SE457303B - Halvledaranordning samt foerfarande foer framstaellning av densamma - Google Patents

Description

15 20 25 30 55 HO 457 303 f? öm mellan elektroderna 5 och 6 hos den ovan beskrivna strukturen påtryckes en spänning, som är positiv, vilket visas med +V vid klämman 6, så upprättas vid övergången mellan om- rådet 2 och området 5, vilken övergång visas med 8, ett elek- triskt fält E, vilket medför utarmning av majoritetsbärare i områdena intill övergången (utarmningsskikt) och därigenom med- för att en rymdladdning åstadkommes i närheten av själva över- gången. Om spänningen +V har ett sådant värde, att det elektris- ka fältet E överstiger eä kritiskt värde, vilket bestämmas av de fysikaliskaOcylgeometriska egenskaperna hos de områden, som bildar övergången, sker en kedjereaktion, benämnd lavingenom- brott, i utarmningsområdet och detta medför en plötslig ström- passage genom själva övergången. För att åskådliggöra denna ef- fekt ur driftsynpunkt är i fig. 3 en zenerdiod inkopplad mellan transistorns TR2 bas ll, som är området 3 i strukturen, och transistorns TR2 kollektor 12, som är området 2 i strukturen.

Under dessa förhållanden passerar ström mellan de två elektroderna 5 och 6 hos anordningen, eftersom båda transistorer- na TRl och TR2 är ledande.

Def; är känt att, när det gällel' en pIanarÖVQI-gång, Varg yta skyddas av ett isolerande skikt av kiseldioxid, såsom är fallet för skikt 7 i fig. 1, lavingenombrott sker vid ytan såsom resultat av närvaro av störande laddningar i det isolerande skik- tet. Effekten av dessa är att begränsa utarmningsskiktet nära kiselsubstratets yta och att därför reducera nombrottsspänning. Det är även känt att upprepningen av detta övergångens ge- fenomen tenderar att ha en skadlig verkan på den backförspända övergångens egenskaper och att ändra dess genombrottsspänning.

För att dämpa det ovan beskrivna fenomenet kan metall- skiktet 5 i strukturen enligt fig. l, vilket skikt är i spärr- fri kontakt med ytdelarna av områdena 3 och U, sträckas ut över det isolerande skiktet 7, så att.det täcker en del av omrâdet 2.

Det på detta sätt utsträckta metallskiktet, vilket normalt kal- las fältplatta, när den mellan elektroderna 5 och 6 påtryckta spänningen har den polaritet, som visas i den elektriska kretsen i fin. 3, är i praktiken utformat för att avlägsna eventuella laddningsanhopninåar från skiktets 7 yta och gör att skiktets yta och den därunder liggande kiselytan kan erhålla samma spän- ning, vilket medför att genombrottet inte längre sker vid ytan utan i den inre delen av övergången 8 och vid en högre spänning. lO 15 20 25 BO 55 HO i 4.57 3-03 SpeciëlIt sker genombrottet, såvida inte andra fenomen uppträder, vid ytan för maximal krökning av övergången och vid en spänning, som förblir stabil under anordningens hela livslängd. Denna spän- ning kan emellertid inte noggrant bestämmas vid utformningsproces- sen på grund av variationer i tillverkningsparametrar.

För att åstadkomma ledning mellan områdena 1 och 3 hos en struktur av den i fig. 1 visade typen, vilket erfordras för på- verkan av ledningen mellan de två elektroderna 5 och 6 hos anord- ningen, är det även känt att det är möjligt att påverka tillverk- ningsparametrarna och speciellt epitaxskiktets 2 resistivitet och tjocklek, så att ledning genom övergången 8, beroende på ett la- vingenombrott, inte kan ske, eftersom det föregripes av ett annat fenomen, som modifierar strukturens driftförhållanden. Detta feno- men, vilket är känt såsom penetration, sker, när utarmningszonen hos den övergång, som är bildad mellan områdena 1 och 2, sträcker sig över hela epitaxskiktet, begränsat av området 3, i sådan ut- sträckning, att det medför en kortslutning mellan områdena l och 3. Inte heller i detta fall är det emellertid möjligt att nog- grant bestämma påverkningsspänningen vid utformingsprocessen på grund av variationer i tíllverkningsparametrar.

Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en halvledaran- ordning, som har två klämmer, varvid anordningen är utformad för att verka såsom en överspånningsdfimpare och varvid anordningen har en påverkningsspänning, som är noggrant bestämd vid utform- ningsprocessen.

Uppgiften löses enligt uppfinningen med den äHOPdnínš, S0m angives och karakteriseras i de till föreliggande beskrivning fo- gade patentkraven.

Uppfinningen åskådliggöres närmare i den följande beskriv- ningen, vilken endast avser att utgöra ett icke begränsande exem- pel på en utföringsform av uppfinningen, under hänvisning till den bifogade ritningen, på vilken:_ Fig. 1, som beskrivits ovan, visar en anordning med två klâmmor, varvid anordningen har en trippelövergângsstruktur enligt känd teknik och är uppförstorad; fig. 2 visar en anordning med två klämmer och trippelöver- gångsstruktur enligt uppfinningen, varvid anordningen visas upp- förstorad; och fig. 3 visar anordningens ekvivalenta krets, antingen för känd teknik eller för uppfinningen, under speciella förspännings- 10 15 20 25 BO 35 457, 303 “ förhållanden.

I fig. 2 har komponenter, som motsvarar komponenterna i fig. 1, erhållit samma hänvisningsbeteckningar. Det bör obser- veras att emitterelektroden, vilken visas med 5', är utsträckt över en del av området 2 för erhållande av en fältplatta av den ovan beskrivna men i fig. l inte visade typen. Före diffusionen av området 3, vilket har ledningsförmåga av P-typ, implanteras dessutom störämnen, exempelvis fosfor, av N-typ över ett omrâde, vilket har formen av en ring, för erhållande av en lokaliserad anrikning av typ N i omrâdet 2. Koncentrationen av störämnen av P-typ vid den följande bildningen av området 3 är mycket hög, vilket medför att ledningstypen för den implanterade zonen, som är belägen i det diffunderade området 3, är omvänd.

Utformningsparametrarna är så valda att en zon N, vilken visas med 9 i fíg. 2, blir kvar, vilken zon har mycket högre led- ningsförmåga än området 2 och sträcker sig något in i området 2.

Speciellt beräknas implanteringsdoserna och energin på sådant sätt, att övergångens 8 genombrott sker vid zonen 9 vid en spän- ning, som är lägre än den spänning, som skulle förekomma vid ge- nombrott på grund av krökning men som kan bestämmas noggrant vid utformningsprocessen.

Det bör observeras att den anrikade zonen är belägen i en del av övergången 8, vilken befinner sig vid sidan med avseende på emitterområdet U, dvs. utanför anordningens huvudströmflöde.

Driften av den anordning, vars struktur bildar den ovan be- skrivna uppfínningen, framgår av den elektriska kretsen i fig. 3, varvid zenerdíoden fortfarande motsvarar området 3 med avseende på anoden 16 men den anrikade zonen 8 med avseende på katoden 17.

Ehuru en enda utföringsform av föreliggande uppfinning har åskâdliggjorts och beskrivits är det uppenbart att många varianter och modifikationer kan åstadkommas utan att uppfinningens ram överskrides. Exempelvis kan den anrikade zonen 9 ha en annan form och andra mått än de, som visas i fig. 2, och den kan även utgöras av ett flertal separata zoner.

W

Claims (2)

ß 1457 sas Patentkrav

1. Halvledaranordníng mod tvâ klämmor och med trippelöver- gångsstruktur, bildad i en bricka av halvledarmaterial, inne- fatande ett substrat (1) av en första typ av ledningsförmåga (P), som gränsar till en första huvudyta hos brickan, ett skikt (2) av en andra typ av ledningsförmåga (N), vilket skikt är beläget på substratet (1) och gränsar till en andra huvudyta hos brickan, ett skikt (7) av isolerande material, vilket sträcker sig över den andra huvudytan, ett första område (3) av den första typen av ledningsförmåga (P), vilket omrâde sträcker sig in i skiktet (2) av den andra typen av lednings- förmåga från den andra ytan, ett andra område (6) av den andra typen av ledningsförmåga (N), vilket område sträcker sig in i det första området (3) från den andra ytan, ett första metallskikt (6) i spärrfri kontakt med substratet (1) över den första huvudytan samt ett andra metallskikt (5,5'), vilket sträcker sig över en del av den andra huvudytan via en öppning i det isolerande skiktet (7) för att vara i spärrfri kontakt med det första (3) och det andra (4) området, samt över det isolerande skiktet (7) för att täcka en del av skíktet (2) av den andra typen av ledningsförmåga utmed konturen av det första området (3), k ä n n e t e c k n a d av att skiktet (2) av den andra typen av ledningsförmåga (N) innefattar åt- minstone en zon (9) intill det första området (3), vilken zon har en högre koncentration av störämnen än den återstående delen av skiktet, varvid denna zon (9) är belägen i en del av gränsområdet till det första området (3), varvid nämnda del inte befinner sig mittför det andra området (4).

2. Förfarande för framställning av en halvledaranordning enligt kravet 1 med två klämmor och med trippelövergångs- struktur, vilket förfarande innefattar följande steg: a) att åstadkomma ett substrat (1) av en första typ av led- ningsförmåga (P) som gränsar till en första huvudyta, b) att bilda ett skikt (2) av en andra typ av ledningsförmåga (N), genom epitaxndling på substratet (1), och som gränsar till en andra huvudyta, c) att åstadkomma störämnen av den andra typen av lednings- förmåga (N) genom jonimplantering in i nämnda skikt vid en yta belägen på nämnda andra huvudyta, '457 303 d) att genom avsättning och diffusion bilda ett första område (3) av den första typen av ledningsförmåga (P) in i nämnda skikt (2), varvid nämnda första område innefattar nämnda area, och e) att genom avsättning och diffusion bilda ett andra område (4) av den andra typen av ledningsförmåga (N) in i nämnda Första område (3) i en del därav som inte innefattar nämnda area, varvid förfarandeparametrarna väljs på sådant sätt att efter nämnda implanterings- och diffusionssteg bildas åt- minstone en zon (9) under nämnda area vid gränsen mellan nämnda Första område (3) och nämnda skikt, vilken zon har en högre koncentration av störämnen än den återstående delen av skiktet (2), varvid nämnda zon (9) utsträckes djupare in i nämnda skikt (2) än nämnda Första område (3).