FI61773C - THERMOUS INTEGRATION THREADER THREADER - Google Patents

THERMOUS INTEGRATION THREADER THREADER Download PDF

Info

Publication number
FI61773C
FI61773C FI348874A FI348874A FI61773C FI 61773 C FI61773 C FI 61773C FI 348874 A FI348874 A FI 348874A FI 348874 A FI348874 A FI 348874A FI 61773 C FI61773 C FI 61773C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
diode
layer
thyristor
base layer
region
Prior art date
Application number
FI348874A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI61773B (en
FI348874A (en
Inventor
Edgar Borchert
Horst Gesing
Rigobert Schimmer
Original Assignee
Licentia Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19732360081 external-priority patent/DE2360081C3/en
Application filed by Licentia Gmbh filed Critical Licentia Gmbh
Publication of FI348874A publication Critical patent/FI348874A/fi
Publication of FI61773B publication Critical patent/FI61773B/en
Application granted granted Critical
Publication of FI61773C publication Critical patent/FI61773C/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/7404Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device
    • H01L29/7412Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device the device being a diode
    • H01L29/7416Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device the device being a diode the device being an antiparallel diode, e.g. RCT

Description

rft1 KUULUTUSJULKAISUrft1 ANNOUNCEMENT

1¾ (11) UTLAGG NINGSSKRI FT ^ ‘ ^ C Patentti -nySnetty 10 09 1902 *^V!^ ^ Patent meddelat ^ (51) Kv.lk?/lnt.CI.3 H 01 L 29/101¾ (11) UTLAGG NINGSSKRI FT ^ ‘^ C Patent -nySnetty 10 09 1902 * ^ V! ^ ^ Patent meddelat ^ (51) Kv.lk?/lnt.CI.3 H 01 L 29/10

SUOMI —FINLAND (21) P»Wnttlh»k«mu*-Pu.ntt™öknlni 3U88/TUFINLAND —FINLAND (21) P »Wnttlh» k «mu * -Pu.ntt ™ öknlni 3U88 / TU

(22) HtkamlspUvt — An*6knlng*dag 02.12.7^(22) HtkamlspUvt - An * 6knlng * dag 02.12.7 ^

^ ^' (23) Alkuplivt—GiklghMidag 02.12.7U^ ^ '(23) Alkuplivt — GiklghMidag 02.12.7U

(41) Tullut luikituksi — Bllvlt offuntllg OU . 06.7 5(41) Been stuck - Bllvlt offuntllg OU. 06.7 5

Patentti- ia rekisterihallitut .... .... . ... . . .....Patent and registry holders .... ..... .... . .....

* (44) Nlhtlvlktlpwton |i kuul.|ulkaltun pvm. —* (44) Nlhtlvlktlpwton | -

Patent- och registerstyrelsen ' Ansöktn utltgd och utl.skriftan public· red 31.05.82 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus —Begird priorlt« 03*12.73Patent and registration authorities Ansöktn utltgd och utl.skriftan public · red 31.05.82 (32) (33) (31) Privilege requested —Begird priorlt «03 * 12.73

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 23Ö0081.9-33 (71) Licentia Patent-Vervaltungs-G.m.b.H., Theodor-Stern-Kai 1, 6 Frankfurt am Main, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Edgar Borchert, Belecke, Horst Gesing, Belecke, Rigobert Schimmer, Belecke, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (7U) Oy Kolster Ab (5U) Monoliittisesti intergroidun diodin sisältävä tyrisxori ja menetelmä sen valmistamiseksi - Tyristor med monolitiskt integrerad diod och förfarande för dess framställningFederal Republic of Germany-Förbundsrepubliken Tyskland (DE) P 23Ö0081.9-33 (71) Licentia Patent-Vervaltungs-GmbH, Theodor-Stern-Kai 1, 6 Frankfurt am Main, Federal Republic of Germany-Förbundsrepubliken Tyskland (DE) (72) Edgar Borchert, Belecke, Horst Gesing, Belecke, Rigobert Schimmer, Belecke, Federal Republic of Germany Tyskland (DE) (7U) Oy Kolster Ab (5U)

Keksinnön kohteena on tyristori, joka sisältää monoliittisesti integroidun diodin ja jossa tyristorilla ja diodilla on yhteinen peruskerros, jolloin diodialue koostuu osasta yhteistä peruskerrosta ja kahdesta siihen rajoittuvasta, korkeasti seostetusta vastakkaista johtavuustyyppiä olevasta reunavyöhykkeestä, sekä menetelmä sen valmistamiseksi.The invention relates to a thyristor comprising a monolithically integrated diode, wherein the thyristor and the diode have a common base layer, wherein the diode region consists of a part of the common base layer and two adjacent highly doped opposite conduction type edge zones, and a method of manufacturing the same.

Monoliittisesti integroidun diodin sisältävillä tyristoreilla on menestyksellisesti käyttöä, kun on tarpeellista kytkeä ohjatun tasasuuntaajan kanssa vastakkaissuuntaisesti erityinen diodi, esimerkiksi TV-vastaanottimien horisontaalipoikkeamakyt-kennöissä tai kulkuneuvojen sytytysjärjestelmissä tai joissakin suunnanvaihtokytkimissä. Tällaisella integroidulla laitteella on nimittäin mahdollista korvata kaksi viisiliittimistä rakenneosaa yhdellä ainoalla kolmeliittimisellä rakenneosalla.Thyristors with a monolithically integrated diode are successfully used when it is necessary to connect a special diode in the opposite direction to the controlled rectifier, for example in horizontal deviation switches of TV receivers or in vehicle ignition systems or in some reversing switches. With such an integrated device, it is possible to replace two five-terminal components with a single three-terminal component.

Tunnettujen, monoliittisesti integroidun diodin sisältävien tyristorien haittapuolena täytyy pitää sitä, että kytket- .: -] η n 7 2 7 \ / ' o täessä diodi tyristorin konunutoinnin jälkeen, esiintyy ylisuuri dynaaminen päästöjännite. Tästä ylisuuresta dynaamisesta päästö jännitteestä on seurauksena, kytkettäessä rakenneosa ryntäys-kytkimeksi TV-laitteen horisontaalipoikkeamaosaan, kuvahäiriöi-tä, jotka ilmenevät pystysuorina pylväinä (harmaapylväinä) kuvaputkella. Tällaiset kuvahäiriöt saadaan muunmuassa poistetuksi keksinnön avulla.A disadvantage of the known thyristors with a monolithically integrated diode is that an excessive dynamic emission voltage occurs when the diode is connected after the conistor has been connected. This excessive dynamic emission voltage results, when the component is connected as a rush switch to the horizontal deviation part of the TV set, image disturbances which appear as vertical bars (gray bars) on the picture tube. Such image disturbances can be eliminated, among other things, by means of the invention.

Keksinnön tehtävänä on siis estää nämä ylisuuret dynaamiset päästöjännitteet, joita esiintyy diodia kytkettäessä tyristorin kommutoinnin jälkeen. Tällöin pitää ongelman ratkaisu saavuttaa joko yksinomaan lisäämällä varauksenkannattajien elinaikaa, millä kuitenkin olisi samalla seurauksena ei-toivottu liian korkea tyristorin toipumisaika, tai suurentamalla voimakkaasti diodin pintaa, josta kuitenkin olisi seurauksena välttämättömäs-ti rakenneosan suureneminen, mikä luonnollisesti toisi mukanaan haittoja, eikä voi tulla kysymykseen ongelman ratkaisuna.It is therefore an object of the invention to prevent these oversized dynamic pass voltages which occur when a diode is connected after the thyristor is commutated. In this case, the solution to the problem must be achieved either solely by increasing the lifetime of the charge carriers, which at the same time would result in an undesirably excessive thyristor recovery time, or by greatly increasing the diode surface, which would inevitably increase the component and naturally cause disadvantages. as a solution to the problem.

Tämä ongelma ratkaistaan keksinnön mukaisella tyristorilla siten, että yhteisen peruskerroksen vahvuus on diodialueessa pienempi kuin peruskerroksen vahvuus tyristorialueessa.This problem is solved with the thyristor according to the invention so that the strength of the common base layer in the diode region is lower than the strength of the base layer in the thyristor region.

Tarkoituksenmukaisesti valitaan diodin peruskerros ohuemmaksi kuin tyristorin peruskerros. Mikäli tässä peruskerroksessa on kysymys n-peruskerroksesta, voidaan tämä aikaansaada siten, että joko n-peruskerrokseen rajoittuva p-vyöhyke tai n-perusker- •ψ· rokseen rajoittuva n -vyöhyke, mutta mahdollisesti myös molemmat ovat diodialueella paksumpia kuin tyristorialueella. Tällöin määritetään molempien diodin ja tyristorin n-peruskerrosten paksuus-ero sellaiseksi, että toisaalta diodin dynaaminen päästöjännite alenee oleellisesti, mutta että toisaalta siten, ettei diodin läpilyöntijännite ole tyristorin nollakippijännitteen alapuolella.Suitably, the base layer of the diode is selected to be thinner than the base layer of the thyristor. If this base layer is an n-base layer, this can be achieved in such a way that either the p-zone bounded by the n-base layer or the n-zone bounded by the n-base layer, but possibly both are thicker in the diode region than in the thyristor region. In this case, the difference in thickness of the two n-base layers of the diode and the thyristor is determined such that, on the one hand, the dynamic emission voltage of the diode decreases substantially, but on the other hand, so that the diode breakdown voltage is not below the thyristor zero-tipping voltage.

Keksinnöllä saavutetaan se, että samoinkuin erillisessä rakenneosassa, myös integroidussa rakenneosassa voidaan estää diodin läpilyöntijännitteen laskeminen alle tyristorin nollakippi jännitteen, vaikkakaan n-peruskerroksen ominaisvastuksen kohoamista, mikä tähän tarkoitukseen käytetyissä erillisissä rakenne-elementeissä on mahdollista ja myös käytettyä, ei ole tässä tapauksessa sinänsä aikaansaatu. Koska nimittäin integroidussa rakenne-elementissä molemmat tyristorin ja diodin peruskerrokset muodostavat yhteisen toisistaan riippuvan vyöhykkeen, on niillä myös samanlainen johtokykyseostus, mikä sulkee pois paikalliset 3 61773 johtokykymuutokset.The invention achieves that, just as in a separate component, also in an integrated component, it is possible to prevent the diode breakdown voltage from falling below the zero tip voltage of the thyristor, although the n-base layer resistivity increases, which is possible and also used in Namely, since in the integrated structural element both the basic layers of the thyristor and the diode form a common interdependent zone, they also have a similar conductivity alloying, which excludes local 3,61773 conductivity changes.

n-vyöhykkeen ominaisvastus säädetään arvoon, joka on tarpeen tyristorin vaadittavalle nollakippijännitteelle. Tällöin on samoissa n-peruskerroksissa diodin läpilyöntijännite yläpuolella tyristorin nollakippijännitteen ja diodin n-perusvyöhykkeen kerrospaksuuden laskiessa, laskee myös sen läpilyöntijännite, niin että se lopulta voi alittaa tyristorin nollakippijännitteen. Keksinnön mukaisesti pienennetään nyt diodin n-perusvyöhvkettä niin pitkälle, tai tyristorin ja diodin n-perusvyöhykkeen pak-suusero säädetään sellaiseksi, että toisaalta saavutetaan haluttu dynaamisen päästöjännitteen aleneminen mutta toisaalta diodin läpilyöntijännite ei ole tyristorin nollakippijännitteen alapuolella. Rakenneosan läpilyönti jännite ei pidä alentua saavutettaessa kentän rajavoimakkuus enemmän kuin on sallittua. Muutoin eivät diodin välivyöhykkeet saa olla niin ohuita, että esiintyy ei-toivottua kuormitusvirran laskua, koska tämä - käytettäessä rakenne-elementtiä TV-laitteissa - toisi mukanaan lisähäiröitä kuvaan, niin sanottuja mustia pylväitä.the resistivity of the n-zone is adjusted to the value required for the required zero tilt voltage of the thyristor. In this case, in the same n-base layers, the breakdown voltage of the diode is above the zero-tilt voltage of the thyristor and as the layer thickness of the n-base zone of the diode decreases, its break-through voltage also decreases, so that it may eventually fall below the zero-tilt voltage of the thyristor. According to the invention, the n-base band of the diode is now reduced so far, or the difference in thickness between the thyristor and the n-base zone of the diode is adjusted so that on the one hand the desired dynamic output voltage reduction is achieved but on the other hand the diode breakdown voltage is not below the thyristor zero voltage. The breakdown voltage of the component shall not be reduced when the field strength is exceeded more than is permitted. Otherwise, the intermediate zones of the diode must not be so thin that an undesired decrease in the load current occurs, because this - when using a structural element in TV sets - brings with it additional interference to the picture, the so-called black bars.

Varauksenkantajien tiheyden kiihtynyt syntyminen diodin n-perusvyöhykkeessä vaikuttaa kerrospaksuuden alentamisen myötä myös vielä tämän alueen kohonneen varauksenkantajien elinajan välityksellä. Toisaalta ei varauksenkantajien elinaika tyristori-eikä diodialueessa saa alittaa määrättyä maksimiarvoa tyristorin vaaditun alhaisen toipumisajan ja diodin vaaditun alhaisen esto-suuntaisen viivästysajan vuoksi. Tämän vuoksi on tarpeellista lisätä johtokykyseostukseen, jolla rakenne-elementin haluttu kerros järjestys valmistetaan, elinaikaseostus varauksenkantajien elinajan alentamiseksi.The accelerated generation of charge carrier density in the n-base zone of the diode, with the reduction of the layer thickness, also has an effect on the further increased lifetime of the charge carriers in this region. On the other hand, the lifetime of the charge carriers in the thyristor and diode region must not fall below a certain maximum value due to the required low recovery time of the thyristor and the required low inhibitory delay time of the diode. Therefore, it is necessary to add to the conductivity alloy with which the desired layer sequence of the structural element is made a life time alloy to reduce the life of the charge carriers.

Elinaikaseostus suoritetaan tunnetulla tavalla eristävällä kultadiffuusiolla. Keksinnön mukaisella rakenne-elementillä, jonka diodiperuskerros on ohueampi kuin tyristorin peruskerros, jonka diodi-n+-kerros kuitenkin on paksumpi kuin tyristori-n+-kerros, saavutetaan edullinen paikallinen varauksenkantajien elinajan jakautuminen yhteisessä peruskerroksessa siten, että diodialueen kantajien elinaika on suurempi kuin tyristorialueen.Lifetime doping is performed in a known manner by insulating gold diffusion. With the structural element according to the invention, the diode base layer is thinner than the thyristor base layer, but the diode-n + layer is thicker than the thyristor-n + layer, a favorable local charge carrier lifetime distribution in the common base layer is achieved so that the diode region carriers have a longer lifetime.

Tunnetustihan osoittaa kullan liukoisuus suurempia arvoja suuriseosteisissa vyöhykkeissä, etenkin n-johtotyypin vyöhykkeis- 4" sä. Tämän vuoksi varauksenkatajien elinaika n -vyöhykkeeseen rajoittuvan n-peruskerroksen alueessa suuremmaksi kuin muissa alu- 61 77 3 4 eissa. Koska diodin n+-kerros - katodivyöhyke - on oleellisesti paksumpi kuin tyristorin n+-kerros - emitterivyöhyke vaikuttaa se samalla keskiseostuksella myös voimakkaammin sidosaineena kuin tämä. Siten on diodialueessa varauksenkantajien elinaika korkam-pi kuin tyristorialueessa.It is known that the solubility of gold shows higher values in high-alloy zones, especially in the n-conductor type zones 4 ". Therefore, the lifetime of charge roofs in the region of the n-base layer bounded by the n-zone is larger than in other sub-zones. is substantially thicker than the n + layer of the thyristor - the emitter zone also acts more strongly as a binder than this with the same center doping, thus the lifetime of the charge carriers is higher in the diode region than in the thyristor region.

Mutta koska toisaalta on myös osoittautunut, että liian korkea varauksenkantajien elinaika diodialueessa johtaa epäsuotuisaan diodin estotoimintaan, vähennetään kuitenkin varauksenkanta j ien ylimääräinen elinajannousu keksinnön mukaisesti. Kulta-diffuusion etu perustuu sille, että tällä eristävällä menetel-mävaiheella, ylläesitetyn mukaisesti, voidaan asettaa sekä varauksenkanta j ien elinajan korkeus yleensä sekä myös sen ero, rajoittuvissa kerroksissa edeltämäärättyyn arvoon luotettavasti.However, since, on the other hand, it has also been found that too long a lifetime of the charge carriers in the diode region leads to an unfavorable diode blocking operation, the additional increase in the lifetime of the charge carriers according to the invention is reduced. The advantage of gold diffusion is based on the fact that with this insulating method step, as described above, it is possible to set both the lifetime height of the charge bases in general as well as its difference in adjacent layers to a predetermined value.

Keksinnön myös oleellisena osana on menetelmä edelläkuva-tunkaltaisen tyristorin valmistamiseksi jolle menetelmälle ovat tunnusomaisia seuraavat vaiheet a) n-johtotyyppisen puolijohdelevyn päällystäminen oksi-dikerroksilla ja sekä silkkipaino- tai fotolakkakerroksilla, b) diodirenkaan avaaminen peittävään oksidikerrokseen ha-pottamalla fluorivetyhapolla tai fluorivetyhappoa sisältävällä liuoksella sekä fosforin sisäändiffundoiminen fosforinitridi-lähteestä n+-kerroksen aikaansaamiseksi ensimmäisessä diffuusiossa, c) galliumin diffundoiminen galliumfosfidilähteestä pitämällä peittävä oksidikerros ennallaan p-johtavien kerrosten ja aikaansaamiseksi toisen diffuusion aikana, d) katodirenkaan aukaiseminen peittävään oksidikerrokseen hapottamalla fluorivetyhapolla tai fluorivetyhappoa sisältävällä liuoksella ja fosforin sisäändiffundoiminen galliumfosfidilähteestä n+-kerroksen aikaansaamiseksi kolmannessa diffuusiossa.An essential part of the invention is also a method for manufacturing a thyristor such as the one described above, which method is characterized by the following steps a) coating an n-conductor semiconductor wafer with oxide layers and screen printing or diffusing from a phosphorus nitride source to provide an n + layer in the first diffusion; in the third diffusion.

Tätä menetelmää selvitetään lähemmin muutamilla suoritus-esimerkeillä sekä - osittain kaaviomaisilla - piirroksilla, joissa kuvio 1 esittää puolijohdelähtöainelevyä, kuvio 2 esittää menetelmää vaiheessa, jossa puolijohde-levylle on muodostettu avoin diodirengas, kuvio 3 esittää puolijohdelevyä ensimmäisen diffuusion jälkeen, kuvio 4 esittää puolijohdelevyä toisen diffuusion jälkeen, 5 61773 kuvio 5 esittää valmista puolijohdelevyä kolmannen diffuusion jälkeen, kuvio 6 esittää puolijohdelevyä, johon lähtien kuvion 1 rakenteesta on diffundoitu p-kerros, kuvio 7 esittää kuvion 6 rakennetta uuden diffuusion jälkeen, ja kuvio 8 esittää puolijohdelevyn toista lopullista koostumusta.This method is explained in more detail with a few embodiments and - partly schematic - drawings in which Fig. 1 shows a semiconductor feedstock plate, Fig. 2 shows a method in which an open diode ring is formed on a semiconductor wafer, Fig. 3 shows a semiconductor wafer after a first diffusion, Fig. 4 shows a semiconductor wafer after 51717, Fig. 5 shows a finished semiconductor wafer after a third diffusion, Fig. 6 shows a semiconductor wafer from which the structure of Fig. 1 has a diffused β-layer, Fig. 7 shows the structure of Fig. 6 after a new diffusion, and Fig. 8 shows a second final composition of the semiconductor wafer.

Menetelmän suorittamiseksi lähdetään puolijohdelevystä 1 kuviossa 1, esimerkiksi n-johtotyyppisestä piilevystä, jonka kerrospaksuus on likimain 210 ^um, jonka yläpinnalle aikaansaadaan ensin tiiviit ja paksut oksidikerrokset 2 ja 3, mikä tapahtuu 16-tuntisella hapetuksella likimain 1200 °C:n lämpötilassa, kosteassa hapessa.To carry out the process, one starts from a semiconductor wafer 1 in Fig. 1, for example an n-conductor type silicon wafer with a layer thickness of approximately 210 .mu.m, the first surface of which is first provided with dense and thick oxide layers 2 and 3 by 16 hours of oxidation at approximately 1200 ° C in moist oxygen. .

Tunnetun puolijohdeteknologian menetelmän mukaan peitetään nyt hapetuskerrokset 2 ja 3 fotolakka- tai silkkipainotekniikalla kerroksilla 4 ja 5, jolloin alueesta jäävät sellaiset paikat vapaiksi, joista hapetuskerros poistetaan jatkokäsittelyssä fluori-vetyhapolla tai fluorivetyhappoa sisältävällä liuoksella. Tällöin aikaansaadaan rakenne, jossa on avoin diodirengas 6, kuten kuviossa 2 on esitetty.According to the method of the known semiconductor technology, the oxidation layers 2 and 3 are now covered with layers 4 and 5 by photocolor or screen printing technique, leaving areas free where the oxidation layer is removed by further treatment with hydrofluoric acid or a solution containing hydrofluoric acid. In this case, a structure with an open diode ring 6 is provided, as shown in Fig. 2.

Fotolakka- tai silkkipainolakkakerrokset 4 ja 5 poistetaan tämän jälkeen liuottimena, ja ensimmäisessä diffuusiossa aikaansaadaan fosforinitridilähteestä tulevalla fosforin sisään-diffuusiolla suljetussa kvartsiampullissa, lämpötilassa noin 1250 °C, n+-kerros 7 - kuvion 3 mukaisesti. Diffuusioaika riippuu puolijohdeaineksen kerrospaksuudesta ja toisen ja kolmannen diffuusion erityisvaatimuksista, jotka seuraavat välittömästi ensimmäistä ja joita selvitetään seuraavassa. Ensimmäisen diffuusion diffuusioaika pitää valita edullisesti niin, että kaikkien diffuusiovaiheiden jälkeen on aikaansaatu kuvion 5 mukainen rakenne. Kuvatussa esimerkissä, jossa levypaksuus lähtöaineella oli noin 210 ^um aikaansaadaan noin 50 tunnissa n+-kerros 7, jonka kerrospaksuus on likimain 60...70 ^um.The photoc lacquer or screen printing lacquer layers 4 and 5 are then removed as a solvent, and in the first diffusion, by phosphorus nitride diffusion from a phosphorus nitride source in a sealed quartz ampoule at a temperature of about 1250 ° C, an n + layer 7 is obtained as shown in Figure 3. The diffusion time depends on the layer thickness of the semiconductor material and the specific requirements for the second and third diffusions, which immediately follow the first and are explained below. The diffusion time of the first diffusion should preferably be chosen so that the structure according to Figure 5 is obtained after all the diffusion steps. In the example described, in which the plate thickness of the starting material was about 210 μm, an n + layer 7 with a layer thickness of approximately 60 to 70 μm is obtained in about 50 hours.

Toisessa diffuusiossa galliumfosfidilähteellä saadaan likimain 10 tunnin aikana lämpötilassa noin 1250 °C kuvion 4 mukainen rakenne, jossa ovat p-johtavat kerrokset 8 ja 9. Nämä kerrokset 8 ja 9 ovat oksidikerrosten 2 ja 3 alapuolella, jotka läpäisevät diffundoituvaa galliumia, ja näillä on kerrospaksuus 6177 3 6 18 -3 38.. .42 -ura ja häiriöpaikkatiheys (3,5...5,9)* 10 atomia'cm , 18 — 3 -j- edullisesti 4,5*10 atomia*cm . Korkeasti seostettu n -kerros 7 ei käytännöllisesti katsoen lainkaan muutu sisäändiffundoitu-neiden pienien galliumatomimäärien vaikutuksesta.In a second diffusion with a gallium phosphide source, a structure according to Figure 4 with p-conductive layers 8 and 9 is obtained in about 10 hours at a temperature of about 1250 ° C. 3 6 18 -3 38 .. .42 groove and interference site density (3.5 ... 5.9) * 10 atoms'cm, 18-3-j- preferably 4.5 * 10 atoms * cm. The highly doped n layer 7 is virtually unchanged by the small amounts of gallium atoms diffused in.

p-kerrosten 8 ja 9 konsentraatiota ja tunkeutumissyvyyttä vastaten toisen diffuusion jälkeen valmistetaan - kuten kuviossa 5 on esitetty - kolmannessa diffuusiossa, joka liittyy katodi-renkaan 10 aukkoon, likimain 8...15 tunnin aikana, edullisesti 12 tunnissa, lämpötilassa 1250 °C, galliumfosfidilähteestä samalla tavalla kuin toisessa diffuusiossa, n+-kerros 11. Tällöin diffundoituvat sekä toisessa diffuusiossa sisäändiffundoitunut seosaine sekä myös n+-kerros 7, joka syntyi ensimmäisessä diffuusiossa, edelleen syvemmälle ja muodostavat kuvion 5 mukaisen rakenteen. Yksityiset kerrospaksuudet ovat kolmannen diffuusion jälkeen, n+-kerros 7 likimain 80...90 ^um, n+-kerros 11 likimain 30 ^um sekä p-kerrokset 8 ja 9 likimain 60 ^um.corresponding to the concentration and depth of penetration of the β-layers 8 and 9 after the second diffusion is prepared - as shown in Figure 5 - in a third diffusion associated with the opening of the cathode ring 10, in approximately 8 to 15 hours, preferably 12 hours, at 1250 ° C, from the gallium phosphide source in the same way as in the second diffusion, the n + layer 11. In this case, the dopant diffused both in the second diffusion and also the n + layer 7 formed in the first diffusion further deeper and form the structure according to Fig. 5. The private layer thicknesses after the third diffusion are, n + layer 7 approximately 80 ... 90, n + layer 11 approximately 30 and p-layers 8 and 9 approximately 60.

Tällöin on tyristorin ja diodin perusvyöhykkeiden 14 kerrospaksuuksien erotus (x-y kuviossa 5) melkoisen merkityksellinen, ja annettu suuruusalue antaa keksinnön suositellun suoritusmuodon. Ensimmäisessä esitetyssä esimerkissä on tämä erotus lähinnä 20...30 ^um.In this case, the difference in layer thicknesses (x-y in Fig. 5) between the basic zones 14 of the thyristor and the diode is quite significant, and the given magnitude range gives a preferred embodiment of the invention. In the first example shown, this difference is mainly 20 to 30.

Koska tämä menetelmä antaa tuloksena erinomaisen tarkkoja ja toistettavia diffuusiotuloksia, antaa se myös ihanteelliset lähtökohdat diffuusiotuloksista erittäin voimakkaasti riippuvalle kultadiffuusiolle, joka puolestaan on osoittautunut erityisen tarkoituksenmukaiseksi rakenne-elementtien aikaansaamiseksi, jotka sopivat liian korkeisiin taajuuksiin.Since this method results in excellent accuracy and reproducibility of diffusion results, it also provides ideal starting points for gold diffusion which is very strongly dependent on the diffusion results, which in turn has proved particularly suitable for obtaining structural elements suitable for too high frequencies.

Tätä kultadiffuusiota varten käsitellään toisesta galliumfosf ididiffuusiosta tulevia levyjä oksidikerroksen poistamiseksi likimain 5 minuuttia 40 prosenttisella fluorivetyhapolla. Seuraa- vassa pinnan kovetusprosessissa erotetaan kultaliuoksesta, joka -4 sisältää edullisesti likimain 10 painoprosenttia kultaa 1,5 normaalisessa fluorivetyhappoliuoksessa, koko levylle yhtenäinen kultakerros. Tämän jälkeen diffundoidaan kulta sisälle likimain punnin aikana, lämpötilassa 800...950 °C, edullisesti välillä 870.. .875 °C.For this gold diffusion, the plates from the second gallium phosphide diffusion are treated to remove the oxide layer with 40% hydrofluoric acid for approximately 5 minutes. In the subsequent surface hardening process, a uniform gold layer is separated from the gold solution, which preferably contains approximately 10% by weight of gold in 1.5 normal hydrofluoric acid solution. The gold is then diffused inside during approximately a pound, at a temperature of 800 to 950 ° C, preferably between 870 and 875 ° C.

Toisessa esimerkissä käytetään lähtöaineena piitä olevaa puolijohdelevyä, jonka paksuus on likimain 180 ^um. n+-kerros 7 7 61773 aikaansaadaan likimain 50 tunnin aikana likimain 1250 °C lämpötilassa, käyttäen seosaineena arseenia. Molempien, toisen ja kolmannen diffuusion sijasta, joita kuvattiin ensimmäisessä esimerkissä, tuotetaan tässä yhdellä yksittäisellä kaksoisdiffuusiolla galliumarsenidi seosaineena likimain 20 tunnin aikana, lämpötilassa 1250 °C, kuvion 5 mukainen kerrosjärjestys, jolloin f yksittäiset kerrospaksuudet ovat, n -kerros 7 likimain 65...75 ^um, n+-kerros 11 likimain 20 ^,um ja p-kerroksissa 8 ja 9 likimain 45 yum.In another example, a silicon semiconductor wafer having a thickness of approximately 180 is used as a starting material. The n + layer 7 7 61773 is obtained in about 50 hours at a temperature of about 1250 ° C, using arsenic as a dopant. Instead of the two, second and third diffusions described in the first example, a single double diffusion of gallium arsenide is produced here as an alloy in about 20 hours at 1250 ° C, the layer sequence of Figure 5, where f are the individual layer thicknesses, n layer 7 is approximately 65 ... 75 μm, n + layer 11 approximately 20 μm and p-layers 8 and 9 approximately 45 μm.

Keksinnön mukaista menetelmää edelleen muotoiltaessa varustetaan, kuten ensimmäisessä esimerkissä esitettiin ja kuvioissa 1 ja 2 on kuvattu, piilevy 1 oksidikerroksella 2 ja 3 sekä silkkipaino- tai fotolakkakerroksilla 4 ja 5. Ensimmäisestä esimerkistä poiketen ei avata tämän jälkeen n+-diodirengasta, vaan lähinnä reuna-alueella 12 - kuten kuviossa 6 on esitetty - poistetaan oksidikerros ja aikaansaadaan sitä seuraavan booridiffuu-sion avulla 34 tunnin aikana, lämpötilassa likimain 1250 °C, p-kerros 13, jonka kerrospaksuus ensimmäisen diffuusion jälkeen on likimain 60...70 ^um. Tämän jälkeen suljetaan jälleen oksidikerros 2 diodialueessa 12 ja avataan alueessa 6.In a further formulation of the method according to the invention, as shown in the first example and illustrated in Figures 1 and 2, the silicon wafer 1 is provided with oxide layers 2 and 3 and silk-screen or photoc lacquer layers 4 and 5. Unlike the first example, an n + diode ring is not opened 12 - as shown in Figure 6 - the oxide layer is removed and followed by subsequent boron diffusion over 34 hours at a temperature of about 1250 ° C, a p-layer 13 having a layer thickness of about 60-70 after the first diffusion. Thereafter, the oxide layer 2 is again closed in the diode region 12 and opened in the region 6.

Nyt seuraavassa diffuusiossa galliumfosfidillä seosaineena, joka suoritetaan 10 tunnin aikana likimain 1250 °C lämpötilassa, muodostuvat - kuten kuvioss 7 on esitetty - n+-kerros sekä molemmat p-kerrokset 8 ja 9, joiden paksuus on likimain 40 yum. Näiden kahden diffuusion aikana kulkevat myös p-kerrok-sen 13 diffuusiorintamat edelleen, jonka vuoksi sen kerrospaksuus suurenee 70...80 yum:ksi.Now in the following diffusion with gallium phosphide as an alloying agent carried out for 10 hours at a temperature of about 1250 ° C, an n + layer is formed - as shown in Fig. 7 - and both p-layers 8 and 9 with a thickness of approximately 40 μm. During these two diffusions, the diffusion fronts of the p-layer 13 also pass further, as a result of which its layer thickness increases to 70 to 80 μm.

Kolmannessa diffuusiossa, joka liittyy katodirenkaaseen 10, aikaansaadaan likimain 12 tunnin aikana, lämpötilassa likimain 1250 °C, galliumfosfidilähteestä n+-kerros 11, jolloin jälleen edellämainittujen diffuusioiden rintamat kulkevat edelleen. Lopuksi aikaansaadaan järjestys, joka on esitetty kuviossa 8 ja jonka yksittäisillä kerroksilla on likimain allaesitetyt paksuudet: n+-kerros 7 50 ^um; p-kerros 8 30 ^urn; p-kerros 9 60 ^um; n+-kerros 11 30 ^um ; p-kerros 13 75...85 ^um. Keksinnölle o-lennainen n-peruskerroksen 15 kerrospaksuusero x-y tyristori- ja diodialueissa aikaansaadaan siis tässä tapauksessa suurentamalla p-kerroksen 13 paksuutta, kun taas ensimmäisessä esimerkissä tämä palaa n+-kerroksen 7 suurennettuun paksuuteen.In the third diffusion associated with the cathode ring 10, an n + layer 11 is obtained from the gallium phosphide source at a temperature of about 1250 ° C for about 12 hours, whereby again the fronts of the above-mentioned diffusions continue to run. Finally, the sequence shown in Fig. 8 is obtained, in which the individual layers have approximately the thicknesses shown below: n + layer 7 50 μm; p-layer 8 30 μm; p-layer 9 60 μm; n + layer 11 30 μm; p-layer 13 75 ... 85 μm. Thus, for the invention, the o-plane difference in layer thickness of the n-base layer 15 in the thyristor and diode regions x-y is thus obtained in this case by increasing the thickness of the p-layer 13, whereas in the first example this returns to the increased thickness of the n + layer 7.

Claims (11)

1. Tyristor som innehäller en monolitiskt integrerad diod och i vilken tyristorn och dioden har ett gemensamt grundskikt (14, 15) varvid diodomrädet (y) bestär av en del av det gemensamma grundskiktet (14, 15) och av tvä tili detsamma angränsande högdopade kantomräden (7, 8, 13) av motsatt ledningstyp, kännetecknad därav, att tjockleken av det gemensamma grundskiktet (14, 15) i diodomrädet (7) är mindre än grundskiktets (14, 15) tjocklek i tyristoromrädet (x).A thyristor containing a monolithically integrated diode and in which the thyristor and the diode have a common base layer (14, 15), the diode region (y) consisting of a portion of the common base layer (14, 15) and two adjacent high-doped edge regions (7, 8, 13) of the opposite conductor type, characterized in that the thickness of the common base layer (14, 15) in the diode region (7) is less than the thickness of the base layer (14, 15) in the thyristor region (x). 2. Tyristor enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att det gemensamma grundskiktet (14, 15) är n-le-dande.2. Thyristors according to claim 1, characterized in that the common base layer (14, 15) is n-conductive. 3. Tyristor enligt patentkravet 2, kännetecknad därav, att minskningen av skikttjockleken i det gemensamma n-grundskiktet (14) i diodomrädet kan kompenseras med en för-storing av skiktt jockleken i det n+*ledande kantomrädet (7) av dioden.3. Thyristors according to claim 2, characterized in that the reduction of the layer thickness in the common n-base layer (14) in the diode region can be compensated by an increase of the layer thickness in the n + * conductive edge region (7) of the diode. 4. Tyristor enligt patentkravet 2 eller 3, kännetecknad därav, att minskningen av skikttjockleken i det gemensamma n-grundskiktet (15) kan kompenseras med en höjning av skikttjockleken i det p-ledande kantomrädet (13) av dioden.4. Thyristors according to claim 2 or 3, characterized in that the reduction of the layer thickness in the common n-base layer (15) can be compensated by an increase in the layer thickness in the p-conducting edge region (13) of the diode. 5. Tyristor enligt nägot av patentkraven 2...4, k ä n -netecknad därav, att det gemensamma n-grundskiktet (14, 15) har inom diodomrädet en längre livslängd för leddningsbärarna än inom tyristoromrädet.5. Thyristors according to any one of claims 2 ... 4, characterized in that the common n-base layer (14, 15) has a longer service life for the conductor carriers than within the thyristor region. 6. Tyristor enligt nägot av patentkraven 1...5, k ä n -netecknad därav, att halvledarstommen är av kisel.6. Thyristors according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the semiconductor body is of silicon. 7. Förfarande för framställning av en tyristor enligt nägot av patentkraven 2...6, kännetecknat av föl-jande steg: a) överdragandet av en halvledarskiva (1) av n-ledande typ med oxidskikten (2) och (3) samt med silkestryck- eller fotolackskikt (4) och (5), b) öppnandet av en diodring (6) i det täckande oxidskik-tet genom att syrabehandla med fluorvätesyra eller med en lösning som innehäller fluorvätesyra samt bringandet av fosfor att dif-Process for the production of a thyristor according to any one of claims 2 to 6, characterized by the following steps: a) the coating of an n-conductive semiconductor disc (1) with the oxide layers (2) and (3) and with silk printing or photo lacquer layers (4) and (5), b) opening a diode ring (6) in the oxide coating layer by acid treating with hydrofluoric acid or with a solution containing hydrofluoric acid and the phosphorus transferring.
FI348874A 1973-12-03 1974-12-02 THERMOUS INTEGRATION THREADER THREADER FI61773C (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19732360081 DE2360081C3 (en) 1973-12-03 Thyristor with a monolithically integrated diode and process for its manufacture
DE2360081 1973-12-03

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI348874A FI348874A (en) 1975-06-04
FI61773B FI61773B (en) 1982-05-31
FI61773C true FI61773C (en) 1982-09-10

Family

ID=5899690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI348874A FI61773C (en) 1973-12-03 1974-12-02 THERMOUS INTEGRATION THREADER THREADER

Country Status (6)

Country Link
AT (1) AT361043B (en)
DK (1) DK139798C (en)
FI (1) FI61773C (en)
FR (1) FR2253285B1 (en)
GB (1) GB1495295A (en)
IT (1) IT1030860B (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2451106A1 (en) * 1979-03-09 1980-10-03 Thomson Csf HIGH FREQUENCY SWITCHING SEMICONDUCTOR DEVICE
DE3004681A1 (en) * 1980-02-08 1981-08-13 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Diode element for integrated circuit - achieves low noise and small differential impedance by using three specified zones
FR2514558A1 (en) * 1981-10-13 1983-04-15 Silicium Semiconducteur Ssc Semiconductor device using asymmetric thyristor - which is formed in mono:crystalline silicon substrate alongside diode with inverse conduction
FR2574594B1 (en) * 1984-12-11 1987-01-16 Silicium Semiconducteur Ssc INTEGRATED TRIAC STRUCTURE CONTROLLED BY DIAC
GB2256744A (en) * 1991-06-11 1992-12-16 Texas Instruments Ltd A monolithic semiconductor component for transient voltage suppression
GB2256743A (en) * 1991-06-11 1992-12-16 Texas Instruments Ltd A semiconductor component for transient voltage limiting
JPH05152564A (en) * 1991-12-02 1993-06-18 Mitsubishi Electric Corp Reverse conducting gate turn on thyristor and its manufacture

Also Published As

Publication number Publication date
FI61773B (en) 1982-05-31
DE2360081B2 (en) 1977-04-28
DK139798C (en) 1979-09-17
ATA962674A (en) 1980-07-15
FI348874A (en) 1975-06-04
DE2360081A1 (en) 1975-06-12
DK139798B (en) 1979-04-17
FR2253285B1 (en) 1979-07-27
AT361043B (en) 1981-02-10
FR2253285A1 (en) 1975-06-27
IT1030860B (en) 1979-04-10
DK611774A (en) 1975-07-28
GB1495295A (en) 1977-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3391287A (en) Guard junctions for p-nu junction semiconductor devices
US5861657A (en) Graded concentration epitaxial substrate for semiconductor device having resurf diffusion
US5904544A (en) Method of making a stable high voltage semiconductor device structure
US6031254A (en) Monolithic assembly of an IGBT transistor and a fast diode
CN101533859B (en) Diode
US3727116A (en) Integral thyristor-rectifier device
US7534666B2 (en) High voltage non punch through IGBT for switch mode power supplies
US3897273A (en) Process for forming electrically isolating high resistivity regions in GaAs
US3538401A (en) Drift field thyristor
US5506153A (en) Method for manufacture of a controllable power semiconductor element with buffer zone
US20020079534A1 (en) Power semiconductor switching devices with low power loss and method for fabricating the same
FI61773C (en) THERMOUS INTEGRATION THREADER THREADER
US3513367A (en) High current gate controlled switches
US3811975A (en) Method of manufacturing a semiconductor device and device manufactured by the method
JP2002511657A (en) Universal semiconductor wafer for high voltage semiconductor components
US4775883A (en) Asymmetrical thyristor and method for producing same
US4223327A (en) Nickel-palladium Schottky junction in a cavity
JPH05235014A (en) Semiconductor device
US4109272A (en) Lateral bipolar transistor
US4183036A (en) Schottky-transistor-logic
US3278347A (en) High voltage semiconductor device
US3327183A (en) Controlled rectifier having asymmetric conductivity gradients
US3875657A (en) Dielectrically isolated semiconductor devices
US4910573A (en) Gate turn-off thyristor and method of producing same
EP0107773B1 (en) Thyristor with turn-off capability