SE470226B - GTO thyrists as well as the procedure for producing a GTO thyristor - Google Patents

GTO thyrists as well as the procedure for producing a GTO thyristor

Info

Publication number
SE470226B
SE470226B SE9102042A SE9102042A SE470226B SE 470226 B SE470226 B SE 470226B SE 9102042 A SE9102042 A SE 9102042A SE 9102042 A SE9102042 A SE 9102042A SE 470226 B SE470226 B SE 470226B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
islands
layer
gto
exposed
metal
Prior art date
Application number
SE9102042A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE9102042L (en
SE9102042D0 (en
Inventor
Mietek Bakowski
Haakan Elderstig
Martin Ljungberg
Original Assignee
Asea Brown Boveri
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
Application filed by Asea Brown Boveri filed Critical Asea Brown Boveri
Priority to SE9102042A priority Critical patent/SE470226B/en
Publication of SE9102042D0 publication Critical patent/SE9102042D0/en
Priority to PCT/SE1992/000472 priority patent/WO1993001620A1/en
Priority to EP92915295A priority patent/EP0592587A1/en
Priority to JP5501764A priority patent/JPH06511601A/en
Publication of SE9102042L publication Critical patent/SE9102042L/en
Publication of SE470226B publication Critical patent/SE470226B/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
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66363Thyristors
    • 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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/083Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
    • H01L29/0839Cathode regions of thyristors
    • 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
    • H01L29/744Gate-turn-off devices
    • H01L29/745Gate-turn-off devices with turn-off by field effect

Description

15 20 25 30 35 A 4 *J 0 O 21.6 2 felbehäftade katodfingrar till tyristorns gemensamma katode- lektrod. 15 20 25 30 35 A 4 * J 0 O 21.6 2 defective cathode fingers to the common cathode electrode of the thyristor.

Det är ett första syfte att uppnå en förbättrad katodstruk- tur, som är ägnad att minska motståndet för särskilt släck- strömarna från gate-elektroderna. Ett andra syfte är att möjliggöra en tillverkning av tyristorer med små linjärtole- ranser, särskilt genom att minska antalet masker som måste användas med en passning motsvarande de små linjärtoleranser- na.It is a first object to achieve an improved cathode structure, which is suitable for reducing the resistance of the extinguishing currents from the gate electrodes in particular. A second aim is to enable the manufacture of thyristors with small linear tolerances, in particular by reducing the number of masks that must be used with a fit corresponding to the small linear tolerances.

Dessa syften kan enligt uppfinningen uppnås därigenom att katodstrukturen uppbygges på det sätt som framgår av den kännetecknande delen av patentkrav 1. Uppfinningen är inte begränsad till att denna struktur är en katodstruktur, i det att de n- och p-dopade områdena i och för sig ekvivalent kan vara p- och n-ledande, med komplementär uppbyggnad i förhål- lande till vad som här och i det följande beskrives. Med hänsyn till att dessa båda alternativ är ekvivalenta, kommer den sålunda alternativa utföringsformen inte att vidare beskrivas.These objects can be achieved according to the invention in that the cathode structure is constructed in the manner as stated in the characterizing part of claim 1. The invention is not limited to this structure being a cathode structure, in that the n- and p-doped regions per se equivalent can be p- and n-conducting, with complementary structure in relation to what is described here and in the following. In view of the fact that these two alternatives are equivalent, the thus alternative embodiment will not be further described.

I enlighet med en föredragen utföringsform är katoderna små öar samlade i segment, där öarna är regelbundet fördelade i ett kvadratiskt nät eller på annat sätt, t ex i kvinkuncial- fördelning, med styret nätformigt anordnat mellan dem. En mångfald sådana likadana segment kan vara regelbundet för- delade över kiselskivans yta i en komponent. Dessa segment kan sedan kontrolleras var för sig, och om något av dem uppvisar fel, kan man underlåta att ansluta det till den gemensamma katodelektroden. Öarnas höjd kan variera och är normalt högst 20 um höga, men kan ibland vara bråkdelar av en pm.In accordance with a preferred embodiment, the cathodes are small islands grouped in segments, where the islands are regularly distributed in a square network or in another way, for example in a quintessential distribution, with the guide arranged net-shaped between them. A plurality of such similar segments can be regularly distributed over the surface of the silicon wafer in one component. These segments can then be checked individually, and if any of them are faulty, it can be omitted to connect it to the common cathode electrode. The height of the islands can vary and is normally no more than 20 μm high, but can sometimes be fractions of a μm.

Ehuru öarna i det följande utföringsexemplet har kvadratisk form, är det möjligt att ge dem en annan form, t.ex. en polygon, cirkel, ring eller stjärna. Det är inte heller nödvändigt att de är lika stora. 10 15 20 25 30 35 478 226 3 Öarna kan dessutom vara olika, med olika segmentkonfiguratio- ner över komponentens yta. Så till exempel kan det för att ge ytterligare minskat spänningsfall i gateströmstilledningen vara lämpligt med en ötäthet som är större utåt kanterna, när gate-elektroden är matad från mitten, liksom också avståndet mellan segment kan göras större inåt centrum räknat, i samma ändamål.Although the islands in the following embodiment have a square shape, it is possible to give them a different shape, e.g. a polygon, circle, ring or star. It is also not necessary that they be the same size. 10 15 20 25 30 35 478 226 3 The islands can also be different, with different segment configurations over the surface of the component. For example, to further reduce the voltage drop in the gate current conduction, it may be appropriate to have a density greater outwardly at the edges when the gate electrode is fed from the center, as well as the distance between segments can be made larger inwardly of the center, for the same purpose.

Man kan också göra öar av ringform med egna metallkontakter i mitten utan kontakt med den gemensamma gateelektroden, så att potentialen i dessa blir flytande.It is also possible to make islands of ring shape with their own metal contacts in the middle without contact with the common gate electrode, so that the potential in these becomes liquid.

Uppfinningen avser också ett förfarande för framställning av GTO-tyristorer, som är särskilt förmånligt vid småmönstrade detaljer därigenom att maskernas antal kraftigt reduceras och vid en förmånlig utföringsform endast en enda finmönstrad mask behöver användas. Detta uppnås genom de särdrag som anges i patentkrav 9. Det grundläggande härför är enligt uppfinningen att en etsning eller motsvarande efter använd- ning av en finmönstrad mask ger upphov till upphöjda små öar, med branta kanter. Påföljande förfaringssteg komer då att kunna styras av denna tredimensionella, geometriska, topo- grafiska struktur särskilt i kombination med i och för sig kända anisotropiskt verkande behandlingssteg.The invention also relates to a method for manufacturing GTO thyristors, which is particularly advantageous for small-patterned parts in that the number of masks is greatly reduced and in a preferred embodiment only a single fine-patterned mask needs to be used. This is achieved by the features stated in claim 9. The basic thing for this is according to the invention that an etching or equivalent after use of a finely patterned mask gives rise to raised small islands, with steep edges. Subsequent process steps will then be able to be controlled by this three-dimensional, geometric, topographical structure, especially in combination with per se known anisotropically acting treatment steps.

Uppfinningen skall nu närmare förklaras utifrån ett utfö- ringsexempel och utgående från ritningarna.The invention will now be explained in more detail on the basis of an exemplary embodiment and on the basis of the drawings.

Fig 1 visar en GTO-tyristor.Fig. 1 shows a GTO thyristor.

Fig 2 visar ett segment till en GTO-tyristor.Fig. 2 shows a segment of a GTO thyristor.

Fig 3 visar en svepelektronmikroskopbild av en del av ett segment under tillverkning.Fig. 3 shows a scanning electron microscope image of a part of a segment during manufacture.

Fig 4 visar, likaså i svepelektronmikroskopi ett enstaka katodelement i en GTO-tyristor. 470 226 10 15 20 25 30 35 4 Fig Sa-i visar i tvärsnitt och schematiskt etapper under tillverkningen av en GTO-transistor i enlighet med ett ut- föringsexempel.Fig. 4 also shows, in scanning electron microscopy, a single cathode element in a GTO thyristor. 470 226 10 15 20 25 30 35 4 Fig. 5a shows in cross section and schematically stages during the manufacture of a GTO transistor in accordance with an exemplary embodiment.

I Fig l visas en planvy av en GTO-tyristor i ungefärligen naturlig storlek. På den icke visade undersidan finns en anodelektrod, som i stort sett täcker undersidan. I mitten sitter en öppning 1 ned till ett gateskikt, och överytans därtill närmaste omkrets är en metalliserad ringzon som står i kontakt med tyristorns gate-elektroder. Runt om öppningen ser man en kvadratisk cellstruktur med segment 2, vilka på översidan är täckta av metallelektroder, utgörande katod- elektroder. När tyristorn är monterad har dessa katodelektro- der kontakt med en gemensam tilledarkontakt, medan en annan ledarkontakt anligger mot undersidans anod och en gatekontakt anligger uppifrån mot den nämnda ringzonen kring öppningen.Fig. 1 shows a plan view of a GTO thyristor of approximately life size. On the underside not shown there is an anode electrode which largely covers the underside. In the middle there is an opening 1 down to a gate layer, and the nearest circumference of the upper surface is a metallized ring zone which is in contact with the gate electrodes of the thyristor. Around the opening you see a square cell structure with segment 2, which on the upper side are covered by metal electrodes, constituting cathode electrodes. When the thyristor is mounted, these cathode electrodes have contact with a common conductor contact, while another conductor contact abuts against the underside anode and a gate contact abuts from above against the said ring zone around the opening.

Mellan segmenten och nedsänkt finns ett isolerat nätverk av gate-ledare, vilka ytterligare förgrenar sig inom segmenten samt är avsett för tändning och släckning.Between the segments and submerged there is an isolated network of gate conductors, which further branch within the segments and are intended for switching on and off.

I Fig 2 visas schematiskt ett dylikt segment 2, med uteslu- tande av den nämnda täckande metallelektroden. I varje sådant segment 2 ingår ett stort antal små ö-liknande katodelement 3 av kisel som är n-ledande och vilar på ett basskikt som är p- ledande, vilket i sin tur vilar på ett n-ledarskikt. Det förgrenade gate-elektrodnätet är anordnat i korridorerna mellan dessa katodelement 3. Genom att avstånden mellan gate- elektroderna och mitten av n-p-övergången mellan katodelemen- ten och basskiktet under öarna är små blir särskilt släck- ningsmöjligheten kraftigt förbättrad.Fig. 2 schematically shows such a segment 2, excluding the said covering metal electrode. Each such segment 2 includes a large number of small island-like cathode elements 3 of silicon which are n-conducting and rest on a base layer which is p-conducting, which in turn rests on an n-conducting layer. The branched gate electrode network is arranged in the corridors between these cathode elements 3. Because the distances between the gate electrodes and the center of the n-β transition between the cathode elements and the base layer below the islands are small, the extinction possibility is greatly improved.

I Fig 3 visas katodelement 3 under tyristorns tillverkning i form av uppstående öar över en frilagd yta av basmaterial.Fig. 3 shows cathode element 3 during the manufacture of the thyristor in the form of upright islands over an exposed surface of base material.

Det inbördes avståndet är här ungefär 60 mikrometer, och öarna är kvadratiska med en sida av ungefär 40 pm. Fig 4 visar en enda av dessa öar, varav framgår att de har mycket branta kanter. Fig 3 och 4 är upptagna med svepelektronmikro- skop. 10 15 20 25 30 35 470 226 5 Vid ett tillverkat utförande var antalet segment 176, med 100 katodöar per segment, d v s, totalt 17.600 katodöar.The mutual distance here is about 60 micrometers, and the islands are square with a side of about 40 pm. Fig. 4 shows a single of these islands, from which it can be seen that they have very steep edges. Figures 3 and 4 are occupied by scanning electron microscopes. 10 15 20 25 30 35 470 226 In a manufactured embodiment, the number of segments was 176, with 100 cathode islands per segment, i.e., a total of 17,600 cathode islands.

Ingenting hindrar emellertid att man ytterligare minskar öarnas dimensioner, samt packar dem tätare, vilket ytter- ligare förbättrar verkan. Den enligt uppfinningen föreslagna tillverkningsmetoden möjliggör nämligen en minskning av de passnings- och andra problem, vilka vid miniatyrisering eljest raskt leder till ett minskat utbyte.However, there is nothing to prevent the dimensions of the islands from being further reduced, and they are packed more tightly, which further improves the effect. Namely, the manufacturing method proposed according to the invention enables a reduction of the fitting and other problems, which in miniaturization otherwise quickly lead to a reduced yield.

Antalet katodöar per segment kan således variera inom vida gränser, t ex 1-10.000, och storleken av elementarcellerna kan vara från 100 x 100 pm som i exemplet, ned till 20 x 20 pm och mindre. Detta samanhänger med att dessa kan tillverkas med bara en enda mask. Anslutningen av elementar- cellernas öar med ett gemensamt ledarskikt för varje segment fordrar en mask som kräver väsentligt mindre passningspreci- sion. De olika segmenten kan sedan provas var för sig och sådana segment som inte fungerar bra elimineras genom att dess katodkontakt etsas bort.The number of cathode islands per segment can thus vary within wide limits, eg 1-10,000, and the size of the elementary cells can be from 100 x 100 μm as in the example, down to 20 x 20 μm and smaller. This is because these can be manufactured with just a single mask. The connection of the islands of the elementary cells with a common conductor layer for each segment requires a mask that requires significantly less fitting precision. The different segments can then be tested separately and such segments that do not work well are eliminated by etching away its cathode contact.

Ett lämpligt tillverkningsförfarande skall nu beskrivas, vilket också är ägnat att belysa den föregående utföringsex- empelbeskrivningen.A suitable manufacturing method will now be described, which is also suitable to illustrate the previous description of the exemplary embodiment.

Fig Sa visar ett tvärsnitt genom en del av en kiselskiva, som kan ha tjockleken ca 0,5 mm. På undersidan har ett p-dopat skikt anordnats. Detta skikt kan även innehålla ett kortslut- ningsmönster bestående av n-dopade områden. På undersidan därtill är sedan ett aluminiumskikt anordnat. Dessa anodan- slutningsskikt har inte visats särskilt i figurerna utan betecknas kollektivt med 50. Skivan är från början N-dopad.Fig. 5a shows a cross section through a part of a silicon wafer, which may have a thickness of about 0.5 mm. A p-doped layer has been arranged on the underside. This layer can also contain a short-circuit pattern consisting of n-doped areas. An aluminum layer is then arranged on the underside thereof. These anode connection layers have not been shown specifically in the figures but are collectively denoted by 50. The board is initially N-doped.

Från översidan har ett P-skikt 51 indopats och därefter ovanpå ett N+-dopat skikt 52.From the top, a P-layer 51 has been doped in and then on top of an N + -doped layer 52.

I detta skikt skall åstadkommas sådana öar som visas i Fig 3 och Fig 4. Detta sker genom att ett fotoresistskikt 53 på- lägges, exponeras med en mask och framkallas, varefter en anisotropiskt verkande etsning genomföres av kiseloxiden, ned 470 10 15 20 25 30 35 226 6 till en bit under gränsen 54 mellan skíkten 51 och 52. Man erhåller då den i Fig 5b visade konfigurationen i tvärsnitt.In this layer, islands as shown in Fig. 3 and Fig. 4 are to be provided. This is done by applying a photoresist layer 53, exposing it with a mask and developing it, after which an anisotropically acting etching is carried out by the silica, down 470 10 15 20 25 30 To a bit below the boundary 54 between the layers 51 and 52. The configuration shown in Fig. 5b is then obtained in cross section.

På sätt som visas i Fig 5c oxideras nu kiselytorna till ett oxidskikt 55, som mellan öarna göres relativt tunt (anisotro- pisk process).In the manner shown in Fig. 5c, the silicon surfaces are now oxidized to an oxide layer 55, which is made relatively thin between the islands (anisotropic process).

Detta oxidskikt bortetsas delvis i anisotropisk process, innebärande att mellanrummen mellan öarna friläggs medan öarna med sina branta kanter förblir oxidtäckta. Genom t ex jonimplantation åstadkommes på de frilagda ytorna ett tunt P+-skikt 56. De oxidklädda ytorna påverkas därvid föga, och man får en konfiguration enligt Fig 5d. Över hela ytan pålägges därefter ett metallskikt, t ex alu- miniumskikt 57, varefter däröver påspinnes ett lager av fotoresist 58. Med hänsyn till att detta skikt 58 inte skall exponeras och framkallas, är det möjligt att använda någon annan produkt såsom en polymer i lösning. Resultatet blir en konfiguration enligt Fig. Se.This oxide layer is partially etched away in an anisotropic process, which means that the spaces between the islands are exposed while the islands with their steep edges remain oxide-covered. By, for example, ion implantation, a thin P + layer 56 is produced on the exposed surfaces. The oxide-coated surfaces are thereby little affected, and a configuration according to Fig. 5d is obtained. A metal layer, for example aluminum layer 57, is then applied over the entire surface, after which a layer of photoresist 58 is applied over it. In view of the fact that this layer 58 is not to be exposed and developed, it is possible to use another product such as a polymer in solution. . The result is a configuration according to Fig. See.

Det påspunna fotoresist-skiktet 58 etsas därefter delvis ned, kvarlämnande ett restskikt 59 som mellan öarna täcker alumi- niumskiktet 57. Man får den i Fig 5f visade konfigurationen.The applied photoresist layer 58 is then partially etched down, leaving a residual layer 59 which between the islands covers the aluminum layer 57. The configuration shown in Fig. 5f is obtained.

En metallbortetsning sker sedan, som eliminerar allt frilagt aluminium, även det som gränsar sidlänges till det kvar- lämnade fotoresistskiktet 59, medan det aluminiumskikt 60 som skyddas av fotoresistskiktet 59 blir kvar. Därefter tas fotoresisten bort, och man får den i Fig 5g visade konfigura- tionen, med det kvarlämnade aluminiumskiktet 60, som avgrän- sas mot öarnas branta kanter av en spalt 60a.A metal etching is then performed, which eliminates all exposed aluminum, even that which adjoins laterally the remaining photoresist layer 59, while the aluminum layer 60 protected by the photoresist layer 59 remains. Then the photoresist is removed, and the configuration shown in Fig. 5g is obtained, with the aluminum layer 60 left, which is delimited towards the steep edges of the islands by a gap 60a.

En polyimidlösning påspinnes därefter och torkas, samt ned- etsas ungefär som skiktet 58 i Fig 5e, tills bara mellan- rummen mellan öarna är utfyllda med isolerande polyimid 61, företrädesvis till en nivå motsvarande öarnas överyta av N- kisel 52. Därefter föreligger konfigurationen i Fig 5h. 05 10 15 20 25 30 35 470 226 7 Nu etsas oxidskiktet 55 bort till den del det täcker öarnas överytor, och det hela täckes med ett kontaktskikt 62 av metall såsom aluminium. Den färdiga elementarcellkonstruk- tionen framgår i genomskärning i Fig 5i.A polyimide solution is then spun on and dried, and etched approximately as layer 58 in Fig. 5e, until only the spaces between the islands are filled with insulating polyimide 61, preferably to a level corresponding to the islands' upper surface of N-silicon 52. Next, the configuration in Fig. 5h. Now the oxide layer 55 is etched away to the extent that it covers the upper surfaces of the islands, and the whole is covered with a contact layer 62 of metal such as aluminum. The finished elementary cell construction is shown in section in Fig. 5i.

Tyristorns huvudström kan nu flyta från kontaktskiktet 62 till katodöarnas N-skikt 52, via basskiktet 51 ned i N-bas- skiktet till anodanslutningsskiktet 50. De omgivande gate- ledarna 60 ingår i en alla katodöar och segment omgivande ledarnätstruktur samt är genom polyimidskiktet 61 isolerade från kontaktskiktet 62 samt har god kontakt med P-basskiktet 51 via P*-skiknet ss. Övergången mellan katodskiktet 52 och P-basskiktet 51 är skyddad genom det som kvarstår av oxidskiktet S5 vid öarnas branta kanter.The main current of the thyristor can now flow from the contact layer 62 to the N-layer 52 of the cathode islands, via the base layer 51 down into the N-base layer to the anode connection layer 50. The surrounding gate conductors 60 are part of a conductor network structure surrounding all cathode islands and segments. from the contact layer 62 and has good contact with the P-base layer 51 via the P * layer ss. The transition between the cathode layer 52 and the P-base layer 51 is protected by what remains of the oxide layer S5 at the steep edges of the islands.

Det föreslagna förfarandet utmärker sig, som nämnts, för att genom en självlinjerande princip undvika användande av mer än en enda småskalig mask. Den mask som behövs för att anordna kontaktskikt 62 har en helt annan och större skala, som befinner sig på sektionsnivån och inte på individualnivån för de små katoderna.The proposed procedure is characterized, as mentioned, in order to avoid the use of more than a single small-scale mask by a self-aligning principle. The mask needed to arrange contact layer 62 has a completely different and larger scale, which is at the section level and not at the individual level of the small cathodes.

Den föregående beskrivningen av de olika ets-, påläggnings- och oxidationsstegen har i exemplet bara gjorts kortfattad, med hänsyn till att varje steg för sig inte behöver skilja sig från konventionell halvledaretillverkning, sådan som t ex beskrives i Wolf + Tauber, "Silicon Processing for the VLSI Era" (Lattice Press, Sunset Beach, Cal., 1986).The previous description of the various etching, application and oxidation steps in the example has only been made brief, taking into account that each step does not have to differ from conventional semiconductor manufacturing, such as described in Wolf + Tauber, "Silicon Processing for the VLSI Era "(Lattice Press, Sunset Beach, Cal., 1986).

Härav följer också att tillverkningen i förhållande till exemplet kan varieras på många olika sätt, så att den till- verkning som ovan beskrivits skall uppfattas som enbart ett för närvarande föredraget utförande men ej avses begränsande för den uppfinning som anges i de följande patentkraven.It also follows that the manufacture in relation to the example can be varied in many different ways, so that the manufacture described above is to be understood as only a presently preferred embodiment but is not intended to be limiting for the invention stated in the following claims.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 Patentkrav10 15 20 25 30 35 Patent claim 1. GTO-tyristor uppbyggd av en kiselplatta, som på sin ena sida har en första elektrod av metall (50), elektriskt led- ande förbunden med ett första område med en första lednings- typ (N), vars motsatta sida gränsar till ett andra område (51) med en andra ledningstyp, vid vars motsatta sida gränsar dels områdesvis lokaliserade tredje områden (52) av den första ledningstypen, försedda med därtill anslutande, med varandra till en gemensam elektrod anslutna andra elektroder (62) av metall, dels sidliggande, från de lokaliserade om- rådena elektriskt isolerade, med det andra området anordnade och till en gemensam styrelektrod anslutna styrelektroder (60, 56), k ä n n e t e c k n a d av att de tredje områdena (52) omfattar från det andra området (51) med branta sidokan- ter uppstående öar med en största utsträckning i öarnas ytplan understigande 200 pm, under det att styrelektroderna (60) bildar ett ledarnätverk som på alla sidor omsluter varje sådan ö.A GTO thyristor composed of a silicon wafer having on its one side a first electrode of metal (50), electrically conductively connected to a first region with a first lead type (N), the opposite side of which is adjacent to a second region (51) having a second lead type, at the opposite side of which adjacent regionally located third regions (52) of the first lead type adjoin, provided with adjoining, second electrodes (62) of metal connected to each other to a common electrode, and laterally adjacent , from the located areas electrically isolated, with the second area arranged and connected to a common gate electrode (60, 56), characterized in that the third areas (52) comprise from the second area (51) with steep side edges emerging islands with a maximum extent in the surface plane of the islands of less than 200 μm, while the control electrodes (60) form a conductor network enclosing each such island on all sides. 2. GTO-tyristor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att öarna är gruppvis fördelade i segment (Fig 1), inom vilka öarna är regelbundet fördelade med inbördes avstånd av samma storleksordning som deras största utsträckning, varvid seg- menten kan vara regelbundet fördelade på lika avstånd eller med olika inbördes avstånd.GTO thyristors according to claim 1, characterized in that the islands are grouped in segments (Fig. 1), within which the islands are regularly distributed with mutual distances of the same order of magnitude as their greatest extent, the segments being regularly distributed at equal distances or at different distances from each other. 3. GTO-tyristor enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att öarna i varje segment är förlagda utefter ett tänkt rektangulärt rutnät.GTO thyristors according to claim 2, characterized in that the islands in each segment are located along an imaginary rectangular grid. 4. GTO-tyristor enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att katodöar i ett och samma segment har inbördes olika form.GTO thyristors according to claim 2, characterized in that cathode islands in one and the same segment have mutually different shapes. 5. GTO-tyristor enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a d av att öarna är fördelade utifrån ett centrum så att de är förlagda radiellt utåt tätare. 10 15 20 25 30 35 470 226 9GTO thyristors according to claim 1 or 2, characterized in that the islands are distributed from a center so that they are located radially outwards more densely. 10 15 20 25 30 35 470 226 9 6. GTO-transistor enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att öarna är gruppvis fördelade i segment med mellanliggande styrelektroder, vilka segment har olika täthetsfördelning av öar.6. A GTO transistor as claimed in Claim 5, characterized in that the islands are grouped in segments with intermediate control electrodes, which segments have different density distributions of islands. 7. GTO-tyristor enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att öarna vid sina branta sidokanter är beklädda med isolerande skikt (55) av kiseloxid, som även sidlänges täcker gränsskiktet (54) mellan dessa och det andra området (51), varvid varje ö utöver nämnda resp. tredje område även omfattar ett från det andra området uppstående parti, så att nämnda gränsskikt (54) är avslutat vid öarnas nämnda branta sidokanter.GTO thyristor according to one of the preceding claims, characterized in that the islands are lined at their steep side edges with insulating layers (55) of silica, which also laterally cover the boundary layer (54) between them and the second area (51). ), whereby each island in addition to the said resp. third area also comprises a portion rising from the second area, so that said boundary layer (54) is terminated at said steep side edges of the islands. 8. GTO-transistor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den första ledningstypen är n-ledande, och den andra ledningstypen är p-ledande.A GTO transistor according to claim 1, characterized in that the first lead type is n-conducting, and the second lead type is p-conducting. 9. Förfarande för framställning av en GTO-tyristor, som uppvisar en inom i stort sett hela skivan löpande pn-övergång mellan två skikt, varav det ena sträcker sig till skivans bottenyta och är försett med en första metallelektrodanslut- ning och det andra skiktet utgör ett basmaterial, vars mot nyssnämnda övergång motsatta sida är försedd med ett antal från varandra åtskilda, i en tvärdimension begränsat ut- sträckta tredje halvledarskikt som bildar pn-övergångar mot basskiktet, vilka tredje halvledarskikt är kopplade till en samlingselektrod av metall, samt mellan de tredje halvledar- skikten ett gate-elektrodmönster av metall i kontakt med basmaterialet och utan direkt kontakt med de tredje halv- ledarskikten, vilket gate-elektrodmönster är kopplat till en gate-elektrod som genom spänningspåläggning förmår tända resp. släcka en mellan den första metallelektroden och sam- lingselektroden flytande ström, k ä n n e t e c k n a t av att de begränsat utsträckta tredje halvledarskikten (52) tillverkas genom att ett basmaterialet (51) täckande halv- ledarskikt (52) med i förhållande till detta motsatt led- ningstyp förses med ett fotoresistskikt (53), som med hjälp åfï 10 15 20 25 30 35 I O ññ ¿¿6 10 av en mask exponeras samt framkallas, kvarlämnande endast små fläckar anordnade i ett regelbundet mönster, att en anisotropisk etsningsoperation genomföres genom hela tjockleken av det basmaterialet (51) täckande halvledarskik- tet (52) och något ned i basmaterialet så att under fläckarna av fotoresist (53) bildas öar med branta kanter med en stör- sta dimension i öarnas ytplan av högst tvåhundra mikrometer, vilka skär gränsskiktet (54) mellan nyssnämnda båda skikts olika ledningstyper, vilka öar står upp från en frilagd i huvudsak plan yta av basmaterial, varefter den sålunda er- hållna tredimensionella topografin (Fig 3) utnyttjas för att genom succesiva självlinjerande operationer mellan öarna och elektriskt isolerat från dessa förlägga det nämnda gate- elektrodmönstret (60) i form av ett öarna på alla sidor omgivande nät av metall i kontakt med underliggande basmate- rial.A method of manufacturing a GTO thyristor having a pn junction running across substantially the entire disk between two layers, one of which extends to the bottom surface of the disk and is provided with a first metal electrode connection and the second layer constitutes a base material, the opposite side of which is opposite to the aforesaid junction being provided with a number of spaced apart, in a dimensionally limited third semiconductor layers forming pn junctions to the base layer, which third semiconductor layers are connected to a collecting electrode of metal, and between the third the semiconductor layers a gate electrode pattern of metal in contact with the base material and without direct contact with the third semiconductor layers, which gate electrode pattern is connected to a gate electrode which, by applying voltage, is able to ignite resp. extinguishing a current flowing between the first metal electrode and the collecting electrode, characterized in that the limited elongated third semiconductor layers (52) are manufactured by a semiconductor layer (52) covering the base material (51) with a conductor type in relation to this opposite provided with a photoresist layer (53), which by means of a mask is exposed and developed by means of a mask, leaving only small spots arranged in a regular pattern, that an anisotropic etching operation is carried out throughout the thickness of the semiconductor layer (52) covering the base material (51) and slightly down into the base material so that beneath the patches of photoresist (53) are formed islands with steep edges with a largest dimension in the surface plane of the islands of not more than two hundred micrometers, which cut the boundary layer (54 ) between the aforementioned two layers of different conductor types, which islands rise from an exposed substantially flat surface of base material, after which the three-dimensional topog thus obtained rafin (Fig. 3) is used to, by successive self-aligning operations between the islands and electrically isolated from them, place the said gate electrode pattern (60) in the form of a metal mesh surrounding the islands on all sides in contact with the underlying base material. 10. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av att a) i kiselskivan som första skikt indopas ett basskikt (51) med en i förhållande till kiselskivans egenledning med en första ledningstyp motsatt andra ledningstyp samt däröver ett andra skikt (52) med den första ledningstypen, b) ett fotoresistskikt (53) pålägges ovanpå det andra skiktet samt exponeras med en mask samt framkallas så att det kvar- står fördelade små ytor med en största utsträckning under- stigande 200 um, c) en anisotropisk verkande etsningsoperation genomföres, som där ingen fotoresist kvarstår genomföres till ett djup över- stigande det andra skiktets djup och vid de kvarstående små ytorna kvarlämnar öar med branta kanter, d) en oxidationsoperation genomföres bildande ett oxidskikt (55), som helt täcker den frilagda delen av det första skik- tet, öarna och deras branta kanter (Fig 5c), 10 15 20 25 470 226 ll e) oxidskiktet (55) bortetsas delvis, kvarlämnande ett öarna och deras branta kanter täckande skikt men friläggande bas- skiktet mellan öarna, varefter ett P+-skikt (56) indiffunde- ras i den sålunda frigjorda ytan (Fig 5d) f) ett aluminiumskikt (57) pålägges över den frilagda delen av det första skiktet, öarna och deras branta kanter, var- efter detta täckes med en flytande polymer (58) såsom fotore- sist, vilket torkas (Fig Se), g) polymerskiktet nedetsas så att öarnas överdelar frilägges, kvarlämnande polymerskikt (59) i mellanrummet mellan öarna (Fig Sf), h) en etsning genomföres av aluminiumskiktet (57), varvid kvarstående polymerskikt (59) skyddar en del därav (60) i mellanrummen mellan öarna men bildande toma delar (61) mot dessas kanter (Fig 5g), i) det hela täckes med ett isolerskikt (61) företrädesvis av polyimid, som därefter nedetsas så att det endast kvarblir mellan öarna, som delvis uppsticker därur, företrädesvis i jämnhöjd med öarnas överytor under deras oxidskikt (55) (Fig Sh), och j) genom en etsoperation frilägges öarnas ytor från oxidskik- tet, varefter ett metallskikt (62) pålägges över öarna och isolerskiktet (61) (Fig 5i).Method according to claim 9, characterized in that a) a base layer (51) is doped in the silicon wafer as the first layer with a second conductor type opposite to the silicon wafer self-conduction with a first conduit type and above it a second layer (52) with the first the type of conduit, b) a photoresist layer (53) is applied on top of the second layer and exposed with a mask and developed so that small areas of less than 200 μm are distributed, to a greater extent, c) an anisotropic etching operation is performed, as there no photoresist remains is carried out to a depth exceeding the depth of the second layer and at the remaining small surfaces leaves islands with steep edges, d) an oxidation operation is carried out forming an oxide layer (55), which completely covers the exposed part of the first layer , the islands and their steep edges (Fig. 5c), e) the oxide layer (55) is partially etched away, leaving a layer covering the islands and their steep edges m an exposed base layer between the islands, after which a P + layer (56) is diffused into the thus released surface (Fig. 5d); f) an aluminum layer (57) is applied over the exposed part of the first layer, the islands and their steep edges , after which it is covered with a liquid polymer (58) such as photoresist, which is dried (Fig. Se), g) the polymer layer is etched so that the upper parts of the islands are exposed, leaving polymer layers (59) in the space between the islands (Fig. Sf), h ) an etching is performed by the aluminum layer (57), the remaining polymer layer (59) protecting a part thereof (60) in the spaces between the islands but forming empty parts (61) against their edges (Fig. 5g), i) the whole is covered with an insulating layer (61) preferably of polyimide, which is then etched so that it remains only between the islands, which partially protrude therefrom, preferably flush with the upper surfaces of the islands below their oxide layer (55) (Fig. Sh), and j) by an etching operation the surfaces of the islands are exposed from the oxide layer, followed by a metal layers (62) are applied over the islands and the insulating layer (61) (Fig. 5i).
SE9102042A 1991-07-01 1991-07-01 GTO thyrists as well as the procedure for producing a GTO thyristor SE470226B (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9102042A SE470226B (en) 1991-07-01 1991-07-01 GTO thyrists as well as the procedure for producing a GTO thyristor
PCT/SE1992/000472 WO1993001620A1 (en) 1991-07-01 1992-06-25 A gto-thyristor and a method for the manufacture of a gto-thyristor
EP92915295A EP0592587A1 (en) 1991-07-01 1992-06-25 A gto-thyristor and a method for the manufacture of a gto-thyristor
JP5501764A JPH06511601A (en) 1991-07-01 1992-06-25 GTO thyristors and methods for manufacturing GTO thyristors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9102042A SE470226B (en) 1991-07-01 1991-07-01 GTO thyrists as well as the procedure for producing a GTO thyristor

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9102042D0 SE9102042D0 (en) 1991-07-01
SE9102042L SE9102042L (en) 1993-01-02
SE470226B true SE470226B (en) 1993-12-06

Family

ID=20383215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9102042A SE470226B (en) 1991-07-01 1991-07-01 GTO thyrists as well as the procedure for producing a GTO thyristor

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0592587A1 (en)
JP (1) JPH06511601A (en)
SE (1) SE470226B (en)
WO (1) WO1993001620A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2801127B2 (en) * 1993-07-28 1998-09-21 日本碍子株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
US5841155A (en) * 1995-02-08 1998-11-24 Ngk Insulators, Ltd. Semiconductor device containing two joined substrates

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5382278A (en) * 1976-12-28 1978-07-20 Toshiba Corp Production of semiconductor device
DE3037316C2 (en) * 1979-10-03 1982-12-23 Tokyo Shibaura Denki K.K., Kawasaki, Kanagawa Process for the production of power thyristors
JPS60132366A (en) * 1983-12-21 1985-07-15 Toshiba Corp Semiconductor device
JPH0715991B2 (en) * 1985-06-12 1995-02-22 株式会社東芝 Method for manufacturing semiconductor device
EP0325774B1 (en) * 1988-01-27 1992-03-18 Asea Brown Boveri Ag Turn-off power semiconductor device
FR2638022B1 (en) * 1988-10-14 1992-08-28 Sgs Thomson Microelectronics ASYMMETRICAL THYRISTOR WITH EXTINGUISHING BY THE TRIGGER, PROVIDED WITH ANODE SHORT CIRCUITS AND HAVING A REDUCED TRIP CURRENT
DE69032766T2 (en) * 1989-04-04 1999-06-24 Hitachi Ltd Gate turn-off thyristor

Also Published As

Publication number Publication date
SE9102042L (en) 1993-01-02
WO1993001620A1 (en) 1993-01-21
EP0592587A1 (en) 1994-04-20
SE9102042D0 (en) 1991-07-01
JPH06511601A (en) 1994-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4642674A (en) Field effect semiconductor device having improved voltage breakdown characteristics
TW504848B (en) Schottky diode having increased active surface area and method of fabrication
US9397022B2 (en) Semiconductor device having a locally reinforced metallization structure
US20090263928A1 (en) Method for making a selective emitter of a solar cell
EP0504946A1 (en) Vertical metal-oxide semiconductor device
US10319595B2 (en) Reverse conducting IGBT device and manufacturing method therefor
JPH09246552A (en) Power semiconductor device having superposed field plate structure, and its manufacture
GB1000382A (en) Semiconductor devices and methods of manufacture thereof
CA1162657A (en) Method of fabricating a diode bridge rectifier in monolithic integrated circuit structure
US7129144B2 (en) Overvoltage protection device and manufacturing process for the same
JPH1197716A (en) Mos control diode and manufacture of the same
USH40H (en) Field shields for Schottky barrier devices
CN104037145A (en) Pad Defined Contact For Wafer Level Package
US11652167B2 (en) Semiconductor device having junction termination structure and method of formation
JPH0316268A (en) Mos pilot structure for insulated gate type transistor
US6958275B2 (en) MOSFET power transistors and methods
SE470226B (en) GTO thyrists as well as the procedure for producing a GTO thyristor
US4061510A (en) Producing glass passivated gold diffused rectifier pellets
JPS60263461A (en) Manufacture of high withstand voltage longitudinal transistor
CA1205577A (en) Semiconductor device
US4762804A (en) Method of manufacturing a bipolar transistor having emitter series resistors
US4605949A (en) Semiconductor device with interdigitated electrodes
US10985242B2 (en) Power semiconductor device having guard ring structure, and method of formation
EP0130669A1 (en) Gate turn off thyristor with mesh cathode structure
JP2673694B2 (en) Thyristor

Legal Events

Date Code Title Description
NAL Patent in force

Ref document number: 9102042-0

Format of ref document f/p: F

NUG Patent has lapsed

Ref document number: 9102042-0

Format of ref document f/p: F