DE2712114C2 - Schaltbare Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Schaltbare Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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DE2712114C2 DE2712114A DE2712114A DE2712114C2 DE 2712114 C2 DE2712114 C2 DE 2712114C2 DE 2712114 A DE2712114 A DE 2712114A DE 2712114 A DE2712114 A DE 2712114A DE 2712114 C2 DE2712114 C2 DE 2712114C2
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Description

1) ein Thyristor gebildet wird,
2) man die Durchbruchsspannung des Thyristors bestimmt,
3) von dem Stem.rbereic.i des Thyristors bis wenigstens in den Verarmungsbereich des Thyristors hinein Materia! entfern, wird,
4) man die Durchbruchsspv .mung des Thyristors mißt und
5) die Stufen 3) und 4) wiederholt, bis die in Stufe 4) erhaltene Durchbruchsspannung kleiner ist als die in Stufe 2) bestimmte Durchbruchsspannung.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe 3) das Materia1 von dem Steuerbereich durch Ätzen entfernt
Die Erfindung betrifft eine schaltbare Halbleitervorrichtung mit einer ringförmigen Schicht eines gegebenen Leitungstyps die über einem Abschnitt einer Schicht entgegengesetzten Leitungstyps liegt und einen Teil des den Hauptstrom führenden Bereichs der Vorrichtung bildet, der eine erste Durchbruchsspannung aufweist,
einem Pilotbereich, der eine ringförmige Schicht des gegebenen Leitungstyps aufweist, die über einem anderen Abschnitt der Schicht entgegengesetzten Leitungstyps und innerhalb der Ringkonfiguration des den Hauptstrom führenden Bereichs liegt, wobei der Pilotbereich jinen Teil eines einen Pilotstrom führenden Abschnittes der Vorrichtung bildet, und
einem Steuerbereich mit der zweiten Durchbruchsspannung, der sich innerhalb der Ringkonfiguration des Pilotbereiches befindet und eine Vertiefung in der Schicht entgegengesetzten Leitungstyps aufweist
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Halbleitervorrichtung.
Eine schaltbare Halbleitervorrichtung der vorgenannten Art ist in der DE-OS 24 08 079 beschrieben. Der dortigen Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen mit Licht schaltbaren Thyristor so auszubilden, daß er auch durch weniger aufwendige Lichtquellen gezündet wird, ohne daß der äußere Schaltungsaufwand unerwünscht hoch ist. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 der DE-OS 24 08 079 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Thyristor auf mindestens einer Stirnfläche ein Gebiet aufweist, in welchem die bei der Polung in Schaltrichtung vor dem Schalten entstehende Sperrschicht bzw. "..aumladungszone an die Oberfläche treten kann und dieses Gebiet mit dem das Sehalten bewirkenden Lichtbündel beaufschlagbar ist
Der Vorteil dieser Maßnahme soll es sein, daß gewöhnliches Licht mit sehr geringer Eindringtiefe, beispielsweise sichtbares Licht von Blitzlampen, zur Zündung des Thyristors verwendet werden kann. Eine Ausführungsform der Lösung nach der DE-OS 24 08 079 besteht in einer Kerbe in der p-Basiszone. Doch dient diese Kerbe ausschließlich der Verringerung des Abstandes zur mit einer gestrichelten Linie X beginnenden Raumladungszonc. Eine Erkenntnis hinsichtlich des Schutzes des Elementes gegen einen Lawinendurchbruch durch Ausbilden der Kerbe in der Weise, daß die Durchbruchsspannung in diesem Bereich unter die Durchbruchsspannung des den Hauptstrom führenden Bereiches abgesenkt wird, läßt sich der DEOS 24 08 079 nicht entnehmen.
Außerdem ist die Herstellung der Kerbe mit Schwierigkeiten verbunden, so daß statt dessen eine andere Ausfühningsform bervorzugt ist, bei der die anodenseitige η-Basiszone in einem schmalen Kanal bis an die Oberfläche im Bereich der Kathode geführt ist
Es ist bei schaltbaren Halbleitervorrichtungen ein Problem gewesen, daß, wenn sie Überspannungen ausgesetzt sind, ein Durchbrach in unvorhersehbarer Weise in verschiedenen Abschnitten der Vorrichtung auftritt. In Abhängkeit von den örtlichen Eigenschaften einer solchen Vorrichtung kann sich die maximale Durchbruchsspannung wesentlich und in unvorhersehbarer Weise über die Vorrichtung ändern. Es ist deshalb schwierig, vorauszusagen, wo der Durchbruch auftreten wird, und die Vorrichtung vor den dadurch bedingten ungesteuerten Einschaltungen zu schützen. Es sind bereits viele Verfahren vorgeschlagen worden, um die Durchbruchsspannung einer Vorrichtung zu vergrößern, beispielsweise indem die Ränder der Vorrichtung abgeschrägt werden, um die elektrischen Feldintensitäten am Rand zu vermindern. Eine Passivierung der Randübergänge ist ein weiteres Verfahren zum Senken der elektrischen Felder an diesen Übergängen. Diese Techniken sorgen zwar für Vorrichtungen mit einer erhöhten Lawinendurchbruchs-Nennspannung, liefern aber keinen Schutz für die Vorrichtung, falls di« größte Durchbruchsspannung überschritten wird.
Weiterhin sind externe Schaltungsanordnungen mit Durchbruchsspannungen zwischen die Anode und die Steuerelektrode der scha?tbaren Vorrichtungen geschaltet die geringer als die höchste Durchbruchsspannung der Vorrichtung waren. Diese Schutzart führt zu einer schaltbaren Vorrichtung, die einschaltet, wenn sie einer über diejenige Spannung hinaus gehende Spannung ausgesetzt wird, die anderenfalls einen zerstörenden Lawinendurchbruch bewirken würde. Zwar sind externe Schaltungsanordnungen dieser Art als wirksam bekannt aber sie verschlechtern die schaltbare Vorrichtung sowohl im Hinblick auf die wirtschaftlichen Kosten als auch auf die Komplexität
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte schaltbare Halbleitervorrichtung dahingehend auszubilden, daß die Vorrichtung in einfacher und wirksamer Weise gegen Lawinendurchbruch geschützt ist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Steuerbereich eine Elektrode einschließt die die Schicht entgegengesetzten Leitungstyps kontaktiert und daß s'^h die Vertiefung so weit in die Verarmungszone, die mit einem pn-übergang zwischen der Schicht entgegengesetzten Leitungstyps und einer darunter liegenden Schicht des gegebenen Leitungstyps verbunden ist hinein erstreckt daß die zweite Durchbruchsspannung unter die erste Durchbruchsspannung gesenkt ist
Durch die Erfindung wird somit eine schaltbare Halbleitervorrichtung geschaffen, die einen steuerbaren eingeätzten Bereich im Steuerelektrodenbereich der Vorrichtung mit einer vorbestimmten Durchbruchsspannung aufweist die geringer als die Durchbruchsspannung der übrigen Vorrichtung ist Auf diese Weise tritt ein Durchbruch in einer vorhersagbaren Weise in einem Steuerelektrodenbereich der Vorrichtung auf, wodurch die Vorrichtung in gesteuerter Weise eingeschaltet und nicht mit möglicherweise katastrophalen Folgen zerstört wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen schaltbaren Halbleitervorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung finden sich in den Unteransprüchen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung erläutert Im einzelnen zeigt F i g. 1 eine Schnittansicht einer schaltbaren Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
F i g. 2 eine Schnittansicht einer schaltbaren Halbleitervorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung und
F i g. 3 eine Schnittansicht einer schaltbaren Halbleitervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In F i g. 1 ist eine schaltbare Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Ein Thyristor, der insgesamt mit 10 bezeichnet ist ist mit einem leitfähigen elektrischen Kontakt 12 versehen, der in einem ohm'schen Kontakt mit der Oberfläche 14 der Anodenschicht 16 der Halbleitervorrichtung steht. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Anodenschicht 16 aus einem p-Ieitenden Halbleitermaterial. Wenn auch eine p-leitende Anode beschrieben wird, so wäre auch ein Ausführungsbeispiel mit entgegengesetzten Leitungstypen ;nöglich. Eine η-leitende erste Basisschicht 18 liegt über der Anode 16 und bildet dazwisehen einen ersten pn-übergang. Eine p-leitende Basisschicht 20 liegt über der η-leitenden Basisschicht 18 und bildet da7wischen einen zweiten pn-übergang. Eine η-leitende Emitterschicht 22 liegt über einem Teil der p-leitcnden Basisschicht 20 und weist eine ringförmige Konfigration auf. Ein zweite> η-leitender Bereich 24 liegt ebenfalls über der p-Ieitenden Basisschicht 20 und bildet in Verbindung mit Metallisierungen 26 einen bekannten Pilottransistor. Über dem n-Ieitenden Emitter 22 liegen Kathoden-Metallisierungen 28. Eine Steuerelektrodep-Metallisierung 30, die ebenfalls eine Ringform hat liegt auch über dem p-leitenden Basisbereich 20 und innerhalb des Pilottransistorbereiches 32, der innerhalb des Hauptemitterbereiches 34 liegt. Die Elektrode 30 ist zum Triggern der steuerbaren Silizium-Halbleitervorrichtung mit einer Steuersignalquelle verbindbar. Der eingeätzte Bereich 36 liegt im Innern des Piiottransistorbereiches 32. Somit wird deutlich, daß bei Anlegen eines elektrischen Potentials an die Vorrichtung 10 ein Verarmungsbereich in der Nähe des pn-Überganges zwischen den Schichten 18 und 20 gebildet wird. Das Ausmaß der Verarmungszone ist abhängig von der Größe des an die Vorrichtung angelegten Potentials und von den jeweiligen Störsteilehkonzentrationen der Schichten. Der eingeätzte Bereich 36 ist genügend tief, damit er sich bis in die Verarmungszone erstreckt. Die Ausdehnung der Verarmungszone in F i g. 1 ist durch gestrichelte Linien 38 und 40 dargestellt.
Zur Beschreibung des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ist dus Bereich 36 als ein »eingeätzter Bereich« gekennzeichnet Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der Bereich 36 nicht notwendigerweise durch Ätzen gebildet werden muß, sondern daß auch irgendein anderes bekanntes Verfahren zum Bilden von Vertiefungen in Halbleitervorrichtungen verwendet werden kann. So kann der eingeätzte Bereich 36 beispielsweise
durch Bohren oder durch Sandstrahlen gebildet werden, solange eine ausreichende Präzision der Tiefe eingehalten werden kann.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Bereich 36 durch Ätzen gebildet, da hierbei eine große Genauigkeit erzielt werden kann. Es kann wünschenswert sein, den eingeätzten Bereich 36 entweder zur Zeit der Herstellung der Vorrichtung oder alternativ nach Abschluß anderer Fertigungsschritte zu bilden. Es kann vorteilhaft sein, bei der Verwirklichung einer Vorrichtung gemäß F i g. 1 den eingeätzten Bereich 36 zu schaffen, nachdem die Durchbruchscharakteristiken des Thyristors ermittelt worden sind. Beispielsweise sei angenommen, daß eine mit der Vorrichtung 10 im wesentlichen identische Halbleitervorrichtung hergestellt wird, und daß nur der eingeätzte Bereich 36 noch fehlt. Weiterhin sei angenommen, daß die Lawinendurchbruchsspannung der Vorrichtung beispielsweise mit 3600 Volt ermittelt wurde. Es ist deshalb notwendig, eine Ätzung mit ausreichender Tiefe zu schaffen derart, daß die Durchbruchsspannung im Bereich der Ätzung kleiner als 3600 Volt ist. Auf diese Weise kann das Verhalten der Vorrichtung vorhergesagt werden, wenn sie einer Spannung von mehr als beispielsweise 3500 Volt ausgesetzt wird. Ein Stromfluß wird dann zunächst im Bereich nahe an dem eingeätzten Bereich 36 auftreten. Der Strom wird unterhalb des Pilotthyristorbereiches 32 fließen, wodurch dieser eingeschaltet wird, was wiederum eine Einschaltung des Halbleiterbereiches 34 bewirken wird.
Es sei betont, daß die Vorrichtung gemäß F i g. 1 keine höhere Durchbruchsspannung haben wird als bekannte Vorrichtungen, sie kann aber nicht durch Anlegen von Spannungen beschädigt oder zerstört werden, die höher als die Durchbruchsspannung sind. Somit wird deutlich, daß eine Vorrichtung dieser Art besonders nützlich bei Anwendungen ist. be· de«pn Rpihenorrinungen von Thyristoren verwendet werden, um Spannungen zu steuern.
die größer als die Durchbruchsspannungen der einzelnen Vorrichtungen sind. Es ist häufig ein Problem, daß ein bestimmter Thyristor in einer Reihenanordnung der oben beschriebenen Art aus dem einen oder anderen Grund nicht durchschaltet, obwohl ein Einschaltsignal an seine Steuerelektrode angelegt wird. Unter der Annahme, daß
alle anderen Thyristoren in der Reihenschaltung bei den angelegten Steuersignalen durchschalten, wird der
nicht-einschaltende Thyristor Spannungen ausgesetzt, die die Durchbruchsspannung der Vorrichtung überschreiten können. Es ist deshalb wünschenswert, daß die nicht-einschaltende Vorrichtung vor einer Zerstörung aufgrund eines Lawinendurchbruchs und der anschließenden ungesteuerten Einschaltung geschützt wird.
Die Vorrichtung gemäß F i g. 1 wird unter den oben beschriebenen Umständen durchschalten und ist deshalb selbstschützend.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 2 dargestellt. Mit gleichen Bezugszahlen versehene Elemente wie in F i g. 1 üben gleiche Funktionen aus. Es sei bemerkt, daß die Vorrichtung gemäß F i g. 2 im wesentlichen identisch ist mit derjenigen gemäß F i g. 1, abgesehen von der Anordnung des eingeätzten Bereiches und der Steuerelektrode. F i g. 2 stelh ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, bei dem die Steuerelektrode 42 den Bereich des eingeätzten Bereiches 44 nicht einschließt. Es sei hervorgehoben, daß der eingeätzte Bereich bei verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung insgesamt, teilweise oder überhaupt nicht innerhalb der Steuerelektrode der Vorrichtung liegen kann. Es wird zur Zeit jedoch bevorzugt, daß der eingeätzte Bereich innerhalb des Steuerbereiches liegt, so daß die Vorrichtung bei einer Einschaltung durch das Anlegen einer überhöhten Spannung in einer gleichförmigen Weise durchschaltet Unter Bezugnahme auf Fig.2 ist ersichtlich, daß das Anordnen der Steuerelektrode und des eingeätzten Bereiches in der dargestellten Weise for eine anfängliche Durchschaltung des Pilotthyristorbereiches in einem relativ kleineren Bereich sorgt, als es für die Struktur gemäß F i g. 1 der Fall wäre. In ähnlicher Weise kann das Anordnen der Steuerelektrode 42 an anderer Stelle als der Mitte des Pilotthyristors 32 den gleichen Effekt haben. Dies kann in einigen Fällen wünschenswert sein, da die Empfindlichkeit des Steuerbereiches gegenüber einer Einschaltung durch an die Steuerelektrode angelegte Signale oder gegenüber einer Einschaltung durch Lawinendurchbruchsströme getrennt bestimmbar ist.
F i g. 3 zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, das dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ähnlich ist Wiederum bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente in der Zeichnung. F i g. 3 unterscheidet sich dahingehend von F i g. 1, daß ein Passivierungsmaterial über dem eingeätzten Bereich 36 und dem Steuerbereich der Vorrichtung liegt Die Passivierungsschicht 46 hat eine doppelte Funktion. Es ist häufig wünschenswert. Thyristoren zu schaffen, die durch Strahlung triggerbar sein sollen. Demzufolge stellt F i g. 3
so einen lichtempfindlichen Thyristor dar. Die Passivierungsschicht 46 kann zweckmäßigerweise aus einem anti-reflektierenden Material hergestellt sein, um die Lichtzündungscharakteristiken der Vorrichtung zu verstagen. Antireflexionsmatcrialien sind bekannt und üblicherweise Dielektrika. Es wird deshalb deutlich, daß die Charakteristiken des eingeätzten Bereiches durch die Hinzufügung des dielektrischen Passivierungsmaterials leicht verändert werden. Es wurde gefunden, daß der Zusatz der Passivierungsschicht 46 die Stärke des elektrischen Feldes verkleinert, das durch eine bestimmte Spannung im Bereich des eingeätzten Bereiches erzeugt wird. Um also eine Vorrichtung mit ähnlichen selbstschützenden Charakteristiken zu schaffen, muß der eingeätzte Bereich 36 etwas weiter in den Verarmungsbereich der Vorrichtung hinein verlängert werden.
Der lichtempfindliche Bereich der Vorrichtung 10 in Fi g. 3, der der Ringbereich zwischen dem eingeätzten Bereich und dem Innenrand des Leistungsthyristorbereiches 32 ist, kann von der in F i g. 3 gezeigten Dicke etwas abweichen. Bekanntlich ist es häufig wünschenswert, die Dicke der p-leitenden Basisschicht 20 zu vermindern, um eine wirksamere durch Strahlung triggerbare Erzeugung von Ladungsträgern in dem Bereich des Überganges zwischen den Schichten 18 und 20 zu schaffen.
Die folgende Tabelle stellt die Relation zwischen der Ätztiefe, dem Lawinenmultiplikationsfaktor und der maximalen elektrischen Feldintensität für einen Thyristor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
Ätztiefe Lawinenmultipli- Max. elektr. Feldstärke Angelegte
(0,025 mm) kationsfaktor »Λ/« (V/cm) Spannung
Geätzter Bereich als
blankes Silizium gelassen
Geätzter Bereich mit
Passivierungsmittel gefüllt
2,2 2,4 2,6 2,8
2,4 2,6 2,8 3,0
11,09
1.67 XlO5
1,74 XlO5
1,98 XlO5
2,09 XlO5
1.68 XlO5
1,72 XlO5
1,76 xlO5
1,81 χ 105
3500
3500
3500
3500
3500
3500
3500
3500
Die die vorgenannten Ergebnisse liefernde Vorrichtung zeichnet sich durch eine Störstellenkonzentration in der η-leitenden Basisschicht von 3 χ 1013CiTi-3 aus, was eine übliche Größe für η-leitende Basisschichten und Hochspannungs-Thyristoren der in Rede stehenden Art ist. Die p-leit.sr.de Basisschicht wird durch Abschleifen der oberen 0,075 mm einer 0,175 mm dicken Diffusionsschicht gebildet Die Verarmungsbreite der p-leitenden Basisschicht beträgt 0,048 mm bei 3500 Volt. Aus der obenstehenden Tabelle wird deutlich, daß bei steigender Ätztiefe in beiden Fällen der Lawinenmultiplikationsfaktor ebenfalls zunimmt. Wo der Ätzbereich nicht passiviert ist, nimmt der Lawinenmulfiplikationsfaktor bei 3500 Volt bis unendlich zu bei einer Ätztiefe von 0,071 mm. Dies macht deutlich, daß eine Ätztiefe von 0,071 mm ausreicht, um sicherzustellen, daß die Vorrichtung bei 3500 Volt zündet bzw. durchschaltet Nimmt man beispielsweise an, daß die maximale Durchbruchsspannung der Vorrichtung ohne die Ätzung 3600 Volt ist, so ist ersichtlich, daß die Vorrichtung selbst-schützend ist. Die Tabelle stellt auch die Wirkung der Passivierung auf den Lawinenmultiplikationsfaktor dar. Mit der Passivierung, deren Dielektrizitätskonstante (er) 8 ist, sind die Lawinenmultiplikationsfaktoren für gleiche Ätztiefe wesentlich vermindert Es wird deutlich, daß bei einer Ätztiefe von 0,075 mm ein Lawinenmultiplikationsfaktor erreicht wird, der für eine sichere Zündung bei 3500 Volt ausreicht
Die erforderliche Ätztiefe für eine gegebene Durchbruchsspannung in dem Steuerbereich der Vorrichtung kann zwar berechnet werden, doch ist es häufig vorteilhaft, die Ätztiefe empirisch zu bestimmen. Demgemäß wf'rde man eine Probehalbleitervorrichtung aus einem ganzen Satz, der identisch bearbeitet ist, auswählen und die Durchbruchsspannung ohne eine Ätzung ermitteln. Dann wird eine zweite Vorrichtung mit einer Ätzung versehen, die sich wenigstens in den Verarmungsbereich bei der Durchbruchsspannung erstreckt. Für den Fachmann ist klar, daß die Anfangsbestimmung der Ausdehnung des Verarmungsbereiches nahe einem pn-Übergang von der Art des Überganges abhängt Übergänge werden charakterisiert als abrupte, diffundierte abgestufte oder konstante Störstellenkonzentrationsprofile, um mehrere Beispiele von Störstellenkonzentrationsprofilen zu benennen. Es ist häufig vorteilhaft, Thyristoren mit verschiedenen Störstellenkonzentrattonsprofiien auf den beiden Seiten des Überganges zu schaffen. Beispielsweise kann ein typischer Thyristor mit einem diffundierten p-leitenden Basisbereich und einem gleichförmig dotierten η-leitenden Basisbereich gefertigt werden. Dann ist es die Ausdehnung der Verarmungszone, die sich in den p-leitenden Bereich erstreckt, die ermittelt werden muß, um eine Anfangsätzung zu schaffen. Es wird betont daß, wenn es nicht erwünscht ist, die Ausdehnung der Verarmungszone zu bestimmen, dies nicht durchgeführt zu werden braucht und tatsächlich kann die Ätzung bei der Tiefe null begonnen und in kleinen Stufen vergrößert werden, bis die gewünschte Durchbruchsspannung erhalten ist Der einzige Vorteil, wenn man die Ätzung bei einer Tiefe gleich der Grenze der Verarmungszone beginnt, besteht darin, daß weniger Ätzschritte notwendig sind, um die endgültige gewünschte Tiefe zu erreichen.
Ein allgemeines Berechnungsverfahren für die Verarmungszonenbreite wird im folgenden erläutert. Die Spannung in dem Bereich eines pn-Überganges auf der p-leitenden Seite des Überganges kann wie folgt ausgedrückt werden:
= -) E(X) dx
(D
(2)
wobei Λ-der Abstand von dem Obergang, ε die Dielektrizitätskonstante für Silizium und Wp die Verarmungsbreite der p-leitenden Schicht entsprechend V9 ist, d. h. der Spannung des p-leitenden Bereiches. NA(x) ist die resultierende Akzeptordichte über der Donatorkonzentration bei χ und q ist die Ladung von einem Elektron. Ähnliche Relationen definieren die Spannung auf der anderen Seite des Überganges:
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
F„= I -E(x) άχ,
(3)
E(X)= J -qN0(X) dx, (4)
darin ist Nd(x) die resultierende Donatorkonzentration oberhalb der Akzeplorkonzentration bei χ und VKn ist die Verarmungszonenbreite der η-leitenden Schicht für eine Spannung von Vn darüber. Wn und Wp werden dadurch g?läst, daß 1. ein Wert für Wn angenommen wird, 2. die Gleichungen 3 und 4 verwendet werden, um V
to und E(O)z\i finden, 3. wird Win Gleichung 2 vergrößert bis E(W) = O ■ Wp wird gleich diesem Wert gesetzt und dann wird Vp unter Verwendung von Gleichung 1 errechnet Wenn die Spannung der Vorrichtung (Vn + Vp) größer als die gewünschte Durchbruchsspannung ist, wird ein kleinerer Wert von Wn angesetzt und das Berechnungsverfahren wiederholt. Häufig ist es zweckmäßig, die Gleichungen graphisch zu lösen. Graphische Darstellungen für verschiedene Übergänge sind beispielsweise in Phillips »Transistor Engineering«, McGraw Hill Book
1:5 Company, New York, 1962, Seiten 116 ff zu finden.
Die Ätztiefe wird vergrößert, bis die Vorrichtung bei einer gewünschten Spannung durchschaltet, die kleiner als die vorstehend ermittelte Durchbruchsspannung ist. Dieses Verfahren wird am vorteilhaftesten angewendet, wenn eine weitgehende Gleichförmigkeit von Vorrichtungen in einem einzigen Satz erzielbar ist. Um eine hochgradige Zuverlässigkeit in dem Selbstschutzmerkmal zu erzielen, ist es wünschenswert, die Durchbruchsspannung in dem Steuerbereich weit genug unterhalb die Durchbruchsspannung der Vorrichtung zu bringen, um sicherzustellen, daß die Durchbruchsspannung von irgendeiner bestimmten Vorrichtung oberhalb derjenigen liegt, die als Selbstschutzdurchbruch gewählt ist. In ähnlicher Weise ist es nicht gewünscht, eine Ätzung zu schaffen, die die Durchbruchsspannung unterhalb diejenige senkt, die zum Schutz im wesentlichen aller Vorrichtungen in einem Satz erforderlich ist. Dem Fachmann werden so die erforderlichen Wechselwirkungen zwischen maximalem Schutz und maximaler Durchbruchsspannung deutlich.
Ein typischer Wert wurde erfindungsgemäß mit etwa 5% unter der größten Durchbruchsspannung einer Vorrichtung ohne einen eingeätzten Bereich gefunden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Schaltbare Halbleitervorrichtung mit einer ringförmigen Schicht eines gegebenen Leitungstyps, die über einem Abschnitt einer Schicht entgegengesetzten Leitungstyps liegt und einen Teil des den Hauptstrom führenden Bereichs der Vorrichtung bildet, der eine erste Durchbruchsspannung aufweist,
einem Pilotbereich, der eine ringförmige Schicht des gegebenen Leitungstyps aufweist, die über einem anderen Abschnitt der Schicht entgegengesetzten Leitungstyps und innerhalb der Ringkonfiguration des den Hauptstrom führenden Bereiches liegt, wobei der Pilotbereich einen Teil eines einen Pilotstrom führenden Abschnittes der Vorrichtung bildet, und
ίο einem Steuerbereich mit einer zweiten Durchbruchsspannung, der sich innerhalb der Ringkonfiguration des Pilotbereiches befindet und eine Vertiefung in der Schicht entgegengesetzten Leitungstyps, aufweist
dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerbereich eine Elektrode (30,42) einschließt, die die Schicht (20) entgegengesetzten Leitungstyps kontaktiert und daß sich die Vertiefung (36) so weit in die Verarmungszone (38—40), die mit einem pn-übergang zwischen der Schicht (20) entgegengesetzten Leitungstyps und einer darunter liegenden Schicht (18) des gegebeneil Leitungstyps verbunden ist, hinein erstreckt, daß die zweite Durchbruchsspannung unter die erste Durchbruchsspannung gesenkt ist.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Durchbruchsspannung in dem Steuerbereich wenigstens 5% kleiner ist als die erste Durchbruchsspannung in dem den Haunstrom führenden Halbleiterbereich.
3. He'hleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung ein Thyristor ist.
4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor ein Licht-triggerbarer Thyristor ist
5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß über der Vertiefung (36) eine Antireflexions-Passivierungsschicht (46) liegt.
6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor wenigstens zwei verstärkende Steuerbereiehe aufweist.
7. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 —6, dadurch gekennzeichnet, daß
DE2712114A 1976-03-22 1977-03-19 Schaltbare Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung Expired DE2712114C2 (de)

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