z. B. durch Ätzen, und 25 ermittelt, da die Schaltzeit stark von der verwendeten auf der der Hauptfläche 12 gegenüberliegenden Schaltungsanordnung abhängt. Hauptfläche der Scheibe 10' wird eine ringförmige Ein weiterer Vorteil der nach dem beschriebenen Metallelektrode 22 aufgebracht, die einen ohmschen Verfahren mit steilerem Leitfähigkeitsgradienten in Kontakt mit der N-Zone 19 bildet. Gleichzeitig wird der Anodenzone als in der Steuerzone hergestellten eine ohmsche Elektrode 24 an der P-Zone 17 ange- 30 steuerbaren Halbleitergleichrichter besteht darin, daß bracht. Die Elektrode 24 liegt innerhalb des Bereichs, sie höheren Impulsströmen standzuhalten vermögen der durch die ringförmige Elektrode 22 begrenzt wird. als bekannte steuerbare Halbleitergleichrichter der-Zur Vervollständigung des steuerbaren Halbleiter- selben Größe. Bestimmte bekannte steuerbare Halbgleichrichters werden an den Elektroden 22, 24 An- leitergleichrichter vermögen beispielsweise Einzelschlußdrähte 23 bzw. 25 angebracht. Ein Anschluß- 35 impulsen einer Amplitude von maximal 250 Ampere draht 27 für den Bereich 15 der Scheibe 10' kann an standzuhalten. Der entsprechende Wert vergleichder Hauptfläche 12 befestigt werden. Eine andere barer steuerbarer Halbleitergleichrichter nach der Möglichkeit, einen elektrischen Anschluß an der Erfindung beträgt dagegen etwa 400 Ampere. Zone 15 herzustellen, besteht darin, die Hauptfläche

12 der Scheibe 10' mit dem Boden eines Metallgehäu- 40 Beispiel II ses zu verbinden und den Anschluß dann an letzterem anzubringen.Der steuerbareHalbleitergleichrich- Eine Scheibe 30 (Fig. 2d) mit zwei gegenüberlieter kann dann in üblicher Weise in ein Gehäuse ein- genden Hauptflächen 31, 32 wird aus einem kristalgeschlossen werden. tischen Halbleitermaterial eines bestimmten Leitungs-

Bei dem fertigen steuerbaren Halbleitergleichrich- 45 typs hergestellt. Die Scheibe 30 soll beispielsweise aus

ter bildet die durch eindiffundiertes Bor P+-leitende einem N-leitenden Siliciumeinkristall bestehen. Sie

Zone 15 die Anodenzone, die elektrisch über den an wird in einem nicht dargestellten Rohrofen etwa

der Hauptfläche 12 angebrachten Anschlußdraht 27 20 Stunden in einer Boroxyddämpfe enthaltenden,

oder durch Verbinden der Hauptfläche 12 mit einem nicht oxydierenden Atmosphäre auf etwa 1280° C

Metallgehäuse angeschlossen werden kann. Die durch 50 erhitzt. Die Boroxyddämpfe werden von einem Bor-

eindiffundiertes Bohr P-leitende Zone 17 ist die oxyd enthaltenden Gefäß, das auf etwa 870° C er-

Steuerzone, die durch die ohmsche Elektrode 24 und hitzt ist, in den Ofen eingeleitet. Unter diesen Bedin-

den Anschlußdraht 25 anschließbar ist. Die durch gungen entsteht direkt im Anschluß an die Scheiben-

eindiffundierten Phosphor N-leitende Zone 19 stellt oberfläche eine eindiffundiertes Bor enthaltende Zone,

die Kathodenzone dar, und die Elektrode 22 und der 55 die etwa 38 μπα tief ist. Die Borkonzentration beträgt

Elektrodendraht 23 dienen zum Anschluß der Ka- an der Oberfläche der Scheibe 30 etwa 2 · 10¹⁸ Atome/

thode. cm³. Da die Oberflächenzone durch das eindiffun-

Die Steuerzone 17 und die Anodenzone 15 des dierte Bor P-leitend wird, entsteht ein PN-Übergang steuerbaren Halbleitergleichrichters sind unsymme- zwischen der P-leitenden Oberflächenzone und dem trisch. Die Anodenzone 15 hat an der Hauptfläche 60 N-leitenden Rest der Scheibe 30. 12 eine hohe Ladungsträgerkonzentration und eine Von der Scheibe 30 werden nun die Randteile enthohe spezifische Leitfähigkeit, da die Borkonzentra- fernt, so daß eine Scheibe 30' verbleibt, die unmitteltion an der Hauptfläche 12 etwa 10²¹ Atome/cm³ be- bar angrenzend an die Hauptflächen 31, 32 jeweils trägt. Die Ladungsträgerkonzentration und Leitfähig- eine durch eindiffundiertes Bor P-leitende Zone 33 keit der Steuerzone 17 sind an der Scheibenoberfläche 65 bzw. 35 enthält, zwischen denen sich ein mittlerer kleiner, da die Borkonzentration dort nur etwa N-leitender Teil 41 befindet, wie Fig. 2b zeigt. Die 2 · 10¹⁸ Atome/cm³ beträgt. Die Leitfähigkeit und eine Hauptfläche 31 der Scheibe 30' wird dann mit Ladungsträgerkonzentration der Anodenzone 15 und einer Lösung bestrichen, die eine Borverbindung, z. B.

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Boroxyd, mit einem flüchtigen Lösungsmittel, z. B. tion von etwa 2 · 10¹⁸ Atomen/cm³. Die Leitfähigkeit Äthylenglykolmonomethyläther, enthält. Nach dem der Anoden- und der Steuerzonen 47 bzw. 35 nimmt Verdampfen des Lösungsmittels verbleibt auf der mit wachsendem Abstand von der Basiszone 41 zu, Hauptfläche 31 ein dünner Niederschlag 48 aus der der Leitfähigkeitsgradient der Anodenzone 47 ist je-Borverbindung. 5 doch steiler als der Leitfähigkeitsgradient der Steuer-Die Scheibe 30' wird dann etwa 7 Stunden auf zone 35. Die Zone 39 bildet die Kathodenzone. Diese etwa 1280⁰C erhitzt. Hierbei diffundiert genügend Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Halbleiter-Bor bis zu einer Tiefe 46 in die Scheibe 30' ein, um scheibe nicht geläppt zu werden braucht,
einen Bereich 47 (F i g. 2 c) der P-leitenden Zone 33 .
unmittelbar angrenzend an die Hauptfläche31 P⁺- ίο Beispiel IH
leitend zu machen. Unter den angegebenen Bedin- Man geht wieder von einer Scheibe 60 mit zwei gungen wird die P+-Zone 47 etwa 25 μΐη dick, und gegenüberliegenden Hauptflächen 61, 62 aus, die aus die Borkonzentration beträgt an der Hauptfläche 31 einem kristallischen Halbleitermaterial eines gegebeetwa 10²¹ Atome/cm³. Da diese Erhitzung nur verhält- nen Leitungstyps besteht. Wie bei dem Beispiel II nismäßig kurz dauert, werden die PN-Übergänge 34, 15 wird in die Oberfläche der Scheibe 60 ein Dotierungs-36 nur wenig beeinflußt und verschieben sich nur um stoff des entgegengesetzten Typs eindiffundiert, um etwa 2,5 μΐη in Richtung auf das Innere der Scheibe eine diffundierte Oberflächenzone entgegengesetzten 30'. Nach dieser Diffusion kann der Borniederschlag Leitungstyps und einen PN-Übergang zwischen dieser

48 auf der Hauptfläche 31 durch leichtes Ätzen ent- Oberflächenzone und dem Inneren der Scheibe 60 zu fernt werden. ao bilden. Größe, Form, Material und Leitungstyp der

Die Scheibe 30' wird nun in einer oxydierenden Scheibe 60 sind für den steuerbaren Halbleitergleich-

Atmosphäre, z. B. Luft oder Sauerstoff, erhitzt, um richter nach der Erfindung nicht wesentlich. Bei die·

auf den Hauptflächen 31, 32 eine Siliciumoxydschicht sem Beispiel soll die Scheibe 60 aus einem N-leiten-

49 (Fig. 2d) zu bilden. den Siliciumeinkristall bestehen. Die durch Diffusion Wie Fig. 2e zeigt, wird nun ein Teil der Silicium- 25 gebildete Zone des entgegengesetzten Leitungstyps

oxydschicht 49 von der Hauptfläche 32 entfernt, z. B. ist dementsprechend P-leitend und wird zweckmäßi-

durch Schleifen, Läppen oder Abdecken und Ätzen. gerweise durch Erhitzen der Scheibe 60 in einer Um-

Der auf der Hauptfläche 32 verbleibende Rest 49' gebung, die einen verdampften Akzeptor enthält,

der Siliciumoxydschicht dient als Diffusionsmaske. hergestellt. Die Tiefe des diffundierten P-Bereichs Die Scheibe 30' wird hierauf für etwa 1,5 Stunden in 30 hängt von der Zeit und der Temperatur der Erhit-

einer Phosphorpentoxyddämpfe enthaltenden Atmo- zung sowie von der Konzentration des Akzeptors in

Sphäre auf etwa 1225° C erhitzt. Dabei bildet sich in der umgebenden Atmosphäre ab. Die Scheibe 60

der Scheibe 30' angrenzend an die freigelegten, nicht kann beispielsweise etwa 20 Stunden auf etwa 1280° C

abgedeckten Teile der Hauptfläche 32 eine dünne, in einer nicht oxydierenden Atmosphäre erhitzt wer-

durch eindiffundierten Phosphor N-leitende Zone 39. 35 den, die Boroxyddämpfe in ausreichender Konzentra-

An der Grenze zwischen der eindiffundierten Phos- tion enthält, um eine etwa 38 μπι dicke, mit Bor dif-

phor enthaltenden Zone 39 der Scheibe 30' und der fundierte Oberflächenzone zu bilden,

eindiffundiertes Bor enthaltenden Zone 35 entsteht Die End- oder Umfangsbereiche der Scheibe 60

ein PN-Übergang 40. und die mit Bor diffundierte Zone an der Hauptfläche

Die Siliciumoxydschichten 49, 49' werden nun 40 61 werden dann entfernt, z. B. durch Schleifen, Läp-

entfernt, z. B. abgeätzt, und auf die Hauptfläche pen oder Maskieren und Ätzen, wobei man die in

32 wird (z.B. durch Aufdampfen) eine ringför- F i g. 3 b dargestellte Scheibe 60'erhält, die eine mit mige Metallelektrode 42 aufgebracht, die einen Bor diffundierte P-leitende Zone 67 im Anschluß an ohmschen Kontakt mit der N-leitenden Zone 39 bil- die Hauptfläche 62, eine N-leitende Zone 68 und det. Gleichzeitig wird eine ohmsche Elektrode 44 an 45 einen PN-Übergang 66 zwischen diesen beiden Zonen der P-Ieitenden Zone 35 hergestellt. Die Elektrode 44 enthält. Die an die N-leitende Zone 68 angrenzende wird innerhalb des durch die ringförmige Elektrode Hauptfläche der Scheibe 60' wird nun mit einer Lö-42 begrenzten Bereichs gebildet. Zur Vervollständi- sung bestrichen, die aus einer Borverbindung, z. B. gung des steuerbaren Halbleitergleichrichters werden Borsäure, und einem flüchtigen Lösungsmittel, z.B. Anschlußleitungen 43, 45 an den Elektroden 42 bzw. 50 Äthylenglykolmonomethyläther, besteht. Nach dem 44 angebracht. Gleichzeitig kann die Hauptfläche 31 Verdampfen des Lösungsmittels verbleibt auf der bemit einer Anschlußleitung 50 versehen werden. Statt strichenen Hauptfläche ein dünner Niederschlag 78 dessen kann der Bereich 47 jedoch auch durch Ver- aus der Borverbindung.

binden der Hauptfläche 31 mit einem Metallgehäuse Die Scheibe 60' wird dann ungefähr 7 Stunden in

kontaktiert werden, an dem dann die Anschlußleitung 55 einer nicht oxydierenden Umgebung auf etwa 1280° C

angebracht wird. Schließlich wird der steuerbare erhitzt. Hierbei diffundiert Bor etwa 25 μπι tief in die

Halbleitergleichrichter in üblicher Weise in ein Ge- N-leitende Zone 68, wobei eine Oberflächenzone 65

häuse eingebaut. (Fig. 3c) der N-leitenden Zone 68 in den P+-Lei-

Bei dieser Ausführungsform kann die Zone 35 als tungstyp umgekehrt wird. Die Borkonzentration der

Steuerzone und die den Bereich 47 enthaltende Zone 60 etwa 25 μπι dicken Zone 65 beträgt an der Scheiben-

33 als Anodenzone verwendet werden. Diese beiden oberfläche etwa 10²¹ Atome/cm^s. An der Grenze Zonen des steuerbaren Halbleitergleichrichters sind zwischen der P+-Zone 65 und dem Rest 68' der unsymmetrisch. Die Anodenzone 47, 33 hat einen N-Zone 68 entsteht ein PN-Übergang 64. Der früher P+P-Schichtaufbau sowie eine hohe Ladungsträger- gebildete PN-Übergang 66 wird bei den angegebenen konzentration und hohe Leitfähigkeit an der Haupt- 65 Herstellungsbedingungen nur wenig beeinflußt,
fläche 31, da die Borkonzentration dort etwa Wie in F i g. 3 d dargestellt ist, wird der Bornieder-10²¹ Atome/cm³ beträgt. Die Steuerzone 35 ist P-lei- schlag 78 nun durch leichtes Läppen oder Ätzen enttend und hat an der Oberfläche eine Borkonzentra- fernt, und die Scheibe 60' wird in einer oxydieren-

den Atmosphäre, ζ. B. Luft, erhitzt, um auf der Oberfläche der Scheibe 60' eine Siliciumoxydschicht 79 zu bilden.

Die Siliciumoxydschicht 79 auf der Hauptfläche 62 der Scheibe 60' wird dann teilweise entfernt, z. B. durch Läppen oder Abdecken und Ätzen. Der auf der Hauptfläche 62 verbliebene Rest 79 (Fig. 3e) der Siliciumoxydschicht dient als Diffusionsmaske. Die Scheibe 60' wird nun etwa 1,5 Stunden in einer Phosphorpentoxyddämpfe enthaltenden Umgebung auf etwa 1225° C erhitzt. Dabei wird angrenzend an die freigelegten unabgedeckten Teile der Hauptfläche 62 eine dünne, durch eindiffundierten Phosphor N-leitende Zone 69 erzeugt, der mit der P-Ieitenden Zone 67 einen PN-Übergang 70 bildet.

Entsprechend Fig. 3f werden anschließend die Siliciumoxydschichten 79, 79' entfernt, z. B. abgeätzt, und auf der Hauptfläche 62 wird eine ringförmige Metallelektrode 72 niedergeschlagen, z. B. durch Aufdampfen, die einen ohmschen Kontakt mit der ao N-Zone 69 bildet. Gleichzeitig wird eine ohmsche Elektrode 74 am P-Bereich 67 angebracht. Die Elektrode 74 wird innerhalb des durch die ringförmige Elektrode 72 eingeschlossenen Bereichs gebildet. Zur Vervollständigung des steuerbaren Halbleitergleichrichters werden an den Elektroden 72 und 74 Anschlußleitungen 73 bzw. 75 angebracht. Gleichzeitig kann eine elektrische Anschlußleitung 80 mit der gegenüberliegenden Hauptfläche der Scheibe 60' verbunden werden. Auch hier kann die elektrische Verbindung mit der P+-Zone 65 durch ein hermetisch verschlossenes Metallgehäuse hergestellt werden, in das der steuerbare Halbleitergleichrichter eingebaut wird.

Bei dieser Ausführungsfonn sind wie bei den vorhergehenden die Anodenzone 65 und die Steuerzone 67 unsymmetrisch. Die Anodenzone 65 hat eine hohe Ladungsträgerkonzentration und eine hohe Leitfähigkeit an der Scheibenoberfläche, wo die Borkonzentration etwa 10²¹ Atome/cm³ beträgt. An der Scheibenoberfläche beträgt die Borkonzentration der Steuerzone 67 etwa 2 · 10¹⁸ Atome/cm³. Die Leitfähigkeit der Anodenzone 65 und der Steuerzone 67 nehmen mit wachsendem Abstand von der Basiszone 68' zu, der Leitfähigkeitsgradient der Anodenzone 65 ist jedoch steiler als der Leitfähigkeitsgradient der Steuerzone 67. Bei dem steuerbaren Halbleitergleichrichter nach dem Beispiel III ist der Leitfähigkeitsgradient in der Anodenzone steiler als bei dem steuerbaren Halbleitergleichrichter nach dem Beispiel II. Der Steuerbare Halbleitergleichrichter nach dem Beispiel III zeichnet sich daher durch eine kürzere Abschaltzeit aus als der steuerbare Halbleitergleichrichter nach dem Beispiel II.

Die Leitungstypen der verschiedenen Zonen der steuerbaren Halbleitergleichrichter nach den Ausführungsbeispielen können auch umgekehrt werden. Statt Silicium kann auch ein anderes kristallines Halbleitermaterial verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche:

1. Steuerbarer Halbleitergleichrichter mit vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps, von denen die zweite und die vierte eine mit dem Abstand von der zwischen ihnen liegenden dritten Zone zunehmende Ladungsträgerkonzentration aufweisen und die vierte einen Leitfähigkeitsgradienten hat, der steiler als derjenige der zweiten Zone verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträgerkonzentration an der Oberfläche der vierten Zone (15) mehr als hundertmal größer als an der Oberfläche der zweiten Zone (17) ist.

2. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Zone (15) dicker ist als die zweite Zone (17).

3. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (19) eine N-leitende Kathodenzone, die zweite Zone (17) eine P-leitende Steuerzone, die dritte Zone (21') eine N-leitende Basiszone und die vierte Zone (15) eine P⁺-leitende Anodenzone ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines steuerbaren Halbleitergleichrichters nach den Ansprüchen 1 bis 3 unter Verwendung einer Halbleiterscheibe eines ersten Leitungstyps mit zwei gegenüberliegenden Hauptflächen, dadurch gekennzeichnet, daß auf den beiden Hauptflächen (11, 12) eine Schicht (28) aus einem Dotierungsstoff des entgegengesetzten Leitungstyps aufgebracht wird, daß die Scheibe (10) zur Bildung von unmittelbar an die beiden Hauptflächen (11, 12) angrenzenden, stark dotierten Zonen (13,15) des entgegengesetzten Leitungstyps mit steilen Leitfähigkeitsgradienten erhitzt wird, wobei jeweils zwischen den Zonen (13, 15) entgegengesetzten Leitungstyps und dem verbleibenden mittleren Teil (21') des ersten Leitungstyps ein pn-übergang (14, 16) entsteht, daß eine (13) der Zonen (13, 15) entgegengesetzten Leitungstyps zur Freilegung des mittleren Teils (21') der Scheibe (10) entfernt wird, daß zur Bildung der zweiten Zone (17) ein Dotierungsstoff des entgegengesetzten Leitungstyps in den freigelegten mittleren Teil (2V) der Scheibe (10') eindiffundiert wird, daß zur Bildung der ersten Zone (19) ein Dotierungsstoff des ersten Leitungstyps in die zweite Zone (17) eindiffundiert wird und daß an die erste (19) die zweite (17) und die stark dotierte vierte Zone (15) Elektroden angebracht werden.

5. Verfahren zur Herstellung eines steuerbaren Halbleitergleichrichters nach einem der Ansprüche 1 bis 3 unter Verwendung einer Halbleiterscheibe eines ersten Leitungstyps mit zwei einander gegenüberliegenden Hauptflächen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung unmittelbar an die beiden Hauptflächen (31, 32) angrenzender Zonen (33,35) entgegengesetzten Leitungstyps ein Dotierungsstoff entgegengesetzten Leitungstyps in die Scheibe (30) eindiffundiert wird, daß auf der einen Hauptfläche (31) eine Schicht (48) aus einem Dotierungsstoff des entgegengesetzten Leitungstyps aufgebracht wird, daß die Scheibe (30') zur Bildung einer stark dotierten Zone (47) des entgegengesetzten Leitungstyps mit steilem Leitfähigkeitsgradienten erhitzt wird, daß in die an die andere Hauptfläche (32) der Scheibe (30') angrenzende Zone (35) des entgegengesetzten Leitungstyps ein Dotierungsstoff des ersten Leitungstyps zur Bildung einer Zone (39) des ersten Leitungstyps eindiffundiert wird und daß Elektroden an diese beiden Zonen (35, 39) und die an die eine Hauptfläche (31) angrenzende stark dotierte Zone (47) angebracht werden.

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6. Verfahren zur Herstellung eines steuerbaren Halbleitergledchrichters nach einem der Ansprüche 1 bis 3 unter Verwendung einer zwei gegenüberliegende Hauptflächen aufweisenden Halbleiterscheibe eines ersten Leitungstyps, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung zweier unmittelbar an die beiden Hauptflächen (61, 62) der Scheibe (60) angrenzender Zonen in die Scheibe (60) ein Dotierungsstoff des entgegengesetzten Leitungstyps eindiffundiert wird, daß eine dieser Zonen zur Freilegung des verbleibenden mittleren Teils (68) der Scheibe (60) entfernt wird, daß eine einen Dotierungsstoff des entge-

gengesetzten Leitungstyps enthaltende Schicht (78) auf dem freigelegten verbleibenden Tedl (68) der Scheibe (60') niedergeschlagen wird und die Scheibe (60') zur Bildung einer stark dotierten Zone (65) des entgegengesetzten Leitungetyps mit steilem Leitfähigkeitsgradienten erhitzt wird, daß ein Dotierungsstoff des ersten Leitungstyps in die an die andere Hauptfläche (62) der Scheibe (60') angrenzende Zone (67) zur Umwandlung eines Teils dieser Zone (67) in eine Zone (69) vom ersten Leitungstyp eindiffundiert wird und daß Elektroden an diese beiden (67, 69) und die stark dotierte Zone (65) angebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen