DE6922591U

DE6922591U - SEMICONDUCTOR ELEMENT

Info

Publication number: DE6922591U
Application number: DE6922591U
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1968-07-15
Filing date: 1969-06-06
Publication date: 1971-03-18
Also published as: NL6812691A; SE354381B; CH485324A; DE1928787A1; GB1220315A; FR2012977A7; AT278907B

Description

.91/68 Sta/bö.91 / 68 Sta / bö

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)Public limited company Brown, Boveri & Cie., Baden (Switzerland)

HalbleiterelementSemiconductor element

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterelement mit einer Halbleiterscheibe, die mindestens d:.-ei Zonen abwechselnden Leitungstyps sowie eine kegelig abgeschrägte Randoberfläche aufweist, an der die p-n Uebergänge, welche die am niedrigsten dotierte Zone begrenzen, an die Oberfläche treten. The invention relates to a semiconductor element with a semiconductor wafer which has at least d: .- ei zones of alternating conductivity type and a conically bevelled edge surface at which the pn junctions, which delimit the lowest doped zone, come to the surface.

Durch diese kegelic abgeschrägte Randzone erzielt man bei sonst gleichen Verhältnissen eine Verringerung der maximalen Oberflächenfeldstärke bzw. des Einflusses der Oberflächenbeschaffenheit auf die Sperreigenschaften des Halbleiterelementes.With this conical beveled edge zone one achieves with otherwise the same conditions result in a reduction in the maximum surface field strength or the influence of the surface properties the barrier properties of the semiconductor element.

Derlei Abschrägungen der Randoberfläche kommen sowohl bei Halbleiterdioden als auch bei Thyristoren zur Anwendung. Fig. 1 zeigt z.B. den Aktivteil eines solchen bekannten Thyristors im Schnitt. Die Dicke der Halbleiterscheibe ist dabei wie üblich übertriebenSuch bevels of the edge surface occur both with semiconductor diodes as well as with thyristors. For example, Fig. 1 shows the active part of such a known thyristor in section. As usual, the thickness of the semiconductor wafer is exaggerated

stark dargestellt.strongly represented.

- 2 - 91/68- 2 - 91/68

Die Halbleiterscheibe 1 enthält drei sich über die ganze Scheibe erstreckende Zonen abwechselnden Leitungstyps. An die der Basis der kegelig abgeschrägten Randoberfläche 5 zugewandten äusseren Zone 2 ist eine Trägerplatte 6 aus Molybdän anlegiert, während an der anderen ,der Verjüngung der kegeligen Randoberflache 5 zugewandten äusseren Zone 4 einerseits eine zentrale Steuerelektrode 7 angebracht und andererseits in ihr eine ringförmige durch eine Emitterelektrode 8 kontaktierte Emitterzone 9 eingebetet ist.The semiconductor wafer 1 contains three extending over the entire wafer Zones of alternating line types. To the outer zone 2 facing the base of the conically bevelled edge surface 5 a carrier plate 6 made of molybdenum is alloyed, while on the other, the taper of the conical edge surface 5 facing A central control electrode 7 is attached to the outer zone 4 on the one hand and on the other hand, an annular emitter zone 9 contacted by an emitter electrode 8 is embedded in it.

Bei einem solchen Thyristor stellt sich bei Anlegen einer Spannung in Sperrrichtung in der Halbleiterscheibe 1 beiderseits des p-n Ueberganges zwischen den Zonen 2 und 3 eine Raumladungszone ein, aus der ein elektrisches Feld resultiert, dessen Aquipotentiallinien 10 am Rand der Halbleiterscheibe 1 in die Richtung der Verjüngung der kegeligen Randoberfläche 5 gekrümmt sind. Um zu vermeiden, dass an der keglig abgeschrägten Randoberfläche 5 die Raumladungszone den zwischen den Zonen 3 und 4 liegenden p-n Uebergang erreicht, was zu einem oberflächigen Spannungsdurchbruch führen würde, der wegen der Gefahr einer örtlichen Zerstörung der Halbleiterstruktur vermieden werden sollte, muss die Dicke der mittleren Zone 3 grosser gemacht werden als es für die charakteristischen Werte im zentralen Teil des Halbleiterelementes an sich nötig wäre. Eine relativ grosse Dicke der mittleren Zone 3, die von allen Zonen im allgemeinen am niedrigsten dotiert ist, also den höchsten spezifischen Widerstand aufweist, führt bei gezündetem Thyristor zu einem relativ höhnen Spannungsabfall bzw. zu dementsprechend hohen Verlusten.In such a thyristor, when a voltage is applied in the blocking direction in the semiconductor wafer 1 on both sides of the p-n transition between the zones 2 and 3 a space charge zone on, off which results in an electric field whose equipotential lines 10 at the edge of the semiconductor wafer 1 in the direction of the taper of the conical edge surface 5 are curved. To avoid that at the conical beveled edge surface 5, the space charge zone reaches the p-n transition lying between zones 3 and 4, which leads to would lead to a surface voltage breakdown, which is avoided because of the risk of local destruction of the semiconductor structure should be made, the thickness of the middle zone 3 must be made larger than would be necessary for the characteristic values in the central part of the semiconductor element. A relatively large thickness the middle zone 3, which is generally the lowest doped of all zones, that is to say the highest specific resistance has, leads to a relatively high voltage drop or correspondingly high losses when the thyristor is triggered.

Aus der US-Patentschrift 3,370,209 ist nun ein Halbleiterelement mit kegelig abgeschrägter Randoberfläche bekannt, bei dem zur VerringerungFrom US Patent 3,370,209 a semiconductor element is now with conical beveled edge surface known in which to reduce

des Spannungsabfalls in Durchlassrichtung die am niedrigsten dotierte Π innere Zone am Rand der Halbleiterscheibe eine grössere Dicke aufweist als in ihrem zentralen Bereich. Die Herstellung eines solchen Halbleiterelementes ist aber relativ teuer.of the voltage drop in the forward direction is the lowest doped Π inner zone at the edge of the semiconductor wafer has a greater thickness than in their central area. The production of such a semiconductor element is relatively expensive.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterelement anzugeben, bei dem durch einfache und billige Massnahmen eine bei Anlegen einer Spannung in Sperrrichtung auftretende ungleichmässige Erhöhung der Oberflächenfeldstärke am Rand des Halbleiterelementes weitgehend vermieden wird.The invention is now based on the object of a semiconductor element specify, in which, through simple and cheap measures, an uneven voltage that occurs when a voltage is applied in the reverse direction Increasing the surface field strength at the edge of the semiconductor element is largely avoided.

Das Halbleiterelement gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der der Verjüngung der kegeligen Randfläche zugewandten Frontseite der Halbleiterscheibe eine in sich geschlossene Vertiefung vorgesehen ist, welche bis in die am niedrigsten dotierte Zone reicht," wobei ein diese Zone begrenzender p-n Uebergang in dieser Vertiefung längs zwei in sich geschlossenen und einander nicht kreuzenden Linien an die Oberfläche tritt.The semiconductor element according to the invention is characterized in that a self-contained depression is provided on the front side of the semiconductor wafer facing the taper of the conical edge surface, which extends into the lowest doped zone, "with a pn junction delimiting this zone in this depression comes to the surface along two self-contained and non-crossing lines.

Die Erfindung wird nachstehend an dem Beispiel eines Thyristors eingehend erläutert.The invention will be explained in more detail below using the example of a thyristor explained.

Der Aktivteil dieses Thyristors unterscheidet sich von dem des bekannten Thyristors gemäss Fig. 1 abgesehen von der Dimensionierung, nur durch die besondere Ausbildung seiner Randzone. Diese Randzone ist in Fig. 2 schematisch im Schnitt dargestellt.The active part of this thyristor differs from that of the known thyristor according to FIG. 1, apart from the dimensions, only through the special design of its edge zone. This edge zone is shown schematically in section in FIG. 2.

Zur Bildung der p-n-p-n Struktur des Thyristor-Aktivteils weist die Halbleiterscheibe Zonen 2,3,4 und 9 abwechselnden Leitungstyps auf,To form the pnpn structure of the thyristor active part, the semiconductor wafer has zones 2, 3, 4 and 9 of alternating conductivity types,

. ■' - '4 '- ' ■ ,91/68. ■ '-' 4 '-' ■, 91/68

wobei die-innere Zone 3 am niedrigsten dotiert ist. Die Halbleiter-the inner zone 3 being the least doped. The semiconductor

/ aus einkristallinem Silizium
scheibe V hat eine kegelig abgeschrägte Randoberfläche 5, an der die p-n Uebergänge, welche die am niedrigsten dotierte Zone 3 begrenzen, an die Oberfläche treten. Die Halbleiterscheibe 1 ist schliesslich, so wie der bekannte Thyristor-Aktivteil gemäss Pig. I, mit einer Trägerplatte 6 aus Molybdän,einer Emitterelektrode 9 und einer zentralen Steuerelektrode (in Fig. 2 nicht dargestellt) versehen. An der der Verjüngung der kegeligen Randoberfläche 5 zugewandten Frontseite der Halbleiterscheibe 1 ist eine ringförmige Vertiefung 11 angebracht, die bis in die am niedrigsten dotierte Zone 3 reicht, so dass der p-n Uebergang zwischen den Zonen 3 und ^ in dieser, Vertiefung 10 längs zwei in sich geschlossenen und einander nicht kreuzenden Linien an die Oberfläche tritt. Durch|diese Vertiefung 11 wird ein ringförmiger Bereich 12 der ρ dotierten Zone 4 von der übrigen Zone abgetrennt, was zur Folge hat, dass bei Anlegen einer Spannung in Sperrrichtung sich in der Raumladungszone ein Feld ausbildet, dessen Äquipotentiallinien 13 zum Teil in den von der Zone/ made of single crystal silicon
Disk V has a conically bevelled edge surface 5 on which the pn transitions, which delimit the lowest doped zone 3, come to the surface. Finally, the semiconductor wafer 1 is like the known thyristor active part according to Pig. I, provided with a carrier plate 6 made of molybdenum, an emitter electrode 9 and a central control electrode (not shown in FIG. 2). On the front side of the semiconductor wafer 1 facing the taper of the conical edge surface 5, an annular recess 11 is attached which extends into the lowest doped zone 3, so that the pn transition between the zones 3 and ^ in this, recess 10 along two in closed and non-crossing lines appear on the surface. This recess 11 separates an annular area 12 of the ρ doped zone 4 from the rest of the zone, with the result that when a voltage is applied in the reverse direction, a field is formed in the space charge zone, the equipotential lines 13 of which are partly in those of the Zone

12
4 abgetrennte^ ringförmigen Bereich/enden.12th
4 separated ^ annular area / ends.

Die Tiefe, bis zu der die Vertiefung Ii in die am niedrigsten dotierte Zone 3 eindringt, ist dabei vorteilhaft so gewählt, dass im Zentrum der Halbleiterscheibe 1 in der gleichen Tiefe vor Eintreten des Lawindendurchbrucb.es die Feldstärke kleiner als 1 kV/cm ist. Durch eine solche vorteilhafte Dimensionierung und ein geeignet abgerundetes Profil der Sohle der Vertiefung 11 kann man erreichen, dass die Grenze der Raumladungszone knapp vor Eintreten des Lawinendurchbruches wenigstens teilweise angenähert parallel zur Oberfläche dieser Sohle verläuft, so dass an ihr keine nennenswerten OberflächenfeldstärkenThe depth to which the recess Ii in the least doped Zone 3 penetrates, is advantageously chosen so that in the center of the semiconductor wafer 1 at the same depth before the occurrence of the avalanche breakthrough, the field strength is less than 1 kV / cm. By Such an advantageous dimensioning and a suitably rounded profile of the sole of the recess 11 can be achieved that the limit the space charge zone just before the avalanche breakthrough runs at least partially approximately parallel to the surface of this sole, so that there are no significant surface field strengths on it

• · *■ W · · · · ι » · t» if 4 ft• · * ■ W · · · · ι »· t» if 4 ft

- 5 - 91/68- 5 - 91/68

auftreten, die einen oberflächigen Durchbruch einleiten könnten.occur that could initiate a superficial breakthrough.

Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, die gegen das Zentrum der Halbleiterscheibe 1 liegende Flanke 14 der Vertiefung 11 wenigstens angenähert kegelig auszubilden, wobei sie mit dem an ihr an die Oberfläche tretenden p-n Uebergang einen Winkelo( ύ. 20° einschliesst.It has also proven to be advantageous to make the flank 14 of the recess 11, which lies against the center of the semiconductor wafer 1, at least approximately conical, enclosing an angle ( ύ. 20 ° with the pn transition on it coming to the surface.

Bei der Herstellung des Thyristoraktivteils gemäss Fig. 2 erfolgt die Ausbildung der Vertiefung 11 bzw. der kegeligen Randoberfläche vorteilhaft als letzter Verfahrensschritt durch Abtragung des Halbleitermaterials mittels Ultraschallbearbeitung.During the production of the thyristor active part according to FIG. 2, the recess 11 or the conical edge surface is formed advantageous as the last process step by removing the semiconductor material by means of ultrasonic processing.

Claims

til * it t a - 6 - 91/68 -t ynsprüche

1. Semiconductor element with a semiconductor wafer, which has at least three zones of alternating conductivity type and a conical beveled edge surface, at which the pn transitions, which limit the ■ lowest doped zone, come to the surface, characterized in that the taper of the conical The front side of the semiconductor wafer (1) facing the edge surface (5) is provided with a self-contained recess (11) which extends into the lowest doped zone (J>) , a pn junction delimiting this zone O) in this recess (11) comes to the surface along two self-contained and non-crossing lines.

2. Semiconductor element according to claim 1, characterized in that the depth to which the recess (11) penetrates into the lowest doped zone (3) is chosen so that in the center of the Semiconductor wafer (1) at the same depth before the occurrence of the avalanche breakdown, the electric field strength is less than 1 kV / cm is.

3. Semiconductor element according to claim 1 or claim 2, characterized in that that the flank (14) of the recess (11) lying against the center of the semiconductor wafer (1) is at least approximately conical j is formed and includes an angle ^ fE: 20 with the p-n transition emerging at it on the surface.

Aktiengesellschaft, BRpWN, BOVERI & CIE.

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