DE1539665C - Verfahren zum Herstellen eines steuerbaren Halbleiterelementes mit pnpn-Zonenfolge, dessen Emitterzone an mehreren Stellen kurzgeschlossen ist - Google Patents

Description

3 4

Stellen kurzgeschlossen ist, anzugeben, das die Nach- nung gering ist. Die dort zu entnehmende Lehre ist

teile der bekannten Verfahren nicht aufweist und demnach nicht auf das Ätzen von Emitterkurz-

das es erlaubt, die Parameter Kippstrom und dU/dt- Schlüssen bei steuerbaren Halbleiterelementen an-

Verhalten in einfacher Weise während des Ätz- wendbar, bei denen das Ätzen rein chemisch erfolgt

Vorganges in gewünschter Richtung zu beeinflussen. 5 und wobei erfindungsgemäß ein dem Kurzschließen

Das Verfahren, bei dem das dt//di-Verhalten des der Emitterzone dienendes Ätzmittel Verwendung

Halbleiterelementes in gewünschter Weise beeinfluß- findet.

bar ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, Nach den erfindungsgemäßen Verfahren herdaß eine an die Emitterzone anschließende und mit gestellte Halbleiterbauelemente zeichnen sich durch Öffnungen versehene Schicht hergestellt wird, daß ίο gleichmäßige elektrische Eigenschaften aus, die die dann ein diese Schicht nicht angreifendes und elek- sonst übliche Aussortierung nach bestimmten Paratrisch leitendes Ätzmittel aufgebracht wird, daß metern erübrigen. Die Erfindung erlaubt es zudem, weiter das Halbleitermaterial an den Stellen der die Parameter Kippstrom und di//di-Verhalten unÖffnungen abgeätzt wird, wobei periodische, von abhängig voneinander einzustellen, und zwar, nacheinem Meßimpulsgenerator gelieferte Spännungs- 15 dem alle anderen wesentlichen Fertigungsschritte, impulse während des Ätzvorganges zwischen die wie Diffusion usw., beendet sind. Halbleiteranode und einer Meßelektrode angelegt Die Erfindung wird nachstehend an Hand der werden, die gleichzeitig mit der Emitterzone und Zeichnungen näher erläutert.

dem Ätzmittel galvanisch verbunden ist, wobei die F i g. i zeigt einen Teilschnitt einer pnpn⁺-Struk-Amplituden der Spannungsimpulse kleiner sind als 20 tür in einer Silizium-Einkristall-Scheibe, in der auf die Kippspannung und der Ätzvorgang so lange eine Anodenzone 1 vom p-Leitungstyp eine Mittelfortgesetzt wird, bis ein bestimmtes dt//di-Verhalten zone 2 vom n-Leitungstyp, eine Steuerzone 3 vom ^ erreicht ist, bei dem das Halbleiterelement nicht p-Leitungstyp und eine höherdotierte n+-Emitter- ^ mehr zündet, und daß schließlich eine elektrisch zone 4 aneinander anschließen. Bei der Herstellung leitende Verbindung über die restliche Emitterober- 25 einer derartigen Struktur wird wie üblich von einer fläche und die geätzte Halbleiteroberfläche hergestellt Halbleiterscheibe vom n-Leitungstyp ausgegangen, wird. ' an deren Stirnflächen zur Bildung der Zonen 1 bis 3 Das Verfahren zum Herstellen eines steuerbaren . ein geeignetes Dotierungsmaterial eindiffundiert Halbleiterelementes der eingangs genannten Art, wird. Die Bildung der Emitterzone 4 erfolgt darauf dessen Kippstrom in gewünschter Weise einstellbar 30 durch einen weiteren Diffusionsschritt. Die Emitterist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, zone 4 wird dann in Randnähe mittels Therinodaß eine an die Emitterzone anschließende und mit · Kompressions-Lötung mit einem als Meßelektrode 5 Öffnungen versehene Schicht hergestellt wird, daß dienenden Golddraht verbunden. Danach wird auf dann ein diese Schicht nicht angreifendes und elek- die Emitterzone ein geeigneter Schutzlack (z.B. in irisch leitendes Ätzmittel aufgebracht wird, daß 35 Azeton gelöstes Pizein) in Form einer Schicht 6 aufweiter das Halbleitermaterial an den Stellen der . gebracht, in der gemäß einem regelmäßigen Raster Öffnungen abgeätzt wird, wobei periodische,- von eine Anzahl Durchbrüche 7 ausgespart sind, einem Impulsgenerator gelieferte Spannungsimpulse ' Die Herstellung der Emitterkurzschlüsse erfolgt während des Ätzvorganges zwischen die Halbleiter- nun mittels eines Ätzvorganges gemäß Fig. 2. Zu anode und einer Meßelektrode angelegt werden, die 40 diesem Zweck wird die Halbleiterscheibe 8 in eine gleichzeitig mit der Emitterzone und dem Ätzmittel Ätzform aus einem ringförmigen Isolierkörper 9 und galvanisch verbunden ist, wobei die Amplituden der einer Teflonscheibe 10 derart eingeklemmt, daß der Spannungsimpulse größer als die Kippspannung sind Isolierkörper 9 und die Emitterzone des Halbleiter-

• und der Ätzvorgang so lange fortgesetzt wird, bis körpers ein Becken zur Aufnahme eines Ätzmittels auf Grund der angelegten Spannungsimpulse gleich- 45 H bilden. Die mit der Emitterzone verbundene zeitig zugehörige vorgegebene Grenzwerte von Strom Meßelektrode 5 wird blank herausgeführt und mit und Spannung zwischen Halbleiteranode und Meß- einem ersten Meßanschluß 12 verbunden. Die Teflonelektrode erreicht werden, und daß schließlich eine scheibe 10 weist eine Elektrode 13 auf, die mit der elektrisch leitende Verbindung über die restliche Anodenzone des Halbleiterkörpers in flächenhaftem Emitteroberfläche und die geätzte Halbleiterober- 50 Kontakt steht und mit einem zweiten Meßanschluß fläche hergestellt wird. 14 verbunden ist. Ein Meßimpulsgenerator 15 ist

Es ist selbstverständlich, daß sich beide vor- über einen Widerstand 16 und die Meßanschlüsse

geschlagenen Verfahren kombinieren lassen, indem 12 und 14 an das in der Ätzform aufgenommene

wechselweise die entsprechenden Spannungsimpulse Halbleiterelement angeschlossen und liefert laufend

und die zugeordneten Meßeinrichtungen zur Erfas- 55 Spannung'simpulse mit Amplituden von etwa der

sung der interessierenden Parameter angelegt halben Kippspannung und einem definierten dU/dt

werden. ihrer ansteigenden Flanken, welches einem dU/dt

Das der Erfindung zugrunde liegende allgemeine entspricht, bei dem das Halbleiterelement ohne die Prinzip, irgendwelche elektrischen Eigenschaften von anzubringenden Emitterkurzschlüsse zündet, bei dem Halbleiterelementen im Zuge ihrer Herstellung zu 60 nach Herstellung dieser Kurzschlüsse das Halbleiterkontrollieren, ist an sich bekannt. So werden bei- element jedoch nicht mehr zünden soll, spielsweise in den deutschen Auslegeschriften Der Ätzvorgang ist nun folgender: Nach Ein-1 221 074 und 1 212 216 Herstellungsverfahren für schalten des Meßimpulsgenerators 15 wird in die Halbleiterbauelemente, insbesondere Tunneldioden, Ätzform ein Ätzmittel, z. B. eine Mischung von beschrieben, bei denen der pn-übergang einer 65 4 Volumteilen HNO₃, 2 Volumteilen CH₃COOH elektrolytischen Ätzung unterworfen wird, wobei und 1,5 Volumteilen HF eingebracht. Gegen dieses stets Ätzmittel Verwendung finden, deren chemische Ätzmittel ist die Lackschicht 6 beständig, so daß Ätzwirkung ohne Anlegen einer elektrischen Span- nur an den Durchbrüchen 7 die Emitterzone und

schließlich ein Teil der Steuerzone durch das Ätzmittel abgetragen werden, wobei sich an diesen Stellen freie Oberflächen etwa gemäß den in F i g. 1 unterbrochen gezeichneten Linien 17 ergeben. Diese Oberflächen sind mit der unisolierten Meßelektrode 5 über das elektrisch leitende Ätzmittel 11 niederohmig verbunden, und dadurch ist die Emitterzone an den Stellen 7 praktisch kurzgeschlossen. Solange während des Ätzvorganges die vom Meßimpulsgenerator 15 gelieferten Impulse zur Zündung des Halbleiter- to elementes führen, tritt beim Zünden über den Widerstand 16 ein Spannungsimpuls auf, der im Steuer- · gerät 18 integriert und verstärkt den Haltestrom eines elektromagnetisch gesteuerten Ventils 19 liefert, das die Wasserzufuhr einer Düse 20 sperrt. Zündet bei fortschreitender Ätzung das Halbleiterelement nicht mehr, so verschwindet der Haltestrom, das Ventil 19 öffnet, und ein Wasserstrahl aus der Düse 20 spült die Ätzlösung 11 fort und beendet damit den Ätzvorgang. Nach vollzogener Ätzung so wird die Lackschicht 6 entfernt und über die restliche Emitterfläche und die geätzte Halbleiterfläche z. B. durch Aufdampfen im Vakuum eine Nickelschicht 21 (Fig. 3) aufgebracht, die darauf bei 900° C während etwa 2 Stunden eingesintert wird.

Im Falle, daß für die Auslegung des Halbleiterelementes weniger das dtZ/di-Verhalten, sondern ein genau definierter Kippstrom J_K maßgebend ist, wird an die Anschlußklemmen 12, 14 gemäß Fig. 4 über einen Widerstand 22 ein Impulsgenerator 23 angeschlossen. Wenn die Spannung an den Meßanschlüssen 12, 14 bzw. der über das Halbleiterelement fließende Strom beide gleichzeitig bestimmte einstellbare Grenzwerte überschreiten, liefert das von den Grenzwertschaltern 24 bzw. 25 gespeiste »Und«- Gatter 26 über die Leitung 27, analog zur Schaltung gemäß F i g. 2, ein Öffnungssignal an ein elektromechanisches Ventil, welches die Wasserzufuhr zum Fortspülen der Ätzlösung freigibt.

Die Einrichtungen gemäß F i g. 2 und 4 können, wenn nötig, mit Hilfe einer Umschalteinrichtung zu einer einzigen Meßeinrichtung vereinigt werden, wobei den Meßanschlüssen 12 und 14 abwechselnd Impulse der Generatoren 15 und 23 zugeführt werden. Die Steuerung zur Beendigung des Ätzvorganges durch Öffnung des Ventils 19 erfolgt dabei mittels einer logischen Schaltung nach einer gewünschten logischen Verknüpfung der einzelnen zu erzielenden Bedingungen. ■

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch an einem Halbleiterelement mit anlegierter Emitterzone durchgeführt werden. Die Emitterzone 4 wird dabei wie üblich durch Anlegieren einer Antimon enthaltenden Goldfolie hergestellt. Auf die Goldfolie wird mit einer Maskiertechnik eine Deckschicht angebracht, die an bestimmten Stellen öffnungen aufweist. Die Goldfolie wird darauf an den frei gelassenen Stellen mit Königswasser abgeätzt und danach die Deckschicht abgetragen. Die Goldfolie bildet nun die Maske für den Ätzvorgang zur Herstellung der Emitterkurzschlüsse. Sie hat den Vorteil, daß man sie vor der Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen der restlichen Emitteroberfläche und der geätzten Halbleiteroberfläche nicht entfernen muß. Außerdem kann bei dieser Variante die Meßelektrode durch eine Kontaktfeder gebildet werden, die nach dem Einsetzen des Halbleiterelementes in die Ätzform über die Goldfolie mit der gesamten Emitteroberfläche einen gleichmäßig guten Kontakt gewährleistet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekenn- Patentansprüche: zeichnet durch Anlegieren einer Antimon enthaltenden Goldfolie auf eine Halbleiterscheibe

1. Verfahren zum Herstellen eines steuerbaren mit pnpn-Zonenfolge zum Herstellen der Emitter-Halbleiterelementes mit pnpn-Zonenfolge, dessen 5 zone (4), durch Anbringen einer mit Öffnungen Emitterzone an mehreren Stellen kurzgeschlossen (7) versehenen Lackschicht auf der Goldfolie, ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch Abätzen der Goldfolie an den von der an die Emitterzone (4) anschließende und mit Lackschicht frei gelassenen Stellen, durch AnÖffnungen (7) versehene Schicht (6) hergestellt Schluß der Meßelektrode (5) an die Goldfolie wird, daß dann ein diese Schicht nicht angrei- io und durch Ausführung des Ätzvorganges zum fendes und elektrisch leitendes Ätzmittel (11) Herstellen der Emitterkurzschlüsse,
aufgebracht wird, daß weiter das Halbleitermaterial an den Stellen der Öffnungen (7) abgeätzt wird, wobei periodische, von einem Meß-

impulsgenerator (15) gelieferte Spannungsimpulse 15

während des Ätzvorganges zwischen die Halbleiteranode und einer Meßelektrode (5) angelegt Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum werden, die gleichzeitig mit der Emitterzone (4) Herstellen eines steuerbaren Halbleiterelementes mit und dem Ätzmittel (11) galvanisch verbunden pnpn-Zonenfolge, dessen Emitterzone an mehreren ist, wobei die Amplituden der. Spannungsimpulse 20 Stellen kurzgeschlossen ist.

kleiner als die Kippspannung sind und der Ätz- Die ursprünglichen steuerbaren Halbleitereiemente

Vorgang so lange fortgesetzt wird, bis ein be- mit pnpn-Zonenfolge (Thyristoren) zeigten für viele

stimmtes dU/dt-Verhalten erreicht ist, bei dem Anwendungen die nachteilige Eigenschaft, bei rasch

das Halbleiterelement nicht mehr zündet, und ansteigender Anodenspannung, d. h. großem dU/dt,

daß schließlich eine elektrisch leitende Verbin- 25 auch innerhalb des Sperrbereiches der statischen

dung (21) über die restliche Emitteroberfläche Kennlinie zu zünden. Diese Erscheinung hat ihre

und die geätzte Halbleiteroberfläche hergestellt Ursache darin, daß 'bei einem raschen Spannungs-

wird. · anstieg zur Aufladung der Sperrschichtkapazität des

2. Verfahren zum Herstellen eines steuerbaren sperrenden pn-Überganges kurzzeitig ein Strom Halbleiterelementes mit pnpn-Zonenfolge, dessen 30 fließt, der eine ähnliche Wirkung aufweist' wie ein Emitterzone an mehreren Stellen kurzgeschlossen Zündimpuls. Um dieses nachteilige Verhalten.zu beist, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die seitigen, ist es bekannt, die Emitterzone an meh-Emitterzone (4) anschließende und mit öffnun- reren Stellen der Halbleiterfläche mit Kurzschlüssen gen (7) versehene Schicht (6) hergestellt wird, _zu versehen (z. B. »Journal of Applied Physics«, daß dann ein diese Schicht nicht angreifendes ₃₅ Vol. 30, Nr. 11, S. 1819 bis 1824). Durch diese und elektrisch leitendes Ätzmittel (11) auf- Maßnahme fließt der erwähnte Aufladestrom dann gebracht wird, daß weiter das Halbleitermaterial _zum Großteil über diese Kurzschlüsse, er wird also an den Stellen der Öffnungen (7) abgeätzt wird, vom pn-übergang zwischen Emitter- und Steuerzone wobei periodische, von einem Impulsgenerator weitgehend ferngehalten und beeinflußt daher das (15) gelieferte Spannungsimpulse während des 40 Zündverhalten in wesentlich geringerem Maße. Diese Ätzvorganges zwischen die Halbleiteranode und Kurzschlüsse haben jedoch noch weitergehendere einer Meßelektrode (5) angelegt werden, die : Konsequenzen. Sie bewirken nämlich für das durch gleichzeitig mit der Emitterzone (4) und dem Emitter-, Steuer- und Mittelzone gebildete Tran-Ätzmittel (11) galvanisch verbunden ist, wobei sistorsystem eine Änderung der Stromabhängigkeit die Amplituden der Spannungsimpulse größer 45 des Verstärkungsfaktors λ in der Weise, daß der für als die Kippspannung sind und der Ätzvorgang das Eintreten des Kippens kritische Wert erst bei so lange fortgesetzt wird, bis auf Grund der an- einem höheren, mit der Ausdehnung der Kurzgelegten Spannungsimpulse gleichzeitig züge- Schlüsse steigenden Stromwert erreicht wird. Durch hörige vorgegebene Grenzwerte von Strom und die Kurzschlüsse wird also auch eine Erhöhung des Spannung zwischen Halbleiteranode und Meß- 50 Kippstromes J_K und damit eine Erhöhung der für elektrode (5) erreicht werden, und daß schließ- ein bestimmtes stabiles Kippverhalten maßgeblichen lieh eine elektrisch leitende Verbindung (21) Grenztemperatur erzielt.

über die restliche Emitteroberfläche und die ge- Die Kurzschlüsse in der Emitterzone werden nach

ätzte Halbleiteroberfläche hergestellt wird. einem bekannten Verfahren an einer durch Diffusion

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, da- 55 hergestellten pnpn-Struktur mittels Oxydmäskendurch gekennzeichnet, daß die Beendigung des technik hergestellt (Journal of the Electrochemical Ätzvorganges durch Fortspülen ■ des Ätzmittels Society, Bd. 104 [1957], H. 9, S. 547 bis 552).
erfolgt. Der erwähnte und für die Höhe des Kippstromes

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekenn- maßgebliche Verlauf des Verstärkungsfaktors hängt zeichnet» durch Herstellung der pnpn-Zonenfolge 60 jedoch von mehreren Parametern ab, die bei dem in einem mehrstufigen Diffusionsprozeß, durch genannten Herstellungsverfahren nicht immer mit Verbindung der Stirnfläche der Emitterzone (4) genügend hoher Präzision reproduziert werden könmit einer Meßelektrode (5) aus blankem Metall- nen. Der erreichte Kippstrom sowie das dU/dt-Vcrdraht, durch Aufbringen einer mit Öffnungen (7) halten ist daher von Element zu Element oft stark versehenen Lackschicht (6), durch Ausführung 65 verschieden.

des Ätzvorganges zum Herstellen der Emitter- Es ist die Aufgabe der Erfindung, Verfahren zum

kurzschlüsse und durch Entfernen der Lack- Herstellen eines steuerbaren Halbleiterelementes mit

schicht (6) nach vollendetem Ätzvorgang. pnpn-Zonenfolge, dessen Emitterzone an mehreren