DE2661096C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Thyristors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.

Ein solches Verfahren ist z. B. aus der DE-OS 21 40 993 bekannt.

Thyristoren werde heute in großem Umfang in der Leistungselek­ tronik, beispielsweise bei der Herstellung statischer Stromrich­ ter, verwendet. Sie müssen dabei gegebenenfalls mehrere Kilovolt elektrischer Spannung sperren können, und müssen gegen Über­ spannung geschützt werden. Das geschieht vorzugsweise durch eine Beschaltung mit Durchbruchdioden, die beim Erreichen der vorge­ sehenen Maximalspannung durchbrechen und den zu schützenden Thy­ ristor mittels eines Steuerstroms zünden.

Aus technischen und Kostengründen ist es erwünscht, auf diese Schutzdiode verzichten zu können.

So ist in der DE-OS 21 40 993 beschrieben, bei einem Thyristor mit integriertem Hilfsthyristor unter der Steuerzone des Hilfsthyristors in der N-Basis einen Bereich mit erniedrigtem spezifischen Widerstand vorzusehen, um auf diese Weise dort einen gezielten Durchbruch mit anschließender gleichmäßiger Zündung des Thyristors zu erreichen.

Jedoch ist es her­ stellungstechnisch schwierig, eine vergrabene Zone mit ernied­ rigtem spezifischem Widerstand in der N-Basis zu erzeugen. Man verwendet deshalb z. B. als Ausgangsmaterial einen Si-Stab mit höherdotier­ tem inneren Kern (siehe Solid-State Electronics, 1974, Vol. 17, Heft 7, S. 655-661).

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines Thyristors anzugeben, der bei einer definierten Spannung gezielt zündet.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Maßnahmen aus dem Kennzeichen des Anspruchs gelöst.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.

Die einzige Figur zeigt im Schnitt einen Thyristor, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Der in der Figur dargestellte Thyristor weist eine von Emitter­ kurzschlüssen 2′′ durchbrochene, hoch N-dotierte erste Zone 1, die N-Emitterzone auf, die mit der Kathode C kontaktiert ist. Der Emitterzone 1 schließt sich die P-dotierte zweite Zone 2, die Steuerzone an, welche zentral mit der Steuerelektrode G kon­ taktiert ist, mittels welcher der vorwärtssperrende Thyristor in den vorwärtsleitenden Zustand gezündet werden kann. Die N-do­ tierte dritte Zone 3, die N-Basiszone, weist die niedrigste Do­ tierung aller Zonen auf und dient der Aufnahme der Sperrschicht, welche im Vorwärts-Zustand als Sperrschicht S am vorwärtssper­ renden PN-Übergang 5, und im Rückwärts-Zustand am rückwärts­ sperrenden PN-Übergang 9 entsteht. Der N-Basiszone 3 schließt sich die P-dotierte vierte Zone 4, die P-Emitterzone an, die an der Thyristor-Stirnseite einen hoch P-dotierten Bereich 4′ auf­ weist, welcher mit der Anode A kontaktiert ist.

Die gezielte Zündung des Thyristors beim Durchbruch wird da­ durch erreicht, daß man am späteren Ort der Steuerelek­ trode G nach der ersten P-Diffusion eine Vertiefung in die Ober­ fläche der Substanz ätzt, die bis auf 20-30 µm an den PN-Über­ gang 5 heranreicht und einen Durchmesser von z. B. 200 µm auf­ weist, und dann die zweite P⁺-Diffusion vornimmt. Dadurch ent­ steht an dem vorwärtssperrenden PN-Übergang 5 in dem Gebiet unterhalb der Steuerelektrode 3 bis maximal zum Beginn B der Zone 1 in mindestens einem Bereich R ein Gradient der Dotie­ rungskonzentration, der steiler bzw. größer ist als außerhalb des Bereiches R. Dadurch wird in diesem Bereich R die Lawinen­ durchbruchspannung gezielt herabgesetzt, so daß ein Durchbruch zuerst unterhalb der Steuerelektode G stattfindet, und der Lö­ cher-Lawinen-Strom das Element zündet.

Alle vorstehenden technologisch bezogenen Angaben beziehen sich auf Silizium-Halbleitersubstrate.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß in dem Thyristor bei der dimensionierten Maximal­ spannung unter der Steuerelektrode ein zusätzlicher Sperrstrom entsteht, der zur Zündung ausreicht. Dieser Effekt ist ein Vo­ lumen-Effekt und damit gut kontrollierbar. Der Durchbruch voll­ zieht sich an einer definierten Stelle im Bereich der Steuer­ elektrode G, so daß unerwünschte Nebeneffekte vermieden werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß von einem üblichen Si-Halbleitersubstrat ausgegangen wird und der hochdotierte Bereich 2′ durch einen nachgeordneten Ätz- und Diffusionsschritt in die Steuerzone 2 eingebracht wird. Ein spezielles Substratmaterial wie beim vorstehend genannten Stand der Technik ist daher nicht erforderlich.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung eines Thyristors mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps, wobei die erste und vierte Zone mit den Hauptelektroden kontaktiert sind und als Emitterzonen wirken, die zweite, an die erste anschließende Zone mit der Steuerelektrode kontaktiert ist und als Steuerzone wirkt, und die dritte, zwischen der zweiten und der vierten Zone angeordnete Zone die niedrigste Dotierung der genannten Zonen aufweist und als Basiszone wirkt, und wobei der ebene PN-Übergang zwischen der zweiten und der dritten Zone als vorwärtssperrender Übergang wirkt und der vorwärtssperrende PN-Übergang den kleinsten Wert seiner Lawinendurchbruchspannung in dem Gebiet unter der Steuerelektrode bis maximal zum Beginn der ersten Zone aufweist, wobei an dem vorwärtssperrenden PN-Übergang in dem Gebiet unter der Steuerelektrode bis maximal zum Beginn der ersten Zone in mindestens einem Bereich der Dotierungsgradient steiler ist als außerhalb dieses Bereiches, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer ersten Diffusion des die zweite Zone (2) erzeugenden Dotierstoffes in das Halbleitersubstrat am späteren Ort der Steuerelektrode (G) eine Vertiefung (8) bis auf weniger als 30 µm Abstand vom vor­ wärtssperrenden PN-Übergang (5) eingeätzt wird, und dann eine zweite Diffusion zur Erzeugung eines hochdotierten Bereichs (2′) der zweiten Zone (2) unterhalb der Steuerelektrode (G) durchgeführt wird.