DE2909795C2

DE2909795C2 - Halbleiter-Schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE2909795C2
Application number: DE2909795A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Kamei; Kenji Katsuta Miyata; Masahiro Hitachi Okamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-03-14
Filing date: 1979-03-13
Publication date: 1986-07-31
Also published as: US4258377A; DE2909795A1; JPS5936832B2; JPS54121074A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiter-Schaltvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der US-PS 40 60 821 bekannten Art.

Eine aus der US-PS 39 86 904 oder der US-PS 42 318 bekannte Halbleiter-Schaltvorrichtung wird anhand der F i g. 1 näher erläutert.

Wenn Halbleiter-Schaltvorrichtungen in Form integrierter Schaltkreise hergestellt werden sollen, ist es bis jetzt üblich, mehrere laterale Thyristoren, z. B. solche der in F i g. 1 gezeigten Art, innerhalb zugehöriger Inseln auszubilden, die gegeneinander durch einen pn-Übergang oder eine dielektrische Isolationsschicht isoliert sind, wobei Drahtleitungen zu den Elektroden der lateralen Thyristoren so angeordnet werden, daß man die gewünschten Eigenschaften erhält Die zugehörigen Schaltkreise werden in dem gleichen Halbleitersubstrat ausgebildet In F i g. 1 bezeichnen die Bezugszahlen 1,2 und 3 eine Anode bzw. eine Kathode als Hauptelektroden und eine Gateelektrode; ferner gehören zu der Anordnung ein erster Emitterbereich 4, ein Gatebereich 5, ein zweiter Emitterbereich 6 in einem Substrat 7. Bei dem lateralen Thyristor nach F i g. 1 ergeben sich ebenso wie bei anderen bekannten Thyristoren die nachstehend genannten Nachteile. Wird an die Anode eine positive und an die Kathode eine negative Spannung angelegt, so sperrt der Thyristor, wenn die Gateelektrode abgeschaltet ist Wird dagegen eine Spannung Va, die in Abhängigkeit von der Zeit zunimmt, d. h. eine Spannung mit einem positiven Wert von dvj/df, an die Anode 1 angelegt wird ein Verschiebungsstrom erzeugt der von der Anode 1 zu der Kathode 2 fließt Dieser Verschiebungsstrom wirkt dann als Gatetriggerstrom, durch den der Thyristor auf unerwünschte Weise in den leitenden Zustand gebracht wird. Diese Erscheinung führt zu einem erheblichen Problem, insbesondere bei Verwendung des Thyristors in einer Schaltung, bei welcher verschiedene Rauschsignale auftreten, und/oder die mit einer hohen Schaltfrequenz betrieben wird, so daß sich die Zuverlässigkeit des Tyhristors verringert und sich eine Begrenzung der erwünschten hohen Arbeitsgeschwindigkeit ergibt. Zur Steigerung des dv/df-Wertes ist es bis jetzt üblich, einen äußeren Widerstand zwischen der Gateelektrode 3 und der Kathode 2 anzuschließen oder eine Einrichtung zu verwenden, die es ermöglicht, einen inneren Kurzschluß zwischen dem ersten Emitterbereich 4 und dem Gatebereich 5 herzustellen, der verhindert daß der Verschiebungsstrom als Gatetriggerstrom zu dem ersten Emitterbereich 4 fließt. Bei der Anwendung dieser Maßnahmen entsteht jedoch ein Nebenschluß-Stromweg für den Gatestrom, der zu dem ersten Emitterbereich 4 fließt, so daß ein neuer Nachteil auftritt, der darin besteht, daß der Eigentriggerstrom verstärkt wird. Dieser verstärkte Triggerstrom erweist sich natürlich insbesondere bei einer Schaltung als nachteilig, bei der mehrere Schaltvorrichtungen verwendet werden, denn die Summe der Gateströme nimmt dann einen Wert von erheblicher Größe an. Um den dv/df-Wert zu erhöhen und gleichzeitig den Triggerstrom abzuschwächen, könnte man zusätzlich einen Hilfsschaltkreis verwenden, bei dem zwischen dem Gate- und dem ersten Emitterbereich ein Transistor liegt, was jedoch bedeutet, daß sich eine Verschlechterung des Integrationsgrades der Schaltungselemente ergibt, daß sich der Flächeninhalt des Clips entsprechend vergrößert und daß sich höhere Herstellungskosten ergeben.

Demgegenüber ist die aus der US-PS 40 60 821 bekannte Halbleiter-Schaltvorrichtung insofern vorteilhaft, als sich ein hoher dv/df-Wert erreichen läßt und sie sich leicht als integrierter Schaltkreis herstellen läßt. Jedoch führt der bei dieser Schaltvorrichtung vorhandene η-leitende Kanalbereich, der sich zwischen dem ersten Emitterbereich und dem Gatebereich zu einer Hauptfläche des Substrats erstreckt, zu einer Erhöhung der Einschaltspannung. Darüber hinaus wird bei dieser

feldgesteuerten Schaltvorrichtung der Hauptstromweg nur durch den Kanalbereich gebildet Dabei führt eine geringe Breite des Kanalbereichs häufig z:i einer Erhöhung der Einschaltspannung. Um diesen Nachteil zu vermeiden, müßte man den Kanalbereich in Form mehrerer getrennter Teilkanäle ausbilden, was jedoch bedeutet, daß man zur Herstellung eines feldgesteuerten Thyristors ein kompliziertes Verfahren anwenden muß, bei dem eine hohe Genauigkeit gewährleistet ist, und das umständliche Behandlungen erfordert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Halbleiter-Schaltvorrichtung der aus der US-PS 40 60 821 bekannten Art bei einfacher Herstellbarkeit das Einschaltverha'ten zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Erfindung ist eine Halbleiter-Schaltvorrichtung mit lateralem Aufbau geschaffen worden, bei welcher ein Thyristor und eine Diode veranlaßt werden, im Parallelbetrieb zu arbeiten, wenn sie sich im leitfähigen Zustand befinden, während der Sperrzustand durch Abklemmen des Kanalbereichs mit Hilfe eines elektrischen Feldes herbeigeführt wird, um den Stromfluß zu unterbrechen.

Der Hauptstrom fließt durch den Thyristorteil, während eine p⁺nn⁺-Diodenanordnung nur einen kleinen Bruchteil des Hauptstroms aufnimmt, um den Thyristor einzuschalten. Daher kann man den ersten Emitterbereich relativ groß ausbilden, wobei der erste Emitterbereich einen gemeinsamen Bestandteil des Thyristors und der Diode bildet. Außerdem läßt sich der Herstellungsvorgang erheblich vereinfachen. In der Praxis benötigt man nur örtlich ein feines Diffusionsmaskenmuster, wenn der Kanalbereich erzeugt wird. Die übrigen Her-Stellungsschritte lassen sich im wesentlichen in der gleichen Weise durchführen wie bei Thyristoren bekannter Art. Da man außerdem keine dv/df-Kompensationsschaltung benötigt, läßt sich eine entsprechend hohe Integrationsdichte erreichen.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Halbleiter-Schaltvorrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 5.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 2 den Schnitt einer ersten Ausführungsform der Halbleiter-Schaltrorrichtung,

F i g. 3A und 4A jeweils die Draufsicht auf die Elektroden der Halbleiter-Schaltvorrichtung nach F i g. 2,

F i g. 3B den Schnitt IHß-IIIß'in F i g. 3A, F i g. 4B den Schnitt IVÄ-IVß'in F i g. 4A,

F i g. 3C den Schnitt IllC-IlIC'in F i g. 3A,

F i g. 4C den Schnitt 1 VC-IVC'in F i g. 4A,

F i g. 5A die Draufsicht einer zweiten Ausführungsform der Halbleiter-Schaltvorrichtung,

F i g. 5B und 5C den Schnitt YB-WB' bzw. den Schnitt VC-VC"inFig.5A,

Fig.6A die Draufsicht einer dritten Ausführungsform der Halbleiter-Schaltvorrichtung,

Fig.6B und 6C den Schnitt VlB-VlB' bzw. den Schnitt VIC-VIC'in Fi g. 6A,

F i g. 7 und 8 eine vierte bzw. fünfte Ausführungsform der Halbleiter-Schaltvorrichtung,

F i g. 9 im Diagramm die Abhängigkeit des Anodenstroms von der Anoden-Kathodenspannung bei der Halbleiter-Schaltvorrichtung und

Fig. 10A bis IOC jeweils einen Schnitt zur Veranschaulichung eines Arbeitsschritts bei der Herstellung der Halbleiter-Schaltvorrichtung nach Fi g. 2.

Gemäß Fi g. 2 sind ein zweiter Emitierbereich 6 (Anode) vom Leitungstyp p⁺ und ein erster Emitterbereich 4 (Kathode) vom Leitungstyp n⁺ sind an der gleichen Hauptfläche eines Substrats 7 vom Leitungstyp η ausgebildet Ein Gatebereich 5 vom Leitungstyp p⁺ ist so angeordnet, daß er in der Umgebung des ersten Emitterbereichs 4 an der Hauptfläche des Substrats 7 teilweise frei zugänglich ist und einen Kanalbereich 9 vom Leitungstyp η unmittelbar unter dem ersten Emitterbereich 4 bildet Daher steht der erste Emitterbereich 4 über den n-Kanalbereich 9 in unmittelbarer Verbindung mit dem oder grenzt an das n-Substrat 7. Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 sind der zweite Emitterbereich 6, der erste Emitterbereich 4, der Gatebereich 5 und der Kanalbereich 9 jeweils streifenförmig ausgebildet Ferner ist es möglich, mehrere solche Schaltvorrichtungen in einem einzigen Halbleiterplättchen auszubilden, wobei jede Vorrichtung innerhalb einer Insel angeordnet oder gegenüber allen anderen Vorrichtungen durch eine pn-Übergangsschicht oder alternativ durch eine isolierende oder dielektrische Schicht gut isoliert ist, und wobei die Vorrichtungen in der gewünschten Weise miteinander verbunden sind. Anordnungen von Elektroden für den Emitterbereich 6, den Emitterbereich 4 und den Gatebereich 5 können in der Praxis als vereinfachte Muster ausgebildet werden, wie es in F i g. 3A, 3B, 3C sowie in F i g. 4A, 4B und 4C gezeigt ist. In F i g. 3B, 3C, 4B und 4C bezeichnet die Bezugszahl 10 einen Film aus Siliziumdioxid, der in Fig.3A und 4A nicht erscheint. Zwar liegt der n-Kanalbereich 9 innerhalb der Begrenzungen des ersten Emitterbereichs 4, wie es aus F i g. 3A und 3C ersichtlich ist jedoch kann sich der n-Kanalbereich 9 in der Längsrichtung über den Emitterbereich 4 hinaus in das Substrat 7 hinein erstrekken, wie es aus F i g. 4A und 4C ersichtlich ist. Jedoch soll der Kanalbereich 9 in jedem Fall vorzugsweise in Längsfluchtung mit einem mittleren Teil des ersten Emitterbereichs 4 und unmittelbar unter diesem angeordnet sein, wie es in F i g. 3A, 3C, 4A und 4C gezeigt ist um eine symmetrische Stromabfuhr zu gewährleisten und eine Ungleichmäßigkeit der Stromdichte zu verhindern, wenn die Schaltvorrichtung abgeschaltet wird. Ferner sei bemerkt daß die Breite d\ des Kanals 9 kleiner ist als die Breite <& bzw. c/3 (F i g. 2) der der freiliegenden Oberfläche gegenüberliegenden Unterseite des ersten Emitterbereichs 4 an beiden Längsseiten des Kanalbereichs 9, wenn diese Breite von den betreffenden Längskanten des Kanalbereichs 9 aus in der Breitenrichtung gemessen wird. Diese Anordnung ist von besonderer Bedeutung, da sie zu einer Verstärkung der erfindungsgemäßen Wirkung führt; hierauf wird im folgenden näher eingegangen.

F i g. 5A, 5B und 5C zeigen eine zweite Ausführungsform der Halbleiter-Schaltvorrichtung, zu der mehrere Kanalbereiche, z. B. vier, gehören. Gemäß F i g. 5A ist ein Gatebereich 5 vorhanden, der mehrere streifenförmige erste Emitterbereiche 4 umgibt welche durch Abstände getrennt sind und parallel zueinander verlaufen. Die verschiedenen Kanalbereiche 9 sind unter den zugehörigen ersten Emitterbereichen 4 angeordnet. Eine Anode 1, eine kammförmige Kathode 2 und eine kammförmige Gateelektrode 3 stehen in ohmschem Kontakt mit dem zweiten Emitterbereich 6, dem ersten Emitterbereich 4 bzw. dem Gatebereich 5. Die kammförmige Kathode 2 und die kammförmige Gateelektrode 3 sind so angeordnet, daß ihre den Zähnen entsprechenden Abschnitte ineinandergreifen. Die divergierende An-

Ordnung der Gateelektrode 3 führt hierbei zu einem geringen Spannungsabfall in dem Gatebereich 5, so daß sich das Gate leicht abschalten läßt. Man kann mehrere zweite Emitterbereiche vorsehen, und zwar gemäß F i g. 5A einen weiteren, mit gestrichelten Linien angedeuteten zweiten Emitterbereich 6', der auf vorteilhafte Weise zu einer Vergrößerung des Stromleitungswegs und zu einer Verringerung des Spannungsabfalls in der Durchlaßrichtung führt.

Da die oberflächliche Dotierstoffkonzentration im freiliegenden Oberflächenteil des p-Gatebereichs 5 höher ist als diejenige des n-S>ubstrats 7, wie es in F i g. 5 gezeigt ist, kann man Einrichtungen zum Weiterleiten des Verschiebungsstroms zu der örtlich begrenzten Gateelektrode 3 auf vorteilhafte und einfache Weise vorsehen, ohne daß man ein kompliziertes Elektrodenmuster benötigt Natürlich kann main mehrere n-Kanalbereiche 9 vorsehen, um eine Stromkonzentration beim Einschalten der Schaltvorrichtung zu vermeiden.

Bei den in F i g. 6A, 6B und 6C gezeigten dritten Ausführungsformen der Halbleiter-Schaltvorrichtung handelt es sich um eine Weiterbildung der Vorrichtung nach F i g. 5A, 5B und 5C, bei der ein eine hohe Dotierstoffkonzentration aufweisender Bereich 12 vom Leitungstyp n⁺ dem zweiten Emitterbereich 6 an mindestens einem Teil desselben innerhalb der Hauptfläche gegenüber dem Gatebereich 5 benachbart ist, wobei die Anode 1 in leitender Berührung sowohl mit dem zweiten Emitterbereich 6 als auch mit dem Bereich 12 gehalten wird.

Die in den F i g. 6A, 6B, 6C dargestellte Anordnung bietet die nachstehenden Vorteile:

1. Der eine hohe Dotierstoffkonzentration aufweisende Bereich 12 unterbricht eine Verarmungsschicht, die sich von dem Gatebereich 5 aus erstrecken kann, wodurch sich die Durchbruchspannung der Vorrichtung erhöht.

2. Die im Basisbereich, d. h. dem Substrat 7, gespeicherten Ladungen, die im Zeitpunkt des Abschaltens der Vorrichtung vorhanden sind, werden über den Bereich 12 der Anode 1 zugeführt und dort beseitigt so daß die Vorrichtung mit einer kurzen Abschaltzeit arbeitet. Diese Anordnung mit dem eine hohe Dotierstoffkonzentration aufweisenden Bereich 12 kann natürlich auch bei den Ausführungsformen nach F i g. 3A bis 3C und F i g. 4A bis 4C angewendet werden.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der beschriebenen Halbleiter-Schaltvorrichtungen näher erläutert Es sei angenommen, daß die Gateelektrode 3 an den negativen Pol einer Quelle für eine Spannung Vg angeschlossen ist während die Kathode 2 mit dem positiven Pol dieser Spannungsquelle verbunden ist, so daß ein Übergang /3 in der Sperrichtung vorgespannt wird, wenn ein Schalter S geschlossen wird. Hierbei wird eine Verarmungsschicht 11 erzeugt wie es z. B. in F i g. 2 mit gestrichelten Linien angedeutet ist In den Bereichen außerhalb des n-Kanalbereichs 9 ist jedoch die räumliche Erstreckung der Verarmungsschicht 11 gewöhnlich begrenzt; dies läßt sich durch die Tatsache erklären, daß die Werte der Dotierstoffkonzentration bei dem P⁺-Gatebereich 5 und dem ersten Emitterbereich 4 vergleichsweise höher sind als bei dem n-Kanalbereich 9, bei dem die Dotierstoffkonzsntration gleich derjenigen des n-Halbleitersubstrats 7 ist Wenn man die Breite d\ und die Tiefe /des n-Kanalbereichs 9 und die Spannung Vg der Spannungsquelle entsprechend wählt, kann der n-Kanalbereich 9 durch die Verarmungsschicht 11 vollständig abgesperrt werden. Hierbei fließt kein Strom von der Anode 1 zu der Kathode 2, und zwar auch dann nicht wenn eine Spannung, die gegenüber der Kathode 2 positiv ist, an die Anode 1 angelegt wird, da der n-Kanalbereich 9, welcher einen Bestandteil des Stromleitungswegs zwischen der Anode 1 und der Kathode 2 bildet, vollständig gesperrt wird. Mit anderen Worten,

ίο die Schaltvorrichtung befindet sich im nichtleitenden Zustand. Natürlich kann ein schneller Anstieg der an die Anode 1 angelegten Anodenspannung zur Entstehung eines Verschiebungssiroms führen, der jedoch nicht durch den Übergang /3 fließt sondern zu der Gateelektrode 3 und von dort aus über einen äußeren Stromkreis zu der Kathode 2. Dieses Merkmal gibt in Verbindung mit der negativen Vorspannung der Gatelektrode 3 gegenüber der Kathode 2 niemals Anlaß zu einem unbeabsichtigten Einschalten der Schaltvorrichtung. Selbst wenn der unmittelbar unter dem ersten Emitterbereich 4 liegende p-Gatebereich 5 vergleichsweise breiter ist, so daß ein Spannungsabfall in seitlicher Richtung bzw. der Querrichtung durch den Verschiebungsstrom herbeigeführt wird, kann die Schaltvorrichtung zwangsläufig daran gehindert werden, sich auf unerwünschte Weise einzuschalten, und zwar durch Anlegen der Gatespannung Vg &n die Gateelektrode 3, wobei diese Spannung hinreichend hoch ist um den erwähnten Spannungsabfall in seitlicher Richtung zu überwinden. Durch die Verwendung eines n⁺-Hilfsemitterbereichs innerhalb des p-Gatterbereichs 5 in der aus F i g. 7 ersichtlichen Weise oder alternativ durch eine Erhöhung der Anzahl der an den ρ⁺-Gatebereich 5 angeschlossenen Elektroden nach F i g. 8 ist es möglich, den auf den Ver-Schiebungsstrom zurückzuführenden Spannungsabfall in der Querrichtung erheblich weiter zu verringern, um auf diese Weise in noch stärkerem Maße zwangsläufig ein fehlerhaftes Einschalten der Schaltvorrichtung zu verhindern.

Wird die Sperrvorspannung an dem Übergang /3 zwischen dem p-Gatebereich 5 und dem ersten Emitterbereich 4 durch öffnen des Schalters S beseitigt verschwindet die sich in den n-Kanalbereich 9 hinein erstreckende Verarmungs- bzw. Sperrschicht 11, so daß der Strom von der Anode 1 über den n-Kanalbereich 9 zu der Kathode 2 fließen kann, wenn an die Anode 1 eine gegenüber der Kathode 2 positive Spannung angelegt wird. Wenn positive Löcher in das n-Substrat 7 von dem zweiten Emitterbereich 6 aus eingeleitet werden, werden da der Strom durch den n-Kanalbereich 9 fließt um zu dem Übergang / 2 in der Umgebung des p-Gatebereichs 5 zu gelangen, Elektronen von dem ersten Emitterbereich 4 aus in den p-Gatebereich 5 eingeleitet Wenn die Summe der Stromverstärkungsfaktoren «_pnp und Λ_ηρη eines p⁺np+-Transistors, der durch den zweiten Emitterbereich 6, das n-Substrat 7 und den ρ+-Gatebereich 5 gebildet wird, und eines np⁺n⁺-Transistors, der durch das n-Substrat 7, den ρ+-Gatebereich 5 und den ersten Emitterbereich 4 gebildet wird, größer wird als 1, wird ein p+np+n⁺-Thyristor eingeschaltet der durch den zweiten Emitterbereich 6, das n-Substrat 7, den ρ+-Gatebereich 5 und den ersten Emitterbereich 4 gebildet wird. Der n-Kanalbereich 9 arbeitet dann zusammen mit dem Emitterbereich 4 als Diode, während die anderen Teile als Thyristor zusammenarbeiten, so daß ein Strom zu dem gesamten ersten Emitterbereich 4 fließt Das heißt daß die Dotierstoffkonzentration der beiden Emitterbereiche 4, 6 größer ist als die des Sub-

strats 7, und daß die Dotierstoffkonzentration des Gatebereichs 5 zwischen der des ersten Emitterbereichs 4 und der des Substrats 7 liegt. Der Thyristorbetrieb führt zu einer Vergrößerung der leitfähigen Fläche der Vorrichtung und zu einer erheblichen Verringerung der Einschaltspannung, was als erheblicher Vorteil zu betrachten ist.

F i g. 9 ist eine graphische Darstellung des Betriebsverhaltens einer Schaltvorrichtung, bei der die beschriebenen Abmessungen d\ und / mit 3 Mikrometer bzw. 5 Mikrometer gewählt wurden. Wenn die Gateelektrode 3 angesteuert wird, wobei eine positive Spannung an die Anode 1 angelegt wird, wird die Schaltvorrichtung eingeschaltet und der Anodenstrom kann fließen. Beträgt die Spannung Vg der Spannungsquelle —3,5 V, fließt kein Strom, da der n-Kana!bereich 9 gesperrt wird. Wird jedoch die Anodenspannung erhöht, wird die in dem n-Kanalbereich 9 erzeugte Potentialsperre durch das elektrische Feld der Sperrschicht 11 beseitigt, das sich von dem Übergang/2 um den ρ+-Gatebereich 5 herum zu dem zweiten Emitterbereich 6 erstreckt, so daß schließlich der Strom zu fließen beginnen kann. Die Anodenspannung, die durch eine Erhöhung der Gatespannung gesperrt werden kann, nimmt in der aus F i g. 9 ersichtlichen Weise zu. Jedoch ist die Vorwärts-Sperrspannung nach oben begrenzt, da die an die Gate-Kathoden-Strecke angelegte Spannung begrenzt ist. Durch eine geeignete Wahl der Breite d\ des n-Kanalbereichs 9 kann die Sperrspannung entsprechend verringert werden, was bedeutet, daß eine hohe Anodenspannung mit Hilfe einer relativ niedrigen Gatespannung gesperrt werden kann. Ferner ist zu bemerken, daß man eine niedrigere Gatespannung wählen kann, wenn man eine größere Tiefe /für den n-Kanalbereich 9 wählt. In der Praxis wählt man optimale Werte für die Breite und Tiefe des n-Kanalbereichs 9 unter Berücksichtigung der Reproduzierbarkeit bei der Fertigung sowie der Dicke des ρ+-Gatebereichs 5.

Im folgenden wird anhand von F i g. 1OA, 1OB und IOC ein typisches Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen einer beschriebenen Halbleiter-Schaltvorrichtung kurz erläutert Zunächst wird gemäß Fi g. 1OA ein n-Halbleitersubstrat 7 bereitgestellt, das vorzugsweise eine Dotierstoffkonzentration von 5 χ 10¹⁴ Atomen/cm³ und eine Dicke von nicht unter 50 Mikrometer aufweist. Dann werden der zweite Emitterbereich 6 und der ρ⁺-Gatebereich 5 durch selektives Eindiffundieren eines p+-Dotierstoffs, z. B. von Bor, von einer Hauptfläche aus erzeugt, und zwar gemäß Fig. 1OB gleichzeitig mit der Ausbildung des n-Kanalbereichs 9. Der zweite Emitterbereich 6 kann aus einer eindiffundierten ρ+-Schicht mit einer Breite von 150 Mikrometer, einer Länge von 300 Mikrometer und einer Tiefe bzw. Dicke von 15 Mikrometer bestehen. Der ρ+-Gatebereich 5 kann durch eine eindiffundierte p+-Schicht mit einer Breite von 150 Mikrometer und einer Dicke von 300 Mikrometer gebildet sein. Für die Dotierstoffkonzentration in den der Hauptfläche benachbarten Bereichen wird eine Größenordnung von 5 χ 10¹³ Atomen/cm³ gewählt, so daß Schaltvorgänge an den pnpn-Übergängen durchgeführt werden können, die entstehen, wenn der erste Emitterbereich 4 mit Hilfe der Diffusion erzeugt worden ist In der Praxis können die vorstehend beschriebenen Verfahren davon begleitet sein, daß man ein Bornitridplättchen und ein Siliziumplättchen in einem Quarzrohr anordnet und das Rohr in einer Atmosphäre aus einem inerten Gas etwa 30 min lang auf einer Temperatur von etwa 950⁰C hält woraufhin das Siliziumplättchen in einer oxidierenden Atmosphäre etwa 4 Std. lang auf einer Temperatur von etwa 1200⁰C gehalten wird. Der zweite Emitterbereich 6 und der ρ+-Gatebereich 5 werden in der Hauptfläche einander gegenüber erzeugt, wobei dazwischen ein Abstand von etwa 100 Mikrometer vorhanden ist. Der in dem ρ+-Gatebereich 5 erzeugte n-Kanalbereich 9 soll vorzugsweise eine Breite von 3 Mikrometer und eine Länge von 260 Mikrometer erhalten. Danach wird der erste Emitterbereich 4 durch selektives Eindiffundieren eines n+-Dotierstoffs, z. B. von Phosphor, erzeugt. Wenn die Abmessungen an der Oberfläche 80 χ 280 Mikrometer betragen, und eine Dicke von 10 Mikrometer gewählt wird, entsteht der erste Emitterbereich 4 in einer Anordnung, die von dem ρ+-Gatebereich 5 umgeben ist, jedoch gemäß F i g. IOC mit Ausnahme des dem n-Kanalbereich 9 entsprechenden Teils. Zum Eindiffundieren von Phosphor kann man POCh-Dampf auf das erhitzte Siliziumsubstrat leiten. Beispielsweise kann durch eine Wärmebehandlung von 30 min Dauer bei 950⁰C eine eindiffundierte Phosphorschicht erzeugt werden, die in dem ersten Emitterbereich 4 nahe der Hauptfläche eine hohe Dotierstoffkonzentration aufweist. Danach wird das Halbleitersubstrat 7 einer Wärmebehandlung von 60 min Dauer bei 1200⁰C in einer oxidierenden Atmosphäre unterzogen, so daß schließlich der erste Emitterbereich 4 mit einer Tiefe von 10 Mikrometer entsteht, der an seiner Oberfläche eine Dotierstoff konzentration 2 χ 10²⁰ Atomen/ cm³ aufweist. Zum Schluß werden die Elektroden 1, 2 und 3 nach F i g. 2 an den zweiten Emitterbereich 6, den ersten Emitterbereich 4 und den ρ+-Gatebereich 5 angeschlossen, um die Halbleiter-Schaltvorrichtung nach F i g. 2 fertigzustellen. Die metallischen Elektroden können als Aluminiumfilme mit einer Dicke von 2 Mikrometer durch Aufdampfen hergestellt werden. Die Breite der Anode 1 und der Kathode 2 soll vorzugsweise in der Größenordnung von 60 Mikrometer liegen, während die Gateelektrode 3 vorzugsweise durch einen Aluminiumfilm mit einer Breite von 30 Mikrometer gebildet sein soll. Auf diese Weise werden eine Thyristoreinheit mit einem p+np+n+-Aufbau und eine Diodeneinheit mit einem ρ+nn+-Aufbau parallel zueinander in dem sich von dem zweiten Emitterbereich 6 zu dem ersten Emitterbereich 4 erstreckenden Stromweg angeordnet. In der vorsiehenden Beschreibung wurde vorausgesetzt daß in bekannter Weise bei der Herstellung der Halbleiter-Schaltvorrichtung bei der selektiven Diffusion ein Schutz- oder Maskenfilm und bei der Erzeugung der pn-Übergänge ein Schutzfilm verwendet wurden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einem Substrat (7) eines ersten Leitungstyps, das zwei Hauptflächen aufweist und einen ersten Emitterbereich (4) des ersten Leitungstyps, einen Gatebereich (5) eines zweiten, dem ersten entgegengesetzten Leitungstyps, der den ersten Emitterbereich (4) mit Ausnahme eines Kanalbereichs (9) umgibt, an dem das Halbleitersubstrat (7) bis zum ersten Emitterbereich (4) verläuft, und einen zweiten Emitterbersich (6) des zweiten Leitungstyps enthält, wobei jeweils der erste und zweite Emitterbereich (4,6) und der Gatebereich (5) zu einer Hauptfläche des Substrats (7) freiliegen und sich der Kanalbereich (9) auf der der freiliegenden Oberfläche gegenüberliegenden Unterseite des ersten Emitterbereichs (4) befindet, mit zwei auf der freiliegenden Oberflächen des ersten bzw. zweiten Emitterbereichs (4 bzw. 6) ausgebildeten Hauptelektroden (2 bzw. 1), und mit einer auf der freiliegenden Oberfläche des Gatebereichs (5) ausgebildeten Gateelektrode (3), wobei die Dotierstoffkonzentration der beiden Emitterbereiche (4,6) größer ist als die des Substrats (7) und die Dotierstoffkonzentration des Gatebereichs (5) zwischen der des ersten Emitterbereichs (4) und der des Substrats (7) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Emitterbereiche (4, 6) und der Gatebereich (5) zur gleichen Hauptfläche des Substrats (7) freiliegen, und daß der erste Emitterbereich (4) und der Gatebereich (5) unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind.

2. Halbleiter-Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Emitterbereich (4), der zweite Emitterbereich (6), der Gatebereich (5) und der Kanalbereich (9) streifenförmig ausgebildet und parallel zueinander angeordnet sind.

3. Halbleiter-Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kanalbereich (9) in Längsfluchtung mit einem mittleren Teil des ersten Emitterbereichs (4) erstreckt, und seine Breite kleiner ist als die jeweilige an beiden Längsseiten des Kanalbereichs (9) verbleibende Restbreite der Unterseite des ersten Emitterbereichs (4).

4. Halbleiter-Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem ersten Emitterbereich (4) verbundene Hauptelektrode (2) und die Gateelektrode (3) ineinander greifen.

5. Halbleiter-Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierstoffkonzentration des Substrats (7) in einem Bereich angrenzend an den zweiten Emitterbereich (6) höher ist als die des übrigen Substrats (7), und daß eine Hauptelektrode (1) den zweiten Emitterbereich (6) und den Bereich des Substrats (7) mit höherer Dotierstoffkonzentration berührt.