(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース層（１）に施されこのベース層（１）に平坦に埋め込まれているエミッタ領域（２）と、ベース層（１）と接触しているゲート電極（４）と、エミッタ領域（２）に施され少なくとも金属層を有するエミッタ電極（１３）と、エミッタ電極（１３）の表面に圧力を加える金属押圧板（７）とを有し、エミッタ電極（１３）の表面に圧力を加える金属押圧板（７）の下面がゲート電極（４）の上面から間隔をおいて延びているようにエミッタ電極（１３）の表面がエミッタ領域（２）の表面の少なくとも１０〜１５μｍ上に置かれているＧＴＯサイリスタのための陰極装置において、エミッタ領域（２）の上に絶縁層（８）が施され、この絶縁層（８）が金属層から形成されたエミッタ電極（１３）により覆われ、またエミッタ電極（１３）が絶縁層（８）の周縁においてエミッタ領域（２）と接触していることを特徴とするＧＴＯサイリスタに対する陰極装置。
【請求項２】
絶縁層（８）が化学蒸着法（ＣＶＤ）により施されたシリコン二酸化物層から成っていることを特徴とする請求項１記載の陰極装置。
【請求項３】
エミッタ電極（１３）および／またはゲート電極（４）がアルミニウムから、またはチタン、白金および金から成る層列から成っていることを特徴とする請求項１または２記載の陰極装置。
【請求項４】
ベース層（１）に施されこのベース層（１）に平坦に埋め込まれているエミッタ領域（２）と、ベース層（１）と接触しているゲート電極（４）と、エミッタ領域（２）に施され少なくとも１つの金属層を有するエミッタ電極（１３）と、エミッタ電極（１３）の表面に圧力を加える金属押圧板（７）とを有し、エミッタ電極（１３）の表面に圧力を加える金属押圧板（７）の下面がゲート電極（４）の上面から間隔をおいて延びるようにエミッタ電極（１３）の表面がエミッタ領域（２）の表面の少なくとも１０〜１５μｍ上に置かれ、またエミッタ領域（２）とエミッタ電極（１３）との間に抵抗層（１１）があるＧＴＯサイリスタのための陰極装置において、抵抗層（１１）がエミッタ領域（２）の中心から横方向に絶縁箔（１２）の上をエミッタ領域（２）の周縁に延びており、また抵抗層（１１）がエミッタ領域（２）の周縁においてエミッタ電極（１３）に接触していることを特徴とするＧＴＯサイリスタのための陰極装置。
【請求項５】
抵抗層（１１）がポリシリコン層であることを特徴とする請求項４記載の陰極装置。
【請求項６】
エミッタ電極（１３）がメッキ処理で施された金属層（１４）を有することを特徴とする請求項１から５の１つに記載の陰極装置。
【請求項７】
メッキ処理で施された金属層（１４）が、１０〜２５μｍの厚みのニッケル層と、その上に施されている１μｍ以下の層厚を有する金層とから成るＮｉ／Ａｕメッキ層であることを特徴とする請求項６記載の陰極装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベース層に施されてベース層に平坦に埋め込まれているエミッタ領域と、ベース層と接触しているゲート電極と、エミッタ領域に設けられ少なくとも１つの金属層を有するエミッタ電極と、エミッタ電極の表面に圧力を加える金属押圧板とを有し、エミッタ電極の表面に圧力を加える金属押圧板の下面がゲート電極の上面から間隔をおいて延びているようにエミッタ電極の表面がエミッタ領域の表面の少なくとも１０〜１５μｍ上に置かれているＧＴＯサイリスタのための陰極装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体技術では周知のように一般に半導体基体の表面上の種々の電位の絶縁はたとえばトレンチによる横方向隔離により、または導体路の交差の際には中間絶縁層の使用のもとに多層メタライジングにより行われる。これらのそれ自体は一般的な絶縁方法は、平坦な通しの押圧片との押圧接触を使用する電力用半導体デバイスでは条件付きでしか応用可能でない。すなわちこの平坦な通しの押圧片が半導体基体の電極を設けられている表面の上に載せられるので、電極の特にわずかな高さの差の結果として短絡および／または非接触を生ずる恐れがある。
【０００３】
この理由からたとえばＧＴＯサイリスタのような電力用半導体デバイスでは、半導体基体のトレンチに金属構造を埋設することにより電位レベルが他の電位レベルから絶縁される。その一例は、エミッタ領域がメサ状にベース層の平面に突出し、その際にエミッタ領域およびベース層の上にそれぞれエミッタ電極およびゲート電極が施されている米国特許第 5,010,384号明細書に示されている。しかし、エミッタ電極はメサ状の構造をとる結果ゲート電極の高さレベルのかなり上に位置しており、従ってエミッタ電極と接触する押圧片はその下に位置しているゲート電極と決して接触することができない。追加的に米国特許第5,010,384 号明細書から、エミッタ電極とエミッタ領域との間に、直接にエミッタ領域の上に置かれている抵抗層を設けることも公知である。
【０００４】
この種の公知のＧＴＯサイリスタおよび他の押圧接触形電力用デバイスの製造の際には、シリコンから成る半導体基体にメサ構造を形成するための拡散プロセスの進行中に約２５μｍの深さのトレンチがエッチングによりあけられる。このようなトレンチは、個々のメサ構造が碁盤目状パターンで残るように、行および列方向に設けられる。トレンチの孔明けは好ましくは湿式化学的エッチング法により行われるが、原理的には乾式化学的エッチング法の使用も可能である。絶縁層の取付後にさらに通常の仕方で接触窓があけられ、金属層が施され、またホトリソグラフィ法で、金属層平面がメサ構造の上を、また他の金属層平面が後で設けられる押圧片のの範囲内をトレンチを除いて延びるように構造化される。追加的に絶縁を完全なものにするため、トレンチ内の金属層が押圧片により接触されない絶縁層により覆われる。
【０００５】
拡散プロセスの進行中にエッチングされたメサ構造は後続のホトリソグラフィ工程の際に、一方ではトレンチの急峻なエッジが確実にホトレジストにより覆われるように、また他方ではホトレジストが、確実な光透過が保証されているような厚みでしか施されないことを保証する特別な技術を必要とする。これらの両要求は相い反するものであり、従って条件付きでしか満足できない。この理由から公知のＧＴＯサイリスタでは比較的高い欠陥密度が存在し、このことは個々のホト技術の際に比較的大きい再加工率に通ずる。
【０００６】
図５はＧＴＯサイリスタのための従来通常の陰極装置を示す。この陰極装置ではメサ状の構造内のｐベース層１の上にｎエミッタ領域２が設けられ、その上にエミッタ電極または陰極電極３が位置している。ｐベース層１はゲート電極４により接触されている。エミッタ領域２のメサ構造およびより深いところで隣接するｐベース層１の周縁の側面はシリコン酸化物／シリコン窒化物から成るパッシベーション層５により覆われている。さらに電気的絶縁のためにもう１つのポリイミド層６がメサ構造のこれらの周縁範囲の上に施される。エミッタ電極３への接触形成はたとえばモリブデンから成る押圧板７を介して行われ、この押圧板７は、隣接するＧＴＯサイリスタがすべて互いに並列に接続されているならば、これらのＧＴＯサイリスタまたはそのエミッタ電極を覆って延びていてもよい。
【０００７】
先に説明したように、メサ構造の実現は相い反する要求に結びつけられているので、公知のＧＴＯサイリスタは所望の高い収率で製造することはできない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、簡単な仕方で高い収率で製造可能なＧＴＯサイリスタのための陰極装置を製造することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題は請求項１、４または６の特徴により解決される。有利な実施態様は従属請求項２、３、５および７に記載されている。
【００１０】
メッキ処理で施される金属層から成るエミッタ電極をその表面とエミッタ領域の表面との間の約１０〜１５μｍの前記の高さの差が達成されるような厚みに構成することが可能である。この金属層としてたとえばニッケル／金メッキ層を使用することができる。
【００１１】
さらに、エミッタ領域とエミッタ電極との間に抵抗層を設けることもできる。しかしこの抵抗層は個々の層のスタック内を“垂直”に延びずに横方向に延び、絶縁箔の上のエミッタ領域の表面の中央から側方にエミッタ領域の周縁まで広がり、そこでエミッタ電極と接触するようにされる。この抵抗層に対してはたとえば多結晶シリコンまたはポリシリコンが使用される。
【００１２】
“こぶ状”のエミッタ電極を裏打ちする絶縁層としては、たとえば化学的蒸着法（ＣＶＤ）により施されたシリコン二酸化物層が利用できる。さらに、エミッタ電極および／またはゲート電極はアルミニウムから、またはチタン、白金および金から成る層列から成っていてもよい。好ましくは、両方の電極、すなわちエミッタ電極およびゲート電極はそれぞれ等しい材料から製造される。
【００１３】
エミッタ電極に対して使用される既に説明されたニッケル／金メッキ層はたとえば１０〜２５μｍ、好ましくは１５〜２５μｍの厚みのニッケル層と、その上に設けられている１μｍ以下の層厚を有する金層とから成ることができる。
【００１４】
要約すると、ＧＴＯサイリスタのための本発明による陰極装置は、半導体基体の従来のメサ構造の代わりにプレーナ構造が使用され、その際に金属押圧板の下面またはエミッタ電極の上面と半導体基体の表面の上に設けられているゲート電極との間の必要な“間隔”がエミッタ電極の“こぶ状”の形態により保証される。エミッタ電極のこの“こぶ状”の形態は絶縁層による“裏打ち”により、または特別なメッキ層により得られる。さらに、抵抗層をエミッタ領域とエミッタ電極との間に横方向に設けることが可能である。
【００１５】
【実施例】
以下、図面により本発明を一層詳細に説明する。
【００１６】
図５は既に冒頭に説明されている。図１ないし図４中で互いに相応する部分には図５中と等しい符号が付されている。
【００１７】
図１中に示されているように、本発明による陰極装置は、エミッタ領域２がｐベース層１に埋め込まれているプレーナ構造を有する。エミッタ領域２の上に、たとえば化学蒸着法（ＣＶＤ）により施されたシリコン二酸化物から成る絶縁層８がある。しかしシリコン二酸化物の代わりに合成樹脂または多層構造も使用できる。その際にこれらの絶縁層において境界面に電荷が集められないまたは可能なかぎりわずかしか集められないことが重要である。絶縁層８の上にその周縁においてエミッタ領域２と接触するエミッタ電極１３が施されている。このエミッタ電極１３は次いで押圧板７により圧力を与えられる。この押圧板７はたとえばモリブデンから成ることができる。
【００１８】
エミッタ電極１３の上面とエミッタ領域２の上面との間の間隔は約１０ないし１５μｍであるが、より大きい間隔にすることもできる。それにより、エミッタ電極１３の上面に圧力を与える金属押圧板７の下面がゲート電極４の上面から間隔をおいて配置されることが保証されている。
【００１９】
半導体基体の表面に生ずるｐベース層１とエミッタ領域２との間のｐｎ接合はたとえばシリコン二酸化物から成る絶縁層９により覆われる。同じくゲート電極４の表面は、押圧板７への電気的絶縁を一層改善するため、たとえばシリコン二酸化物から成るゲート絶縁層１０により覆うことができる。
【００２０】
図２は、エミッタ電極１３とエミッタ領域２の上面の中央範囲との間にたとえば多結晶シリコンまたはポリシリコンから成る抵抗層１１が設けられている本発明による陰極装置の実施例を示す。この抵抗層１１はエミッタ領域２の中央範囲から横方向にたとえばシリコン二酸化物から成る絶縁層１２の上を延びている。さらに、絶縁を改善するためもう１つの厚いゲート絶縁層１４がゲート電極４の上に設けられている。
【００２１】
抵抗層１１を有する図２の実施例で重要なことは、この抵抗層１１が、従来技術とは異なって、上記のように横方向に導かれており、スタック状にエミッタ領域２の上に配置されていないことである。それにより抵抗層１１の抵抗値の設定が比較的広い範囲で達成できる。
【００２２】
図３は、エミッタ電極３の必要な“高さ”がそれをメッキ処理で施されたニッケル／金メッキ層１４により厚くすることにより達成されている本発明による陰極装置の別の実施例を示す。このニッケル／金メッキ層の代わりに、場合によっては、他の材料も、それが押圧板７の下面とゲート電極４の上面との間の必要な間隔を保証するのに適しているかぎり、使用可能である。
【００２３】
図３の実施例では、エミッタ電極３は目的にかなった仕方でゲート電極４と共通に製造されており、またたとえばアルミニウムのような等しい材料から成っているので、エミッタ電極３の周縁は絶縁層１０により覆われている。この絶縁層１０に次いでエミッタ電極３の上側に窓があけられ、そのなかに次いでメッキ層１４が成長し、他方において残りのアルミニウム面はメッキ処理中に絶縁層１０により覆われた状態にとどまる。
【００２４】
最後に図４は、メッキ層１４が抵抗層１１との関連でエミッタ電極３の上に施されている本発明の別の実施例を示す。この実施例においてこの抵抗層１１が“横方向”に作用するように、スタック状に抵抗層１１の上にたとえばシリコン二酸化物から成るもう１つの絶縁層１５が位置している。図３および図４の実施例のニッケル／金メッキ層１４は１０〜２５μｍ、好ましくは１５〜２０μｍの厚みのニッケル層とその上に設けられている１μｍ以下の層厚の金層とから成ることができる。さらにゲート電極４およびエミッタ電極３または１３に対してアルミニウムの代わりにチタン、白金および金から成る層列も利用できる。しかしもちろん上記の層に対して他の材料も適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例によるＧＴＯサイリスタの陰極装置の断面図。
【図２】本発明の第２の実施例によるＧＴＯサイリスタの陰極装置の断面図。
【図３】本発明の第３の実施例によるＧＴＯサイリスタの陰極装置の断面図。
【図４】本発明の第４の実施例によるＧＴＯサイリスタの陰極装置の断面図。
【図５】ＧＴＯサイリスタの従来技術の陰極装置の断面図。
【符号の説明】
１    ベース層
２    エミッタ領域
３    エミッタ電極
４    ゲート電極
７    金属押圧板
８    絶縁層
１１    抵抗層
１２    絶縁箔
１３    エミッタ電極
１４    ニッケル／金メッキ層
１５    絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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