DE3613751A1 - Semiconductor arrangement of the type of overvoltage self-protection - Google Patents
Semiconductor arrangement of the type of overvoltage self-protectionInfo
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Abstract
Description
Halbleiteranordnung des Semiconductor arrangement of the
Überspannungs-Selbstschutztyps Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung des Überspannungs-Selbstschutztyps, die sicher spannungsgeschaltet werden kann, wenn eine ihre Durchbruchsspannung übersteigende Überspannung daran angelegt wird. Overvoltage Self Protection Type The invention relates to a Semiconductor device of the overvoltage self-protection type that is safely voltage switched when an overvoltage in excess of its breakdown voltage is applied to it is created.
Wenn eine eine Durchbruchsspannung übersteigende Überspannung an einen Thyristor angelegt wird, neigt der Thyristor dazu, aufgrund des Flusses eines Durchbruchsstroms zerstört zu werden. Zum Zweck des Schutzes des Thyristors gegen die Überspannung wurde eine Schutzschaltung zusätzlich vorgesehen, die zu erhöhten Kosten und zu einer erhöhten Teilezahl der Anordnung führte. Unter den Gesichtspunkten der Verringerung der Kosten und der Verbesserung der Verläßlichkeit aufgrund einer Senkung der Teilezahl der Anordnung war es dringend erwünscht, daß der Thyristor selbst die Schutzfunktion gegen eine Überspannung besitzt.When an overvoltage exceeding a breakdown voltage is applied to a thyristor, the thyristor tends to be destroyed due to the flow of a breakdown current. For the purpose of protecting the thyristor against the overvoltage, a protective circuit was additionally provided, which led to increased costs and to an increased number of parts in the arrangement. From the viewpoints of reducing the cost and improving it the reliability due to a reduction in the number of parts of the arrangement, it was urgently desired that the thyristor itself has the protective function against an overvoltage.
Ein Thyristor mit einer solchen Schutzfunktion wird Thyristor des Überspannungs-Selbstschutztyps genannt Fig 1 zeigt verschiedene Arten bisheriger Thyristoren des Überspannungs-Selbstschutztyps.A thyristor with such a protective function is called the thyristor Overvoltage self-protection type called Fig. 1 shows various types of previous Overvoltage self-protection type thyristors.
Ein bekannter Thyristor des Überspannungs-Selbstschutztyps, der in der JP-OS 52-126181 offenbart ist, hat einen Aufbau, wie er in Fig. lA gezeigt ist. Gemäß Fig. lA enthält ein Halbleitersubstrat 1 eine p-Emitterschicht 2, eine n-Basisschicht 3, eine p-Basisschicht 4 und eine n-Emitterschicht 5. Eine Anode 6 und eine Kathode 7 machen niederohmigen Kontakt mit der p-Emitterschicht 2 bzw. mit der n-Emitterschicht 5, und ein sich in die p-Basisschicht 4 erstreckender geätzter Bereich 8 ist an der Kathodenseite vorgesehen. Der Begriff geätzter Bereich" wird hier verwendet, um einen Bereich zu bezeichnen, der durch Entfernen eines Halbleiterteils wie etwa durch Ätzen gebildet ist Obwohl der Halbleiterteil durch Sandstrahlen oder Schleifen entfernt werden kann, ist die Entfernung durch Ätzen zur Verbesserung der Abmessungsgenauigkeit vorherrschend. Deshalb wird ein solcher Bereich allgemein als geätzter Bereich" bezeichnet. Auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Begriff "geätzter Bereich" entsprechend der bekannten Bezeichnung verwendet. Eine Steuerelektrode 9 macht niederohmigen Kontakt mit der p-Basisschicht 4 um den geätzten Bereich 8 herum. Die p-Basisschicht 4 durchdringt die n-Emitterschicht 5 an beabstandeten Stellen, um niederohmigen Kontakt mit der Kathode 7 zur Schaffung eines sog. Aufbaus mit kurzgeschlossenem Emitter zu machen.A well-known overvoltage self-protection type thyristor used in JP-OS 52-126181 has a structure as shown in Fig. 1A. According to FIG. 1A, a semiconductor substrate 1 contains a p-emitter layer 2, an n-base layer 3, a p-base layer 4 and an n-emitter layer 5. An anode 6 and a cathode 7 make low-resistance contact with the p-emitter layer 2 or with the n-emitter layer 5, and an etched area 8 extending into the p base layer 4 is on the cathode side provided. The term etched area "is used here to denote an area formed by removing a semiconductor part such as Although the semiconductor part is formed by etching or grinding can be removed, removal is by etching to improve dimensional accuracy predominant. Therefore, such an area is commonly referred to as an etched area " designated. In the context of the present invention, too, the term “is more etched Area "used according to the known designation. A control electrode 9 makes low-resistance contact with the p base layer 4 around the etched area 8 hereabouts. The p-base layer 4 penetrates the n-emitter layer 5 at a distance Make low-resistance contact with the cathode 7 to create a so-called structure to do with the emitter shorted.
In einem solchen Thyristor bestimmt die Tiefe des geätzten Bereichs 8 eine Überspannung, d. h. eine Selbstschutz-Überspannung, gegen die der Thyristor zu schützen ist.In such a thyristor determines the depth of the etched area 8 an overvoltage, i.e. H. a self-protection overvoltage against which the thyristor is to be protected.
Insbesondere ist die Lage der Bodenfläche des geätzten Bereichs 8 derart, daß sie einen mittleren Übergang Jc, der zwischen der n-Basisschicht 3 und der p-Basisschicht 4 gebildet ist, nicht schneidet und sich in einer Verarmungsschicht befindet, die in der p-Basisschicht 4 erzeugt wird, wenn der mittlere Übergang Jc rückwärts vorgespannt wird, um die Spannungsaushaltfunktion zu tragen, wodurch der Thyristor in einen Rückwärtssperrzustand gebracht wird. Die Funktion des geätzten Bereichs 8 ist, die elektrische Feldstärke in der Verarmungsschicht zwischen der Bodenfläche des geätzten Bereichs 8 und dem mittleren Übergang Jc zu steigern, so daß, wenn eine vorbestimmte selbstgeschützte Schaltspannung erreicht wird, ein Durchbruch in dem Teil auftritt, wo die Feldstärke hoch ist, wodurch der benötigte Selbstschutz erzielt wird. Jedoch ist der in Fig. lA gezeigte Thyristoraufbau insofern nicht befriedigend, als die selbstgeschützte Schaltspannung in Abhängigkeit von der Flachheit der Bodenfläche des geätzten Bereichs 8 stark fluktuiert.In particular, the position of the bottom surface of the etched area is 8 such that they have a central junction Jc between the n-base layer 3 and the p base layer 4 is formed, does not intersect and is in a depletion layer generated in the p base layer 4 when the middle junction Jc is reverse biased to carry out the tension control function, whereby the Thyristor is brought into a reverse blocking state. The function of the etched Area 8 is the electric field strength in the depletion layer between the To increase the bottom area of the etched area 8 and the central junction Jc, so that when a predetermined self-protected switching voltage is reached, a breakdown occurs occurs in the part where the field strength is high, creating the required self-protection is achieved. However, the thyristor structure shown in Fig. 1A is not so far satisfactory than the self-protected switching voltage depending on the flatness the bottom area of the etched area 8 fluctuates greatly.
Ein anderer bekannter Thyristor des Überspannungs-Selbstschutztyps, der in der JP-OS 53-80981 offenbart ist, hat einen in Fig. lB gezeigten Aufbau. Gemäß Fig. IB, in der die gleichen Bezugsziffern zur Bezeichnung der gleichen oder äquivalenten Teile, die in Fig. lA vorkommen, verwendet sind, wird die p-Basisschicht 4 nach Bildung des geätzten Bereichs 8 gebildet.Another well-known thyristor of the overvoltage self-protection type, which is disclosed in JP-OS 53-80981 has a structure shown in Fig. IB. According to Fig. IB, in which the same reference numerals to denote the same or equivalent parts appearing in FIG. 1A are used, the p-base layer becomes 4 formed after the etched area 8 has been formed.
Noch ein weiterer bekannter Thyristor des Überspannungs- Selbstschutztyps, der in der JP-OS 59-158560 offenbart ist, hat einen in Fig. lC gezeigten Aufbau. Gemäß Fig. ic, in der die gleichen Bezugsziffern zur Bezeichnung der gleichen oder äquivalenter Teile, die in Fig. lA vorkommen, verwendet sind, wird die p-Schicht 4 gebildet, und dann wird der geätzte Bereich 8 so gebildet, daß er sich zum mittleren Übergang Jc erstreckt. Anschließend wird der Akzeptor nochmals in den Bereich eindiffundiert der den geätzten Bereich 8 enthält, wodurch ein gekrümmter Teil im mittleren Übergang Jc vorgesehen wird.Yet another well-known overvoltage thyristor Self-protection types, which is disclosed in JP-OS 59-158560 has a structure shown in Fig. 1C. According to Fig. Ic, in which the same reference numerals to denote the same or equivalent parts appearing in Fig. 1A are used, the p-layer 4 is formed, and then the etched area 8 is formed so as to become the central one Transition Jc extends. The acceptor is then diffused into the area again which contains the etched area 8, creating a curved part in the central transition Jc is provided.
In jedem Thyristoraufbau, wie er in den Fig. 1B und lC gezeigt ist, wird der gekrümmte Teil im mittleren Übergang Jc unmittelbar unterhalb des geätzten Bereichs 8 gebildet, so daß die elektrische Feldstärke in der Verarmungsschicht am gekrümmten Teil erhöht werden kann, wodurch der Selbstschutzeffekt auftritt.In each thyristor structure as shown in Figs. 1B and 1C, becomes the curved part in the central junction Jc immediately below the etched one Area 8 formed so that the electric field strength in the depletion layer can be increased at the curved part, whereby the self-protection effect occurs.
Jedoch variiert beim Thyristoraufbau nach Fig. lB und 1C die selbstgeschützte Schaltspannung stark in Abhängigkeit von der Form und dem Radius der Krümmung des geätzten Bereichs 8. Deshalb ist es erforderlich, die Form des geätzten Bereichs 8 genau zu steuern. Jedoch war es sehr schwierig, die Form des geätzten Bereichs 8 nach der bekannten Technik des Naßätzens od. dgl. hochgradig genau zu steuern.However, in the thyristor structure according to FIGS. 1B and 1C, the self-protected one varies Switching voltage strongly depends on the shape and the radius of curvature of the etched area 8. Therefore it is necessary to change the shape of the etched area 8 precise control. However, it was very difficult to determine the shape of the etched area 8 or the like according to the known technique of wet etching.
Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine Halbleiteranordnung des Überspannungs-Selbstschutztyps zu entwickeln, deren selbstgeschützte Schaltspannung genau gesteuert werden kann.It is a main object of the invention to provide a semiconductor device of the Develop overvoltage self-protection types, their self-protected switching voltage can be precisely controlled.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist eine Halbleiteranordnung des Überspannungs-Selbstschutz- typs mit einem Halbleitersubstrat mit einem Paar von Hauptoberflächen und wenigstens drei zwischen diesen aneinandergrenzenden Halbleiterschichten mit abwechselnd verschiedenen Leitfähigkeitstypen, einem Paar von Hauptelektroden in niederohmigem Kontakt mit den äußersten Schichten des Halbleitersubstrats und einem geätzten Bereich, der in wenigstens einer der Halbleiterschichten gebildet ist, die einen pn-übergang bilden, der eine über die Hauptelektroden angelegte Gegenspannung trägt, wobei der geätzte Bereich durch Ätzen des Halbleitersubstrats von einer der Hauptoberflächen ohne Schneiden des pn-Übergangs gebildet ist und die Bodenfläche des geätzten Bereichs in einer Lage angeordnet ist, die tiefer als eine in der den geätzten Bereich enthaltenden Halbleiterschicht als Folge des Anlegens der Gegenspannung erzeugte Verarmungsschicht ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke eines in der Verarmungsschicht auftretenden elektrischen Feldes um einen Betrag erhöht ist, der dem durch Vorsehen des geätzten Bereichs verlorenen Volumens der Verarmungsschicht entspricht, wodurch der Durchbruch an Seitenwandteilen des geätzten Bereichs auftritt.The invention, with which this object is achieved, is a semiconductor device of the overvoltage self-protection type with a semiconductor substrate with a pair of main surfaces and at least three between these adjoining semiconductor layers with alternately different conductivity types, a pair of main electrodes in low-resistance contact with the outermost layers of the semiconductor substrate and an etched area which is formed in at least one of the semiconductor layers, the one Form pn junction carrying a counter voltage applied across the main electrodes, wherein the etched area is formed by etching the semiconductor substrate from one of the main surfaces without cutting the pn junction and the bottom surface of the etched area is arranged in a layer that is deeper than one is formed in the semiconductor layer containing the etched region as a result of the application of the counter voltage, and is characterized in that the strength of an electric field occurring in the depletion layer is increased by an amount equal to by providing the etched area corresponds to lost volume of the depletion layer, whereby the breakdown occurs at sidewall parts of the etched area.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous refinements of the invention are set out in the subclaims marked.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Halbleiteranordnung ist also, daß an Seitenwandteilen eines geätzten Bereichs, der in einer p-Basisschicht vorgesehen ist, die einen mittleren Übergang bildet, der die Spannungsaushaltfunktion trägt, die elektrische Feldstärke einer Verarmungsschicht, die sich zur Kathode erstreckt, um einen Betrag erhöht ist, der dem durch Vorsehen des geätzten Bereichs verlorenen Volumen der Verarmungsschicht entspricht so daß der Durchbruch an den Seitenwandteilen erfolgt, wodurch der Selbstschutzeffekt erzielt wird.It is therefore essential for the semiconductor arrangement according to the invention that that on sidewall parts of an etched area provided in a p-base layer which forms a middle transition that carries the stress balance function, the electric field strength of a depletion layer that extends to the cathode, is increased by an amount equal to that lost by providing the etched area volume corresponds to the depletion layer so that the breakthrough takes place on the side wall parts, whereby the self-protection effect is achieved.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen: Fig. lA bis 1C die schon erläuterten schematischen Schnittdarstellungen je eines Teils von Halbleitersubstraten bekannter Thyristoren des Überspannungs-Selbstschutztyps; Fiq. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils eines Halbleitersubstrats eines Ausführungsbeispiels des Thyristors des Überspannungs-Selbstschutztyps gemäß der Erfindung; Fig. 3A und 3B eine Darstellung der Prinzipien der Erfindung; Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Durchmesser D des geätzten Bereichs und der selbst geschützten Schaltspannung beim Thyristor gemäß der Erfindung; Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur des Übergangs im Halbleitersubstrat und der selbstgeschützten Schaltspannung beim Thyristor gemäß der Erfindung; Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Bed2 ziehung zwischen dem Wert D d1 des geätzten Bereichs und der Selbstschutzspannung beim Thyristor gemäß der Erfindung; Fig. 7A bis 7C das Verfahren zur Herstellung des Thyristors gemäß der Erfindung; Fig. 8A und 8B Anwendungen der Erfindung auf einen lichtgeschalteten Thyristor, und zwar Fig. 8A eine schematische Draufsicht von der Kathodenseite und Fig. 8B eine schematische Schnittdarstellung nach der Linie VIIIB-VIIIB in Fig.8A; Fig. 9A und 9B ein anderes verbessertes Ausführungsbeispiel des Thyristors gemäß der Erfindung, und zwar Fig. 9A eine schematische Teildraufsicht von der Kathodenseite und Fig. 9B eine schematische Schnittdarstellung nach der Linie IXB-IXB in Fig. 9A; Fig. 10A und 10B ein weiteres verbessertes Ausführungsbeispiel des lichtgeschalteten Thyristors gemäß der Erfindung, und zwar Fig. 10A eine schematische Teildraufsicht von der Kathodenseite und Fig. 10B eine schematische Schnittdarstellung nach der Linie XB-XB in Fig. 10A; und Fig. llA und llB noch ein weiteres verbessertes Ausführungsbeispiel des lichtgeschalteten Thyristors gemäß der Erfindung, und zwar Fig llA eine schematische Teildraufsicht von der Kathodenseite und Fig llB eine schematische Schnittdarstellung nach der Linie XIB-XIB in Fig. llA Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Thyristors gemäß der Erfindung. In Fig. 2 sind die gleichen Bezugszahlen zur Bezeichnung der gleichen oder äquivalenter Teile, die in Fig. 1A vorkommen, verwendet.The invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiments illustrated in the drawing; therein show: FIGS. 1A to 1C the already explained schematic sectional views each of a part of semiconductor substrates of known thyristors of the overvoltage self-protection type; Fiq. Fig. 2 is a schematic sectional view of part of a semiconductor substrate of an embodiment of the thyristor of the overvoltage self-protection type according to the invention; Figures 3A and 3B illustrate the principles of the invention; 4 is a diagram showing the relationship between the diameter D of the etched area and the self-protected switching voltage in the thyristor according to the invention; 5 is a diagram showing the relationship between the temperature of the junction in the semiconductor substrate and the self-protected switching voltage in the thyristor according to the invention; 6 is a diagram showing the relationship between the value D d1 of the etched area and the self-protection voltage in the thyristor according to the invention; Figures 7A to 7C show the method of manufacturing the thyristor according to the invention; 8A and 8B applications of the invention to a light-switched thyristor, namely FIG. 8A a schematic plan view from the cathode side and FIG. 8B a schematic sectional illustration along the line VIIIB-VIIIB in FIG. 8A; 9A and 9B show another improved embodiment of the thyristor according to the invention, namely FIG. 9A a schematic partial plan view from the cathode side and FIG. 9B a schematic sectional illustration along the line IXB-IXB in FIG. 9A; 10A and 10B show a further improved exemplary embodiment of the light-switched thyristor according to the invention, namely FIG. 10A a schematic partial plan view from the cathode side and FIG. 10B a schematic sectional illustration along the line XB-XB in FIG. 10A; and FIGS. 11A and 11B still another improved embodiment of the light-switched thyristor according to the invention, namely FIG. 11A a schematic partial plan view from the cathode side and FIG. 11B a schematic sectional illustration along the line XIB-XIB in FIG. 11A, FIG. 2 shows an embodiment of the thyristor according to the invention. In Fig. 2, the same reference numerals are used to denote the same or equivalent parts that appear in Fig. 1A.
Der in Fig. 2 gezeigte geätzte Bereich 8 ist dem in Fig lA gezeigten geätzten Bereich 8 analog, unterscheidet sich jedoch vom letzteren dadurch, daß ein Durchbruch an Seitenwandteilen des geätzten Bereichs 8 erfolgt. Dieses Merkmal wird im einzelnen anhand von Fig. 3 beschrieben. Das in Fig. 3A gezeigte Halbleitersubstrat 1 hat einen in Fig. 3B gezeigten Dotierstoffkonzentrationsgradient.The etched area 8 shown in Fig. 2 is that shown in Fig. 1A etched area 8 analogous, but differs from the latter in that a breakthrough in side wall parts of the etched area 8 takes place. This feature will be described in detail with reference to FIG. The semiconductor substrate shown in Fig. 3A 1 has a dopant concentration gradient shown in FIG. 3B.
Wenn eine Spannung, die positiv gegenüber dem Potential an der Kathode 7 ist, an die Anode 6 angelegt wird, wird der mittlere Übergang Jc rückwärts vorgespannt, um die Spannungsaushaltfunktion zu tragen, wodurch der Thyristor in einen Durchlaßblockierzustand gebracht wird. Die gestrichelten Linien bedeuten die Grenzen einer Verarmungsschicht, die in der n-Basisschicht 3 und der p-Basisschicht 4 gebildet wird. Da der geätzte Bereich 8 in der p-Basisschicht 4 vorgesehen wird, kann sich die Verarmungsschicht nicht in die p-Basisschicht 4 in dem Bereich ausbreiten, wo der geätzte Bereich 8 vorliegt. Daher steigt die Verarmungsschicht zur Kathode 7 an den Seitenwandteilen des geätzten Bereichs 8 um die Menge von Ladungen QHG die der Menge von Raumladungen QR der Verarmungsschicht entspricht, die sich in der Abwesenheit des geätzten Bereichs 8 ausbreiten würde. Jedoch ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verarmungsschicht sehr gering, da die p-Basisschicht 4 durch Dotierstoffdiffusion wie die p-Emitterschicht 2 gebildet wird und die Dotierstoffkonzentration der p-Basisschicht 4 einen exponentiellen Anstieg zur Kathode 7 zeigt. Infolgedessen wächst die elektrische Feldstärke an den Seitenwandteilen des geätzten Bereichs 8, und es tritt ein Lawinendurchbruch an diesen Seitenwandteilen des geätzten Bereichs 8 auf. Der Aufbau ist derart, daß die Menge der Raumladungen # QR, die dem Volumen der Verarmunqsschicht entspricht, das durch die Vorsehung des geätzten Bereichs 8 verloren ist, zur Verstärkung des elektrischen Feldes der Verarmungsschicht an den Seitenwandteilen des geätzten Bereichs 8 wirkt, wodurch ein Durchbruch an den Seitenwandteilen des geätzten Bereichs 8 verursacht wird. Daher braucht der geätzte Bereich 8 nicht so tief wie der in Fig. lA gezeigte geätzte Bereich 8 zu sein.When a voltage that is positive compared to the potential at the cathode 7 is applied to the anode 6, the middle junction Jc is reverse biased, to carry out the voltage balancing function, placing the thyristor in a forward blocking state is brought. The dashed lines indicate the boundaries of a depletion layer, which is formed in the n base layer 3 and the p base layer 4. Since the etched Region 8 is provided in the p base layer 4, the depletion layer do not spread into the p base layer 4 in the area where the etched area 8 is present. Therefore, the depletion layer rises to the cathode 7 at the side wall parts of the etched area 8 by the amount of charges QHG the the crowd of space charges QR corresponds to the depletion layer, which is in the absence of the etched area 8 would spread. However, the speed of propagation is the depletion layer is very small, since the p-base layer 4 by dopant diffusion how the p-emitter layer 2 is formed and the dopant concentration of the p-base layer 4 shows an exponential increase towards the cathode 7. As a result, the electrical grows Field strength at the side wall parts of the etched area 8, and an avalanche breakdown occurs on these side wall parts of the etched area 8. The structure is such that the amount of space charges # QR, which corresponds to the volume of the depletion layer, which is lost by the provision of the etched area 8 to reinforce the electric field of the depletion layer on the side wall parts of the etched area 8 acts, as a result of which a breakthrough on the side wall parts of the etched area 8 caused. Therefore, the etched area 8 does not need to be as deep as that in Fig. 1A to be the etched area 8 shown.
Vielmehr ist der geätzte Bereich 8 flach, hat jedoch eine weitreichende Fläche, von der Kathodenseite aus betrachtet.Rather, the etched area 8 is flat, but has a far-reaching one Area viewed from the cathode side.
So wird das Volumen der Verarmungsschicht, das durch die Vorsehung des geätzten Bereichs 8 verloren ist, eher vergrößert. In diesem Fall wird das elektrische Feld im Teil der Verarmungsschicht unmittelbar unterhalb der Bodenfläche des flachen geätzten Bereichs 8 nicht wesentlich verstärkt, und daher tritt ein Durchbruch an diesem Teil nicht auf.Thus becomes the volume of the depletion layer created by providence of the etched area 8 is lost, rather enlarged. In this case it will be electrical Field in the part of the depletion layer immediately below the bottom surface of the flat etched area 8 is not significantly reinforced, and therefore a breakdown occurs not on this part.
Die Flachheit des geätzten Bereichs 8 ist vorteilhaft, da nicht nur die Zeitdauer, die zur Bildung des geätzten Bereichs 8 erforderlich ist, verkürzt werden kann, sondern auch die flache Bodenfläche die Möglichkeit einer Schwankung der Selbstschutzspannung verringert.The flatness of the etched area 8 is advantageous not only the time required to form the etched area 8 is shortened can be, but also the flat floor surface the possibility of fluctuation the self-protection voltage is reduced.
Eine Schwankung des Raumvolumens des geätzten Bereichs 8 führt direkt zur Schwankung der Selbstschutzspannung.A fluctuation in the volume of space of the etched area 8 leads directly to the fluctuation of the self-protection voltage.
Daher muß der geätzte Bereich 8 so genau wie möglich gebildet werden. Im Rahmen der Erfindung wird der geätzte Bereich 8 insbesondere durch die Technik des Trockenätzens gebildet.Therefore, the etched area 8 must be formed as accurately as possible. In the context of the invention, the etched area 8 is made in particular by technology formed by dry etching.
Im Vergleich mit dem bekannten Naßätzen kann das Trockenätzen ohne Rücksicht auf die Ausrichtung der Gitterebenen des Halbleitersubstrats und der Dotierstoffkonzentrationen der Halbleiterschichten durchgeführt werden, und die Ätzgeschwindigkeit ist im wesentlichen konstant Vorzugsweise wird SF6 als ein Reaktionsgas beim Verfahren des Trockenätzens verwendet. Wenn SiO2 als Resistfilm verwendet wird, kann das Ätzverhältnis zwischen Si und SiO2 mit über 100 gewählt werden, und ein SiO2-Film von etwa 1 pm Dicke genügt zum Ätzen mit einer Tiefe wie 50 bis 100 #m. Dabei läßt sich die Schwankung der Flachheit der Bodenfläche des geätzten Bereichs 8 auf einen sehr engen Bereich von + - 1 pm verringern.In comparison with the known wet etching, dry etching can be performed without Consideration of the alignment of the lattice planes of the semiconductor substrate and the dopant concentrations of the semiconductor layers are performed, and the etching speed is substantial Preferably, SF6 is used as a reaction gas in the dry etching method used. When SiO2 is used as the resist film, the etching ratio can be between Si and SiO2 with more than 100 can be selected, and an SiO2 film about 1 μm thick is sufficient for etching as deep as 50 to 100 #m. The fluctuation of the Flatness of the bottom surface of the etched area 8 to a very narrow range of Decrease + - 1 pm.
Daher läßt sich, wenn die zur Bildung des geätzten Bereichs 8 durch Trockenätzen verwendete Maske genau gestaltet wird, eine Schwankung der Selbstschutz-Schaltspannung minimieren.Therefore, when the to form the etched area 8 through Dry etching mask used is precisely designed, a fluctuation in the self-protection switching voltage minimize.
Wenn im Betrieb eine Mehrzahl von Thyristoren des Überspannungs-Selbstschutztyps in Reihe geschaltet werden, ist es besonders wirkungsvoll, daß sie die gleiche oder gleichwertige selbstgeschützte Schaltspannung haben. Und zwar können, wenn die Thyristoren die gleiche oder äquivalente selbstgeschützte Schaltspannung haben, die einzelnen Thyristoren im wesentlichen zur gleichen Zeit im Fall der Anlegung einer Überspannung geschaltet werden. Wenn dagegen die selbstgeschützten Schaltspannungen der einzelnen Thyristoren untereinander erheblich schwanken, wird der Thyristor mit der niedrigsten selbstgeschützten Schaltspannung zuerst geschaltet, und der Thyristor mit der höchsten selbstgeschützten Schaltspannung trägt die Überspannung der gesamten Anordnung und wird zerstört. In dieser Hinsicht ist die Erfindung sehr wirkungsvoll, indem die selbstgeschützte Schaltspannung genau eingestellt werden kann.When in operation a plurality of thyristors of the overvoltage self-protection type are connected in series, it is particularly effective that they are the same or have equivalent self-protected switching voltage. Namely, if the thyristors have the same or equivalent self-protected switching voltage, the individual Thyristors essentially at the same time in the event of the application of an overvoltage be switched. if on the other hand the self-protected switching voltages of the individual thyristors fluctuate considerably from one another, the thyristor will with the lowest self-protected switching voltage switched first, and the The thyristor with the highest self-protected switching voltage carries the overvoltage the entire arrangement and is destroyed. In this regard, the invention is great effective by precisely setting the self-protected switching voltage can.
Die Beziehung zwischen dem Volumen des geätzten Bereichs 8 und der selbstgeschützten Schaltspannung des Thyristors wird nun erläutert.The relationship between the volume of the etched area 8 and the self-protected switching voltage of the thyristor will now be explained.
Fig. 4 zeigt, wie sich die selbstgeschützte Schaltspannung V ändert, wenn der Durchmesser D und die Tiefe dl des BO 1 es geätzten Bereichs 8 geändert werden. In Fig. 4 ist die Durchbruchsspannung in Abwesenheit des geätzten Bereichs mit VO bezeichnet, und die selbstgeschützte Schaltspannung VBO in der Gegenwart des geätzten Bereichs 8 ist durch VO geteilt. Es wird angenommen, daß die Tiefe d des geätzten Bereichs 8 festgelegt wird. Dann ist die selbstgeschützte Schaltspannung VBO um so niedriger, je größer der Durchmesser D ist. Die Tatsache, daß sich die selbstgeschützte Schaltspannung VBO bezüglich der Tiefe dl des geätzten Bereichs ändert, ist in der JP-OS 52-126181 offenbart. Jedoch ist es eine neue Tatsache, die bisher nicht offenbart wurde, daß sich die selbstgeschützte Schaltspannung VBO in Abhängigkeit vom Durchmesser D des geätzten Bereichs 8 ändert.Fig. 4 shows how the self-protected switching voltage V changes, when the diameter D and the depth dl of BO 1 it is etched area 8 changed will. In Figure 4, the breakdown voltage is in the absence of the etched area labeled VO, and the self-protected switching voltage VBO in the present of the etched area 8 is divided by VO. It is believed that the depth d of the etched area 8 is set. Then the self-protected switching voltage The larger the diameter D, the lower the VBO. The fact that the self-protected switching voltage VBO with regard to the depth dl of the etched area changes is disclosed in JP-OS 52-126181. However, it is a new fact which has not yet been disclosed that the self-protected switching voltage VBO changes depending on the diameter D of the etched area 8.
Fig. 5 zeigt die Temperaturabhängigkeit der selbstgeschützten Schaltspannung des Thyristors des Überspannungs- Selbstschutztyps, der in Fig. 2 gezeigt ist Man erkennt in Fig. 5, daß die Tendenz von Änderungen in der Temperaturabhängigkeit der selbstgeschützten Schaltspannung trotz 8 Änderungen im Durchmesser D des geätzten Bereichs/fast die gleiche ist. Man sieht auch, daß die Temperaturabhängigkeit der selbstgeschützten Schaltspannung befriedigend ist, indem Spannungsänderungen in einem Temperaturbereich von 25 °C bis 125 °C unter 10 % liegen. Es wurden auch Versuche unter Änderung verschiedener Faktoren einschließlich der Tiefe dl, des Widerstands und der Dicke der n-Basisschicht 3 und der Dicke der p-Basisschicht 4 durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche bestätigten, daß die Eigenschaften den in Fig. 4 und 5 gezeigten gleichartig sind.5 shows the temperature dependency of the self-protected switching voltage of the thyristor of the overvoltage Self-protection type, shown in Fig. 2. It is seen in FIG. 5 that the tendency of changes in temperature dependency the self-protected switching voltage despite 8 changes in the diameter D of the etched Area / is almost the same. You can also see that the temperature dependence of the self-protected switching voltage is satisfactory by reducing voltage changes in a temperature range of 25 ° C to 125 ° C below 10%. There were also attempts changing various factors including depth dl, resistance and the thickness of the n base layer 3 and the thickness of the p base layer 4. The results of these experiments confirmed that the properties correspond to those shown in FIG and Fig. 5 are similar.
Fig. 6 faßt die Beziehung zwischen und der selbstgeschützten Schaltspannung VBO des Thyristors auf der Basis der in Fig. 4 gezeigten Versuchsergebnisse zusammen, wobei D und d der Durchmesser bzw. die Tiefe des geätzten Bereichs 8 sind und d die im geätzten Bereich 8 verblei-2 bende Dicke der p-Basisschicht 4 ist. Man sieht in Fig 6, daß, wenn die Beziehung zwischen bei verschiedenen Werten des Durchmessers D und der Tiefe d des geätzten Bereichs 8 aufgetragen wird, die Kurven im we sentlichen die gleiche Korrelation zeigen. Ergebnisse von Versuchen, die mit mehreren Proben unterschiedlichen Aufbaus einschließlich solcher, auf denen Fig. 4 beruht, belegten ebenfalls, daß Kurven, die die Beziehunq zwischen darstellen, im wesentlichen die gleiche Korrelation zeigen. Allgemein wählt man die selbstgeschützte Schaltspannung VBO eines Thyristors des Überspannungs-Selbstschutztyps höher als 80 % der Durchbruchsspannung VO eines Thyristors ohne Selbstschutz. Jedoch ist es, damit der Wert von VBO/VO größer als 0,8 ist, auf Basis von Fig. 6 erforderlich, daß der Wert von als 4,5 mm ist. Um den Wert von oder kleiner diesen Bereich zu bringen, kann der Durchmesser D des geätzten Bereichs 8 oder die Tiefe dl (d2) nach Bedarf gewählt werden.Fig. 6 summarizes the relationship between and the self-protected switching voltage VBO of the thyristor on the basis of the test results shown in FIG. 4, where D and d are the diameter and the depth of the etched area 8 and d is the thickness of the p-base layer remaining in the etched area 8 4 is. It can be seen in Fig. 6 that when the relationship between is plotted at different values of the diameter D and the depth d of the etched area 8, the curves show essentially the same correlation. Results of tests carried out on several samples of different construction, including those on which FIG. 4 is based, also demonstrated that curves showing the relationship between show essentially the same correlation. In general, the self-protected switching voltage VBO of a thyristor of the overvoltage self-protection type is selected to be higher than 80% of the breakdown voltage VO of a thyristor without self-protection. However, in order for the value of VBO / VO to be larger than 0.8 based on Fig. 6, it is required that the value of than 4.5 mm. To the value of or smaller this area, the diameter D of the etched area 8 or the depth d1 (d2) can be selected as needed.
Wenn die Tiefe des geätzten Bereichs verflacht wird und die seitliche Ausdehnung des geätzten Bereichs 8 erweitert wird, läßt sich der Bereich, der anfangs im Fall des Anlegens einer Überspannung leitet, erweitern. Und zwar sind es die Umfangsseitenwandteile des geätzten Bereichs 8, die im Fall des Anlegens einer Überspannung einen Lawinendurchbruch durchmachen. Je größer die seitliche Flächenausdehnung des geätzten Bereichs 8 ist und je weiter der dem Lawinendurchbruch unterworfene Bereich ist, um so weiter wird dementsprechend der anfänglich leitende Bereich.When the depth of the etched area is flattened and the lateral Extension of the etched area 8 is expanded, the area can initially in the event of applying a surge voltage conducts, expand. And it’s them Peripheral side wall parts of the etched area 8, which in the event of the application of an overvoltage go through an avalanche breakout. The greater the lateral area of the etched area is 8 and the further the area subjected to avalanche breakdown is, the further becomes the initially conductive area accordingly.
So werden die di/dt-Leistungsfähigkeit und die Schaltleistungsfähigkeit in Abhängigkeit von der Fläche des anfänglich leitenden Bereichs verbessert.So the di / dt performance and the switching performance become improved depending on the area of the initially conductive area.
Fig. 7A, 7B und 7C sind schematische Schnittdarstellungen zur Veranschaulichung eines Teils des Verfahrens zum Herstellen des Thyristors des Überspannungs-Selbstschutztyps gemäß der Erfindung. Das Herstellungsverfahren wird nun beschrieben. Nach Eindiffusion eines p-Dotierstoffs von den beiden Hauptoberflächen eines n-Siliciumplättchens 1 wird das Plättchen 1 durch Ätzen behandelt, um eine vorbestimmte Dicke zu haben, wodurch man eine p-Emitterschicht 2, eine n-Basisschicht 3 und eine p-Basisschicht 4 bildet, wie in Fig. 7A gezeigt ist. Dann wird, wie Fig 7B zeigt, eine n-Emitterschicht 5 nach einem Verfahren der selektiven Diffusion (oder einem Verfahren des Nieder ätzens) gebildet. Nach Bildung aller Übergänge zur Schaffung eines Thyristoraufbaus in der vorstehend beschriebenen Art wird ein geätzter Bereich 8 mit einem gewünschten Durchmesser und einer gewünschten Tiefe im vorbestimmten Bereich gebildet, wie in Fig. 7C gezeigt ist, worauf später eine Kathode abgeschieden wird. Das weiter oben beschriebene Trockenätzverfahren wird zur Bildung des geätzten Bereichs 8 angewandt, so daß sich das Ätzen genau steuern läßt, und die Bodenfläche des geätzten Bereichs 8 kann genau geebnet werden.Figs. 7A, 7B and 7C are schematic sectional views for illustrative purposes part of the method of manufacturing the overvoltage self-protection type thyristor according to the invention. The manufacturing method will now be described. After diffusion of a p-type dopant from the two major surfaces of an n-type silicon wafer 1, the wafer 1 is treated by etching to have a predetermined thickness, thereby creating a p-emitter layer 2, an n-base layer 3 and a p-base layer 4th as shown in Fig. 7A. Then, as shown in Fig. 7B, an n-emitter layer 5 by a method of selective diffusion (or a Process of etching down) formed. After forming all transitions to creation of a thyristor structure as described above becomes an etched area 8 with a desired diameter and a desired depth in the predetermined Area formed as shown in Fig. 7C, whereupon a cathode is later deposited will. The dry etching process described above is used to form the etched Area 8 applied so that the etching can be precisely controlled, and the bottom area of the etched area 8 can be precisely planarized.
Dann wird Aluminium an vorbestimmten Stellen auf der oberen und der unteren Hauptoberfläche des Siliciumplättchens 1 zur Schaffung einer Anode, einer Kathode und einer Steuerelektrode abgeschieden. Danach wird, nach einer Behandlung, wie z. B. Abschrägen und Oberflächenstabilisierung, das Siliciumplättchen in einer keramischen Packung abgedichtet, um einen Thyristor des Überspannungs-Selbstschutztyps zu erzeugen.Then aluminum is placed in predetermined places on the top and the lower major surface of the silicon wafer 1 to create an anode, a Cathode and a control electrode deposited. Then, after a treatment, such as B. Bevelling and surface stabilization, the silicon wafer in one ceramic packing sealed around a thyristor of the overvoltage self-protection type to create.
Nach dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren kann die Selbstschutzfunktion vorgesehen werden, indem man lediglich den geätzten Bereich 8 in der p-Basisschicht 4 nach der Bildung sämtlicher pn-Übergänge bildet Daher kann der Thyristor einfach und zweckmäßig ohne Beeinträchtigung der anderen Eigenschaften hergestellt werden Die Fig. 8A und 8B zeigen Anwendungen der vorliegenden Erfindung auf einen lichtgeschalteten Thyristor Gemäß den Fig. 8A und 8B enthält ein Halbleitersubstrat 1 eine p-Emitterschicht 2, eine n-Basisschicht 3, eine p-Basisschicht 4, eine n-Emitterschicht 5 und eine zentrale Lichtempfangs-n-Emitterschicht 10, und der zwischen der Lichtempfangs-n-Emitterschicht 10 und der p-Basisschicht 4 gebildete pn-Übergang wird durch eine Steuerelektrode 11 kurzgeschlossen. Ein geätzter Bereich 8 ist in der Mitte der zentralen Lichtempfangs-n-Emitterschicht 10 vorgesehen. In einem Teil der beiden Elektroden 7 und 12 gezeigte kleine Kreise deuten niedergeätzte Teile an, die als Emitterkurzschlußmittel dienen. Obwohl diese kleinen Löcher über die ganzen Elektroden 7 und 12 verteilt sind, sind sie in der Darstellung zum Teil weggelassen. In der in Fig. 8 gezeigten Form ist der Selbstschutzbereich in der Mitte des Lichtempfangsteils vorgesehen. Allgemein ist ein lichtgeschalteter Thyristor so ausgelegt, daß seine Schaltempfindlichkeit in der Reihenfolge eines Lichtempfangsteils, eines den Lichtempfangsteiyumgebenden Hilfsthyristorbereichs und eines den Hilfsthyristorbereich umgebenden Hauptthyristors höher wird. Daher kann durch Vorsehen des Selbstschutzbereichs in der Mitte des Lichtempfangsteils der Wert des das Element im Fall des Anlegens einer Überspannung einschaltenden Schaltstroms klein gemacht werden.According to the manufacturing method described above, the self-protection function can be provided by only the etched area 8 in the p-base layer 4 after the formation of all pn junctions forms. Therefore, the thyristor can be simple and can be conveniently manufactured without impairing the other properties Figures 8A and 8B show applications of the present invention to a light switch Thyristor Referring to Figs. 8A and 8B, a semiconductor substrate 1 includes a p-emitter layer 2, an n-base layer 3, a p-base layer 4, an n-emitter layer 5 and a central light receiving n-emitter layer 10, and that between the light receiving n-emitter layer 10 and the p-base layer 4 formed pn junction is through a control electrode 11 shorted. An etched area 8 is in the center of the central light receiving n-emitter layer 10 provided. Small circles shown in part of the two electrodes 7 and 12 indicate etched-down parts that serve as emitter short-circuit means. Although these small holes are distributed over the whole electrodes 7 and 12, they are in the Part of the illustration is omitted. In the form shown in Figure 8 is the self-protection area provided in the center of the light receiving part. General is a light-switched Thyristor designed so that its switching sensitivity in the order of one Light receiving part, an auxiliary thyristor area surrounding the light receiving part and a main thyristor surrounding the auxiliary thyristor area becomes higher. Therefore can by providing the self-protection area in the center of the light receiving part the value of the switch-on of the element in the event of an overvoltage being applied Switching current can be made small.
Der geätzte Bereich 8 kann auch in einem im wesentlichen ringförmigen Muster zwischen der Lichtempfangs-n-Emitterschicht 10 und der n-Emitterschicht 5 gebildet werden.The etched area 8 can also be substantially annular Pattern between the light receiving n-emitter layer 10 and the n-emitter layer 5 are formed.
In einem solchen Fall wird der geätzte Bereich 8 teilweise geschnitten. Daher ist es erforderlich, dafür Sorge zu tragen, daß die unter der n-Emitterschicht 5 und der Lichtempfangs-n-Emitterschicht 10 liegende p-Basisschicht 4 nicht von der Verarmungsschicht geschnitten wird.In such a case, the etched area 8 is partially cut. Therefore, it is necessary to take care that the under the n-emitter layer 5 and the light receiving n-emitter layer 10 lying p-base layer 4 not from the depletion layer is cut.
Die Selbstschutzspannung kann durch die Breite D des ringförmigen geätzten Bereichs 8 festgelegt werden. Auch der geätzte Bereich 8 mit ringförmigem Muster ermöglicht eine weitere Erweiterung der Ausdehnung des anfänglich leitenden Bereichs.The self-protection voltage can be determined by the width D of the annular etched area 8 can be set. Also the etched area 8 with an annular Pattern allows for further expansion of the initially conductive extension Area.
Es ist offensichtlich, daß, neben der Anwendung auf den in Fig. 8 gezeigten lichtgeschalteten Thyristor, die Erfindung auch auf einen elektrisch geschalteten Thyristor mit einer auf seiner Basisschicht vorgesehenen Steuerelektrode, einen Steuerelektroden-Abschaltthyristor, einen bidirektionalen Thyristor, einen bidirektionalen Transistor u. dgl. anwendbar ist. Im Fall des Transistors wird die in Fig. 2 gezeigte p-Emitterschicht 2 durch eine Schicht mit einer hohen Dotierstoffkonzentration und dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie dem der n-Basisschicht 3 ersetzt, um eine Kollektorschicht zusammen mit der n-Basisschicht 3 darzustellen. Die p-Basisschicht 4 und die n-Emitterschicht 5 wirken als eine Basisschicht bzw. eine Emitterschicht.It is evident that, besides being applied to the one shown in FIG light-switched thyristor shown, the invention also applies to an electrically switched Thyristor having a control electrode provided on its base layer, a Control electrode turn-off thyristor, a bidirectional thyristor, a bidirectional Transistor and the like is applicable. In the case of the transistor, that shown in FIG. 2 becomes p-emitter layer 2 by a layer with a high dopant concentration and the same conductivity type as that of the n-base layer 3 is replaced by a collector layer to be shown together with the n-base layer 3. The p-base layer 4 and the n-emitter layer 5 act as a base layer or an emitter layer.
Gemäß der Erfindung wird der geätzte Bereich in der Basisschicht oder der Kollektorschicht vorgesehen Die Erfindung ist auch auf eine Halbleiteranordnung entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps anwendbar, in der der p-Typ und der n-Typ umgekehrt sind.According to the invention, the etched area is in the base layer or the collector layer provided. The invention is also applied to a semiconductor device opposite conductivity type is applicable, in which the p-type and the n-type are reversed are.
Die Fig. 3 und 4 zeigen, daß, wenn zwei Arten von geätzten Bereichen mit der gleichen Tiefe, jedoch unterschiedlichen Durchmessern im Halbleitersubstrat 1 gebildet werden, der Durchbruch am geätzten Bereich mit dem größeren Durchmesser auftritt. Andererseits ist, wenn ein Lawinendurchbruchstrom, der zwischen der Bodenfläche des geätzten Bereichs mit dem kleineren Durchmesser und dem mittleren Übergang Jc festgestellt wird, der Flächenwiderstand der p-Basisschicht 4 in diesem Teil hoch, und der Lawinendurchbruchsstrom wird durch den Querwiderstand der p-Basisschicht 4 begrenzt. Daher wirkt der geätzte Bereich mit dem kleineren Durchmesser zur Unterdrückung des Werts des Stroms, der fließt, wenn ein Durchbruch am geätzten Bereich mit dem größeren Durchmesser auftritt, so daß das Halbleitersubstrat thermisch nicht geschädigt werden kann.Figs. 3 and 4 show that when two types of etched areas with the same depth but different diameters in the semiconductor substrate 1, the opening at the etched area with the larger diameter occurs. On the other hand, when there is an avalanche breakdown current flowing between the bottom surface of the etched area with the smaller diameter and the middle crossing Jc is found to be the sheet resistance of the p base layer 4 in this part high, and the avalanche breakdown current is increased by the transverse resistance of the p-base layer 4 limited. Therefore, the etched area with the smaller diameter acts to suppress the value of the current that flows when a breakdown occurs at the etched area with the larger diameter occurs, so that the semiconductor substrate is not thermally damaged can be.
Die Fig. 9A und 9B zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel des Thyristors gemäß der Erfindung, bei dem zwei Arten von geätzten Bereichen auf der Basis der vorstehenden Überlegung vorgesehen sind.Figs. 9A and 9B show another embodiment of the thyristor according to the invention, in which two types of etched areas on the basis of the above consideration are provided.
In den Fig. 9A und 9B sind die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung der gleichen oder äquivalenten in Fig.In Figs. 9A and 9B, the same reference numerals are used for designation the same or equivalent in Fig.
2 vorkommenden Teile verwendet.2 occurring parts are used.
In dem in den Fig. 9A und 9B gezeigten Ausführungsbeispiel umgibt ein zweiter geätzter Bereich 9, der in der Form eines teilweise unterbrochenen Schlitzes mit einer Breite D2 ist, im wesentlichen eine Mehrzahl von ersten geätzten Bereichen 8 mit einem Durchmesser Dl. Die geätzten Bereiche 8 und 9 haben die gleiche Tiefe d, und es gilt die Beziehung D1> D2.Wie man in Fig. 9A sieht, existiert ein nicht geätzter Bereich notwendigerweise zwischen der Kathode 7 und allen geätzten Bereichen 8 und 9. Folglich ist das Oberflächenpotential des die geätzten Bereiche 8 und 9 umgebenden Bereichs das gleiche wie das der Kathode 7, und die gleiche Spannung wird an alle geätzten Bereiche 8 und 9 angelegt. Wie im Fall des in Fig. 2 gezeigten Thyristors wird die Tiefe d der geätzten Bereiche 8 und 9 so gewählt, daß die sich in die p-Basisschicht 4 ausbreitende Verarmungsschicht die geätzten Bereiche 8 und 9 erreicht, wenn eine Durchlaßüberspannung an den Thyristor angelegt wird. Dabei kann die Durchbruchspannung VBO nicht nur durch die Tiefe d der geätzten Bereiche 8 und 9, sondern auch durch den Durchmesser (oder die Breite) der geätzten Bereiche 8 und 9 bestimmt werden, wie schon anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben wurde. Die geätzten Bereiche 8 und 9 haben die gleiche Tiefe d. Daher wird die Lawinendurchbruchspannung um so kleiner, je größer die Durchmesser (oder die Breite) der geätzten Bereiche 8 und 9 sind, und die Durchbruchspannung des Bereichs 8 ist niedriger als die des Bereichs 9. Der Lawinendurchbruch tritt im Bereich 8 auf, wenn eine Überspannung an den Thyristor angelegt wird. Der als Ergebnis des Lawinendurchbruchs erzeugte Lawinenstrom fließt in die Kathode 7, doch der geätzte Bereich 9 existiert in der Bahn dieses Stroms Der Flächenwiderstand in diesem Bereich 9 ist größer als der der nichtgeätzten Fläche. Dieser Flächenwiderstand wirkt als begrenzender Widerstand für den Durchbruchsstrom und wirkt auch als Ballastwiderstand, durch den der Durchbruchsstrom gleichmäßig zur Kathode 7 verteilt wird. Daher verbessert der zweite geätzte Bereich 9 die di/dt-Leistungsfähigkeit des Thyristors während des selbstgeschützten Betriebs. Der Wert dieses begrenzenden Widerstandes kann nach Wunsch durch Ändern der Breite und der Zahl der Schlitze des geätzten Bereichs 9 geändert werden. Da die geätzten Bereiche 8 und 9 die gleiche Tiefe d haben, kann die gleiche Fotomaske für die gleichzeitige Bildung dieser geätzten Bereiche verwendet werden.In the embodiment shown in FIGS. 9A and 9B, surrounds a second etched area 9, which is in the form of a partially interrupted slot having a width D2 is essentially a plurality of first etched areas 8 with a diameter Dl. The etched areas 8 and 9 have the same depth d, and the relationship D1> D2 holds. As seen in Fig. 9A, a does not exist etched area necessarily between the cathode 7 and all etched areas 8 and 9. Thus, the surface potential of the etched areas is 8 and 9 surrounding area is the same as that of the cathode 7, and the same voltage is applied to all of the etched areas 8 and 9. As in the case of that shown in FIG Thyristor becomes the depth d of the etched areas 8 and 9 so chosen that the depletion layer spreading into the p-base layer 4 is the etched Areas 8 and 9 are reached when a forward overvoltage is applied to the thyristor will. The breakdown voltage VBO can not only be determined by the depth d of the etched Areas 8 and 9, but also by the diameter (or width) of the etched Areas 8 and 9 are determined, as already described with reference to FIGS. 3 and 4 became. The etched areas 8 and 9 have the same depth d. Therefore, the avalanche breakdown voltage becomes the smaller the larger the diameter (or the width) of the etched areas 8 and 9, and the breakdown voltage of area 8 is lower than that of Area 9. The avalanche breakdown occurs in Area 8 when there is an overvoltage is applied to the thyristor. The one generated as a result of the avalanche breakdown Avalanche current flows into the cathode 7, but the etched area 9 exists in the Path of this current The sheet resistance in this area 9 is greater than that the non-etched area. This sheet resistance acts as a limiting resistance for the breakdown current and also acts as a ballast resistor through which the breakdown current is evenly distributed to the cathode 7. Therefore, the second etched area improves 9 the di / dt performance of the thyristor during self-protected operation. The value of this limiting resistance can be adjusted as desired by changing the width and the number of slits of the etched portion 9 can be changed. Because the etched Areas 8 and 9 have the same depth d, the same photomask for simultaneous Formation of these etched areas can be used.
Der Thyristor wird eingeschaltet, indem man lediglich ein Steuersignal, das bezüglich des Potentials an der Kathode 7 positiv ist, einer Steuerelektrode 13 zuführt, die niederohmigen Kontakt mit der p-Basisschicht 4 macht, die an der kathodenseitigen Hauptoberfläche des Thyristors freiliegt.The thyristor is turned on by merely a Control signal which is positive with respect to the potential at the cathode 7, a control electrode 13 supplies, which makes low-resistance contact with the p-base layer 4, which is attached to the cathode-side main surface of the thyristor is exposed.
Die Fig. 10A und 10B zeigen ein Draufsichtmuster bzw.FIGS. 10A and 10B show a plan view pattern and FIG.
einen Vertikalschnitt nach der Linie XB-XB in Fig. 10A, wenn der Selbstschutzaufbau gemäß der Erfindung auf einen lichtgeschalteten Thyristor angewandt wird. In den Fig.a vertical section along the line XB-XB in Fig. 10A when the self-protection structure is applied according to the invention to a light-switched thyristor. In the Fig.
10A und 10B sind die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung der gleichen oder äquivalenten, in den Fig. 9A und 9B vorkommenden Teile verwendet. Gemäß Fig. 10A und lOB ist eine Mehrzahl von Selbstschutzbereichen oder ersten geätzten Bereichen 8 rings um eine n-Hilfsemitterschicht 20 angeordnet, und eine Mehrzahl von Begrenzungswiderstandsbereichen oder zweiten geätzten Bereichen 9 mit der gleichen Tiefe d, jedoch einer vom Durchmesser D1 der ersten geätzten Bereiche 8 verschiedenen Breite D2 ist außerhalb der ersten geätzten Bereiche 8 angeordnet.10A and 10B are the same reference numerals to denote the same or equivalent parts appearing in Figs. 9A and 9B are used. According to Fig. 10A and 10B are a plurality of self-protection areas or first etched areas 8 arranged around an n-type auxiliary emitter layer 20, and a plurality of limiting resistance regions or second etched areas 9 of the same depth d but one of diameter D1 of the first etched areas 8 of different widths D2 is outside the first etched areas 8 arranged.
Die Fig. llA und 11B zeigen Abwandlungen des in Fig. 8 gezeigten lichtgeschalteten Thyristors. Gemäß Fig. 11 ist eine Mehrzahl geätzter Bereiche 8 in der p-Basisschicht 4 und der n-Emitterschicht 5 vorgesehen, die den Hilfsthyristor um die zentrale Lichtempfangsemitterschicht 10 bildet. Die Vorsehung der mehreren geätzten Bereiche 8 erweitert den anfänglich eingeschalteten Bereich. Auch wirkt, da die geätzten Bereiche 8 in der n-Emitterschicht 5 gebildet sind, der im Fall des Anlegens einer Überspannung erzeugte Lawinenstrom zur wirksamen Durchlaßvorspannung des angrenzenden pn-Überganges.FIGS. 11A and 11B show modifications of the light switch shown in FIG Thyristor. 11, there are a plurality of etched areas 8 in the p base layer 4 and the n-emitter layer 5 are provided, which the auxiliary thyristor around the central Light receiving emitter layer 10 forms. The Providence of the Multiple Etched Areas 8 expands the initially switched on area. Also works as the etched Regions 8 are formed in the n-emitter layer 5, which in the case of applying a Overvoltage generated avalanche current to the effective forward bias of the adjacent pn junction.
Es ist klar, daß die Erfindung wirkungsvoll auf einen Steuerelektroden-Abschaltthyristor und einen bidirektionalen Thyristor neben ihrer Anwendung auf einen lichtgeschalteten Thyristor und einen elektrischen Steuerelektroden-Thyristor anwendbar ist.It is clear that the invention is effective on a gate turn-off thyristor and a bidirectional thyristor in addition to its application to a light-switched Thyristor and an electrical control electrode thyristor is applicable.
Es versteht sich aufgrund der vorstehenden ausführlichen Beschreibung, daß die Erfindung eine Halbleiteranordnung zur Verfügung stellt, die leicht hergestellt werden kann und deren selbstgeschützte Schaltspannung doch genau gesteuert werden kann.It goes without saying, based on the detailed description above, that the invention provides a semiconductor device which is easily manufactured and their self-protected switching voltage can be precisely controlled can.
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Claims (7)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8640285A JPS61247071A (en) | 1985-04-24 | 1985-04-24 | Overvoltage self-protective type semiconductor device and manufacture thereof |
| JP14035385A JPS622568A (en) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | Semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3613751A1 true DE3613751A1 (en) | 1986-10-30 |
Family
ID=26427534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19863613751 Ceased DE3613751A1 (en) | 1985-04-24 | 1986-04-23 | Semiconductor arrangement of the type of overvoltage self-protection |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA1272811A (en) |
| DE (1) | DE3613751A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2712114A1 (en) * | 1976-03-22 | 1977-10-06 | Gen Electric | SELF-PROTECTIVE SEMI-CONDUCTOR DEVICE |
| DE2928685A1 (en) * | 1978-07-20 | 1980-01-31 | Electric Power Res Inst | Current flow control switching thyristor - has base part adjacent breakdown region of blocking pn-junction, from which is separated second base part |
| EP0129702A1 (en) * | 1983-05-26 | 1985-01-02 | General Electric Company | Voltage breakover protected thyristor having field-containing layer in avalanche voltage breakover zone |
-
1986
- 1986-04-22 CA CA000507271A patent/CA1272811A/en not_active Expired
- 1986-04-23 DE DE19863613751 patent/DE3613751A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JP 57-196567 A, In: Patents Abstr. of Japan, Sect. E, Vol. 7, 1983, Nr. 45 (E 160) * |
| JP 59-9970 A, In: Patents Abstr. of Japan, Sect. E, Vol. 8, 1984, Nr. 91(E 241) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1272811A (en) | 1990-08-14 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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