DE1539644C

DE1539644C - Thyristor with a semiconductor wafer with four layered zones

Info

Publication number: DE1539644C
Authority: DE
Inventors: Edouard Dipl Ing Windisch Eugster (Schweiz)
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Publication date: 1971-02-11

Description

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Die Erfindung betrifft einen Thyristor mit einer im Bereich II eine durchschnittlich höhere DotierungThe invention relates to a thyristor with an average higher doping in area II

Halbleiterscheibe mit vier schichtförmigen Zonen auf als im Bereich I. Dies wird auf einfache WeiseSemiconductor wafer with four layer-shaped zones than in area I. This is done in a simple manner

abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps, bei dadurch erreicht, daß die Siliziumkristallscheibe vonalternately opposite conductivity type, achieved in that the silicon crystal disc of

dem die erste Zone des ersten Leitungstyps und ein einem zylindrischen Siliziumeinkristall stammt, derfrom which the first zone of the first conductivity type and a cylindrical silicon single crystal originate from

Teil der zweiten Zone des zweiten Leitungstyps an 5 durch Zonenschmelzen in einer Dotierungsatome'.Part of the second zone of the second conductivity type at 5 by zone melting in a doping atom '.

eine Stirnfläche der Halbleiterscheibe grenzen. enthaltenden Atmosphäre hergestellt wurde. Durchborder an end face of the semiconductor wafer. containing atmosphere. Through

Derartige Thyristoren sind z. B. aus der deut- dieses Dotierungsverfahren erhält man im EinkristallSuch thyristors are z. B. from the German this doping process is obtained in the single crystal

sehen Patentschrift 1154 872 bekannt. Sie haben ein Dotierungsprofil, das in der Achse ein Maximumsee patent specification 1154 872 known. They have a doping profile that has a maximum in the axis

als trägheitslose Schaltelemente große Bedeutung aufweist und gegen den Mantel auf 80 bis 9O°/ohas great importance as inertia-free switching elements and against the jacket to 80 to 90%

erlangt. io seines Maximalwertes abfällt.attained. io of its maximum value drops.

Eine wichtige Kenngröße des Thyristors ist der Die den Bereichen I und II entsprechenden Teil-Blockierstrom I_B, bei dessen Überschreiten der flächen der Stirnfläche 5 sind über Zwischenscheiben Thyristor zündet. Dieser Blockierstrom ist stark 12 bzw. 13 mit der Elektrode 7 kontaktiert,
temperaturabhängig und sinkt mit steigender Tem- An der Randoberfläche der Zone 2 befindet sich peratur. Eine Verminderung des Blockierstroms ist 15 ein Steuerelektrodenanschluß 9 und eine Elektrode 8 überdies mit einer Verkleinerung der Durchbruchs- ist mit der Basisfläche der Halbleiterscheibe verspannung in Vorwärtsrichtung begleitet, so daß bunden. An important characteristic of the thyristor is the partial blocking current I _B corresponding to areas I and II, when the area of the end face 5 is exceeded, the thyristor ignites via intermediate disks. This blocking current is strongly contacted 12 or 13 with the electrode 7,
temperature-dependent and decreases with increasing temperature. A reduction in the blocking current is 15 a control electrode terminal 9 and an electrode 8, moreover, with a reduction in the breakthrough is accompanied with the base surface of the semiconductor wafer tension in the forward direction, so that bound.

Thyristoren ihre Sperreigenschaften bereits bei 110 Die Wirkungsweise des Thyristors wird nun anThyristors have their blocking properties already at 110. The mode of operation of the thyristor is now on

bis 130° C verlieren. Außerdem ist der Blockier- Hand der F i g. 2 bis 4 eingehend erläutert,lose up to 130 ° C. In addition, the blocking hand is shown in FIG. 2 to 4 explained in detail,

strom nicht gut reproduzierbar. Um diesen Nachteil ao Fig. 2 zeigt die Kennlinie der vierschichtigencurrent not reproducible well. To this disadvantage ao Fig. 2 shows the characteristic of the four-layer

zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, Thyristoren mit (p+-p-n-p)-Zonenfolge des Bereiches II, währendto avoid, it has been proposed to use thyristors with (p + -p-n-p) zone sequence of area II, while

höherem Blockierstrom auszulegen. Dies macht F i g. 3 die bekannte Kennlinie der n-p-n-p-Zonen-higher blocking current. This makes F i g. 3 the well-known characteristic of the n-p-n-p zone

jedoch eine in vielen Fällen ungewünschte Erhöhung folge wiedergibt,however, reflects an undesirable increase in many cases,

der Steuerleistung notwendig. Durch die höhere Dotierung der Zone 2 imthe tax payment necessary. Due to the higher doping of zone 2 in

Es ist das Ziel der Erfindung, einen Thyristor 35 Bereich II ist dort die LawinendurchbruchsspannungIt is the aim of the invention to provide a thyristor 35 area II there is the avalanche breakdown voltage

mit n-p-n-p-Zonenfolge und erhöhtem Blockierstrom kleiner als im Bereich I. Bei Anstieg der Anoden-with n-p-n-p zone sequence and increased blocking current smaller than in area I. With an increase in the anode

zu schaffen, der den erwähnten Nachteil nicht auf- spannung V_AC wird der Durchbruch also beimto create that does not stress the disadvantage mentioned up V _AC breakthrough is therefore the

weist. Punkt A einsetzen, wobei der gesamte Sperrstromshows. Insert point A , taking the total reverse current

Der erfindungsgemäße Thyristor ist dadurch ge- .solange über den Bereich II fließt und annähernd kennzeichnet, daß ein an die Stirnfläche grenzendes 30 proportional mit dem weiteren Anstieg der Anoden- und von der ersten Zone in einem Abstand angeord- spannung zunimmt, bis er eine genügend große netes schichtförmiges Gebiet der zweiten Zone eine Trägerdichte am Emitterrand 10 der n-p-n-p-Zonenhöhere Dotierung als der übrige Teil der zweiten folge erzeugt, um die Zündung im Bereich I zu beZone aufweist, daß die einander zugewandten Rän- wirken, der nun seinerseits den gesamten Strom der der ersten Zone und des höher dotierten Gebietes 35 aufnimmt.The thyristor according to the invention is thereby. As long as it flows over the area II and approximately indicates that a 30 adjacent to the end face is proportional to the further increase in the anode and from the first zone at a distance increases the voltage until it is sufficiently large The net layer-shaped region of the second zone has a higher carrier density at the emitter edge 10 of the n-p-n-p zone Doping generated as the remainder of the second sequence in order to ignite in area I zone shows that the edges facing each other act, which in turn now controls the entire stream that of the first zone and of the more highly doped region 35 takes up.

der zweiten Zone äquidistant sind, daß die dritte . Wie man leicht einsieht, ergibt sich nach F i g. 4the second zone are equidistant that the third. As can be easily seen, it follows from FIG. 4th

Zone des ersten Leitungstyps in dem Bereich in die Kennlinie des Thyristors in erster Näherung ausZone of the first conductivity type in the area in the characteristic curve of the thyristor in a first approximation

Scheibenebene, in dem das höher dotierte Gebiet der der Überlagerung der Kennlinien der ZonenfolgenSlice plane in which the more highly doped area follows the superimposition of the characteristic curves of the zone

zweiten Zone an die Stirnfläche grenzt, höher dotiert der Bereiche II bzw. I gemäß den F i g. 3 bzw. 2. Diesecond zone adjoins the end face, more heavily doped areas II and I according to FIGS. 3 or 2. The

ist als in dem Bereich in Scheibenebene, in dem die 40 Größe des tatsächlichen Zündstromes hängt jedochis than in the area in the plane of the disk in which the size of the actual ignition current depends, however

erste Zone an die Stirnfläche grenzt, und daß eine noch von der Größe des Abstandes zwischen den Be-the first zone is adjacent to the end face, and that one of the size of the distance between the two

-gemeinsame Kontaktelektrode auf der Stirnfläche an reichen II und I ab, während eine über den Emitter--common contact electrode on the end face at range II and I, while one over the emitter-

der ersten Zone und an dem höher dotierten Gebiet rand 10 möglichst gleichmäßig einsetzende Zündungthe first zone and at the more highly doped area edge 10 ignition that starts as uniformly as possible

der zweiten Zone angebracht ist. durch eine möglichst genau eingehaltene Äquidistanzthe second zone is attached. by maintaining an equidistance as precisely as possible

Die Erfindung wird an Hand der Figuren beispiels- 45 des Emitterrandes 10 vom Rande 11 des schichtweise erläutert. förmigen Gebietes 6 gewährleistet wird.The invention is illustrated in layers by means of the figures, for example 45 of the emitter edge 10 from the edge 11 of the explained. shaped area 6 is guaranteed.

Fig. 1 zeigt die kontaktierte Halbleiterscheibe Bei im wesentlichen gleicher Zündleistung ist, wie des Thyristors im Schnitt. Eine Silizium-Kristall- aus F i g. 4 ersichtlich, der Blockierstrom I₈ erhebscheibe weist eine schichtförmige Zone 1 vom lieh größer als bei einem normalen Thyristor n-Leitungstyp auf, an die beidseitig die Zonen 2 50 (F i g. 3). Da die Zündung in erster Linie durch die bzw. 3 vom p-Leitungstyp anschließen. Eine höher Verhältnisse in der p⁺-p-n-p-Zonenfolge im Bedotierte und als Emitter dienende. (n+)-Zone 4 vom reich II beherrscht wird, die sich in einem weiten n-Leitungstyp grenzt an eine dem radialen Bereich I Temperaturbereich nur wenig verändern, bleibt der entsprechende erste Teilfläche der Stirnfläche 5, " dem Blockierstrom I_B im wesentlichen proportionale wodurch in diesem Bereich I eine n-p-n-p-Zonen- 55 Zündstrom weitgehend temperaturunabhängig,
folge gebildet wird. Ein höher dotiertes (p+)-Ge- Zur Herstellung der kontaktierten Halbleiterbiet 6 der Zone2 vom p-Leitungstyp grenzt einer- scheibe werden z.B. zunächst auf einer Siliziumseits an eine dem Bereich II entsprechende kreis- scheibe vom n-Leitungstyp, deren Dotierung in der förmige zweite Teilfläche der Stirnfläche 5 und Achse ein Maximum aufweist, durch ein Diffusionsandererseits an die Zone 2 vom p-Leitungstyp, wo- 60 verfahren die Zonen 2 und 3 erzeugt. Danach werden durch in diesem Bereich II eine vierschichtige zur Bildung der Zone 4 und des Gebietes 6 Metall-(p⁺-p-n-p)-Zonenfolge mit zwei p-n-Übergängen ge- scheiben 12 bzw. 13, die entsprechende Dotierungsbildet wird. Zwischen den beiden Teilflächen grenzt substanzen enthalten, gleichzeitig auf die Stirnin einem Bereich III die Zone 2 an die Stirnfläche 5. fläche 5 der Halbleiterscheibe anlegiert. Die Kon-Dabei ist es wichtig, daß die einander zugewandten 65 taktierung der Elektroden kann schließlich durch Ränder 10, 11 der den Bereichen I und II ent- jedes geeignete Verfahren erfolgen, jedoch so, daß sprechenden Teilflächen der Stirnfläche 5 möglichst die Kathode 7 die Stirnfläche 5 der Halbleiterscheibe äquidistant sind. Die Zone 1 vom n-Leitungstyp weist im Bereich III nicht berührt.Fig. 1 shows the contacted semiconductor wafer with essentially the same ignition power as the thyristor in section. A silicon crystal from FIG. 4 it can be seen that the blocking current I ₈ has a layered zone 1 which is larger than that of a normal thyristor n-conduction type, to which the zones 2 50 (FIG. 3) are attached on both sides. Since the ignition is connected primarily through the or 3 of the p-type conduction. A higher ratio in the p ⁺ -pnp zone sequence in the doped and serving as emitter. (n +) - Zone 4 is dominated by Reich II, which in a wide n-conduction type adjoins a radial area I temperature range only slightly change, the corresponding first partial area of the end face 5, "the blocking current I _B remains essentially proportional, whereby in this area I an npnp zone 55 ignition current largely independent of temperature,
sequence is formed. A more highly doped (p +) - Ge For the production of the contacted semiconductor region 6 of the zone 2 of the p-conductivity type adjoining a disk, for example, first on a silicon side a circular disk of the n-conductivity type corresponding to the region II, whose doping is in the form second partial area of the end face 5 and axis has a maximum, produced by a diffusion on the other hand to the zone 2 of the p-conductivity type, whereby the zones 2 and 3 proceed. Thereafter, in this area II, a four-layer metal (p ⁺ -pnp) zone sequence with two pn junctions are disks 12 and 13, respectively, for forming the zone 4 and the area 6, the corresponding doping being formed. Contain substances bordering between the two partial surfaces, and at the same time zone 2 is alloyed to the end face 5 of the semiconductor wafer in an area III. It is important that the mutually facing 65 clocking of the electrodes can finally be carried out by any suitable method through the edges 10, 11 of the areas I and II, but in such a way that speaking partial surfaces of the end face 5 reach the cathode 7 as far as possible End face 5 of the semiconductor wafer are equidistant. Zone 1 of the n-conductivity type is not touched in area III.

Claims

Patent claims:

1. Thyristor with a semiconductor wafer with four layer-shaped zones alternately opposite one another Line type in which .the first zone of the first line type and part of the the second zone of the second conductivity type adjoin an end face of the semiconductor wafer, since, characterized in that one of the end face (5) adjoining and from the first Zone (4) spaced layered area (6) of the second zone (2) a higher doping than the remaining part of the second zone (2) that the facing Edges (10, 11) of the first zone (4) and of the more highly doped area (6) of the second zone (2) are equidistant that the third zone (1) of the first conductivity type in the area in the plane of the slice (II), in which the more highly doped area (6) of the second zone (2) adjoins the end face (5), is more highly doped than in the area in the disk plane (I), in which the first zone (4) on the end face (5) adjoins, and that a common contact electrode (7) on the end face (5) ' the first zone (4) and on the more highly doped region (6) of the second zone (2).

2. Thyristor according to claim 1, characterized in that the region (II) corresponding Partial surface of the end face (5) has a central circular shape and that the area (I) corresponding Partial surface of the end face (S) has a ring shape.

3. Thyristor according to claim 1, characterized by the second zone (2) of the second Conductive type alloyed metal disks containing various doping substances (12, 13) with the dimensions to form the first zone (4) of the first conductivity type and higher doped layered region (6) of the second zone (2) of the second conductivity type.

1 sheet of drawings