DE4410461C1

DE4410461C1 - Halbleiterbauelement mit anodenseitiger Getterung

Info

Publication number: DE4410461C1
Application number: DE19944410461
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr Schulze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2014-03-26
Also published as: JPH07273313A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper mit einem zentralen Bereich, der zwischen einer katodenseitigen Oberfläche und einer dazu parallelen anodenseitigen Oberfläche des Halbleiterkörpers liegt, mit einem Randbereich, der von der anodenseitigen Oberfläche und mindestens einer zur anodenseitigen Oberfläche unter einem Winkel < 90° geneigten Fläche begrenzt ist, mit einer im zentralen Bereich und im Randbereich an die anoden seitige Oberfläche grenzenden p-dotierten Anodenzone.

Solche Halbleiterbauelemente sind z. B. Thyristoren und Dioden und zum Beispiel aus der DE-AS 21 64 644 bekannt. Sie werden im allgemeinen derart hergestellt, daß in einen schwach n-dotierten Halbleiterkörper beidseitig p- dotierendes Material eindiffundiert wird. Bei einem Thyristor wird dann anschließend allseitig Phosphor eindiffundiert. Die mit Phosphor dotierte Schicht wird dann anodenseitig ent fernt. Bei Halbleiterkörpern, an die anodenseitig eine Molybdänscheibe über eine Aluminiumzwischenschicht anlegiert wird, kann das Entfernen der anodenseitigen n-dotierten Schicht entfallen, da das Aluminium eine p-Dotierung erzeugt, die die n-Dotierung des Phosphors überkompensiert. Entsprechendes gilt für den Halbleiterkörper einer Diode.

In denjenigen Fällen, in denen die anodenseitige Elektrode nicht über Aluminium anlegiert, sondern z. B. über eine sil berhaltige Paste angesintert wird, entfällt die dotierende Wirkung des Aluminiums. In diesen Fällen muß daher die an odenseitige phosphordotierte Schicht entfernt werden oder die Anodenseite muß vor der Phosphordiffusion maskiert werden. Während die erste Möglichkeit relativ aufwendig ist, bringt die zweite den Nachteil mit sich, daß anodenseitig die get ternde Wirkung des Phosphors entfällt. Eine anodenseitige Getterung ist jedoch zur weitgehenden Beseitigung von Verun reinigungen aus dem Halbleiterkörper wichtig.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Halbleiterbauele ment der angegebenen Art so weiterzubilden, daß eine anoden seitige Getterung bei gleichzeitig einfacher Herstellung des Halbleiterkörpers möglich wird.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß die Anodenzone im zentralen Bereich frei von Phosphor ist und daß im Randbe reich in die Anodenzone mindestens eine mit Phosphor dotierte Zone eingebettet ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß einige Eigen schaften des Halbleiterbauelements wie Sperrstrom, Sperrspan nung wesentlich von den Eigenschaften des Randbereichs abhän gig sind.

Es ist zwar bekannt, bei GTO-Thyristoren i.a. anodenseitig n- dotierte Zone vorzusehen (man vergleiche z. B. EP 04 30 133). Hier können die notwendigen Kurzschlüsse nur auf der Anoden seite angeordnet werden, während auf der Katodenseite wegen der erforderlichen hohen Abschaltstromverstärkung keine Kurzschlüsse vorgesehen sind. Damit wird in Kauf genommen, daß GTO-Thyristoren in Sperrichtung keine Sperrspannung aufnehmen können. Bei im wesentlichen symmetrisch sperrenden nicht abschaltbaren Thyristoren sind anodenseitige Kurz schlüsse bisher nicht bekannt.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Figur näher erläutert.

In der Figur ist der Halbleiterkörper eines nicht abschaltba ren Thyristors mit im wesentlichen symmetrischen Sperreigen schaften dargestellt. Die Innenzone 1 ist schwach n-dotiert, an diese schließt sich katodenseitig eine p-dotierte Katoden basiszone 2 und anodenseitig eine p-dotierte Anodenemitter zone 3 an. Beide Zonen haben im allgemeinen die gleiche Dicke. Der Halbleiterkörper hat einen zentralen Bereich 6, der katodenseitig und anodenseitig durch zwei parallele Oberflächen 4 bzw. 5 begrenzt wird. Der zentrale Bereich 6 wird von einem Randbereich 7 umgeben, der von zwei Flächen 14, 15 und einem Teil der anodenseitigen Oberfläche 5 be grenzt wird. Die Fläche 14 schließt mit der anodenseitigen Oberfläche üblicherweise einen Winkel von ca. 40° ein, wäh rend zwischen der Fläche 15 und der Oberfläche 5 ein Winkel von z. B. 4° (sogenannter negativer Winkel) liegt.

In die Katodenbasiszone 2 sind n-dotierte Zonen 8 eingebet tet, die den katodenseitigen Emitter bilden. Der Katodenemit ter ist mit Kurzschlüssen versehen, die durch Ausnehmungen in der Katodenemitterzone gebildet werden, die bis zur katoden seitigen Oberfläche 4 reichen. Dort ist die Katodenemitterzo ne 8 und die Katodenbasiszone 2 durch eine Katodenelektrode 12 kontaktiert.

Die anodenseitige Emitterzone 3 ist im Randbereich mit einer zusätzlichen stark Phosphor dotierten Zone 10 versehen, die durch Eindiffusion von Phosphor erzeugt wird. Im zentralen Bereich ist die Zone 3 dagegen frei von Phosphor. Dies wird, wie eingangs erwähnt, auf einfache Weise dadurch erreicht, daß bei der Eindiffusion der katodenseitigen Emitterzone 8 die anodenseitige Oberfläche 5 des Halbleiterkörpers im zentralen Bereich maskiert wird. Der Randbereich wird anoden seitig nicht maskiert, so daß dort Phosphor eindiffundieren kann. Anstelle der einen Zone 10 können auch mehrere solche mit Phosphor dotierte Zonen erzeugt werden.

Da die Dotierungskonzentration des p⁺-Emitters 3 die Phos phor-Dotierungskonzentration des Bereichs 10, der für eine ausreichende Getterwirksamkeit Phosphor-Randkonzentrationen oberhalb von 10¹⁹cm^-3 aufweisen sollte, i.a. unterschreitet, empfiehlt es sich, in diesem Fall auch diese Zone 10 mit Kurzschlüssen zu versehen, um den Wirkungsgrad des durch die Zone 10 gebildeten Emitters herabzusetzen. Dies wird durch eine entsprechende Maske erreicht, die die Zonen 10 unter bricht, so daß sie durch die Anodenelektrode 11 gegen die anodenseite Emitterzone 3 kurzgeschlossen werden kann. Die Anodenelektrode kann z. B. durch Ansintern über eine silber haltige Paste befestigt werden. Es kann aber auch ausreichen, die Anodenelektrode durch Aufdampfen einer oder mehrerer Metallschichten herzustellen. In letztgenanntem Fall und auch in dem Fall, daß für die Siliziumscheibe ein Träger (z. B. aus Molybdän) verwendet wird, dessen Durchmesser nicht über den Bereich 6 hinausreicht, kann auch auf eine anodenseitige Metallisierung und somit auch auf eine anodenseitige Kontak tierung des Bereichs 7 verzichtet werden.

Der in die Zone 10 eindiffundierte Phosphor sorgt nun dafür, daß Verunreinigungen im Randbereich 7 des Halbleiterkörpers von der Anodenseite her gegettert werden. Von der Katoden seite her findet im Randbereich 7 i.a. keine Getterung statt. Andererseits ist die fehlende anodenseitige Getterung im zentralen Bereich 6 nicht von großer Bedeutung, da, wie bereits erwähnt, einige Eigenschaften des Thyristors wie Sperrstrom und Sperrspannung im wesentlichen durch den Rand bereich bestimmt werden und außerdem im zentralen Bereich eine katodenseitige Getterung durch den im Katodenemitter 8 enthaltenen Phosphor erfolgt.

Es empfiehlt sich, die anodenseitige Phosphor enthaltende Zone 10 gleichzeitig mit dem Katodenemitter 8 herzustellen. Sie wird damit ähnlich tief wie 8 und hat eine deutlich geringere Tiefe als die Anodenemitterzone 3. Letzteres ist für die Gewährleistung einer ausreichenden Sperrfähigkeit des zwischen den Schichten 1 und 3 gelegenen pn-Übergangs 16 erforderlich, da die sich beim Anlegen einer Sperrspannung auf spannende Raumladungszone einen ausreichenden Abstand zur Zone 10 aufweisen muß.

Die Erfindung wurde anhand des Halbleiterkörpers eines Thy ristors beschrieben, sie ist aber auch für eine Diode anwend bar.

Claims

1. Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper mit einem zentralen Bereich (6) der zwischen einer katodenseitigen Ober fläche (4) und einer dazu parallelen anodenseitigen Oberfläche (5) des Halbleiterkörpers liegt, mit einem Randbereich (7), der von der anodenseitigen Oberfläche (5) und mindestens einer zur an odenseitigen Oberfläche unter einem Winkel < 90° geneigten Fläche (14, 15) begrenzt ist, mit einer im zentralen Bereich (6) und im Randbereich (7) an die anodenseitige Oberfläche (5) grenzenden p- dotierten Anodenzone (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenzone (3) im zentralen Bereich (6) frei von Phosphor ist und daß im Randbereich (7) in die Anodenzone (3) mindestens eine mit Phosphor dotierte Zone (10) eingebettet ist.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Zone (10) eine geringere Tiefe als die Anodenzone (3) hat.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Zone mit der Anodenzone (3) kurzgeschlossen ist.

4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement ein im wesentlichen symmetrisch sperren der Thyristor ist, dessen katodenseitiger Emitter (8) im zentralen Bereich (6) liegt.

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Katodenemitterzone (8) gegen die katodenseitige Basiszone (2) kurzgeschlossen ist.

6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement eine Diode ist.