DE6606783U - Steuerbares halbleiterventil. - Google Patents
Steuerbares halbleiterventil.Info
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Description
159/66 Sta/sohu
Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Kontaktierung einer Halbleiterscheibe mit Emitterkurz8chlüs3en
Die Erfindung betrifft die Kontaktierung einer mit Kurzschlüssen versehenen Emitterzone eines steuerbaren Halbleiterventils
mit pnpn Struktur.
Die ursprünglichen Halbleiterelemente mit pnpn Struktur (Thyristoren) zeigten die für viele Anwendungen nachteilige Eigenschaft, bei raschjansteigender Anodenspannung (grosses
dU/dt) auch innerhalb des Sperrbereichs der statischen Kennlinie zu zünden. Diese Erscheinung rührt davon her,
dass bei einem raschen Anstieg der Anodenspannung zur Aufladung der Eigenkapazität des sperrenden p-n XJeberganges
kurzzeitig ein Strom flieset, der eine ähnliche Wirkung
6606783 io.i2.7O
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wie ein ZUndimpuls aufweist. Um dieses nachteilige Verhalten
zu verbessern, wurde vorgeeohlngen, die Emitterzone an mehreren
Stellen der Halbleiterfläche mit Kurzschlüssen zu versehen (siehe z.B. den Artikel von F.W.Gutzwiller "Thyristor
Semiconductor Components Today" in IEEE Transactions on Industry
and General Applications, Vol.Iga-1, No.,6, I965).
Durch dis Kurzschlüsse wird dieser kurzzeitige AuflSwS-strom
vom p-n Uebergang zwischen Emitter und Steuerzone weitgehend abgehalten und kann das Zündverhalten des Thyristors
nur mehr in wesentlich geringerem'Masse beeinflussen. Ausserdem bewirten diese Kurzschlüsse eine Erhöhung
des Kippetromes und damit eine Erhöhung der für ein bestimmtes
stabiles Kippverhalten massgeblichen Grenztemperatur des Thyristors.
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung dieser Emitterkurzschlüsse
besteht z.B. darin, dass vor dem Anlegieren der Metallfolie zur Herstellung der Emitterzone an den Stellen
der beabsichtigen Kurzschlüsse auf die Stirnfläche der Halbleiterscheibe
Graphitkörner aufgebracht werden, welche an diesen Stellen die Legierung und somit die Bildung der Emitterzone
verhindern.
Dieses bekannte Verfahren zur Herstellung der Emitterzone hat den Nachteil, dass der effektive Widerstand der einzelnen Kurzschlüsse nicht definiert ist, sondern bei der
Herstellung von Thyristor zu Thyristor schwankt. Daraus ergibt sich eine relativ starke Streuung der Thyristoreigen-
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schäften innerhalb einer Serie.
Es ist das Ziel der Erfindung eine Kontaktierung einer Halbleiterscheibe mit Emitterkurzschlüssen anzugeben, bei
der dieser Nachteil vermieden wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest auf eine Teilfläche der der Emitterzone zugewandten Stirnfläche der Halbleiterscheibe eine Metallschicht
aufgebracht und anlegiert wird, welche Dotierungsatome in
einer genügend hohen Konzentration enthält, dass nach dem Anlegieren der Metallschicht an die εη dieser Stirnfläche
an die Oberfläche tretenden Flächenbereiche der Steuerzone
und der Emitterzone eine oberflächige Dotierungsschicht gebildet wird, deren Leitungstyp dem der Emitterzone entgegengesetzt
ist und die mit der letzteren einen degenerierten p-n Uebergang formt.
Die Erfindung v/ird nachstehend anhand der Figuren beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt den Aktivteil eines Thyristors mit Emitterkurzschlüssen
im Schnitt, dessen Emitterkontaktierung nach dem oben erwähnten bekannten Verfahren hergestellt ist. Die
Dicke des Aktivteils ist in der Figur wie üblich übertrieben stark dargestellt.
Bei der Herstellung dieses Aktivteils wird zunächst wie
Üblich durch ein Diffusionsverfahren aus einer Silizium-Einkristallscheibe
vom η Leitungstyp eine pnp Struktur mit
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schichtförmigen Zonen Ibis 3 hergestellt. Anrshliessend werden
an den Stellen 4 der an die Emitterzone J> anschliessenden
Stirnfläche 5 der Halbleiterscheibe Graphitkörner aufgebracht und darüber eine Folie 6 aus einer Gold- Antimon-Legierung
anlegiert. An den von den Graphitkörnern nicht
bedeckten Stellen 4 der Stirnfläche 5 geht während des Legierungsvorganges das Silizium mit dem Legierungsmaterial
ein Entektikum ein, welches nach der Rekristallisation eine
hochdotierte (n+) Emitterzone 7 bildet, die an den genannten Stellen 4 durch die Steuerzone 3 kurzgeschlossen ist,
Schllesslich wird wie üblich die andere Stirnfläche mit
einer Trägerplatte 8 verlötet, die Randoberflache 9 kegelförmig
ausgebildet und der Steueranschluss 10 hergestellt. Wie sich in der Praxis gezeigt hat, gelingt es mit Hilfe
dieses Verfahrens jedoch nicht, die Emitterkurzshlüsse mit
ißinem in engen Grenzen gut definierten Widerstand zwischen Legierungsfolie 6 und Steuerzone J>
herzustellen. Die Figuren 2 und j5 illustrieren ein Beispiel des erfindungsfeemässen
Verfahrens zur Kontaktierung einer Halbleiterscheibe mit pnpn Struktur und Kurzschlüssen irper Emitterzone
bei der Herstellung eines Thyristors, dessen Emitterzone mittels eines LegierungsVerfahrens hergestellt ist.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt der Halbleiterscheibe nach Herstellung der mit Kurzschlüssen versehenen Emitterzone
Zur Herstellung dieser Emitterzone 11 wird an eine Sllzium-
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Einkristallscheibe mit geschichteter pnp Struktur, von der
allein Steuerzone 3 und die Mittelzone 2 in Pig· 2 zu erkennen sindj eine mit Löchern 12 versehene Folie 13 an die
an die Steuerzone 3 anschliessende Stirnfläche der Halbleiterscheibe
anlegiert. Die Folie 13 weist dabei z.B. eine Dicke von 60/Um auf und enthält 1 Gewichts^ Sb„ die Löcher
12 haben einen Durchmesser von 1 ram bei einem gegenseitigen Abstand von 1,5 nun. Die Anlegierung erfolgt im Vakuum te.
80O0C. Beim Erstarien bildet sich durch Rekristallisation
unter der Folie eine hochdotierte (η+) Emitterzone 11 vom π Leitungstyp. An den Stellen der Löcher 12 reicht die
Steuerzone weiterhin an die Stirnfläche der Halbleiterscheibe heran.
Gleichzeitig mit diesem ersten Legierungsschritt erfolgt
vorteilhaft auch die Anlegierung einer Trägerplatte (ähnlich der Trägerplatte 8 nach Fig. l) an die zweite Stirnfläche
der Halbleiterscheibe und zwar mltteLs einer zwischen
aer Trägerplatte und der Halbleiterscheibe eingefügten Aluminiumscheibe
.
Zur Kontaktierung der Stirnfläche (siehe Fig. 3) wird eine
zweite Metallfolie einer Dicke von z.B. 20/um und aus einer
Gold - Bor Legierung mit 1 Gewichts^ B auf die erste Folie
13 aufgebracht und im Vakuum bei 55O°C anlegiert, wobei beide
Metallfolien und eine oberflächige Siliziumschicht der Halbleiterscheibe unter Bildung eines Entektlkums miteinander
verschmelzen. Nach der Abkühlung bildet sich über die ganze
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Stirnfläche der Halbleiterscheibe und in einer geringeren
Dicke als die ursprünglich gebildete Emitterzone 11 (Fig.2) eine rekristallisierte hochdotierte (p+) Zone 15 vom ρ Leitungstyp.
Ueber dieser Zone 15 bleibt eine Goldschicht 16 zurück, die das Material beider Folien enthält. Die Konzentration
der Dotierungsatome Antimon und Bor in den anlegierten Folien ist genügend hoch gewählt, um die Emitterzone
einerseits und die Zone 15 andererseits als zwei Zonen verschiedenen Leitungstyps zu erzeugen, die beide genügend hohe
Dotierungen aufweisen, um miteinander einen sogenannten "degenerierten"
p-n Uebergang zu bilden, durch den bekanntlich aufgrund des Tunneleffektes ein weitgehend freier Transfer
der Ladungsträger stattfindet, so dass in unserem Falle zwischen der Zone 15 und der Emitterzone 11 praktisch ein Kurzschluss
besteht. Die hochdotierte (p+) Zone 15 vom ρ Leitungstyp und die Steuerzone 3 vom gleichen Ldtungstyp formen
miteinander einen gut definierten sogenannten "ohmschen" Kontakt.
Ausser den Kurzschlüssen an den Stellen der Löcher 12 der
Folie 13 wird gemiäss einer 'weiteren Verfahrensvariante zur
Herstellung von zusätzlichen Emitterkurzschlüssen am Rand der Emitterzone die anlegierfce zweite Metallfolie mit einer
grösseren Fläche a'i.s die Emitterzone ausgebildet, wodurch
diese' zweite Metallfolie die Emitterzone überlappt und an
ihrem Rand direkt an die Steuerzone anlegiert wird.
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Statt für die gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren aufzubringende
und anzulegierende Metallschicht eine einzige die Emitterzone bedeckende Metallfolie zu verwenden, wird
gemäss einer anderen Verfahrensvariante diese Metallschicht in Form von mehreren Folien jeweils nur an den Stellen der
Emitterkurzschi"sse aufgebracht.
Nach einer v/eiteren Verfahrensvariante wird die Metallschicht auf dem Emitter aufgedampft.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann gemäss einer zweiten
Anwendungsvariante auch bei einer Herstellung von Thyristoren Anwendung finden, wobei zunächst durch Anlegieren
einer Goldfolie mit Antimonzusatz eine Emitterzone hergestellt wird, die sich über die gesamte Stirnfläche der
Halbleiterscheibe erstreckt. In die anlegierte Goldfolie werden dann z.B. mittels einer bekannten Maskentechnik Löcher
eingeätzt. Danach wird in einem zweiten Aetzvorgang, unter ständiger Messung des dU/dt Verhaltens und/oder des Kippstroms
die Emitterzone an den Stellen diese? Löcher abgetragen und der Aetzvorgang beendet, wenn die gewünschten
Vierte dieser Grossen erreicht sind. Ein solches Verfahren ist in der Deutschen Offenlegungsschrift 1 539 665 beschrieben.
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Claims (1)
- - 8 - 159/66 DSchutzansprüche1. __Steuerbares Halbleiterventil mit pnpn- Struktur und Emitterkurzsohlüssen, dadurch Rekennzeichnet, dass zumindest auf einer Teilfläche der die Emitterzone (11) enthaltenden Stirnfläche der Halbleiterscheibe eine Metallschicht aufgebracht und anlegiert ist, v/elche Dotierungsatome in einer genügend hohen Konzentration enthält, dass nach dem Anlegieren der Metallschicht an die an dieser Stirnfläche an die Oberfläche tretenden Flächenbereiche der Steuerzone (3) und der Emitterzone (11) eine oberflächige Zone (15) gebildet wird, deren Leitungs^yp dem der Emitterzone entgegengesetzt ist und die mit der letzteren einen degenerierten p-n Uebergan^ bildet.2. Halbleiterventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterzone (11) durch eine an die Steuerzone anlegierte, Dotierungsatome enthaltende Metallfolie (13) gebildet wird.3. Halbleiterventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» dass bei einer Halbleiterscheibe aus Silizium als Metallschicht eine Folie aus einer Goldlegierung mit Borzusatz vorgesehen ist.- 9 - 159/66 D2J. Halbleiterventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Emitterkurzschlüssen am Rand der Emitterzone die anle,s;ierte Metallschicht eine prrössere Fläche einnimmt als die Emitterzone.5. Halbleiterventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht in Form von mehreren Folien nur an den Stellen der Emitterlairzschlüsse aufgebracht ist.6. Halbleiterventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht aufgedampft ist.7· Halbleiterventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (13) aus einer Goldlegierung mit Anfeimonzusatz besteht.8. Halbleiterventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bildung der Emitterzone (11) anzulegierende Metallfolie Ί3) an den Stellen der vorgesehenen Kurzschlüsse in der Emitterzone (11) Löcher (12) aufv/eist.9. Halbleiterventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die zur Bildung der Emitterzone (11) anlep.ierte Metallfolie mit Hilfe einer Maskentechnik Löcher ^iätzt sind, durch welche die Emitterzone (11) abät^-bar ist.HlNWElSi Diese- Unlorlago (Boschruibung und Schutzanspr.) isl die zulelil eingereichte) sio welch! von dar Worllastung der ursprünglich eingereichten Unterlagen ab. Die rechllicha Bedeutung der Abweichung isl nicht geprüft. Die ursprünglich eingereichten Unterlagen befinden sich in den Amtsakten Sie kennen jederzeit ohne Nachwelt eines rechtlichen Iniereilet gebührenfrei eingesehen wordin. Auf Antrag werdon hiervon auch FotoKopion oder Filmnegativo zu den Oblichen Preisen geliefert. G (3(4 (6.69) D«uli-*tt Pattntamt, Gebravchimuittrtttlleeerier
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