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  • 法律状态
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    • 专利摘要:

    公开号:WO1987007080A1
    申请号:PCT/DE1987/000221
    申请日:1987-05-12
    公开日:1987-11-19
    发明作者:
    申请人:Semikron Elektronik Gmbh；
    IPC主号:H01L23-00
    专利说明:
    [0001] Halbleiterbauelement
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, welcher eine Folge von schichtförmigen Zonen mit wenigstens zwei zwischenliegenden pn-übergängen und in wenigstens einer der beiden, die Emitterzone bildenden, äußeren Zonen eine Struktur aufweist, bei welcher Abschnitte der Emitterzone und zwischenliegende Teile der angrenzenden Basiszone eine gemeinsame Oberfläche bilden, und auf den Basiszonenteilen mit einer ersten Metallisierung sowie auf den Emitterzonenabschnitten mit einer zweiten Metallisierung, über welcher eine durchgehende Kontaktplatte angebracht ist, versehen ist.
    [0003] Bei HaIbLeiterbauelementen mit einem HaIbleiterkörper mit mehreren Funktionsbereichen ist dessen Kontaktelektrode zur Kontaktierung mit Stromleiterteilen entsprechend unterteilt. Die Ausbildung solcher sogenannten Elektrodenstrukturen und die Kontaktierung derselben ist z.B. bei bipolaren Leistungstransistören, bei Frequenzthyristören mit verzweigter Steuerelektrode und bei über das Gate abschaltbaren Thyristoren (GTO-Thyristören) erforderlich.
    [0004] Es sind Elektrodenstrukturen mit ineinandergreifenden Abschnitten unterschiedlich gepolter Elektroden bekannt. Diese erfordern besondere Maßnahmen zur Vermeidung von Kurzschlüssen. Mit kleiner werdenden Abmessungen der Elektrodenabschnitte, d.h. mit Zunehmen der Unterteilung, wird die Feinstrukturierung dichter und wachsen die Anforderungen an die Verfahrenstechnik und an die Einrichtung zur Herstellung solcher Anordnungen.
    [0005] Es ist bekannt, derartige Strukturen durch Bonden oder durch Druck mittels Federkraft mit Kontaktstücken oder mit St rom lei ter tei len zu verbinden. Als Kontakt stücke werden auch scheibenförmige Teile aus Molybdän verwendet
    [0006] Bei bekannten druckkontaktierten, abschaltbaren Leistungshalbleiterbauelementen (GTO-Thyristören, -Transistoren) sind Emitterzonen-Metallisierung und Basiszonen-Metallisierung, als Teile der Elektrodenstruktur, in einer Ebene und mit gleicher Materialdicke angeordnet. Dabei sind alle Abschnitte der Emitterzone mit einem durchgehenden Kontaktstück aus Molybdän verbunden. Dieses weist an der Verbindungsfläche ein entsprechendes Muster aus Kontakthöckern auf, sodaß die Basiszonen-Metallisierung freiliegt, Ein solcher Aufbau ist wegen der beschränkten Strukturierbarkeit des Kontaktstücks sowie wegen seiner begrenzten Justiergenauigkeit zur Emittergeometrie nicht beliebig anwendbar.
    [0007] Bei anderen bekannten, druckkontaktierten, abschaltbaren Bauelementen liegt die Basiszonen-Metallisierung tiefer als die Emitterzonen-Metallisierung, und zur Kontaktierung der letzteren ist ein planes Kontaktstück vorgesehen. Diese Struktur macht einen erheblichen Verfahrensaufwand zur Ausbildung der Basiszonen-Metallisierung erforderlich.
    [0008] Beide bekannten Bauformen weisen noch einen gemeinsamen
    [0009] Nachteil auf. Jeder streifenförmige Abschnitt der Emitter-Metallisierung ist ganzflächig mit einem Bereich des Kontaktstücks, z.B. einer Molybdänronde, unmittelbar verbunden. Beim Ausschaltverhalten z.B. eines GTO-Thyristors wird ein Teil des zuvor fließenden Durchlaßstromes mit Hilfe einer negativen Gate-Spannung über das Gate abgezogen. Wegen der sehr niederohmigen Verbindung zwischen Emitter-Metallisierung und Kontaktstück ist die Zeit, in welcher die Emitterzonenabschnitte nach Anlegen der negativen Spannung reagieren, aufgrund von Toleranzen der das Ausschaltverhalten bestimmenden Parameter unterschiedlich. Dies hat eine unerwünschte Begrenzung des abschaltbaren Anodenstromes zur Folge.
    [0010] Untersuchungen haben ergeben, daß dieser Nachteil mit einem definierten elektrischen Widerstand zwischen jedem Kontaktstückbereich und dem zugehörigen Emittermetallisierungsabschnitt weitgehend beseitigt werden kann. Dabei soll der Widerstand vom Kontaktstück zur Mitte des Metallisierungsabschnittes größer sein als zum Rand des letzteren. Damit wird in Analogie zur Verwendung sogenannter Ballastwiderstände bei der Parallelschaltung von Halbleiterbauelementen ein Ausgleich der oben genannten, unerwünschten Toleranzen erzielt.
    [0011] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schaltverhalten druckkontaktierter, abschaltbarer Halbleiterbauelemente mit strukturierter Elektrode dadurch zu verbessern, daß bei der Emittermetallisierung die Emitterzonenabschnitte über definierte Widerstände mit den Anschlußteilen, z.B. den Kontaktstücken, verbunden sind. Die Lösung der Aufgabe besteht bei einem Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.
    [0012] Anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung erläutert. Die Darstellung zeigt schematisch den scheibenförmigen Halbleiterkörper eines GTO-Thyristors und die Anordnung eines Kontaktstücks auf demselben.
    [0013] Der Halbleiterkörper (I) aus einer hochohmigen, n-leitenden Mittelzone (1), je einer daran angrenzenden, p-leitenden Zone (2, 3) und den in die als Steuerbasiszone dienende Zone (2) eingelassen angeordneten Emitterzonenabschnitte (4) zeigt den üblichen Aufbau für ein schaltbares Halbleitergleichrichterelement. Die beiden Funktionsbereiche, nämlich der Steuerstrombereich und der Laststrombereich, sind jeweils streifenförmig unterteilt ausgebildet, abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet und bilden gemeinsam die eine der beiden Hauptflächen des Halbleiterkörpers (I). Jeder streifenförmige Teil des Steuerstrombereichs, d.h. der zwischen zwei benachbarten Emitterzonenabschnitten (4) liegende Basiszonenteil (2a), ist mit einer Metallisierung (6) versehen. Diese Basiszonen-Metallisierung (6) ist mit einer Isolierschicht (7) überzogen, die für eine einwandfreie Abdeckung der bei der Druckkontaktierung des Aufbaus dem Kontaktdruck unterworfenen Basiszonen-Metallisierung (6) geeignet ausgebildet ist. Die Isolierschicht (7) überlappt jeweils den zwischen Basiszonenteil (2a) und Emitterzonenabschnitt (4) an die Oberfläche tretenden pn-übergang.
    [0014] Die freie Oberfläche der Emitterzonenabschnitte (4) und der Isolierschichtflächen (7) ist mit einer zweiten, als Emitter-Metallisierung bezeichneten Kontaktsehicht (8) bedeckt.
    [0015] Die tafelförmigen Auflagebereiche (8c) der Emitter-Metallisierung (8) bilden die Kontaktflachen für das Kontaktstück (10). Dasselbe ist beim Einsatz des Halbleiterbauelernents mit seiner planen unteren Fläche auf die Bereiche (8c) gepreßt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Metallisierungen (6, 8), der IsolierSchicht (7) und des Kontaktstücks (10) mit nur teilweiser Auflage auf der Metallisierung (8) sind in überraschend einfacher Weise zwischen Kontaktstück (10) und Emitterzonenabschnitt (4) jeweils definierte Widerstände für Laststrompfade gebildet. Diese Widerstände R bestehen aus einem Teilwiderstand R1 zwischen Kontaktstück (10) und dem Ende der Isolierschicht (7) und aus einem Teilwiderstand R2 ab diesem Ende bis zur Symmetrieebene des jeweiligen Emitterzonenabschnittes (4). Zur Festlegung des Widerstandes R aus den Teilwiderständen R1 und R2 ist die Breite der Emitterzonenabschnitte (4) wählbar, ebenso in gewissen Grenzen die Breite der Basiszonen-Metallisierung (6), wodurch die Ausdehnung der Isolierschicht (7) auf der HaIbleiteroberflache bestimmt ist. Weiter ist der Widerstand durch die Dicke und die Zusammensetzung der Emitter-Metallisierung (8) festgelegt.
    [0016] Als Material der Isolierschicht (7) eignen sich die anorganischen Verbindungen SiO, Sio2, Si3N4 und Al2O3 sowie Gläser auf Silikatbasis, z.B. Zinkborsilikatgläser oder Phosphorgläser. Weiter wurden mit einer organischen Schicht aus einem Polyimid günstige Ergebnisse erzielt.
    [0017] Die Dicke der Isolierschicht (7) soll wenigstens 0,1 μm betragen und vorzugsweise 0,5 bis 30μm .
    [0018] Als Material für die Basiszonenmetallisierung (6) ist z.B. Aluminium oder eine Schichtenfolge aus den Metallen Aluminium, Chrom, Nickel, Silber vorgesehen. Damit ist die Forderung erfüllt, daß dieser metallische Überzug der Basiszonenteile eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen muß, um die darin auftretenden lateralen Spannungsabfälle möglichst klein zu halten.
    [0019] Als Material für die Emittermetallisierung (8) eignen sich Legierungen aus oder mit Nickel und Chrom. Es sind bevorzugt Chrom-Nickel-Legierungen mit einem Anteil von Nickel im Bereich von 35 bis 60 Gewichtsprozent vorgesehen. Günstige Ergebnisse wurden mit einer Chrom-Nickel-Legierung mit 40 Gewichtsprozent Nickel, Rest Chrom erzielt.
    [0020] Anstelle von Nickel kann das Material der Emitter-Metallisierung (8) auch Siliziumoxid enthalten.
    [0021] Die Dicke der Emitter-Metallisierung (8) ist wenigstens 1 μm , bevorzugt 3 μm bis 30 μm .
    [0022] Die Metallisierungen (6, 8) können z.B. durch Aufdampfen oder Sputtern erzeugt und in einem nachfolgenden Temperaturschritt noch mit dem darunterliegenden Material fest verbunden werden. Der Abstand zwischen Basiszonen-Metallisierung (6) und Emitterzonenabschnitt (4) sollte wenigstens 5 μm sein und kann bis 500 μm betragen.
    [0023] Typische Werte des Aufbaus eines HaIbleiterkörpers gemäß der Erfindung sind für die Breite der Emitterzonenabschnitte (4) 200μm, den Abstand der Symmetrieebenen dieser Abschnitte 600μm , die Breite der
    [0024] Basiszonenmetallisierung (6) 200 μm , die Dicke der Basiszonenmetallisierung 8μm , die Dicke der Isolierschicht (7) 5μm und die Dicke der Emitter-Metallisierung (8) 6 μm . Die Basis-Metallisierung besteht aus Aluminium, die Emitter-Metallisierung aus einer Nickel/Chrom- Legierung mit z.B. 40 Gewichtsprozent Nickel, Rest Chrom.
    [0025] Der abschaltbare Anodenstrom eines GTo-Thyristors mit dem vorgenannten typischen Aufbau ist um ca. 50 % höher als derjenige bei bekannten Bauformen.
    [0026] Zur Herstellung von HaIbleiterbauelementen gemäß der Erfindung wird in einer vorbehandelten, großflächigen, vorzugsweise n-leitenden HaLbleiterausgangsscheibe durch beidseitiges Dotieren eine pnp-SchichtenfoIge (1, 2, 3) erzeugt. Anschließend wird mit Hilfe eines Maskierprozesses das Muster der Emitterzonenabschnitte (4) hergestellt. Darnach werden die Basiszonenteile (2a) mit Hilfe einer weiteren Maskierung mit einer Metallisierung (6) versehen. Im Anschluß daran wird die gesamte Oberfläche mit einer Isolierschicht (7), z.B. aus einer Verbindung des Halbleitermaterials, überzogen. In einem nachfolgenden selektiven Ätzschritt werden sämtliche Emitterzonenabschnitte so weit freigelegt, daß die verbleibende Isolierschicht noch den Gate-übergang zwischen einem Basiszonenteil und dem benachbarten Emitterzonenabschnitt überdeckt.
    [0027] Auf die in dieser Weise erzielte, strukturierte Schutzabdeckung des HalbLeiterkörpers mit z.B. streifenförmigen Fenstern über den Emitterzonenabschnitten (4) wird nunmehr eine durchgehende, sämtliche Emitterzonenabschnitte verbindende, zweite Metallisierung, die Emitter-Metallisierung (8), aufgebracht, beispielsweise aufgedampft. Die Letztere hat dann über den Emitterzonenabschnitten die Form einer stufenförmigen Vertiefung und jeweils über den Metallisierungen (6) die Form eines tafelförmigen Aufsatzes mit freier Auflagefläche (8c).
    [0028] Auf diese äußere Kontaktschicht des HaLbLeiterkörpers wird eine KontaktpLatte (10) aufgebracht, die mit ihrer planen Auflagefläche auf sämtlichen tafelförmigen Bereichen (8c) der Emitter-Metallisierung (8) in
    [0029] Leitender Verbindung aufliegt und beim Einsatz des HalbLeiterbauelements auf die Elektrodenstruktur gepreßt wird. Damit ist unabhängig von dem darunt erliegenden UnterteiLungsgrad eine einwandfreie druckkontaktierfähige Emitterelektrodenstruktur gegeben, bei welcher durch die beschriebene Ausbildung der Emitter-Metallisierungsabschnitte die Anordnung definierter Widerstände zum Ausgleich von Toleranzen in der Abschaltzeit der Emitterzonenabschnitte in besonders einfacher Weise erreicht und damit die gewünschte Verbesserung des Abschaltverhaltens von gattungsgemäßen Halbleiterbauelementen gegeben ist.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper (I), der
    - eine Folge von schichtförmigen Zonen (1, 2, 3, 4) mit wenigstens zwei zwischenliegenden pn-übergangen und
    - in wenigstens einer der beiden, die Emitterzone bildenden, äußeren Zonen eine Struktur aufweist, bei welcher Abschnitte der Emitterzone (4) und zwisehenliegende Teile (2a) der angrenzenden Basiszone (2) eine gemeinsame Oberfläche bilden, und
    - auf den Basiszonenteilen (2a) mit einer ersten Metallisierung (6) sowie
    - auf den Emitterzonenabschnitten (4) mit einer zweiten Metallisierung (8), über welcher eine. durchgehende KontaktpLatte (10) angebracht ist, versehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß
    - auf jeder ersten Metallisierung (6) eine sich bis über den jeweiligen pn-übergang zwischen Basiszonenteil (2a) und benachbartem Emitterzonenabschnitt (4) erstreckende, isolierende Schutzschicht (7) angebracht ist,
    - die zweite Metallisierung (8) als durchgehende, die Schutzschicht (7) und die Emitterzonenabschnitte (4) bedeckende Elektrode angeordnet ist,
    - die durchgehende Kontaktplatte (10) mit ebener Auflagefläche auf den tafelförmigen Flächen (8c) der zweiten Metallisierung (8) über den Basiszonenteilen (2a) aufliegt, und
    - die zweite Metallisierung (8) so bemessen ist, daß jeweils der laterale Spannungsabfall in der selben zwischen der Auflagefläche der Kontaktplatte (10) und der Symmetrieebene des benachbarten Emitterzonenabschnittes (4) beim Einsatz unter Nennbelastung wenigstens 10 mV beträgt.
    2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als isolierende Schutzschicht (7) eine anorganische Verbindung des Halbleitermaterials vorgesehen ist.
    3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganische Verbindung des Halbleitermaterials Siliziumoxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder ein Glas auf Silikatbasis vorgesehen ist.
    4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als isolierende Schutzschicht (7) eine Schicht aus Aluminiumoxid vorgesehen ist.
    5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als isolierende Schutzschicht (7) eine organische Schicht aus einem Polyimid vorgesehen ist.
    6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material der zweiten Metallisierung
    (8) eine Legierung aus oder mit Nickel und Chrom vorgesehen ist.
    7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Material der zweiten Metallisierung (8) eine Legierung aus Nickel und Chrom mit einem Anteil an Nickel von 35 bis 60 Gewichtsprozent vorgesehen ist.
    8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material der zweiten Metallisierung (8) eine Legierung aus Siliziumoxid und Chrom vorgesehen ist.
    9. HaIbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der zweiten Metallisierung (8) wenigstens 1 μm, vorzugsweise 3 bis 30 μm beträgt.
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    引用文献:
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    法律状态:
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    1987-11-19| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1988-01-07| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1987902437 Country of ref document: EP |
    1988-06-01| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1987902437 Country of ref document: EP |
    1991-12-03| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1987902437 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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