PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006000903A1 12.07.2007
Titel Thyristor mit Zündstufenstruktur und mit intergriertem Freiwerdeschutz und/oder mit integriertem dU/dt-Schutz und/oder mit integriertem Überkopfzündschutz
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Schulze, Hans-Joachim, Dr., 85521 Ottobrunn, DE;
Barthelmess, Reiner, Dr., 59494 Soest, DE;
Kellner-Werdehausen, Uwe, 91359 Leutenbach, DE
Vertreter Westphal, Mussgnug & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 05.01.2006
DE-Aktenzeichen 102006000903
Offenlegungstag 12.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.07.2007
IPC-Hauptklasse H01L 29/74(2006.01)A, F, I, 20060105, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 21/265(2006.01)A, L, I, 20060105, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Thyristor mit einem Halbleiterkörper (1), in dem in einer vertikalen Richtung (v) aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter (8), eine n-dotierte Basis (7), eine p-dotierte Basis (6) und ein n-dotierter Hauptemitter (5) angeordnet sind.
Des Weiteren ist eine Zündeinrichtung (40) vorgesehen sowie ein in einer zur vertikalen Richtung (v) senkrechten lateralen Richtung (r) zwischen der Zündeinrichtung (40) und dem Hauptemitter (5) angeordneten Zündstufe (ZS1), die einen ersten n-dotierten Zündstufenemitter (51) umfasst.
Der Halbleiterkörper (1) weist außerdem eine Gitterfehlerzone (13) auf, in der die Kristallgitterfehler-Dichte des Halbleiterkörpers (1) lokal erhöht ist und die zwischen der p-dotierten Basis (6) und dem ersten Zündstufenemitter (51) angeordnet ist und sich in der lateralen Richtung (r) zumindest über denselben Bereich erstreckt wie der erste Zündstufenemitter (51).
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Thyristors sowie eine Schaltungsanordnung, bei der ein solcher Thyristor als Ansteuerthyristor zur Ansteuerung eines Hauptthyristors dient.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Thyristor mit einem integrierten Freiwerdeschutz und/oder einem integrierten dU/dt-Schutz und/oder mit integriertem Überkopfzündschutz.

Beim Abschalten eines Thyristors befindet sich in dessen Halbleiterkörper noch eine relativ hohe Anzahl freier Ladungsträger, die erst innerhalb einer sogenannten Freiwerdezeit soweit abgebaut werden, bis der Thyristor schließlich zuverlässig sperrt.

Unterliegt der Thyristor jedoch innerhalb der sogenannten Freiwerdezeit einer impulsartigen Spannungsbelastung, so kann es infolge einer noch sehr hohen Anzahl freier Ladungsträger im Halbleiterkörper zu einem unkontrollierten Zünden des Thyristors kommen. Dabei können sich Stromfilamente bilden, die eine derart hohe Stromdichte aufweisen, dass der Thyristor zerstört wird.

Des Weiteren hängt das Zündverhalten eines Thyristors von der Anstiegsgeschwindigkeit der am Thyristor anliegenden Spannung ab (dU/dt-Empfindlichkeit), wobei die Zündempfindlichkeit mit zunehmender Anstiegsgeschwindigkeit ansteigt.

Bei einem Thyristor mit Zündstufenstruktur hängen die Freiwerdezeit und die Zündempfindlichkeit insbesondere von der Ausgestaltung des Thyristors im Bereich der ersten Zündstufe, vor allem von dessen Dotierstoffkonzentrationen in diesem Bereich, ab.

Thyristoren mit Zündstufenstruktur können daher Freiwerde- bzw. dU/dt-Schutzfunktionen aufweisen. Solche Thyristoren sind beispielsweise in H.-J. Schulze, et al.: "High-voltage Thyristors for HVDC and Other Applications: Light-triggering Combined with self-protection Functions", PCIM Proceedings (Shanghai) 2003, beschrieben.

Der Nachteil solcher Freiwerdeschutz- und/oder dU/dt-Schutzfunktionen besteht darin, dass sich deren Eigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur des Thyristors verändern.

Von dieser Problematik sind neben Leistungsthyristoren insbesondere auch zur Ansteuerung von Leistungsthyristoren vorgesehene Ansteuerthyristoren betroffen, da sie im Allgemeinen bei einer niedrigeren Temperatur betrieben werden als Leistungsthyristoren.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Thyristor bereitzustellen, der einen Freiwerdeschutz und/oder einen dU/dt-Schutz mit verringerter Temperaturabhängigkeit aufweist. Weitere Aufgaben bestehen darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Thyristors sowie eine Schaltungsanordnung mit einem solchen Thyristor aufzuzeigen.

Diese Aufgaben werden durch einen Thyristor gemäß Patentanspruch 1, durch ein Verfahren zur Herstellung eines Thyristors gemäß Patentanspruch 25, sowie durch ein Thyristorsystem gemäß Patentanspruch 51 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein erfindungsgemäßer Thyristor weist einen Halbleiterkörper auf, in dem in einer vertikalen Richtung aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter, eine n-dotierte Basis, eine p-dotierte Basis und ein n-dotierter Hauptemitter angeordnet sind.

Des Weiteren ist in dem Thyristor eine Zündeinrichtung vorgesehen, die beispielsweise als Durchbruchsdiode ausgebildet sein kann und somit als Überkopfzündschutz dient. Die Funktionsweise dieser Schutzfunktion ist in H.-J. Schulze et al.: "Hochleistungsthyristoren und Verfahren zur Realisierung eines Überkopfzündschutzes für Hochleistungsthyristoren", PCIM Proceedings 1996, Seiten 465-472, ausführlich beschrieben.

Die gezielte Zündung dieser Zündeinrichtung im Betrieb kann z.B. durch Lichteinstrahlung auf den Halbleiterkörper im Bereich der Zündeinrichtung oder durch einen Spannungspuls, der über einen Gatekontakt eingeprägt wird, erfolgen.

In einer zur vertikalen Richtung senkrechten lateralen Richtung ist zwischen der Zündeinrichtung und dem n-dotierten Hauptemitter eine erste Zündstufe mit einem n-dotierten ersten Zündstufenemitter angeordnet. Optional können zusätzlich zur ersten Zündstufe noch weitere Zündstufen zwischen der Zündeinrichtung und dem n-dotierten Hauptemitter vorgesehen sein.

Im Falle von mehreren Zündstufen ist die erste Zündstufe bevorzugt die der Zündeinrichtung in Richtung des n-dotierten Hauptemitters nächstgelegene Zündstufe.

Die Freiwerdezeit des Thyristors, dessen dU/dt-Empfindlichkeit sowie die Temperaturempfindlichkeit dieser Größen hängen insbesondere davon ab, wie der elektrische Widerstand der p-dotierten Basis im Zentralbereich des Thyristors und damit auch im Bereich der ersten Zündstufe ausgestaltet ist.

Die Zündempfindlichkeit der ersten Zündstufe des Thyristors ist insbesondere durch die Spannung bestimmt, die in der lateralen Richtung bei einer bestimmten Stromdichte am ersten Zündstufenemitter abfällt. Diese Spannung hängt vor allem vom elektrischen Widerstand des unterhalb des ersten Zündstufenemitters befindlichen Abschnitts der p-dotierten Basis ab.

Allgemein hängt der elektrische Widerstand einer Halbleiterzone ganz wesentlich von der Beweglichkeit der freien Ladungsträger und damit von der Anzahl der darin befindlichen Kristallgitterfehler, Phononen und Dotierstoffatome ab. Dabei wird die Temperaturempfindlichkeit des elektrischen Widerstandes durch Phononen verursacht, da mit zunehmender Temperatur der Halbleiterzone vermehrt Phononen erzeugt werden, während die Anzahl der Kristallgitterfehler und der Dotierstoffatome temperaturunabhängig ist.

Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, in einem Bereich, der die Freiwerdezeit, die dU/dt-Empfindlichkeit sowie die Überkopfzündspannung des Thyristors vorrangig bestimmt, und der sich üblicherweise etwa von der Zündstruktur bis zum Ende des ersten Zündstufenemitters erstreckt, die Dichte von Kristallgitterfehlern im Vergleich zu einem entsprechenden herkömmlichen Thyristor zu erhöhen und somit die Temperaturabhängigkeit dieser integrierten Schutzfunktionen zu verringern.

Hierzu ist eine Gitterfehlerzone vorgesehen, die in der vertikalen Richtung zumindest abschnittweise zwischen dem n-dotierten ersten Zündstufenemitter und der n-dotierten Basis angeordnet ist. In dieser Gitterfehlerzone, die sich in der lateralen Richtung wenigstens über denselben Bereich erstreckt wie der n-dotierte erste Zündstufenemitter, ist die Kristallgitterfehler-Dichte des Halbleiterkörpers lokal erhöht.

Um den hierdurch im Vergleich zu einem entsprechenden herkömmlichen Thyristor erhöhten elektrischen Widerstand auszugleichen, kann außerdem optional in diesem Bereich die Dotierstoffdosis erhöht werden.

Durch die Erhöhung der Kristallgitterfehler-Dichte ändert sich jedoch auch die Zündempfindlichkeit des ersten Zündstufenemitters. Infolge des durch die erhöhte Kristallgitterfehler-Dichte erhöhten Widerstandes des unterhalb des ersten Zündstufenemitters angeordneten Abschnitts der p-dotierten Basis steigt auch die bei einer bestimmten Stromdichte in der lateralen Richtung am Zündstufenemitter abfallende Spannung.

Um diesen erhöhten Spannungsabfall wieder auf den üblichen Wert abzusenken, kann zum Einen die Dotierstoffkonzentration der p-dotierten Basis unterhalb des ersten Zündstufenemitters im Vergleich zu einem herkömmlichen Thyristor erhöht werden. Zum Anderen kann hierzu der erste Zündstufenemitter im Vergleich zu einem entsprechenden Zündstufenemitter eines herkömmlichen Thyristors in der lateralen Richtung verkürzt hergestellt werden.

Ein erfindungsgemäßer Thyristor weist also eine Gitterfehlerzone auf, in der die Kristallgitterfehler-Dichte im Halbleiterkörper lokal erhöht ist. Hierbei wird die Beweglichkeit der Ladungsträger in der Gitterfehlerzone auf einen Wert reduziert, der zwischen 5% und 80%, vorzugsweise zwischen 10% und 50% des Ausgangswertes liegt. Der Ausgangswert ist dabei der Wert, der der Beweglichkeit des abgesehen von den Dotierstoffen weitgehend ungestörten Kristalls entspricht.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Thyristors in perspektivischer Ansicht,

2 einen Querschnitt durch einen Abschnitt des in 1 dargestellten Thyristors,

3 einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper, der eine schwache n-Grunddotierung aufweist und der zur Herstellung eines Thyristors gemäß 2 vorgesehen ist,

4 den Halbleiterkörper gemäß 3 nach Herstellung eines p-dotierten Emitters und einer Vorstufe der p-dotierten Basis,

5 den Halbleiterkörper gemäß 4 nach der Herstellung einer weiteren Vorstufe der p-dotierten Basis,

6 den Halbleiterkörper gemäß 5 nach der Herstellung der p-dotierten Basis mit ihren ersten, zweiten und dritten Abschnitten, sowie nach der Herstellung des p-dotierten Hauptemitters sowie mehrerer Zündstufenemitter,

7 einen vergrößerten Abschnitt des Halbleiterkörpers des Thyristors gemäß 2, bei dem im Halbleiterkörper eine Gitterfehlerzone hergestellt wird, und bei dem im ersten Abschnitt der p-dotierten Basis eine Widerstandszone erzeugt wird,

8 eine Thyristor entsprechend 7, bei dem die Gitterfehlerzone unterhalb des Zündstufenemitters der ersten Zündstufe von der n-dotierten Basis beabstandet ist,

9 einen vergrößerten Abschnitt eines Thyristors, bei dem die Gitterfehlerzone in vertikaler Richtung abschnittweise sowohl im n-dotierten Zündstufenemitter der ersten Zündstufe als auch in der n-dotierten Basis angeordnet ist und sich in der lateralen Richtung über den Zündstufenemitter der ersten Zündstufe hinaus erstreckt, und

10 einen Thyristor gemäß 9, bei dem die Gitterfehlerzone eine Teilzone aufweist, die in der p-dotierten Basis angeordnet ist, und

11 einen Thyristor entsprechend 9, bei dem die Gitterfehlerzone mindestens so weit von dem durch die p-dotierte Basis und die n-dotierte Basis ausgebildeten pn-Übergang beabstandet ist wie die Grenze der Raumladungszone, die sich bei einer vom Thyristor maximal gehaltenen Kippspannung einstellt, und

12 ein Thyristorsystem mit einem Hauptthyristor, der von einem Ansteuerthyristor angesteuert wird, wobei der Ansteuerthyristor entsprechend einem erfindungsgemäßen Thyristor ausgebildet ist.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente mit gleicher Funktion.

1 zeigt einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Thyristors in perspektivischer Ansicht.

Der Thyristor umfasst einen Halbleiterkörper 1 mit einer Vorderseite 11 und einer dieser gegenüberliegenden Rückseite 12. Zwischen der Rückseite 12 und der Vorderseite 11 sind in dem Halbleiterkörper 1 aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter 8, eine n-dotierte Basis 7, eine p-dotierte Basis 6 und ein n-dotierter Hauptemitter 5 angeordnet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Halbleiterkörper 1 mit Ausnahme von Kathodenkurzschlüssen 65, die im Bereich des Hauptemitters 5 angeordnet sind, rotationssymmetrisch um eine in der vertikalen Richtung v verlaufende Achse A-A' ausgebildet.

Die Kathodenkurzschlüsse 65 sind dadurch gebildet, dass sich die p-dotierte Basis 6 abschnittweise säulenartig bis zur Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1 erstreckt. Sie gewährleisten, dass der Thyristor auch bei einer großen Anstiegsgeschwindigkeit der Thyristorspannung (dU/dt-Belastung) nicht vor dem Erreichen der statischen Kippspannung unkontrolliert zündet.

Die p-dotierte Basis 6 weist optional einen ersten Abschnitt 61, einen zweiten Abschnitt 62, einen dritten Abschnitt 63 und einen vierten Abschnitt 64 auf. Der dritte Abschnitt 63 ist in einer zur vertikalen Richtung v senkrechten lateralen Richtung r zwischen dem ersten Abschnitt 61 und dem zweiten Abschnitt 62 angeordnet, weist jedoch eine schwächere Netto-p-Dotierstoffkonzentration auf als der erste Abschnitt 61.

Alternativ dazu kann das gemeinsame Gebiet aus dem ersten Abschnitt 61 und dem dritten Abschnitt 63 oder sogar die gesamte p-dotierte Basis 6 dieselbe Netto-p-Dotierstoffkonzentration aufweisen. Der erste, zweite und dritte Abschnitt 61, 62, 63 der p-Basis können mittels eines gemeinsamen Herstellungsverfahrens, beispielsweise mittels eines Diffusionsverfahrens zur Eindiffusion von p-Dotierstoffatomen, hergestellt werden. Ein Gradient der Dotierungskonzentration der p-Basis in lateraler Richtung r ist dann innerhalb der p-Basis 6, d.h. beabstandet zu dem pn-Übergang zwischen der p-Basis 6 und der n-Basis 7 gleich Null. Im Bereich des pn-Übergangs nimmt die p-Dotierung in Richtung der n-Basis 7 hingegen unvermeidlich ab.

Zwischen dem zweiten Abschnitt 62 und dem dritten Abschnitt 63 erstreckt sich ein Abschnitt 71 der n-dotierten Basis 7 weiter in Richtung der Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1 als in den übrigen Bereichen des Halbleiterkörpers 1.

Außerdem ist zwischen dem Abschnitt 71 der n-dotierten Basis 7 und dem zweiten Abschnitt 62 sowie dem dritten Abschnitt 63 ein pn-Übergang 42 mit gekrümmten Abschnitten ausgebildet. Dieser pn-Übergang 42 bildet eine Durchbruchsdiode 40 (BOD = Break Over Diode), durch die die Durchbruchspannung des Thyristors festgelegt ist.

Eine Zündung des Thyristors kann dadurch erfolgen, dass Licht, insbesondere Infrarotlicht, im Bereich der Durchbruchstruktur 40 auf die Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1 eingestrahlt wird.

In der lateralen Richtung r ist zwischen der Durchbruchsdiode 40 und dem n-dotierten Hauptemitter 5 eine Zündstufenstruktur mit beispielhaft vier Zündstufen ZS1, ZS2, ZS3 und ZS4 angeordnet. Jede der Zündstufen ZS1-ZS4 umfasst einen Zündstufenemitter 51, 52, 53 bzw. 54, der sich ausgehend von der Vorderseite 11 in den Halbleiterkörper 1 hinein erstreckt. Der der Zündstruktur 40 nächstgelegene und vom n-dotierten Hauptemitter 5 am weitesten beabstandete erste Zündstufenemitter 51 bildet mit dem schwach p-dotierten dritten Abschnitt 63 der p-dotierten Basis 6 einen pn-Übergang 41, mit dem ersten Abschnitt 61 einen weiteren pn-Übergang 43 aus.

Jeden der Zündstufenemitter 51, 52, 53, 54 kontaktiert eine auf der Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1 angeordnete Elektrode 91, 92, 93 bzw. 94, die den betreffenden Zündstufenemitter 51-54 auf dessen dem Hauptemitter 5 zugewandter Seite überragt. Die Elektroden 91, 92, 93, 94 sind vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Aluminium, oder aus Polysilizium gebildet.

Auf der Vorderseite 11 ist eine metallische Kathodenelektrode 9 angeordnet, die den Hauptemitter 5 elektrisch kontaktiert und die im Bereich der Durchbruchstruktur 40 sowie im Bereich der Zündstufenstruktur ZS1, ZS2, ZS3 und ZS4 ausgespart ist.

Der Kathodenelektrode 9 gegenüberliegend ist auf der Rückseite 12 eine Anodenelektrode 10 angeordnet, die den p-dotierten Emitter 8 kontaktiert.

Zwischen der Zündstruktur 40 und dem Hauptemitter 5 ist in der p-dotierten Basis 6 im Bereich der Zündstufenstruktur ZS1, ZS2, ZS3 und ZS4 noch ein symbolisch dargestellter Lateralwiderstand 66 zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit beim Zünden des Thyristors angeordnet.

Zur mechanischen Stabilisierung ist der Halbleiterkörper 1 mit der Elektrode 10 auf eine Molybdänschicht 2 aufgebracht, die mit der Anodenelektrode 10 auf deren dem Halbleiterkörper 1 abgewandten Seite verbunden ist.

Der schwach p-dotierte Abschnitt 63 der p-dotierten Basis 6 ist in der lateralen Richtung r zwischen dem Abschnitt 71 der n-dotierten Basis 7 und dem ersten Abschnitt 61 der p-dotierten Basis 6 angeordnet. Zwischen dem dritten Abschnitt 63 und dem ersten Abschnitt 61 der p-dotierten Basis 6 verläuft eine Grenzfläche 31.

In einer Gitterfehlerzone 13, die sich in der lateralen Richtung r wenigstens über die Länge des ersten Zündstufenemitters 51 der ersten Zündstufe ZS1 erstreckt, weist der Halbleiterkörper 1 eine lokal erhöhte Dichte an Kristallgitterfehlern auf. Die Gitterfehlerzone 13 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zumindest abschnittweise in dem schwach p-dotierten dritten Abschnitt 63 der p-dotierten Basis 6 angeordnet.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Gitterfehlerzone 13 in vertikaler Richtung v durchgehend vom ersten beabstandeten Zündstufenemitter 51 bis zur n-dotierten Basis 7.

Die lokal erhöhte Dichte von Kristallgitterfehlern in der Gitterfehlerzone 13 bewirkt dort eine Reduzierung der Beweglichkeit der freien Ladungsträger und damit einhergehend eine Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstandes in der Gitterfehlerzone 13, insbesondere in dem schwach p-dotierten dritten Abschnitt 63 der p-dotierten Basis 6.

Um dieser Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstandes in der Gitterfehlerzone 13 entgegenzuwirken, kann die Netto-Dotierstoffkonzentration des dritten Abschnitts 63 der p-dotierten Basis 6 höher gewählt werden als bei einem Thyristor gemäß dem Stand der Technik, der denselben Aufbau, jedoch keine lokale Erhöhung der Kristallgitterfehler-Dichte im dritten Abschnitt 63 der p-dotierten Basis 6 aufweist.

Die lokale Erhöhung der Dichte von Kristallgitterfehlern in der Gitterfehlerzone 13 wird bevorzugt dadurch realisiert, dass in den Halbleiterkörper 1 ausgehend von der Vorderseite 11 Teilchen eingestrahlt werden, die die Kristallgitterstruktur in der Gitterfehlerzone 13 schädigen.

Der Grad der Schädigung hängt dabei insbesondere von der Größe der Teilchen und von der gewählten Bestrahlungsdosis ab. Die Bestrahlungsenergie sollte bevorzugt so gewählt werden, dass in der vertikalen Richtung v ein möglichst großer, insbesondere unterhalb des ersten Zündstufenemitters 51 gelegener Bereich der p-dotierten Basis 6 geschädigt wird. Optional besteht die Möglichkeit, auch solche Bereiche des p-Emitters zu bestrahlen, die unter weiteren Zündstufenemittern 52, 53, 54 liegen.

Das Einstrahlen von Teilchen erfolgt bevorzugt nach der Herstellung der Kathodenelektrode 9 sowie der Elektroden 91, 92, 93, 94. Grundsätzlich kann das Einstrahlen der Teilchen jedoch auch vor der Herstellung der Kathodenelektrode 9 und der Elektroden 91, 92, 93, 94 erfolgen.

2 zeigt einen Vertikalschnitt durch den Thyristor gemäß 1 aus dessen Zentralbereich mit der gesamten Zündstufenstruktur ZS1, ZS2, ZS3, ZS4.

Nachfolgend wird die Herstellung eines Thyristors gemäß 2 anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Wie aus 3 ersichtlich ist, wird hierzu zunächst ein Halbleiterkörper 1, beispielsweise ein Silizium-Wafer, bereitgestellt.

Der Halbleiterkörper 1 weist eine schwache n-Grunddotierung, eine zur vertikalen Richtung v senkrechte Vorderseite 11, sowie eine dieser gegenüberliegende Rückseite 12 auf.

In diesem Halbleiterkörper 1 werden ausgehend von der Vorderseite 11 – wie im Ergebnis in 4 gezeigt – schwach p-dotierte Zonen 61', 62' erzeugt, die zusammen eine Vorstufe 6' der herzustellenden p-dotierten Basis 6 gemäß den 1 und 2 darstellt.

Die Herstellung der Zonen 61', 62' erfolgt bevorzugt durch vorderseitige maskierte Eindiffusion akzeptorerzeugender Elemente, bei einem Halbleiterkörper aus Silizium beispielsweise Bor, Aluminium oder Gallium.

Die Zonen 61', 62' sind in der lateralen Richtung r voneinander beabstandet angeordnet, so dass zwischen ihnen ein schwach n-dotierter Abschnitt 71' verbleibt, welcher mit den Zonen 61', 62' gekrümmte pn-Übergänge 42' ausbildet.

Des Weiteren wird, bevorzugt durch rückseitige Eindiffusion akzeptorerzeugender Elemente in den Halbleiterkörper 1 eine stark p-dotierte Zone 8 erzeugt, die den p-dotierten Emitter des Thyristors bildet. Durch die Herstellung der Zonen 61', 62' und 8 verbleibt eine schwach n-dotierte Zone 7', die eine Vorstufe der herzustellenden n-dotierten Basis 7 gemäß den 1 und 2 darstellt.

Die Herstellung der Zonen 61', 62' und 8 kann grundsätzlich in beliebiger Reihenfolge, aber auch gleichzeitig erfolgen. Um bei gleichzeitiger Herstellung der Zonen 61', 62' und 8 in den Zonen 61', 62' eine schwächere p-Dotierstoffkonzentration als in der Zone 8 zu erreichen, kann eine strukturierte Maske verwendet werden, die im Bereich der herzustellenden Zonen 61', 62' eine Feinstruktur aufweist, so dass im Bereich der herzustellenden Zonen 61', 62' eine p-Dotierung mit abwechselnd stark und schwach p-dotierten Abschnitten entsteht, welche sich mittels eines nachfolgenden Temperaturschrittes ausgleichen. Ebenso kann durch einen weiteren Eindiffusionsschritt von akzeptorerzeugenden Atomen, der nur ausgehend von der Rückseite 12 des Halbleiterkörpers 1 durchgeführt wird, die Netto-p-Dotierstoffkonzentration in der p-dotierten Schicht 8 erhöht werden.

Ausgehend von der Anordnung gemäß 4 wird – wiederum bevorzugt durch vorderseitige Eindiffusion akzeptorerzeugender Elemente -, wie im Ergebnis in 5 gezeigt ist, in der Zone 61' eine Zone 61'' erzeugt, die eine stärkere Netto-p-Dotierstoffkonzentration aufweist, als die Zone 61' gemäß 4. Wird hingegen in den Bereichen 61'' und 63' dieselbe Dotierstoffdosis angestrebt, wie dies bereits zuvor erläutert wurde, so entfällt die zusätzliche Eindiffusion akzeptorerzeugender Elemente. In diesem Fall kann bereits bei dem Diffuisionsverfahren zur Herstellung der Halbleiterzonen 61' und 62' eine ausreichend hohe Akzeptordosis gewählt werden. Bei einer weiteren Variante ist vorgesehen, die zentral angeordnete Halbleiterzone 62' erst bei der zweiten Eindiffusion akzeptoerzeugender Elemente, und somit mit einer höheren Dotierstoffdosis, herzustellen.

Die Herstellung der Zone 61'' erfolgt derart, dass ein Abschnitt 63' der ursprünglichen Zone 61' (4) verbleibt, der zwischen der Zone 61'' und dem ursprünglichen Abschnitt 62' (4) angeordnet ist, und der eine Vorstufe des herzustellenden dritten Abschnitts 63 der p-dotierten Basis 6 gemäß den 1 und 2 darstellt.

Zwischen den Zonen 61'' und 63' ist eine Grenzfläche 31' ausgebildet, die eine Vorstufe der Grenzfläche 31 gemäß den 1 und 2 darstellt.

Im Bereich der in 4 dargestellten Abschnitte 71' der Zone 7' wird ebenfalls durch maskierte vorderseitige Eindiffusion akzeptorerzeugender Elemente ein stark p-dotierter Abschnitt 64 (5) erzeugt, der sich ausgehend von der Vorderseite 11 in den Halbleiterkörper 1 hinein erstreckt, so dass die Zone 7 (5) von der Vorderseite 11 beabstandet ist und im Ergebnis die herzustellende n-dotierte Basis 7 gemäß 5 bildet.

Anschließend werden – bevorzugt durch vorderseitige maskierte Eindiffusion donatorerzeugender Elemente, bei einem Halbleiterkörper 1 aus Silizium beispielsweise Phosphor, Arsen oder Antimon, der stark n-dotierte Emitter 5 sowie die stark n-dotierten Zündstufenelektroden 51, 52, 53, 54 erzeugt, was im Ergebnis in 6 dargestellt ist.

Der Halbleiterkörper 1 kann nach der Eindiffusion der akzeptor- bzw. donatorerzeugenden Elemente zur Herstellung der Halbleiterzonen 61', 62', 8 (4), 61'' (5) und 5, 51, 52, 53, 54 gemäß 6 noch einem Temperaturschritt unterzogen werden, um die hergestellten Halbleiterzonen zu stabilisieren. Im Ergebnis zeigt der Halbleiterkörper gemäß 6 dieselbe Halbleiterzonenanordnung wie der Halbleiterkörper 1 gemäß den 1 und 2.

Ausgehend von der Anordnung gemäß 6 müssen im Halbleiterkörper 1 noch die Widerstandszone 66 sowie die Gitterfehlerzone 13 mit lokal erhöhter Kristallgitterfehler-Dichte hergestellt werden.

Die Herstellung der Widerstandszone 66 erfolgt vorzugsweise durch vorderseitige maskierte Implantation von Teilchen 96 in den ersten Abschnitt 61 der p-dotierten Basis 6, wie dies in der deutschen Patentanmeldung DE 196 40 311 A1 beschrieben ist.

In entsprechender Weise erfolgt die Herstellung der Gitterfehlerzone 13 mit erhöhter Kristallgitterfehler-Dichte ebenfalls durch vorderseitige Implantation von Teilchen 96 in den Halbleiterkörper 1.

Die Herstellung der Widerstandszone 66 und der Gitterfehlerzone 13 kann – wie in 7 dargestellt – sowohl gleichzeitig unter Verwendung einer entsprechend strukturierten Maske 95 erfolgen, als auch – bei entsprechend angepasster Maskierung – in beliebiger Reihenfolge nacheinander. Im letztgenannten Fall ist es auch möglich, zur Herstellung der Widerstandszone 66 und der Gitterfehlerzone 13 Teilchen 96 unterschiedlichen Typs zu verwenden.

Die Form und die Abmessung der Gitterfehlerzone 13 können dabei grundsätzlich beliebig gewählt werden, solange die Gitterfehlerzone 13 in vertikaler Richtung zumindest abschnittweise unterhalb des ersten Zündstufenemitters 51 angeordnet ist und sich in der lateralen Richtung r zumindest abschnittsweise über die Länge des ersten Zündstufenemitters 51 erstreckt. Die Gitterfehlerzone 13 ist dabei bevorzugt in der vertikalen Richtung v ganz oder zumindest abschnittweise zwischen der n-dotierten Basis 7 und dem ersten Zündstufenemitter 51 angeordnet. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Gitterfehlerzone 13 in der vertikalen Richtung v durchgehend vom ersten Zündstufenemitter 51 bis zur n-dotierten Basis 7. Alternativ kann sich die Gitterfehlerzone 13 auch in den Zündstufenemitter 51 hinein erstrecken.

Zur Herstellung der Gitterfehlerzone 13 eignen sich vorzugsweise Helium-Ionen und/oder Protonen und/oder Elektronen und/oder Sauerstoff-Ionen und/oder Silizium-Ionen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Helium-Ionen, da die hierzu erforderlichen Bestrahlungsenergien und Bestrahlungsdosen nicht allzu hoch gewählt werden müssen, um die gewünschte Erhöhung der Kristallgitterfehler-Dichte zu bewirken.

Die Anordnung gemäß 8 entspricht im Wesentlichen der Anordnung gemäß 7 mit dem Unterschied, dass die Lage der Gitterfehlerzone 13 anders gewählt ist. In der Anordnung gemäß 8 ist die Gitterfehlerzone 13 unterhalb des Zündstufenemitters 51 der ersten Zündstufe ZS1 von der n-dotierten Basis 7 beabstandet und erstreckt sich in Richtung des Abschnitts 71 der n-dotierten Basis 7 über den Zündstufenemitter 51 der ersten Zündstufe ZS1 hinaus.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 erstreckt sich die Gitterfehlerzone 13 in der lateralen Richtung r sowohl auf ihrer dem Abschnitt 71 zugewandten Seite als auch auf ihrer dem Hauptemitter zugewandten Seite über den Zündstufenemitter 51 der ersten Zündstufe ZS1 hinaus.

In der vertikalen Richtung v erstreckt sich die Gitterfehlerzone 13 abschnittweise sowohl in den Zündstufenemitter 51 der ersten Zündstufe ZS1, als auch in die n-dotierte Basis 7 hinein.

Die Gitterfehlerzone 13 weist eine erste Teilzone 13a auf, die vollständig in dem dritten Abschnitt 63 angeordnet ist, sowie eine zweite Teilzone 13b, die vollständig innerhalb des ersten Abschnitts 61 angeordnet ist. Dabei ist das Volumen der ersten Teilzone 13a vorzugsweise größer als das Volumen der zweiten Teilzone 13b.

Wie aus 10 ersichtlich ist, kann die Gitterfehlerzone 13 zusätzlich zu der ersten und zweiten Teilzone 13a, 13b auch noch eine dritte Teilzone 13c aufweisen, die vollständig in der n-dotierten Basis 7 angeordnet ist.

Dabei ist das Volumen der ersten Teilzone 13a vorzugsweise größer als das Volumen der zweiten Teilzone 13b und/oder größer als das Volumen der dritten Teilzone 13c. Besonders bevorzugt ist das Volumen der ersten Teilzone 13a größer als das Gesamtvolumen der zweiten Teilzone 13b und der dritten Teilzone 13c.

Darüber hinaus kann die Gitterfehlerzone 13 außer dem ersten Abschnitt 61, dem dritten Abschnitt 63 und der p-dotierten Basis 7 auch noch andere Bereiche des Halbleiterkörpers 1, beispielsweise den ersten Zündstufenemitter 51, erfassen, wie dies bereits anhand des Ausführungsbeispiels gemäß 9 gezeigt wurde. Außerdem kann sich die Gitterfehlerzone in lateraler Richtung bis unter die weiteren Zündstufenemitter 52, 53, 54 erstrecken. Des weiteren besteht die Möglichkeit, im Bereich dieser weiteren Zündstufenemitter 52, 53, 54 weitere, jeweils separate Gitterfehlerzonen anzuordnen.

Für alle Ausführungsformen, bei denen die Gitterfehlerzone 13 nicht vollständig im dritten Abschnitt 63 angeordnet ist, ist das Volumen der ersten Teilzone 13a bevorzugt größer als das Gesamtvolumen aller außerhalb des dritten Abschnitts 63 angeordneten Bereiche der Gitterfehlerzone 13.

11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Thyristors, der einen verringerten Leckstrom aufweist. Hierzu ist der Verlauf der Gitterfehlerzone 13 so gewählt, dass sie sich in der vertikalen Richtung v maximal bis zur Grenze 99 der Raumladungszone erstreckt, die sich einstellt, wenn am Thyristor die maximal gehaltene Kippspannung anliegt.

Durch die Gitterfehlerzone weist ein erfindungsgemäßer Thyristor ein anderes Zündverhalten auf als ein ansonsten gleich aufgebauter Thyristor gemäß dem Stand der Technik. Es kann daher erforderlich sein, das Zündverhalten entsprechend anzupassen. Hierzu kann die in der lateralen Richtung r gemessene Länge l (siehe 9, 10 und 11) des ersten Zündstufenemitters 51 so gewählt werden, dass die daran in der lateralen Richtung r unterhalb des ersten Zündstufenemitters 51 abfallende Spannung genauso groß ist wie bei einem ansonsten gleich aufgebauten Thyristor gemäß dem Stand der Technik ohne Gitterfehlerzone. Das bedeutet, dass sich in der lateralen Richtung r in dem Bereich des Halbleiterkörpers 1 unterhalb des ersten Zündstufenemitters 51 bei gleicher Stromdichte ungefähr der gleiche Spannungsabfall ergibt. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Netto-p-Dotierstoffkonzentration der p-dotierten Zone 63 angehoben werden.

Bei allen erfindungsgemäßen Thyristoren ist es nach der Herstellung der Gitterfehlerzonen mit lokal erhöhter Kristallgitterfehler-Dichte und/oder nach der Herstellung der Widerstandszone vorteilhaft, die erzeugten Defekte zu stabilisieren, um eine Änderung der elektrischen Eigenschaften beim Betrieb des Thyristors zu vermeiden. Hierzu kann der Halbleiterkörper nach dem Einstrahlen der Teilchen bei einer Temperatur getempert werden, die deutlich über der Betriebstemperatur des Thyristors liegen sollte und die vorzugsweise so hoch gewählt ist, dass einerseits die Beweglichkeit der freien Ladungsträger stark reduziert wird und andererseits die Generationslebensdauer nicht zu stark verringert wird. Die Temperung kann beispielsweise über mehrere Stunden bei einer Temperatur von 300° C bis 480° C durchgeführt werden.

Vorzugsweise vor der Herstellung der Widerstandszone 66 und der Gitterfehlerzone 13 mit lokal erhöhter Kristallgitterfehler-Dichte kann der Halbleiterkörper 1 gemäß den 1 und 2 auf seiner Vorderseite 11 mit der Kathodenelektrode 9 und den Elektroden 91, 92, 93 und 94 der Zündstufen ZS1, ZS2, ZS3 bzw. ZS4 versehen werden. Entsprechend kann der Halbleiterkörper 1 auf seiner Rückseite 12 mit der Anodenelektrode 10 versehen und mit dem Molybdänträger 2 verbunden werden.

Der erfindungsgemäße Thyristor kann insbesondere auch als Ansteuerthyristor zur Ansteuerung eines Hauptthyristors verwendet werden.

12 zeigt beispielhaft ein Thyristorsystem 300 mit einem Hauptthyristor 100 und einem Ansteuerthyristor 200. Der Hauptthyristor 100 weist eine Anode 101, eine Kathode 102 und ein Gate 103 auf.

Der Ansteuerthyristor 200 weist eine Gitterfehlerzone auf, die entsprechend der anhand der 1 bis 11 erläuterten Gitterfehlerzone 13 ausgebildet ist. Der Ansteuerthyristor 200 ist lichtzündbar und weist eine Kathode 9, eine Anode 10 sowie einen optionalen Gate-Anschluss 203 auf.

Bei dem Thyristorsystem 300 sind die Anode 101 des Hauptthyristors 100 und die Anode 10 des Ansteuerthyristors 200 elektrisch miteinander verbunden. Des Weiteren ist der Gate-Anschluss 103 des Hauptthyristors 100 elektrisch mit der Kathode 9 des Ansteuerthyristors 200 verbunden.

Das Thyristorssystem 300 wird dadurch gezündet, dass der Ansteuerthyristor 200 entweder durch Licht oder mittels eines seinem Gate-Anschluss 203 zugeführten Steuerimpulses gezündet wird. Der Ansteuerthyristor 200 zündet seinerseits den Hauptthyristor 100.

1
Halbleiterkörper
2
Molybdänträger
5
Hauptemitter
6
p-dotierte Basis
6'
Vorstufe der p-dotierten Basis
7
n-dotierte Basis
7'
Vorstufe der n-dotierten Basis
8
p-dotierter Emitter
9
Kathodenelektrode
10
Anodenelektrode
11
Vorderseite des Halbleiterkörpers
12
Rückseite des Halbleiterkörpers
13
Gitterfehlerzone mit erhöhter Kristallgitterfehler-Dichte
13a
Abschnitt der Gitterfehlerzone
13b
Abschnitt der Gitterfehlerzone
13c
Abschnitt der Gitterfehlerzone
31
Grenzfläche p/p-
31'
Vorstufe der Grenzfläche p/p-
40
Durchbruchsdiode (BOD)
41
erster pn-Übergang
42
zweiter pn-Übergang
43
dritter pn-Übergang
42'
Vorstufe des zweiten pn-Übergangs
51
Zündstufenemitter der ersten Zündstufe
52
Zündstufenemitter der zweiten Zündstufe
53
Zündstufenemitter der dritten Zündstufe
54
Zündstufenemitter der vierten Zündstufe
61
erster Abschnitt der p-dotierten Basis
61'
Vorstufe des ersten und dritten Abschnitts der p-dotierten Basis
61''
Vorstufe des ersten Abschnitts der p-dotierten Basis
62
zweiter Abschnitt der p-dotierten Basis
62'
Vorstufe des zweiten Abschnitts der p-dotierten Basis
63
dritter Abschnitt der p-dotierten Basis
63'
Vorstufe des dritten Abschnitts der p-dotierten Basis
64
vierter Abschnitt der p-dotierten Basis
65
Kathodenkurzschluss
66
Widerstandszone
71
Abschnitt der n-dotierten Basis
71'
Vorstufe des Abschnitts 71 der n-dotierten Basis
91
Elektrode der ersten Zündstufe
92
Elektrode der zweiten Zündstufe
93
Elektrode der dritten Zündstufe
94
Elektrode der vierten Zündstufe
95
Maske
96
Teilchen
99
Grenze der Raumladungszone
100
Hauptthyristor
101
Anode des Hauptthyristors
102
Kathode des Hauptthyristors
103
Gate des Hauptthyristors
200
Ansteuerthyristor
203
Gate des Ansteuerthyristors
300
Thyristorsystem
l
Länge des Zündstufenemitters in lateraler Richtung
r
laterale Richtung
v
vertikale Richtung
A-A'
Symmetrieachse
ZS1
erste Zündstufe
ZS2
zweite Zündstufe
ZS3
dritte Zündstufe
ZS4
vierte Zündstufe


Anspruch[de]
Thyristor mit folgenden Merkmalen:

– einem Halbleiterkörper (1), in dem in einer vertikalen Richtung (v) aufeinanderfolgend ein p-dotierter Emitter (8), eine n-dotierte Basis (7), eine p-dotierte Basis (6) und ein n-dotierter Hauptemitter (5) angeordnet sind,

– einer Zündeinrichtung (40),

– einer ersten Zündstufe (ZS1), die in einer zur vertikalen Richtung (v) senkrechten lateralen Richtung (r) zwischen der Zündeinrichtung (40) und dem Hauptemitter (5) angeordnet ist und die einen n-dotierten Zündstufenemitter (51) umfasst, und

– einer in der vertikalen Richtung (v) zumindest abschnittweise zwischen dem n-dotierten Zündstufenemitter (51) und der n-dotierten Basis (7) angeordneten Gitterfehlerzone (13), in der die Kristallgitterfehler-Dichte des Halbleiterkörpers (1) lokal erhöht ist und die sich in der lateralen Richtung (r) wenigstens abschnittsweise über denselben Bereich erstreckt wie der n-dotierte Zündstufenemitter (51).
Thyristor nach Anspruch 1 mit wenigstens zwei Zündstufen (ZS1, ZS2, ZS3, ZS4), von denen die erste Zündstufe (ZS1) die der Zündeinrichtung (40) nächstgelegene Zündstufe (ZS1) ist. Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die p-dotierte Basis (6) eine Netto-p-Dotierstoffkonzentration aufweist, deren Gradient beabstandet zu einem pn-Übergang zwischen der p-dotierten Basis (6) und der n-dotierten Basis (7) in der lateralen Richtung (r) gleich Null ist. Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die p-dotierte Basis (6) einen ersten Abschnitt (61) und einen zweiten Abschnitt (62) aufweist, die in der lateralen Richtung (r) voneinander beabstandet sind und zwischen denen ein dritter Abschnitt (63) angeordnet ist, der schwächer p-dotiert ist als der erste Abschnitt (61). Thyristor nach Anspruch 4, bei dem der n-dotierte Zündstufenemitter (51) der ersten Zündstufe (ZS1) mit dem dritten Abschnitt (63) einen ersten pn-Übergang (41) ausbildet. Thyristor nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Gitterfehlerzone (13) eine erste Teilzone (13a) aufweist, die durch den im dritten Abschnitt (63) angeordneten Bereich der Gitterfehlerzone (13) gebildet ist. Thyristor nach Anspruch 6, bei dem die Gitterfehlerzone (13) eine zweite Teilzone (13b) aufweist, die durch den im ersten Abschnitt (61) angeordneten Bereich der Gitterfehlerzone (13) gebildet ist. Thyristor nach Anspruch 7, bei dem das Volumen der ersten Teilzone (13a) größer ist als das Volumen der zweiten Teilzone (13b). Thyristor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Gitterfehlerzone (13) eine dritte Teilzone (13c) aufweist, die durch den in der n-dotierten Basis (7) angeordneten Bereich der Gitterfehlerzone (13) gebildet ist. Thyristor nach Anspruch 9, bei dem das Volumen der ersten Teilzone (13a) größer ist als das Volumen der dritten Teilzone (13c). Thyristor nach Anspruch 10, bei dem das Volumen der ersten Teilzone (13a) größer ist als das gemeinsame Volumen der zweiten Teilzone (13b) und der dritten Teilzone (13c). Thyristor nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem das Volumen der ersten Teilzone (13a) größer ist als das Gesamtvolumen der außerhalb des dritten Abschnitts (63) angeordneten Bereiche der Gitterfehlerzone (13). Thyristor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem die Gitterfehlerzone (13) vollständig im dritten Abschnitt (63) angeordnet ist. Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich die Gitterfehlerzone (13) in vertikaler Richtung (v) von dem n-dotierten Zündstufenemitter (51) bis zu der n-dotierten Basis (7) erstreckt. Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich die Gitterfehlerzone (13) in der vertikalen Richtung abschnittweise in den Zündstufenemitter (51) hinein erstreckt. Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Gitterfehlerzone (13) von der dem p-dotierten Emitter (8) abgewandten Seite (11) des Halbleiterkörpers (1) wenigstens so weit beabstandet ist wie die sich bei einer vom Thyristor maximal gehaltenen Kippspannung ausbildende Raumladungszone. Thyristor nach einem der Ansprüche 2 bis 16, bei dem sich die Gitterfehlerzone (13) in der lateralen Richtung bis unter einen Zündstufenemitter (52, 53, 54) wenigstens einer weiteren Zündstufe (ZS2, ZS3, ZS4) erstreckt. Thyristor nach einem der Ansprüche 2 bis 16, bei dem unter einem Zündstufenemitter (52, 53, 54) wenigstens einer weiteren Zündstufe (ZS2, ZS3, ZS4) eine weitere separate Gitterfehlerzone angeordnet ist. Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Zündeinrichtung lichtzündbar und/oder elektrisch zündbar ist. Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Zündeinrichtung als Durchbruchsdiode (40) ausgebildet ist. Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Freiwerdeschutz und/oder mit einem dU/dt-Schutz. Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der n-dotierte Zündstufenemitter (51) mit dem ersten Abschnitt (61) einen zweiten pn-Übergang (43) ausbildet. Thyristor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Ladungsträgerbeweglichkeit in der Gitterfehlerzone (13) 5% bis 80% der Ladungsträgerbeweglichkeit eines wenigstens annäherungsweise ungestörten dotierten Halbleiterkristalls beträgt. Thyristor nach Anspruch 23, bei dem die Ladungsträgerbeweglichkeit in der Gitterfehlerzone (13) 10% bis 50% der Ladungsträgerbeweglichkeit eines wenigstens annäherungsweise ungestörten dotierten Halbleiterkristalls beträgt. Verfahren zur Herstellung eines Thyristors nach einem der vorangehenden Ansprüche mit folgenden Schritten:

– Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (1),

– Herstellen eines p-dotierten Emitters (8), einer n-dotierten Basis (7), einer p-dotierten Basis (6) und eines n-dotierten Hauptemitters (5), die in dem Halbleiterkörper (1) in einer vertikalen Richtung (v) aufeinanderfolgend angeordnet sind,

– Herstellen einer Zündeinrichtung (40),

– Herstellen einer ersten Zündstufe (ZS1), die in einer zur vertikalen Richtung (v) senkrechten lateralen Richtung (r) zwischen der Zündeinrichtung (40) und dem Hauptemitter (5) angeordnet ist und die einen n-dotierten Zündstufenemitter (51) umfasst,

– Erzeugen einer Gitterfehlerzone (13), die in der vertikalen Richtung (v) zumindest abschnittweise zwischen dem n-dotierten Zündstufenemitter (51) und der n-dotierten Basis (7) angeordnet ist, in der die Kristallgitterfehler-Dichte des Halbleiterkörpers (1) lokal erhöht ist und die sich in der lateralen Richtung (r) wenigstens abschnittsweise über denselben Bereich erstreckt wie der n-dotierte Zündstufenemitter (51).
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem das Erzeugen der lokal erhöhten Kristallgitterfehler-Dichte durch Einstrahlen von Teilchen (96) in den Halbleiterkörper (1) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem als Teilchen (96) Helium-Ionen und/oder Protonen und/oder Elektronen und/oder Sauerstoff-Ionen und/oder Silizium-Ionen verwendet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, bei dem die Ladungsträgerbeweglichkeit in der Gitterfehlerzone (13) 5% bis 80% der Ladungsträgerbeweglichkeit eines wenigstens annäherungsweise ungestörten dotierten Halbleiterkristalls beträgt. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem die Ladungsträgerbeweglichkeit in der Gitterfehlerzone (13) 10% bis 50% der Ladungsträgerbeweglichkeit eines wenigstens annäherungsweise ungestörten dotierten Halbleiterkristalls beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, bei dem wenigstens zwei Zündstufen (ZS1, ZS2, ZS3, ZS4) in dem Halbleiterkörper (1) erzeugt werden, von denen die erste Zündstufe (ZS1) als der Zündeinrichtung (40) nächstgelegene Zündstufe (ZS1) hergestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, bei dem die p-dotierte Basis (6) mit einer Netto-p-Dotierstoffkonzentration hergestellt wird, deren Gradient in der lateralen Richtung (r) gleich Null ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, bei dem die p-dotierte Basis (6) derart hergestellt wird, dass sie einen ersten Abschnitt (61) und einen zweiten Abschnitt (62) aufweist, die in der lateralen Richtung (r) voneinander beabstandet sind und zwischen denen ein dritter Abschnitt (63) angeordnet ist, der schwächer p-dotiert ist als der erste Abschnitt (61). Verfahren nach Anspruch 32, bei dem der n-dotierte Zündstufenemitter (51) der ersten Zündstufe (ZS1) derart hergestellt wird, dass er mit dem dritten Abschnitt (63) einen ersten pn-Übergang (41) ausbildet. Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, bei dem die Gitterfehlerzone (13) derart hergestellt wird, dass sie eine erste Teilzone (13a) aufweist, die durch den im dritten Abschnitt (63) angeordneten Bereich der Gitterfehlerzone (13) gebildet wird. Verfahren nach Anspruch 34, bei dem die Gitterfehlerzone (13) derart hergestellt wird, dass sie eine zweite Teilzone (13b) aufweist, die durch den im ersten Abschnitt (61) angeordneten Bereich der Gitterfehlerzone (13) gebildet wird. Verfahren nach Anspruch 35, bei dem die Gitterfehlerzone (13) derart hergestellt wird, dass das Volumen der ersten Teilzone (13a) größer ist als das Volumen der zweiten Teilzone (13b). Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, bei dem die Gitterfehlerzone (13) derart hergestellt wird, dass sie eine dritte Teilzone (13c) aufweist, die durch den in der n-dotierten Basis (7) angeordneten Bereich der Gitterfehlerzone (13) gebildet wird. Verfahren nach Anspruch 37, bei dem die Gitterfehlerzone (13) derart hergestellt wird, dass das Volumen der ersten Teilzone (13a) größer ist als das Volumen der dritten Teilzone (13c). Verfahren nach Anspruch 37, bei dem die Gitterfehlerzone (13) derart hergestellt wird, dass das Volumen der ersten Teilzone (13a) größer ist als das gemeinsame Volumen der zweiten Teilzone (13b) und der dritten Teilzone (13c). Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 39, bei dem die Gitterfehlerzone (13) derart hergestellt wird, dass das Volumen der ersten Teilzone (13a) größer ist als das Gesamtvolumen der außerhalb des dritten Abschnitts (63) angeordneten Bereiche der Gitterfehlerzone (13). Verfahren nach einem der Ansprüche 32 oder 33, bei dem die Gitterfehlerzone (13) vollständig im dritten Abschnitt (63) angeordnet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 41, bei dem die Gitterfehlerzone (13) derart hergestellt wird, dass sie sich in der vertikalen Richtung (v) von dem n-dotierten Zündstufenemitter (51) bis zu der n-dotierten Basis (7) erstreckt. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 42, bei dem die Gitterfehlerzone (13) derart hergestellt wird, dass sie sich in der vertikalen Richtung (v) abschnittweise in den Zündstufenemitter (51) hinein erstreckt. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 43, bei dem die Gitterfehlerzone (13) derart hergestellt wird, dass sie von der dem p-dotierten Emitter (8) abgewandten Seite (11) des Halbleiterkörpers (1) wenigstens so weit beabstandet ist wie die sich bei einer vom Thyristor maximal gehaltenen Kippspannung ausbildende Raumladungszone. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 44, bei dem die Gitterfehlerzone (13) derart hergestellt wird, dass sie sich in der lateralen Richtung bis unter einen Zündstufenemitter (52, 53, 54) wenigstens einer weiteren Zündstufe (ZS2, ZS3, ZS4) erstreckt. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 44, bei dem unter einem Zündstufenemitter (52, 53, 54) wenigstens einer weiteren Zündstufe (ZS2, ZS3, ZS4) eine weitere separate Gitterfehlerzone hergestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 46, bei dem die Zündeinrichtung lichtzündbar und/oder elektrisch zündbar hergestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 47, bei dem die Zündeinrichtung als Durchbruchsdiode (40) hergestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 48, bei dem in dem Halbleiterkörper (1) ein Freiwerdeschutz und/oder ein dU/dt-Schutz hergestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 49, bei dem der n-dotierte Zündstufenemitter (51) derart hergestellt wird, dass er mit dem ersten Abschnitt (61) einen zweiten pn-Übergang (43) ausbildet. Thyristorsystem mit einem Hauptthyristor (100), der eine Anode (101), eine Kathode (102) und einen Steueranschluss (103) aufweist, sowie mit einem Ansteuerthyristor (200), der gemäß einem der Thyristoren nach einem der Ansprüche 1 bis 22 ausgebildet ist, wobei

– der Steueranschluss (103) des Hauptthyristors (100) elektrisch mit dem n-dotierten Hauptemitter (5) des Ansteuerthyristors (200) verbunden ist, und wobei

– die Anode (101) des Hauptthyristors (100) elektrisch mit der p-dotierten Basis (8) des Ansteuerthyristors (200) verbunden ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com