FI61773C - THERMOUS INTEGRATION THREADER THREADER - Google Patents
THERMOUS INTEGRATION THREADER THREADER Download PDFInfo
- 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
Links
- 230000010354 integration Effects 0.000 title 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 14
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 239000004922 lacquer Substances 0.000 claims description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims 14
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 35
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 9
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 9
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 9
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- -1 phosphorus nitride Chemical class 0.000 description 3
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical group [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150074984 RFT1 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 150000002343 gold Chemical class 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types 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
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
- H01L29/7404—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device
- H01L29/7412—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action structurally associated with at least one other device the device being a diode
- H01L29/7416—Thyristor-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)
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)
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 |
-
1974
- 1974-11-25 DK DK611774A patent/DK139798C/en active
- 1974-12-02 FI FI348874A patent/FI61773C/en active
- 1974-12-02 AT AT962674A patent/AT361043B/en not_active IP Right Cessation
- 1974-12-02 IT IT3008474A patent/IT1030860B/en active
- 1974-12-03 GB GB5222874A patent/GB1495295A/en not_active Expired
- 1974-12-03 FR FR7439527A patent/FR2253285B1/fr not_active Expired
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 |